KR970004720B1 - 로타리압축기의 냉매가스 압축장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

로타리압축기의 냉매가스 압축장치

제1도는 본 발명의 로타리압축기의 구조를 보이기 위한 종단면도.

제2도는 본 발명의 로타리압축기의 요부를 보이기 위한 분해사시도.

제3a도는 제1도 내지 제2도에서 고정부의 구조를 보이기 위한 평면도.

제3b도는 제1도 내지 제2도에서 고정부의 구조를 보이기 위한 측면도.

제4도는 제1도 내지 제2도에서 실린더에 롤러가 배치된 상태의 평면도.

제5a-b도는 본 발명의 로타리압축기의 작동상태도.

제6도와 제7도는 종래의 로타리압축기의 원리를 설명하기 위한 평단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 고정부 13 : 토출구

17 : 흡입구 19 : 편심축

20 : 실린더 27 : 롤러

31,33 : 베인 35,37 : 토출홀

본 발명은 로타리압축기에 관한 것으로, 롤러를 고정시킨 상태에서 실린더를 회전시킴으로서 압축기의 진동을 억제시키고, 압축기의 밸브를 제거하여 밸브에 의한 소음의 제거는 물론 밸브의 파괴에 의한 압축기의 신뢰도 저하를 방지하도록 한 로타리압축기에 관한 것이다.

종래의 로타리압축기의 대표적인 것이 일본국 특허공개 소63-55388호에 개시되어 있다.

제6도에는 상기 로타리압축기의 동작원리를 설명하기 위한 평단면도가 도시되어 있다.

상기 제6도에 의하면, 원통형의 실린더(3)가 일측면에는 절개부(52)가 형성되어 있으며, 상기 절개부(52)에는 베인(5)이 배설되어 있다.

상기 베인(5)은 상기 절개부(52)에 진퇴가 자유롭게 배설되어 있으며, 스프링(4)의 탄성에 의해 상기 실린더(3)의 내측으로 전진하는 힘을 받는다.

또한 상기 베인(5)을 기준으로 일측에는 실린더(3)내로 냉매가스를 흡입하기 위한 흡입구(7)가 구비되어 있고, 타측에는 압축된 냉매가스를 외부로 토출하기 위한 토출구(8)가 구비되어 있다.

상기 토출구(8)의 외측에는 토출밸브(9)가 구비되어 있는데, 상기 토출밸브(9)는 상기 토출구(8)를 막고 있다가 소정의 압력이 작용하면 상기 토출구(8)를 열어주게 된다.

한편, 도시하지 않은 모터로부터 동력을 받아 회전하는 축(1)은 편심축(2)과 연결되어 있으며, 상기 편심축(2)의 외측에는 롤러(6)가 설치되어 있다. 상기 롤러(6)는 상기 실린더(3)내에 배치되며, 상기 편심축(2)의 회전구동에 의해 상기 실린더(3)의 내측면을 따라서 회전하게 된다.

이때 상기 베인(5)은 스프링(4)의 탄성에 의해 상기 실린더(3)의 내측으로 전진하여 상기 롤러(6)의 원주면과 항상 접촉하면서 상기 실린더(3)의 내부를 2개의 구역으로 구획하게 된다.

즉, 흡입측(3a)과 토출측(3b)으로 구획한다.

상기 제6도에서 O는 축(1)의 중심이고, P는 편심축(2)의 중심으로서, 상기 편심측(2)은 축(1)의 중심으로부터 소정거리(L)만큼 편심되어 있다. 따라서 상기 축(1)이 회전을 하게 되면 상기 편심축(2)의 회전구동에 의해 롤러(6)가 실린더(7)내에서 회전 구동하게 된다.

상기 롤러(6)의 회전에 따라 냉매가스가 흡입구(7)를 통해 실린더(3)의 흡입부(3a)내로 흡입되고, 이미 흡입되었던 냉매가스는 압축부(3b)에서 고압으로 압축되어진다.

