KR20200093350A

KR20200093350A - 베인 로터리 압축기

Info

Publication number: KR20200093350A
Application number: KR1020190010727A
Authority: KR
Inventors: 문석환; 신진웅; 이세동
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2020-08-05
Also published as: CN212106257U; KR102190063B1

Abstract

본 발명에 따른 베인 로터리 압축기는,흡입구가 구비되는 실린더; 상기 실린더에 결합되어 상기 실린더와 함께 압축공간을 형성하는 메인베어링 및 서브베어링; 상기 메인베어링과 서브베어링에 의해 반경방향으로 지지되는 회전축; 상기 실린더의 내주면과 접촉점을 이루도록 상기 압축공간에 편심지게 수용되어 상기 회전축과 함께 회전하며, 복수 개의 베인슬롯이 원주방향을 따라 형성되는 롤러; 및 상기 롤러의 베인슬롯에 각각 미끄러지게 삽입되며, 상기 실린더의 내주면을 향하는 방향으로 돌출되어 상기 압축공간을 복수 개의 압축실로 구획하는 복수 개의 베인;을 포함하며, 상기 흡입구는, 상기 실린더의 내주면과 외주면 사이를 관통하여 형성되는 제1 흡입부; 및 상기 실린더의 내주면에서 기설정된 깊이를 가지는 홈 형상으로 형성되고, 상기 제1 흡입부를 기준으로 상기 접촉점의 반대쪽에서 상기 제1 흡입부에 연통되며, 상기 실린더의 내주면에서 상기 회전축의 회전방향으로 연장 형성되는 제2 흡입부;를 포함될 수 있다. 이를 통해 냉매의 흡입유량을 증가시켜 압력저하를 억제할 수 있다.

Description

베인 로터리 압축기{VAIN ROTARY COMPRESSOR}

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 베인이 회전하는 롤러에서 돌출되어 실린더의 내주면에 접촉하면서 압축실을 형성하는 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 구분한다.

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 냉매를 사용하는데 더 적합하다.

베인 로터리 압축기는 한 개의 압축공간이 복수 개의 압축실로 구획됨에 따라, 압축행정이 짧아지면서 압축기의 성적계수(Coefficient Of Performance: COP)가 저하될 수 있다. 이에, 특허문헌[일본공개특허: JP2014-040797A, (공개일: 2014.03.06)]에 개시된 베인 로터리 압축기는 압축행정(압축주기)이 늘어나도록 실린더의 내주면을 비대칭 형상으로 형성하고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 베인 로터리 압축기는, 압축행정(압축주기)이 늘어나는 만큼 흡입행정(흡입주기)은 반대로 감소하게 된다. 그러면 흡입실을 이루는 압축실로 흡입되는 냉매의 흡입유량이 감소하게 되고, 압축실에서의 압력강하가 발생될 수 있다. 그러면, 압축실에서의 체적효율이 저하되면서 압축기의 성적계수가 낮아지게 된다. 이러한 문제는 베인 로터리 압축기의 특성으로서 실린더의 내주면이 원형 또는 대칭 타원 형상의 경우에도 비대칭 타원 형상일때와 마찬가지로 발생되게 된다. 다만, 비대칭 타원의 경우에는 상기한 문제가 더욱 크게 발생될 수 있다.

또, 종래의 베인 로터리 압축기는, 흡입구가 실린더를 반경방향으로 관통되어 형성됨에 따라 흡입구의 면적은 실린더의 축방향 높이에 의해 제한된다. 더군다나, 흡입구의 상하 양쪽에는 실링거리를 확보하여야 하므로 흡입구의 면적은 더욱 제한된다. 이에 따라, 흡입구의 면적을 확대하는데 한계가 있어 냉매의 흡입유량이 감소되면서 압력저하가 발생될 수 있다.

또, 종래의 베인 로터리 압축기는, 친환경 냉매인 R32를 적용하는 경우 앞서 설명한 문제가 더욱 크게 발생될 수 있다. 즉, R32는 R410a를 대체하는 냉매로 개발되었으나, R410a에 비해 냉매의 입자밀도가 작아 질량유량이 부족하게 된다. 그러면 동일한 압축실의 체적 대비 압력강하가 발생하게 되어 앞서 설명한 흡입손실의 증가와 그로 인한 체적효율의 저하가 더욱 증가하게 되면서 압축기의 성적계수가 더욱 낮아지게 될 수 있다. 이는, 난방 저온 조건, 높은 압력비 조건(Pd/Ps ≥ 6), 그리고 고속 운전 조건(80Hz 이상)에서 더 크게 발생될 수 있다.

특허문헌: 일본공개특허: JP2014-040797A, (공개일: 2014.03.06)

본 발명의 목적은, 동일한 압축실의 체적 대비 압력저하를 억제하여 압축기 성능을 높일 수 있는 베인 로터리 압축기를 제공하려는데 있다.

나아가, 본 발명은 흡입주기를 늘려 동일한 압축실의 체적 대비 압력저하를 억제할 수 있는 베인 로터리 압축기를 제공하려는데 있다.

더 나아가, 본 발명은 흡입주기를 늘리면서도 압축주기를 적정하게 유지할 수 있는 베인 로터리 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 흡입구가 실린더에 반경방향으로 관통되어 형성되면서도 냉매의 흡입유량을 증가시킬 수 있는 베인 로터리 압축기를 제공하려는데 있다.

나아가, 흡입구의 실링거리를 확보하면서도 흡입구의 흡입면적을 확대할 수 있는 베인 로터리 압축기를 제공하려는데 있다.

더 나아가, 흡입구의 흡입면적을 확대하면서 압축실에 대한 흡입주기를 늘릴 수 있는 베인 로터리 압축기를 제공하려는데 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 친환경 냉매인 R32를 적용하는 경우에도 흡입주기를 늘려 냉매의 흡입유량을 확대하고, 이를 통해 압축실에서의 압력저하를 낮춰 성적계수를 높일 수 있는 베인 로터리 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 흡입구는 원주방향 길이가 축방향 길이보다 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 베인 로터리 압축기를 제공하려는데 있다.

나아가, 본 발명은, 흡입구는 원주방향으로 복수 개의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 베인 로터리 압축기를 제공하려는데 있다.

나아가, 본 발명은, 실린더와 롤러 사이의 접촉점으로부터 근접한 위치에 형성되는 흡입구와, 상기 흡입구에 연통되며 상기 주 흡입구에 비해 상기 접촉점으로부터 멀리 위치하도록 형성되는 흡입안내홈을 포함하며, 상기 흡입안내홈의 면적은 상기 흡입구의 면적보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 베인 로터리 압축기를 제공하려는데 있다.

여기서, 상기 흡입구는 원형 단면 형상으로 형성되고, 상기 흡입안내홈은 비원형 단면 형상으로 형성될 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 흡입구가 구비되는 실린더; 상기 실린더에 결합되어 상기 실린더와 함께 압축공간을 형성하는 메인베어링 및 서브베어링; 상기 메인베어링과 서브베어링에 의해 반경방향으로 지지되는 회전축; 상기 실린더의 내주면과 접촉점을 이루도록 상기 압축공간에 편심지게 수용되어 상기 회전축과 함께 회전하며, 복수 개의 베인슬롯이 원주방향을 따라 형성되는 롤러; 및 상기 롤러의 베인슬롯에 각각 미끄러지게 삽입되며, 상기 실린더의 내주면을 향하는 방향으로 돌출되어 상기 압축공간을 복수 개의 압축실로 구획하는 복수 개의 베인;을 포함하며, 상기 흡입구는, 상기 실린더의 내주면과 외주면 사이를 관통하여 형성되는 제1 흡입부; 및 상기 실린더의 내주면에서 기설정된 깊이를 가지는 홈 형상으로 형성되고, 상기 제1 흡입부를 기준으로 상기 접촉점의 반대쪽에서 상기 제1 흡입부에 연통되며, 상기 실린더의 내주면에서 상기 회전축의 회전방향으로 연장 형성되는 제2 흡입부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 베인 로터리 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 제1 흡입부의 길이방향 중심을 지나는 선을 제1 가상선, 상기 실린더의 외경 중심과 상기 접촉점을 지나는 선을 제2 가상선, 상기 실린더의 외경 중심과 상기 제2 흡입부의 끝단을 지나는 선을 제3 가상선이라고 할 때, 상기 제1 가상선과 제2 가상선 사이의 제1 사잇각은 상기 제1 가상선과 제3 가상선 사이의 제2 사잇각은 0.8~1.2배 범위를 이루도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1 사잇각과 제2 사잇각은 동일하게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제2 흡입부는 상기 제1 흡입부의 면적은 상기 제2 흡입부의 면적보다 크게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제2 흡입부의 단면적은 상기 회전축의 회전방향으로 동일하게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제2 흡입부의 단면적은 상기 회전축의 회전방향으로 점차 작아지게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제2 흡입부의 축방향 높이는 상기 제1 흡입부의 축방향 높이보다 작게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제2 흡입부의 축방향 높이는 상기 제1 흡입부의 축방향 높이와 동일하게 형성될 수 있다.

