KR20010097675A - 밀폐형 압축기의 가스력 보상구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀폐형 압축기의 가스력 보상구조에 관한 것으로, 본 발명은 실린더의 내부공간에 흡입구와 토출구가 연통되고, 상기 실린더의 내부공간에 삽입되어 그 내부공간을 적어도 두 개 이상의 밀폐공간으로 구분하도록 캠면이 구비된 구획판이 회전축에 일체로 성형 또는 결합 구비되며, 상기 구획판의 캠면에 압접되는 베인이 각 흡입구와 토출구 사이에 개재되어 회전축의 회전시 상기한 각각의 밀폐공간을 흡입영역과 압축영역으로 전환시키도록 하여 유체를 연속적으로 흡입 압축 토출시키는 밀폐형 압축기에 있어서 ; 상기 구획판은 압축되는 유체의 가스력에 따라 큰 가스력을 받는 회전각 지점의 두께를 상대적으로 작은 가스력을 받는 회전각 지점의 두께에 비해 더 두껍게 형성함으로써, 상기 구획판이 높은 가스력에 의해 변형 또는 파손되는 것을 미연에 방지함과 아울러 불필요한 두께를 줄여 행정체적을 향상시킬 수 있다.

Description

밀폐형 압축기의 가스력 보상구조{GAS-FORCE COMPENSATION STRUCTURE FOR ENCLOSED COMPRESSOR}

본 발명은 실린더의 내부공간을 복수개로 구획하도록 구획판이 구비된 밀폐형 압축기에 관한 것으로, 특히 압축시 가스력의 차이를 감안하여 구획판을 형상화한 밀폐형 압축기의 가스력 보상구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 것으로 유체를 압축시키는 방식에 따라 크게 왕복동식 압축기, 스크롤식 압축기, 원심식 압축기(터보식 압축기라고도 함), 회전식 압축기(베인식 압축기라고도 함) 등으로 구분된다. 이 중에서 회전식 압축기는 피스톤의 직선운동을 이용하는 왕복동식 과는 달리 회전체를 이용하여 유체를 흡입 압축시켜 토출시키게 된다.

이 중에서 회전식 압축기는 피스톤의 직선운동을 이용하는 왕복동식 과는 달리 회전체를 이용하여 유체를 흡입 압축시켜 토출시키게 된다.

상기 회전식 압축기의 전형(典型)은 원형 실린더의 내주면에 선접촉하도록 롤링피스톤을 회전축의 편심부에 결합시킴과 아울러 상기 실린더의 내부공간을 흡입영역과 압축영역으로 구획하는 동시에 상기 롤링피스톤의 궤적에 따라 평면상에서 왕복운동을 하는 베인을 상기한 롤링피스톤의 외주면에 접동 가능하도록 설치하여 유체를 흡입 압축하여 토출시키는 방식이 주로 알려져 왔다.

이러한 전형적인 회전식 압축기는 회전축이 한 번 회전할 때마다 한 번씩만 압축행정을 수행하게 되어 비효율적일 뿐만 아니라, 상기 회전축이 편심 회전하게되어 부재간 긁힘 등으로 인한 신뢰성 저하 및 편심부로 인한 사체적의 증가, 그리고 압축유체가 하나의 토출포트를 통해 일시에 토출되므로 토출소음이 증가하게 되는 등의 여러 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 감안한 종래의 밀폐형 압축기는 실린더의 내부공간을 제1 공간과 제2 공간으로 구획하되 그 두 공간이 흡입영역과 압축영역으로 전환시켜 유체를 흡입 압축 토출시키는 구획판을 회전축에 결합 또는 일체로 형성하여 회전축이 한 번 회전할 때마다 압축행정이 두 번 수행되도록 하는 것으로, 이를 도 1에 도시하였다.

