KR102491472B1 - 베인 로터리 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르는 베인 로터리 압축기는, 환형으로 형성되는 실린더, 상기 실린더의 일면과 타면을 각각 덮도록 결합되며, 상기 실린더와 함께 압축공간을 형성하는 메인 베어링과 서브 베어링, 상기 메인 베어링과 상기 서브 베어링에 의해 반경방향으로 지지되는 회전축, 상기 압축공간에 구비되며, 상기 회전축에 결합되어 회전함에 따라 상기 냉매를 압축시키는 롤러 및 상기 롤러에 슬라이드 가능하게 삽입되며, 상기 실린더의 내주면에 각각 접촉되어 상기 압축공간이 복수개의 영역으로 분리되도록 하는 적어도 하나 이상의 베인을 포함하며, 상기 실린더는, 냉매가 상기 압축공간으로 유입되도록 상기 실린더를 반경방향으로 관통하여 형성되는 흡입구, 상기 흡입구와 상기 회전축의 회전 방향과 반대 방향으로 이격된 위치에서 상기 실린더를 반경방향으로 관통하여 형성되어 압축된 상기 냉매가 토출되는 토출구 및 상기 토출구와 인접한 위치에서 상기 실린더의 일면 또는 타면을 소정의 깊이로 리세스되어, 마주하는 상기 메인 베어링 또는 상기 서브 베어링과의 사이에 틈을 형성하는 이격부를 포함할 수 있다.

Description

베인 로터리 압축기{VAIN ROTARY COMPRESSOR}

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 베인이 회전하는 롤러에서 돌출되어 실린더의 내주면에 접촉하면서 냉매를 압축하는 베인 로터리 압축기에 관한 것이다.

로터리 압축기는 베인이 실린더에 미끄러지게 삽입되어 롤러에 접촉되는 방식과, 베인이 롤러에 미끄러지게 삽입되어 실린더에 접촉되는 방식으로 구분할 수 있다. 통상적으로 전자는 로터리 압축기라고 하고, 후자는 베인 로터리 압축기라고 한다.

로터리 압축기는 실린더에 삽입된 베인이 탄성력 또는 배압력에 의해 롤러를 향해 인출되어 그 롤러의 외주면에 접촉하게 된다. 반면, 베인 로터리 압축기는 롤러에 삽입된 베인이 롤러와 함께 회전운동을 하면서 원심력과 배압력에 의해 인출되어 실린더의 내주면에 접촉하게 된다.

로터리 압축기는 롤러의 회전당 베인의 개수만큼의 압축실을 독립적으로 형성하여, 각각의 압축실이 동시에 흡입, 압축, 토출행정을 실시하게 된다. 반면, 베인 로터리 압축기는 롤러의 회전당 베인의 개수만큼의 압축실을 연속적으로 형성하여, 각각의 압축실이 순차적으로 흡입, 압축, 토출행정을 실시하게 된다. 따라서, 베인 로터리 압축기는 로터리 압축기에 비해 높은 압축비를 형성하게 된다. 이에 따라, 베인 로터리 압축기는 R32, R410a, CO₂와 같이 오존층파괴지수(ODP) 및 지구온난화지수(GWP)가 낮은 고압 냉매를 사용하는데 더 적합하다.

한편, 베인 로터리 압축기에서 압축되는 냉매는 압축 행정을 거치며, 압력과 더불어 온도가 상승하게 된다. 이와 같은 베인 로터리 압축기에서는 기존의 로터리 압축기에 비해 높은 압축비를 형성하게 됨에 따라, 토출되는 냉매의 온도가 기존의 로터리 압축기에 비해 더 높게 형성된다.

이에 따라, 상승된 온도에 의해 롤러의 실린더의 온도가 증가하게 되며, 이로 인하여 롤러 및 실린더는 열팽창하게 된다. 이 경우, 롤러와 실린더 사이의 간격이 벌어지게 될 수 있다. 뿐만 아니라, 실린더의 축 방향 부피 증가로 인하여, 실린더의 양측에서 지지하는 메인 및 서브 베어링과 롤러 사이의 간격이 증가하게 된다.

이로 인하여, 흡입실, 압축실 또는 토출실에 머무르는 냉매가 롤러와 실린더 사이, 메인 및 서브 베어링과 롤러 사이의 틈을 통하여 누설될 수 있다. 이에 기인하여, 냉매의 체적 효율이 저하될 수 있다. 특히, 롤러 및 실린더를 알루미늄 소재의 합금으로 형성하는 경우, 열팽창에 의한 냉매의 누설이 보다 심화될 수 있다.

따라서, 냉매의 온도 상승에 따른 열팽창에도 압축실을 형성하는 부재 사이의 틈의 간격을 일정하게 유지할 수 있는 기술 개발의 필요성이 제기된다.

본 발명의 목적은 실린더와 롤러를 알루미늄 합금 소재로 제작하여 경량화된 로터리 압축기를 제공하려는데 있다.

나아가, 압축기 구동시, 롤러의 회전에 의해 발생하는 소음을 저감시킬 수 있는 로터리 압축기를 제공하려는데 있다.

나아가, 실린더와 롤러에 대한 가공성 및 생산성을 높일 수 있는 로터리 압축기를 제공하려는 데 있다.

본 발명의 목적은 실린더와 롤러를 알루미늄 합금 소재로 제작함에 따라 실린더의 열팽창에도 압축실을 형성하는 부재 사이의 틈 간격을 일정하게 유지할 수 있는 로터리 압축기를 제공하려는 데 있다.

나아가, 부재 사이의 틈 간격을 일정하게 유지함에 따라 냉매의 누설을 방지하여 신뢰성을 증가시킬 수 있는 로터리 압축기의 구조를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따르는 로터리 압축기는 환형으로 형성되는 실린더, 상기 실린더의 일면과 타면을 각각 덮도록 결합되며, 상기 실린더와 함께 압축공간을 형성하는 메인 베어링과 서브 베어링, 상기 메인 베어링과 상기 서브 베어링에 의해 반경방향으로 지지되는 회전축, 상기 압축공간에 구비되며, 상기 회전축에 결합되어 회전함에 따라 상기 냉매를 압축시키는 롤러 및 상기 롤러에 슬라이드 가능하게 삽입되며, 상기 실린더의 내주면에 각각 접촉되어 상기 압축공간이 복수개의 영역으로 분리되도록 하는 적어도 하나 이상의 베인을 포함하며, 상기 실린더는, 냉매가 상기 압축공간으로 유입되도록 상기 실린더를 반경방향으로 관통하여 형성되는 흡입구, 상기 흡입구와 상기 회전축의 회전 방향과 반대 방향으로 이격된 위치에서 상기 실린더를 반경방향으로 관통하여 형성되어 압축된 상기 냉매가 토출되는 토출구 및 상기 토출구와 인접한 위치에서 상기 실린더의 일면 또는 타면을 소정의 깊이로 리세스되어, 마주하는 상기 메인 베어링 또는 상기 서브 베어링과의 사이에 틈을 형성하는 이격부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 롤러와 상기 실린더는 알루미늄 합금 소재로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 실린더는, 상기 이격부가 형성된 위치에서의 축 방향 두께를 제1 길이(L1)라고 하며, 상기 일면 및 상기 타면에 형성된 상기 이격부의 축 방향길이의 합을 제2 길이(L2)라고 할 때, 상기 제1 길이(L1)를 분자로 하며, 상기 제2 길이(L2)를 분모로 하는 비의 값은 기 설정된 범위 내에 해당될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 실린더는 상기 토출구가 포함된 제1 영역과 상기 제1 영역과 인접한 제2 영역으로 구분되며, 상기 이격부는 상기 제1 영역에서 상기 실린더의 내주면을 따라 연장 형성될 수 있다.

