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KR101381082B1 - 로터리식 2단 압축기 - Google Patents

로터리식 2단 압축기 Download PDF

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KR101381082B1
KR101381082B1 KR1020070077040A KR20070077040A KR101381082B1 KR 101381082 B1 KR101381082 B1 KR 101381082B1 KR 1020070077040 A KR1020070077040 A KR 1020070077040A KR 20070077040 A KR20070077040 A KR 20070077040A KR 101381082 B1 KR101381082 B1 KR 101381082B1
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 냉매 유입홀 및 냉매 토출홀을 구비하는 밀폐 용기, 밀폐 용기 내에 구비되며, 회전력을 전달하는 회전축, 저압 실린더, 회전축의 회전에 따라 저압 실린더의 내경을 회전하는 저압 편심부, 저압 편심부의 외부에 회전 가능하게 결합되는 저압 롤러 및 저압 실린더 내부 공간을 분리하는 저압 베인을 구비하는 저압 압축 어셈블리, 고압 실린더, 회전축의 회전에 따라 고압 실린더의 내경을 회전하는 고압 편심부, 고압 편심부의 외부에 회전 가능하게 결합되는 고압 롤러 및 고압 실린더 내부 공간을 분리하는 고압 베인을 구비하는 고압 압축 어셈블리, 저압 실린더 및 고압 실린더 사이를 구획하는 중간판, 밀폐 용기의 냉매 유입홀에 삽입되어, 밀폐 용기 내에 냉매를 유입하는 냉매 유입관 및 냉매 유입관에서 유입되는 냉매의 유량을 분배하는 유량분배장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기를 제공한다. 이러한 구성을 통해, 저압의 냉매가 밀폐용기에 충진되며, 액상의 냉매가 밀폐용기의 하부에 모이므로 어큐뮬레이터를 삭제할 수 있다.
2단 압축기, 로터리, 밀폐 용기, 배플, 충진, 저압, 어큐뮬레이터

Description

로터리식 2단 압축기{2 STAGE ROTARY COMPRESSOR}
본 발명은 로터리식 2단 압축기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 쉘 내부가 저압의 냉매로 충진되며, 고압 압축 어셈블리에 연결된 관을 통해 2단 압축된 냉매가 압축기의 외부로 토출되는 로터리식 2단 압축기에 관한 것이다. 또한, 밀폐 용기로 유입되는 냉매가 저압 압축 어셈블리로 직접 유입되지 않도록 냉매를 우회시키는 배플을 구비하는 로터리식 2단 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 압축기(Compressor)는 전기모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축시켜 압력을 높여주는 기계장치로써, 냉장고와 에어컨 등과 같은 가전기기 또는 산업전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.
이러한 압축기를 크게 분류하면, 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡, 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키는 왕복동식 압축기(Reciprocating compressor)와, 편심 회전되는 롤러(Roller)와 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전 되면서 냉매를 압축시키는 로터리식 압축기(Rotary compressor)와, 선회 스크롤(Orbiting scroll)과 고정 스크롤(Fixed scroll) 사이에 작동가스가 흡, 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 선회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전되면서 냉매를 압축시키는 스크롤식 압축기(Scroll compressor)로 나뉘어진다.
특히 로터리식 압축기는, 상, 하부에 두 개의 롤러와 두 개의 실린더를 구비하고, 상, 하부의 롤러와 실린더 쌍이 전체 압축 용량을 일부와, 나머지를 압축하는 로터리식 트윈 압축기 및 상, 하부에 두 개의 롤러와 두 개의 실린더를 구비하고, 두 개의 실린더가 연통되어 한 쌍은 상대적으로 저압의 냉매를 압축하고, 다른 한 쌍은 저압 압축 단계를 지난 상대적으로 고압의 냉매를 압축하는 로터리식 2단 압축기 등으로 더 발전되었다.
대한민국 등록특허공보 특1994-0001355에 로터리식 압축기가 개시되어 있다. 쉘 내부에 전동기가 위치하고, 전동기를 관통하도록 회전축이 설치된다. 또한 전동기의 하부에는 실린더가 위치하고, 실린더의 내부에 회전축에 끼워진 편심부와, 편심부에 끼워진 롤러가 위치한다. 실린더에는 냉매 토출홀과 냉매 유입홀이 형성되고, 냉매 토출홀과 냉매 유입홀 사이에는 압축되지 않은 저압의 냉매가 압축된 고압의 냉매와 섞이지 않게 하는 베인이 설치된다. 또한 편심되어 회전하는 롤러와 베인이 접촉된 상태를 유지하기 위해, 베인의 일단에는 스프링이 설치된다. 전동기에 의해 회전축이 회전하면 편심부와 롤러가 실린더의 내주를 따라 회전하면서 냉매 가스를 압축하고, 압축된 냉매 가스는 냉매 토출홀을 통해 토출된다.
대한민국 공개특허공보 10-2005-0062995는 로터리식 트윈 압축기를 개시하고 있다. 도 1을 참조하면, 동일용량을 압축하는 2 개의 실린더(1035, 1045)와 중간판(1030)을 구비하여, 압축 용량을 1단 압축기에 비해 2배 향상시켰다.