여기서, 상기 제2 흡입부는 상기 실린더의 원주방향을 따라 동일한 깊이를 가지도록 형성될 수 있다.

여기서, 상기 제2 흡입부는 상기 제1 흡입부에 접근할수록 깊어지도록 경사지게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제2 흡입부는 상기 실린더의 내주면에서 기설정된 깊이까지는 상기 제1 흡입부와 평행하게 직선면으로 된 공간부가 형성될 수 있다.

여기서, 상기 흡입구는 원주방향의 길이가 축방향의 길이보다 크게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 복수 개의 베어링 중에서 적어도 어느 한쪽 베어링에는 상기 베인슬롯의 후방측과 연통되는 배압포켓이 형성되며, 상기 배압포켓은 원주방향을 따라 분리되어 서로 다른 내부압력을 갖는 복수 개의 포켓으로 형성되고, 상기 복수 개의 포켓은, 상기 회전축의 외주면을 마주보는 내주측에 구비되어 상기 회전축의 외주면에 대해 반경방향 베어링면을 이루는 베어링돌부가 각각 형성될 수 있다.

그리고, 상기 복수 개의 포켓은, 제1 압력을 가지는 제1 포켓; 및 상기 제1 압력보다 높은 압력을 가지는 제2 포켓;으로 이루어지고, 상기 제2 포켓의 베어링돌부에는 상기 회전축의 외주면을 마주보는 상기 베어링돌부의 내주면과 그 반대쪽 측면인 외주면을 연통시키도록 연통유로가 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 베인 로터리 압축기는, 흡입구의 흡입개시각도가 접촉점에 근접하도록 이동시키는 동시에 흡입완료각도와 압축개시각도를 최대한 지연시킴으로써, 압축실의 압축주기를 유지하면서도 흡입주기를 연장시켜 냉매의 흡입유량을 증가시킬 수 있다. 이를 통해 동일한 압축실의 체적 대비 압력저하를 억제하여 압축기의 성능을 높일 수 있다.

또, 본 발명에 따른 베인 로터리 압축기는, 서로 연통되는 복수 개의 흡입구가 원주방향으로 배열됨으로써, 반경방향으로 관통 형성되는 흡입구의 실링거리를 확보하면서도 흡입면적을 확대할 수 있다. 이를 통해 흡입주기를 연장하여 냉매의 흡입유량을 확대할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 베인 로터리 압축기는, 압축실에 대한 압축주기를 유지하면서도 흡입주기를 늘려 냉매의 흡입유량을 확대함으로써, 친환경 냉매인 R32를 적용하는 경우에도 압축실에서의 압력저하를 낮춰 성적계수를 높일 수 있다.

또, 본 발명에 따른 베인 로터리 압축기는, 난방 저온 조건, 높은 압력비 조건과 고속 운전 조건에서도 앞서 설명한 효과를 높일 수 있다.

1은 본 발명에 의한 베인 로터리 압축기의 일례를 종단면하여 보인 단면도,
도 2 및 도 3은 도 1에 적용된 압축유닛을 횡단면하여 보인 단면도로서, 도 2는 도 1의 "Ⅳ-Ⅳ"선단면도이고, 도 3은 도 2의 "Ⅴ-Ⅴ"선단면도,
도 4의 (a) 내지 도 4의 (d)는 본 실시예에 따른 실린더에서 냉매가 흡입, 압축되어 토출되는 과정을 보인 단면도,
도 5는 본 실시예에 의한 베인 로터리 압축기에서, 각 배압챔버의 배압력을 설명하기 위해 압축부를 종단면하여 보인 단면도,
도 6 및 도 7은 본 실시예에 따른 베인 로터리 압축기에서, 실린더를 보인 사시도 및 평면도,
도 8은 본 실시예에 따른 제1 흡입부와 제2 흡입부를 설명하기 위해 보인 정면도,
도 9는 본 실시예에 따른 흡입구의 위치를 종래의 흡입구 위치와 비교하여 보인 개략도,
도 10a 내지 도 10d는 본 실시예에 따른 베인 로터리 압축기에서, 베인의 위치에 따른 압축실의 형성과정을 설명하기 위해 보인 개략도,
도 11은 본 실시예에 따른 작용 효과를 설명하기 위해 롤러의 회전각에 대한 압축실에서의 흡입유량과 압축실의 흡입면적을 종래와 비교하여 보인 그래프,
도 12 내지 도 14는 본 실시예에 따른 흡입구에 대한 다른 실시예를 보인 정면도들,
도 15 내지 도 17은 본 실시예에 따른 제2 흡입부에 대한 다른 실시예들을 보인 사시도 및 횡단면도들.

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

도 1은 본 발명에 의한 베인 로터리 압축기의 일례를 종단면하여 보인 단면도이고, 도 2 및 도 3은 도 1에 적용된 압축유닛를 횡단면하여 보인 단면도로서, 도 2는 도 1의 "Ⅳ-Ⅳ"선단면도이고, 도 3은 도 2의 "Ⅴ-Ⅴ"선단면도이다.

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)가 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(110a)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. 이에 따라, 회전축(123)은 회전자(120)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 후술할 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. 본 실시예는 복수 개씩 형성된 예를 도시하고 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 후술할 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. 이에 대해서는 나중에 다시 설명한다.

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.

도 1 및 도 3을 참조하면, 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 것으로, 이에 대해서는 나중에 배압포켓과 함께 다시 설명한다.

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. 이에 대해서는 나중에 다시 설명한다.

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 발명에 따른 배압포켓의 구조는 대칭형 타원 형상의 베인 로터리 압축기에도 동일하게 적용될 수 있다.

도 2 및 도 3에 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 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 지점을 중심으로 원주방향 양쪽에 각각 흡입구(1331)와 토출구(1332a)(1332b)가 형성된다.

흡입구(1331)는 실린더(133)의 내주면에서 외주면으로 관통 형성되는 제1 흡입부(1331a)와, 제1 흡입부(1331a)의 일측 끝단에서 원주방향을 따라 연장되어 홈 형상으로 형성되는 제2 흡입부(1331b)로 이루어질 수 있다. 이에 대해서는 나중에 다시 설명한다.

흡입구(1331)는 케이싱(110)을 관통하는 연결관(미부호)에 의해 흡입관(113)이 직접 연결되고, 토출구(1332a)(1332b)는 케이싱(110)의 내부공간(110)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(110)으로 토출되었다가 토출관(114)으로 배출된다. 따라서, 케이싱(110)의 내부공간(110)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 2 및 도 3과 같이 평평한 밸브시트면을 확보할 수 있도록 삼각형 모양으로 형성될 수 있다.

