KR101459183B1 - 베인 로터리 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 로터 회전시 압축실의 체적이 감소되면서 냉매 등의 유체가 압축되는 베인 로터리 압축기에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 의하면, 흡입행정과 압축행정의 비가 최적화되고, 압축행정이 연장됨으로써 소요동력의 저감과 압축효율의 향상 효과가 있는 베인 로터리 압축기가 제공된다.

Description

베인 로터리 압축기{VANE ROTARY COMPRESSOR}
본 발명은 로터 회전시 압축실의 체적이 감소되면서 냉매 등의 유체가 압축되는 베인 로터리 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축행정을 늘림으로써 압축효율이 향상되는 베인 로터리 압축기에 관한 것이다.
베인 로터리 압축기는 공기조화기 등에 사용되며, 냉매 등의 유체를 압축하여 외부로 공급한다.
도 1은 일본공개특허공보 특개2010-31759(특허문헌 1)에 개시된 종래의 베인 로터리 압축기를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 베인 로터리 압축기(10)는 리어 하우징(11)과 프론트 하우징(12)으로 구성되는 하우징(H)이 외관을 이루며, 리어 하우징(11)의 내부에는 원통 형상의 실린더(13)가 수용된다.
이때, 실린더(13)의 내주면은 도 2에 도시된 바와 같이 타원 단면 형상으로 이루어진다.
또한, 리어 하우징(11)의 내부에 있어서, 실린더(13)의 전방에는 프론트 커버(14)가 결합되고, 실린더(13)의 후방에는 리어 커버(15)가 결합되며, 실린더(13)의 외주면과, 이와 대향하는 리어 하우징(11)의 내주면, 프론트 커버(14), 및 리어 커버(15) 사이에 토출공간(Da)이 형성된다.
프론트 커버(14) 및 리어 커버(15)에는 회전축(17)이 실린더(13)를 관통하여 회전 가능하게 설치되며, 회전축(17)에는 원통 형상의 로터(18)가 결합되어 회전축(17)의 회전시 회전축(17)과 함께 실린더(13) 내에서 회전하게 된다.
이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 로터(18)의 외주면에는 방사상으로 복수의 슬롯(18a)이 형성되고, 각각의 슬롯(18a)에는 베인(20)이 슬라이드 이동 가능하게 수용되며, 슬롯(18a) 내에는 윤활유가 공급된다.
그리고, 회전축(17)의 회전에 의해 로터(18)가 회전하게 되면, 베인(20)의 선단부가 슬롯(18a)의 외측으로 돌출되어 실린더(13)의 내주면에 밀착되며, 이에 따라 로터(18)의 외주면과, 실린더(13)의 내주면, 및 서로 인접하는 한 쌍의 베인(20)과, 실린더(13)와 대향하는 프론트 커버(14)의 대향면(14a), 및 리어 커버(15)의 대향면(15a)으로 이루어지는 압축실(21)이 복수 개 구획 형성된다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 프론트 하우징(12)의 상부에는 흡입포트(24)가 형성되고, 이 흡입포트(24)와 연통되는 흡입공간(Sa)이 프론트 하우징(12)의 내부에 형성된다.
그리고, 프론트 커버(14)에는 흡입공간(Sa)과 연통되는 흡입구(14b)가 형성되며, 흡입구(14b)와 연통하는 흡입통로(13b)가 실린더(13)의 축방향으로 관통 형성된다.
아울러, 도 2에 도시된 바와 같이, 실린더(13)의 외주면 양측에는 내측으로 함몰된 토출실(13d)이 형성되고, 이들 한 쌍의 토출실(13d)은 토출공(13a)에 의해 압축실(21)과 연통되며, 토출공간(Da)의 일부를 형성한다.
또한, 리어 하우징(11)에는 리어 커버(15)에 의해 구획되며 압축된 냉매가 유입되는 고압실(30)이 형성된다. 즉, 리어 하우징(11)의 내부는 리어 커버(15)에 의해 토출공간(Da)과 고압실(30)로 구획된다. 이때, 한 쌍의 토출실(13d)에는 고압실(30)과 연통되는 토출구(15e)가 각각 형성된다.
