KR102351791B1

KR102351791B1 - 압축기

Info

Publication number: KR102351791B1
Application number: KR1020140125139A
Authority: KR
Inventors: 문석환; 이윤희; 이병철
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2022-01-17
Anticipated expiration: 2034-09-19
Also published as: CN107683373B; US20180223845A1; EP3194785A4; CN107683373A; EP3194785A1; US10718331B2; KR20160034072A; WO2016043454A1; EP3194785B1

Abstract

본 발명에 의한 압축기는, 실린더의 내주면과 접하는 상기 롤러의 외주면에 실린더의 내주면 곡률과 동일한 곡률을 가지며 소정의 원주길이를 가지는 윤활면이 형성됨으로써, 상기 실린더의 내주면과 접하는 롤러의 외주면이 면접촉을 하게 되고 이에 따라 상기 롤러와 실린더 사이에 유막이 넓게 형성되면서 마찰손실을 줄일 수 있다.

Description

압축기{COMPRESSOR}

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 특히 실린더와 롤러 사이에 복수 개의 접점을 가지는 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 회전식과 왕복동식으로 구분할 수 있다. 상기 회전식 압축기는 피스톤이 실린더에서 회전 또는 선회운동을 하면서 압축공간의 체적을 가변시키는 방식이고, 상기 왕복동식 압축기는 피스톤이 실린더에서 왕복운동을 하면서 압축공간의 체적을 가변시키는 방식이다. 상기 회전식 압축기로는 상기 구동모터의 회전력을 이용하여 피스톤이 회전을 하면서 냉매를 압축하는 로터리 압축기가 알려져 있다.

상기 로터리 압축기는 실린더의 압축공간에서 편심 회전운동을 하는 롤링피스톤과 그 롤링피스톤의 외주면에 접하여 상기 실린더의 압축공간을 흡입실과 토출실로 구획하는 베인을 이용하여 냉매를 압축하는 방식이다.

상기와 같은 로터리 압축기는 압축공간의 개수에 따라 단식 로터리 압축기와 복식 로터리 압축기로 구분할 수 있다. 상기 복식 로터리 압축기는 선행기술 1[한국공개특허 제10-2011-0064281호 (공개일: 2011.06.15)]과 같이 한 개의 압축공간을 가지는 실린더를 적층하여 복수 개의 압축공간을 형성하는 방식과, 선행기술 2[CN102788019A (공개일: 2012.11.21.)]와 같이 한 개의 실린더에 복수 개의 압축공간을 형성하는 방식으로 구분될 수 있다. 전자의 경우는 회전축에 복수 개의 편심부가 높이차를 두고 형성되어 각 실린더의 압축공간에서 편심 회전운동을 하면서 양쪽 압축공간에서 냉매를 번갈아 압축하여 토출하는 방식이나, 후자의 경우는 도 1에서와 같이 회전축(1)에 타원형의 롤러(2)가 구비되어 한 개의 실린더(3)에서 동심 회전운동을 하면서 양쪽 압축공간(V1)(V2)에서 냉매를 동시에 압축하여 토출하는 방식이다. 따라서, 후자의 경우는 두 개의 압축공간(V1)(V2)에서 동일 위상으로 냉매가 흡입,압축,토출되므로 상기 회전축(1)의 중심에 전달되는 가스력은 서로 상쇄되어 저널방향으로 존재하는 반력은 거의 사라지면서 압축기의 진동 소음이 감소될 수 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 타원형 롤러를 가지는 로터리 압축기에서는, 상기 롤러(2)가 회전축(1)과 함께 회전운동을 함에 따라 상기 롤러(2)의 양쪽에 형성되는 날개부(2a)(2b)의 외주면은 실린더(3)의 내주면과 연속으로 접촉하게 된다. 하지만, 상기 각 날개부(2a)(2b)의 접촉단(2a1)(2b1)은 상기 실린더(3)의 내주면(3a)과 점접촉을 하게 되어 유막이 원활하게 형성되지 않으면서 마찰손실이 증가하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 상기 롤러와 실린더가 접하는 부위에 유막이 잘 형성되도록 하는 로터리 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 상기 실린더가 접하는 롤러의 외주면이 면접촉되도록 하면서도 압축손실이 발생되는 것을 방지할 수 있는 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 구동모터; 상기 구동모터의 회전력을 전달하는 회전축; 상기 구동모터의 일측에 설치되는 실린더; 외주면의 적어도 둘 이상의 부위가 상기 실린더의 내주면에 접하고, 상기 회전축에 구비되어 회전하며, 상기 실린더의 중심과 회전 중심이 동일한 롤러; 및 상기 실린더에 이동 가능하게 구비되어 상기 롤러의 외주면에 접하고, 상기 실린더와 상기 롤러에 의해 형성되는 적어도 두 개 이상의 압축공간을 각각 흡입실과 압축실로 구획하는 적어도 두 개 이상의 베인;을 포함하고, 상기 롤러는, 상기 실린더의 내주면과 접하는 부위의 외주면에 상기 롤러의 회전 중심에서 동일한 반경을 가지는 윤활구간이 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기가 제공될 수 있다.