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

하지만, 부 토출구는 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, 도 2 및 도 3을 참조하면, 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(이하에서는, 편의상 실린더의 중심으로 정의한다)(Oc)에 대해 편심되어 그 롤러(134)의 외주면(134c) 일측이 실린더(133)의 내주면(133a)과 거의 접촉된다. 여기서, 롤러(134)의 외주면 일측이 실린더(133)의 내주면에 가장 근접하여 롤러(134)가 실린더(133)에 거의 접촉하게 되는 실린더(133)의 임의의 지점을 접촉점(P)이라고 할 때, 그 접촉점(P)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 복수 개의 베인슬롯(1341a,1341b,1341c)이 형성되고, 각 베인슬롯(1341a,1341b,1341c)마다에는 베인(1351,1352,1353)이 각각 미끄러지게 삽입되어 결합된다. 베인슬롯(1341a,1341b,1341c)은 롤러(134)의 중심을 기준으로 반경방향을 향해 형성될 수도 있지만, 이 경우에는 베인의 길이를 충분히 확보하기 어렵게 된다. 따라서 베인슬롯(1341a,1341b,1341c)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 전방면이 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(1341a,1341b,1341c)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. 편의상, 베인의 운동방향을 기준으로 실린더를 향하는 방향을 전방, 반대쪽을 후방이라고 정의한다.

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)와 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 한쪽에만 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 배압챔버와 연통되고, 메인측 제2 포켓(1313b)과 서브측 제2 포켓(1323b)은 베인 중에서 상대적으로 하류측(토출행정에서 흡입행정 전)에 위치하는 베인이 속하는 배압챔버와 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.

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

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

도면중 미설명 부호인 110b는 상부쉘, 110c는 하부쉘이다.

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(1341a,1341b,1341c)으로부터 인출되어, 각 베인(1351,1352,1353)의 전방면이 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,V3)을 형성하게 되고, 각각의 압축실(V1,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 4의 (a) 내지 도 4의 (d)는 본 실시예에 따른 실린더에서 냉매가 흡입, 압축되어 토출되는 과정을 보인 단면도이다. 도 4의 (a) 내지 도 4의 (d)에서는 메인베어링을 투영하여 도시하였고, 도면으로 도시하지 않은 서브베어링은 메인베어링과 동일하다.

도 4의 (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 4의 (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 4의 (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 4의 (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.

도 5는 본 실시예에 의한 베인 로터리 압축기에서, 각 배압챔버의 배압력을 설명하기 위해 압축부를 종단면하여 보인 단면도이다.

도 5를 참조하면, 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 실시예에 따른 메인측 배압포켓(1313)의 제1 포켓(1313a)과 제2 포켓(1313b)은 제1 오일통공(126a)을 통해 오일유로(125)와 연통되고, 서브측 배압포켓(1323)의 제1 포켓(1323a)과 제2 포켓(1323b)은 제2 오일통공(126b)을 통해 오일유로(125)와 연통된다.

다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 메인측 제1 포켓(1313a)과 서브측 제1 포켓(1323a)은 메인측 및 서브측 제1 베어링돌부(1314a)(1324a)에 의해 메인측 및 서브측 제1 포켓(1313a)(1323a)이 마주보는 각각의 베어링면(1311a)(1321a)에 대해 폐쇄된다. 이에 따라, 메인측 및 서브측 제1 포켓(1313a)(1323a)의 오일(냉매오일)은 각각의 오일통공(126a)(126b)을 통해 베어링면(1311a)(1321a)으로 유입된 후, 메인측 및 서브측 제1 베어링돌부(1314a)(1324a)와 마주보는 롤러(134)의 상면(134a) 또는 하면(134b) 사이를 통과하면서 감압되어 중간압을 형성하게 된다.

반면, 메인측 제2 포켓(1313b)과 서브측 제2 포켓(1323b)은 메인측 및 서브측 제2 베어링돌부(1314b)(1324b)에 의해 메인측 및 서브측 제2 포켓(1313b)(1323b)이 마주보는 각각의 베어링면(1311a)(1321a)에 대해 연통된다. 이에 따라, 메인측 및 서브측 제2 포켓(1313b)(1323b)의 오일(냉매오일)은 각각의 오일통공(126a)(126b)을 통해 베어링면(1311a)(1321a)으로 유입된 후, 메인측 및 서브측 제2 베어링돌부(1314b)(1324b)를 통과하여 각각의 제2 포켓(1313b)(1323b)으로 유입됨에 따라 토출압 또는 토출압보다 다소 낮은 압력을 형성하게 된다.

다만, 본 실시예 따른 메인측 제2 포켓(1313b)과 서브측 제2 포켓(1323b)은 그 메인측 및 서브측 제2 포켓(1313b)(1323b)이 마주보는 각각의 베어링면(1311a)(1321a)에 대해 완전히 개구되어 연통되지는 않는다. 즉, 메인측 제2 베어링돌부(1314b)와 서브측 제2 베어링돌부(1324b)는 메인측 제2 포켓(1313b)과 서브측 제2 포켓(1323b)을 대부분 차단하기는 하지만, 일부는 연통유로(1315)(1325)를 두고 각각의 제2 포켓(1313b)(1323b)을 차단하게 된다.

메인베어링(131)의 플랜지부(1312)에는 앞서 설명한 메인측 제1 포켓(1313a)과 제2 포켓(1313b)이 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 형성되고, 서브베어링(132)의 플랜지부(1322)에는 앞서 설명한 서브측 제1 포켓(1323a)과 제2 포켓(1323b)이 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 형성된다.

메인측 제1 포켓(1313a)과 제2 포켓(1313b)의 내주측은 각각 메인측 제1 베어링돌부(1314a)와 제2 베어링돌부(1314b)에 의해 차단되고, 서브측 제1 포켓(1323a)과 제2 포켓(1323b)의 내주측은 각각 서브측 제1 베어링돌부(1324a)와 제2 베어링돌부(1324b)에 의해 차단된다. 이에 따라, 메인베어링(131)의 축수부(1311)는 거의 연속면으로 된 원통형의 베어링면(1311a)을 형성하게 되고, 서브베어링(132)의 축수부(1321)는 거의 연속면으로 된 원통형의 베어링면(1321a)을 형성하게 된다. 아울러, 메인측 제1 베어링돌부(1314a)와 제2 베어링돌부(1314b), 그리고 서브측 제1 베어링돌부(1324a)와 제2 베어링돌부(1324b)는 일종의 탄성베어링면을 형성하게 된다.

메인베어링(131)의 베어링면(1311a)에는 앞서 설명한 제1 오일그루브(1311b)가 형성되고, 서브베어링(132)의 베어링면(1321a)에는 앞서 설명한 제2 오일그루브(1321b)가 형성된다. 메인측 제2 베어링돌부(1314b)에는 메인베어링면(1311a)과 메인측 제2 포켓(1313b)을 연통시키는 제1 연통유로(1315)가 형성되고, 서브측 제2 베어링돌부(1324b)에는 서브베어링면(1321a)과 서브측 제2 포켓(1323b)을 연통시키는 제2 연통유로(1325)가 형성된다.

제1 연통유로(1315)는 메인측 제2 베어링돌부(1315b)와 중첩되는 동시에 제1 오일그루브(1311b)와 중첩되는 위치에 형성되고, 제2 연통유로(1325)는 서브측 제2 베어링돌부(1324b)와 중첩되는 동시에 제2 오일그루브(1321b)와 중첩되는 위치에 형성된다.

또, 제1 연통유로(1315) 및 제2 연통유로(1325)는 도 5에서와 같이 메인측 및 서브측 제2 베어링돌부(1315b)(1325b)의 내주면과 외주면 사이를 관통하는 연통구멍으로 형성되거나 또는 도면으로 도시하지는 않았으나 메인측 제2 베어링돌부(1315b)와 서브측 제2 베어링돌부(1325b)의 단면에 소정의 폭과 깊이를 가지도록 리세스된 연통홈으로 형성될 수 있다.

