KR20180094412A - 로터리 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 케이스의 내부에 설치되고, 회전력을 발생시키는 구동모터; 상기 구동모터에서 형성되는 회전력을 전달하는 회전축; 상기 케이스에 고정되고, 상기 회전축을 따라 설치되는 메인베어링과 서브베어링; 상기 메인베어링과 서브베어링의 사이에 고정 설치되고, 중심부에 냉매가 수용되는 실린더; 일 측이 상기 실린더의 내주면에 접하도록 상기 실린더의 내부에 위치되고, 상기 회전축과 함께 회전하여 상기 실린더의 내부에 압축공간을 형성하는 롤러; 및 상기 롤러에 삽입 설치되고, 상기 롤러의 회전에 의해 돌출되어 상기 실린더의 내주면과 접해, 상기 압축공간을 각각 흡입실과 압축실로 구획하는 적어도 두 개 이상의 베인을 포함하며, 상기 메인베어링과 서브베어링에는, 상기 압축공간과 오버랩되는 위치에 상기 케이스의 내부 공간과 연통되는 바이패스홀이 형성되는 로터리 압축기에 관한 것이다.

Description

로터리 압축기{ROTARY COMPRESSOR}

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 회전하는 롤러에 의해 돌출되는 베인과 실린더의 내벽이 서로 접촉하면서 냉매를 압축하는 로터리 압축기에 관한 것이다.

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

로터리 압축기는 지속적으로 고효율화, 소형화와 관련된 기술 개발이 강조되고 있다. 소형화의 경우, 압축기 운전속도 가변 범위를 증대시킴으로써 더 많은 냉방 능력(Cooling Capacity)을 만족시키기 위한 기술 개발이 이루어지고 있다.

로터리 압축기는 실린더의 개수에 따라 단식 로터리 압축기와 복식 로터리 압축기로 구분할 수 있다. 복식 로터리 압축기는 복수 개의 실린더를 적층하여 복수 개의 압축공간을 형성하는 방식과 한 개의 실린더에 복수 개의 압축공간을 형성하는 방식으로 구분될 수 있다.

전자의 경우는 회전축에 복수 개의 롤러가 높이차를 두고 구비되고, 이 복수 개의 롤러가 각 실린더의 압축공간에서 편심 회전운동을 하면서 각 압축공간에서 냉매를 번갈아 흡입, 압축하여 토출하는 방식이다. 따라서, 전자의 경우는 복수 개의 실린더를 축방향으로 설치함에 따라 그만큼 압축기의 크기가 증가할 뿐만 아니라, 재료비용이 증가하게 되는 단점이 있다.

도 1은, 일반적인 로터리 압축기(40)의 단면을 보여주는 도면이다.

로터리 압축기(40)는, 케이스(10), 구동모터(20) 및 압축유닛(30)을 포함한다. 케이스(10)는 압축기의 외관을 형성하는 것으로, 내부에 위치되는 구성들이 장착되고 이들을 지지하는 역할을 한다.

케이스(10)는, 일 방향을 따라 연장되는 원통형의 형상으로 이루어질 수 있으며, 후술할 회전축(23)의 연장 방향을 따라 형성될 수 있다.

케이스(10)는, 상부쉘(10a), 중간쉘(10b) 및 하부쉘(10c)로 이루어진다. 중간쉘(10b)의 내측면에는 구동모터(20), 압축유닛(30)이 고정 설치될 수 있으며, 중간쉘(10b)의 상부 및 하부에는 각각 상부쉘(10a) 및 하부쉘(10c)이 위치되어, 내부에 위치되는 구성 요소들의 노출을 제한할 수 있게 된다. 압축유닛(30)이란, 냉매를 압축하는 역할을 하는 것으로, 롤러(34), 베인(35), 실린더(33), 메인베어링(31) 및 서브베어링(32)을 포함하는 개념이다.

중간쉘(10b)의 일 측에는 흡입구(11)가 설치되고, 상부쉘(10a)의 일 측에는 토출구(12)가 설치되어, 케이스(10)의 내부로 냉매가 유입되거나 유출될 수 있게 된다.

흡입구(11)는 로터리 압축기(40)가 연결된 증발기(미도시)의 흡입배관(미도시)과 케이스(10)를 서로 연통시키는 역할을 하고, 토출구(12)는 로터리 압축기(40)가 연결된 응축기(미도시)의 토출배관(미도시)과 케이스(10)를 서로 연통시킬 수 있다.

구동모터(20)는, 냉매를 압축하는 동력을 제공하는 역할을 하게 된다. 구동모터(20)는 고정자(21), 회전자(22) 및 회전축(23)를 포함한다.

고정자(21)는 케이스(10)의 내부에 고정되도록 설치되며, 구체적으로 원통형 케이스(10)의 내주면에 열박음 등의 방법으로 장착될 수 있다. 고정자(21)는 중간쉘(10b)의 내주면에 고정 설치되도록 위치된다. 회전자(22)는 고정자(21)와는 서로 이격되게 위치되며, 고정자(21)의 내측에 배치될 수 있다. 고정자(21)에 전원이 인가되면, 고정자(21)와 회전자(22)의 사이에 형성된 자기장에 따라 발생하는 힘은 회전자(22)를 회전시킬 수 있게 된다. 또한, 회전자(22)의 중심을 관통하는 회전축(23)이 회전함에 따라 압축유닛을 통해 냉매를 압축하기 위한 동력의 전달이 가능하게 된다.

로터리 압축기(40)는, 외관을 형성하는 케이스(10)의 내부에는 압축유닛(30)이 설치되며, 압축유닛(30)을 통해 흡입된 냉매가 압축된 후 토출되는 과정을 거치게 된다. 냉매의 흡입과 토출은, 압축 공간을 형성하는 실린더(33)에서 이루어지게 된다.

실린더(33)의 내부에는, 회전축(23)을 중심으로 회전하며, 베인(35)과 함께 복수개의 압축 공간을 형성하는 롤러(34)가 설치된다. 롤러(34)는 회전축(23)과 동심 회전운동을 하게 된다.