또, 구동모터; 상기 구동모터의 회전력을 전달하는 회전축; 상기 구동모터의 일측에 설치되는 실린더; 외주면의 적어도 둘 이상의 부위가 상기 실린더의 내주면에 접하고, 상기 회전축에 구비되어 회전하며, 상기 실린더의 중심과 회전 중심이 동일한 롤러; 및 상기 실린더에 이동 가능하게 구비되어 상기 롤러의 외주면에 접하고, 상기 실린더와 상기 롤러에 의해 형성되는 적어도 두 개 이상의 압축공간을 각각 흡입실과 압축실로 구획하는 적어도 두 개 이상의 베인;을 포함하고, 상기 롤러의 외주면에는 그 롤러의 회전 중심을 지나는 선 상에 위치하는 두 정점에서 상기 롤러의 외주면까지의 거리의 합이 점점 증가하는 제1 구간 및 상기 제1 구간에서 연장되고 상기 거리의 합이 점점 감소되는 제2 구간이 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기가 제공될 수 있다.

또, 구동모터; 상기 구동모터의 회전력을 전달하는 회전축; 상기 구동모터의 일측에 설치되는 실린더; 외주면의 적어도 둘 이상의 부위가 상기 실린더의 내주면에 접하고, 상기 회전축에 구비되어 회전하며, 상기 실린더의 중심과 회전 중심이 동일한 롤러; 및 상기 실린더에 이동 가능하게 구비되어 상기 롤러의 외주면에 접하고, 상기 실린더와 상기 롤러에 의해 형성되는 적어도 두 개 이상의 압축공간을 각각 흡입실과 압축실로 구획하는 적어도 두 개 이상의 베인;을 포함하고, 상기 롤러는 상기 회전축을 중심으로 반경방향으로 연장되는 적어도 두 개 이상의 날개부가 각각 형성되고, 상기 각 날개부의 외주면에는 두 정점에서의 거리의 합이 증가된 확장부가 형성되며, 상기 확장부는, 상기 실린더의 내주면과 이격되는 제1 곡면; 및 상기 실린더의 내주면과 접하는 제2 곡면;을 포함하고, 상기 제1 곡면의 곡률 반경은 상기 제2 곡면의 곡률 반경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 롤러의 외주면 중에서 상기 실린더의 내주면에 접하는 롤러의 접촉구간에 대한 원주각을 D, 상기 베인의 길이방향 중심에서 상기 압축공간의 압축개시각 사이의 원주각을 C라고 할 때, 상기 접촉구간의 원주각은 D/2 ≤ C를 만족할 수 있다.

그리고, 상기 베인을 기준으로 원주방향 일측에는 흡입구가 형성되고, 상기 롤러의 외주면 중에서 상기 실린더의 내주면에 접하는 롤러의 접촉구간의 원주길이는 상기 베인의 길이방향 중심에서 상기 흡입구의 가장 먼 부위까지의 원주길이의 두 배보다 작거나 같게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 회전축에는 오일유로가 형성되고, 상기 롤러에는 그 롤러의 외주면 중에서 상기 실린더의 내주면에 접하는 롤러의 접촉구간을 상기 오일유로와 연통시키는 오일구멍이 형성될 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 구동모터; 상기 구동모터의 회전력을 전달하는 회전축; 상기 구동모터의 일측에 설치되는 실린더; 외주면의 적어도 둘 이상의 부위가 상기 실린더의 내주면에 접하고, 상기 회전축에 구비되어 회전하며, 상기 실린더의 중심과 회전 중심이 동일한 롤러; 및 상기 실린더에 이동 가능하게 구비되어 상기 롤러의 외주면에 접하고, 상기 실린더와 상기 롤러에 의해 형성되는 적어도 두 개 이상의 압축공간을 각각 흡입실과 압축실로 구획하는 적어도 두 개 이상의 베인;을 포함하고, 상기 회전축에는 오일유로가 형성되며, 상기 롤러에는 상기 오일유로에서 상기 실린더의 내주면과 접하는 상기 롤러의 외주면으로 연통되는 오일구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 롤러의 외주면에는 상기 오일구멍과 연통되도록 오일홈이 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 압축기는, 상기 실린더의 내주면과 접하는 상기 롤러의 외주면에 실린더의 내주면 곡률과 동일한 곡률을 가지며 소정의 원주길이를 가지는 윤활면이 형성됨으로써, 상기 실린더의 내주면과 접하는 롤러의 외주면이 면접촉을 하게 되고 이에 따라 상기 롤러와 실린더 사이에 유막이 넓게 형성되면서 마찰손실을 줄일 수 있다.