대한민국 공개특허공보 10-2007-0009958은 로터리식 2단 압축기를 개시하고 있다. 도 2를 참조하면, 압축기(2001)는 밀폐 용기(2013) 내부의 상방에 고정자(2007)와 회전자(2008)를 갖는 전동기(2014)를 구비하고, 전동기에 연결된 회전축(2002)은 2개의 편심부를 구비한다. 회전축(2002)에 대해 전동기(2014)측으로부터 차례로 주베어링(2009), 고압용 압축 요소(2020b), 중간판(2015), 저압용 압축 요소(2020a) 및 부베어링(2019)이 적층되어 있다. 또한 저압용 압축 요소(2020a)에서 압축된 냉매를 고압용 압축 요소(2020b)로 유입하는 중간관(2040)이 개시되어 있다.
본 발명은 밀폐 용기 내에 저압의 냉매가 충진되어 있고, 충진된 냉매가 저압 압축 어셈블리로 유입되어 1단 압축된 다음, 고압 압축 어셈블리로 유입되어 2단 압축되고, 고압 압축 어셈블리에 삽입된 냉매 토출관을 통해 압축기의 외부로 고압의 냉매가 토출되는 로터리식 2단 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 밀폐 용기에 형성된 저압의 냉매가 저압 압축 어셈블리로 직접적으로 유입되는 것을 방지하는 구조를 구비하는 로터리식 2단 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 어큐뮬레이터가 삭제가능한 로터리식 2단 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 냉매 유입홀 및 냉매 토출홀을 구비하는 밀폐 용기, 밀폐 용기 내에 구비되며, 회전력을 전달하는 회전축, 저압 실린더, 회전축의 회전에 따라 저압 실린더의 내경을 회전하는 저압 편심부, 저압 편심부의 외부에 회전 가능하게 결합되는 저압 롤러 및 저압 실린더 내부 공간을 분리하는 저압 베인을 구비하는 저압 압축 어셈블리, 고압 실린더, 회전축의 회전에 따라 고압 실린더의 내경을 회전하는 고압 편심부, 고압 편심부의 외부에 회전 가능하게 결합되는 고압 롤러 및 고압 실린더 내부 공간을 분리하는 고압 베인을 구비하는 고압 압축 어셈블리, 저압 실 린더 및 고압 실린더 사이를 구획하는 중간판, 밀폐 용기의 냉매 유입홀에 삽입되어, 밀폐 용기 내에 냉매를 유입하는 냉매 유입관 및 냉매 유입관에서 유입되는 냉매의 유량을 분배하는 유량분배장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기를 제공한다. 이러한 구성을 통해, 저압의 냉매가 밀폐용기에 충진되며, 액상의 냉매가 밀폐용기의 하부에 모이므로 어큐뮬레이터를 삭제할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 일 양태로서, 유량분배장치는, 밀폐 용기의 냉매 유입홀과 저압 압축 실린더 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기를 제공한다. 이러한 구성을 통해, 냉매 유입홀을 통해 유입되는 냉매가 유량분배장치에 의해 유량분배장치의 상단 및 하단을 통해 유입되므로, 냉매가 저압 압축 어셈블리에 직접 유입되지 않아, 압축기를 안정적으로 구동할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 일 양태로서, 유량분배장치는 유량분배장치 길이의 적어도 2분의 1에 해당하는 부분이 냉매 유입홀의 중심보다 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기를 제공한다. 이러한 구성을 통해, 냉매가 밀폐용기의 상부보다 하부로 더욱 용이하게 흐를 수 있다.
또한 본 발명의 다른 일 양태로서, 유량분배장치는 유량분배장치 길이의 적어도 3분의 2에 해당하는 부분이 냉매 유입홀의 중심보다 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 양태로서, 유량분배장치는 냉매 유입홀 전체를 가리는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 양태로서 일단이 고압 실린더와 연결되며, 밀폐 용 기를 관통하여 타단은 밀폐 용기의 외부에 위치하며, 고압 압축 어셈블리에서 압축된 고압의 냉매가 토출되는 유로를 제공하는 냉매 토출관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 양태로서, 유량분배장치는 대략 반통형(半筒形)의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 양태로서, 유랑분배장치는 밀폐 용기의 내면에 용접되는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기를 제공한다.
본 발명이 제공하는 로터리식 2단 압축기는, 밀폐 용기 내에 저압 냉매가 충진되며, 충진된 냉매 중 액상은 밀폐 용기 내부에 잔류하고, 기상의 냉매만이 저압 압축 어셈블리로 유입되므로, 어큐뮬레이터를 삭제할 수 있다. 따라서, 로터리식 2단 압축기의 부품 수를 저감할 수 있고, 제조 시간 및 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한 본 발명이 제공하는 로터리식 2단 압축기는, 밀폐 용기로 냉매를 유입하는 냉매 유입관이 연결되는 냉매 유입홀을 유량분배장치가 덮고 있어, 냉매가 저압 압축 어셈블리로 직접 유입되지 않게 한다. 따라서 저압 압축 어셈블리로 액상의 냉매가 유입되는 것을 방지할 수 있어, 압축기를 안정적으로 구동할 수 있다.