따라서, 회전축(17) 회전시 로터(18)와 베인(20)이 회전하면, 냉매가 흡입공간(Sa)으로부터 흡입구(14b) 및 흡입통로(13b)를 거쳐 각각의 압축실(21)로 흡입되며, 압축실(21)의 체적감소에 따라 압축된 냉매는 토출공(13a)을 통해 토출실(13d)로 토출되어, 토출구(15e)를 통해 고압실(30)로 유입되고, 배출포트(31)를 통해 외부로 공급된다. 여기서, 미설명된 도면부호 40은 고압실로 유입된 압축냉매에서 윤활유를 분리하기 위한 오일 분리기를 가리킨다.
여기서, 베인 로터리 압축기의 경우, 로터(18)의 회전방향에 따라 압축실(21)의 체적이 확대되는 행정이 흡입행정이며, 압축실(21)의 체적이 감소되는 행정이 압축행정이 된다. 따라서, 도 2에 도시된 실시예는 로터(18)의 1회전당 압축행정이 2회 이루어지는 1회전 2압축행정 타입(type)에 해당한다.
한편, 도 3은 일반적인 1회전 1압축행정 타입의 베인 로터리 압축기(10')를 도시한 것으로, 로터(18')는 실린더(13') 내에서 편심 회전하며, 이때 로터(18')의 1회전당 압축행정은 1회 이루어진다.
그런데, 도 2에 도시된 1회전 2압축행정 타입의 경우, 압축 종료점(Ce)을 기준으로 압축 시작점(Cs)이 90°이격하여 위치하고, 도 3에 도시된 1회전 1압축행정 타입의 경우, 압축 시작점(Cs)은 압축 종료점(Ce)으로부터 180°이격하여 위치한다.
즉, 1회전 1압축행정 타입의 베인 로터리 압축기는 압축 시작점(Cs)부터 압축 종료점(Ce)까지 0°~ 180°범위 내에서 압축행정이 이루어지고, 1회전 2압축행정 타입의 베인 로터리 압축기는 압축 시작점(Cs)부터 압축 종료점(Ce)까지 0°~ 90°범위 내에서 압축행정이 이루어지는 것인데, 이처럼 베인 로터리 압축기가 특유의 짧은 압축행정을 가짐으로 인해, 압축부하를 증대시켜 소요동력(HP)이 상승하고, 이에 따라 압축효율(COP)이 저하되어 차량의 연비에도 불리한 영향을 미치게 된다.
[특허문헌 1] JP 2010-31759 A (2010.2.12)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 일실시예는 압축행정을 늘림으로써, 소요동력(HP)의 저감과 압축효율(COP)의 향상, 및 이에 따른 차량의 연비 향상에 기여할 수 있는 베인 로터리 압축기의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 중공 형상의 실린더와, 상기 중공 내에 설치되며 구동원의 동력을 전달받아 회전하는 로터와, 상기 로터와 상기 실린더의 내주면 사이에 개재되고 상기 실린더의 내주면에 일측이 접촉하여 상기 로터와 함께 회전하는 베인을 포함하는 베인 로터리 압축기에 있어서, 상기 로터의 중심점으로부터 상기 로터의 반경방향으로 연장되는 직선상에서 상기 로터의 외주면과 상기 실린더의 내주면이 이루는 최대 간극은 5mm ~ 25mm인 것을 특징으로 하는 베인 로터리 압축기가 제공된다.
여기서, 상기 로터의 1회전당 압축행정이 1회 이루어지는 경우, 상기 최대 간극은 상기 로터의 외주면과 상기 실린더의 내주면이 맞닿는 지점으로부터 상기 로터의 압축 회전방향에 대하여 역방향으로 180°보다는 크고 270°보다는 작거나 같은 각도로 이격하여 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 로터는 상기 실린더의 중공 내에서 편심 회전하거나, 상기 실린더의 중공이 횡단면상 인벌류트 곡선의 형태를 이룰 수 있다.
한편, 상기 로터의 1회전당 압축행정이 2회 이루어지는 경우, 상기 최대 간극은 상기 로터의 외주면과 상기 실린더의 내주면이 맞닿는 지점으로부터 상기 로터의 압축 회전방향에 대하여 역방향으로 90°보다는 크고 180°보다는 작거나 같은 각도로 이격하여 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 실린더의 중공은 횡단면상 장공형으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 베인 로터리 압축기는, 압축행정이 연장됨으로써 압축부하 및 이에 따른 소요동력(HP)이 감소하고, 압축효율(COP)이 향상되는 효과가 있으며, 따라서 베인 로터리 압축기의 최적 패키지(package)를 구성할 수 있게 한다.