도 1은 종래 타원형 롤러를 가지는 로터리 압축기에서 압축부를 보인 평면도,
도 2는 본 발명에 의한 로터리 압축기를 보인 종단면도,
도 3은 도 2에 따른 로터리 압축기에서 압축부를 분해하여 보인 사시도,
도 4는 도 2에 따른 로터리 압축기에서 압축부를 보인 평면도,
도 5 및 도 6은 도 4에서 롤러의 확장부에 대한 규격을 설명하기 위해 보인 개략도,
도 7은 본 실시예의 롤러에서 윤활면의 넓이에 따른 체적변화를 종래의 롤러가 적용된 경우와 비교하여 해석한 그래프,
도 8은 본 실시예의 실린더와 롤러의 높이를 확대하여 윤활면의 넓이에 따른 체적변화를 종래의 롤러가 적용된 경우와 비교하여 해석한 그래프,
도 9 내지 도 11은 본 발명에 따른 로터리 압축기의 롤러에 대한 다른 실시예들을 보인 평면도.

이하, 본 발명에 의한 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 도 2에 따른 로터리 압축기에서 압축부를 분해하여 보인 사시도이고, 도 4는 도 2에 따른 로터리 압축기에서 압축부를 보인 평면도이며, 도 5 및 도 6은 도 4에서 롤러의 확장부에 대한 규격을 설명하기 위해 보인 개략도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 로터리 압축기는, 케이싱(10)의 내부에 구동모터(20)가 설치되고, 상기 구동모터(20)의 하측에는 회전축(30)에 의해 기구적으로 연결되는 압축부(100)가 설치될 수 있다.

상기 구동모터(20)는 케이싱(10)의 내주면에 압입되어 고정되는 고정자(21)와, 상기 고정자(21)의 내부에 회전 가능하게 삽입되어 설치되는 회전자(22)로 이루어질 수 있다. 상기 회전자(22)에는 상기 회전축(30)이 압입되어 결합될 수 있다.

상기 압축부(100)는 상기 회전축(30)을 지지하도록 메인베어링(110) 및 서브베어링(120)과, 상기 메인베어링(110)과 서브베어링(120)의 사이에 설치되어 압축공간을 형성하는 실린더(130)와, 상기 회전축(30)에 형성되어 상기 실린더(130)의 압축공간(V)에서 회전운동을 하는 롤러(140)와, 상기 롤러(140)의 외주면에 접촉되어 상기 실린더(130)에 이동 가능하게 결합되는 베인(150)을 포함할 수 있다. 상기 롤러(140)는 실린더(130)의 내주면(130a)에 적어도 두 군데 이상이 접하여 상기 실린더(130)의 압축공간(V)을 적어도 두 개 이상으로 구획하고, 상기 베인(150)은 적어도 2개 이상 구비되어 상기 두 개 이상의 압축공간을 각각 흡입실과 압축실로 구획할 수 있다. 이하에서는 2개의 압축공간을 가지는 압축부를 대표예로 살펴본다.

상기 메인베어링(110)은 원판 모양으로 형성되고, 가장자리에는 상기 케이싱(10)의 내주면에 열박음되거나 용접되도록 측벽부(111)가 형성될 수 있다. 상기 메인베어링(110)의 중앙에는 메인 축수부(112)가 상향으로 돌출 형성되고, 상기 메인 축수부(112)에는 상기 회전축(30)이 삽입되어 지지되도록 축수구멍(113)이 관통 형성될 수 있다. 상기 메인 축수부(112)의 일측에는 후술할 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)에 연통되어 그 각각의 압축공간(V1)(V2)에서 압축되는 냉매를 케이싱(10)의 내부공간(11)으로 토출시키는 제1 토출구(114a)와 제2 토출구(114b)가 형성될 수 있다. 상기 제1 토출구(114a)와 제2 토출구(114b)는 원주방향으로 180도의 간격을 두고 형성될 수 있다. 그리고 상기 제1 토출구(114a)와 제2 토출구(114b)는 경우에 따라서는 서브베어링에 형성될 수도 있다.

상기 서브베어링(120)은 원판 모양으로 형성되어 상기 실린더(130)와 함께 메인베어링(110)에 볼트로 체결될 수 있다. 물론, 상기 실린더(130)가 케이싱(10)에 고정되는 경우에는 상기 메인베어링(110)과 함께 실린더(130)에 볼트로 체결될 수 있고, 상기 서브베어링(120)이 케이싱(10)에 고정되는 경우에는 상기 실린더(130)와 메인베어링(110)이 서브베어링(120)에 볼트로 체결될 수 있다.