또한 본 발명이 제공하는 로터리식 2단 압축기는, 유량분배장치가 냉매 유입홀의 중심을 기준으로 하방으로 치우치도록 설치되어, 냉매가 하부로 더 쉽게 흐를 수 있다. 따라서, 저압 압축 어셈블리로 냉매가 원활하고 공급될 수 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 3은 로터리식 2단 압축기가 구성하는 냉동 사이클의 일 예를 도시한 개략도이다. 난방 사이클은 로터리식 2단 압축기(100), 응축기(300), 증발기(400), 상분리기(500: phase seperator), 4방 밸브(600)와 같은 부품들을 포함한다. 이 중 응축기(300)는 실내 유닛을 구성하고, 압축기(100), 증발기(400), 상분리기(500)는 실외 유닛을 구성한다. 압축기(100)에서 압축된 냉매는 4방 밸브(600)를 거쳐 실내기의 응축기(300)로 유입되어, 압축된 냉매 기체가 주위와 열교환하며 응축된다. 응축된 냉매는 팽창밸브를 거치며 저압이 된다. 팽창밸브를 거친 냉매는 상분리기(500)에서 기체와 액체로 분리되어, 액체는 증발기(400)로 유입된다. 액체는 증발기(400)에서 열교환을 하며 증발하여, 기체 상태로 어큐뮬레이터(200)로 유입되고, 어큐뮬레이터(200)에서 압축기(100) 냉매유입관(151)을 통해 저압 압축 어셈블리(미도시)로 유입된다. 또한 상분리기(500)에서 분리된 기체는 인젝션 관(153)을 통해 압축기(100)로 유입된다. 압축기(100)의 저압 압축 어셈블리에서 압축된 중간압의 냉매와, 인젝션 관(153)을 통해 유입된 냉매는 압축기(100)의 고압 압축 어셈블리(미도시)로 유입되어 고압으로 압축된 뒤, 냉매토출관(152)을 통해 다시 압축기(100)의 외부로 토출된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리식 2단 압축기를 도시한 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리식 2단 압축기(100)는 밀폐 용기(101) 내에 하부로부터, 저압 압축 어셈블리(120), 중간판(140), 고압 압축 어셈블리(130) 및 전동기(110)를 포함한다. 또한 밀폐 용기(101)를 관통하며, 증발기(400: 도 3에 도시) 연결된 냉매 유입관(151) 및 압축된 냉매를 밀폐 용기의 외부로 토출하는 냉매 토출관(152)을 포함한다.
전동기(110)는 스테이터(111), 로터(112) 및 회전축(113)을 포함한다. 스테이터(111)는 링 형상의 전자 강판을 적층한 라미네이션과 라미네이션에 권선된 코일을 구비한다. 로터(112)도 전자 강판을 적층한 라미네이션을 구비한다. 회전축(113)은 로터(112)의 중앙을 관통하며, 로터(112)에 고정된다. 전동기(110)에 전류가 인가되면, 스테이터(111)와 로터(112) 사이의 상호전자기력에 의해 로터(112)가 회전하며, 로터(112)에 고정된 회전축(113) 또한 로터(112)와 함께 회전한다. 회전축(113)은 저압 압축 어셈블리(120), 중간판(140), 고압 압축 어셈블리(130)의 중앙부를 관통하도록 로터(112)로부터 저압 압축 어셈블리(120)까지 뻗어있다.
저압 압축 어셈블리(120) 및 고압 압축 어셈블리(130)는, 중간판(140)을 사이에 두고, 하부로부터 저압 압축 어셈블리(120)-중간판(140)-고압 압축 어셈블리(130) 순으로 적층될 수 있다. 또한 반대로 하부로부터 고압 압축 어셈블리(120)-중간판(140)-고압 압축 어셈블리(130) 순으로 적층될 수도 있다. 또한 저압 압축 어셈블리(120), 중간판(140) 및 고압 압축 어셈블리(130)의 적층 순서와 관계없어, 적층된 어셈블리의 하부 및 상부에는 각각 하부 베어링(161) 및 상부 베어링(162)이 설치되어 회전축(113)의 회전을 도우며, 수직으로 적층된 2단 압축 어셈블리의 각 부품의 하중을 지지한다. 상부 베어링(162)은 밀폐 용기(101)에 3점 용접되어, 2단 압축 어셈블리의 하중을 지지하고, 밀폐 용기(101)에 고정한다.
밀폐 용기(101)에는 냉매 유입관(151)이 연결되는 냉매 유입홀(101h)이 형성되며, 냉매 유입관(151) 및 냉매 유입홀(101h)을 통해, 증발기(400: 도 3에 도시)를 거친 상대적으로 저압의 냉매가 유입된다. 밀폐 용기(101) 내부는 저압의 냉매로 충진되어 있으며, 저압 압축 어셈블리(120)로 충진된 저압의 냉매가 유입된다. 또한, 저압 압축 어셈블리(120)의 하부에는 하부 베어링(161) 및 하부 커버(171)가 위치한다. 하부 베어링(161)과 하부 커버(171) 사이에 중간압실(Pm)이 형성된다. 중간압실(Pm)은 저압 압축 어셈블리(120)에서 압축된 냉매가 토출되는 공간이며, 고압 압축 어셈블리(130)로 냉매가 유입되기 전에 냉매가 일시적으로 저장되는 공간으로, 저압 압축 어셈블리(120)로부터 고압 압축 어셈블리(130)로 냉매가 흐르는 유로 상에서 완충 공간의 역할을 한다.
고압 압축 어셈블리(130)의 상부에 위치하는 상부 베어링(162)의 상부에는 토출 포트(미도시)가 설치된다. 상부 베어링(162)의 토출 포트를 통해 고압 압축 어셈블리(130)로부터 토출된 고압의 냉매는 상부 베이링(162)과 연결된 냉매토출관(152)을 통해 외부로 토출된다.
하부 베어링(161), 저압 압축 어셈블리(120), 중간판(140) 및 고압 압축 어셈블리(130)에는 저압 압축 어셈블리(120)로부터 고압 압축 어셈블리(130)로 냉매가 흐르도록 연결하는 내부유로(180)가 형성된다. 내부유로(180)는 압축기의 축방향과 대략 평행하도록, 수직으로 형성된다.