롤러(34)의 외주면에는 방사상으로 다수의 베인슬롯(미도시)이 설치되고, 각 베인(35)은 베인슬롯(미도시)에 슬라이딩된다. 각 베인(35)은, 후단부에 형성되는 오일의 배압력과 롤러(34)의 회전에 의한 원심력에 의해, 베인슬롯(미도시)으로부터 돌출되어 실린더(33)의 내주면과 밀착되어, 실린더(33)의 내부 공간에 압축공간을 형성하게 된다. 베인(35)의 후단부는, 메인베어링(31)과 서브베어링(32)에 형성되는 배압챔버(미도시)와 연통되어, 베인(35)이 실린더(33)의 내주면에 접하는 힘을 전달하게 된다. 여기서, 베인(35)의 후단부는 배압챔버(미도시)에 위치되는 부분을 의미하며, 베인(35)의 전단부는 실린더(33)의 내주면과 접하는 부분을 지칭한다.

메인베어링(31)과 서브베어링(32)은 케이스(10)에 고정되고, 회전축(23)을 따라 서로 이격 설치된다. 메인베어링(31)은, 실린더(33)의 상부에 위치되므로 상부베어링이라고도 하며, 서브베어링(32)은 실린더(33)의 하부에 위치되므로 하부베어링이라고도 지칭된다. 본 명세서에서, 상부베어링은 메인베어링(31)으로 하부베어링은 서브베어링(32)으로 그 용어를 통일해 사용하기로 한다.

메인베어링(31)과 서브베어링(32)은 실린더(33)와 롤러(34)를 회전축(23)의 축방향의 양 단에서 각각 지지하는 역할을 한다. 실린더(33)의 상부에는 메인베어링(31)이 위치되고, 하부에는 서브베어링(32)이 위치된다. 메인베어링(31)과 서브베어링(32)은 실린더(33)와 서로 고정되도록 결합되고, 실린더(33)의 내부에서 베인(35)과 롤러(34)가 회전 가능하게 된다. 메인베어링(31)과 서브베어링(32)은, 압축공간(V)을 회전축(23)의 축방향으로 각각 오버랩하도록 이루어지므로, 압축공간(V)의 밀폐 상태를 유지할 수 있다.

로터리 압축기(40)의 동작시, 실린더(33)와 메인베어링(31) 및 실린더(33)와 서브베어링(32)의 사이는, 서로 고정 결합된 상태가 되므로 압축유닛(30)의 밀폐가 가능하게 된다. 롤러(34)와 베인(35)은 냉매의 압축을 위해 회전되므로, 롤러(34)와 베인(35)은 각 베어링과 슬라이딩되는 상태에서 밀폐가 유지될 수 있다. 또한, 원활한 슬라이딩과 밀폐를 위하여, 롤러(34)와 각 베어링(31, 32)의 사이에는 윤활유가 공급될 수 있다.

로터리 압축기(40)는, 실린더(33)와 롤러(34)의 접촉점이 동일한 위치에 고정되고, 롤러(34)의 회전에 따라 베인(35)의 전단부와 실린더(33)의 내벽 사이의 접촉점이 실린더(33)의 내주면을 따라 이동하면서, 실린더(33)에 압축공간을 형성하게 된다.

일반적으로, 로터리 압축기(40)는, 베인(35)이 실린더(33)의 내주면을 따라 이동하면서 연속적인 압축 메커니즘을 형성하기 때문에, 압축공간에 형성된 압력은 빠르게 토출압력에까지 도달하게 된다. 이 경우, 냉매의 과압축에 따른 압축기의 손실이나 파손이 발생할 우려가 있으며, 압축 효율도 낮아지는 문제점이 발생하게 된다.

또한, 종래의 로터리 압축기는 실린더의 측면을 통해 압축된 냉매의 일부를 배출시키는 방법을 사용하여, 압축공간에서 냉매의 과압축이 형성되는 것을 방지하고자 하였으나, 이를 통해서는 충분한 과압축 방지라는 효과의 달성이 어려우므로, 이를 개선할 수 있는 방안이 요구된다.

공개특허공보 KR10-2014-0011077(2014.01.28.공개) 일본공개특허 특개2010-31759(2010.02.12.공개)

본 발명은, 압축공간에서 냉매의 압축으로 인한 압력이 빠르게 상승하는 것을 막아 냉매의 과압축이 방지하며, 이로 인해 압축 손실을 저감시킴으로써 압축 효율을 상승시킬 수 있는 압축기의 구조를 제안하기 위한 것이다.

본 발명은, 압축공간의 내부에서 압축된 고압의 냉매 일부를 바이패스시킴으로써, 압축실에 형성되는 압력이 일정한 압력 이상으로까지 상승하는 것을 제한하는 구조의 압축기를 제안하기 위한 것이다.

본 발명은, 압력이 상승하는 냉매의 일부를 바이패스시킴으로써, 압축된 냉매의 토출구를 통해 토출되는 속도를 저감시킬 수 있는 압축기의 구조를 제안하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 로터리 압축기는, 케이스의 내부에 설치되고, 회전력을 발생시키는 구동모터, 구동모터에서 형성되는 회전력을 전달하는 회전축, 케이스에 고정되고, 회전축을 따라 설치되는 메인베어링과 서브베어링, 메인베어링과 서브베어링의 사이에 고정 설치되고, 중심부에 냉매가 수용되는 실린더, 일 측이 상기 실린더의 내주면에 접하도록 상기 실린더의 내부에 위치되고, 회전축과 함께 회전하여 실린더의 내부에 압축공간을 형성하는 롤러, 및 롤러에 삽입 설치되고, 롤러의 회전에 의해 돌출되어 실린더의 내주면과 접해, 압축공간을 각각 흡입실과 압축실로 구획하는 적어도 두 개 이상의 베인을 포함하며, 메인베어링과 서브베어링에는, 압축된 냉매의 과압축을 방지하기 위한 수단이 형성될 수 있다.