도 1은 종래의 1회전 2압축행정 타입의 베인 로터리 압축기를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도.
도 3은 종래의 1회전 1압축행정 타입 베인 로터리 압축기의 개략도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 1회전 1압축행정 타입 베인 로터리 압축기의 개략도.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 1회전 1압축행정 타입 베인 로터리 압축기의 개략도.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 1회전 2압축행정 타입 베인 로터리 압축기의 개략도.
이하, 본 발명인 베인 로터리 압축기의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
아울러, 아래의 실시예들은 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
제1실시예
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 1회전 1압축행정 타입 베인 로터리 압축기의 개략도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 베인 로터리 압축기(100)는, 중공 형상의 실린더(110)와, 실린더(110)의 중공(111) 내에 설치되며 구동원의 동력을 전달받아 회전하는 로터(120)와, 실린더(110)의 내주면과 로터(120) 사이에 개재되고 일측이 실린더(110)의 내주면에 접촉하여 로터(120)와 함께 회전하면서 냉매 등 유체를 압축하는 베인(130)을 포함한다.
여기서, 실린더(110)는 내부에 중공(111)을 가지는데, 이 중공(111)은 전체적으로 원형 단면형상이며, 중공(111)을 이루는 실린더(110)의 내주면 일측은 원호 형태로 함몰되어 오목부(112)가 형성된다.
따라서, 중공(111)은 오목부(112)에 의해 일측이 볼록한 원형 단면형상을 이루며, 이 오목부(112)와 로터(120)의 외주면 사이 간극이 후술하는 최대 간극(Lmax)을 이루게 된다.
실린더(110)의 중공(111)에는 원형 단면형상의 로터(120)가 축회전 가능하게 설치되는데, 로터(120)의 회전중심은 실린더(110) 중공(111)의 중심으로부터 일측으로 이격하여 위치하게 되며, 따라서 로터(120)는 그 중심이 실린더(110) 중공(111)의 중심으로부터 일측으로 치우쳐 편심 회전한다.
한편, 로터(120)의 외주면에 구비되어 그 선단부가 실린더(110)의 내주면에 지지되는 복수의 베인(130)에 의해 실린더(110)의 중공(111)은 복수의 공간으로 구획되고, 각각의 공간은 프론트 커버(14, 도 1 참조)와 리어 커버(15, 도 1 참조)에 의해 밀폐된 압축실(113)을 이룬다.
이때, 로터(120)는 구동모터(미도시) 혹은 엔진벨트(미도시)에 의해 구동되는 클러치(미도시)와 연결된 회전축(17, 도 1 참조)에 결합되어 회전축과 함께 축회전한다.
로터(120)의 외주면에는 소정 간격 서로 이격하여 복수의 슬롯(121)이 절개 형성되며, 베인(130)은 이 슬롯(121) 내에 각각 슬라이드 이동 가능하게 삽입된다. 이때, 도 4에 도시된 예에서는 베인(130)이 로터(120)의 중심과 소정 각도를 이루도록 서로 어긋나게 배치되고 있으나, 이와 달리 로터(120)의 중심으로부터 방사상으로 연장되는 직선 상에 각각 배치되는 것도 물론 가능하다.
그리고, 로터(120)의 슬롯(121)에 삽입된 베인(130)은 로터(120) 회전시 배압실(122)의 압력에 의해 실린더(110)의 내주면 방향으로 슬라이드 이동하여 그 선단부가 실린더(110)의 내주면에 지지되며, 로터(120)와 함께 회전한다.
이때, 로터(120)의 회전중심이 실린더(110) 중공(111)의 중심으로부터 편심하여 위치하기 때문에, 로터(120)의 회전방향을 따라 로터(120)의 외주면과 실린더(110)의 내주면 사이 간극은 변화하게 되며, 선단부가 실린더(110)의 내주면에 지지된 상태로 로터(120)와 함께 회전하는 베인(130)은, 로터(120)의 외주면과 실린더(110)의 내주면 사이 간극 변화로 인해 슬롯(121)을 따라 왕복 이동하게 된다.
이때, 로터(120)의 중심점으로부터 로터(120)의 반경방향으로 연장되는 직선상에 전술한 실린더(110)의 오목부(112)가 위치하는 지점에서, 로터(120)의 외주면과 실린더(110)의 내주면이 이루는 간극은 최대가 된다.
