WO2016099002A1

WO2016099002A1 - 회전식 압축기

Info

Publication number: WO2016099002A1
Application number: PCT/KR2015/009479
Authority: WO
Inventors: 아시모리다케아키; 아이바오사무
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2016-06-23

Abstract

전체적인 동적 밸런스를 잡아주고, 고속 운전시에도 저진동·저소음화할 수 있으며, 복수개의 실린더 각각의 내부에 마련되어 냉매를 압축시키는 작동실을 서로 연통시키는 연통로를 설치하여 효율을 향상시킬 수 있는 회전식 압축기를 제공한다. 회전식 압축기는 하우징, 상기 하우징 내부에 마련되어 동력을 발생시키며, 고정자와 로터를 포함하는 구동 모터 및 상기 구동 모터로부터 동력을 전달받아 냉매를 압축시키며, 내부에 상기 냉매를 압축시키는 작동실이 마련되는 복수개의 실린더를 포함하는 압축부를 포함하며, 상기 복수개의 실린더 각각에 마련되는 상기 작동실은 서로 다른 용적을 갖도록 마련되며, 동적 균형을 유지하기 위해 마련되는 밸런서가 상기 로터의 하부에만 마련된다.

Description

회전식 압축기

본 발명은 공기 조화기 등에 사용되는 회전식 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 전기모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축시켜 압력을 높여주는 기계장치로서, 냉장고와 에어컨 등과 같은 가전기기 또는 산업전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.

압축기를 크게 분류하면, 피스톤과 실린더 사이에 작동가스가 흡, 토출되는 압축 공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키는 왕복동식 압축기와, 편심 회전되는 롤링피스톤과 실린더 사이에 작동가스가 흡, 토출되는 압축 공간이 형성되도록 하여 롤링피스톤이 실린더 내벽을 따라 편심 회전되면서 냉매를 압축시키는 회전식 압축기와, 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이에 작동가스가 흡, 토출되는 압축 공간이 형성되도록 하여 선회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전되면서 냉매를 압축시키는 스크롤식 압축기로 나뉘어진다.

회전식 압축기 중에서 복수개의 실린더를 갖는 회전식 압축기는 압축기의 배제용적을 균일하게 함으로써 정적 밸런스를 잡아주고, 불균형하게 된 동적 밸런스를 로터의 상하부에 밸런서를 설치함으로써 잡아준다.

그러나, 압축기의 운전범위 확대에 따른 고속 운전에 의해 회전축의 휨이 발생되고, 회전축의 휨으로 인해 진동과 소음이 발생되는 문제가 있으며, 회전축의 휨은 주로 로터의 상부에 마련되는 밸런서에 의해 발생된다.

본 발명의 일 측면은 전체적인 동적 밸런스를 잡아주고, 고속 운전시에도 저진동, 저소음화할 수 있는 회전식 압축기를 제공한다.

또한, 복수개의 실린더 각각의 내부에 마련되어 냉매를 압축시키는 작동실을 서로 연통시키는 연통로를 설치하여 효율을 향상시킬 수 있는 회전식 압축기를 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따른 회전식 압축기는 하우징, 상기 하우징 내부에 마련되어 동력을 발생시키며, 고정자와 로터를 포함하는 구동 모터 및 상기 구동 모터로부터 동력을 전달받아 냉매를 압축시키며, 내부에 상기 냉매를 압축시키는 작동실이 마련되는 복수개의 실린더를 포함하는 압축부를 포함하며, 상기 복수개의 실린더 각각에 마련되는 상기 작동실은 서로 다른 용적을 갖도록 마련되며, 동적 균형을 유지하기 위해 마련되는 밸런서가 상기 로터의 하부에만 마련된다.

상기 구동 모터는 상기 로터의 회전력을 상기 압축부로 전달하는 회전축을 더 포함하며, 상기 실린더는 상기 회전축의 축방향으로 상기 구동 모터 하부에 마련되는 제1 실린더와 상기 구동 모터와 상기 제1 실린더 사이에 마련되는 제2 실린더를 포함할 수 있다.

상기 제1 실린더에 마련되는 상기 작동실의 용적이 상기 제2 실린더에 마련되는 상기 작동실의 용적보다 클 수 있다.

상기 회전축은 상기 로터가 고정되는 축 본체와, 상기 축 본체의 축심에서 편심되도록 상기 제1 실린더 내에 배치되는 제1 편심축과, 상기 제1 편심축과 상기 회전축의 둘레 방향으로 180도의 위상차를 갖도록 편심되어 상기 제2 실린더 내에 배치되는 제2 편심축을 포함할 수 있다.

상기 압축부는 상기 제1 편심축에 끼워 넣어져 상기 회전축과 함께 회전되는 제1 피스톤과, 상기 제2 편심축에 끼워 넣어져 상기 회전축과 함께 회전되는 제2 피스톤을 포함할 수 있다.

상기 제1 편심축의 질량과 상기 제1 피스톤의 질량을 가산한 질량을 m1, 상기 제1 편심축의 편심량을 r1, 상기 회전축의 하단부 끝단으로부터 상기 제1 편심축의 중심까지의 거리를 L1으로 하고, 상기 제2 편심축의 질량과 상기 제2 피스톤의 질량을 가산한 질량을 m2, 상기 제2 편심축의 편심량을 r2, 상기 회전축의 하단부 끝단으로부터 상기 제2 편심축의 중심까지의 거리를 L2로 하고, 상기 밸런서의 질량을 m3, 상기 밸런서의 중심과 상기 회전축의 축심까지의 거리를 r3, 상기 회전축의 하단부 끝단으로부터 상기 밸런서의 중심까지의 거리를 L3로 한 경우에, (m2×r2×L2-m1×r1×L1)×m1×r1×L1/m2×r2×L2≤m3×r3×L3≤m2×r2×L2-m1×r1×L1을 만족할 수 있다.