이때 토출구(8)의 외측에는 일정한 탄성을 갖는 판체형의 토출밸브(9)가 구비되어 있어서 압축부(3b)가 소정 압력이 되면 상기 토출구(8)를 개방시켜 냉매가스가 상기 토출구(8)를 통하여 실린더(3)의 외측으로 토출되어 진다. 이후, 상기 롤러(6)가 회전을 하여 상기 토출구(8)를 지나는 순간 상기 토출밸브(9)에는 압력이 작용하지 않게 되면서 상기 토출구(8)를 폐쇄시켜 냉매의 토출이 중단되게 된다.

그러나, 이와같은 구성에 있어서는 흡입부(3a)와 압축부(3b)와의 압력차에 의해 롤러에 불균형력이 작용하여 진동이 발생하였다.

또한, 상기 토출밸브(9)의 여닫힘에 의해 소음이 심하게 발생됨은 물론 상기 토출밸브(9)가 유동저항의 역할을 하여 효율을 저하시키고, 상기 밸브의 손상에 의한 신뢰성의 저하를 가져오는 문제점이 있었다.

한편, 일본국 특허공개 소63-208688호는 복수의 베인과 복수의 흡입부 및 압축부를 형성시켜 압력차에 의한 롤러의 진동을 상당히 억제시키는 효과를 가져왔다.

제7도는 이와같은 로타리콘프레셔의 원리를 설명하기 위한 평단면도이다.

상기 제7도에 의하면, 복수의 베인(5a,5b)에 의해 복수의 흡입부와 압축부를 형성시켜 압축기의 회전진동을 감소시켰다.

물론, 상기 복수의 베인(5a,5b)은 실린더(3)에 형성된 복수의 절개부(52a,52b)에 배설되며, 복수의 스프링(4a,4b)에 의해 상기 실린더(3)내로 전진하여 롤러(2)에 항상 접촉되어진다.

또한, 복수의 흡입구(7a,7b)와 복수의 토출구(8a,8b)가 구비되어진다.

도면부호 중 상기 제6도와 동일한 부호는 동일한 기능을 하는 것으로서 상세한 설명은 생략하기로 한다.

그러나, 이 또한 편심축이 회전하므로서 롤러의 불균형력을 완전히 해소시키지 못하여 진동이 발생하였다.

또한, 밸브(9)에 의해 소음이 발생됨은 물론 상기 토출밸브(9)가 유동저항의 역할을 하여 효율을 저하시키고, 상기 밸브의 손상에 의한 신뢰성의 저하를 가져오는 문제점이 계속 상존해 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 제거하기 위한 것으로서, 본 발명은 냉매가스의 압력차에 의한 롤러의 진동을 제거함에 그 목적이 있다.

또한, 밸브를 제거하여 소음을 감소시킴은 물론 압축기의 효율을 증대시키고 신뢰도를 향상시킴에 또다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로타리압축기는 일측면이 밀폐되어 있는 원통형으로서, 적어도 1개 이상의 절개부와 토출홀이 형성되어 있는 실린더와, 상기 실린더의 절개부에 유동가능하게 배설되어 있는 베인과, 상기 베인에 소정의 탄성력을 가해주는 탄성수단과, 상기 실린더를 회전시키는 구동수단과, 흡입구와 토출구 및 편심축이 구비되며, 상기 실린더의 상부면을 밀폐시키는 고정부와, 상기 고정부의 편심축에 배설되며 상기 베인과의 접촉에 의해 상기 실린더의 내부를 적어도 하나 이상의 공간으로 구획시키고, 상기 실린더가 회전함에 따라 상기 실린더내의 공간으로 소정의 물질이 유입되도록 함과 동시에 유입된 물질을 압축하여 외부로 토출토록 하는 롤러로 구성된다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 로타리압축기의 구조를 보이기 위한 종단면도이다.

상기 제1도에 의하면, 압축기의 케이스(100)내에는 모터(110)와 실린더(20)와 고정부(10)가 배설되어 있다.

상기 모터(110)는 상기 실린더(20)를 회전시키기 위한 구동수단이다.

상기 모터(110)의 축에는 도시하지 않은 체결수단에 의해 상기 실린더(20)가 체결되어 있다.