따라서, 로터(120)의 압축 회전방향을 따라, 로터(120)의 외주면과 실린더(110)의 내주면이 맞닿는 지점(Ce;압축종료점)으로부터, 로터(120)의 외주면과 실린더(110)의 내주면 사이 간극이 최대가 되는 오목부의 중간 지점(Cs;압축시작점)까지는 베인(130)이 슬롯(121)을 따라 실린더(110)의 내주면 방향으로 슬라이드 이동하며, 유체가 흡입구(114)를 통해 압축실(113)로 흡입되는 흡입행정이 이루어진다.
또한, 로터(120)의 압축 회전방향을 따라, 로터(120)의 외주면과 실린더(110)의 내주면 사이 간극이 최대가 되는 오목부의 중간 지점(Cs)으로부터, 로터(120)의 외주면과 실린더(110)의 내주면이 맞닿는 지점(Ce)까지는 베인(130)이 슬롯(121) 내부로 밀려 들어가며, 압축실(113)의 체적이 감소하면서 압축실(113)의 냉매 등 유체가 압축되고 압축된 유체는 토출구(115)를 통해 배출되는 압축행정이 이루어진다.
즉, 압축행정은 로터(120)의 외주면과 실린더(110)의 내주면 사이 간극이 최대가 되는 지점(Cs)으로부터 로터(120)의 외주면과 실린더(110)의 내주면이 맞닿는 지점(Ce)까지의 구간에서 이루어지는 것이다.
여기서, 본 발명의 제1실시예에 따른 베인 로터리 압축기(100)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 압축종료점(Ce)으로부터 로터(120)의 압축회전 방향에 대해 역방향으로 180°보다는 크고 270°보다는 작거나 같은 각도(α)로 이격한 지점에 실린더(110)의 내주면이 원호 형태로 함몰되어 오목부(112)와 함께 압축시작점(Cs)이 형성된다.
이는, 압축시작점(Cs)이 압축종료점(Ce)으로부터 로터(120)의 압축회전 방향에 대해 역방향으로 180°와 동일하거나 작은 각도로 이격하는 경우, 종래의 예(도 3 참조)와 비교하여 압축행정이 동일하거나 단축되어 본 발명의 목적을 달성할 수 없기 때문이며, 270°보다 큰 각도로 이격하는 경우에는 흡입행정이 압축행정에 비해 너무 단축되어 전체적인 압축효율(COP)이 저하되기 때문이다.
또한, 로터(120)의 중심점과 압축시작점(Cs)을 잇는 가상의 직선상에서 실린더(110)의 내주면과 로터(120)의 외주면이 이루는 최대 간극(Lmax)은 5 ~ 25mm인 것이 바람직한데, 이는 최대 간극(Lmax)이 5mm 보다 작으면 압축공간이 너무 협소하고, 25mm 보다 크면 냉매 등 유체에 의해 베인(130)에 작용되는 반력때문에 압축부하가 증대되기 때문이다.
즉, 본 발명의 제1실시예에 따른 1회전 1압축행정 타입의 베인 로터리 압축기(100)에 의하면, 종래와 비교하여 압축행정이 연장됨으로써, 소요동력(HP)의 감소와 함께 이상적인 흡입행정과 압축행정비를 제공하며, 압축기의 전체적인 효율(COP)를 향상시킴으로써 최적의 패키지(package)를 구성할 수 있게 되는 것이다.
제2실시예
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 1회전 1압축행정 타입 베인 로터리 압축기의 개략도이며, 본 발명의 제2실시예에 따른 베인 로터리 압축기는, 로터의 1회전당 1회의 압축행정이 이루어지는 1회전 1압축행정 타입이라는 점에서 전술한 제1실시예와 동일하다.
다만, 실린더의 내주면이 인벌류트 곡선으로 이루어진다는 점과, 이에 따라 전술한 제1실시예의 오목부가 형성되지 않는다는 점, 그리고 외팔보 형태의 베인이 구비된다는 점에서 차이가 있는바, 이하 도 5를 참조하여 자세히 설명하기로 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 베인 로터리 압축기(200)는, 중공 형상의 실린더(210)와, 실린더(210)의 중공(211) 내에 설치되며 구동원의 동력을 전달받아 회전하는 로터(220)와, 실린더(210)의 내주면과 로터(220) 사이에 개재되고 일측이 실린더(210)의 내주면에 접촉하여 로터(220)와 함께 회전하면서 냉매 등 유체를 압축하는 베인(230)을 포함한다.