이에 도시된 바와 같이 선출원된 밀폐형 압축기는, 밀폐케이싱(1)의 내측 상부에 동력을 발생시키도록 고정자(Ms)와 회전자(Mr)로 이루어진 전동기구부가 구비되고, 그 전동기구부의 회전자(Mr)에 연결되어 유체를 흡입 압축 및 토출시키는 압축기구부가 구비되어 있다.

상기 압축기구부는 케이싱(1)의 하반부에 고정되는 실린더(2)와, 그 실린더(2)의 상면 및 하면에 고정되어 함께 실린더(2)의 내부공간을 형성하는 제1 베어링 플레이트(3A) 및 제2 베어링 플레이트(3B)와, 상기 전동기구부의 회전자(Mr)에 일체로 결합되는 동시에 각각의 베어링 플레이트(3A,3B)에 관통 결합되어 상기한 전동기구부의 동력을 압축기구부에 전달하는 회전축(4)과, 그 회전축(4)에 일체로 결합되거나 또는 일체로 성형되어 상기 실린더(2)의 내부공간을 제1 공간(S1) 및 제2 공간(S2)으로 구획하는 구획판(5)과, 그 구획판(5)의 양면에 각각 하단 및 상단이 접촉되어 상기한 회전축(4)의 회전시 각각의 공간(S1)(S2)을각각 흡입영역 및 압축영역으로 구획시키는 제1 베인(6A) 및 제2 베인(6B)을 포함하여 이루어져 있다.

상기 실린더(2)는 그 내주면이 진원형으로 형성되어 대응되는 양측에 제1 공간용 흡입구(2a) 및 제2 공간용 흡입구(2b)가 각각 관통 형성되어 있다.

상기 제1 베어링 플레이트(3A) 및 제2 베어링 플레이트(3B)에는 회전축(4)이 관통 결합되는 관통구멍(미부호)이 동일 수직선상에 형성되고, 그 각 베어링 플레이트(3A,3B)의 일측에는 제1 베인(6A) 및 제2 베인(6B)을 사이에 두고 각각의 흡입구(2a)(2b)와 쌍을 이루며 각 선단면에 밸브부재(8A,8B)가 구비되는 제1 공간용 토출구(3a) 및 제2 공간용 토출구(3b)가 형성되어 있다.

상기 구획판(5)은 그 외주면이 실린더(2)의 내주면에 미끄럼 접촉되는 것으로, 평면 투영시 진원상의 원판형으로 형성되어 측면 전개시 내주면에서 외주면까지 동일한 두께를 갖는 정현파 모양으로 형성되어 있다.

상기 제1 베인(6A) 및 제2 베인(6B)은 장방형의 직육면체로 형성되어 각 베어링 플레이트(3A,3B)의 베인슬릿(미도시)을 관통하여 전술한 바와 같이 구획판(5)의 상하 양측 캠면에 각각 접촉되어 회전축(4)의 회전시 축방향으로 왕복운동을 하는 것으로, 그 각 베인(6A,6B)의 외측면은 실린더(2)의 내주면에 접촉되거나 또는 삽입되는 반면 그 내측면은 상기한 회전축(4)의 외주면에 미끄러지게 접촉되도록 결합되어 있다.

도면중 미설명 부호인 7A 및 7B는 토출머플러이다.

상기와 같은 선출원된 밀폐형 압축기의 일반적인 동작은 다음과 같다.