여기서, 상기 실린더는 상기 실린더의 내주면에서 상기 롤러의 외주면과의 거리가 최저점인 제1 지점, 상기 제1 지점에서 상기 실린더의 중심을 기준으로 상기 회전축의 회전방향과 반대 방향으로 상기 실린더의 내주면을 따라 기 설정된 길이로 이격된 제2 지점 및 상기 제2 지점에서 상기 실린더의 중심을 기준으로 상기 회전축의 회전방향과 반대 방향으로 상기 실린더의 내주면을 따라 이격되며, 상기 실린더의 중심을 기준으로 상기 제1 지점과 대칭인 제3 지점을 포함하며, 기 제1 영역과 상기 제2 영역은 상기 제1 지점과 상기 제3 지점 사이에서 상기 제2 지점을 기준으로 구분될 수 있다.

여기서, 상기 제1 지점은 상기 흡입구와 상기 토출구 사이에 위치할 수 있다.

이때, 상기 제1 지점에서 상기 제2 지점에 이르는 상기 실린더의 내주면의 길이를 제3 길이라 두며, 상기 제1 지점에서 상기 제2 지점에 이르는 상기 실린더의 내주면의 길이를 제4 길이라 두는 경우, 상기 제3 길이를 분자로 하며, 상기 제4 길이를 분모로 하는 비의 값은 기 설정된 범위 내 일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 토출구는 상기 제1 지점과 인접한 위치에 형성되는 제1 토출구 및 상기 제2 지점과 인접한 위치에 형성되는 제2 토출구를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 이격부는 상기 압축공간과 연통되도록 형성되며, 상기 실린더의 모서리의 법선 방향으로 연장될 수 있다.

상기 이격부의 상기 법선 방향으로 연장되는 길이는 상기 제1 지점 및 상기 제2 지점에서 상기 실린더의 내주면을 따라 나란한 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.

여기서, 상기 이격부는 상기 실린더의 내주면을 상기 이격부의 일측, 반대측을 타측이라고 하며, 상기 실린더의 중심에서 상기 이격부의 일측까지의 길이는 제1 반경, 상기 실린더의 중심에서 상기 이격부의 타측까지의 길이는 제2 반경이라고 할 때, 상기 제1 반경을 분자, 상기 제2 반경을 분모로 하는 비의 값은 기 설정된 범위 내일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르는 로터리 압축기는 상기 롤러는 상기 제1 지점에서 상기 실린더의 내주면과 반경 방향의 틈을 갖도록 이격 배치될 수 있다.

본 발명에 따르면, 롤러 및 실린더를 알루미늄 합금으로 형성함에 따라, 로터리 압축기의 전체 무게가 경량화될 수 있다. 나아가, 롤러의 회전에 사용되는 에너지가 저감될 수 있어, 압축기 전체의 효율이 증가될 수 있다.

또한, 롤러 및 실린더를 알루미늄 합금으로 형성됨에 따라, 기존의 롤러 및 실린더를 합금주철을 이용하여 제작하였을 때 보다 소음이 감소될 수 있다.

또한, 실린더의 축 방향 두께가 증가함에 따라, 상기 실린더의 일면 및 타면을 지지하는 메인 베어링과 서브 베어링 사이의 간격이 증가하게 되더라도 실린더의 일면 또는 타면에 형성되는 안착부에 의하여, 롤러와 메인 및 서브 베어링과의 간격은 일정하게 유지될 수 있다. 이로 인하여, 메인 및 서브 베어링과 롤러 사이의 틈의 간격은 일정하게 유지될 수 있게 되며, 상기 틈을 통해 냉매가 누설되는 것이 저감시킬 수 있다.

나아가, 냉매의 누설이 저감됨에 따라, 냉매의 누설로 발생할 수 있는 냉매의 체적 효율 저하를 방지될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 베인 로터리 압축기의 종단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 베인 로터리 압축기에서 A-A에 따른 압축부의 횡단면도이다.
도 3의 (a) 내지 도 3의 (d)는 본 실시예에 따른 실린더에서 냉매가 흡입, 압축되어 토출되는 과정을 보인 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 이격부가 형성된 영역을 보인 사시도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이격부를 설명하기 위하여 롤러 및 실린더를 확대하여 보인 종단면도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 롤러 및 실린더에서 열팽창에 의해 변형된 모습을 보인 종단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 이격부를 설명하기 위한 실린더 및 롤러의 모식도이다.
도 7은 A를 확대하여 보인 사시도이다.

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

도 1은 본 발명에 따른 베인 로터리 압축기의 종단면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 베인 로터리 압축기에서 A-A에 따른 압축부의 횡단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 베인 로터리 압축기는, 케이싱(110)의 내부에 구동모터(120)가 설치되고, 구동모터(120)의 일측에는 회전축(123)에 의해 기구적으로 연결되는 압축유닛(130)이 설치된다.

케이싱(110)은 압축기의 설치양태에 따라 종형 또는 횡형으로 구분될 수 있다. 종형은 구동모터와 압축유닛가 축방향을 따라 상하 양측에 배치되는 구조이고, 횡형은 구동모터와 압축유닛가 좌우 양측에 배치되는 구조이다.

구동모터(120)는 냉매를 압축하는 동력을 제공하는 역할을 한다. 구동모터(120)는 고정자(121), 회전자(122) 및 회전축(123)을 포함한다

고정자(121)는 케이싱(110)의 내부에 고정 설치되며, 원통형 케이싱(110)의 내주면에 열박음 등의 방법으로 장착될 수 있다. 예를 들어, 고정자(121)는 중간쉘(110b)의 내주면에 고정 설치될 수 있다.

회전자(122)는 고정자(121)와 서로 이격되도록 배치되며, 고정자(121)의 내측에 위치된다. 회전자(122)의 중심에는 회전축(123)이 압입되어 결합된다. 고정자(121)에 전원이 인가되면, 고정자(121)와 회전자(122)의 자기적 상호작용에 따라, 회전자(122)는 회전하게 된다. 이에 따라, 회전자(122)에 결합된 회전축(123)은 회전자(122)와 함께 동심 회전을 하게 된다.

회전축(123)의 중심에는 오일유로(125)가 축방향으로 형성되고, 오일유로(125)의 중간에는 오일통공(126a)(126b)이 회전축(123)의 외주면을 향해 관통 형성된다. 오일통공(126a)(126b)은 제1 축수부(1311)의 범위에 속하는 제1 오일통공(126a)과 제2 축수부(1321)의 범위에 속하는 제2 오일통공(126b)으로 이루어진다. 제1 오일통공(126a)과 제2 오일통공(126b)은 각각 1개씩 형성될 수도 있고, 복수 개씩 형성될 수 있다.

오일유로(125)의 중간 또는 하단에는 오일피더(127)가 설치된다. 이에 따라, 회전축(123)이 회전을 하면 케이싱의 하부에 채워진 오일은 오일피더(127)에 의해 펌핑되어 오일유로(125)를 따라 흡상되다가 제2 오일통공(126b)을 통해 제2 축수부와의 서브베어링면(1321a)으로, 제1 오일통공(126b)을 통해 메인베어링면(1311a)으로 공급된다.

제1 오일통공(126a)은 제1 오일그루브(1311b)에, 제2 오일통공(126b)은 제2 오일그루브(1321b)에 각각 중첩되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이를 통해, 제1 오일통공(126a) 및 제2 오일통공(126b)을 통해 메인베어링(131)의 베어링면 및 서브베어링(132)의 베어링면(1311a)(1321a)으로 공급되는 오일이 후술할 메인측 제2 포켓(1313b)과 서브측 제2 포켓(1323b)에 신속하게 유입될 수 있다.