실린더(210)의 일측에는 중공(211)과 연통되도록 흡입구(214)가 형성되고, 리어 커버(15, 도 1 참조)에는 실린더(210)의 중공(211)과 연통되도록 토출구(215)가 형성되며, 흡입구(214)를 통해 실린더(210)의 중공(211)으로 유입된 냉매 등 유체는 압축과정을 거친 후, 고압의 상태에서 토출구(215)를 통해 외부로 공급된다.
그리고, 베인(230)은 로터(220)의 외주면을 따라 원주 방향으로 서로 이격하여 복수개가 구비되며, 로터(220)의 일측으로부터 회동하여 돌출된 베인(230)의 선단부가 실린더(210)의 내주면에 지지됨으로써, 실린더(210)의 중공(211)은 복수의 공간으로 구획되고, 각각의 공간은 프론트 커버(14, 도 1 참조)와 리어 커버(15, 도 1 참조)에 의해 밀폐된 압축실(213)을 이룬다.
압축실(213)에 갇힌 냉매 등 유체는 로터(220)의 회전시 압축실(213)의 체적이 감소함에 따라 압축되며, 이를 위해 실린더(210)의 내주면은 흡입구(214)에서 토출구(215) 방향으로 갈수록 직경이 점차 감소하는 인벌류트(involute) 곡선의 형태로 형성된다.
이때, 실린더(210)의 내주면과 로터(220)의 외주면이 단면상 동심을 이루도록 실린더(210)의 중공(211)에 로터(220)가 설치된다. 즉, 실린더(210)의 내주면을 따라 그려지는 인벌류트 곡선은 시작점과 종료점의 중심이 로터(220)의 중심과 동일하다.
따라서, 실린더(210)의 내주면을 따라 로터(220)의 압축 회전방향인 흡입구(214)에서 토출구(215) 방향으로 갈수록 실린더(210) 내주면의 직경이 점차 감소하고, 실린더(210) 내주면과 로터(220)의 외주면 사이 간극이 점차 좁혀짐에 따라, 압축실(213)의 체적이 감소하게 되는 것이다.
베인(230)은 로터(220)의 외주면 일측에 힌지 결합되어 외팔보의 형태를 이룬다. 이때 베인(230)은, 로터(220)의 외주면 일측에 힌지 결합되는 힌지부(231)와, 힌지부(231)에서 연장 형성되는 날개부(232)를 포함한다.
여기서, 베인(230)의 힌지부(231)는 로터(220)의 외주면 일측에 힌지 결합되는 것으로, 예를 들어 로터(220)의 외주면 일측에 삽입홈(221)이 형성되고, 이 삽입홈(221)에 힌지부(231)가 회전 가능하게 삽입될 수 있으며, 힌지부(231)가 삽입홈(221)에 삽입되면 로터(220)의 반경방향으로 이탈이 방지되게끔 하는 것이 바람직하다.
베인(230)의 날개부(232)는 힌지부(231)에서 일측으로 연장 형성되며, 실린더(210)의 내주면과 대향하는 날개부(232)의 외측면은 로터(220)의 외주면 형상에 대응되는 곡률로 형성되는 것이 바람직하다.
이는, 로터(220)의 외주면과 실린더(210)의 내주면이 접촉하는 지점에서, 베인(230)의 날개부(232) 외측면이 실린더(210)의 내주면과 접하게 하기 위함이며, 이를 위해 로터(220)의 외주면에는, 베인(230)의 날개부(232)를 수용하는 수용홈(222)이 베인(230)의 개수에 대응하여 원주방향으로 서로 이격하여 형성된다.
이때, 수용홈(222)은, 베인(230)의 날개부(232)가 수용홈(222)에 완전히 수용되었을 때, 날개부(232)의 외측면과 로터(220)의 외주면이 동일한 곡률의 곡면을 이루도록 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 수용홈(222)의 바닥면 형상은 날개부(232)의 내측면 형상과 대응되고, 수용홈(222)의 깊이는 날개부(232)의 두께와 대응된다.