그리고 상기 서브베어링(120)의 중앙에는 서브 축수부(122)가 하향 돌출 형성되고, 상기 서브 축수부(122)에는 상기 메인베어링(110)의 축수구멍(113)과 동일축선상에 관통되어 상기 회전축(30)의 하단을 지지하는 축수구멍(123)이 형성될 수 있다.

상기 실린더(130)는 그 내주면(130a)이 진원형상으로 된 환형으로 형성될 수 있다. 그리고 상기 실린더(130)의 내주면 양측에는 후술할 제1 베인(151)과 제2 베인(152)이 이동 가능하게 삽입되는 제1 베인슬롯(131a)과 제2 베인슬롯(131b)이 반경방향으로 형성될 수 있다. 상기 제1 베인슬롯(131a)과 제2 베인슬롯(131b)은 원주방향으로 180도의 간격을 두고 형성될 수 있다.

상기 제1 베인슬롯(131a)과 제2 베인슬롯(131b)의 원주방향 일측에는 제1 흡입구(132a)와 제2 흡입구(132b)가 형성될 수 있다. 상기 제1 흡입구(132a)와 제2 흡입구(132b)는 원주방향으로 180도의 간격을 두고 형성될 수 있다. 상기 제1 흡입구(132a)와 제2 흡입구(132b)는 상기 실린더(130)에 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 서브베어링 또는 메인베어링에 형성될 수도 있다.

상기 제1 베인슬롯(131a)과 제2 베인슬롯(131b)의 원주방향 타측에는 상기 메인베어링의 제1 토출구(114a)와 제2 토출구(114b)에 각각 대응되도록 제1 토출안내홈(133a)과 제2 토출안내홈(133b)이 형성될 수 있다. 상기 제1 토출안내홈(133a)과 제2 토출안내홈(133b)은 원주방향으로 180도의 간격을 두고 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제1 토출안내홈(133a)과 제2 토출안내홈(133b)은 경우에 따라서는 형성되지 않을 수도 있다.

상기 롤러(140)는 상기 회전축(30)에 일체로 형성될 수도 있고, 상기 회전축(30)에 후조립되어 결합될 수도 있다. 상기 롤러(140)는 좌우 양방향으로 길게 연장되는 제1 날개부(141)와 제2 날개부(142)가 형성될 수 있다. 상기 제1 날개부(141)와 제2 날개부(142)는 원주방향으로 180도의 간격을 두고 서로 대칭되게 형성될 수 있다. 따라서, 이하에서는 제1 날개부를 중심으로 살펴본다.

상기 제1 날개부(141)는 전체적으로는 반타원 모양으로 형성될 수 있으나, 상기 실린더(130)의 내주면(130a)과 접하는 단부에는 상기 실린더(130)의 내주면(103a)과 면접촉, 더 정확하게는 미세한 간격을 두고 대응할 수 있도록 제1 확장부(145a)가 형성될 수 있다. 상기 제2 날개부에서도 제1 확장부(145a)와 대칭되는 제2 확장부(145b)가 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 제1 확장부와 제2 확장부 중에서 한 개만 형성될 수도 있다. 이하에서는 상기 확장부가 장축방향 중심선을 기준으로 양쪽에 형성된 경우 제1 확장부를 대표예로 살펴본다.

도 4 및 도 5에서와 같이, 상기 제1 확장부(145a)는 상기 롤러(140)의 회전 중심(O)을 지나는 두 정점(F,F')에서 외주면까지의 거리의 합(이하, 거리 합)이 그 확장부(145) 이외의 부위에서보다 크게 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 확장부(145a)는 제1 날개부(141)의 외주면 중에서 임의의 제1 지점(P1)부터 장축방향 중심선(CL1)이 지나는 제2 지점(P2)까지, 그리고 제2 지점(P2)에서 반대쪽 외주면의 임의의 제3 지점(P3)까지 형성될 수 있다. 상기 제1 지점(P1)과 제3 지점(P3)은 상기 제2 지점(P2)을 기준으로 동일한 원주길이에 형성되는 것으로, 상기 제1 확장부(145a)가 그 제1 확장부 이외의 롤러 외주면과 부드럽게 이어질 수 있으면 가급적 제1 날개부(141)의 끝단쪽으로 가깝게 형성되는 것이 흡입체적의 감소를 최소화할 수 있어 바람직할 수 있다.