압축유닛(130)에는 축방향 양측에 설치되는 메인베어링(131)과 서브베어링(132)에 의해 압축공간(410)이 형성되는 실린더(133)를 포함한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 메인베어링(131)과 서브베어링(132)은 케이싱(110)에 고정 설치되고, 회전축(123)을 따라 서로 이격되게 설치된다. 메인베어링(131)과 서브베어링(132)은 회전축(123)을 반경방향으로 지지하는 동시에 실린더(133)와 롤러(134)를 축방향으로 지지하는 역할을 한다. 이에 따라, 메인베어링(131)과 서브베어링(132)은 회전축(123)을 반경방향으로 지지하는 축수부(1311)(1321)와, 축수부(1311)(1321)에서 반경방향으로 연장되는 플랜지부(1312)(1322)로 각각 이루어질 수 있다. 편의상, 메인베어링(131)의 축수부를 제1 축수부(1311) 및 플랜지부를 제1 플랜지부(1312)로, 서브베어링(132)의 축수부를 제2 축수부(1321) 및 제2 플랜지부(1322)로 정의한다.

제1 축수부(1311)와 제2 축수부(1321)는 각각 부시 형상으로 형성되고, 제1 플랜지부와 제2 플랜지부는 원판 형상으로 형성된다. 제1 축수부(1311)의 내주면인 반경방향 베어링면(이하, 베어링면 또는 제1 베어링면으로 약칭함)(1311a)에는 제1 오일그루브(1311b)가, 제2 축수부(1321)의 내주면인 반경방향 베어링면(이하, 베어링면 또는 제2 베어링면으로 약칭함)(1321a)에는 제2 오일그루브(1321b)가 각각 형성된다. 제1 오일그루브(1311b)는 제1 축수부(1311)의 상하 양단 사이에서 직선 또는 사선으로 형성되고, 제2 오일그루브(1321b)는 제2 축수부(1321)의 상하 양단 사이에서 직선 또는 사선으로 형성된다.

제1 오일그루브(1311b)에는 후술할 제1 연통유로(1315)가, 제2 오일그루브(1321b)에는 후술할 제2 연통유로(1325)가 각각 형성된다. 제1 연통유로(1315)와 제2 연통유로(1325)는 각각의 베어링면(1311a)(1321a)으로 유입되는 오일을 메인측 배압포켓(1313)과 서브측 배압포켓(1323)으로 안내하기 위한 것이다.

제1 플랜지부(1312)에는 메인측 배압포켓(1313)이, 제2 플랜지부(1322)에는 서브측 배압포켓(1323)이 각각 형성된다. 메인측 배압포켓(1313)은 메인측 제1 포켓(1313a)과 메인측 제2 포켓(1313b)으로, 서브측 배압포켓(1323)은 서브측 제1 포켓(1323a)과 서브측 제2 포켓(1323b)으로 이루어진다.

메인측 제1 포켓(1313a)과 메인측 제2 포켓(1313b)은 원주방향을 따라 소정의 간격을 두고 형성되며, 서브측 제1 포켓(1323a)과 서브측 제2 포켓(1323b)은 원주방향을 따라 소정의 간격을 두고 형성된다.

메인측 제1 포켓(1313a)은 메인측 제2 포켓(1313b)에 비해 낮은 압력, 예를 들어 흡입압과 토출압 사이의 중간압을 형성하며, 서브측 제1 포켓(1323a)은 서브측 제2 포켓(1323b)에 비해 낮은 압력, 예를 들어 메인측 제1 포켓(1313a)과 거의 같은 중간압을 형성한다. 메인측 제1 포켓(1313a)은 후술할 메인측 제1 베어링돌부(1314a)와 롤러(134)의 상면(134a) 사이의 미세통로를, 서브측 제1 포켓(1323a)은 후술할 서브측 제1 베어링돌부(1314a)와 롤러(134)의 하면(134b) 사이의 미세통로를 오일이 각각 통과하여 메인측 및 서브측 제1 포켓(1313a)(1323a)으로 유입되면서 감압되어 중간압을 형성하게 된다. 하지만, 메인측 제2 포켓(1313b)과 서브측 제2 포켓(1323b)은 제1 오일통공(126a)과 제2 오일통공(126b)을 통해 메인베어링면(1311a)과 서브베어링면(1321a)으로 유입되는 오일이 후술할 제1 연통유로(1315)와 제2 연통유로(1325)를 통해 메인측 및 서브측 제2 포켓(1313b)(1323b)으로 유입되므로 토출압 또는 거의 토출압 상태의 압력을 유지하게 된다.

실린더(133)는 압축공간(V)을 이루는 내주면이 타원 형상으로 형성된다. 실린더(133)의 내주면은 한 쌍의 장축과 단축을 가지는 대칭형 타원 형상으로 형성될 수도 있다. 하지만, 본 실시예에서는 실린더(133)의 내주면이 여러 쌍의 장축과 단축을 가지는 비대칭형 타원 형상으로 형성된다. 이러한 비대칭형 타원으로 된 실린더(133)를 통상 하이브리드 실린더라고 하고, 본 실시예는 하이브리드 실린더가 적용되는 베인 로터리 압축기를 설명한다. 다만, 본 발명은 하이브리드 실린더에만 적용되는 것이 아닌, 대칭형 타원 형상으로 이루어지는 실린더에도 적용될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 하이브리드 실린더(이하, 실린더로 약칭함)(133)는 그 외주면은 원형으로 형성될 수도 있지만, 비원형이라도 케이싱(110)의 내주면에 고정되는 형상이면 족할 수 있다. 물론, 메인베어링(131)이나 서브베어링(132)이 케이싱(110)의 내주면에 고정되고, 실린더(133)는 케이싱(110)에 고정된 메인베어링(131) 또는 서브베어링(132)에 볼트로 체결될 수도 있다.

또, 실린더(133)의 중앙부에는 내주면을 포함하여 압축공간(V)을 이루도록 빈 공간부가 형성된다. 이 빈공간부는 메인베어링(131)과 서브베어링(132)에 의해 밀봉되어 압축공간(V)을 형성하게 된다. 압축공간(V)에는 후술할 외주면이 원형으로 형성되는 롤러(134)가 회전 가능하게 결합된다.

실린더(133)의 내주면(133a)에는 그 실린더(133)의 내주면(133a)과 롤러(134)의 외주면(134c)이 거의 접촉되는 제1 지점(P1, 또는 최근접점)을 중심으로 원주방향 양쪽에 각각 흡입구(1331)와 토출구(1332a)(1332b)가 형성된다.

즉, 흡입구(1331)는 압축경로(회전 방향)을 기준으로 전류 측에, 토출구(1332a)(1332b)는 냉매가 압축되는 방향에서 휴류 측에 형성될 수 있다. 달리 말해, 흡입구(1331)는 토출구(1332a)(1332b)가 형성된 위치에서 반시계 방향으로 소정의 간격 이격되어 형성될 수 있다. 실린더(133)의 내주면(133a)에서 흡입구(1331)와 토출구(1332a) 사이에 위치할 수 있다.

흡입구(1331)는 케이싱(110)을 관통하는 흡입관(113)이 직접 연결되고, 토출구(1332a)(1332b)는 케이싱(110)의 내부공간(S)을 향해 연통되어 그 케이싱(110)에 관통 결합되는 토출관(114)과 간접적으로 연결된다. 이에 따라, 냉매는 흡입구(1331)를 통해 압축공간(V)으로 직접 흡입되는 반면, 압축된 냉매는 토출구(1332a)(1332b)를 통해 케이싱(110)의 내부공간(S)으로 토출되었다가 토출관(114)으로 배출된다. 따라서, 케이싱(110)의 내부공간(S)은 토출압을 이루는 고압상태가 유지된다.