이러한 수단은, 압축공간과 오버랩되는 위치에 케이스의 내부 공간과 연통되어 압축된 냉매의 과압축을 방지할 수 있는 바이패스홀에 의해 구현될 수 있을 것이다. 바이패스홀을 통해, 압축된 냉매의 일부가 토출됨으로써 냉매가 과압축되는 것을 방지할 수 있게 된다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 바이패스홀은, 적어도 하나 이상의 복수개로 이루어질 수 있다. 바이패스홀을 통해, 압축 냉매가 토출될 수 있으므로, 냉매의 과압축을 더욱 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 각 바이패스홀은, 롤러의 회전 방향을 따라 직경이 증가되도록 형성되어 배치될 수 있다. 베인의 움직임에 따라, 압축공간에 수용되는 냉매의 압력은 점차 증가되며, 증가된 압력을 따라 바이패스홀의 직경이 롤러의 회전 방향을 따라 점점 커지게 되면, 냉매의 과압축을 보다 효과적으로 방지할 수 있게 된다. 또한, 각 바이패스홀은, 일정한 길이의 원호를 따라 서로 이격되게 형성될 수 있다. 바이패스홀은, 원호를 따라 배치되면서, 그 직경이 점차 증가되도록 이루어져 냉매가 과압축되는 것을 방지할 수 있게 된다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 메인베어링의 상면 및 상기 서브베어링의 하면에는, 상기 각 바이패스홀의 개폐를 형성하는 토출밸브가 설치될 수 있다. 토출밸브는, 바이패스홀에 개재되며, 압축공간의 압력이 일정한 압력 이상일 때, 바이패스홀을 개방하게 된다. 이에, 압축실의 냉매 압력이 상대적으로 낮은 경우에도 냉매가 바이패스홀을 통해 토출되는 것을 방지할 수 있게 된다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 회전축으로부터 설정된 거리만큼 이격되도록 위치되며, 일정한 길이의 원호의 홀로 이루어질 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 바이패스홀은, 원형의 홀의 형상으로 이루어지며, 상기 베인에 의해 구획되는 흡입실과 압축실 사이의 누설을 방지되도록, 바이패스홀의 직경은 베인의 폭두께보다도 작도록 이루어질 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 바이패스홀은, 롤러와 실린더가 접하는 지점과 회전축의 중심을 연결하는 선을 기준으로, 제1 베인이 압축공간으로 냉매가 흡입되는 완료지점에 위치될 때, 제2 베인의 위치되는 압축개시각과, 토출이 시작되는 지점인 토출개시각의 사이의 영역에 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 압축개시각은 160°이며, 상기 토출개시각은 270°으로 형성될 수 있을 것이다.

즉, 바이패스홀이 압축개시각과 토출개시각 사이의 영역에 형성됨으로써, 냉매의 압력을 설정된 압력이상으로 증가되는 것을 방지할 수 있으므로, 냉매의 과압축에 따른 압축 손실을 줄일 수 있게 된다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 메인베어링의 상부면과 서브베어링의 하부면에 각각 고정 설치되고, 바이패스홀을 덮도록 이루어져 바이패스홀의 개폐를 형성하는 토출밸브를 더 포함할 수 있으며, 상기 토출밸브는, 상기 메인베어링의 상면 및 상기 서브베어링의 하면 각각 설치될 수 있을 것이다.

상기와 같은 구성에 따른 로터리 압축기는, 압축실에서 압력이 상승하는 냉매를 메인베어링과 서브베어링을 관통하는 바이패스홀을 통해 일부 배출시킴으로써 압축실 내부에서 냉매의 압력이 과다하게 상승하는 것을 방지하고, 냉매의 과압축에 따른 손실을 저감시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 바이패스홀을 통해, 압축된 냉매를 일부 배출시킴으로써, 토출구에서의 냉매의 토출 속도의 상승을 제한할 수 있으며, 토출에 의한 손실을 저감시킬 수 있게 된다.

도 1은, 일반적인 로터리 압축기의 내부구조를 보여주는 단면도.
도 2는, 본 발명에 따르는 로터리 압축기의 내부 모습을 확대한 확대도.
도 3은, 압축유닛을 위에서 바라본 평면도.
도 4a는, 메인베어링의 모습을 나타내는 평면도.
도 4b는 서브베어링의 모습을 나타내는 저면도.
도 5a는, 본 발명에 따르는 로터리 압축기의, 바이패스홀의 변형예를 나타내는 확대도.
도 5b는 본 발명에 따르는 로터리 압축기의, 바이패스홀의 또 다른 변형예를 나타내는 확대도.
도 6은, 토출밸브를 포함하는 로터리 압축기의 내부 모습을 보여주는 단면도.
도 7a는, 압축유닛에 토출밸브가 결합된 모습을 나타내는 도면.
도 7b는, 압축유닛에 토출밸브가 결합된 모습을 나타내는 도면.
도 8은, 압축공간 내에 수용된 냉매의 질량유량의 속도를 나타내는 그래프.
도 9는, 회전각에 따른 압축실의 압력변화를 보여주는 그래프.

이하, 본 발명에 관련된 로터리 압축기에 대해 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 2는, 본 발명에 따르는 로터리 압축기의 내부 모습을 확대한 도면이다.

압축유닛은 메인베어링(131), 서브베어링(132), 베인(135), 롤러(134) 및 실린더(133)를 지칭하는 것으로, 냉매를 압축하는 역할을 한다.

본 발명에 따르는 로터리 압축기는, 도 1에서 보는 바와 마찬가지로, 기본적으로 케이스(10)의 내부에 설치되고 회전력을 발생시키는 구동모터(20)와, 구동모터(20)에서 형성되는 회전력을 전달하는 회전축(123)을 포함한다. 메인베어링(131)과 서브베어링(132)은 각각 회전축(123)에 이격되게 설치되는 것으로, 내부에 위치되는 실린더(133)를 상하에서 밀폐시키는 역할을 한다. 메인베어링(131)과 서브베어링(132)은 회전축(123)의 축방향으로 위치되며, 압축공간(V)의 밀폐와 함께 실린더(133), 롤러(134) 및 베인(135)을 지지하는 역할을 한다.