상기 제1 실린더 및 제2 실린더에는 상기 제1 실린더 및 제2 실린더 외부로부터 내부로 냉매가 흡입되는 흡입로가 마련되며, 상기 흡입로에는 냉매를 유도하는 흡입관이 삽입될 수 있다.

상기 흡입로는 상기 제1 실린더에 마련되는 제1 흡입로와, 상기 제2 실린더에 마련되는 제2 흡입로를 포함하며, 상기 제1 흡입로와 상기 제2 흡입로 사이에는 상기 제1 흡입로와 상기 제2 흡입로를 연통하는 연통로가 마련될 수 있다.

상기 연통로는 상기 흡입관의 하류에서 상기 제1 흡입로와 상기 제2 흡입로를 연통시킬 수 있다.

상기 작동실은 상기 제1 실린더에 마련되는 제1 작동실과, 상기 제2 실린더에 마련되는 제2 작동실을 포함하며, 상기 제1 작동실과 상기 제2 작동실은 상기 제1 흡입로, 상기 연통로, 상기 제2 흡입로를 통하여 연통될 수 있다.

상기 제1 작동실 내부에 마련되는 제1 흡입실의 용적 변화가 크고 흡입 유랑이 클 때 냉매는 상기 제2 흡입로보다 상기 제1 흡입로를 통하여 많은 양이 흡입되고, 상기 제2 작동실 내부에 마련되는 제2 흡입실의 용적 변화가 크고 흡입 유량이 클 때 냉매는 상기 제1 흡입로보다 상기 제2 흡일로를 통하여 많은 양이 흡입될 수 있다.

상기 흡입관의 통로 면적을 S(mm2), 상기 작동실의 배제 용적을 V(cm3), 상기 구동 모터의 회전 속도를 N(rps)으로 하여 평가값 H를 식 H=(V/S)×N를 이용하여 정한 경우에, 평가값 H의 범위가 0.5≤H≤12일 수 있다.

상기 구동 모터의 정격 회전 속도를 Nr(rps)로 한 경우에, 상기 흡입관의 통로 면적 S(mm2)가 식 S=V×Nr/3.5로 얻어지는 값으로 설정될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 회전식 압축기는 하우징, 상기 하우징 내부에 마련되어 동력을 발생시키며, 고정자와 로터를 포함하는 구동 모터 및 상기 구동 모터로부터 동력을 전달받아 냉매를 압축시키는 압축부를 포함하며, 상기 압축부는, 상기 구동 모터 하부에 마련되며, 내부에 냉매를 압축시키는 제1 작동실이 마련되는 제1 실린더, 상기 구동 모터와 상기 제1 실린더 사이에 마련되며, 내부에 냉매를 압축시키는 제2 작동실이 마련되는 제2 실린더, 상기 제1 실린더 외부로부터 상기 제1 작동실로 냉매가 흡입되도록 마련되는 제1 흡입로, 상기 제2 실린더 외부로부터 상기 제2 작동실로 냉매가 흡입되도록 마련되는 제2 흡입로 및 상기 제1 흡입로와 상기 제2 흡입로를 연통시키는 연통로를 포함한다.

상기 연통로는 상기 제1 실린더에 마련되는 제1 관통 구멍과, 상기 제2 실린더에 마련되는 제2 관통 구멍과, 상기 제1 관통 구멍과 상기 제2 관통 구멍을 연통시키는 관통 구멍을 포함할 수 있다.

상기 제1 작동실과 상기 제2 작동실은 상기 제1 흡입로, 상기 연통로, 상기 제2 흡입로를 통하여 연통될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 회전식 압축기는 하우징, 상기 하우징 내부에 마련되어 동력을 발생시키며, 고정자와 로터를 포함하는 구동 모터 및 상기 구동 모터로부터 동력을 전달받아 냉매를 압축시키는 압축부를 포함하며, 상기 압축부는, 냉매를 압축시키는 작동실을 갖는 복수개의 실린더, 상기 복수개의 실린더 각각에 마련되어 상기 복수개의 실린더 외부로부터 상기 작동실로 냉매가 흡입되는 복수개의 흡입로, 상기 복수개의 흡입로 각각에 삽입되어 냉매의 흡입을 유도하는 복수개의 흡입관을 포함하며, 상기 흡입관의 통로 면적을 S(mm2), 상기 작동실의 배제 용적을 V(cm3), 상기 모터의 회전 속도를 N(rps)으로 하여 평가값 H를 식 H=(V/S)×N를 이용하여 정한 경우에, 평가값 H의 범위는 0.5≤H≤12이다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 전체적인 동적 밸런스를 잡아주고, 고속 운전시에도 저진동,저소음화를 도모할 수 있다.

또한, 회전축의 휨이 저감됨으로써 접동(摺動) 손실을 저감할 수 있으며 효율의 향상을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 회전식 압축기의 축방향 단면도이다.

도 2는 도 1의 II-II부의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 밸런스를 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 동적 밸런스와 고속 운전시의 도 3의 A점에 있어서의 휨량의 관계를 나타낸 도면이다.

도 5(a)는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 흡입실에 냉매 가스가 흡입되는 모습을 나타낸 도면이다.

도 5(b)는 본 발명의 일실시예에 따른 제2 흡입실에 냉매 가스가 흡입되는 모습을 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 평가값 H와 효율 개선율의 관계를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부의 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 회전식 압축기(1)의 축방향 단면도이다.

도 2는 도 1의 II-II부의 단면도이다.

회전식 압축기(1)는 공기 조화 장치 등의 냉매 회로에 이용되는 압축기이다.