또, 흡입구(1331)에는 별도의 흡입밸브가 설치되지 않는 반면, 토출구(1332a)(1332b)에는 그 토출구(1332a)(1332b)를 개폐하는 토출밸브(1335a)(1335b)가 설치된다. 토출밸브(1335a)(1335b)는 일단이 고정되고 타단이 자유단을 이루는 리드형 밸브로 이루어질 수 있다. 하지만, 토출밸브(1335a)(1335b)는 리드형 밸브 외에도 피스톤 밸브 등 필요에 따라 다양하게 적용될 수 있다.

또, 토출밸브(1335a)(1335b)가 리드형 밸브로 이루어지는 경우 실린더(133)의 외주면에는 그 토출밸브(1335a)(1335b)가 장착될 수 있도록 밸브홈(1336a,1336b)이 형성된다. 이에 따라, 토출구(1332a)(1332b)의 길이가 최소한으로 줄어들어 사체적을 줄일 수 있다. 밸브홈(1336a,1336b)은 도 2에서와 같이 평평한 밸브시트면을 확보할 수 있도록 삼각형 모양으로 형성될 수 있다.

한편, 토출구(1332a)(1332b)는 압축경로(압축진행방향)를 따라 복수 개로 구비될 수 있다. 편의상, 복수 개의 토출구(1332a)(1332b)는 압축경로를 기준으로 상류측에 위치하는 토출구를 부 토출구(또는, 제2 토출구)(1332b), 하류측에 위치하는 토출구를 주 토출구(또는, 제1 토출구)(1332a)라고 한다.

전술한 제1 지점(P)을 기준으로 설명하면, 제1 토출구(1332a)는 제1 지점(P1)과 인접하게 형성되며, 제2 토출구(1332b)는 제1 토출구(1332a)에서 반 시계 방향으로 이격된 위치에 형성된다.

하지만, 부 토출구(1332b)는 반드시 필요한 필수구성은 아니고, 필요에 따라 선택적으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 본 실시예와 같이 실린더(133)의 내주면(133a)이 후술하는 바와 같이 압축주기를 길게 형성하여 냉매의 과압축을 적절하게 감소시키는 경우라면 부 토출구를 형성하지 않을 수도 있다. 다만, 압축되는 냉매의 과압축량을 최소한으로 줄이기 위해서라면 종래와 같은 부 토출구(1332a)를 주 토출구(1332b)의 앞쪽, 즉 압축진행방향을 기준으로 주 토출구(1332b)보다 상류측에 형성할 수 있다.

한편, 실린더(133)의 압축공간(V)에는 앞서 설명한 롤러(134)가 회전 가능하게 구비된다. 롤러(134)는 그 외주면(134c)이 원형으로 형성되고, 롤러(134)의 중심에는 회전축(123)이 일체로 결합된다. 이로써, 롤러(134)는 회전축(123)의 축중심(Os)과 일치하는 중심(Or)을 가지며, 그 롤러(134)의 중심(Or)을 중심으로 하여 회전축(123)과 함께 동심 회전을 하게 된다.

롤러(134)의 중심(Or)은 실린더(133)의 중심(Oc), 즉 실린더(133)의 내부공간의 중심(Oc)에 대해 편심되어 그 롤러(134)의 외주면(134c) 일측이 실린더(133)의 내주면(133a)과 거의 접촉된다. 여기서, 롤러(134)의 일측이 거의 접촉되는 실린더(133)의 지점을 접촉점(P1)이라고 할 때, 그 접촉점(P1)과 실린더(133)의 중심을 지나는 중심선이 실린더(133)의 내주면(133a)을 이루는 타원곡선의 단축에 해당하는 위치가 될 수 있다.

롤러(134)는 그 외주면에 원주방향을 따라, 적당개소에 베인슬롯(342)이 형성되고, 베인슬롯(1333a,1333b,1333c)마다에는 베인(1351,1352,1353)이 미끄러지게 결합된다. 베인슬롯(1333a,1333b,1333c)은 롤러(134)의 중심을 기준으로 반경방향을 향해 형성될 수도 있지만, 이 경우에는 베인의 길이를 충분히 확보하기 어렵게 된다. 따라서 베인슬롯(1333a,1333b,1333c)은 반경방향에 대해 소정의 경사각만큼 경사지게 형성되는 것이 베인의 길이를 충분히 확보할 수 있어 바람직할 수 있다.

여기서, 베인(1351,1352,1353)이 기울어지는 방향은 그 롤러(134)의 회전방향에 대해 역방향, 즉 실린더(133)의 내주면(133a)과 접하는 베인(1351,1352,1353)의 선단면이 롤러(134)의 회전방향 쪽으로 기울어지도록 하는 것이 압축이 빨리 시작될 수 있도록 압축개시각을 롤러(134)의 회전방향 쪽으로 당길 수 있어 바람직할 수 있다.

또, 베인슬롯(1333a,1333b,1333c)의 내측단에는 베인(1351,1352,1353)의 후방측으로 오일(또는 냉매)이 유입되도록 하여 각 베인(1351,1352,1353)을 실린더(133)의 내주면 방향으로 가세할 수 있는 배압챔버(1334a,1334b,1334c)가 형성된다. 배압챔버(1334a,1334b,1334c)는 메인베어링(131)과 서브베어링(132)에 의해 밀봉 형성된다. 이 배압챔버(1334a,1334b,1334c)는 각각 독립적으로 배압포켓(1313)(1323)과 연통될 수도 있지만, 복수 개의 배압챔버(1334a,1334b,1334c)가 배압포켓(1313)(1323)에 의해 서로 연통되도록 형성될 수도 있다.

배압포켓(1313)(1323)은 도 1에서와 같이 메인베어링(131)과 서브베어링(132)에 각각 형성될 수도 있다. 하지만, 경우에 따라서는 메인베어링(131)이나 서브베어링(132) 중에서 어느 한 쪽에만 형성될 수도 있다. 본 실시예는 배압포켓(1313)(1323)이 메인베어링(131)과 서브베어링(132)에 모두 형성된 예를 설명한다. 편의상, 배압포켓은 메인베어링(131)에 형성되는 것을 메인측 배압포켓(1313)으로, 서브베어링(132)에 형성되는 것을 서브측 배압포켓(1323)으로 정의한다.

앞서 설명한 바와 같이, 메인측 배압포켓(1313)은 다시 메인측 제1 포켓(1313a)과 메인측 제2 포켓(1313b)으로, 서브측 배압포켓(1323)은 서브측 제1 포켓(1323a)과 서브측 제2 포켓(1323b)으로 이루어진다. 또, 메인측과 서브측 모두 제2 포켓이 제1 포켓에 비해 고압을 형성하게 된다. 따라서, 메인측 제1 포켓(1313a)과 서브측 제1 포켓(1323a)은 베인 중에서 상대적으로 상류측(흡입행정에서 토출행정 전)에 위치하는 베인이 속하는 베인챔버와 연통되고, 메인측 제2 포켓(1313b)과 서브측 제2 포켓(1323b)은 베인 중에서 상대적으로 하류측(토출행정에서 흡입행정 전)에 위치하는 베인이 속하는 베인챔버와 연통될 수 있다.

베인(1351,1352,1353)은 압축진행방향을 기준으로 접촉점(P)에서 가장 근접하는 베인을 제1 베인(1351)이라고 하고, 이어서 제2 베인(1352), 제3 베인(1353)이라고 하면, 제1 베인(1351)과 제2 베인(1352)의 사이, 제2 베인(1352)과 제3 베인(1353)의 사이, 제3 베인(1353)과 제1 베인(1351)의 사이는 모두 동일한 원주각만큼 이격된다.