상기와 같은 본 실시예에 따른 베인 로터리 압축기는, 메인측 제2 포켓(1313b)과 서브측 제2 포켓(1323b)에서도 대부분은 연속된 베어링면을 형성함에 따라, 회전축(123)의 거동을 안정시켜 압축기의 기계효율을 높일 수 있다.

또, 메인측 제2 베어링돌부(1314b)와 서브측 제2 베어링돌부(1324b)가 연통유로를 제외하고는 메인측 제2 포켓(1313b)과 서브측 제2 포켓(1323b)을 거의 폐쇄함에 따라 메인측 제2 포켓(1313b)과 서브측 제2 포켓(1323b)이 일정한 체적을 유지하게 된다. 이를 통해, 메인측 제2 포켓(1313b)과 서브측 제2 포켓(1323b)에서 베인을 지지하는 배압력의 압력맥동을 낮춰 베인의 거동을 안정시키는 동시에 떨림을 억제시키고, 이에 따라 베인과 실린더 사이의 충돌소음을 낮추며 압축실 간 누설을 줄여 압축효율을 향상시킬 수 있다.

또, 장시간 운전시에도 이물질이 메인측 제2 포켓(1313b)과 서브측 제2 포켓(1323b)으로 유입되었다가 베어링면(1311a)(1321a)과 회전축(123) 사이로 흘러들어 누적되는 것을 방지할 수 있고, 이를 통해 베어링(131)(132) 또는 회전축(123)이 마모되는 것을 억제할 수 있다.

또, 본 실시예에 따른 베인 로터리 압축기는, 롤러의 외주면에 복수 개의 베인이 구비되어 롤러의 회전당 복수 개의 압축실이 형성되게 된다. 그러면 흡입행정(흡입주기)이 짧아지면서 압축실의 면적, 즉 흡입실의 면적이 작아지게 되어 냉매의 흡입유량이 감소하게 된다. 그러면 각 압축실에 대한 압력강하가 발생되어 압축기를 포함한 냉동사이클의 성적계수가 저하될 수 있다.

이러한 현상은 실린더의 내주면이 비대칭 형상으로 형성되는 경우에 더욱 크게 발생될 수 있다. 즉, 실린더의 내주면을 비대칭 형상으로 형성하여 압축행정을 증가시키게 되면, 그 압축행정이 늘어나는 만큼 흡입행정(흡입주기)이 감소하게 되게 된다. 그러면, 앞서 설명한 바와 같이 압축실을 이루는 흡입실의 면적이 더욱 작아지게 되면서 냉매의 흡입유량이 더욱 감소하게 되어 각 압축실에서의 압력강하가 더욱 크게 발생되게 된다.

이를 감안하여, 본 실시예에서는 흡입구의 면적을 넓혀 흡입주기를 연장함으로써 냉매의 흡입유량을 확대하고자 하는 것이다. 다만, 흡입구는 앞서 설명한 바와 같이 실린더의 높이에 의해 규정되므로 흡입구의 면적을 확대하는데에는 한계가 있다. 특히, 흡입구가 한 개의 원으로 형성되는 경우에는 흡입구의 크기를 확대하는데에 한계가 있다. 이에 본 실시예에서는 흡입구를 접촉점 근처로 최대한 이동하는 동시에 흡입구를 내경이 상이한 비정원형 또는 복수 개의 형상이 조합된 형상으로 형성하여 흡입구의 끝단을 최대한 접촉점으로부터 멀리 위치하도록 형성한다. 즉, 흡입구의 흡입개시시점은 최대한 앞당기는 반면 흡입구의 흡입완료시점은 최대한 지연시킴으로써 흡입구의 실질적인 흡입면적을 확대할 수 있다. 편의상, 접촉점에 근접한 부분을 흡입구의 시작단으로 정의한다.

도 6 및 도 7은 본 실시예에 따른 베인 로터리 압축기에서, 실린더를 보인 사시도 및 평면도이고, 도 8은 본 실시예에 따른 제1 흡입부와 제2 흡입부를 설명하기 위해 실린더의 내주면에서 반경방향으로 보인 정면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 흡입구(1331)는 제1 흡입부(1331a)와 제2 흡입부(1331b)로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 흡입구(1331)는 원주방향 길이(D1)가 축방향 길이(D2)보다 길게 형성될 수 있다.

제1 흡입부(1331a)는 앞서 도 1 내지 도 3에서 도시한 바와 같이, 실린더(133)의 내주면과 외주면 사이를 관통하여 형성된다. 제1 흡입부(1331a)는 실린더(133)의 외경의 중심(이하, 실린더의 중심)(Oc)에서 반경방향인 법선방향으로 형성될 수 있다. 하지만, 제1 흡입부(1331a)가 반드시 법선방향으로 형성될 필요는 없다. 다만, 제1 흡입부(1331a)가 법선방향으로 형성되는 것이 다른 부품들을 조립할 때 조립 기준이 통일되면서 압축기의 조립이 용이할 수 있다.

또, 제1 흡입부(1331a)는 반경방향 투영시 원형 단면 형상으로 형성될 수 있다. 다만, 제1 흡입부(1331a)는 냉매 누설을 감안하여 실린더(133)의 상면 및 하면에서 제1 흡입부(1331a)까지는 적절한 축방향 실링길이(D3)를 확보하도록 형성되는 것이 바람직하다. 축방향 실링길이(D3)는 상하 각각 대략 2mm씩 형성될 수 있다. 제1 흡입부(1331a)는 원형 외에 사각형 또는 다각형 또는 타원형 등 다양하게 형성될 수 있고, 이들 경우에도 앞서 설명한 축방향 실링거리(D3)를 확보하도록 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 제2 흡입부(1331b)는 반경방향 투영시 사각 단면 형상으로 형성될 수 있다. 다만, 제2 흡입부(1331b)는 역시 제1 흡입부(1331a)와 마찬가지로 축방향 실링거리를 확보하도록 형성되는 것이 바람직하다. 하지만, 본 실시예에 따른 제2 흡입부(1331b)는 제1 흡입부(1331a)보다 작게 형성되므로 통상적으로는 제1 흡입부(1331a)보다 큰 축방향 실링거리를 확보할 수 있다. 제2 흡입부(1331b)는 사각 단면 형상 외에 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 이에 대해서는 나중에 다시 설명한다.

한편, 본 실시예에 따른 흡입구는 종래의 흡입구에 비해 접촉점쪽으로 근접하도록 형성될 수 있다. 도 9는 본 실시예에 따른 흡입구의 위치를 종래의 흡입구 위치와 비교하여 보인 개략도이다.

도 9와 같이, 제1 흡입부(또는 제1 흡입구)(1331a)의 중심선을 제1 가상선(L1), 실린더 중심(Oc)에서 접촉점(P)을 지나는 선을 제2 가상선(L2), 실린더중심(Oc)에서 제2 흡입부(또는 제2 흡입구)(1331b)의 끝단을 지나는 선을 제3 가상선(L3)이라고 할 때, 제1 가상선(L1)과 제2 가상선(L2) 사이의 제1 사잇각(α1)은 제1 가상선(L1)과 제3 가상선(L3) 사이의 제2 사잇각(α2)에 비해 0.8배 내지 1.2배가 되도록 형성될 수 있다.

도 9에서는 나중에 설명할 도 11을 참조하여 제1 사잇각(α1)이 제2 사잇각(α2)에 비해 1.0배, 즉 제1 사잇각(α1)과 제2 사잇각(α2)이 동일한 예를 도시하고 있다.

즉, 흡입주기라고 할 수 있는 제2 가상선(L2)과 제3 가상선(L3) 사이의 각도가 대략 60도 정도라고 하면, 흡입구(1331)는 실린더 중심(Oc)을 기준으로 하는 시작단에서 끝단까지의 사잇각이 대략 40도 정도가 된다.