즉, 상기 전동기구부에 전원이 인가되어 회전자(Mr)가 회전을 하게 되면, 그 회전자(Mr)에 결합된 회전축(4)이 구획판(5)과 함께 어느 한 방향으로 회전을 하게 되고, 이와 함께 상기 구획판(5)의 양면에 각각 접촉되어 있던 각각의 베인(6A,6B)이 서로 반대방향으로 축방향 왕복운동을 하면서 제1 공간(S1)과 제2 공간(S2)의 용적을 가변시키게 되며, 이렇게 가변되는 제1 공간(S1) 및 제2 공간(S2)으로 유체가 각각의 흡입구(2a,2b)를 통해 동시에 흡입되었다가 구획판(5)의 상사점 또는 하사점이 토출개시점에 도달하는 순간 각각의 밸브부재(8A,8B)를 열면서 각각의 토출구(3a,3b)를 통해 압축된 유체를 함께 토출시키게 되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 밀폐형 압축기에 있어서는, 전술한 바와 같이 구획판(5)의 두께가 일정하게 형성되어 있으나, 실제 압축되는 유체의 압력은 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 압축이 시작되는 시점에서 최저치를 나타냈다가 점차로 상승하여 밸브부재(8A,8B)가 열리기 시작하는 시점을 소정각도 만큼 지난 시점에서 최고치를 나타내고 토출이 거의 완료되는 시점에서 급격히 하강하여 토출이 완료되는 시점에서 원래의 최저치로 떨어지는 일련의 과정을 반복하게 된다. 따라서 압축유체의 가스력에 의해 구획판(5)이 파손되는 것을 방지하기 위하여는 그 구획판(5)의 두께를 유체 압력의 최고치에 부응하도록 설계하는 것이 바람직하겠으나 이는 최고치의 압력을 받지 않는 부위까지도 불필요하게 두꺼워지게 되어 압축기의 행정체적을 감소시키게 되고 또 재료비용의 상승 및 모터효율의 저하를 초래하게 되는 문제점이 발생되는 반면, 반대로 유체의 최고치 압력을 고려하지 않고 구획판(5)의 두께를 설정하는 경우에는 그 구획판(5)이 파손될 우려가 있는 것이었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 밀폐형 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 압축기의 행정체적이 감소되지 않으면서도 구획판의 파손을 방지하여 압축기의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 밀폐형 압축기의 가스력 보상구조를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 밀폐형 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2는 종래 밀폐형 압축기에서 구획판을 보인 정면도.

도 3은 종래 밀폐형 압축기에서 구획판의 회전시 각 부위에 대한 압력분포도 및 이에 대한 구획판의 두께를 보인 전개도.

도 4는 본 발명 밀폐형 압축기의 일례를 보인 부분 종단면도.

도 5는 본 발명 밀폐형 압축기에서 구획판을 보인 정면도.

도 6은 본 발명 밀폐형 압축기에서 구획판의 회전시 각 부위에 대한 압력분포도 및 이에 대한 구획판의 두께를 보인 전개도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

2 : 실린더 4 : 회전축

6A,6B : 베인 10 : 구획판

a,a' : 구획판의 상사점 b,b' : 구획판의 하사점

t : 구획판의 두께 θ : 회전축의 회전각

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 실린더의 내부공간에 흡입구와 토출구가 연통되고, 상기 실린더의 내부공간에 삽입되어 그 내부공간을 적어도 두 개 이상의 밀폐공간으로 구분하도록 캠면이 구비된 구획판이 회전축에 일체로 성형 또는 결합 구비되며, 상기 구획판의 캠면에 압접되는 베인이 각 흡입구와 토출구 사이에 개재되어 회전축의 회전시 상기한 각각의 밀폐공간을 흡입영역과 압축영역으로 전환시키도록 하여 유체를 연속적으로 흡입 압축 토출시키는 밀폐형 압축기에 있어서 ;