메인베어링(131)과 서브베어링(132)은 실린더(133)와 롤러(134)를 회전축(123)의 축방향의 양 단에서 각각 지지하는 역할을 한다. 실린더(133)는 메인베어링(131)과 서브베어링(132)의 사이에 고정 설치되는 것으로, 중심부에 형성되는 공간에 냉매가 수용된다. 실린더(133)의 상부에는 메인베어링(131)이 위치되고, 하부에는 서브베어링(132)이 위치된다.

메인베어링(131)과 서브베어링(132)은, 실린더(133)와 롤러(134)를 회전축(123)의 축방향 양 단에서 각가 지지한다. 실린더(133)의 상부에는 메인베어링(131)이 위치되고, 하부에는 서브베어링(132)이 위치된다. 메인베어링(131)과 서브베어링(132)은 실린더(133)와 서로 고정되도록 결합되며, 실린더(133)의 내부에서 베인(135)과 롤러(134)가 각각 회전 가능하도록 한다. 롤러(134)와 각 베어링의 사이에는 오일이 공급될 수 있다. 메인베어링(131)과 서브베어링(132)은, 압축공간(V)을 회전축(123)의 축방향으로 각각 오버랩하도록 이루어지므로, 압축공간(V)의 밀폐 상태를 유지할 수 있다.

롤러(134)는 일 측이 실린더(133)의 내주면에 접하도록, 실린더(133)의 내부에 위치되고 회전축(123)과 함께 회전하여 실린더(133)의 내부에 압축공간(V)을 형성한다.

베인(135)은 롤러(134)에 삽입 설치되는 것으로, 롤러(134)의 회전에 의해 돌출되어, 실린더(133)의 내부면과 접해, 실린더(133)의 압축공간(V)을 각각 흡입실(미도시)과 압축실(미도시)로 구획할 수 있다. 압축실(미도시)은 베인(135)이 실린더의 내주면을 따라 움직일 때, 베인의 앞쪽에 위치되는 공간이며, 흡입실(미도시)은 베인(150)의 뒤쪽에 위치되는 공간을 의미한다.

베인(135)은 적어도 두 개 이상의 복수개로 이루어질 수 있으며, 각 베인(135)은 롤러(134)의 내부에 위치되며, 서로 대칭되도록 위치될 수 있다.

본 발명에서, 회전축(123)이 회전함에 따라, 각 베인(135)은 롤러(134)와 함께 회전하면서 실린더(133)의 내주면에 접하면서 이동하게 되며, 실린더(133) 중심부에 형성되는 공간부와 롤러(134)의 사이에는 압축공간(V)이 형성되게 된다.

압축공간(V)은 베인(135)의 위치에 따라 각각 흡입실과 압축실로 구분할 수 있다. 실린더(133)와 롤러(134)간의 접촉점은 동일한 위치로 유지되고, 베인(135)의 전단부는 실린더(133)의 내주면을 따라 변화되므로, 압축공간(V)에 형성되는 압력은 베인(135)의 이동에 따라 연속 압축되는 메커니즘을 가지며, 압축실의 압력이 빠르게 토출압력에 도달하게 되므로, 과압축에 따른 압축기의 손실이 발생하여 효율 저하를 가져오게 된다.

본 발명은, 압축공간(V)의 압력 상승을 저감시켜 과압축에 의한 지시손실을 줄이기 위한 바이패스홀(140)을 포함한다.

바이패스홀(140)은, 메인베어링(131)과 서브베어링(132)의 압축공간(V)과 오버랩되는 위치에 형성되는 것으로, 베인(135)이 실린더(133) 내주면에 접한 상태에서 이동함에 따라 형성되는 압축공간(V)에 수용된 냉매의 압력을 저감시키는 역할을 한다. 바이패스홀(140)을 통해 유출되는 냉매는, 케이스(10)의 내부 공간으로 이동할 수 있게 된다.

도 3은, 압축유닛을 위에서 바라본 평면도이다. 도 3에서 보는 바와 같이, 압축유닛은 상부로부터 하방향으로 메인베어링(131), 실린더(133) 및 서브베어링(132)이 적층 형성된다.

메인베어링(131)과 실린더(133), 서브베어링(132)과 실린더(133)는 각각 나사홀(143)에 나사 체결되어 고정될 수 있게 된다. 실린더(133)의 중심부에 형성되는 내부공간에는 롤러(134)가 위치되고, 베인(135)은 실린더(133)의 내주면에 접하며, 롤러(134)와 실린더(133)의 내주면의 사이에는 압축공간(V)이 형성될 수 있게 된다.

압축공간(V)은, 냉매가 유입되는 흡입구(111)와 연통되어 있으며, 측면바이패스유로(141) 및 토출유로(142)와도 연통되어 있다. 측면바이패스유로(141)는 압축공간(V)에서 압축된 냉매가 일부 유출되는 통로이며, 토출유로(142)는 압축되어 토출압을 갖는 냉매가 이동하는 통로이다.

롤러(134)와 실린더(133)는 하나의 접촉점(P)을 가진다. 접촉점(P)과 회전축(123)의 중심을 연결하는 가상의 선을 기준선으로 하며, 이때의 각도를 0°라 한다. 회전각은 상기 기준선과 특정한 위치와 회전축(123)의 중심을 연결하는 선 사이의 각도를 반시계방향으로 측정한 각도를 의미한다.