먼저, 종래 흡입구(S)는 끝단이 제3 가상선(L3')에 만나게 되므로 종래 흡입구(S)의 시작단은 접촉점(P)을 지나는 제2 가상선(L2')으로부터 대략 20도 정도 이격된 지점에서 시작된다. 다시 말해, 종래의 흡입구(S)는 접촉점(P)에서 20도 정도 이격된 위치에서 형성되는 것이다.

반면, 본 실시예의 흡입구(1331)는 제1 흡입부(1331a)의 시작단과 끝단 사이의 사잇각이 종래 흡입구(S)와 동일한 대략 40도 정도가 된다. 그러면 본 실시예의 제2 흡입부(1331b)는 제1 흡입부(1331a)의 끝단에서 대략 10도 정도 연장되어 형성되므로, 제1 흡입부(1331a)의 시작단은 종래 흡입구(S)보다 접촉점(P)쪽으로 대략 10도 정도 가깝게 이동하여 형성되어야 한다. 즉, 본 실시예의 제1 흡입부(1331a)는 제2 가상선(L2)으로부터 대략 10도 정도 이격된 위치에서 시작된다. 이에 따라, 본 실시예의 흡입구(1331)는 종래의 흡입구(S)에 비해 대략 10도 정도 앞선 위치에 형성되게 된다. 그러면서 본 실시예의 흡입구(1331)의 끝단은 종래 흡입구(S)의 끝단과 동일한 각도까지 형성된다.

통상, 베인 로터리 압축기는 롤러가 원형이므로 흡입구가 접촉점으로부터 멀리 위치하는 것이 흡입실의 흡입면적을 넓게 확보하는데 유리하다. 따라서, 베인 로터리 압축기에서 흡입구는 압축주기가 짧아지지 않는 범위내에서 가능한 한 접촉점으로부터 멀리 위치하는 것이 흡입실의 흡입면적을 최대한으로 확보할 수 있어 유리하다.

이를 위해, 종래의 베인 로터리 압축기는 도 9와 같이 제1 사잇각(α1')이 제2 사잇각(α2')에 비해 대략 1.5배 정도가 되도록 형성하고 있다. 하지만, 이는 앞서 설명한 바와 같이, 흡입구(S)가 열리는 흡입개시시점이 지연되게 되므로 냉매의 흡입유량을 증가시키는데 불리하다. 이하에서 냉매의 흡입유량은 냉매의 질량유량과 동일한 의미이나, 편의상 냉매의 흡입유량이라고 설명한다.

이에, 본 실시예에서는 제1 흡입부(1331a)를 접촉점(P)에 최대한 근접되게 위치시키는 한편 제2 흡입부(1331b)를 접촉점(P)에서 최대한 멀리 위치시켜, 흡입주기를 최대한 길게 형성하는 것이다. 이를 통해 냉매의 흡입유량을 증가시켜 압력저하를 억제하는 것이다.

한편, 도 6 내지도 8과 같이 제1 흡입부(1331a)는 접촉점(P)과의 사이에 적절한 원주방향 실링거리(D4)를 확보해야 하는데, 이를 위해 도 9에서와 같이 제1 흡입부(1331a)는 접촉점(P)으로부터 대략 10도 정도 이격되어 위치하게 된다. 원주방향 실링거리(D4)는 대략 2mm 내외가 될 수 있다.

상기와 같이, 제1 흡입부(1331a)가 접촉점(P)에 근접하도록 이동시켜 형성되게 되면 제1 흡입부(1331a)의 흡입개시시점이 접촉점(P)쪽으로 이동하는 만큼 흡입완료시점(즉, 압축개시시점)도 함께 접촉점(P)쪽으로 이동을 하게 된다. 그러면, 제1 흡입부(1331a)가 접촉점(P) 쪽으로 이동한 만큼 오히려 흡입면적이 감소될 수 있다. 이에 본 실시예는 앞서 설명한 제2 흡입부(1331b)를 추가 형성하여 제1 흡입부(1331a)가 접촉점(P) 쪽으로 이동하면서 발생되는 흡입면적이 감소 및 그로 인한 흡입손실을 보상할 수 있다.

이하에서는 제2 흡입부에 대하여 살펴본다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 제2 흡입부(1331b)는 제1 흡입부(1331a)의 일측에 연통되어 형성된다. 제2 흡입부(1331b)는 제1 흡입부(1331a)를 기준으로 접촉점(P)의 반대쪽인 후방쪽으로 연장 형성된다. 즉, 제1 흡입부(1331a)가 접촉점(P)에 최대한 근접하게 형성됨에 따라, 제2 흡입부(1331b)는 제1 흡입부(1331a)의 일측, 즉 회전축(123)의 회전방향(또는, 롤러의 회전방향)을 기준으로 원주방향을 따라 제1 흡입부(1331a)의 후방측에 형성된다. 편의상, 제1 흡입부(1331a)를 기준으로 접촉점(P)쪽을 전방측, 반대쪽을 후방측이라고 정의한다.

한편, 제2 흡입부(1331b)는 제1 흡입부(1331a)를 기준으로 접촉점(P)쪽인 전방측에 형성될 수도 있다. 하지만, 제2 흡입부(1331b)가 제1 흡입부(1331a)를 기준으로 전방측에 형성되게 되면 후방측에 형성되는 것에 비해 흡입면적이 감소될 수 있다.

즉, 베인 로터리 압축기는 앞서 설명한 바와 같이 롤러(134)가 원형으로 형성됨에 따라, 접촉점(P)에 근접할수록 흡입실의 면적이 감소하게 형성된다. 따라서, 제1 흡입부(1331a)에 비해 작은 면적을 가지는 제2 흡입부(1331b)가 제1 흡입부(1331a)의 전방측에 형성되게 되면 흡입개시시점은 당겨지더라도 흡입실로 유입되는 냉매의 흡입유량은 크게 증가하지 못할 수 있다.

더군다나, 제2 흡입부(1331b)의 일부가 롤러와 함께 회전하는 베인에 의해 가려지게 되면 냉매의 흡입유량은 거의 증가하지 못할 수도 있다. 따라서, 본 실시예와 같이 제1 흡입부(1331a)가 제2 흡입부(1331b)보다 전방측에 형성되는 것이 흡입행정이 개시될 때부터 흡입실의 흡입면적이 확대되어 냉매의 흡입유량을 증가시키는데 유리할 수 있다.

또, 제2 흡입부(1331b)는 제1 흡입부(1331a)의 중심을 원주방향으로 지나는 가상선에 대해 서로 대칭을 이루도록 형성될 수 있다. 이에 따라 냉매가 균일하게 흡입될 수 있다.

또, 제2 흡입부(1331b)는 실린더(133)의 내주면(133a)에 기설정된 넓이와 깊이를 가지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 8에서와 같이 제2 흡입부(1331b)의 원주방향 길이(D6)는 제1 흡입부(1331a)의 원주방향 길이(D5)보다 짧게 형성될 수 있다. 제2 흡입부(1331b)의 원주방향 길이(D6)는 제1 흡입부(1331a)의 원주방향 길이(D5)의 대략 30% 이하가 되도록 형성될 수 있다. 만약, 제2 흡입부(1331b)의 원주방향 길이(D6)가 과도하게 길어지게 되면 압축개시점이 지연되면서 압축주기가 짧아지게 된다. 그러면 짧은 시간에 냉매를 압축하게 되면서 압축효율이 저하될 수 있다. 따라서, 제2 흡입부(1331b)는 최대한 넓게 형성하면서도 압축개시시점이 지연되지 않도록 형성되는 것이 바람직하다. 이에, 제2 흡입부(1331b)의 단면적은 제1 흡입부(1331a)의 단면적 대비 대략 20% 이하가 되도록 형성될 수 있다.

또, 앞서 설명한 바와 같이, 제2 흡입부(1331b)는 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 제2 흡입부(1331b)는 압축개시시점이 지연되지 않으면서도 최대한 넓게 형성하는 것이 냉매의 흡입유량 측면에서 유리하다. 도 6 및 도 8과 같이, 제2 흡입부(1331b)는 실린더(133)의 내주면에서 반경방향으로 투영시 사각 단면 형상으로 형성될 수 있다.