베인(230)은 힌지부(231)가 로터(220)의 외주면 일측에 회전 가능하게 힌지 결합되므로, 로터(220)의 회전시 발생되는 원심력과 냉매 등 유체의 압축에 따른 반력에 의해, 날개부(232)가 힌지부(231)를 중심으로 로터(220)의 외측으로 회전하여 펼쳐져서 실린더(210)의 내주면에 밀착 지지된다.
그리고, 로터(220)의 압축 회전방향을 따라 흡입구(214)에서 토출구(215) 방향으로 갈수록 실린더(210)의 내주면과 로터(220)의 외주면 사이 간극이 좁혀짐에 따라, 베인(230)의 날개부(232)는 펼쳐진 각도가 점차 감소하면서 접혀지며, 로터(220)의 외주면과 실린더(210)의 내주면이 접하는 지점(Ce;압축종료점)에서 로터(220)의 수용홈(222)에 완전히 접혀 수용된다.
더욱 자세하게는, 로터(220)의 압축 회전방향을 따라, 로터(220)의 외주면과 실린더(210)의 내주면이 맞닿는 지점(Ce)으로부터, 로터(220)의 외주면과 실린더(210)의 내주면 사이 간극이 최대가 되는 흡입구 인접 지점(Cs;압축시작점)까지는 베인(230)이 펼쳐지면서 냉매 등 유체가 압축실(213)로 흡입되는 흡입행정이 이루어진다.
또한, 로터의 압축 회전방향을 따라, 압축시작점(Cs)으로부터 압축종료점(Ce)까지는 베인(230)이 접혀지면서 냉매 등 유체가 압축되고, 압축된 유체는 토출구(215)를 통해 배출되는 압축행정이 이루어진다.
여기서, 본 발명의 제2실시예에 따른 베인 로터리 압축기(200)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 압축종료점(Ce)으로부터 로터(220)의 압축회전 방향에 대해 역방향으로 180°보다는 크고 270°보다는 작거나 같은 각도(α)로 이격한 지점에서 인벌류트 곡선이 종료되고 압축시작점(Cs)이 형성된다. 바람직하게는 인벌류트 곡선의 종료와 함께 흡입구(214)가 관통 형성된다.
이때, 압축시작점(Cs)이 압축종료점(Ce)으로부터 로터(220)의 압축회전 방향에 대해 역방향으로 180°와 동일하거나 작은 각도로 이격하는 경우, 종래의 1회전 1압축행정 타입의 예(도 3 참조)와 비교하여 압축행정이 동일하거나 단축되어 본 발명의 목적을 달성할 수 없으며, 270°보다 큰 각도로 이격하는 경우에는 흡입행정이 압축행정에 비해 너무 단축되어 전체적인 압축효율(COP)이 저하된다.
또한, 로터(220)의 중심점과 압축시작점(Cs)을 잇는 가상의 직선상에서 실린더(210)의 내주면과 로터(220)의 외주면이 이루는 최대 간극(Lmax)은 5 ~ 25mm인 것이 바람직한데, 이는 최대 간극(Lmax)이 5mm 보다 작으면 압축공간이 너무 협소하고, 25mm 보다 크면 냉매 등 유체에 의해 베인(230)에 작용되는 반력때문에 압축부하가 증대되기 때문이다.
제3실시예
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 1회전 2압축행정 타입 베인 로터리 압축기의 개략도이며, 본 발명의 제3실시예에 따른 베인 로터리 압축기는, 실린더의 내주면 일측에 오목부가 형성된다는 점에서 전술한 제1실시예와 유사하다.
다만, 제1,제2실시예와 비교하여 로터의 1회전당 2회의 압축행정이 이루어지는 1회전 2압축행정 타입이라는 점, 실린더의 중공 형상이 전체적으로 장공형을 이룬다는 점에서 차이가 있고, 제1실시예와 달리 로터의 회전중심과 실린더 중공의 중심이 일치한다는 점에서 차이가 있다.
이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제3실시예에 따른 베인 로터리 압축기에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 베인 로터리 압축기(300)는, 중공 형상의 실린더(310)와, 실린더(310)의 중공(311) 내에 설치되며 구동원의 동력을 전달받아 회전하는 로터(320)와, 실린더(310)의 내주면과 로터(320) 사이에 개재되고 일측이 실린더(310)의 내주면에 접촉하여 로터(320)와 함께 회전하면서 냉매 등 유체를 압축하는 베인(330)을 포함한다.