따라서, 제1 베인(1351)과 제2 베인(1352)이 이루는 압축실을 제1 압축실(V1), 제2 베인(1352)과 제3 베인(1353)이 이루는 압축실을 제2 압축실(V2), 제3 베인(1353)과 제1 베인(1351)이 이루는 압축실을 제3 압축실(V3)이라고 할 때, 모든 압축실(V1,V2,V3)은 동일한 크랭크각에서 동일한 체적을 가지게 된다. 여기서, 제1 압축실(V1)을 흡입실(V1), 제3 압축실(V3)을 토출실(V3)이라 할 수 있다.

베인(1351,1352,1353)은 대략 직육면체 형상으로 형성된다. 여기서, 베인의 길이방향 양단 중에서 실린더(133)의 내주면(133a)에 접하는 면을 베인의 선단면이라고 하고, 배압챔버(1334a,1334b,1334c)에 대향하는 면을 후단면이라고 정의한다.

베인(1351,1352,1353)의 선단면은 실린더(133)의 내주면(133a)과 선접촉하도록 곡면 형상으로 형성되고, 베인(1351,1352,1353)의 후단면은 배압챔버(1334a,1334b,1334c)에 삽입되어 배압력을 고르게 받을 수 있도록 평면지게 형성될 수 있다.

도면중 미설명 부호인 110a는 상부쉘, 110c는 하부쉘이다. 상부쉘(110a)과 하부쉘(110c)은 중간쉘(110c)과 함께 압축기(100)의 외관을 형성하며, 외부로부터 내부공간(S)을 밀봉할 수 있다.

상기와 같은 하이브리드 실린더가 구비된 베인 로터리 압축기는, 구동모터(120)에 전원이 인가되어 그 구동모터(120)의 회전자(122)와 이 회전자(122)에 결합된 회전축(123)이 회전을 하게 되면, 롤러(134)가 회전축(123)과 함께 회전을 하게 된다.

그러면, 베인(1351,1352,1353)이 롤러(134)의 회전에 의해 발생되는 원심력과 그 베인(1351,1352,1353)의 후방측에 구비된 배압챔버(1334a,1334b,1334c)의 배압력에 의해 각각의 베인슬롯(1333a,1333b,1333c)으로부터 인출되어, 각 베인(1351,1352,1353)의 선단면이 실린더(133)의 내주면(133a)에 접하게 된다.

그러면 실린더(133)의 압축공간(V)이 복수 개의 베인(1351,1352,1353)에 의해 그 베인(1351,1352,1353)의 개수만큼의 압축실(흡입실이나 토출실을 포함)(V1,V2,V3을 형성하게 되고, 각각의 압축실(V!,V2,V3)은 롤러(134)의 회전을 따라 이동하면서 실린더(133)의 내주면(133a) 형상과 롤러(134)의 편심에 의해 체적이 가변되며, 각각의 압축실(V1,V2,V3)에 채워지는 냉매는 롤러(134)와 베인(1351,1352,1353)을 따라 이동하면서 냉매를 흡입, 압축하여 토출하게 된다.

이를 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다. 도 3의 (a) 내지 도 3의 (d)는 본 실시예에 따른 실린더에서 냉매가 흡입, 압축되어 토출되는 과정을 보인 단면도이다. 본 실시예에 따른 실린더에서 냉매가 흡입, 압축되어 토출되는 과정을 보인 단면도이다. 도 3의 (a) 내지 도 3의 (d)에서는 메인베어링을 투영하여 도시하였고, 도면으로 도시하지 않은 서브베어링은 메인베어링과 동일하다.

도 3의 (a)와 같이, 제1 베인(1351)이 흡입구(1331)를 통과하고 제2 베인(1352)이 흡입완료시점에 도달하기 전까지 제1 압축실(V1)의 체적은 지속적으로 증가하게 되어, 냉매가 흡입구(1331)에서 제1 압축실(V1)로 지속적으로 유입된다.

이때, 제1 베인(1351)의 후방측에 구비된 제1 배압챔버(1334a)는 메인측 배압포켓(1313)의 제1 포켓(1313a)에, 제2 베인(1352)의 후방측에 구비된 제2 배압챔버(137b)는 메인측 배압포켓(1313)의 제2 포켓(1313b)에 각각 노출된다. 이에 따라 제1 배압챔버(1334a)에는 중간압, 제2 배압챔버(1334b)에는 토출압 또는 토출압에 근접한 압력(이하, 토출압으로 정의함)이 형성되고, 제1 베인(1351)은 중간압으로, 제2 베인(1352)은 토출압으로 각각 가압되어 실린더(133)의 내주면에 밀착된다.

도 3의 (b)와 같이, 제2 베인(1352)이 흡입완료시점(또는, 압축개시각)을 지나 압축행정을 진행하게 되면 제1 압축실(V1)은 밀봉상태가 되어 롤러(134)와 함께 토출구 방향으로 이동을 하게 된다. 이 과정에서 제1 압축실(V1)의 체적은 지속적으로 감소하게 되면서 그 제1 압축실(V1)의 냉매는 점진적으로 압축된다.

이때, 제1 압축실(V1)의 냉매 압력이 상승하게 되면 제1 베인(1351)이 제1 배압챔버(1334a)쪽으로 밀려날 수 있고, 이에 따라 제1 압축실(V1)이 선행하는 제3 압축실(V3)과 연통되면서 냉매 누설이 발생할 수 있다. 따라서 냉매의 누설을 방지하기 위해서는 제1 배압챔버(1334a)에 더욱 높은 배압력이 형성되어야 한다.

도면을 보면, 제1 베인(1351)의 배압챔버(1334a)는 메인측 제1 포켓(1313a)을 지나 메인측 제2 포켓(1313b)으로 진입하기 전단계에 위치하고 있다. 이에 따라, 제1 베인(1351)의 제1 배압챔버(1334a)에 형성되는 배압은 곧 중간압에서 토출압으로 상승되게 된다. 이에 제1 배압챔버(1334a)의 배압력이 상승하면서 제1 베인(1351)이 후방으로 밀려나는 것을 억제할 수 있다.

도 3의 (c)와 같이, 제1 베인(1351)은 제1 토출구(1332a)를 통과하고 제2 베인(1352)은 제1 토출구(1332a)에 도달하지 않은 상태가 되면, 제1 압축실(V1)은 제1 토출구(1332a)와 연통되면서 그 제1 압축실(V1)의 압력에 의해 제1 토출구(1332a)가 개방된다. 그러면 제1 압축실(V1)의 냉매 일부가 제1 토출구(1332a)를 통해 케이싱(110)의 내부공간으로 토출되어, 제1 압축실(V1)의 압력이 소정의 압력으로 하강하게 된다. 물론, 제1 토출구(1332a)가 없는 경우에는 제1 압축실(V1)의 냉매가 토출되지 않고 주 토출구인 제2 토출구(1332b)를 향해 더 이동을 하게 된다.

이때, 제1 압축실(V1)의 체적은 더욱 감소하여 제1 압축실(V1)의 냉매는 더욱 압축되게 된다. 하지만, 제1 베인(1351)이 수용된 제1 배압챔버(1334a)는 완전히 메인측 제2 포켓(1313b)에 연통된 상태여서 제1 배압챔버(1334a)는 거의 토출압을 형성하게 된다. 그러면, 제1 베인(1351)은 제1 배압챔버(1334a)의 배압력에 의해 밀려나는 것이 저지되면서 압축실 간 누설을 억제할 수 있게 된다.

