압축기의 베인 구조{VANE FOR COMPRESSOR}
본 발명의 압축기의 베인 구조에 관한 것으로, 특히 진동 흡수 및 내마모성을 우수하게 할 뿐만 아니라 무게를 감소시킬 수 있도록 한 압축기의 베인 구조에 관한 것이다. 일반적으로 압축기는 냉매 등의 가스를 압축하는 기기이다. 이와 같은 압축기는 가스를 압축하는 방식에 따라 회전식 압축기(ROTARY COMPRESSOR), 왕복동식 압축기(RECIPROCATING COMPRESSOR), 스크롤 압축기(SCROLL COMPRESSOR) 등 여러 종류가 있다. 이와 같은 압축기는 냉장고나 공기 조화기에 장착되는 냉동사이클장치를 구성하게 되며 그 냉동사이클장치는 하나의 밀폐된 계를 이루게 된다. 도 1, 2는 상기 압축기의 일예를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 상기 밀폐형 압축기는 밀폐용기(10)에 장착된 구동모터(20)가 구동하게 되면 그 구동모터(20)의 회전자(21)에 결합된 회전축(30)이 회전하게 되고 그 회전축(30)의 회전에 따라 그 회전축(30)에 구비된 편심부(31)가 상기 구동모터(20)의 하측에 위치한 실린더(40)의 압축공간(P)에서 편심 회전하게 된다. 상기 회전축의 편심부(31)가 실린더의 압축공간(P)에서 편심 회전함에 따라 그 편심부(31)에 결합된 롤링 피스톤(50)이 상기 실린더의 압축공간(P) 내벽에 선접촉됨과 아울러 그 실린더(40)에 형성된 베인 슬롯(41)에 슬라이딩 가능하게 결합된 베인(60)과 선접촉된 상태에서 그 실린더의 압축공간(P)에서 원 운동하게 된다. 상기 롤링 피스톤(50)이 실린더 압축공간(P)에서 원 운동함에 따라 상기 베인(60)에 의해 구획된 실린더 압축공간(P)이 흡입영역(a)과 압축영역(b)으로 전환되면서 그 실린더(40)에 구비된 흡입구(42)를 통해 냉매 가스가 흡입되고 압축되어 그 실린더(40)에 구비된 토출포트(43)를 통해 토출되며 그 토출포트(43)를 통해 토출된 압축 냉매 가스는 실린더(40)의 양측에 각각 복개 결합된 상부 베어링(70)과 하부 베어링(80) 중 상부 베어링(70)에 형성된 토출통공(71)을 통해 상기 밀폐용기(10) 내부로 토출되며 그 밀폐용기(10)로 토출된 고온 고압 상태의 냉매 가스는 그 밀폐용기(10)의 상부에 결합된 토출관(11)을 통해 토출된다. 이때, 상기 실린더 압축공간(P)이 흡입영역(a)과 압축영역(b)으로 전환되면서 상기 상부 베어링(70)의 상부에 결합된 개폐수단(90)이 함께 작동하여 상기 토출통공(71)을 개폐하게 된다. 미설명 부호 12는 흡입관이고, 13은 체결볼트이며, 22는 회전자이고, 100은 소음기이다. 한편, 상기 실린더의 베인 슬롯(41)에 삽입되어 직선 왕복 운동함과 동시에 상기 롤링 피스톤(50)에 선접촉되는 베인(60)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 일정 두께와 사각 형태를 형성됨과 아울러 그 일측변이 일정 곡률을 갖는 곡면(61)으로 이루어진다. 상기 베인(60)은 그 곡면이 상기 롤링 피스톤(50)에 접촉되도록 상기 실린더의 베인 슬롯(41)에 삽입됨과 아울러 그 베인(60)의 곡면 반대편 면이 스프링(S)에 의해 탄성적으로 지지되어 그 곡면이 상기 롤링 피스톤(50)에 밀착되며 상기 회전축(30)이 회전함에 따라 상기 실린더의 압축공간(P)을 흡입영역(a)과 압축영역(b)으로 구획하게 된다. 그리고 상기 베인(60)은 소정의 형상의 고속도강재(SKH51)를 전면 선삭 가공하여 제작하게 된다. 이와 같은 베인(60)은 압축기의 작동 중 상기 실린더의 흡입영역(a)과 압축영역(b)의 압력 차에 의해 측면방향으로 압력을 받으면서 실린더의 베인 슬롯(41)에서 직선 왕복 운동함과 아울러 그 곡면이 상기 롤링 피스톤(50)과 탄성 접촉되면서 그 곡면(S)에 힘이 작용하게 된다. 그러나 상기한 바와 같은 종래 구조는 상기 베인(60)이 고속도강재로 이루어지게 되므로 압축기의 운전 중 상기 베인(60)의 곡면이 롤링 피스톤(50)에 선 접촉됨과 아울러 상기 실린더 베인 슬롯(41)에서 직선 왕복 운동하는 과정에서 그 실린더(40) 및 롤링 피스톤(50)과의 마모가 크게 발생하게 될 뿐만 아니라 마찰 소음이 많이 발생하게 되는 문제점이 있고, 또한 상기 베인(60)의 무게가 무거워 움직임이 둔하게 될 뿐만 아니라 입력 에너지의 소모가 증가하게 되는 단점이 있었다.
