KR100792898B1 - 밀폐형 회전식 압축기와 이를 사용한 냉동 사이클 장치 - Google Patents

밀폐형 회전식 압축기와 이를 사용한 냉동 사이클 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 볼 베어링의 사용에 의한 여러 문제를 해결하고 볼 베어링의 사용을 가능하게 하여, 베어링의 마찰 손실을 감소시킬 수 있는 밀폐형 회전식 압축기를 제공하는 것으로, 본 발명의 밀폐형 회전식 압축기는 제 1 베어링 부재(54)에 복수의 볼 베어링(56, 57)을 설치하고 또한 제 2 베어링 부재(55)에 적어도 1개의 볼 베어링(58)을 설치하고, 제 1 베어링 부재(54)의 양측에 위치하는 볼 베어링(56, 57)간의 거리를 제 1 베어링 부재(54)의 실린더 블록(52)측에 위치하는 볼 베어링(57)과 제 2 베어링 부재(55)의 볼 베어링(58)간의 거리보다도 크게 하는 것을 특징으로 한다.

Description

밀폐형 회전식 압축기와 이를 사용한 냉동 사이클 장치{HERMETIC ROTARY TYPE COMPRESSOR AND REFRIGERATION CYCLE APPARATUS USING THEREOF}
도 1은 본 발명에 관한 밀폐형 회전식 압축기 및 냉동 사이클 장치의 개념도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 관한 밀폐형 회전식 압축기의 회전 압축 요소를 확대하여 도시한 종단면도, 및
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 관한 밀폐형 회전식 압축기의 회전 압축 요소를 확대하여 도시한 종단면도이다.
*주요 부분에 대한 부호의 설명
1: 압축기 2: 밀폐 케이스
3: 전동기 4: 회전축
5: 회전압축요소 11: 응축기
12: 팽창기구 13: 증발기
41: 편심부 42: 단차
43: 세로구멍 44: 가로구멍
51: 실린더실 52: 실린더 블록
53: 롤러 54: 제 1 베어링 부재
55: 제 2 베어링 부재 56, 57, 58, 59: 볼 베어링
S: 냉동 사이클 장치
본 발명은 밀폐형 회전식 압축기 및 이를 사용한 냉동 사이클 장치에 관한 것으로, 특히 베어링에 볼 베어링을 사용한 밀폐형 회전식 압축기 및 이를 사용한 냉동 사이클 장치에 관한 것이다.
공기 조화기 등의 냉동 사이클 장치의 냉매 압축기에 사용되는 회전식 압축기의 베어링에는 윤활유에 의한 저널 베어링이 많이 사용되고 있다. 이와 같은 저널 베어링에는 베어링 메탈이 설치되고, 상기 베어링 메탈과 축 사이에 유막을 형성함으로써 축으로부터 받는 하중을 지탱하고 있지만, 베어링 메탈이 서서히 마모되어 가고, 베어링 메탈의 마모분만큼 축과 베어링 메탈의 클리어런스가 확대되고, 축과 베어링 메탈의 클리어런스가 어느 정도 이상에 도달하면, 축과 베어링 메탈간에 유막을 유지하는 것이 불가능해지고, 축의 눌어 붙음 등의 트러블이 발생하는 문제가 있다.
한편, 베어링의 마모 손실을 감소시킬 수 있는 베어링으로서, 볼 베어링이 있지만, 그 사용에는 다음과 같은 문제가 있다.
볼 베어링은 점 지지이므로, 회전축의 휨이 커지거나, 볼 베어링의 내부 간극에 기인하여, 압축부의 클리어런스가 어긋나거나 또는 윤활이 불확실해진다.
또한, 일본 공개특허공보 평6-10865호에는 볼 베어링의 장수명화를 도모한 압축기가 제안되고, 일본 공개특허공보 평7-83181호에는 롤러와 회전축의 편심부간에 베어링을 끼운 회전식 압축기가 제안되어 있다.
본 발명은 상술한 사정을 고려하여 이루어진 것으로 볼 베어링의 사용에 의한 여러 문제를 해결하고, 볼 베어링의 사용을 가능하게 하여 베어링의 마모손실을 감소시킬 수 있는 밀폐형 회전식 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 고장의 발생을 감소시킬 수 있는 냉동 사이클 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 밀폐형 회전식 압축기는 밀폐 케이스 내에 전동기와, 상기 전동기와 회전축을 통하여 연결된 회전 압축 요소를 수납하여 이루어지고, 상기 회전 압축 요소는 실린더실을 형성하는 실린더 블록과, 상기 실린더실내에서 상기 회전축의 편심부에 끼워 맞추어진 롤러와, 상기 실린더 블록의 상기 전동기측에 설치되고 상기 회전축을 지지하는 제 1 베어링 부재와, 상기 실린더 블록의 전동기와는 반대측에 설치되고 상기 회전축을 지지하는 제 2 베어링 부재를 구비한 밀폐형 회전식 압축기에 있어서, 상기 제 1 베어링 부재에 복수의 볼 베어링을 설치하고 또한 제 2 베어링 부재에 적어도 1개의 볼 베어링을 설치하고, 상기 제 1 베어링 부재의 양쪽에 위치하는 상기 볼 베어링간의 거리를 상기 제 1 베어링 부재의 실린더 블록측에 위치하는 상기 볼 베어링과 상기 제 2 베 어링 부재의 상기 볼 베어링간의 거리보다도 크게 한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 냉동 사이클 장치는 청구항 1 내지 청구항 3에 기재된 압축기, 응축기, 팽창 기구 및 증발기를 구비한다. 또한, 팽창기구는 팽창밸브 또는 캐필러리 튜브로 구성된다.
이하, 본 발명에 관한 밀폐형 회전식 압축기의 일실시예에 대해서 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 관한 밀폐형 회전식 압축기 및 냉동 사이클 장치의 개념도, 도 2는 그 회전 압축 요소를 확대하여 도시한 종단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 냉동 사이클 장치(S)는 본 발명의 압축기(1), 응축기(11), 팽창관(12) 및 증발기(13)를 구비한다.