다만, 제2 흡입부(1331b)가 사각형으로 형성되면 나중에 설명할 원형이나 타원형 보다는 동일 원주길이 대비 흡입면적이 넓어지면서 냉매의 흡입유량을 증가시키는데는 유리할 수 있다. 하지만, 베인의 전방면을 지지하는 면압 측면에서 보면 불리할 수 있다. 즉, 제2 흡입부(1331b)가 사각형이면 베인이 접하는 접촉면이 제2 흡입부(1331b)의 끝단에서 갑작스럽게 증가하게 된다. 그러면, 베인을 지지하는 면압이 급격하게 변하면서 베인의 거동이 불안정하게 될 수 있다. 따라서, 제2 흡입부(1331b)는 후술할 원형이나 타원형으로 형성되는 것이 베인에 대한 면압을 점진적으로 증가시킬 수 있어 베인의 거동 측면에서는 바람직할 수 있다. 이들에 대해서는 제2 흡입부의 형상과 함께 나중에 설명한다.

한편, 앞서 설명한 바와 같이, 베인 로터리 압축기에서 흡입구(1331)를 제1 흡입부(1331a)와 제2 흡입부(1331b)로 형성하게 되면, 냉매의 흡입주기가 길어지면서 흡입유량이 증가되고, 이를 통해 압축실의 압력강하를 억제하여 압축기를 포함한 냉동사이클의 성능을 높일 수 있다.

즉, 본 실시예와 같이 제1 흡입부(1331a)와 제2 흡입부(1331b)를 서로 연통시켜 원주방향으로 배열하게 되면, 흡입구(1331)를 접촉점(P)쪽으로 최대한 근접시킬 수 있어 흡입개시시점을 앞당기는 동시에, 제2 흡입부(1331b)에 비해 면적이 넓은 제1 흡입부(1331a)가 접촉점쪽에 위치함에 따라 흡입개시부터 냉매의 흡입유량을 더욱 높일 수 있다.

반면, 제2 흡입부(1331b)는 종래 흡입구와 마찬가지로 원래의 흡입완료시점까지 유지되도록 연장하여 형성할 수 있다. 그러면 베인이 제1 흡입부(1331a)를 통과하는 시점에서도 제2 흡입부(1331b)는 열려진 상태를 유지하게 되어, 냉매는 제2 흡입부(1331b)를 통해서도 계속하여 압축실로 유입되게 된다. 그러면, 해당 압축실에서의 흡입주기가 제2 흡입부(1331b)의 범위만큼 연장되면서 압축실의 실질적인 흡입면적이 확대될 수 있다. 이를 통해 동일한 압축공간의 면적 대비 압축실에서의 압력강하를 줄여 압축효율을 높일 수 있다.

도 10a 내지 도 10d는 본 실시예에 따른 베인 로터리 압축기에서, 베인의 위치에 따른 압축실의 형성과정을 설명하기 위해 보인 개략도이다.

먼저,도 10a는, 선행 베인(1351)은 제1 흡입부(1331a)의 시작단에 접근한 상태이다. 그러면, 선행 베인(1351)의 후방측에는 그 선행 베인(1351)과 실린더(133) 사이의 제2 접촉점(P2)과 롤러(134)와 실린더(133) 사이의 접촉점(이하, 제1 접촉점)(P1) 사이에는 제1 압축실(V1)이 형성된다. 이때, 선행 베인(1351)이 아직 제1 흡입부(1331a)의 시작단을 통과하지 못한 상태여서 제1 압축실(V1)은 흡입면적을 형성하였지만 냉매는 제1 압축실(V1)로 흡입되지 못한 상태이다.

도 10b는, 선행 베인(1351)이 제1 흡입부(1331a)와 제2 흡입부(1331b)의 경계점에 도달한 상태이다. 통상 베인 로터리 압축기의 흡입구는 베인이 흡입구의 원주방향 끝단에 도달하게 되면 해당 압축실에 대한 최대 흡입면적(또는 최대 열림면적)을 형성하게 된다. 따라서, 본 실시예는 선행 베인(1351)이 제1 흡입부(1331a)와 제2 흡입부(1353)의 경계점에 도달하면 제1 압축실은 최대 흡입면적에 도달하게 된다. 이 상태에서는 냉매가 선행 압축실로는 더 이상 흡입되지 않고 후행하는 제1 압축실(V1)로만 흡입된다. 그러나, 본 실시예는 제2 흡입부(1331b)가 형성됨에 따라, 일부 냉매가 선행 압축실로도 흡입될 수 있다.

도 10c는, 선행 베인(1351)이 제2 흡입부(1331b)를 통과한 상태이다. 이는, 선행 압축실로는 더 이상 냉매가 흡입되지 않고 후행하는 제1 압축실로만 냉매가 흡입된다. 따라서, 선행 압축실은 압축이 진행되는 반면 후행하는 제1 압축실(V1)은 냉매가 지속적으로 흡입된다.

도 10d는, 선행 베인(1351)은 물론 후행 베인(1352)이 제2 흡입부(1331b)를 통과한 상태이다. 이는, 제1 압축실(V1)이 흡입행정이 완료되고 압축행정이 진행되는 상태이다. 따라서, 이후에는 제1 압축실(V1)의 흡입면적이 감소되면서 흡입된 냉매에 대해 압축이 진행된다.

본 실시예에 따른 흡입구를 종래의 흡입구와 비교하여 보면 도 11에 도시된 그래프와 같다. 도 11은 본 실시예에 따른 작용 효과를 설명하기 위해 롤러의 회전각에 대한 압축실에서의 흡입유량과 압축실의 흡입면적을 종래와 비교하여 보인 그래프이다. 냉매의 흡입유량은 해당 압축실로 흡입되는 냉매의 질량유량을 의미한다.

이 그래프에서는 롤러 또는 회전축(구체적으로는, 선행 베인)이 회전한 각도를 회전각이라고 정의하고, 회전각은 실린더와 롤러의 접촉점을 0도로 정의하였다. 또, 이는 본 실시예의 제1 흡입부와 종래의 흡입구는 동일한 형상과 동일한 면적을 가지며, 본 실시예의 제1 흡입부는 종래의 흡입구에 비해 대략 10도 정도 접촉점쪽으로 이동하여 형성된 것을 기준으로 실험한 결과이다. 또, 이는 베인이 120도 간격을 두고 3개가 배열된 예를 기준으로 실험한 결과이다.

도 9를 참조하면, 본 실시예의 제1 흡입부(1331a)와 종래 흡입구(S)는 동일한 형상과 면적을 가지도록 형성되되, 본 실시예의 흡입구가 종래 흡입구에 비해 대략 10도 정도의 회전각만큼 접촉점에 근접되게 형성된다. 이에 따라, 도 11과 같이, 본 실시예와 종래는 압축실에 대한 냉매의 흡입유량이 특정 회전각까지 대략 10도 정도의 차이를 두고 거의 동일한 패턴으로 변하게 된다.

먼저, 회전각이 대략 10도 이전까지는 본 실시예와 종래가 모두 해당 압축실에 대해 흡입구의 흡입면적을 형성하지 못한 상태이다. 이는, 도 10a가 해당하는 상태로서, 해당 압축실에 제1 흡입부가 연통되기 이전의 상태이다.

다음, 회전각이 대략 10도 정도가 되면, 본 실시예는 해당 압축실에 대한 흡입구의 흡입면적이 형성되기 시작한다. 반면, 종래는 해당 압축실에 대한 흡입면적이 아직 형성되기 전 상태다. 종래는 회전각이 대략 20도 정도가 되어야 해당 압축실에 대한 흡입구의 흡입면적이 형성되기 시작한다. 하지만, 본 실시예는 회전각이 대략 20도 정도가 되면 이미 해당 압축실에 대한 흡입구의 흡입면적이 상당 부분 확대된다. 따라서, 냉매의 흡입유량은 본 실시예가 종래에 비해 이미 많은 상태다.