상기 제1 지점(P1)과 제2 지점(P2) 사이와 상기 제3 지점(P3)과 제2 지점(P2) 사이에는 상기 제1 지점(P1)과 제3 지점(P3)에서부터 각각 제2 지점(P2)을 향해 가면서 상기 거리 합이 점점 증가하는 증가부(146a)(146b)와, 상기 증가부(146a)(146b)에 연이어 형성되며 상기 거리 합이 점점 감소하는 감소부(147a)(147b)로 각각 이루어질 수 있다. 즉, 상기 제1 지점(P1)과 제2 지점(P2) 사이에는 상기 거리 합이 변하는 제4 지점(P4)이, 상기 제3 지점(P3)과 제2 지점(P2) 사이에는 상기 거리 합이 변하는 제5 지점(P5)이 각각 존재할 수 있다. 즉, 상기 제4 지점(P4)을 기준으로 제1 지점(P1)에서 제4 지점(P4)까지는 상기 거리 합이 점점 증가하는 증가부(146a)가, 제4 지점(P4)에서 제2 지점(P2)까지는 상기 거리 합이 점점 감소하는 감소부(147a)가 형성되고, 상기 제5 지점(P5)을 기준으로 제3 지점(P3)에서 제5 지점(P5)까지는 상기 거리 합이 점점 증가하는 증가부(146b)가, 제5 지점(P5)에서 제2 지점(P2)까지는 상기 거리 합이 점점 감소하는 감소부(147b)가 형성될 수 있다.

상기 각 증가부(146a)(146b)와 감소부(147a)(147b)가 연결되는 부위에는 각각 연결부(148a)(148b)가 형성되고, 상기 각 연결부(148a)(148b)는 각 증가부와 감소부가 공통접선을 가지고 만나도록 곡면으로 형성될 수 있다. 그리고 상기 각 연결부(148a)(148b)의 중앙에 상기 제4 지점(P4)과 제5 지점(P5)이 각각 위치할 수 있다.

상기 증가부(146a)(146b)는 상기 롤러의 회전 중심(O)에서 상기 증가부(146a)(146b)의 외주면까지의 거리(L1)가 상기 실린더의 반경(A)보다 항상 작게 형성되어, 상기 실린더(130)의 내주면(130a)과 이격될 수 있다. 상기 롤러의 회전 중심(O)에서 상기 증가부(146a)(146b)의 외주면까지의 거리(L1)는 동일하지 않고 상기 감소부(147a)(147b)쪽으로 갈수록 점점 커진다.

상기 감소부(147a)(147b)는 상기 롤러의 회전 중심(O)에서 상기 감소부(147a)(147b)의 외주면까지의 거리(L2)가 실린더의 반경(A)과 거의 동일하게 되어, 상기 실린더(130)의 내주면(130a)과 접하게 될 수 있다. 따라서, 상기 감소부(147a)(147b)는 상기 실린더(130)의 내주면(130a)과 면접촉되면서 윤활구간(이하, 윤활면과 혼용함)(S)을 형성할 수 있다.

여기서, 상기 윤활구간의 절반 원주각을 D, 상기 베인의 길이방향 중심에서 압축개시 시점까지의 원주각(즉, 압축개시각)을 C라고 할 때, 상기 윤활구간의 절반 원주각은 D ≤ C의 관계식을 만족하도록 형성될 수 있다.

즉, 도 6에서와 같이 상기 윤활구간(S)의 원주길이(L3)는 상기 제1 날개부(141)의 장축방향 중심선(CL1)이 크랭크 각을 기준으로 0도에 위치하여, 상기 제1 날개부(141)의 장축방향 중심선(CL1)이 후술할 제1 베인(151)의 길이방향 중심선(CL2)과 일치한 상태에서, 상기 윤활구간(S)의 원주길이 절반이 상기 제1 베인의 중심선(CL2)에서 원주방향으로 제1 흡입구(132a)의 끝단까지의 원주길이(L4)와 동일하거나 또는 작게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

만약, 상기 윤활구간(S)의 절반 원주각(D)이 압축개시각(C)의 2배보다 큰 경우에는 상기 제1 날개부의 장축방향 중심선(CL1)이 크랭크 각을 기준으로 0도에 위치한 상태에서 그 윤활구간(S)의 일단(즉, 롤러의 회전방향을 기준으로 전방단)이 제1 흡입구(132a)와 중첩된 상태가 되므로 체적손실에 따른 압축손실이 발생할 수 있다. 하지만, 상기 윤활구간(S)의 절반 원주각(D)이 상기 베인의 길이방향 중심선(CL2)에서의 최대 압축개시각(C)과 동일한 경우에는 상기 제1 날개부(141)가 크랭크 각을 기준으로 0도에 위치한 상태에서 그 윤활구간(S)의 전방단이 제1 흡입구(132a)의 원주방향 끝단과 동일한 위치에 놓이게 된다. 이 경우는 상기 롤러(140)가 0도에서 압축개시각까지는 압축을 하지 않는 구간이므로 실질적인 압축손실은 발생하지 않게 된다.