본 발명의 압축기(1)는 밀폐 케이스(2)를 구비하고, 상기 밀폐 케이스(2) 내에는 전동기(3)와, 상기 전동기(3)와 회전축(4)을 통하여 연결된 회전 압축 요소(5)를 수납한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 회전 압축 요소(5)는 실린더실(51)을 형성하는 실린더 블록(52)과, 실린더실(51) 내에서 회전축(4)의 편심부(4a)에 끼워 맞추어진 롤러(53)와, 실린더 블록(52)의 전동기측에 설치되고 회전축(4)을 축 지지하는 제 1 베어링 부재(54)와, 실린더 블록(52)의 전동기와는 반대측에 설치되고 회전축(4)을 지지하는 제 2 베어링 부재(55)를 구비한다.
제 1 베어링 부재(54)에는 그 양쪽 근방에 복수, 예를 들어 2개의 볼 베어링(56, 57)을 설치하고, 제 2 베어링 부재(55)에는 볼 베어링(58)을 설치한다. 그리 고, 제 1 베어링 부재(54)의 실린더 블록과는 반대측에 위치하는 볼 베어링(56)과 제 1 베어링 부재(54)의 실린더 블록측에 위치하는 볼 베어링(57)간의 거리(Lb)를, 볼 베어링(57)과 볼 베어링(58)간의 거리(Lo) 보다도 크게 한다.
2개의 볼 베어링(56, 57)간의 거리(Lb)가 클수록, 회전축(4)의 기울기가 작아지고, 모터 로터(도시하지 않음)의 흔들림은 작아진다. 또한, 2개의 볼 베어링(57, 58)간의 거리(Lo)가 작을수록, 가스 하중점으로부터 지지점까지의 거리가 작아지므로, 회전축(4)의 휨을 작게 할 수 있다. 또한, 거리 Lb＞ 거리 Lo로 함으로써, 제 1 베어링 부재(54)측의 회전축(4)의 휨을 억제할 수 있으므로, 이에 따라 편심부(4a)의 변위량도 억제되고, 회전식에서 중요한 롤러(53)와 실린더실(51)간의 클리어런스를 작게 유지할 수 있다.
또한, 롤러(53)는 회전축(4)의 편심부(4a)에 볼 베어링(59)을 통하여 끼워 맞추고 롤러(53)의 외부 직경을 Dr, 제 1 베어링 부재(54) 및 제 2 베어링 부재(55)의 볼 베어링(56, 57)의 외부 직경을 Db, 회전축(4)의 편심부(4a)의 편심량을 e로 했을 때, (Dr-2e)＞Db가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.
일반적으로 밀폐형 회전식 압축기에서는 롤러의 내주측은 고압의 가스와 기름으로 채워지고 외주측은 저압의 가스가 존재하므로 이 사이는 확실하게 시일할 필요가 있고, 상기 시일부는 클리어런스와 시일길이가 중요한 팩터이고, 시일 길이가 작으면 누출이 커지고 압축기의 성능이 저하된다. 그러나, 본 실시예와 같이 롤러의 스러스트(thrust)면의 시일을 확보하기 위해, (Dr-2e)＞Db로 함으로써 충분한 시일길이를 확보할 수 있고 리크(leak)를 방지할 수 있다.
또한, 편심부(4a)의 스러스트 방향 양측에 회전축(4)과 편심부(4a)의 중간직경을 갖는 단차(4b)를 형성하고, 각각 볼 베어링(54, 55)의 스토퍼(stopper)의 역할을 가지게 함으로써, 회전축(4)의 스러스터 방향의 움직임을 규제한다.
볼 베어링을 사용하지 않은 구조에서는 샤프트에 설치한 단차와, 상기 제 1 베어링 부재, 제 2 베어링 부재의 단면에서 스러스트 방향의 움직임을 규제하고 있다. 이에 대해서, 볼 베어링을 사용하는 구조에서는 제 1 베어링 부재, 제 2 베어링 부재의 내부 직경이 확대되고, 샤프트의 움직임을 규제하기 어렵지만, 볼 베어링(54, 55)의 내륜을 사용하여 회전축(4)에 설치한 단차에 의해 회전축(4)의 스러스트 방향의 움직임을 규제하는 것이 가능해진다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이 제 1 베어링 부재(54)의 실린더 블록측에 위치하는 볼 베어링(57) 및 제 2 베어링 부재(55)의 볼 베어링(58)을 실린더실(51)에 일부 돌출시킴으로써, 볼 베어링(57)과 볼 베어링(58)의 각 실린더 블록측 단면간의 거리(Ls)를 실린더 블록(52)의 높이(Lc) 보다도 작게 하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 거리(Ls)가 작아져 회전축(4)의 휨을 작게 할 수 있고, 편심부(4a)의 변위량이 작아지므로, 롤러(53)와 실린더실(51)간의 클리어런스를 작게 유지할 수 있고 성능의 향상 및 베어링 각(角)부에서의 축 마모가 없어지는 등 신뢰성도 높일 수 있다.
볼 베어링을 사용하지 않은 종래의 구조에서는 제 1 베어링 부재와 제 2 베어링 부재의 간격을 실린더실 높이보다 작게 하면 크랭크 높이가 작아지고, 면압이 커지는 결점이 있다. 그러나, 볼 베어링을 사용하는 본 실시예의 경우에는 작은 높이로 비교적 큰 허용 하중을 가질 수 있으므로, 베어링 단면에서 튀어 나온 위치에서 고정하는 것이 가능해지고, 제 1 베어링 부재와 제 2 베어링 부재의 간격을 실린더실 높이보다 작게 할 수 있다.
또한, 회전축(4)의 하단면으로부터 축심을 따라서 설치한 세로 구멍(4c)과, 상기 세로 구멍(4c)에 연통하여 볼 베어링(56) 근방에 위치하는 세로 구멍(4d)으로 이루어진 급유계를 설치하고 볼 베어링(56)에 윤활유를 공급한다. 볼 베어링(56)은 특히 저회전역에서는 윤활유가 공급되기 어렵지만, 상기 급유계를 설치함으로써, 볼 베어링으로의 윤활유 공급이 확실하게 실시된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 관한 밀폐형 회전식 압축기에 의하면, 볼 베어링의 사용을 가능하게 하고, 베어링의 마찰 손실을 감소시킬 수 있는 밀폐형 회전식 압축기가 실현된다.
또한, 베어링의 마찰 손실을 감소시킬 수 있는 밀폐형 회전식 압축기를 사용함으로써, 고장의 발생을 감소시킬 수 있는 냉동 사이클 장치가 실현된다.
본 발명에 관한 밀폐형 회전식 압축기에 의하면 볼 베어링의 사용을 가능하게 하고, 베어링의 마찰 손실을 감소시킬 수 있는 밀폐형 회전식 압축기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 냉동 사이클 장치에 의하면, 고장의 발생을 감소시킬 수 있는 냉동 사이클 장치를 제공할 수 있다.