상기 구획판은 압축되는 유체의 가스력에 따라 큰 가스력을 받는 회전각 지점의 두께를 상대적으로 작은 가스력을 받는 회전각 지점의 두께에 비해 더 두껍게 형성한 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기의 가스력 보상구조가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 밀폐형 압축기의 구획판 구조를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 밀폐형 압축기의 일례를 보인 부분 종단면도이고, 도 5는 본 발명 밀폐형 압축기에서 구획판을 보인 정면도이며, 도 6은 본 발명 밀폐형 압축기에서 구획판의 회전시 각 부위에 대한 압력분포도 및 이에 대한 구획판의 두께를 보인 전개도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 가스력 보상구조가 구비된 밀폐형 압축기는, 진원형의 환상으로 형성되어 밀폐케이싱(1)의 내부에 고정 설치되는 실린더(2)와, 그 실린더(2)의 양측에 고정되어 함께 실린더(2)의 내부공간을 형성하는 제1 베어링 플레이트(3A) 및 제2 베어링 플레이트(3B)와, 그 제1 베어링 플레이트(3A)와 제2 베어링 플레이트(3B)에 지지되도록 전동기구부의 회전자(Mr)에 결합되어 회전하는 회전축(4)과, 그 회전축(4)에 일체로 구비되어 상기 실린더(2)의 내주면에 그 외주면이 미끄럼 접촉되고 상기한 실린더(2)의 내부공간을 제1 공간(S1)과 제2 공간(S2)으로 구획하는 구획판(10)과, 그 구획판(10)의 상하 양측 캠면에 접촉되어 서로 반대쪽 축방향으로 왕복운동을 하면서 각각의 공간(S1)(S2)을 흡입영역과 압축영역으로 전환 가능하게 구분하는 제1 베인(6A) 및 제2 베인(6B)으로 구성된다.

상기 실린더(2)의 양측에는 흡입구(2a,2b)가 각각 형성되고, 상기 제1 베어링 플레이트(3A) 및 제2 베어링 플레이트(3B)에는 상기한 각각의 흡입구(2a,2b)가 제1 베인(6A)과 제2 베인(6B)을 각각 사이에 두고 토출구(3a,3b)가 형성된다. 상기 각 토출구(3a,3b)의 선단면에는 유체의 토출시점을 조절하는 밸브부재(8A,8B)가 장착된다.

상기 구획판(10)은 회전축(4)에 일체로 가공되거나 또는 별도로 가공되어 후조립되는 것으로, 그 외주면은 실린더(2)의 내주면에 미끄럼 접촉되도록 진원형으로 형성되고, 그 상사점은 제1 베어링 플레이트(3A)의 내저면에 항상 접촉되는 반면 그하사점은 제2 베어링 플레이트(3B)의 상면에 항상 접촉하도록 정현파 모양으로 형성된다.

또한, 상기 구획판(10)은 회전축(4)의 회전각도에 따라 그 두께를 달리하되 압축기의 한 행정중에서 가장 큰 가스력을 받는 부위가 가장 두껍게 되도록 가공된다. 즉, 압축기의 행정중 가장 큰 가스력이 발생되는 지점은 밸브부재(8A,8B)가 열리기 시작하는 시점(통상, 베인을 기준으로 210°내외)이 되므로 이 지점에 대응되는 구획판(10)의 두께가 가장 두꺼워야 한다. 하지만, 실제로는 상기 밸브부재(8A,8B)의 열림속도에 비해 회전축(구획판)(4)의 회전속도가 더 빠르기 때문에 이를 감안하면 통상 구획판(4)에서 가장 두꺼워야 하는 부위는 베인(6A,6B)을 기준으로 약 270°내외가 되도록 하는 것이 바람직하다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 7A 및 7B는 토출머플러이다.

상기와 같은 본 발명에 의한 가스력 보상구조가 구비된 밀폐형 압축기의 일반적인 동작은 종래와 동일하다.

즉, 상기 전동기구부에 전원이 인가되어 회전자(Mr)와 함께 회전축(4)이 회전을 하게 되면, 그 회전축(4)에 구비된 구획판(10)이 회전축(4)과 함께 어느 한 방향으로 회전을 하게 되고, 이와 함께 상기 구획판(10)의 양면에 각각 접촉되어 있던 각각의 베인(6A,6B)이 서로 반대방향으로 축방향 왕복운동을 하면서 제1 공간(S1)과 제2 공간(S2)의 용적을 가변시키게 되며, 이렇게 가변되는 제1 공간(S1) 및 제2 공간(S2)으로 유체가 각각의 흡입구(2a,2b)를 통해 동시에 흡입되었다가 구획판(10)의상사점(a) 또는 하사점(b)이 토출개시점에 도달하는 순간 각각의 밸브부재(8A,8B)를 열면서 토출구(3a,3b)를 통해 압축된 유체를 토출시키게 되고, 이 과정에서 압축유체가 완전히 토출되기 전까지는 유체의 압축이 지속적으로 수행된다.