다음, 회전각이 대략 50도 정도가 되면 본 실시예는 최대 흡입면적에 도달하게 된다. 종래는 아직 최대 흡입면적에 도달하기 전이다. 이는, 도 10b에 해당하는 상태다. 이후, 회전각이 대략 50~130도 정도까지는 최대 흡입면적을 유지하면서 냉매의 흡입유량도 최대로 증가하였다가 점차 감소한다. 종래는 회전각이 대략 60도 정도 되면 최대 흡입면적에 도달한다.

다음, 회전각이 대략 130도 정도가 되면, 본 실시예는 해당 압축실에 대한 흡입면적이 감소하기 시작하면서 냉매의 흡입유량도 급격하게 감소하기 시작한다. 이는, 후행 베인이 제1 흡입부의 시작단에 도달한 상태다. 종래는 회전각이 대략 140도 정도가 되어야 흡입면적이 감소하기 시작한다.

다음, 회전각이 대략 180도 정도가 되면, 본 실시예는 해당 압축실에 대한 흡입면적이 영(zero)이 되면서 해당 압축실에 대한 압축을 개시한다. 이는 도 10d에 해당하는 상태로서, 냉매의 흡입유량은 이론적으로는 영(zero)가 된다. 여기서, 종래에도 대략 180도 정도에서 압축개시각을 형성하게 된다. 이는, 본 실시예의 경우 종래에 비해 제1 흡입부의 시작단이 10도 정도 앞서서 형성되지만, 본 실시예는 제2 흡입부가 추가 형성됨에 따라 종래와 동일한 압축개시각도를 형성할 수 있게 된다.

만약, 본 실시예에서 제2 흡입부가 형성되지 않았다면 본 실시예의 흡입완료각도는 압축개시각도에 비해 10도 앞서서 형성하게 된다. 그러면 압축기는 압축실의 체적 대비 냉매를 최대한으로 흡입하지 못한 상태에서 운전을 하게 된다. 그러면 냉매는 압축기가 대략 10도만큼 운전하는 동안 팽창된 뒤 압축을 개시하게 되어 압축기 효율이 크게 저하될 수 있다. 따라서, 본 실시예와 같이 흡입개시각도를 앞당기는 경우에는 흡입완료각도와 압축개시각도를 일치시켜야 압축기의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 앞서 설명한 바와 같이, 본 실시예의 흡입행정 중에서 후반부에서의 냉매 흡입량을 높이기 위해서는 제2 흡입부(1331b)의 면적을 증가시키는 것이 바람직하다. 하지만, 제2 흡입부(1331b)의 원주방향 길이는 압축개시시점과 함께 정해지게 되므로 결국 제2 흡입부(1331b)의 축방향을 최대한으로 확대하여 제2 흡입부(1331b)의 면적을 증가시킬 수 있다.

도 12 내지 도 14는 본 실시예에 따른 흡입구에 대한 다른 실시예를 보인 정면도들이다.

도 12와 같이, 본 실시예에 따른 제2 흡입부(1331b)는 사각모양으로 형성하되, 제2 흡입부(1331b)의 축방향 높이(D7)를 제1 흡입부(1331a)의 축방향 높이(또는 내경)(D2)와 동일하게 형성할 수 있다. 이를 통해 제2 흡입부의 면적을 최대로 확대할 수 있다. 다만, 앞서 설명한 바와 같이 제2 흡입부(1331b)가 사각모양으로 형성되게 되면 제2 흡입부(1331b)가 끝나는 지점에서 베인에 대한 면압이 급격하게 변하면서 베인의 거동이 불안정하게 될 수 있다.

이를 감안하여, 도 13과 같이 제2 흡입부(1331b)는 원형으로 형성되되, 그 축방향 높이(D7)가 제1 흡입부(1331a)의 축방향 높이(D2)와 동일하게 형성될 수 있다. 이 경우 제2 흡입부(1331b)는 그 일부가 제1 흡입부(1331a)와 중첩되는 위치에 형성되는 것으로, 제1 흡입부(1331a)에 중첩된 부분을 가상원으로 연결하면 제2 흡입부(1331b)는 타원형상을 띄게 된다. 그러면, 제2 흡입부(1331b)는 후방쪽으로 갈수록 면적이 좁아지게 되고, 반대로 실링거리(D3)는 점차 확대되게 된다. 이에 따라, 제2 흡입부(1331b)의 면적을 확대하면서도 베인에 대한 면압이 급격하게 변하는 것을 억제할 수 있다.

하지만, 제2 흡입부(1331b)는 도 14와 같이 원형으로 형성되되, 그 가상원의 내경인 축방향 높이(D7)가 제1 흡입부(1331a)의 내경인 축방향 높이(D2)보다 작게 형성될 수 있다. 이 경우 제2 흡입부(1331b)는 제1 흡입부(1331a)에 중첩된 부분을 가상원으로 연결하면 제2 흡입부(1331b)는 한 개의 곡률로 이루어지는 진원형상을 띄게 된다. 그러면, 도 13의 실시예와 같이 제2 흡입부(1331b)는 후방쪽으로 갈수록 면적이 좁아지게 되고, 반대로 실링거리는 점차 확대되게 된다. 이에 따라, 제2 흡입부(1331b)의 면적을 확대하면서도 베인에 대한 면압이 급격하게 변하는 것을 억제할 수 있다. 다만, 본 실시예는 도 13의 실시예에 비해 제2 흡입부(1331b)의 면적이 작아지면서 실링거리(D3)는 더욱 확대되어 베인에 대한 면압이 증가되고, 이로 인해 베인을 더욱 안정적으로 지지할 수 있다.

또, 제2 흡입부는 도면으로 도시하지는 않았으나, 쐐기 모양이나 각진 형상 등 다양하게 형성될 수 있다.

상기와 같은 본 실시예들에 따른 제2 흡입부(1331b)는 제1 흡입부(1331a)에서 멀어지는 방향으로 갈수록 단면적이 감소하도록 형성됨에 따라, 베인이 흡입구(1331)를 통과하는 과정에서 그 베인에 대한 면압의 변동폭이 과도하게 증가되는 것을 억제하여 베인의 거동을 안정시킬 수 있고, 이를 통해 압축실 간 누설을 억제하여 압축효율을 높일 수 있다.

한편, 앞서 설명한 제2 흡입부(1331b)들은 원주방향을 따라 깊이를 동일하게 형성할 수 있다. 제2 흡입부(1331b)의 원주방향을 따라 깊이를 동일하게 형성되는 경우에는 제2 흡입부(1331b)를 포함하는 실린더의 가공을 용이하게 할 수 있다. 하지만, 제2 흡입부(1331b)의 깊이가 동일한 경우에는 그 끝단, 즉 흡입완료각도를 이루는 지점이 단차지게 된다. 그러면 제2 흡입부(1331b)를 통해 흡입실로 흡입되는 냉매가 와류를 형성하면서 흡입손실이 발생될 수 있다. 따라서, 제2 흡입부(1331b)는 원주방향을 따라 깊이를 상이하게 형성할 수도 있다.

도 15 내지 도 17은 본 실시예에 따른 제2 흡입부에 대한 다른 실시예들을 보인 사시도 및 횡단면도들이다.

도 15 및 도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 제2 흡입부(1331b)는 길이방향을 따라 내주면이 경사지게 형성될 수 있다. 즉, 제2 흡입부(1331b)는 실린더(133)의 내주면(133a)에서 외주면쪽으로 갈수록 깊어지는 형상, 즉 제2 흡입부(1331b)의 내주면이 기설정된 경사각을 가지는 경사면부(1331c)로 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 흡입부(1331b)는 제1 흡입부(1331a)에 접하는 쪽이 가장 깊고 제1 흡입부(1331a)에서 실린더(133)의 원주방향으로 멀어질 수록 얕게 형성될 수 있다.