도 3의 (d)와 같이, 제1 베인(1351)이 제2 토출구(1332b)를 통과하고 제2 베인(1352)이 토출개시각에 도달하게 되면, 제1 압축실(V1)의 냉매 압력에 의해 제2 토출구(1332b)가 개방되면서 제1 압축실(V1)의 냉매가 제2 토출구(1332b)를 통해 케이싱(110)의 내부공간으로 토출된다.

이때, 제1 베인(1351)의 배압챔버(1334a)는 토출압 영역인 메인측 제2 포켓(1313b)을 지나 중간압 영역인 메인측 제1 포켓(1313a)으로 진입하기 직전이다. 따라서 제1 베인(1351)의 배압챔버(1334a)에 형성되는 배압은 곧 토출압에서 중간압으로 낮아지게 된다.

반면, 제2 베인(1352)의 배압챔버(1334b)는 토출압 영역인 메인측 제2 포켓(1313b)에 위치하고, 제2 배압챔버(1334b)에는 토출압에 해당하는 배압이 형성된다.

이로써, 메인측 제1 포켓(1313a)에 위치하게 되는 제1 베인(1351)의 후단부에는 흡입압과 토출압 사이의 중간압(Pm)이, 제2 포켓(1313b)에 위치하게 되는 제2 베인(1352)의 후단부에는 토출압(Pd)(실제로는 토출압보다 약간 낮은 압력)이 형성된다. 특히, 메인측 제2 포켓(1313b)은 제1 오일통공(126a)과 제1 연통유로(1315)를 통해 오일유로(125)와 직접 연통됨에 따라, 그 메인측 제2 포켓(1313b)에 연통되는 제2 배압챔버(1334b)의 압력이 토출압(Pd) 이상으로 상승하는 것을 방지할 수 있게 된다. 이에 따라, 메인측 제1 포켓(1313a)에는 토출압(Pd)보다 크게 낮은 중간압(Pm)이 형성됨으로써 실린더(133)와 베인(135) 사이의 기계효율을 높일 수 있으며, 메인측 제2 포켓(1313b2)은 토출압(Pd) 또는 토출압(Pd)보다는 약간 낮은 압력이 형성됨에 따라 베인이 실린더에 적절하게 밀착되어 압축실 간 누설을 억제하면서도 기계효율을 높일 수 있다.

한편, 본 발명에 따르면, 실린더(133)와 롤러(134)를 가공이 용이한 알루미늄 합금 소재로 제작할 수 있다. 이에 따라, 제조가 용이해져 압축기의 제조비용이 절감될 수 있으며, 생산성이 향상될 수 있다.

아울러, 롤러(134)의 경량화로 인하여, 롤러(134)의 회전에 사용되는 에너지가 저감도리 수 있어, 압축기 전체의 효율이 증가될 수 있다. 뿐만 아니라, 롤러(134)의 회전에 따른 소음이 저감될 수 있다.

그러나, 실린더(133)와 롤러(134)를 알루미늄 합금 소재로 제작하는 경우, 합금주철로 제작하던 기존의 압축기에 비해 열팽창율이 증가하게 된다.

한편, 전술한 바와 같이 실린더(133)는 메인 및 서브 베어링(131, 132)와 접촉하여 지지되고 있으며, 롤러(134)는 압축실 내부에 회전 가능하게 구비되므로, 실린더(133)의 축 방향 두께는 롤러(1330)의 축 방향 두께보다 크게 형성된다.

또한, 열팽창에 다른 부피 변화량(길이 변화량)은 부피(길이)에 비례하므로, 열팽창에 따른 실린더(133)의 축 방향 두께 변형량은 롤러(134)의 축 방향 두께 변형량 보다 크게 된다. 이 경우, 실린더(133)와 접촉하여 지지하는 메인 및 서브 베어링(131, 132)의 사이의 거리는 보다 커지게 된다. 이로 인하여, 롤러(134) 역시 열팽창에 의해 축 방향 두께가 증가하게 되더라도, 상기 간극은 커지게 된다.

일반적으로, 롤러(134)와 메인 또는 서브 베어링(131, 132) 사이의 간극은 소정의 범위 내의 값을 갖게 된다. 상기 간극의 범위는 간극은 오일이 도포되어 마찰력이 저감될 수 있으면서도, 상기 간극을 통해 냉매가 누설되는 것을 방지할 수 있는 범위이다. 기존의 압축기와 같이 롤러와 실린더가 주철합금으로 형성되는 경우 압축된 냉매에 의해 열팽창이 이루어지더라도 상기 소정의 범위를 만족하게 된다.

그러나, 본 발명과 같이 실린더(133) 및 롤러(134)를 알루미늄 합금 소재로 제작하는 경우, 실린더(133)의 축 방향 두께 변형량과 롤러(134)의 축 방향 두께 변형량의 차이는 주철합금으로 형성되는 경우보다 커지게 되며, 이에 기인하여 상기 간극은 상기 소정의 범위를 초과하게 된다.

더욱이, 본 발명에 따르는 베인 로터리 압축기의 경우, 기존의 압축기에 비해 고압축비로 냉매를 압축하게 되므로, 압축행정이 완료된 때의 냉매는 기존의 압축기에 비해 높은 온도를 가지게 된다. 따라서, 실린더(133)의 축 방향 두께 변형량은 롤러(134)의 축 방향 두께 변형량 보다 더욱 크게 차이가 나게 되며, 상기 간극은 보다 커지게 된다.

본 발명에 따르면, 열팽창이 이루어지더라도 상기 간극을 일정하게 유지할 수 있도록 형성될 수 있다.

이하, 도면을 참고하여 구체적으로 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 이격부가 형성된 영역을 보인 사시도이며, 도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이격부를 설명하기 위하여 롤러 및 실린더를 확대하여 보인 종단면도이다. 도 5b는 도 5a에 도시된 롤러 및 실린더에서 열팽창에 의해 변형된 모습을 보인 종단면도이다. 도 6은 본 발명에 따른 이격부를 설명하기 위한 실린더 및 롤러의 모식도이며, 도 7은 A를 확대하여 보인 사시도이다.

본 발명에 따르면, 실린더(133)의 상면(133b) 또는 하면(133ㅊ)에는 이격부(133d)가 형성될 수 있다. 이하, 설명의 편의상 이격부(133d)가 메인 베어링(131)과 마주하는 실린더(133)의 상면(133c)에 형성된 예로 설명한다. 이는 이격부(133d)가 상면(133c)에만 형성되는 것으로 한정되는 것이 아니며, 하면(133c)에도 형성될 수 있다.

이격부(133d)는 실린더(133)의 상면(133b)을 메인 베어링(131)로부터 이격시켜 틈을 형성하도록 실린더(133)의 상면(133b)에서 소정의 깊이로 리세스되도록 형성된다. 여기서, 이격부(133d)의 일측은 롤러(134)의 외주면(134c)과 인접하도록 실린더(133)의 내주면(133a)까지 연장될 수 있다. 이격부(133d)의 타측은 실린더(133)의 내주면(133a)과 멀어지는 방향으로 연장될 수 있다. 즉, 실린더(133)의 내주면(133a)의 법선 방향으로 연장될 수 있다.

이와 같은 이격부(133d)에 의하여, 열팽창이 이루어져 축 방향 두께가 증가하게 되더라도 도 5b와 같이 롤러(134)와 인접한 영역에서는 메인 베어링(131)과 서브 베어링(132) 사이의 거리(L1)에 영향을 주지 않게 된다. 여기서, 메인 베어링(131)과 서브 베어링(132) 사이의 거리(L1)는 열팽창하지 않을 때의 이격부(133d)가 형성되지 않은 실린더(133)의 두께(L1)를 의미할 수 있다.