제1 베인(135a)이 흡입이 완료되는 시점인 흡입구(111)의 끝단에 위치될 때, 제1 베인(135a)과 일정한 각도 이격되게 위치되는 제2 베인(135b)의 위치와 회전축(123)의 중심을 연결하는 선이 형성하는 각도는 대략 160°에서 165° 사이의 각도를 형성하며, 압축개시각(β)이라 칭한다. 여기서, 흡입이 완료되는 시점인 흡입구(111)의 끝단의 위치는 대략 40°에서 45° 사이의 각도(α)를 이루게 된다. 또한, 실린더(133)의 측면에 형성되는 측면바이패스유로(141)는 회전각이 대락 270°인 지점에 형성되며, 측면바이패스유로(141)의 시작점의 위치까지의 각도를 토출개시각(γ)이라고 한다.

상기 바이패스홀(140)은, 메인베어링(131), 서브베어링(132) 및 압축공간(V)이 서로 중첩되는 위치에 형성된다. 바이패스홀(140)은, 압축개시각에서부터 토출개시각 사이에 형성되도록 이루어질 수 있다. 즉, 바이패스홀(140)은, 회전각이 압축개시각인 β의 각도부터 토출개시각인 γ의 각도 사이의 영역에 위치하게 된다.

예를 들어, 바이패스홀(140)은, 접촉점(P)를 기준으로 할 때, 160°에서 270°의 사이에 위치에 형성되며, 압축공간(V)과 오버랩되도록 이루어질 수 있다.

구동모터(20)의 회전에 따라, 회전축(123)이 반시계방향으로 회전하면, 회전축(123)에 설치되는 롤러(134)는 반시계방향으로 회전하게 되는데, 롤러(134)가 반시계방향으로 회전함에 따라, 흡입구(111)를 통해 실린더(133)의 압축공간(V)으로 유입되는 냉매는 실린더(133)의 내주면과 각 베인(135) 사이에 형성되는 공간에 위치되며, 베인(135)의 이동에 따라, 롤러(134)의 외주면과 실린더(133) 내주면 사이의 간격이 좁아짐에 따라 압축되게 된다. 압축된 냉매는 측면바이패스유로(141)를 통해 일부 유출되며, 최종적으로는 베인(135)의 움직임에 의해 토출유로(142)를 따라 이동하게 된다.

측면바이패스유로(141)에 의해 압축된 냉매의 일부가 유출될 수 있다. 다만, 베인(135)의 전단부와 실린더(133)의 내주면이 선접촉하도록 이루어지므로, 냉매의 과압축을 방지하고자 바이패스유로의 폭을 키우게 되면, 베인(135)의 전단부에 의해 구획되는 제1 압축공간(V)과 제2 압축공간(V) 사이에서 냉매의 누설이 발생하게 된다. 이에, 측면바이패스유로(141)의 폭은 최소화하는게 바람직하며, 이 경우, 냉매가 과압축되는 현상이 발생되는 문제점이 있다.

본 발명은, 실린더(133)의 측면에 형성되는 측면바이패스유로(141)와는 별도로, 메인베어링(131)과 서브베어링(132)에 형성되며, 압축공간(V)과 연통되도록 이루어지는 바이패스홀(140)을 포함한다. 바이패스홀(140)을 통해, 압축된 냉매가 이동할 수 있으며, 베인(135)의 움직임에 따른 냉매의 압축에서 과압축을 방지할 수 있게 된다.

바이패스홀(140)은, 메인베어링(131)의 하면으로부터 상방향으로 형성되어 압축공간(V)과 케이스(10)의 내부 공간을 연통시키도록 이루어진다. 또한, 바이패스홀(140)은, 서브베어링(132)의 상면으로부터 하방향으로 형성되어, 압축공간(V)과 케이스(10)의 내부 공간을 연통하도록 이루어질 수 있다.

바이패스홀(140)은, 메인베어링(131)과 압축공간(V), 서브베어링(132)과 압축공간(V)이 서로 오버랩되는 위치에 형성될 수 있다. 또한, 바이패스홀(140)은, 적어도 하나 이상의 복수개로 이루어질 수 있으며, 일정한 길이의 원호를 따라 서로 이격되게 형성될 수 있다. 바이패스홀(140)은 원형의 홀로 이루어질 수 있으며, 바이패스홀(140)의 직경은, 베인(135)의 두께보다는 작아야 할 것이다. 베인(135)의 두께보다 바이패스홀(140)의 직경이 큰 경우, 베인(135)에 의해 구획되는 압축공간(V)간의 누설현상이 발생하기 때문이다.

도 4a는 메인베어링(131)의 모습을 나타내는 평면도이며, 도 4b는 서브베어링(132)의 모습을 나타내는 저면도이다.

메인베어링(131)과 서브베어링(132)은, 실린더(133)와 롤러(134)를 회전축(123)의 축방향을 따라 양 단에서 각각 지지하게 된다. 실린더(133)의 상부에는 메인베어링(131)이 위치되고, 하부에는 서브베어링(132)이 위치된다. 메인베어링(131)과 서브베어링(132)은, 실린더(133)와 서로 고정되도록 결합되며, 실린더(133)의 내부에서 베인(135)과 롤러(134)가 각각 회전 가능하도록 한다. 롤러(134)와 각 베어링의 사이에는 오일이 공급될 수 있다. 메인베어링(131)과 서브베어링(132)은, 압축공간(V)을 회전축(123)의 축방향으로 각각 오버랩하도록 이루어지므로, 압축공간(V)의 밀폐 상태를 유지할 수 있게 된다.

메인베어링(131)의 중심부에는 회전축(123)이 관통되도록 이루어지며, 하부에는 실린더(133)가 위치된다. 실린더(133)의 중심부에 위치되는 타원형의 내부공간은 롤러(134)의 외주면을 따라 압축공간(V)이 형성된다. 메인베어링(131)의 상기 압축공간(V)과 오버랩되는 위치에는, 바이패스홀(140)이 형성된다. 바이패스홀(140)은 메인베어링(131)의 상하부를 관통하도록 이루어져, 상기 압축공간(V)과 연통되도록 이루어진다. 이에, 압축공간(V)에서 압축된 냉매의 일부는, 바이패스홀(140)을 따라 이동할 수 있게 된다. 메인베어링(131)의 상부면에는 나사홀(143)이 형성되며, 실린더(133)와 나사체결로 고정된다.