도 5는 저압 압축 어셈블리(120)의 단면을 도시한 도면이다. 저압 압축 어셈 블리(120)는 저압 실린더(121), 저압 편심부(122), 저압 롤러(123), 저압 베인(124), 저압 탄성부재(125), 저압 유입홀(126) 및 중간압 토출홀(127)을 포함한다. 회전축(113)이 저압 실린더(121)의 중앙부를 지나며, 회전축(113)에 저압 편심부(122)가 고정된다. 이때, 저압 편심부(122)는 회전축(113)과 일체로 형성될 수도 있다. 또한 저압 편심부(122)에는 저압 롤러(123)가 회전 가능하게 설치되어, 회전축(113)의 회전에 따라 저압 롤러(123)가 저압 실린더(121)의 내경을 따라 구르면서 회전한다. 저압 베인(124)의 양측에 저압 유입홀(126)과 중간압 토출홀(127)이 형성된다. 또한 저압 실린더(121) 내의 공간은 저압 베인(124)과 저압 롤러(123)에 의해 구획되어, 압축 전, 후의 냉매가 저압 실린더(121) 내에 공존한다. 저압 베인(124)과 저압 롤러(123)에 의해 구획되며, 저압 냉매 유입홀(126)이 포함되는 부분을 저압 냉매 유입부(Sl), 중간압 토출홀(127)이 포함되는 부분을 중간압 냉매 토출부(Dm)라 한다. 여기서 저압 탄성부재(125)는 저압 베인(124)이 저압 롤러(123)와 접촉을 유지하도록, 저압 베인(124)에 힘을 가해주는 수단이다. 저압 베인(124)이 위치할 수 있도록 저압 실린더(121)에 형성된 베인 홀(124h)은 저압 실린더(121)를 횡방향으로 관통하도록 형성된다. 베인 홀(124)을 통해, 저압 베인(124)이 안내되며, 저압 베인(124)에 힘을 가해주는 저압 탄성부재(125)가 저압 실린더(121)를 관통하여 밀폐 용기(101)까지 연장된다. 저압 탄성부재(125)의 일단은 저압 베인(124)과 접촉하고, 타단은 밀폐 용기(101)와 접촉하여, 저압 베인(124)이 저압 롤러(123)와 접촉을 유지하도록 저압 베인(124)을 밀어준다.
또한 저압 실린더(121)에는 저압 압축 어셈블리(120)에서 압축된 냉매가 하부 베어링(161)이 형성하는 중간압실(Pm)을 거쳐 고압 압축 어셈블리(130)로 유입될 수 있도록 중간압 연통홀(120a)이 형성된다. 중간압 연통홀(120a)은 저압 유입홀(126)에 삽입되는 냉매 유입관(151)과 겹치지 않도록, 즉, 내부유로(180)와 냉매 유입관(151)이 겹치지 않도록, 냉매 유입관(151)을 피해 형성된다. 냉매 유입관(151)과 일부 겹치더라도 중간압의 냉매가 중간압실(Pm)로부터 고압 압축 어셈블리(130)로 유입되도록 형성한다. 그러나, 이 경우 내부유로(180)가 냉매 유입관(151)에 겹쳐지는 단면적만큼 손실을 볼 수 있으므로 바람직한 것은 아니다. 또한 냉매가 냉매 유입관(151) 주변을 우회하면서, 압력이 저하될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 회전축(113)의 회전에 의해 저압 편심부(122)가 회전하고, 저압 롤러(123)가 저압 실린더(121)를 따라 구르면, 저압 유입부(Sl)의 체적이 늘어나면서 저압 유입부(Sl)가 저압이 되므로, 저압 유입홀(126)을 통해 냉매가 유입된다. 반면, 중간압 토출부(Dm)의 체적은 줄어들면서, 중간압 토출부(Dm)에 채워진 냉매가 압축되어, 중간압 토출홀(127)을 통해 토출된다. 저압 편심부(122)와 저압 롤러(123)의 회전에 따라 저압 유입부(Sl)와 중간압 토출부(Dm)의 부피는 계속 변하며, 1회전 시마다 압축 냉매를 토출하게 된다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리식 2단 압축기의 일부이다. 하부로부터 순차로, 하부 베어링(161), 저압 압축 어셈블리(120), 중간판(140), 고압 압축 어셈블리(130)가 적층되어 있다. 전술한 바와 같이, 저압의 냉 매가 냉매 유입관(151)을 통해 유입되어 밀폐 용기(101: 도 4에 도시)에 충진되고, 충진된 저압의 냉매는 저압 유입홀(126)을 통해 저압 실린더(121)로 유입되어 압축된 뒤, 중간압 토출홀(127)을 통해 저압 압축 어셈블리(120)의 하면과 하부 베어링(161) 및 하부 커버(171)에 의해 제한되는 공간인 중간압실(Pm)으로 토출된다. 중간압 토출홀(127)과 하부 베어링(161)의 중간압 토출홀(161h)이 서로 겹쳐질 수 있도록 하부 베어링(161)에 중간압 토출홀(161h)이 형성되고, 하부 베어링(161)의 중간압 토출홀(161h) 하부에는 밸브(미도시)가 설치되어 저압 압축 어셈블리(120)의 중간압 토출부(Dm)에서 압축된 냉매가 소정의 압력까지 압축되면, 중간압실(Pm)로 토출되도록 한다. 중간압실(Pm)로 토출된 냉매는 다시 하부 베어링(161)에 형성된 중간압 연통홀(161a)을 통해, 저압 실린더(121)에 형성된 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)에 형성된 중간압 연통홀(140a)를 지나 고압 실린더(131)의 중간압 유입홈(130a)를 통해 고압 압축 어셈블리(130)로 유입된다. 하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a), 저압 압축 어셈블리의 중간압 연통홀(120a), 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a) 및 고압 압축 어셈블리(130)의 중간압 유입홈(130a)은 저압 압축 어셈블리(120)에서 압축된 중간압의 냉매가 지나가는 내부유로(180)를 형성한다. 이때, 고압 압축 어셈블리(130)의 중간압 유입홈(130a)은 고압 실린더(131)의 내부 공간과 연통할 수 있도록, 경사진 홈의 형태로 형성된다. 중간압 유입홈(130a)의 하부 일부는 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)와 맞닿도록 형성되어, 내부유로(180)의 일부를 이루며, 압축된 중간압의 냉매는 중간압 유입홈(130a)을 통해 고압 실린더(131) 내부로 유입된다. 내부유로(180)를 통해, 중간압의 냉매가 고압 압축 어셈블리(130)로 유입되면, 고압 압축 어셈블리(130)에서는 저압 압축 어셈블리(120)에서와 같은 작동원리로 중간압의 냉매를 고압으로 압축한다.