상기와 같이, 제2 흡입부(1331b)의 내주면에 경사면부(1331c)가 형성되면, 제1 흡입부(1331a)에서 제2 흡입부(1331b)로 유입되는 냉매가 완만한 경사면부(1331c)를 따라 이동함에 따라 냉매가 신속하게 흡입될 수 있다. 또, 흡입완료각도를 이루는 지점에서도 단차면이 형성되지 않게 되어 흡입되는 냉매에서의 와류발생을 억제할 수 있다. 이에 따라, 냉매가 제2 흡입부(1331b)를 통해 압축실을 이루는 흡입실로 신속하게 유입되면서 냉매의 흡입유량이 증가될 수 있다. 그러면 압축실에서의 냉매에 대한 압력강하가 발생되는 것을 억제하여 압축효율을 높일 수 있다.

도 17을 참조하면, 본 실시예에 따른 제2 흡입부(1331b)는, 앞서 설명한 도 16과 같이 내주면이 경사면부(1331c)로 형성되되, 제2 흡입부(1331b)의 끝단에는 실린더(133)의 내주면에서 동일한 깊이로 함몰된 공간부(1331d)가 더 형성될 수 있다. 즉, 경사면부(1331c)의 내측 끝단에는 제1 흡입부(1331a)와 평행하도록 직선면으로 된 공간부(1331d)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 흡입부(1331b)는 시작단부가 경사면부(1331c)를 이룸에 따라 냉매가 신속하게 흡입되는 동시에 끝단부에 공간부(1331d)를 형성함에 따라 흡입구의 체적이 확대되어 냉매가 더욱 신속하게 흡입될 수 있다.

한편, 상기와 같은 베인 로터리 압축기에 친환경 냉매인 R32를 적용하는 경우 그 효과를 높일 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 친환경 냉매인 R32는 R410a를 대체하는 냉매로 개발되었다. 하지만, R32는 R410a에 비해 냉매의 입자밀도가 작아 질량유량이 부족하게 된다. 그러면 동일한 압축실의 체적 대비 냉매 흡입량이 감소하게 된다. 특히, 실린더의 내주면이 비대칭 형상인 경우에는 흡입주기가 짧아지면서 냉매 흡입량이 더욱 감소할 수 있다. 그러면 압축실에서의 압력강하가 발생하게 되어 앞서 설명한 흡입손실의 증가와 그로 인한 체적효율의 저하가 더욱 증가하게 되면서 압축기의 성적계수가 더욱 낮아지게 될 수 있다. 이는, 난방 저온 조건, 높은 압력비 조건(Pd/Ps ≥ 6), 그리고 고속 운전 조건(80Hz 이상)에서 더 크게 발생될 수 있다.

하지만, 본 실시예와 같이, 흡입구가 제1 흡입부(1331a)와 제2 흡입부(1331b)로 이루어지고, 제2 흡입부(1331b)가 제1 흡입부(1331a)를 중심으로 흡입실 측(회전축의 회전방향을 기준으로 후방측)으로 연장 형성됨에 따라, 흡입완료시점(또는 압축개시시점)이 지연되고, 이로 인해 압축실의 실질적인 흡입면적이 확대되어 압축실로 흡입되는 냉매량이 증가하게 된다. 그러면 R32와 같이 입자밀도가 낮은 냉매를 베인 로터리 압축기에 적용하면도 R410a와 같은 냉매를 적용할 때와 비슷한 정도의 토출압력을 유지할 수 있다. 이에 따라, R410와 같이 지구온난화지수가 높은 냉매를 대신하여 지구온난화지수가 낮은 R32를 대체 냉매로 활용할 수 있게 된다.

Claims

흡입구가 구비되는 실린더;
상기 실린더에 결합되어 상기 실린더와 함께 압축공간을 형성하는 메인베어링 및 서브베어링;
상기 메인베어링과 서브베어링에 의해 반경방향으로 지지되는 회전축;
상기 실린더의 내주면과 접촉점을 이루도록 상기 압축공간에 편심지게 수용되어 상기 회전축과 함께 회전하며, 복수 개의 베인슬롯이 원주방향을 따라 형성되는 롤러; 및
상기 롤러의 베인슬롯에 각각 미끄러지게 삽입되며, 상기 실린더의 내주면을 향하는 방향으로 돌출되어 상기 압축공간을 복수 개의 압축실로 구획하는 복수 개의 베인;을 포함하며,
상기 흡입구는,
상기 실린더의 내주면과 외주면 사이를 관통하여 형성되는 제1 흡입부; 및
상기 실린더의 내주면에서 기설정된 깊이를 가지는 홈 형상으로 형성되고, 상기 제1 흡입부를 기준으로 상기 접촉점의 반대쪽에서 상기 제1 흡입부에 연통되며, 상기 실린더의 내주면에서 상기 회전축의 회전방향으로 연장 형성되는 제2 흡입부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 베인 로터리 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제1 흡입부의 길이방향 중심을 지나는 선을 제1 가상선, 상기 실린더의 외경 중심과 상기 접촉점을 지나는 선을 제2 가상선, 상기 실린더의 외경 중심과 상기 제2 흡입부의 끝단을 지나는 선을 제3 가상선이라고 할 때,
상기 제1 가상선과 제2 가상선 사이의 제1 사잇각은 상기 제1 가상선과 제3 가상선 사이의 제2 사잇각은 0.8~1.2배 범위를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 베인 로터리 압축기.
제2항에 있어서,
상기 제1 사잇각과 제2 사잇각은 동일한 것을 특징으로 하는 베인 로터리 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제2 흡입부는
상기 제1 흡입부의 면적은 상기 제2 흡입부의 면적보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 베인 로터리 압축기.
제4항에 있어서,
상기 제2 흡입부의 단면적은 상기 회전축의 회전방향으로 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 베인 로터리 압축기.
제4항에 있어서,
상기 제2 흡입부의 단면적은 상기 회전축의 회전방향으로 점차 작아지게 형성되는 것을 특징으로 하는 베인 로터리 압축기.
제4항에 있어서,
상기 제2 흡입부의 축방향 높이는 상기 제1 흡입부의 축방향 높이보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 베인 로터리 압축기.
제4항에 있어서,
상기 제2 흡입부의 축방향 높이는 상기 제1 흡입부의 축방향 높이와 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 베인 로터리 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제2 흡입부는 상기 실린더의 원주방향을 따라 동일한 깊이를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 베인 로터리 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제2 흡입부는 상기 제1 흡입부에 접근할수록 깊어지도록 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 베인 로터리 압축기.
제10항에 있어서,
상기 제2 흡입부는 상기 실린더의 내주면에서 기설정된 깊이까지는 상기 제1 흡입부와 평행하게 직선면으로 된 공간부가 형성되는 것을 특징으로 하는 베인 로터리 압축기.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡입구는 원주방향의 길이가 축방향의 길이보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 베인 로터리 압축기.
제12항에 있어서,
상기 복수 개의 베어링 중에서 적어도 어느 한쪽 베어링에는 상기 베인슬롯의 후방측과 연통되는 배압포켓이 형성되며, 상기 배압포켓은 원주방향을 따라 분리되어 서로 다른 내부압력을 갖는 복수 개의 포켓으로 형성되고,
상기 복수 개의 포켓은,
상기 회전축의 외주면을 마주보는 내주측에 구비되어 상기 회전축의 외주면에 대해 반경방향 베어링면을 이루는 베어링돌부가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 베인 로터리 압축기.
제13항에 있어서,
상기 복수 개의 포켓은,
제1 압력을 가지는 제1 포켓; 및
상기 제1 압력보다 높은 압력을 가지는 제2 포켓;으로 이루어지고,
상기 제2 포켓의 베어링돌부에는 상기 회전축의 외주면을 마주보는 상기 베어링돌부의 내주면과 그 반대쪽 측면인 외주면을 연통시키도록 연통유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 베인 로터리 압축기.