회전식 압축기(1)는 냉매를 압축하는 압축부(10)와; 압축부(10)를 구동하는 구동 모터(20)와; 이들 압축부(10) 및 구동 모터(20)를 수용하는 하우징(30);을 구비하고 있다. 그리고, 본 실시형태에 따른 회전식 압축기(1)는 구동 모터(20)의 후술하는 회전축(23)의 축방향이 중력 방향이 되도록 배치되는 세로형 압축기이다. 이하에서는 회전축(23)의 축방향을 "상하 방향"이라고 칭하고, 도 1에서 본 경우의 상측을 "상측"이라고 칭하고, 하측을 "하측"이라고 칭하는 경우가 있다.

먼저, 구동 모터(20)에 대하여 설명한다.

구동 모터(20)는 압축부(10)의 위쪽에서 하우징(30)에 고정되어 있다.

구동 모터(20)는 고정자를 구성하는 고정자(21)와; 회전자를 구성하는 로터(22)와; 로터 (22)를 지지하여 하우징(30)에 대하여 회전하는 회전축(23);을 구비하고 있다.

고정자(21)는 고정자 본체(211)와, 상기 고정자 본체(211)에 감겨지는 코일(212)을 가지고 있다.

고정자 본체(211)는 전자 강판이 다수개 적층된 적층체이며, 대략적인 형상이 원통형이다. 그리고, 고정자 본체(211)의 외주면의 직경은 하우징(30)의 후술하는 중앙 하우징(31)의 내주면의 직경보다 크게 형성되어 있으며, 고정자 본체(211)는 중앙 하우징(31)에 억지 끼워 맞춤으로 끼워 넣어져 있다. 고정자 본체(211)를, 중앙 하우징 (31)에 끼워 넣는 수법으로서는 수축 끼움(shrinkage fit)이나 압입이라는 것을 예시할 수 있다.

또한, 고정자 본체(211)는 로터(22)의 외주와 대향하는 내측의 부위에, 티스(도시하지 않음)를, 원주 방향으로 복수개 가지고 있다. 코일(212)은 인접하는 티스 사이에 존재하는 노치(도시하지 않음)에 배치된다.

로터(22)는 링형상의 전자 강판이 다수개 적층된 적층체이며, 전체적으로 원통 형상이다. 그리고, 로터(22)의 내주면의 직경은 회전축(23)의 외주면의 직경보다 작게 형성되어 있으며, 로터(22)는 회전축(23)에 억지 끼워 맞춤으로 끼워 넣어져 있다. 로터(22)에 회전축(23)을 끼워 넣는 수법으로서는 압입이라는 것을 예시할 수 있다. 그리고, 로터(22)는 회전축(23)에 고정되어 회전축(23)과 함께 회전한다.

로터(22)의 외주면의 직경은 고정자(21)의 고정자 본체(211)의 내주면의 직경보다 작게 형성되어 있으며, 로터(22)와 고정자(21) 사이에는 틈새가 비어 있다.

또한, 로터(22)는 축방향의 압축부(10)측의 단면에 압축부측 밸런서(221)를 가지고 있다.

회전축(23)은 로터(22)가 끼워 맞춰지는 축 본체(230)와, 상기 축 본체(230)의 하부에 설치되어, 축 본체(230)의 축심에서 편심되어 있는 축심을 갖는 제1 편심축(231) 및 제2 편심축(232)을 가지고 있다. 제1 편심축(231) 및 제2 편심축(232)은 회전축(23)의 둘레 방향으로 180도의 위상차가 되도록 배치되어 있다.

축 본체(230)는 로터(22)보다 약간 아래쪽의 부위가 후술하는 메인 베어링(140)에 회전 가능하게 지지되고, 하단부가 후술하는 서브 베어링(150)에 회전 가능하게 지지되어 있다.

다음으로, 하우징(30)에 대하여 설명한다.

하우징(30)은 상하 방향의 중앙에 배치된 원통형의 중앙 하우징(31)과; 중앙 하우징(31)에 있어서의 상측 개구부를 덮는 상측 하우징(32)과, 중앙 하우징(31)에 있어서의 하측 개구부를 덮는 하측 하우징(33)을 구비하고 있다. 또한, 하우징(30)은 압축부(10)에서 압축된 고압의 냉매 가스를 하우징(30)의 외부로 토출하는 토출부(34)와, 하우징(30)의 외부로부터 냉매 가스를 흡입하는 흡입부(35)를 구비하고 있다.

중앙 하우징(31)에는 상술한 구동 모터(20)의 고정자(21) 및 후술하는 메인 베어링 (140)이 고정되어 있다. 흡입부(35)는 중앙 하우징(31)에 형성된 관통 구멍에, 후술하는 제1 흡입관(36) 및 제2 흡입관(37)이 삽입됨으로써 구성되어 있다.

상측 하우징(32)은 볼록형의 사발 형상으로 형성되어 있다. 토출부(34)는 상측 하우징(32)의 꼭대기부에 형성된 관통 구멍에 관이 삽입됨으로써 구성되어 있다.

하측 하우징(33)은 오목형의 사발 형상으로 형성되어 있다.

상측 하우징(32) 및 하측 하우징(33)은 중앙 하우징(31)에 고정되어 있다.

다음으로, 압축부(10)에 대하여 설명한다.

압축부(10)는 제1 실린더(110)와; 제2 실린더(120)와; 제1 실린더(110)와 제2 실린더 (120) 사이를 구획하는 원판형상의 칸막이(130)를 구비하고 있다.

또한, 압축부(10)는 제2 실린더(120)를 덮도록 제2 실린더(120)의 위쪽에 배치됨과 아울러, 회전축(23)을 회전 가능하게 지지하는 메인 베어링(140)을 구비하고 있다. 또한, 압축부(10)는 제1 실린더(110)를 덮도록 제1 실린더(110)의 아래쪽에 배치됨과 아울러 회전축(23)을 회전 가능하게 지지하는 서브 베어링(150)을 구비하고 있다. 메인 베어링 (140)은 하우징(30)의 중앙 하우징(31)에 용접 등으로 고정되어 있다. 서브 베어링(150)은 볼트 등의 체결 부재에 의해 메인 베어링(140)에 고정되어 있다.