여기서, 상기 실린더(130)의 내주면(130a)과 면접촉하는 윤활구간(S)이 존재한다는 것은 그만큼 롤러(140)의 단면적이 증가한다는 것을 의미하므로, 이는 동일 내경을 가지는 실린더의 경우 그만큼 압축공간이 감소되는 것이라고 할 수 있다. 따라서, 점접촉하는 타원형 롤러를 가지는 종래의 로터리 압축기와 동일한 압축공간(V1)(V2)을 확보하기 위해서는 상기 실린더(130)의 내경을 증가시키거나 높이를 증가시켜야 하는데, 아래의 수학식1.은 원주각에 따라 적정한 압축공간을 확보하기 위한 윤활구간의 반지름, 즉 상기 실린더의 내경을 구하는 식이다.

즉, 상기 롤러의 회전중심(O)에서 상기 감소부(147)의 외주면까지의 거리(L2)인 윤활구간의 반지름 A'를 구하는 식은 다음과 같다. 상기 롤러의 장축 반지름을 A, 단축 반지름을 B라고 할 때, 상기 윤활구간의 적정 반지름은,

의 관계식을 만족하도록 형성될 수 있다. 상기와 같은 윤활구간의 적정 반지름을 이용하여 압축공간의 체적을 구하고 이를 만족하는 실린더와 롤러의 적정 높이를 구하는 식은 아래와 같다. 여기서, 기존 실린더의 높이를 H, 변경된 실린더의 높이를 H'라고 하면, 변경된 실린더의 높이는,

한편, 상기 제2 날개부(142)는 상기 제1 날개부(141)와 대칭되도록 형성됨에 따라 이에 대한 구체적인 설명은 제1 날개부에 대한 설명으로 대신한다.

상기 베인(150)은 상기 제1 베인슬롯(131a)에 미끄러지게 삽입되는 제1 베인(151)과, 상기 제2 베인슬롯(131b)에 미끄러지게 삽입되는 제2 베인(152)으로 이루어질 수 있다. 상기 제1 베인(151)과 제2 베인(152)은 상기 제1 베인슬롯(131a)과 제2 베인슬롯(131b) 사이의 간격과 마찬가지로 원주방향을 따라 180도의 간격을 두고 배치될 수 있다. 이로써, 상기 제1 베인(151)은 제1 압축공간(V1)의 흡입실(V11)과 제2 압축공간(V2)의 압축실(V22)을 구분하고, 상기 제2 베인(152)은 제2 압축공간(V2)의 흡입실(V21)과 제1 압축공간(V1)의 압축실(V12)을 구분한다.

도면중 미설명 부호인 143은 롤러의 외주면이 실린더의 내주면과 이격되는 이격부이다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 로터리 압축기의 작용 효과는 다음과 같다.

즉, 상기 구동모터(20)에 전원이 인가되어 그 구동모터(20)의 회전자(22)와 이 회전자(22)에 결합된 회전축(23)이 회전을 하면 상기 롤러(140)가 회전축(30)과 함께 회전운동을 하면서 냉매를 실린더(130)의 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)으로 동시에 흡입하게 된다. 이 냉매는 상기 롤러(140)와 제1 베인(151) 및 제2 베인(152)에 의해 동시에 압축되면서 상기 메인베어링(110)에 구비된 제1 토출구(114a)와 제2 토출구(114b)를 통해 상기 케이싱(10)의 내부공간(11)으로 동시에 토출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

이에 따라 상기 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)에서 냉매가 동시에 압축되어, 상기 회전축의 중심방향으로 전달되는 가스력은 서로 상쇄되어 반경방향으로의 반력은 거의 제로가 되면서 압축기 진동이 현저하게 감소될 수 있다.

또, 상기 롤러(140)의 제1 날개부(141)와 제2 날개부(142)의 외주면, 즉 상기 실린더(130)의 내주면(130a)과 접하는 롤러(140)의 외주면에는 상기 실린더(130)의 내주면 곡률과 동일한 곡률을 가지며 소정의 원주길이를 가지는 윤활면(S)이 각 날개부의 장축방향 중심선(CL1)을 중심으로 대칭되게 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 날개부(141)와 제2 날개부(142)의 외주면이 상기 실린더(130)의 내주면(130a)과 일정구간 내에서 면접촉을 하게 되고, 이에 따라 상기 롤러(140)와 상기 실린더(130) 사이에 유막이 형성될 수 있는 면적이 확장되어 그만큼 유막이 넓게 형성되면서 상기 롤러(140)와 실린더(130) 사이의 마찰손실을 줄일 수 있다.