상기 실린더(20)는 일측면이 밀폐되어 있는 원통형으로서, 적어도 1개 이상의 절개부(후에 설명)가 형성 되어 있으며, 상기 절개부에는 각각 베인(31,33)이 유동가능하게 배설되어 있다.

물론 상기 베인(31,33)은 소정의 탄성수단(도시하지 않음)에 의해 상기 실린더(20)의 내측으로 전진되어진다.

상기 절개부 각각의 측면에는 후에 설명될 토출홀이 형성되어 있다.

상기 실린더(20)의 상부에는 상기 케이스(100)에 고정된 고정부(10)가 설치되어 있다.

이때 상기 고정부(10)는 상기 실린더(20)와 밀착시켜 상기 실린더(20)의 내부에 외부에 대해 가능한한 밀폐되도록 하되, 상기 실린더(20)는 상기 고정부(10)의 하부에는 회전이 가능하도록 설치한다.

상기 고정부(10)는 후에 설명될 흡입와 토출구가 형성되어 있는 판부재(18)와, 상기 판부재(18)의 하부에 원통형으로 형성되어 있는 편심축(19)으로 구성된다.

이때 상기 편심축(19)의 중심(P)는 상기 실린더(20)의 회전중심(0)으로부터 소정거리(L)만큼 편심되게 설치된다.

또한 상기 실린더(20)의 외부에는 상기 실린더(20)의 회전을 원활하게 하기 위한 베어링(120)을 설치한다.

상기 베어링(120)은 그의 중심에서 하부로 실린더(20)의 회전축이 통과하도록 형성된 원통형이다.

한편 압축기의 케이스(100)를 관통한 흡입관(80)과 토출관(90)은 각각 상기 압축기의 내측에 배설된 흡입실(70)과 토출실(도시하지 않음)에 연결되어 있고, 상기 흡입실(70)과 토출실은 각각 상기 고정부(10)의 판부재(18)에 형성되어 있는 흡입구와 토출구에 연통되어 있다.

제2도는 본 발명의 로타리압축기의 요부를 보이기 위한 분해사시도이다.

제2도에 의하면, 상기 실린더(20)는 전동기(도시하지 않음)에 의해 구동되는 회전축(21)에 동심으로 형성되어진다.

상기 실린더(20)는 상기 회전축(21)이 연결되는 일측면이 밀폐되어 있는 형태로서, 중앙에는 챔버(25)가 형성되어 있다.

또한, 상기 실린더(20)에는 서로 마주보는 위치에 각각 절개부(41,43)가 형성되어 있으며, 상기 절개부(41,43)에는 각각 베인(31,33)이 배설되어 있다.

상기 베인(31,33)은 상기 절개부(41,43)에 진퇴가 자유롭게 배설되어 있으며, 탄성수단(32,34)의 탄성에 의해서 상기 실린더(20)의 내측으로 전진하는 힘을 받는다.

상기 절개부(41,43)의 일측에는 상기 챔버(25) 내부로 유입된 후 압축된 냉매가 유출되는 토출홀(35,37)이 인접하게 형성되어 있다.

상기 토출홀(35,37)은 상기 챔버(25)내의 냉매의 토출유속이 작고(예를들면, 마하 0.2 이하) 잔류냉매의 체적이 되도록 형성한다.

즉 반경은 크게 높이가 낮은 원통형상으로 형성하는 것이 좋다.

한편, 고정부(10)는 원판으로 이루어진 판부재(18)와, 상기 판부재(18)의 하부에 형성되어 있는 원통형의 편심축(19)으로 구성된다.

상기 판부재(18)에는 소정의 폭과 길이를 갖는 토출구(13)와 흡입구(17)가 형성되어 있다.

상기 토출구(13)는 상기 판부재(18)의 중심(0)에서부터 소정의 반지름을 갖으면 형성된 원호를 일측변으로 하여 이루어지며, 상기 흡입구(17)는 상기 편심축(19)의 중심(P)에서부터 소정의 반지름을 갖으며 형성된 원로를 일측변으로 하여 이루어진다.

상기 편심축(19)은 상기 판부재(18)의 하부에 일체로 형성되며, 상기 편심축(19)에는 원통형의 롤러(27)가 끼워진다.