또한, 압축부(10)는 서브 베어링(150)과 함께 제1 토출실(161a)을 형성하는 제1 커버(161)와, 메인 베어링(140)과 함께 제2 토출실(162a)을 형성하는 제2 커버(162)를 가지고 있다.

또한, 압축부(10)는 제1 실린더(110)와 칸막이(130) 및 서브 베어링(150)에 의해 형성되는 제1 작동실(11)과, 제2 실린더(120)와 칸막이(130) 및 메인 베어링(140)에 의해 형성되는 제2 작동실(12)을 구비하고 있다.

그리고, 압축부(10)는 제1 작동실(11) 내에, 회전축(23)의 제1 편심축(231)에 끼워 넣어져 회전축(23)과 함께 회전하는 제1 피스톤(111)과, 스프링에 의해 제1 피스톤 (111)에 항상 접촉하도록 탄성지지되는 제1 베인(112)(도 2 참조)을 구비하고 있다. 제1 작동실(11)은 제1 피스톤(111) 및 제1 베인(112)에 의해, 제1 흡입실(11a)(도 2 참조)과 제1 압축실(11b)(도 2 참조)로 구획된다.

또한, 압축부(10)는 제2 작동실(12) 내에, 회전축(23)의 제2 편심축(232)에 끼워 넣어져 회전축(23)과 함께 회전하는 제2 피스톤(121)과; 스프링에 의해 제2 피스톤(121)에 항상 접촉하도록 탄성지지되는 제2 베인(도시하지 않음);을 구비하고 있다. 제2 작동실(12)은 제1 작동실(11)과 마찬가지로, 제2 피스톤(121) 및 제2 베인(도시하지 않음)에 의해, 제2 흡입실(12a)(도 5(b) 참조)과 제2 압축실(도시하지 않음)로 구획된다.

제1 실린더(110)에는 제1 흡입실(11a)과 제1 실린더(110)의 외부를 연통하도록, 회전축 (23)의 축방향으로 직교하는 방향(반경 방향)으로 관통한 제1 흡입로(113)가 형성되어 있다. 또한, 제1 실린더(110)에는 제1 작동실(11)의 외측에 회전축(23)의 축방향으로 관통한 제1 토출 가스 통로(114)가 형성되어 있다.

제2 실린더(120)에는 제2 흡입실(12a)와 제2 실린더(120)의 외부를 연통하도록, 회전축(23)의 축방향으로 직교하는 방향(반경 방향)으로 관통한 제2 흡입로(123)가 형성되어 있다. 또한, 제2 실린더(120)에는 제2 작동실(12)의 외측에 회전축(23)의 축방향으로 관통한 제2 토출 가스 통로(124)가 형성되어 있다.

또한, 압축부(10)는 일단이 제1 흡입로(113)에 삽입되고, 타단이 어큐뮬레이터에 접속된 제1 흡입관(36)과, 일단이 제2 흡입로(123)에 삽입되고 타단이 어큐뮬레이터에 접속된 제2 흡입관(37)을 가지고 있다.

그리고, 본 실시형태에 따른 압축부(10)는 제1 흡입로(113)와 제2 흡입로(123)를 연통하는 연통로(135)를 가지고 있다. 연통로(135)는 칸막이(130)에 형성된 축방향의 칸막이 관통 구멍(131)과; 제1 흡입로(113)와 관통 구멍(131)을 연통하도록 제1 실린더 (110)에 형성된 제1 관통 구멍(115)과; 제2 흡입로(123)와 관통 구멍(131)을 연통하도록 제2 실린더(120)에 형성된 제2 관통 구멍(125);으로 구성된다.

본 실시형태에 따른 압축부(10)에 있어서는, 제1 실린더(110), 제2 실린더(120) 중에서 축방향으로 모터(20)에 가까운 제2 실린더(120)의 제2 작동실(12)의 배제 용적 V2는 모터(20)에서 먼 제1 실린더(110)의 제1 작동실(11)의 배제 용적 V1보다 크다.

한편, 제1 작동실(11)의 배제 용적 V1는 대략 제1 실린더(110)의 내주면과 제1 피스톤(111)의 외주면 사이에서 둘러싸인 공간의 용적이다. 또한, 제2 작동실(12)의 배제 용적 V2는 대략 제2 실린더(120)의 내주면과 제2 피스톤(121)의 외주면 사이에서 둘러싸인 공간의 용적이다.

제2 작동실(12)의 배제 용적 V2를 제1 작동실(11)의 배제 용적 V1보다 크게 하기 위하여, 본 실시형태에 따른 압축부(10)에 있어서는 도 1에 나타낸 바와 같이, 제1 작동실(11) 및 제2 작동실(12)의 축방향으로 직교하는 방향의 단면적을 동일하게 함과 아울러, 축방향의 크기를 다르게 하고 있다. 즉, 제2 실린더(120) 및 제2 피스톤(121)의 축방향의 길이(두께)를, 제1 실린더(110) 및 제2 피스톤(121)의 축방향의 길이(두께)보다 크게 하고 있다.

이에 따라, 회전시의 회전축(23)의 휨의 큰 원인이 되는, 로터(22)에 있어서의 압축부(10)과는 반대측의 단면의 밸런서를 설치하지 않도록 하여, 저진동·저소음화를 실현하고 있다.

이상과 같이 구성된 본 실시형태에 따른 회전식 압축기(1)의 압축부측 밸런서(221)의 질량 등은 이하와 같이 설정된다.

도 3은 밸런스를 설명하기 위한 도면이다.