또, 상기 롤러(140)의 제1 날개부(141)와 제2 날개부(142)에 각각 윤활면(S)이 형성됨에 따라 상기 제1 날개부(141)와 제2 날개부(142)의 단면적이 확대되고, 이로 인해 상기 실린더(130)의 높이가 동일한 경우에는 상기 윤활면이 없는 경우에 비해 각 압축공간의 체적이 감소될 수 있다. 하지만, 도 7에 도시된 그래프와 같이 상기 롤러(140)의 장축방향 중심선(CL1)과 베인의 길이방향 중심선(CL2)이 일치하는 0도에서 압축개시각(도 5에서는 대략 20도 정도)까지는 상기 롤러(140)가 회전을 하더라도 실질적으로는 압축을 하지 않는 구간이므로, 상기 윤활면(S)의 압축방향 단부, 즉 제1 날개부를 중심으로 살펴보면, 상기 윤활면(S)의 전방단이 원주방향으로 제1 흡입구(132a)의 끝단을 초과하지 않을 만큼, 즉 상기 윤활면(S)의 원주각(D)의 절반이 상기 롤러의 회전 중심(O)을 기준으로 상기 제1 베인의 길이방향 중심선(CL2)에서 제1 흡입구의 끝단까지의 압축개시각(C)보다 크게 형성하지 않는 경우에는 실질적인 압축손실이 발생하지 않게 된다. 즉, 종래와 같은 점접촉하는 타원형 롤러의 경우는 압축개시각에 도달하기 전에 이미 체적변화가 시작되었으나, 이는 흡입구가 개방된 상태이므로 실질적인 압축이 진행되지는 않게 된다. 반면, 본 실시예와 같이 면접촉을 하는 타원형 롤러의 경우는 윤활구간의 절반 원주각(D)이 10도인 경우와 20도인 경우 종래에 비해 상대적으로 압축이 개시되는 시점에 근접해서야 각각 체적변화가 발생되는 것을 알 수 있다. 이는 본 실시예의 경우 비록 0도에서의 체적은 감소하였으나 실질적으로는 압축손실이 발생되지 않는 것을 알 수 있다.

이를 감안하여, 상기 실린더(130)와 롤러(140)의 높이를 크게 하여 상기 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)의 체적을 확대한 경우에는 압축개시각에서의 흡입체적이 오히려 증가하여 그만큼 체적효율이 증가할 수 있다. 도 8은 본 실시예의 실린더와 롤러의 높이를 확대하여 윤활면의 넓이에 따른 체적변화를 종래의 롤러가 적용된 경우와 비교하여 해석한 그래프이다. 이에 도시된 바와 같이 상기 윤활면(S)의 절반 원주각(D)이 10도인 경우는 물론 20도인 경우에 크랭크 각이 대략 15도까지는 체적의 차이가 없다가 압축개시시점인 대략 20도부터 압축이 진행되고 있는 대략 90도까지는 오히려 압축공간의 체적이 커서 종래 대비 절반 원주각(D)이 10도인 경우는 0.4%, 20도인 경우는 2.3% 정도씩 각각 증가하는 것을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 롤러에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 상기 제1 날개부(141)의 확장부(145)와 제2 날개부(142)의 확장부(145') 사이의 이격부(143)는 타원 모양으로 형성되는 것이나, 본 실시예에서는 상기 이격부(143)가 도 9에서와 같이 직선면으로 형성되거나, 또는 상기 이격부(143)는 도 10에서와 같이 롤러의 회전중심 방향으로 오목한 타원 모양이나 원 모양으로 형성될 수도 있다.

상기와 같이, 상기 이격부(143)가 직선면이나 오목한 모양으로 형성되는 경우에는 타원이나 볼록한 모양으로 형성되는 것에 비해 압축공간의 체적이 증가하여 압축효율이 향상될 수 있다.

한편, 본 발명의 롤러에 대한 또다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 도 11에서와 같이, 본 실시예에 따른 롤러는 상기 윤활면(S)으로 더 많은 양의 오일이 유입되도록 하기 위하여 상기 롤러(140)에 별도의 오일구멍(144)을 형성할 수도 있다. 이를 위해, 상기 회전축(30)의 내부에 구비되는 오일유로(31)에서 상기 제1 날개부(141)의 윤활면(S)으로 오일구멍(144)이 관통 형성될 수 있다. 그리고 상기 제1 날개부(141)의 윤활면(S)에는 상기 오일구멍(144)을 통해 상기 윤활면(S)으로 유입되는 오일이 그 윤활면(S)에 전체적으로 확산되도록 하는 오일홈(미도시)이 더 형성될 수 있다. 상기 오일홈은 상기 오일구멍(144)의 끝단과 연통되도록 형성될 수 있다.

또, 전술한 실시예에서는 상기 제1 날개부(141)와 제2 날개부(142)에 각 윤활면(S)이 형성되는 경우 그 윤활면(S)으로 오일유로(31)가 연통되도록 오일구멍(144)을 형성하는 것이었으나, 경우에 따라서는 상기 윤활면을 형성하지 않고 종래와 같이 제1 날개부(141)와 제2 날개부(142)가 점접촉하도록 하면서 그 제1 날개부(141)와 제2 날개부(142)의 접촉부위, 또는 접촉부위 주변으로 오일구멍(144)이 관통 형성될 수도 있다. 이 경우에도 상기 제1 날개부(141)와 제2 날개부(142)에는 오일구멍(144)과 연통되도록 오일홈(미도시)이 형성될 수도 있다.