이때 상기 편심축(19)의 외경은 상기 롤러(27)의 내경보다 약간 작게 형성되며, 상기 롤러(27)는 상기 실린더(20)의 챔버(25)내에 배치하되, 상기 롤러(27)의 외측면이 상기 실린더(20)의 내측면과 밀착되도록 한다.

제3a도는 제1도 내지 제2도에서 고정부(10)의 구조를 보이기 위한 평면도이고, 제3b도는 제1도 내지 제2도에 고정부(10)의 구조를 보이기 위한 측면도이다.

상기 제3도에 의하면, 상기 고정부(10)는 원판으로 이루어진 판부재(18)와, 상기 판부재(18)의 하부에 형성되어 있는 원통형의 편심축919)으로 구성된다.

이때 상기 편심축(19)은 상기 판부재(18)와 일체로 형성함이 바람직하다. 상기 판부재(18)에는 소정의 폭과 길이를 갖는 토출구(13)와 흡입구(17)가 형성되어 있다.

상기 토출구(13)는 상기 판부재(18)의 중심(0)에서부터 소정의 반지름을 갖으며 형성된 원호를 일측변으로 하여 이루어지며, 상기 흡입구(17)는 상기 편심축(19)의 중심(P)에서부터 소정의 반지름을 갖으며 형성된 원호를 일측변으로 하여 이루어진다.

한편, 상기 토출구(13)와 흡입구(17)는 다음과 같은 원리에 의해 설계되어진다.

우선 제1도 또는 제2도에서 상기 실린더(20)의 챔버(25)는 상기 롤러(27)와 베인(31,33)에 의해 토출측과 흡입측으로 분리되며, 다음식이 성립된다.

P₁P₁ ⁿ=P₂V₂ ⁿ

V₂=V₁(P₁/P₁)^1/n

(단, V₁; 압축개시 실린더 체적, V₂; 토출직전 실린더체적, P₁; 흡입압력, P₂; 토출압력, n ; 폴리트로픽지수)

설정된 압력 P₁과 P₂와 압축직전의 실린더 체적 V₁을 기준으로 토출시 실린더체적 V₂를 이루는 각도 θ를 구하여 토출구(13)를 형성한다.

상기 흡입구(17)는 냉매의 원활한 흡입을 위해 압축과정과 관계없는 영역에서 소정의 각도 ø만큼 형성한다.

상기에서 각도 β는 토출홀(35,37)을 포함하는 만큼의 크기로 각도를 유지해 주는데, 이것은 압축공간으로부터 냉매가 상기 토출홀(35,37)을 통해 누출되지 않도록 하는 구조이다.

제4도는 제1도 내지 제2도에서 실린더(20)에 롤러(27)가 배치된 상태의 평면도이다.

상기 제4도에 의하면, 상기 실린더(20)의 내부는 상기 롤러(27)와 베인(31,33)에 의해 2개의 공간으로 구획되어진다.

그리고, 상기 토출홀(35,37)은 이미 설명한 바와같이 상기 챔버(25)내의 냉매의 토출유속이 작고 잔류냉매의 체적이 최소가 되도록 형성한다.

한편 상기 제3도와 제4도에서 반경(R₁)은 상기 롤러(27)의 외측 반경이며, 반경(R₂)은 상기 롤러(27)가 X-X축에 위치할때 X-X축과 직각을 이루는 Y-Y축에서 상기 롤러(27)의 반경(R₁)과 실린더(20)의 내경과의 차이(A)의 합 (R₂=R₁+A)으로 이루어진다.

또한 상기 판부재(18)의 중심(0)에서부터 토출구(13)의 내측까지의 거리, 즉 상기 토출구(13)의 내측이 이루는 원호의 반지름은 상기 실린더(20)의 챔버(25)의 반지름보다는 크게 하여야 한다.

상기 토출홀(35,37)은 상기 실린더(20)의 내부로부터 상기 고정부(10)에 형성되어 있는 토출구(13)의 외측 원호에 이르는 위치까지 형성되어진다.