서브베어링(132)의 중심부에는, 회전축(123)이 관통되도록 이루어지며, 서브베어링(132)의 상부에는 실린더(133)가 위치된다. 실린더(133)의 중심부에 위치되는 타원형의 내부공간은 롤러(134)의 외주면을 따라 압축공간(V)을 형성한다. 서브베어링(132)의 상기 압축공간(V)과 오버랩되는 위치에는, 바이패스홀(140)이 형성된다. 바이패스홀(140)은 서브베어링(132)의 상하부를 관통하도록 이루어지고, 상기 압축공간(V)과 연통되게 된다. 이에, 압축공간(V)에서 압축된 냉매의 일부는, 바이패스홀(140)을 따라 이동할 수 있게 된다. 서브베어링(132)의 하부면에는 나사홀(143)이 형성되어 실린더(133)와 나사체결로 고정된다.

도 5a는, 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 것으로, 바이패스홀(240)의 변형예를 나타내는 도면이다.

상부에는 메인베어링(131), 하부에는 서브베어링(132)이 각각 위치되며, 메인베어링(131)과 서브베어링(132)의 사이에는 실린더와 롤러(234)가 위치된다(도 2 참고). 실린더의 내주면과 롤러(234)의 외주면 사이에 형성되는 압축공간(V)은, 메인베어링(131)과 서브베어링(132)에 형성되는 바이패스홀(240)과 연통된다. 서브베어링(132)의 상기 압축공간(V)과 오버랩되는 위치에는, 복수개의 바이패스홀(240)이 형성되며, 압축공간(V)에서 압축된 냉매가 이동하게 된다.

바이패스홀(240)은, 앞서 설명한 바와 같이, 메인베어링(131), 서브베어링(132) 및 압축공간(V)이 서로 중첩되는 위치에 형성되며, 압축개시각(β)으로부터 토출개시각(γ)의 사이에 형성되도록 이루어질 수 있다. 바이패스홀(240)은, 접촉점(P)를 기준으로 할 때, 160°에서 270°의 사이에 위치에 형성되어 압축공간(V)과 오버랩되는 위치에 형성될 수 있다.

도 5a에서, 회전축(223)은 반시계 방향으로 회전하므로, 베인(235)은 실린더의 내주면을 따라 반시계 방향으로 이동한다.

바이패스홀(240)은 메인베어링(131)과 서브베어링(132)을 관통하도록 이루어지며(도 2 참조), 원형의 홀의 형상으로 이루어진다. 바이패스홀(240)은 복수개로 이루어질 수 있으며, 설정된 길이의 원호를 따라 서로 이격되게 형성될 수 있다. 도 5a에서는, 바이패스홀(240)이 3개 형성되는 것을 예로 들었으나, 바이패스홀(240)은, 압축개시각과 토출개시각의 사이에 영역에 형성된다면 그 갯수가 제한되지는 않을 것이다.

각 바이패스홀(240)의 직경은, 베인(235)의 회전방향을 따라 증가하도록 이루어질 수 있다. 이는, 압축되는 방향을 따라, 압축공간(V)에 수용된 냉매의 압력이 더 증가하게 되므로, 바이패스되는 냉매의 유량이 증가되도록 하기 위함이다. 이를 통해, 냉매의 과압축을 보다 효율적으로 방지할 수 있게 된다. 다만, 가장 큰 직경을 가지는 바이패스홀(240)의 직경은, 베인(235)의 폭 보다는 작도록 이루어야 할 것이다. 만일, 바이패스홀(240)의 직경이 베인(235)의 폭보다 큰 경우, 베인(235)에 의해 구획되는 압축공간(V)이 서로 연통되게 되어 냉매가 누설되는 현상이 발생하기 때문이다. 이에, 최대 직경을 가지는 바이패스홀(240)은 베인(235)의 두께 보다는 작도록 이루어지는 것이 바람직할 것이다. 또한, 앞서 살펴본 바와 같이, 각 바이패스홀(240)은, 압축개시각과 토출개시각의 사이의 영역에 위치될 수 있다.

도 5b는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 것으로, 바이패스홀(340)의 다른 변형예를 나타내는 도면이다.

앞서 살펴본 바와 같이, 바이패스홀(340)은 메인베어링(131)과 서브베어링(132)을 관통하도록 이루어지며, 원형의 홀의 형상으로 이루어진다. 바이패스홀(340)은 복수개로 이루어질 수 있으며, 각 바이패스홀(340)은 설정된 길이의 원호를 따라 서로 이격되게 형성될 수 있다. 도 5b에서는, 바이패스홀(340)이 3개 형성되는 것을 예로 들었으나, 바이패스홀(340)은 압축개시각과 토출개시각의 사이에 영역에 형성된다면 그 갯수가 제한되지는 않을 것이다.

각 바이패스홀(340)은 양 단이 원호의 형상으로 이루어질 수 있으며, 양 단 사이에 홀의 크기를 확장하기 위한 연장부(도면부호미도시)가 반경 방향으로 연장 형성되어, 바이패스홀(340)을 통해 압축된 냉매의 유출이 보다 원활하게 이루어질 수 있게 된다.

또한, 도 5a에서 언급한 바와 같이, 각 바이패스홀(340)의 폭이 베인의 폭보다 크게 되면, 베인(335)에 의해 구획되는 압축공간이 서로 연통되어 냉매가 누설되는 현상이 발생하므로, 연장부(미도시)의 폭 길이는, 베인(335)의 두께 보다는 작아야 하며, 마찬가지로 바이패스홀(340)의 양 단의 원호의 직경도 베인(335)의 폭보다는 작아야 할 것이다.

도 6은, 토출밸브(150)를 포함하는 압축유닛의 단면도를 나타내는 도면이다.

본 발명을 따르는 로터리 압축기는, 각 바이패스홀(140)은, 바이패스홀(140)의 개폐를 형성하도록 이루어지는 토출밸브(150)를 더 포함할 수 있다.