상기와 같이 제1 날개부와 제2 날개부에 오일구멍과 오일홈이 형성되는 경우에는 상기 오일유로를 통해 흡상되는 오일의 일부가 상기 오일구멍을 통해 롤러와 실린더 사이로 유입되고, 이 오일에 의해 상기 롤러와 실린더 사이가 윤활됨에 따라 압축부에서의 마찰손실을 줄여 압축성능이 향상될 수 있다.

30 : 회전축 110 : 메인베어링
114a,114b : 제1,제2 토출구 120 : 서브베어링
130 : 실린더 130a : 실린더 내주면
131a,131b : 제1,제2 베인슬롯 132a,132b : 제1,제2 흡입구
133a,133b : 제1,제2 토출안내홈 140 : 롤러
141,142 : 제1,제2 날개부 143 : 이격부
145a,145b : 확장부 146a,146b : 증가부
147a,147b : 감소부 148a,148b : 연결부
151,152 : 제1,제2 베인 CL1 : 롤러의 장축방향 중심선
CL2 : 베인의 길이방향 중심선 S : 윤활구간(윤활면)

Claims

구동모터;
상기 구동모터의 회전력을 전달하는 회전축;
상기 구동모터의 일측에 설치되며, 그 내주면이 진원형을 이루는 실린더;
외주면의 적어도 둘 이상의 부위가 상기 실린더의 내주면에 접하고, 상기 회전축에 구비되어 회전하며, 상기 실린더의 중심과 회전 중심이 동일한 타원형을 이루는 롤러; 및
상기 실린더에 이동 가능하게 구비되어 상기 롤러의 외주면에 접하고, 상기 실린더와 상기 롤러에 의해 형성되는 적어도 두 개 이상의 압축공간을 각각 흡입실과 압축실로 구획하는 적어도 두 개 이상의 베인;을 포함하고,
상기 롤러는,
상기 회전축을 중심으로 반경방향으로 연장되는 두 개의 날개부가 각각 형성되고, 상기 각 날개부의 외주면에는 상기 실린더의 내주면을 향해 연장되는 확장부가 형성되며,
상기 확장부는,
상기 롤러의 회전 중심을 지나는 선 상에 위치하는 두 정점에서 상기 확장부를 이루는 상기 롤러의 외주면까지의 거리의 합이 상기 확장부 이외에서의 상기 롤러의 외주면까지의 거리의 합보다 점점 증가하는 증가부; 및
상기 증가부에서 연장되고 상기 거리의 합이 상기 증가부에서의 거리의 합보다 점점 감소되어 상기 롤러의 회전 중심에서 동일한 반경을 가지는 감소부를 포함하며,
상기 증가부는 상기 실린더의 내주면으로부터 이격되어 상기 압축공간을 형성하고, 상기 감소부는 상기 실린더의 내주면에 접하여 윤활구간을 형성하는 것을 특징으로 하는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 증가부와 상기 감소부의 사이를 연결하는 연결부가 더 구비되고,
상기 연결부는 상기 증가부와 상기 감소부가 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 증가부를 이루는 제1 곡면의 곡률 반경은 상기 감소부를 이루는 제2 곡면의 곡률 반경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 롤러의 외주면 중에서 상기 실린더의 내주면에 접하는 롤러의 접촉구간에 대한 원주각을 D, 상기 베인의 길이방향 중심에서 상기 압축공간의 압축개시각 사이의 원주각을 C라고 할 때, 상기 접촉구간의 원주각은
D/2 ≤ C를 만족하는 것을 특징으로 하는 압축기.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 베인을 기준으로 원주방향 일측에는 흡입구가 형성되고,
상기 롤러의 외주면 중에서 상기 실린더의 내주면에 접하는 롤러의 접촉구간의 원주길이는 상기 베인의 길이방향 중심에서 상기 흡입구의 가장 먼 부위까지의 원주길이의 두 배보다 작거나 같게 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
제2항에 있어서,
상기 두 개의 날개부 중에서 하나의 날개부의 윤활구간과 다른 하나의 날개부의 윤활구간의 사이는 적어도 일부가 직선으로 연결되거나 또는 롤러의 회전중심 방향으로 오목하게 연결되는 것을 특징으로 하는 압축기.
제2항에 있어서,
상기 회전축에는 오일유로가 형성되며,
상기 롤러에는 상기 오일유로에서 상기 실린더의 내주면과 접하는 상기 롤러의 외주면으로 연통되는 오일구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
제7항에 있어서,
상기 롤러의 외주면에는 상기 오일구멍과 연통되도록 오일홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.