제5a-5d도는 본 발명의 로타리압축기의 작동 상태도로서, 실린더(20)의 상부를 밀폐시키는 고정부(10)의 도시는 생략하였으나, 이해를 돕기 위하여 상기 고정부(10)의 판부재(18)에 형성되어 있는 토출구(13)와 흡입구(17)를 점선으로 도시하였다.

우선 제5a도에는 베인(31,33)이 실린더(20)의 회전중심(0)을 통과하는 수평축(X-X)에 대해 0°로 위치하는 것을 나타낸 도면으로서, 상기 실린더(20)는 모터와 같은 동력발생수단에 의해 회전하는 축(21)에 의해 실선의 화살표방향으로 회전한다.

이때 상기 실린더(20)의 내부공간은 베인(31,33)과 롤러(27)에 의해 2개의 공간으로 구획되어진다.

즉, 상기 실린더(20)가 실선의 화살표 방향을 회전할때, 상기 2개의 공간중 수평축(X-X)을 중심으로 하부는 냉매가 흡입되는 공간(40)으로 상부는 흡입된 냉매가 압축되는 공간(50)으로 구획되어진다.

따라서 상기 실린더(20)가 계속해서 실선의 화살표 방향으로 회전하면, 상기 공간(40)은 흡입구(17)와 연통되어 있으므로 제1도에 도시된 바와같이 흡입관(80)과 흡입실(70)을 통해 냉매가 유입된다.

또한, 상기 공간(50)은 밀폐되어 있으므로 이미 상기 공간(50)으로 유입되어 있던 냉매가 압축되어진다.

상기 과정은 상기 실린더(20)가 제5b도에 도시된 바와같이 위치에 도달할때까지 계속되어진다.

즉, 상기 베인(31,33)이 실린더(20)의 회전중심(0)을 통과하는 수평축(X-X)에 대해 45°로 위치한 곳에 도달할때까지 계속되어진다.

상기 제5b도는 공간(50)에서 압축된 냉매가 토출되기 직전으로서, 상기 공간(40)으로는 흡입구(17)를 통해 냉매가 계속 유입되고, 상기 공간(50)의 냉매는 계속 압축되어진다.

상기 실린더(20)가 계속해서 회전하여 상기 제5b도에 도시된 바와같은 위치를 넘어서기 시작하면, 상기 공간(50)에서 압축되어진 냉매는 토출홀(37)을 통해 상기 토출구(13)로 토출된다.

제5c도는 베인(31,33)이 실린더(20)의 회전중심(0)을 통과하는 수평축(X-X)에 대해 90°로 위치한 것을 나타낸 도면으로서, 상기 공간(40)은 밀폐되면서 냉매가 더 이상 유입되지 않으며, 상기 수평축(X-X) 하부에 수직축(Y-Y)의 좌측에는 새로운 공간(60)이 형성되어진다.

물론, 상기 공간(50)에서는 계속해서 냉매가 압축되어지면서 외부로 토출되어진다.

상기 제5c도 이후에는 상기 공간(40)으로 유입되어진 냉매가 압축되어지고, 상기 공간(50)내의 냉매는 계속해서 압축되어지며 토출되고, 공간(60)내로는 냉매가 흡입구(17)를 통해 유입된다.

제5d도는 상기 베인(31,33)이 실린더(20)의 회전중심(0)을 통과하는 수평축(X-X)에 대해 135°로 위치한 것을 나타낸 도면으로서, 상기 공간(40)은 밀폐되어 있는 상태로서 이미 유입되어 있는 냉매는 점차 압축되어진다.

상기 공간(50)내의 냉매는 계속해서 압축되어지면서 토출홀(37)과 토출구(13)를 통해 토출되어진다.

상기 공간(60)내로는 냉매가 흡입구(17)를 통해 계속 유입되어진다.

이후 상기 실린더(20)가 계속해서 실선의 화살표 방향으로 회전되어지면, 상기 제5a도와 같은 상태로 위치하게 된다.

이와같이 본 발명의 압축기는 상기한 과정을 반복하면서 냉매를 흡입하고, 흡입된 냉매를 압축하며, 압축된 냉매를 토출하게 되는 것이다.