상기한 바와 같이 중간압의 냉매가 지나가는 내부유로(180)가 별도의 관에 의해 형성되지 않고, 밀폐 용기(101)의 내부에 형성하면, 소음을 저감할 수 있고, 내부유로(180)의 길이를 단축할 수 있어, 저항에 의한 냉매압의 손실을 줄일 수 있다. 또한 상기에서는 중간압실(Pm)이 하부 베어링(161)에 형성되는 일 예를 설명하고 있으나, 중간압실(Pm)은 상부 베어링(162) 및 중간판(140) 중 어느 하나에 형성될 수도 있다. 이에 따라, 구체적인 구조가 조금씩 달라질 수 있으나, 어느 경우에도 2단 압축 어셈블리 내부에 내부 유로(180)를 형성하여, 내부 유로(180)를 통해 저압 압축 어셈블리(120)에서 압축된 중간압의 냉매가 고압 압축 어셈블리(130)로 안내된다. 이러한 구성을 통해, 중간압의 냉매가 안내되는 유로의 길이를 단축하여, 유동 손실을 최소화할 수 있고, 밀폐 용기(101)를 관통하는 연결 관을 지나지 않아 소음 및 진동을 저감할 수 있다.
이때, 냉매 유입홀(126)과 내부유로(180)가 연통되지 않도록, 내부유로(180)를 이루는 저압 압축 어셈블리(120)의 중간압 연통홀(120a), 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a) 및 고압 압축 어셈블리(130)의 중간압 유입홈(130a)는, 압축기(100)의 축방향에서 보았을 때, 냉매 유입홀(126)과 이격되어 형성된다.
하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a)은 저압 실린더(121)에 연결된 냉매 유입홀(126)과 겹쳐져서 저압의 냉매와 섞이지 않도록 냉매 유입홀(126)이 형성되는 위치를 피해서 형성된다. 저압 유입홀(126)은 저압 베인(124: 도 5에 도시)이 삽입되는 저압 베인 삽입홀(124h)에 가깝게 형성된다. 저압 베인(124: 도 5에 도시)에서 저압 유입홀(126)이 멀어질수록, 저압 실린더(121)의 내부 공간 중에서 냉매의 압축에 기여하지 못하는 사체적이 커지기 때문이다.
또한 고압 실린더(131)의 중간압 유입홈(130a)은 고압 실린더(131)의 하부로부터 상부까지 관통하도록 형성되지 않고, 고압 실린더(131)의 하부로부터 고압 실린더(131)의 내부 공간으로 연통하도록 비스듬하게 형성된다. 이때, 중간압 유입홈(130a)은 고압 베인(미도시)이 삽입되는 고압 베인홀(134h)에 가깝게 형성된다. 저압 압축 어셈블리에서와 마찬가지로, 중간압 유입홈(130a)이 고압 베인(미도시)에 가깝게 형성되어야 고압 실린더(131) 내부 공간에서 사체적을 줄일 수 있기 때문이다.
저압 베인(124)과 고압 베인(미도시)은 동일 축 상에 위치한다. 따라서, 하부 베어링(161)에 형성된 중간압 연통홀(161a)과 고압 실린더(131)에 형성된 중간압 유입홈(130a)이 동일 축 상에 형성되지 못하고, 수평방향 위치가 서로 이격되어 형성된다. 본 발명의 제3 실시예에서는 하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a)과 고압 실린더(131)의 중간압 연통홀(130a)을 연결하기 위해, 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)가 대략 나선형으로 형성된다. 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)는 나선형으로 서로 겹치도록 형성된다. 즉, 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a)과 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)이 겹쳐서 나선형의 연통홀을 형성한다. 이때, 나선형의 연통홀의 일단은 하부 베어링(161)의 중간압 연통 홀(161a)과 겹치고, 타단은 고압 실린더(131)의 중간압 유입홈(130a)과 겹친다. 여기서 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a)의 일단은 하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a)과 연결되도록 관통된다. 즉, 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a)은 하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a)과 맞닿는 일단이 저압 실린더(121)의 수직 방향으로 관통되도록 형성되고, 중간압 연통홀(120a)의 나머지 부분은, 관통된 일단으로부터 타단으로 갈수록 중간압 연통홀(120a)의 하단 부분이 점차 높아지면서, 전체적으로 나선형으로 형성된다. 또한, 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)은 이와 반대로, 나선형의 연통홀의 타단, 즉 상부 실린더(130)의 중간압 유입홈(130a)과 겹치는 타단이 중간판(140)의 수직 방향으로 관통되도록 형성된다. 또한, 하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a)과 겹치는 일단으로부터 타단으로 갈수록 중간압 연통홀(120a)의 상단 부분이 점차 높아지면서, 전체적으로 나선형으로 형성된다.