여기서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 구획판(10)의 회전시 각각의 공간(S1,S2)에서 압축되는 유체의 압력은 도 6의 (b)에서와 같이 각 밸브부재(8A,8B)의 토출개시시점(Ps1,Ps2)에 접근할 수록 급격하게 상승하면서 일정 회전각까지는 지속적으로 상승을 하여 최고점에 도달하였다가 각 공간(S1,S2)내 유체가 대부분 토출되고 나면 다시 급격하게 하강하게 되는 일련의 과정을 반복하게 된다. 이때, 상기 각 공간의 유체 압력이 급격하게 상승하는 구간에서는 높은 가스력이 발생되어 구획판(10)에 큰 부하를 가하게 되나, 이 구간의 구획판 두께(t)가 도 6의 (c)에서와 같이 다른 구간의 구획판 두께에 비해 상대적으로 두껍게 형성되므로 인해 상기한 높은 가스력 부하를 견뎌낼 수 있게 된다.

또한, 상기와 같이 구획판(10)의 일부만을 두껍게 하고 나머지는 가스력에 부응할 수 있는 두께로 얇게 가공하므로 구획판(10)의 두께를 최고 압력에 부응하는 두께로 균일하게 가공하였을 때보다 행정체적이 증가하게 되어 압축기 효율이 향상된다.

본 발명에 의한 밀폐형 압축기의 가스력 보상구조는, 캠면이 형성되어 실린더의 내부공간을 복수 공간으로 구분하고 베인과 함께 각각의 공간을 흡입영역과 압축영역으로 전환 가능하게 구분하는 구획판을 형성함에 있어서 그 구획판의 회전시 압축되는 유체의 가스력에 따라 큰 가스력을 받는 회전각 지점의 구획판 두께를 상대적으로 작은 가스력을 받는 회전각 지점의 구획판 두께에 비해 더 두껍게 형성함으로써, 상기 구획판이 높은 가스력에 의해 변형 또는 파손되는 것을 미연에 방지함과 아울러 불필요한 두께를 줄여 행정체적을 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 실린더의 내부공간에 흡입구와 토출구가 연통되고, 상기 실린더의 내부공간에 삽입되어 그 내부공간을 적어도 두 개 이상의 밀폐공간으로 구분하도록 캠면이 구비된 구획판이 회전축에 일체로 성형 또는 결합 구비되며, 상기 구획판의 캠면에 압접되는 베인이 각 흡입구와 토출구 사이에 개재되어 회전축의 회전시 상기한 각각의 밀폐공간을 흡입영역과 압축영역으로 전환시키도록 하여 유체를 연속적으로 흡입 압축 토출시키는 밀폐형 압축기에 있어서 ;

   상기 구획판은 압축되는 유체의 가스력에 따라 큰 가스력을 받는 회전각 지점의 두께를 상대적으로 작은 가스력을 받는 회전각 지점의 두께에 비해 더 두껍게 형성한 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기의 가스력 보상구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 구획판의 두께는 유체의 토출속도보다 압축속도가 더 빠른 점을 감안하여 '각 토출구에 장착되는 토출밸브가 열리기 시작하는 시점에 대한 구획판의 회전각 지점에서 구획판의 회전속도를 고려한 소정각도 만큼 더 회전한 구획판의 회전각 지점의 두께를 가장 두껍게 형성하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기의 가스력 보상구조.