제1 편심축(231)의 질량과 제1 피스톤(111)의 질량을 가산한 질량을 m1, 제1 편심축 (231)의 편심량을 r1, 회전축(23)에 있어서의 압축부(10)측의 선단부(23a)로부터 제1 편심축(231)의 중심까지의 거리를 L1로 한다. 또한, 제2 편심축(232)의 질량과 제2 피스톤(121)의 질량을 가산한 질량을 m2, 제2 편심축(232)의 편심량을 r2, 선단부(23 a)로부터 제2 편심축(232)의 중심까지의 거리를 L2로 한다. 또한, 압축부측 밸런서(221)의 질량을 m3, 압축부측 밸런서(221)의 중심과 회전축(23)의 축심까지의 거리를 r3, 선단부(23a)로부터 압축부측 밸런서(221)의 중심까지의 거리를 L3로 한다.

이러한 경우의, 제2 실시형태에 따른 회전식 압축기(1)의 동적 밸런스의 식은 이하의 식(1)이 된다.

m2×r2×L2-m1×r1×L1=m3×r3×L3…(1)

동적 밸런스가 균형 상태가 되도록 압축부측 밸런서(221)의 질량 등을 설정하고 있었다고 해도, 제조 편차 등에 의해, 회전축(23)의 약간의 휨에 의해 로터(22)의 축이 어긋나, 동적 밸런스가 불균형 상태가 될 우려가 있다.

그러므로, 특히 고속 운전시의 회전축(23)의 휨을 최소한으로 할 필요가 있다.

도 4는 동적 밸런스와 고속 운전시의 도 3의 A점에 있어서의 휨량의 관계를 나타낸 도면이다. 도 3의 A점은 로터(22)에 있어서의, 축방향으로는 압축부(10)와는 반대측의 단부이며 회전 반경 방향으로는 가장 외측의 부위이다. 도 4에서는 도 3의 회전축(23)의 축심보다 우측을 플러스, 축심보다 좌측을 마이너스로 한 경우의, 세로축은 A점의 휨량을 나타내고, 가로축은 동적 밸런스를 나타낸다.

본 발명자들이 심도깊게 연구한 결과, 도 4에 나타낸 바와 같이, 동적 밸런스가 제로, 즉 식(1)을 만족할 때(도 4에 나타낸 B점)보다, 동적 밸런스가 플러스 측으로 감에 따라서 A점의 휨량은 서서히 감소하여 제로가 되는 것을 알 수 있다. 또한, A점의 휨량이 제로가 되는 지점보다 동적 밸런스가 플러스 측으로 감에 따라서 A점의 휨량은 서서히 증대하는 것을 알 수 있다.

즉, m2×r2×L2와 m1×r1×L1의 몫이 커질수록 회전축(23)의 휨량이 커지기 때문에, 압축부측 밸런서(221)의 질량 등을, 식 (3)의 좌변에 m2×r2×L2와 m1×r1×L1의 몫으로 나눈, 식 (2)의 값으로 설정함으로써 회전축(23)의 휨량은 저감되는 것을 알 수 있다.

m3×r3×L3=(m2×r2×L2-m1×r1×L1)×m1×r1×L1/(m2×r2×L2)…(2)

또한, 압축부측 밸런서(221)의 질량 등이 식 (2)를 만족할 때의 회전축(23)의 휨량은 도 4에 나타낸 C점이다.

이상 설명한 사항을 감안하여, 본 실시형태에 따른 회전식 압축기(1)에 있어서는 압축부측 밸런서(221)의 질량 등이, 이하의 식 (3)을 만족하도록 설정되어 있다.

(m2×r2×L2-m1×r1×L1)×m1×r1×L1/(m2×r2×L2)≤m3×r3×L3≤m2×r2×L2-m1×r1×L1…(3)

이상과 같이 구성된 본 실시형태에 따른 회전식 압축기(1)에 있어서는, 회전축(23)의 휨의 큰 원인인 로터(22) 상부의 밸런서를 떼내고, 불균형하게 된 동적 밸런스를 각 압축실의 배제 용적을 불균형으로 함으로써, 전체적인 동적 밸런스를 균형잡고, 고속 운전시의 저진동·저소음화를 실현하고 있다. 또한, 회전축(23)의 휨이 저감함으로써 접동 손실을 저감할 수 있으므로, 효율의 향상을 도모할 수 있다.

이상과 같이 구성된 회전식 압축기(1)은 이하와 같이 작용한다.

구동 모터(20)에 의해 회전축(23)이 회전 구동되면, 제1 편심축(231), 제2 편심축(232)의 회전에 따라서 제1 피스톤(111), 제2 피스톤(121)이 서로 180도의 위상차로 회전한다. 그리고, 제1 피스톤(111), 제2 피스톤(121)의 편심 회전에 의해, 제1 작동실(11) 및 제2 작동실(12) 내의, 제1 흡입실(11a) 및 제2 흡입실(12a)과 제1 압축실(11b) 및 제2 압축실(도시하지 않음)은 축소와 확대를 반복한다.

제1 흡입실(11a), 제2 흡입실(12a)이 확대될 때, 냉동 사이클로부터 제1 흡입관(36), 제2 흡입관(37)을 통하여 공급된 냉매 가스가, 제1 흡입로(113), 제2 흡입로(123)를 통하여 흡입된다. 흡입 작용에 대해서는 나중에 상세히 설명한다.

제1 흡입실(11a)에 흡입된 냉매 가스는 제1 압축실(11b)이 축소됨으로써 압축되고, 그 압력이 소정의 토출 압력이 되면, 제1 토출실(161a)로 토출된다. 제2 흡입실(12a)에 흡입된 냉매 가스는 제2 압축실(도시하지 않음)이 축소됨으로써 압축되고, 그 압력이 소정의 토출 압력이 되면, 제2 토출실(162a)에 토출된다. 냉매 가스는 제1 작동실(11), 제2 작동실(12)에 의해 번갈아 압축되고, 제1 토출실(161a), 제2 토출실(162a)을 통하여 하우징(30)내에 토출되고, 다시 토출부(34)를 통하여 냉동 사이클에 토출된다.

흡입 작용에 대하여 상세히 설명한다.