저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)이 나선형으로 형성되면, 냉매가 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)을 따라서 받게 되는 저항이 감소된다는 장점이 있다. 물론 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)은 나선형뿐만 아니라, 상단 또는 하단의 높이가 변함이 없는 원호(弧)형과 같은 형상으로 형성될 수도 있다.
또한, 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)이 나선형 또는 호형으로 형성되면, 나선형 또는 호형의 중간압 연통 홀(120a, 140a)의 중심 부분에 체결 홀(120b, 140b)을 형성할 수 있다. 하부 베어링(161), 저압 실린더(121), 중간판(140), 고압 실린더(131), 상부 베어링(162)는 일반적으로 볼트를 통해 체결된다. 이때, 볼트가 체결되는 체결 홀(161b, 120b, 130b, 140b, 162b)은 냉매 유입관(151), 중간압 연통홀(161a, 120a, 130a, 162a), 중간압 유입홈(140a) 및 중간압 토출홀(127)과 같은 다양한 부재 및 내부 유로를 피해서 형성되어야 한다. 또한 체결 홀(161b, 120b, 130b, 140b, 162b)은 적어도 세 곳 이상에 형성되어야 하며, 체결력을 전체 압축기 어셈블리(105)에 고르게 분산할 수 있어야 한다. 이때, 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)은 하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a) 및 고압 실린더(131)의 중간압 유입홈(130a)에 비해 길이가 길어, 체결 홀(161b, 120b, 130b, 140b, 162b)을 다수 개 형성하는 데 방해가 된다. 따라서, 저압 실린더의 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)이 나선형 또는 원호형과 같은 형태로 형성되면, 나선형 또는 원호형의 중심에 체결 홀(161b, 120b, 130b, 140b, 162b)을 형성할 수 있어, 다수 개의 체결 홀(161b, 120b, 130b, 140b, 162b)을 전체 압축기 어셈블리(105)에 분산 배치하는데 유리하다.
도 9는 본 발명에 따른 로터리식 2단 압축기가 구비하는 회전축의 일 예이다. 회전축(113)에는 저압 편심부(122)와 고압 편심부(132)가 결합되어 있다. 저압 편심부(122)와 고압 편심부(132)는 진동을 저감하기 위해, 일반적으로 180°의 위상차를 가지며 회전축(113)에 결합된다. 또한 회전축(113)은 내부가 비어있는 중공축이며, 저압 편심부(122)의 하부와 고압 편심부(132)의 상부에 오일 연통홀(103a) 을 구비한다. 또한, 회전축(113)의 내부에는 나선형으로 휘어진 박판의 스터러(103b)가 삽입된다. 스터러(103b)는 회전축(113) 내부에 끼워지며, 회전축(113)이 회전할 때, 회전축(130)과 함께 회전한다. 회전축(113)의 회전에 의해 스터러(103b)가 함께 회전하면서, 밀폐 용기(101: 도 4에 도시) 하부에 충진되어 있던 오일이 스터러(103b)를 따라 회전축(113) 내부를 따라 올라가게 되며, 회전축(113)에 형성된 오일 연통홀(103a)을 통해 일부가 저압 실린더(121), 중간판(140) 및 고압 실린더(131)으로 빠져나와, 저압 롤러(123: 도 5에 도시) 및 고압 롤러(미도시) 등을 윤활하게 된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝션 관이 삽입된 압축기를 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 2단 압축기는 내부유로(180)가 별도의 관이 아니므로, 상술한 상분리기(500)에서 분리된 냉매 기체가 유입되는 인젝션 관(153)은 내부유로(180)의 어느 곳에 설치되어도 무방하다. 예를 들어, 중간압실(Pm)을 형성하는 하부 베어링(161), 중간판(140), 고압 실린더(131) 중 어느 하나에 관통홀(153h)을 형성하고, 관통홀(153h)에 인젝션 관(153)을 삽입하여, 냉매 기체가 유입되도록 할 수 있다. 도 8에서와 같이, 저압 실린더(121)의 중간압 토출홀(127)을 관통하도록 관통홀(153h)을 형성하거나, 하부 베어링(161)에 관통홀(153h)을 형성하고, 이 관통홀(153h)에 인젝션 관(153)을 삽입하면, 중간압실(Pm)과 내부유로(180)를 지나면서 압력 로스가 생긴다는 단점이 있다. 그러나 인젝션 관(153)을 통해 액상의 냉매가 유입되더라도 중간압실(Pm)의 하부로 흘러서 고이게 되므로, 압축기(100)의 거동이 안정하다는 장점이 있다.