여기서, 실린더(310)는 내부에 중공(311)을 가지는데, 이 중공(311)은 전체적으로 장공형 단면형상이며, 중공(311)을 이루는 실린더(310)의 내주면에는 원호 형태로 함몰되는 한 쌍의 오목부(312)가 중심에 대하여 대칭으로 각각 형성된다.
따라서, 중공(311)은 오목부(312)에 의해 양측이 볼록한 장공형 단면형상을 이루며, 이 오목부(312)와 로터(320)의 외주면 사이 간극이 후술하는 최대 간극(Lmax)을 이루게 된다.
한편, 실린더(310)의 중공(311)에는 원형 단면형상의 로터(320)가 동심원 상에 축회전 가능하게 설치된다.
또한, 로터(320)의 외주면에 구비되어 그 선단부가 실린더(310)의 내주면에 지지되는 복수의 베인(330)에 의해 실린더(310)의 중공(311)은 복수의 공간으로 구획되고, 각각의 공간은 프론트 커버(14, 도 1 참조)와 리어 커버(15, 도 1 참조)에 의해 밀폐된 압축실(313)을 이룬다.
이때, 로터(320)는 구동모터(미도시) 혹은 엔진벨트(미도시)에 의해 구동되는 클러치(미도시)와 연결된 회전축(17, 도 1 참조)에 결합되어 회전축과 함께 축회전한다.
로터(320)의 외주면에는 소정 간격 서로 이격하여 복수의 슬롯(321)이 절개 형성되며, 베인(330)은 이 슬롯(321) 내에 각각 슬라이드 이동 가능하게 삽입된다.
그리고, 로터(320)의 슬롯(321)에 삽입된 베인(330)은 로터(320) 회전시 배압실(322)의 압력에 의해 실린더(310)의 내주면 방향으로 슬라이드 이동하여, 그 선단부가 실린더(310)의 내주면에 지지되며 로터(320)와 함께 회전한다.
이때, 로터(320)의 외주면은 원형을 이루는 반면에, 실린더(310)의 내주면은 로터(320)의 중심으로부터 그 중심이 이격된 2개의 원에 의해 장공형을 이루고 있기 때문에, 로터(320)의 회전방향을 따라 로터(320)의 외주면과 실린더(310)의 내주면 사이 간극은 변화하게 되며, 선단부가 실린더(310)의 내주면에 지지된 상태로 로터(320)와 함께 회전하는 베인(330)은, 로터(320)의 외주면과 실린더(310)의 내주면 사이 간극 변화로 인해 슬롯(321)을 따라 왕복 이동하게 된다.
이때, 로터(320)의 중심점으로부터 로터(320)의 직경방향으로 연장되는 직선상에 전술한 오목부(312) 한 쌍이 대칭으로 형성되며, 각각의 오목부(312)의 중간 지점에서, 로터(320)의 외주면과 실린더(310)의 내주면이 이루는 간극은 최대가 된다.
따라서, 로터(320)의 압축 회전방향을 따라, 로터(320)의 외주면과 실린더(310)의 내주면이 맞닿는 지점(Ce;압축종료점)으로부터, 로터(320)의 외주면과 실린더(310)의 내주면 사이 간극이 최대가 되는 오목부(312)의 중간 지점(Cs;압축시작점)까지는 베인(330)이 슬롯(321)을 따라 실린더(310)의 내주면 방향으로 슬라이드 이동하며, 유체가 흡입구(314)를 통해 압축실(313)로 흡입되는 흡입행정이 이루어진다.
또한, 로터(320)의 압축 회전방향을 따라, 로터(320)의 외주면과 실린더(310)의 내주면 사이 간극이 최대가 되는 오목부(312)의 중간 지점(Cs)으로부터, 로터(320)의 외주면과 실린더(310)의 내주면이 맞닿는 지점(Ce)까지는 베인(330)이 슬롯(321) 내부로 밀려 들어가며, 압축실(313)의 체적이 감소하면서 압축실(313)의 냉매 등 유체가 압축되고, 압축된 유체는 토출구(315)를 통해 배출되는 압축행정이 이루어진다.
즉, 압축행정은 로터(320)의 외주면과 실린더(310)의 내주면 사이 간극이 최대가 되는 지점(Cs)으로부터 로터(320)의 외주면과 실린더(310)의 내주면이 맞닿는 지점(Ce)까지의 구간에서 이루어지는 것이며, 로터(320)가 1회전하는 동안 이러한 압축행정은 2회 이루어진다.