Claims (4)

  1. 밀폐 케이스내에 전동기, 상기 전동기와 회전축을 통하여 연결된 회전 압축 요소를 수납하여 이루어지고, 상기 회전 압축 요소는 실린더실을 형성하는 실린더 블록, 상기 실린더실내에서 상기 회전축의 편심부에 끼워 맞추어진 롤러, 상기 실린더 블록의 상기 전동기측에 설치되고 상기 회전축을 지지하는 제 1 베어링 부재, 및 상기 실린더 블록의 전동기와는 반대측에 설치되고 상기 회전축을 지지하는 제 2 베어링 부재를 구비한 밀폐형 회전식 압축기에 있어서,
    상기 제 1 베어링 부재에 복수의 볼 베어링을 설치하고 또한 제 2 베어링 부재에 적어도 1개의 볼 베어링을 설치하고, 상기 제 1 베어링 부재의 양쪽에 위치하는 볼 베어링간의 거리를 상기 제 1 베어링 부재의 실린더 블록측에 위치하는 볼 베어링과 상기 제 2 베어링 부재의 상기 볼 베어링간의 거리보다 크게 한 것을 특징으로 하는 밀폐형 회전식 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전축의 편심부와 롤러간에 볼 베어링을 설치하고 또한 롤러의 외부직경을 Dr, 제 1 베어링 부재 및 제 2 베어링 부재의 볼 베어링의 외부직경을 Db, 회전축의 편심부의 편심량을 e로 했을 때,
    Figure 112006056887598-pat00001
    가 되도록 한 것을 특징으로 하는 밀폐형 회전식 압축기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 베어링 부재의 실린더 블록측에 위치하는 볼 베어링과 제 2 베어링 부재의 볼 베어링의 각 실린더 블록측 단면간의 거리를 실린더 블록의 높이 보다도 작게 한 것을 특징으로 하는 밀폐형 회전식 압축기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 압축기를 이용하는 것을 특징으로 하는 냉동 사이클 장치.
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