도 5(a)는 제1 흡입실(11a)에 냉매 가스가 흡입되는 모습을 나타낸 도면이며, 도 5(b)는 제2 흡입실(12a)에 냉매 가스가 흡입되는 모습을 나타낸 도면이다.

본 실시형태에 따른 회전식 압축기(1)에 있어서는, 제1 흡입실(11a) 및 제2 흡입실(12a)은 제1 흡입로(113), 연통로(135), 제2 흡입로(123)를 통하여 서로 연통해 있다. 또한, 제1 흡입실(11a)은 제1 흡입로(113), 연통로(135), 제2 흡입로(123)을 통하여 제2 흡입관(37)과 연통해 있다. 또한, 제2 흡입실(12a)은 제2 흡입로(123), 연통로(135) 및 제1 흡입로(113)를 통하여 제1 흡입관(36)과 연통해 있다.

이러한 구성에 의하면, 제1 흡입실(11a)의 용적 변화가 크고 흡입 유량이 클 때, 냉매 가스는 주로 제1 흡입관(36)으로부터 제1 흡입로(113)를 통과하여 제1 흡입실(11a)에 흡입된다. 또한, 제1 흡입실(11a)의 용적 변화가 크고 흡입 유량이 클 때, 제2 흡입관(37)으로부터도, 제2 흡입로(123), 연통로(135) 및 제1 흡입로(113)를 통과하여 냉매 가스가 제1 흡입실(11a)에 흡입된다(도 5(a) 참조). 이 때, 제2 흡입실(12a)의 용적 변화는 위상이 180도 어긋나 있기 때문에 작고, 제2 흡입실(12a)의 흡입 유량은 작다.

한편, 제2 흡입실(12a)의 용적 변화가 크고 흡입 유량이 클 때, 냉매 가스는 주로 제2 흡입관(37)으로부터 제2 흡입로(123)를 통과하여 제2 흡입실(12a)에 흡입된다. 또한, 제2 흡입실(12a)의 용적 변화가 크고 흡입 유량이 클 때, 제1 흡입관(36)으로부터도, 제1 흡입로(113), 연통로(135) 및 제2 흡입로(123)를 통과하여 냉매 가스가 제2 흡입실(12a)에 흡입된다(도 5(b) 참조). 이 때, 제1 흡입실(11a)의 용적 변화는 위상이 180도 어긋나 있기 때문에 작고, 제1 흡입실(11a)의 흡입 유량은 작다.

본 실시형태에 따른 회전식 압축기(1)에 있어서는, 1회전 중의 용적 변화가 크고, 흡입 유량의 변화도 크지만, 제1 흡입실(11a)과 제2 흡입실(12a)의 흡입 유량의 최대값은 위상이 180도 어긋나 있다. 또한, 본 실시형태에 따른 회전식 압축기(1)에 있어서는, 제1 흡입실(11a)에 접속된 제1 흡입로(113)와 제2 흡입실(12a)에 접속된 제2 흡입로(123)를 연통로(135)를 통하여 연통하고 있다. 이 때문에, 제1 흡입실(11a) 및 제2 흡입실의 한쪽의 흡입실은 제1 흡입관(36) 및 제2 흡입관(37) 양쪽으로부터 냉매 가스를 흡입할 수 있으며, 제1 흡입관(36) 및 제2 흡입관(37)에 있어서의 유로 저항에 의한 흡입 손실은 저감된다.

그러나, 제1 흡입실(11a) 및 제2 흡입실(12a)의 용적 변화에 의해, 제1 흡입로(113) 및 제2 흡입로(123)에 압력 맥동이 생긴다. 이 때문에, 제1 흡입로(113)와 제2 흡입로(123)를 연통하는 연통로(135)가 있으면, 제1 흡입실(11a) 및 제2 흡입실(12a)의 한쪽의 흡입실이 다른 쪽의 흡입실의 압력 맥동의 영향을 받고, 흡입 상태가 불안정하게 되거나 흡입 유량이 저하될 우려가 있다. 그 결과, 효율이 저하할 우려가 있다.

이러한 사항을 감안하면, 평가값 H를 이하의 식(4)으로 하고, 평가값 H를 기본으로 사양을 설정해도 무방하다.

H=(V/S)×N…(4)

여기서, S는 제1 흡입관(36) 및 제2 흡입관(37)의 통로 면적(mm2)(도 5(a) 참조), N은 구동 모터(20)(회전식 압축기(1))의 회전 속도(rps)이다. 또한, V는 압축부(10)의 각 작동실의 배제 용적(cm3)이다. 본 실시형태에 있어서는, 제2 작동실(12)의 배제 용적 V2가 제1 작동실(11)의 배제 용적 V1보다 크지만, 식(4)에 있어서는, 제1 작동실(11)의 배제 용적 V1와 제2 작동실(12)의 배제 용적 V2가 동일한 경우를 나타내고 있다.

도 6은 평가값 H와 효율 개선율(%)의 관계를 나타낸 도면이다.

본 발명자들이 심도깊게 연구한 결과, 도 6에 나타낸 바와 같이, 평가값 H의 범위가 0.5≤H≤12인 경우에, 회전식 압축기(1)의 효율이 개선되는(100% 이상이 된다) 것을 도출하였다.

이것은 이하의 이유에 기인한 것이라고 생각할 수 있다.

평가값 H가 0.5 미만인 경우(예를 들면, 회전식 압축기(1)의 회전 속도 N가 작은 경우)는 냉매 가스의 흡입시에 있어서 흡입 손실이 작기 때문에 연통로(135)를 설치해도 효율 개선 효과는 작다.

한편, 평가값 H가 12보다 큰 경우(예를 들면, 회전식 압축기(1)의 회전 속도 N가 큰 경우)는 연통로(135)를 설치해도 연통로(135)를 흐르는 냉매 가스의 흐름 방향의 전환이 원활하게 행해지지 않게 되기 때문에, 흡입 손실의 저감 효과가 저하하고 효율 개선 효과는 작다.