또한, 밀폐 용기(101)의 냉매 유입홀(101h)를 통해 유입된 냉매가 저압 실린더(121)의 냉매 유입홀(126)로 직접 유입될 경우, 액상의 냉매가 저압 실린더(121)로 유입될 수 있다. 액상의 냉매가 저압 압축 어셈블리(120)에 유입될 경우, 저압 압축 어셈블리(120)의 거동이 불안정해질 수 있다. 따라서, 밀폐 용기(101)의 내면에 배플(유량분배장치: 105)이 설치된다. 배플(105)은 대략 하프 파이프(half- pipe) 형태 또는 반통형(半筒形) 형태를 가진다. 배플(105)은 냉매 유입홀(126)을 덮고 있으며, 냉매 유입홀(126)을 통해 유입된 냉매는 배플(105)의 상단 및 하단으로 분배되어 밀폐 용기(101)로 유입된다. 배플(105)은 밀페 용기(101)의 내면에 용접을 통해 결합되며, 배플(105)이 설치됨으로써 냉매가 저압 압축 어셈블리(120)로 직접 유입되지 않기 때문에, 액상의 냉매가 저압 압축 어셈블리(120)로 유입되는 것도 방지할 수 있다. 즉, 배플(105)을 통해 유입되는 액상의 냉매는 밀폐 용기(101)의 하부에 모이게 되므로, 저압 실린더(121)의 냉매 유입홀(126)로 유입되지 않는다. 따라서, 어큐뮬레이터를 삭제할 수 있다.
이때, 배플(105)은 밀폐 용기(101)에 형성된 냉매 유입홀(101h)의 중심보다 하방에 위치하는 부분(b)이 상방에 위치하는 부분(a)보다 길이가 크거나 같은 편이 바람직하다. 저압의 냉매는 저압 실린더(121)에 형성된 냉매 유입홀(126)을 통해 유입되어야 하기 때문에, 냉매가 밀폐 용기(101)의 하부로 흐르도록 하는 것이 바람직하기 때문이다.
더욱 바람직하게는 밀폐 용기(101)에 형성된 냉매 유입홀(101h)의 중심보다 하방에 위치하는 부분(b)이 전체 배플(105) 길이의 3분의 2 이상인 것이 바람직하 다. 이러한 구성을 통해, 냉매가 밀폐 용기(101)의 하부로 더욱 용이하게 흐르게 할 수 있다.
이하 도 3 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리식 2단 압축기의 개략적인 작동 원리를 설명한다.
냉동 사이클을 순환하는 냉매는 냉매유입관(151)을 통해 밀폐용기(101)로 유입된다. 밀폐용기(101)는 냉매유입홀(101h)에 삽입된 냉매유입관(151)을 통해 유입된 저압의 냉매로 충진되어 있다. 저압의 냉매는 냉매 유입홀(126)을 통해 저압 압축 어셈블리(120)의 저압 실린더(121) 내부로 유입된다. 이때, 밀폐 용기(101)의 냉매 유입홀(101h)과 저압 실린더의 냉매 유입홀(126) 냉매 유입홀(126)은 배플(105)에 의해 냉매가 직접 연통하는 것이 차단된다.
또한 냉매 유입홀(126)은 저압 실린더(121)의 내경까지 관통되어 있다. 냉매 유입홀(126)을 통해 저압 실린더(121)의 내부 공간으로 유입된 냉매는 저압 실린더(121)와 저압 롤러(123)의 상대운동에 의해, 저압 실린더(121), 저압 롤러(123) 및 저압 베인(124)에 의해 정의된 공간의 체적 변화에 의해 압축된다. 압축된 냉매는 저압 실린더(121)로부터 내부유로(180)을 통해 고압 실린더(131)로 유입된 뒤, 고압 압축 어셈블리(130)에 의해 압축된다.
내부유로(180)는 저압 실린더(121)의 중간압 토출홀(127), 중간압실(Pm), 하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a), 저압 실린더의 중간압 연통홀(120a), 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a) 및 고압 실린더(131)의 중간압 유입홈(130a)에 의해 중간압의 냉매가 저압 실린더(121)로부터 고압 실린더(131)로 유입될 수 있도록 연결하는 유로이다. 여기서 중간압실(Pm)은 파이프로 치환하거나 삭제할 수도 있다.
즉, 저압 압축 어셈블리(120)에 의해 압축된 냉매는 저압 실린더(121)에 형성된 중간압 토출홀(127)에 의해 저압 실린더(121) 하부에 형성된 중간압실(Pm)으로 토출된다. 중간압실(Pm)은 하부 베어링(161)과 하부 커버(171)에 의해 정의된다. 또한 하부 베어링(161)에는 저압 실린더(121)의 중간압 토출홀(127)과 겹치도록 중간압 토출홀(161h)이 형성된다. 또한 하부 베어링(161)에는 중간압 토출홀(161)을 개폐하는 밸브(191)가 설치되어 있다. 밸브(191)는 설정된 압력 이상에서 저압 실린더(121)의 중간압 토출홀(127) 및 하부 베어링(161)의 중간압 토출홀(161h)을 개방한다. 밸브(191)의 개방에 의해 중간압실(Pm)로 토출된 중간압의 냉매는 하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a), 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a), 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a) 및 고압 실린더(131)의 중간압 유입홈(131a)을 통해 고압 실린더(131)의 내부 공간으로 유입된다. 이때, 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a)에는 인젝션 관(153)이 연결되며, 인젝션 관(153)을 통해 상분리기(500)에서 분리된 기체의 냉매가 내부 유로(180)로 분사된다. 상분리기(500)에서 분리된 냉매는 증발기(400)를 거친 냉매보다 고압이므로, 상분리기(500)에서 분리된 냉매를 저압 압축 어셈블리(120)에서 압축된 냉매와 함께 고압 압축 어셈블리(130)로 유입하여 압축한 뒤 토출하면, 압축기(100)의 입력 전력을 저감할 수 있다.