따라서 본 발명에 따른 로타리압축기는, 질량이 큰 실린더가 회전하므로 회전관성이 증대되어 진동이 감소하게 된다.

또한, 밸브를 제거하여 소음을 제거함은 물론 밸브의 저항에 따른 압축냉매의 유동손실을 배제시켜 압축기의 효율을 증대시키고, 상기 밸브의 손상에 의한 신뢰성의 저하를 방비할 수 있는 효과를 갖는다.

발명의 더욱 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 분명히 실시될 수 있다.

특히, 상기 설명에서는 베인이 2개인 것에 대하여만 설명하였으나, 상기 베인의 갯수는 본원의 요지와 무관함이 분명하다.

즉, 본원은 상기 베인이 1개 이상인 어느 압축기에도 적용가능하며, 다만 이때에는 상기 베인의 갯수에 따라서 상기 흡입구와 토출구의 길이를 변화시켜야 함은 물론이다.

Claims (11)

1. 일측면이 밀폐되어 있는 원통형으로서, 적어도 1개 이상의 절개부와 토출홀이 형성되어 있는 실린더와, 상기 실린더의 절개부에 유동가능하게 배설되어 있는 베인과, 상기 베인에 소정의 탄성력을 가해주는 탄성수단과, 상기 실린더를 회전시키는 구동수단과, 흡입구와 토출구 및 편심축이 구비되며, 상기 실린더의 상부면을 밀폐시키는 고정부와, 상기 고정부의 편심축에 배설되며 상기 베인과의 접촉에 의해 상기 실린더의 내부를 적어도 하나 이상의 공간으로 구획시키고, 상기 실린더가 회전함에 따라 상기 실린더내의 공간으로 소정의 물질이 유입되도록 함과 동시에 유입된 물질을 압축하여 외부로 토출토록 하는 롤러로 구성된 로타리 압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 고정부는 소정의 폭과 길이를 갖는 흡입구와 토출구가 형성되어 있는 판부재와, 상기 판부재의 하부에 원통형으로 형성되어 있는 편심축으로 구성된 로타리압축기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 흡입구는, 상기 편심축의 중심에서부터 소정의 반지름을 갖으며 형성된 원호를 일측변으로 하며 이루어진 로타리압축기.
4. 제3항에 있어서, 상기 흡입구는, 냉매의 원활한 흡입을 위해 압축과정과 관계없는 영역에서 소정의 각도 ø는, 압축과정과 관계가 없는 영역이 이루는 각도에서 토출홀을 포함하는 크기의 각도 β를 제외한 각도로 하여 구성된 로타리압축기.
5. 제4항에 있어서, 상기 소정의 각도 ø는 압축과정과 관계가 없는 영역이 이루는 각도에서 토출홀을 포함하는 크기의 각도 β를 제외한 각도로 하여 구성된 로타리압축기.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서 상기 토출구는, 상기 판부재의 중심에서부터 소정의 반지름을 갖으며 형성된 원호를 일측변으로 하는 로타리압축기.
7. 제6항에 있어서, 상기 토출구는, 하기식을 이용하여 미리 설정된 압력 P₁과 P₂와 압축직전의 실린더 체적 V₁을 기준으로 토출시 실린더체적 V₂를 이루는 각도 θ를 구하여 형성한 로타리압축기.

   V₂=V₁(P₁/P₂)^1/n

   (단, 압축기의 실린더의 내부는 토출측과 흡입측으로 구획되는데, V1은 압축개시 실린더 체적, V₂는 토출직전 실린더체적, P₁은 흡입압력, P₂는 토출압력, n은 폴리트로픽지수)
8. 제2항에 있어서, 상기 편심축은, 상기 실린더의 회전중심으로부터 소정거리만큼 편심되게 설치된 로타리압축기.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 토출홀은, 실린더 내에서 토출구까지를 연통시키도록 형성된 로타리압축기.
10. 제9항에 있어서, 상기 토출홀은, 상기 실린더의 내부로부터 고정부에 형성되어 있는 토출구의 외측원호에 이르는 위치까지 형성된 로타리압축기.
11. 제1항에 있어서, 상기 실린더의 외부에는 베어링이 배설된 로타리압축기.