따라서, 본 실시형태에 따른 회전식 압축기(1)는 평가값 H의 범위가 0.5≤H≤12가 되도록 설정된다.

회전식 압축기(1)의 사양에 따라서, 저속 회전 속도 Nmin(rps), 고속 회전 속도 Nmax(rps), 압축부(10)의 각 실린더(작동실)의 실린더 용적(배제 용적) V(cm3)는 정해져 있다. 이 때문에, 하기 식 (5)의 범위가 되도록, 제1 흡입관(36) 및 제2 흡입관(37)의 통로 면적 S(mm2)가 설정되어 있다.

(V×min)/0.5≤S≤(V×max)/12…(5)

예를 들면, 회전식 압축기(1)의 정격 회전 속도 Nr(rps)일 때에, 도 6에 나타낸 효율 개선율이 가장 커지는 평가값 H=3.5가 되도록 제1 흡입관(36) 및 제2 흡입관(37)의 통로 면적 S(mm2)를 설정하는(S=V×Nr/3.5) 것을 예시할 수 있다.

그리고, 본 실시형태에 따른 회전식 압축기(1)에 있어서는, 평가값 H1, H2를 이하의 식 (6), (7)로 하고, 평가값 H1, H2의 범위가 0.5≤H1≤12, 0.5≤H2≤12가 되도록 설정된다.

H1=(V1/S)×N…(6)

H2=(V2/S)×N…(7)

본 실시형태에 따른 회전식 압축기(1)의 사양에 따라서, 저속 회전 속도 Nmin(rps), 고속 회전 속도 Nmax(rps), 압축부(10)의 배제 용적 V1, V2(cm3)는 정해져 있다. 이 때문에, 하기 식 (8) 및 (9)의 범위가 되도록, 제1 흡입관(36) 및 제2 흡입관(37)의 통로 면적 S(mm2)가 설정되어 있다.

(V1×Nmin)/0.5≤S≤(V1×Nmax)/12…(8)

(V2×Nmin)/0.5≤S≤(V2×Nmax)/12…(9)

예를 들면, 회전식 압축기(1)의 정격 회전 속도 Nr(rps) 일 때에, 도 6에 나타낸 효율 개선율이 가장 커지는 평가값 H=3.5가 되도록 제1 흡입관(36) 및 제2 흡입관(37)의 통로 면적 S(mm2)를 설정하는(S=V1×Nr/3.5 또는 S=V2×Nr/3.5, 혹은 V2×Nr/3.5≤S≤V1×Nr/3.5) 것을 예시할 수 있다.

이상과 같이 구성된 회전식 압축기(1)은 제1 흡입로(113)와 제2 흡입로(123)를 연통하는 연통로(135)를 가짐과 아울러, 식 (4)로부터 정해지는 평가값 H의 범위가 0.5≤H≤12가 되도록 설정됨으로써, 효율이 크다. 바꾸어 말하면, 제1 흡입관(36)과 제2 흡입관(37)을 연통하는 연통로(135)를 형성함과 아울러, 평가값 H의 범위가 0.5≤H≤12가 되도록 설정함으로써 회전식 압축기(1)의 효율을 크게 할 수 있다.

압축부(10)의 배제 용적 V2가 배제 용적 V1보다 큰 경우에는 특히 용적 변화가 작은 제1 흡입실(11a)의 흡입 손실이 커질 우려가 있다. 그러나, 제2 실시형태에 따른 회전식 압축기(1)는 제1 흡입관(36)과 제2 흡입관(37)을 연통하는 연통로(135)를 가짐과 아울러, 평가값 H의 범위가 0.5≤H≤12가 되도록 설정됨으로써 효율을 높일 수 있다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 회전식 압축기를 설명함에 있어 특정 형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 이는 통상의 기술자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

하우징;

상기 하우징 내부에 마련되어 동력을 발생시키며, 고정자와 로터를 포함하는 구동 모터; 및

상기 구동 모터로부터 동력을 전달받아 냉매를 압축시키며, 내부에 상기 냉매를 압축시키는 작동실이 마련되는 복수개의 실린더를 포함하는 압축부;

를 포함하며,

상기 복수개의 실린더 각각에 마련되는 상기 작동실은 서로 다른 용적을 갖도록 마련되며, 동적 균형을 유지하기 위해 마련되는 밸런서가 상기 로터의 하부에만 마련되는 회전식 압축기.
제 1 항에 있어서,

상기 구동 모터는 상기 로터의 회전력을 상기 압축부로 전달하는 회전축을 더 포함하며, 상기 실린더는 상기 회전축의 축방향으로 상기 구동 모터 하부에 마련되는 제1 실린더와 상기 구동 모터와 상기 제1 실린더 사이에 마련되는 제2 실린더를 포함하는 회전식 압축기.
제 2 항에 있어서,

상기 제1 실린더에 마련되는 상기 작동실의 용적이 상기 제2 실린더에 마련되는 상기 작동실의 용적보다 큰 회전식 압축기.
제 3 항에 있어서,

상기 회전축은 상기 로터가 고정되는 축 본체와, 상기 축 본체의 축심에서 편심되도록 상기 제1 실린더 내에 배치되는 제1 편심축과, 상기 제1 편심축과 상기 회전축의 둘레 방향으로 180도의 위상차를 갖도록 편심되어 상기 제2 실린더 내에 배치되는 제2 편심축을 포함하는 회전식 압축기.
제 4 항에 있어서,

상기 압축부는 상기 제1 편심축에 끼워 넣어져 상기 회전축과 함께 회전되는 제1 피스톤과, 상기 제2 편심축에 끼워 넣어져 상기 회전축과 함께 회전되는 제2 피스톤을 포함하는 회전식 압축기.
제 5 항에 있어서,