여기서, 본 발명의 제3실시예에 따른 베인 로터리 압축기(300)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 압축종료점(Ce)으로부터 로터(320)의 압축회전 방향에 대해 역방향으로 90°보다는 크고 180°보다는 작거나 같은 각도(α)로 이격한 지점에 압축시작점(Cs)이 형성되도록, 실린더(310)의 장공형 내주면 양측이 서로 대칭인 원호 형태로 함몰되어 오목부(312)가 각각 형성된다.
이는, 압축시작점(Cs)이 압축종료점(Ce)으로부터 로터(320)의 압축회전 방향에 대해 역방향으로 90°와 동일하거나 작은 각도로 이격하는 경우, 종래의 예(도 2 참조)와 비교하여 압축행정이 동일하거나 단축되어 본 발명의 목적을 달성할 수 없기 때문이며, 180°보다 큰 각도로 이격하는 경우에는 흡입행정이 압축행정에 비해 너무 단축되어 전체적인 압축효율이 저하되기 때문이다.
또한, 로터(320)의 중심점과 압축시작점(Cs)을 잇는 가상의 직선상에서 실린더(310)의 내주면과 로터(320)의 외주면이 이루는 최대 간극(Lmax)은 5 ~ 25mm인 것이 바람직한데, 이는 최대 간극(Lmax)이 5mm 보다 작으면 압축공간이 너무 협소하고, 25mm 보다 크면 냉매 등 유체에 의해 베인(330)에 작용되는 반력때문에 압축부하가 증대되기 때문이다.
따라서, 본 발명의 제3실시예에 따른 1회전 2압축행정 타입의 베인 로터리 압축기(300)에 의하면, 종래와 비교하여 압축행정이 연장됨으로써, 소요동력(HP)의 감소와 함께 이상적인 흡입행정과 압축행정비를 제공하며, 압축기의 전체적인 효율(COP)를 향상시킴으로써 최적의 패키지(package)를 구성할 수 있게 된다.
100,200,300 : 베인 로터리 압축기
110,210,310 : 실린더
111,211,311 : 중공
112,312 : 오목부
114,214,314 : 흡입구
115,215,315 : 토출구
120,220,320 : 로터
130,230,330 : 베인

Claims (6)

  1. 중공 형상의 실린더와, 상기 중공내에 설치되며 구동원의 동력을 전달받아 회전하는 로터와, 상기 로터와 상기 실린더의 내주면 사이에 개재되고 상기 실린더의 내주면에 일측이 접촉하여 상기 로터와 함께 회전하는 베인을 포함하는 베인 로터리 압축기에 있어서,
    상기 베인은 상기 로터의 일측에 외팔보 형상으로 회전 가능하게 힌지결합되고,
    상기 로터의 중심점으로부터 상기 로터의 반경방향으로 연장되는 직선상에서 상기 로터의 외주면과 상기 실린더의 내주면이 이루는 최대 간극은 5mm ~ 25mm인 것을 특징으로 하는 베인 로터리 압축기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 로터의 1회전당 압축행정이 1회 이루어지고, 상기 최대 간극은 상기 로터의 외주면과 상기 실린더의 내주면이 맞닿는 지점으로부터 상기 로터의 압축 회전방향에 대하여 역방향으로 180°보다는 크고 270°보다는 작거나 같은 각도로 이격하여 형성되는 것을 특징으로 하는 베인 로터리 압축기.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 베인은,
    상기 로터의 외주면 일측에 회전 가능하게 힌지결합되는 힌지부와, 상기 힌지부에서 연장 형성되는 날개부를 포함하는 것을 특징으로 하는 베인 로터리 압축기.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 실린더의 중공은 횡단면상 인벌류트 곡선의 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 베인 로터리 압축기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 로터의 1회전당 압축행정이 2회 이루어지고, 상기 최대 간극은 상기 로터의 외주면과 상기 실린더의 내주면이 맞닿는 지점으로부터 상기 로터의 압축 회전방향에 대하여 역방향으로 90°보다는 크고 180°보다는 작거나 같은 각도로 이격하여 형성되는 것을 특징으로 하는 베인 로터리 압축기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 실린더의 중공은 횡단면상 장공형인 것을 특징으로 하는 베인 로터리 압축기.

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