한편, 이격부(133d)가 형성된 영역에서, 열팽창에 의해 길이가 증가되더라도 메인 베어링(131)과 서브 베어링(132) 사이의 거리(L1)에 영향을 끼치지 않는 이격부(133d)의 리세스 깊이는 다음과 같이 정의할 수 있다.

압축기가 구동되지 않은 상태에서 메인 베어링과 서브 베어링 사이의 이격거리를 제1 길이(L1)라고 하고, 실린더(133)의 상면(133b) 및 하면(133c)에 형성된 이격부(133d)의 축 방향 길이의 합을 제2 길이(L2)라고 할 수 있다. 이 경우, 제1 길이(L1)를 분자로 하며, 상기 제2 길이(L2)를 분모로 하는 비는 기 설정된 범위 내의 값을 가질 수 있다.

즉, 열팽창에 따른 변형률은 기존의 두께에 비례하게 되므로, 이격부의 리세스된 깊이(L2)는 실린더 두께(L1)의 비로 정의될 수 있다.

상기 기 설정된 범위에서 하한값은 본 발명에 따르는 베인 로터리 압축기의 구동시 냉매의 온도가 최대로 상승한 경우에, 실린더(133) 이격부(133d)가 형성된 영역이 메인 베어링(131)과 서브 베어링(132) 사이의 거리(L1)에 영향을 끼치지 않는 이격부(133d)의 리세스된 깊이의 최소값에 해당할 수 있다.

이와 달리, 상기 기 설정된 범위의 상한값은 본 발명에 따르는 베인 로터리 압축기의 고압축비를 이루기 위하여 압축실의 체적에 영향을 주지 않는 최대값일 수 있다.

한편, 냉매의 온도는 토출구(1332a)(1332b)가 형성된 토출실(V3)에서 최대값을 가지게 되므로, 본 발명에 따르면 이격부(133d)는 토출구(1332a)(1332b)와 인접하게 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 실린더(133)의 상면(133b)(또는, 하면)은 이격부(133d)가 형성된 제1 영역(A1)과 이격부(133d)가 형성되지 않는 제2 영역(A2)으로 구분될 수 있다. 여기서, 제1 영역(A1)은 토출구(1332a)(1332b)를 포함할 수 있다. 이격부(133d)는 제1 영역(A1)에서 실린더(133)의 내주면(133a)을 따라 연장 형성될 수 있다.

다만, 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)은 이격부(133d)의 내주면(133a) 또는 토출압을 기준으로 설명될 수 있다.

제1 영역(A1)은 제1 지점(P1)과 제2 지점(P2) 사이를 지칭할 수 있으며, 제2 영역(A2)은 제2 지점(P2)과 제3 지점(P3) 사이를 지칭할 수 있다. 여기서, 제1 지점(P1)은 전술한 롤러(134)의 외주면(134c)이 실린더(133)의 내주면(133a)에 거의 접촉한 지점을 의미할 수 있다. 즉, 제1 지점(P1)은 흡입실(V1)과 토출실(V3)을 구분하는 지점이다.

도 6을 참고하면, 제3 지점(P3)은 실린더(133)의 중심(Oc)을 기준으로 제1 지점(P1)과 대칭인 지점을 의미할 수 있다. 한편, 제2 지점(P2)은 제1 지점(P1)에서 실린더(133)의 내주면(133a)에서 반시계 방향을 따라 일정 간격 이격된 위치일 수 있다. 여기서, 반시계 방향은 회전축(123)의 회전 방향과 반대 방향 및 압축경로의 반대 방향일 수 있다.

이 경우, 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)을 구분하는 제2 지점(P2) 위치는 다음과 같이 정의될 수 있다.

제1 지점(P1)에서 제2 지점(P2)에 이르는 실린더(133)의 내주면(133a)의 길이를 제3 길이(L3)라 지칭할 수 있으며, 제1 지점(P1)에서 제3 지점(P3)에 이르는 실린더(133)의 내주면(133a)의 길이를 제4 길이(L4)라고 지칭할 수 있다.

여기서, 제3 길이(L3)를 분자로 하며, 제4 길이(L4)를 분모로 하는 비는 기 설정된 범위의 값을 가질 수 있다. 상기 기 설정된 범위는, 냉매의 압축 행정과 관련된다. 다시 말해, 제1 영역(A)은 냉매가 압축행정이 완료되어 토출압에 이르는 경우의 토출실(V3)과 대응될 수 있다.

한편, 토출구는 제1 토출구(1332a)와 제2 토출구(1332b)를 포함할 수 있다. 이 경우에, 제1 토출구(1332a)는 제1 지점(P1)과 인접한 위치에 형성될 수 있으며, 제2 토출구(1332b)는 제2 지점(P2)과 인접한 위치에 형성될 수 있다.

한편, 열팽창에 의해 실린더(133) 뿐만 아니라, 롤러(134)의 축 방향 두께도 증가하게 되며, 롤러(134)의 상면(134a)은 마주하는 메인 베어링(131)의 제1 베어링면(131a) 사이의 간극(t)은 작아지게 된다. 이 경우, 롤러(134)의 상면(134a)과 메인 베어링(131)의 제1 베어링면(131a) 사이에 오일이 충분히 도포되기 어려워, 상면(134a)과 제1 베어링면(131a) 사이에 마찰손실이 발생할 수 있게 된다.

이러한 관점에서 롤러(134)의 상면(134a)과 메인 베어링(131)의 제1 베어링면(131a) 사이의 간극(t)을 일정하게 유지하기 위한 이격부(133d)의 일측에서 타측 사이의 거리가 정의 될 수 있다. 즉, 이격부(133d)는 방사방향의 기 설정된 폭(w)을 갖도록 연장될 수 있다.

다시 도 5b를 참고하면, 실린더(133)의 이격부(133d)가 형성된 영역에서는 열팽창이 이루어지더라도 메인 베어링(131)과 서브 베어링(132) 이격된다. 그러나, 이격부가(133d)가 형성되지 않는 영역 즉, 이격부(133d)의 외측 영역에서는 열팽창에 의해 축 방향 두께(L1)가 증가하여 증가된 제1 두께(L1‘)를 갖게 된다.

증가된 제1 두께(L1’)는 매우 작으며, 메인 베어링(131)과 서브 베어링(132) 체결부재에 의해 고정 결합되어 있으므로, 메인 베어링(131) 또는 서브 베어링(132)이 축 방향으로 이동하지 않는다. 이 경우, 실린더(133)의 증가된 제1 두께(L1’)에 의하여 메인 베어링(131)의 제1 베어링면(131a) 또는 서브 베어링(132)의 제2 베어링면(132a)이 소정의 탄성 변형이 발생하게 된다. 즉, 제1 베어링면(131a) 및 제2 베어링면(132a)은 응력 변형을 일르키게 된다.

이와 같은 제1 베어링면(131a) 및 제2 베어링면(132a)의 응력 변형은 롤러(134)와 마주하는 영역까지 전달된다. 이에 따라, 제1 베어링면(131a)과 롤러(134)의 상면(134a) 사이, 제2 베어링면(132a)과 롤러(134)의 하면(134b) 사이의 간극(t1)은 증가하게 되어, 증가된 간극(t1)을 통해 냉매의 누설이 발생할 수 있게 된다.

이러한, 응력 변형이 전달될 수 있는 이격부(133d)의 폭(w)은 다음과 같이 정의될 수 있다.