도 6에서 보는 바와 같이, 토출밸브(150)는 일 단이 메인베어링(131)의 상부면에 고정되고, 다른 일 단은 고정된 일 단을 기준으로, 상하 움직임이 가능하여 바이패스홀(140)의 개폐가 가능하도록 이루어진다. 토출밸브(150)는, 일정한 탄성력을 가지는 재질로 이루어질 수 있으며, 압축공간(V)에 형성되는 일정한 압력에 의해 움직임이 형성된다. 압축공간(V)과 연통되는 바이패스홀(140)에 형성되는 압력은, 토출밸브(150)의 일 단을 상측으로 운동시키게 되므로 바이패스홀(140)을 개방시키게 된다. 바이패스홀(140)은, 압축개시각과 토출개시각의 사이의 영역에 위치되므로, 압축공간(V)에 수용된 냉매의 압력은 상대적으로 높은 편이다. 이에, 토출밸브(150)는 바이패스홀(140)의 개폐를 형성할 수 있다. 토출밸브(150)는 로터리 압축기의 구동이 정지되는 경우, 바이패스홀(140)을 덮도록 위치되어, 바이패스홀(140)을 폐쇄하게 된다.

도 6에서는 실린더(133)의 상부에 위치되는 메인베어링(131)에 고정 설치되는 토출밸브(150)를 예로 들었으나, 이는 동일한 방식으로 실린더(133)의 하부에 위치되는 서브베어링(132)에 고정 설치되는 것도 가능할 것이다.

도 7a와 도 7b는, 도 6에 형성되는 토출밸브(150)의 모습을 각각 나타내는 도면이다.

앞서 설명한 바와 같이, 바이패스홀(140)은, 압축공간(V)에 수용되어 압축되는 냉매의 과압축을 방지하기 위한 것으로서, 메인베어링(131), 서브베어링(132) 및 압축공간(V)이 서로 중첩되는 위치에 형성된다. 바이패스홀(140)은, 압축개시각(β)으로부터 토출개시각(γ)의 사이에 형성되도록 이루어질 수 있다. 바이패스홀(140)은, 접촉점(P)를 기준으로 할 때, 160°에서 270°의 사이의 영역에 형성되며, 압축공간(V)과 오버랩되도록 이루어질 수 있다.

토출밸브(150)는 메인베어링(131)의 상부면과 서브베어링(132)의 하부면에 각각 고정 설치될 수 있으며, 상기 각 바이패스홀(140)을 덮도록 이루어질 수 있다. 토출밸브(150)는 압축공간(V)에 형성되는 압력에 의해 바이패스홀(140)의 개폐를 형성할 수 있게 된다.

도 7a에서 보는 바와 같이, 토출밸브(150)는 각 바이패스홀(140)의 갯수에 대응되는 갯수로 이루어질 수 있다. 토출밸브(150)는 복수개로 이루어져 각 바이패스홀(140)을 덮도록 이루어질 수 있다. 이 경우, 각 토출밸브(150)는, 각 바이패스홀(140)에 형성되는 압력에 의해 고정된 일 단을 기준으로 상측으로의 움직임이 형성될 수 있다.

또한, 토출밸브(150')는 도 7b에서 보는 바와 같이, 각 바이패스홀(140)을 일체로 덮도록 이루어질 수 있다. 예를 들어, 토출밸브(150')는 일 단이 메인베어링(131)의 상부에 고정되고, 다른 일 단이 각 바이패스홀(140)을 덮도록 이루어질 수 있다.

도 8과 도 9는, 바이패스홀(140, 240, 340)이 형성되는 로터리 압축기에 따른 효과를 나타내는 그래프이다.

앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르는 로터리 압축기는, 실린더(133)의 내주면의 일 측에 형성되어 압축공간(V)과 연통되도록 이루어지는 측면바이패스유로(141) 외에 추가적으로 메인베어링(131) 및 서브베어링(132)에 각각 바이패스홀(140, 240, 340)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

베인(135)이 압축방향으로 회전함에 따라, 압축공간(V)에 수용되는 냉매는 압축되고, 측면바이패스유로(141)를 통해 압축공간(V)에서 압축되는 냉매의 일부가 유출되며, 측면바이패스유로(141)를 지나 위치되는 토출유로(142)를 통해 압축된 냉매가 토출되게 된다(도 3 참고).

측면바이패스유로(141)의 직경이 크면, 베인(135)의 전단부에 의해 구획된 각 압축공간(V)이 서로 연통되어 냉매가 누설되는 문제점이 있다. 이에, 측면바이패스유로(141)의 직경을 늘리는 것은 구조적으로 한계가 있으며, 이 경우, 베인(135)의 움직임에 따라 압축공간(V)에서 압축되는 냉매가 과압축되는 문제점이 발생하게 된다. 또한, 로터리 압축기에서 구동모터가 40Hz이상의 고속으로 회전하게 되면, 베인(135)을 통해 압축되는 냉매의 양도 더 많아지기 때문에, 측면바이패스유로(141)를 통해 압축된 냉매를 원활하게 유출시키며, 최종적으로 토출유로(142)를 통해 압축된 냉매를 전부 토출시키기 못하는 문제점이 있다. 이 경우, 압축공간(V)에 수용되는 냉매가 불필요하게 재압축되는 현상도 발생할 수 있다.

이를 막고자, 메인베어링(131)과 서브베어링(132)에는 압축공간(V)과 중첩되는 영역에 바이패스홀(140, 240, 340)이 형성되게 된다. 바이패스홀(140, 240, 340)은 복수개로 이루어질 수 있으므로, 유효한 토출면적의 증대 효과를 가져오게 된다.

도 8은, 압축공간(V) 내에 수용된 냉매의 질량유량의 속도를 나타내는 그래프이다. 그래프에서 가로축은 회전축의 회전각도를 나타내며, 세로축은 압축공간(V) 내의 질량유량의 속도를 나타낸다.