상분리기(500)에서 분리된 냉매와, 저압 압축 어셈블리(120)에서 압축된 냉 매는 고압 실린더(131)의 중간압 유입홈(130a)를 통해 고압 실린더(131)의 내부로 유입되고, 고압 압축 어셈블리(130)에 의해 저압 압축 어셈블리(120)와 같은 작동 원리로 고압으로 압축된다. 고압 압축 어셈블리(130)에서 고압으로 압축된 냉매는 고압 실린더(131)의 고압 토출홀(137)과, 상부 베어링(162)에 형성된 고압 토출홀(162h)을 통해 상부 베어링(162)과 상부 커버(172) 사이에 마련된 토출 공간(D)으로 토출된다. 이때 상부 베어링(162)의 상부에는 밸브(192)가 설치되어, 고압 실린더(131)의 고압 토출홀(137)과 상부 베어링(162)의 고압 토출홀(162h)를 개폐한다. 따라서 고압 압축 어셈블리(130)에서 소정 압력 이상으로 냉매가 압축된 경우에만 고압 실린더(131)의 고압 토출홀(137) 및 상부 베어링(162)의 고압 토출홀(162h)을 개방하여 냉매가 토출공간(D)으로 토출되도록 한다. 고압의 냉매는 토출공간(D)에 일시적으로 저장되며, 이후 상부 커버(172)와 연결된 냉매 토출관(152)를 통해 외부로 토출되어, 냉동 사이클을 순환한 뒤, 압축기(100)로 유입되어 압축 과정을 거친다.
또한 밀폐 용기(101)의 하부에는 압축기 어셈블리(105)를 윤활하기 위한 윤활 오일이 충진되어 있다. 윤활 오일은 회전축(113)에 삽입된 스터러(103b)의 회전에 의해 회전축(113)의 내부를 따라 올라가다, 회전축(113)에 형성된 오일 연통홀(103)을 통해 저압 압축 어셈블리(120) 및 고압 압축 어셈블리(130)로 유입되어 압축기 어셈블리(105)를 윤활한다. 또한, 저압 실린더(121) 및 고압 실린더(131)에 형성된 베인 홀(124h, 134h)을 통해 저압 압축 어셈블리(120) 및 고압 압축 어셈블리(130)로 유입되어 압축기 어셈블리(105)를 윤활하기도 한다.
도 1은 종래의 로터리식 2단 압축기의 일 예를 도시한 도면;
도 2는 종래의 로터리식 트윈 압축기의 일 예를 도시한 도면;
도 3은 로터리식 2단 압축기가 포함되는 싸이클의 일 예를 도시한 개략도;
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리식 2단 압축기를 도시한 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리식 2단 압축기의 저압 압축 어셈블리를 도시한 도면;
도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리식 2단 압축기의 일부를 상방 및 하방에서 도시한 도면;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리식 2단 압축기의 일부를 절개한 도면;
도 9는 본 발명의 로터리식 2단 압축기가 구비하는 회전축의 일 예를 도시한 도면;
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝션 관이 설치된 로터리식 2단 압축기를 도시한 도면.

Claims (9)

  1. 냉매 유입홀 및 냉매 토출홀을 구비하는 밀폐 용기;
    밀폐 용기 내에 구비되며, 회전력을 전달하는 회전축;
    저압 실린더, 회전축의 회전에 따라 저압 실린더의 내경을 회전하는 저압 편심부, 저압 편심부의 외부에 회전 가능하게 결합되는 저압 롤러 및 저압 실린더 내부 공간을 분리하는 저압 베인을 구비하는 저압 압축 어셈블리;
    고압 실린더, 회전축의 회전에 따라 고압 실린더의 내경을 회전하는 고압 편심부, 고압 편심부의 외부에 회전 가능하게 결합되는 고압 롤러 및 고압 실린더 내부 공간을 분리하는 고압 베인을 구비하는 고압 압축 어셈블리;
    저압 실린더 및 고압 실린더 사이를 구획하는 중간판;
    밀폐 용기의 냉매 유입홀에 삽입되어, 밀폐 용기 내에 냉매를 유입하는 냉매 유입관; 및
    냉매 유입관에서 유입되는 냉매의 유량이 상단과 하단으로 분배되도록 함으로써 냉매의 유량이 밀폐 용기로 유입되도록 하는 유량분배장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    유량분배장치는, 밀폐 용기의 냉매 유입홀과 저압 압축 실린더 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기.
  3. 제2항에 있어서,
    유량분배장치는, 밀폐 용기의 냉매 유입홀과 저압 압축 실린더 사이에 위치하는 유량분배장치 길이의 적어도 2분의 1에 해당하는 부분이 냉매 유입홀의 중심보다 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기.
  4. 제3항에 있어서,
    유량분배장치는, 밀폐 용기의 냉매 유입홀과 저압 압축 실린더 사이에 위치하는 유량분배장치 길이의 적어도 3분의 2에 해당하는 부분이 냉매 유입홀의 중심보다 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기.
  5. 제2항에 있어서,
    유량분배장치는, 냉매 유입홀 전체를 가리는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기.
  6. 제1항에 있어서,
    일단이 고압 실린더와 연결되며, 밀폐 용기를 관통하여 타단은 밀폐 용기의 외부에 위치하며, 고압 압축 어셈블리에서 압축된 고압의 냉매가 토출되는 유로를 제공하는 냉매 토출관;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기.
  7. 제1항에 있어서,
    유량분배장치는, 반통형(半筒形)의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기.
  8. 제7항에 있어서,
    유랑분배장치는, 밀폐 용기의 내면에 용접되는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    중간판에 형성되며 저압 실린더와 고압 실린더 사이에 냉매가 유동하는 중간압 연통홀;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기.
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