도 6을 참고하면, 실린더(133)의 중심(Oc)에서 이격부(133d)의 일측인 실린더(133)의 내주면(133a) 까지의 거리를 제1 반경(R1)으로 칭하며, 실린더(133)의 중심(Oc)에서 이격부(133d)의 타측까지의 길이를 제2 반경(R2)이라고 칭할 수 있다. 이 경우, 제1 반경(R1)을 분자, 제2 반경(R2)을 분모로 하는 비는 기 설정된 범위 내의 값을 가질 수 있다.

이 경우, 열 팽창에 의해, 실린더(133) 및 롤러(134)의 축 방향 두께가 증가하게 되더라도, 롤러(134)의 상면(134a)과 제1 베어링면(131a) 사이의 변형된 간극(t2)은 열팽창하기 전의 간극(t1)과 실질적으로 동일하게 된다.

이와 같은 이격부(133d)로 인하여, 본원발명을 따르는 베인 로터리 압축기는 롤러(134) 및 실린더(133)를 알루미늄 합금으로 형성함에 따라, 압축기의 전체 무게가 경량화될 수 있다. 또한, 롤러(134) 및 실린더(133)를 알루미늄 합금으로 형성됨에 따라, 기존의 롤러 및 실린더를 합금주철을 이용하여 제작하였을 때 보다 소음이 감소될 수 있다.

뿐만 아니라, 알루미늄 합금 소재로 롤러(134) 및 실린더(133) 형성함에 따라 발생할 수 있는 냉매의 누설 및 이로 인한 냉매의 체적효율 저하를 방지할 수 있게 된다. 궁극적으로, 롤러(134)의 회전에 사용되는 에너지가 저감될 수 있어, 압축기 전체의 효율이 증가될 수 있다.

한편, 열팽창에 의하여 실린더(133) 및 롤러(134)의 축 방향 두께가 증가될 뿐만 아니라, 실린더(133) 및 롤러(134)의 반경 역시 증가하게 된다. 실린더(133)는 중심 부분에 압축실을 이루는 중공부가 형성된 원통형 형상으로 형성되므로, 열팽창이 되는 경우, 압축실을 이루는 중공부의 반경 방향 크기가 증가하게 된다. 다시 말해, 압축실(V)의 반경이 증가하게 된다.

전술한 바와 같이, 열팽창에 따른 변형량은 길이에 비례하므로, 압축실(V)의 반경은 롤러(134)의 반경보다 열팽창에 따른 변형량이 커지게 된다. 롤러(134)의 외주면(134c)과 실린더(133)의 내주면(133a) 사이의 최근접점인 제1 지점(P1)에서 롤러(134)의 외주면(134a)과 실린더(133)의 내주면(133a) 사이의 이격거리, 즉 틈의 크기는 증가하게 된다.

이러한 관점에서, 제1 지점(P1)에서의 롤러(134)의 외주면(134a)과 실린더(133)의 내주면(133a) 사이의 틈은 소정의 범위 내의 값을 갖도록 제작될 수 있다.

여기서, 상기 수치범위의 하한값은 압축기 조립시 조립 공차 및 마찰에 의한 손실을 고려한 값이며, 상기 수치범위의 상한값은 열팽창에 의해 증가된 틈에 의해 토출실(V3)의 냉매가 흡입실(V1)으로 누설을 방지하기 위해 고려된 값이다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 베인 로터리 압축기를 실시하기 위한 실시예들에 불과한 것으로서, 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않고, 이하의 청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

Claims (12)

1. 환형으로 형성되는 실린더;
   상기 실린더의 일면과 타면을 각각 덮도록 결합되며, 상기 실린더와 함께 압축공간을 형성하는 메인 베어링과 서브 베어링;
   상기 메인 베어링과 상기 서브 베어링에 의해 반경방향으로 지지되는 회전축;
   상기 압축공간에 구비되며, 상기 회전축에 결합되어 회전함에 따라 냉매를 압축시키는 롤러; 및
   상기 롤러에 슬라이드 가능하게 삽입되며, 상기 실린더의 내주면에 각각 접촉되어 상기 압축공간이 복수개의 영역으로 분리되도록 하는 적어도 하나 이상의 베인을 포함하며,
   상기 실린더는,
   상기 냉매가 상기 압축공간으로 유입되도록 상기 실린더를 반경방향으로 관통하여 형성되는 흡입구;
   상기 흡입구와 상기 회전축의 회전 방향과 반대 방향으로 이격된 위치에서 상기 실린더를 반경방향으로 관통하여 형성되어 압축된 상기 냉매가 토출되는 토출구; 및
   상기 토출구와 인접한 위치에서 상기 실린더의 일면 또는 타면을 소정의 깊이로 리세스되어, 마주하는 상기 메인 베어링 또는 상기 서브 베어링과의 사이에 틈을 형성하는 이격부를 포함하고,
   상기 실린더는 상기 토출구가 포함된 제1 영역과 상기 제1 영역과 인접한 제2 영역으로 구분되며,
   상기 토출구는 상기 흡입구로부터 원주방향을 따라 순서대로 배열되는 제1 토출구 및 제2 토출구를 포함하고,
   상기 이격부는,
   상기 압축공간과 연통되도록 형성되며, 상기 제1 영역에서 상기 실린더의 내주면을 따라 형성되고, 상기 실린더의 모서리의 법선 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 롤러와 상기 실린더는 알루미늄 합금 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 실린더는,
   메인 베어링과 서브 베어링 사이의 이격 거리를 제1 길이라고 하며,
   상기 일면 및 상기 타면에 형성된 상기 이격부의 축 방향길이의 합을 제2 길이라고 할 때,
   상기 제1 길이를 분자로 하며, 상기 제2 길이를 분모로 하는 비의 값은 기 설정된 범위 내인 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 실린더는,
   상기 실린더의 내주면에서 상기 롤러의 외주면과의 거리가 최저점인 제1 지점;
   상기 제1 지점에서 상기 실린더의 중심을 기준으로 상기 회전축의 회전방향과 반대 방향으로 상기 실린더의 내주면을 따라 기 설정된 길이로 이격된 제2 지점; 및
   상기 제2 지점에서 상기 실린더의 중심을 기준으로 상기 회전축의 회전방향과 반대 방향으로 상기 실린더의 내주면을 따라 이격되며, 상기 실린더의 중심을 기준으로 상기 제1 지점과 대칭인 제3 지점을 포함하며,
   상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 상기 제1 지점과 상기 제3 지점 사이에서 상기 제2 지점을 기준으로 구분되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 지점은 상기 흡입구와 상기 제1 토출구 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 지점에서 상기 제2 지점에 이르는 상기 실린더의 내주면의 길이를 제3 길이라 두며,
   상기 제1 지점에서 상기 제3 지점에 이르는 상기 실린더의 내주면의 길이를 제4 길이라 두는 경우,
   상기 제3 길이를 분자로 하며, 상기 제4 길이를 분모로 하는 비의 값은 기 설정된 범위인 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
8. 삭제
9. 삭제
10. 제1항에 있어서,
    상기 이격부의 상기 법선 방향으로 연장되는 길이는 상기 실린더의 내주면을 따라 나란한 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
11. 제1항에 있어서,
    상기 이격부는,
    상기 실린더의 내주면을 상기 이격부의 일측, 반대측을 타측이라고 할 때,
    상기 실린더의 중심에서 상기 이격부의 일측까지의 길이는 제1 반경, 상기 실린더의 중심에서 상기 이격부의 타측까지의 길이는 제2 반경이라고 할 때,
    상기 제1 반경을 분자, 상기 제2 반경을 분모로 하는 비의 값은 기 설정된 범위 내인 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
12. 제5항에 있어서,
    상기 롤러는 상기 제1 지점에서 상기 실린더의 내주면과 반경 방향의 틈을 갖도록 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.

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