상기 제1 편심축의 질량과 상기 제1 피스톤의 질량을 가산한 질량을 m1, 상기 제1 편심축의 편심량을 r1, 상기 회전축의 하단부 끝단으로부터 상기 제1 편심축의 중심까지의 거리를 L1으로 하고, 상기 제2 편심축의 질량과 상기 제2 피스톤의 질량을 가산한 질량을 m2, 상기 제2 편심축의 편심량을 r2, 상기 회전축의 하단부 끝단으로부터 상기 제2 편심축의 중심까지의 거리를 L2로 하고, 상기 밸런서의 질량을 m3, 상기 밸런서의 중심과 상기 회전축의 축심까지의 거리를 r3, 상기 회전축의 하단부 끝단으로부터 상기 밸런서의 중심까지의 거리를 L3로 한 경우에,

(m2×r2×L2-m1×r1×L1)×m1×r1×L1/(m2×r2×L2)≤m3×r3×L3≤m2×r2×L2-m1×r1×L1을 만족하는 회전식 압축기.
제 2 항에 있어서,

상기 제1 실린더 및 제2 실린더에는 상기 제1 실린더 및 제2 실린더 외부로부터 내부로 냉매가 흡입되는 흡입로가 마련되며, 상기 흡입로에는 냉매를 유도하는 흡입관이 삽입되는 회전식 압축기.
제 7 항에 있어서,

상기 흡입로는 상기 제1 실린더에 마련되는 제1 흡입로와, 상기 제2 실린더에 마련되는 제2 흡입로를 포함하며, 상기 제1 흡입로와 상기 제2 흡입로 사이에는 상기 제1 흡입로와 상기 제2 흡입로를 연통하는 연통로가 마련되는 회전식 압축기.
제 8 항에 있어서,

상기 연통로는 상기 흡입관의 하류에서 상기 제1 흡입로와 상기 제2 흡입로를 연통시키는 회전식 압축기.
제 9 항에 있어서,

상기 작동실은 상기 제1 실린더에 마련되는 제1 작동실과, 상기 제2 실린더에 마련되는 제2 작동실을 포함하며, 상기 제1 작동실과 상기 제2 작동실은 상기 제1 흡입로, 상기 연통로, 상기 제2 흡입로를 통하여 연통되는 회전식 압축기.
제 10 항에 있어서,

상기 제1 작동실 내부에 마련되는 제1 흡입실의 용적 변화가 크고 흡입 유랑이 클 때 냉매는 상기 제2 흡입로보다 상기 제1 흡입로를 통하여 많은 양이 흡입되고, 상기 제2 작동실 내부에 마련되는 제2 흡입실의 용적 변화가 크고 흡입 유량이 클 때 냉매는 상기 제1 흡입로보다 상기 제2 흡일로를 통하여 많은 양이 흡입되는 회전식 압축기.
제 7 항에 있어서,

상기 흡입관의 통로 면적을 S(mm2), 상기 작동실의 배제 용적을 V(cm3), 상기 구동 모터의 회전 속도를 N(rps)으로 하여 평가값 H를 식 H=(V/S)×N를 이용하여 정한 경우에, 평가값 H의 범위가 0.5≤H≤12인 회전식 압축기.
제 12 항에 있어서,

상기 구동 모터의 정격 회전 속도를 Nr(rps)로 한 경우에, 상기 흡입관의 통로 면적 S(mm2)가 식 S=V×Nr/3.5로 얻어지는 값으로 설정되는 회전식 압축기.
하우징;

상기 하우징 내부에 마련되어 동력을 발생시키며, 고정자와 로터를 포함하는 구동 모터; 및

상기 구동 모터로부터 동력을 전달받아 냉매를 압축시키는 압축부를 포함하며,

상기 압축부는,

상기 구동 모터 하부에 마련되며, 내부에 냉매를 압축시키는 제1 작동실이 마련되는 제1 실린더;

상기 구동 모터와 상기 제1 실린더 사이에 마련되며, 내부에 냉매를 압축시키는 제2 작동실이 마련되는 제2 실린더;

상기 제1 실린더 외부로부터 상기 제1 작동실로 냉매가 흡입되도록 마련되는 제1 흡입로;

상기 제2 실린더 외부로부터 상기 제2 작동실로 냉매가 흡입되도록 마련되는 제2 흡입로; 및

상기 제1 흡입로와 상기 제2 흡입로를 연통시키는 연통로;

를 포함하는 회전식 압축기.
제 14 항에 있어서,

상기 연통로는 상기 제1 실린더에 마련되는 제1 관통 구멍과, 상기 제2 실린더에 마련되는 제2 관통 구멍과, 상기 제1 관통 구멍과 상기 제2 관통 구멍을 연통시키는 관통 구멍을 포함하는 회전식 압축기.
제 15 항에 있어서,

상기 제1 작동실과 상기 제2 작동실은 상기 제1 흡입로, 상기 연통로, 상기 제2 흡입로를 통하여 연통되는 회전식 압축기.
하우징;

상기 하우징 내부에 마련되어 동력을 발생시키며, 고정자와 로터를 포함하는 구동 모터; 및

상기 구동 모터로부터 동력을 전달받아 냉매를 압축시키는 압축부를 포함하며,

상기 압축부는,

냉매를 압축시키는 작동실을 갖는 복수개의 실린더;

상기 복수개의 실린더 각각에 마련되어 상기 복수개의 실린더 외부로부터 상기 작동실로 냉매가 흡입되는 복수개의 흡입로;

상기 복수개의 흡입로 각각에 삽입되어 냉매의 흡입을 유도하는 복수개의 흡입관;

을 포함하며,

상기 흡입관의 통로 면적을 S(mm2), 상기 작동실의 배제 용적을 V(cm3), 상기 모터의 회전 속도를 N(rps)으로 하여 평가값 H를 식 H=(V/S)×N를 이용하여 정한 경우에, 평가값 H의 범위가 0.5≤H≤12인 회전식 압축기.