여기서, 점선은 각 베어링에 바이패스홀(140, 240, 340)이 형성되지 않은 것을 도시하며, 실선은 각 베어링에 바이패스홀(140, 240, 340)이 형성된 경우를 도시한다. 그래프에서 보는 바와 같이, 60Hz로 회전하는 로터리 압축기에서 로터리 압축기에 바이패스홀(140, 240, 340)이 형성되는 경우, 압축공간(V) 내에 수용된 냉매의 유속이 전체적으로 감소함을 알 수 있다. 바이패스홀(140, 240, 340)을 형성시키게 되면 냉매의 유속이 전체적으로 줄어듬을 확인할 수 있게 된다. 또한, 토출시의 냉매의 유속도 감소되어, 압축기의 손실을 줄일 수 있게 된다.

도 9는, 회전각에 따른 압축실의 압력변화를 나타내는 그래프이다.

여기서, 점선은 바이패스홀(140, 240, 340)이 부존재하는 경우를, 실선은 바이패스홀(140, 240, 340)이 형성된 경우를 나타낸다.

점선과 같이, 로터리 압축기에 바이패스홀(140, 240, 340)이 형성되지 않은 경우, 회전각이 240°일 때, 압축공간(V)의 압력이 계속해서 증가하여 냉매가 과압축되는 현상이 발생하게 된다. 이는 냉매를 불필요하게 압축함에 따라 압축기의 효율의 저하가 야기되는 문제점이 있다. 그래프에서 빗금친 부분은 회전각 240°에서부터 압축실의 압력이 계속해서 상승하게 되어 발생하는 과압축에 따른 손실을 보여준다.

다만, 실선에서와 같이, 로터리 압축기에 바이패스홀(140, 240, 340)이 형성되어 있는 경우, 바이패스홀(140, 240, 340)은 압축개시각(β)으로부터 토출개시각(γ) 사이의 영역에 형성되어 있으며, 앞서 살펴본 바와 같이, 대략 160°에서 270° 사이에 형성될 것이다. 예를 들어, 바이패스홀(140, 240, 340)이 회전각이 240° 부근에서부터 형성되어 있는 경우, 압축실의 압력은 대략 22.5 kgf/cm^2을 최고치로 더이상 증가하지 않고 일정하게 유지될 수 있게 된다. 바이패스홀(140, 240, 340)을 통해, 압력이 상승된 냉매는 일부 유출될 수 있어, 압축실의 압력이 계속해서 상승하여 냉매가 과압축되는 현상을 막을 수 있다. 또한, 바이패스홀(140, 240, 340)을 통해, 압축공간(V)에서 압축되는 냉매의 일부가 토출되게 되므로, 최종적으로 토출구를 통해 토출되는 냉매의 유속도 감소할 수 있게 된다. 이에, 압축기의 효율은 더욱 상승될 수 있게 될 것이다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 로터리 압축기를 실시하기 위한 실시예들에 불과한 것으로서, 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 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.

10: 케이스 11: 흡입구 또는 흡입유로
12: 토출구 또는 토출유로 20: 구동부
23: 회전축 40: 로터리 압축기
131: 메인베어링 132: 서브베어링
133: 실린더 134: 롤러
135: 베인 140, 240, 340: 바이패스홀
150: 토출밸브

Claims (10)

1. 케이스의 내부에 설치되고, 회전력을 발생시키는 구동모터;
   상기 구동모터에서 형성되는 회전력을 전달하는 회전축;
   상기 케이스에 고정되고, 상기 회전축을 따라 설치되는 메인베어링과 서브베어링;
   상기 메인베어링과 서브베어링의 사이에 고정 설치되고, 중심부에 냉매가 수용되는 실린더;
   일 측이 상기 실린더의 내주면에 접하도록 상기 실린더의 내부에 위치되고, 상기 회전축과 함께 회전하여 상기 실린더의 내부에 압축공간을 형성하는 롤러; 및
   상기 롤러에 삽입 설치되고, 상기 롤러의 회전에 의해 돌출되어 상기 실린더의 내주면과 접해, 상기 압축공간을 각각 흡입실과 압축실로 구획하는 적어도 두 개 이상의 베인을 포함하며,
   상기 메인베어링과 서브베어링에는, 상기 압축공간과 오버랩되는 위치에 상기 케이스의 내부 공간과 연통되는 바이패스홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 바이패스홀은, 적어도 하나 이상의 복수개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 각 바이패스홀은, 상기 롤러의 회전 방향을 따라 직경이 증가되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 압축기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 각 바이패스홀은, 일정한 길이의 원호를 따라 서로 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 바이패스홀은, 원형의 홀의 형상으로 이루어지며, 상기 베인에 의해 구획되는 흡입실과 압축실 사이의 누설을 방지되도록, 상기 바이패스홀의 직경은 상기 베인의 폭두께보다 작도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 바이패스홀은, 상기 회전축으로부터 설정된 거리만큼 이격되도록 위치되며, 일정한 길이의 원호의 홀로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축기.
7. 제1항에 있어서,
   상기 바이패스홀은,
   상기 롤러와 실린더가 접하는 지점과 상기 회전축의 중심을 연결하는 선을 기준으로, 제1 베인이 상기 압축공간으로 냉매가 흡입되는 완료지점에 위치될 때, 제2 베인의 위치되는 압축개시각과, 토출이 시작되는 지점인 토출개시각의 사이의 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
8. 제7항에 있어서,
   상기 압축개시각은 160°이며, 상기 토출개시각은 270°인 것을 특징으로 하는 압축기.
9. 제1항에 있어서,
   상기 메인베어링의 상부면과 상기 서브베어링의 하부면에 각각 고정 설치되고, 상기 바이패스홀을 덮도록 이루어져 상기 바이패스홀의 개폐를 형성하는 토출밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
10. 제9항에 있어서,
    상기 토출밸브는, 상기 메인베어링의 상면 및 상기 서브베어링의 하면 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 압축기.

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