상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 진동 흡수 및 내마모성을 우수하게 할 뿐만 아니라 무게를 감소시킬 수 있도록 한 압축기의 베인 구조를 제공함에 있다.
도 1,2는 일반적인 압축기의 일예를 도시한 종단면도 및 평단면도, 도 3은 상기 압축기의 베인을 도시한 사시도, 도 4,5는 본 발명의 압축기 베인 구조가 구비된 압축기의 종단면도 및 평단면도, 도 6,7,8,9,10,11은 본 발명의 압축기 베인 구조의 다른 실시예를 각각 도시한 사시도. (도면의 주요부분에 대한 부호의 설명) 40 ; 실린더 41 ; 베인 슬롯 50 ; 롤링 피스톤 120 ; 베인 121 ; 베인 모재 122 ; 섬유재 C ; 베인 곡면 a ; 흡입영역 b ; 압축영역 P ; 실린더 압축공간
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 압축공간이 구비되 실린더의 베인 슬롯에 삽입됨과 아울러 그 실린더의 압축공간에 위치하는 롤링 피스톤에 선접촉되어 그 롤링 피스톤의 회전에 따라 직선 왕복 운동하면서 그 실린더 압축공간을 흡입영역과 압축영역으로 구획하도록 일정 두께와 소정의 면적을 가지며 그 일변이 상기 롤링 피스톤과 선접촉되게 곡면이 구비되도록 형성된 베인 모재와, 상기 베인 모재의 내부에 삽입되어 그 베인 모재의 성능을 강화시키는 섬유재를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 압축기의 베인 구조가 제공된다. 이하, 본 발명의 압축기 베인 구조를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다. 도 4, 5는 본 발명의 압축기 베인 구조의 일예가 구비된 압축기를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 먼저 상기 압축기는 밀폐용기(10)와 그 밀폐용기(10)내에 장착되는 고정자(22) 및 그 고정자(22)에 삽입되는 회전자(21)로 구성되는 구동모터(20)와 일측에 편심부(31)가 구비되어 상기 회전자(3)의 내경에 압입되는 회전축(30)과 내부에 가스가 흡입되고 압축되는 압축 공간(P)이 구비되어 상기 밀폐용기(10)에 고정 결합됨과 아울러 그 압축 공간(P)에 상기 회전축의 편심부(31)가 삽입되는 실린더(40)와 상기 실린더의 압축 공간(P)을 밀폐시키도록 실린더(40)의 상,하부에 각각 위치하여 상기 회전축(30)을 지지하는 상부 베어링(70) 및 하부 베어링(80)과, 상기 상부 베어링(70) 및 하부 베어링(80)을 상기 실린더(40)와 함께 체결하는 다수개의 체결볼트(13)와, 상기 회� ��축의 편심부(31)에 삽입되어 그 회전축(30)의 회전에 따라 상기 실린더 압축 공간(P)에서 공전하는 롤링 피스톤(50)과, 상기 실린더(40)에 형성되는 베인 슬롯(41)에 직선 왕복운동 가능하도록 삽입됨과 아울러 그 단부가 상기 롤링 피스톤(50)의 외주면과 선 접촉되어 상기 회전축(30)의 회전에 따라 상기 실린더의 압축 공간(P)을 흡입영역(a)과 압축영역(b)으로 변환시키는 베인(120)을 포함하여 구성된다. 미설명 부호 11은 토출관이고 12는 흡입관이며, 42는 흡입구이고, 43은 토출포트이며, 71은 토출통공이고, 90은 개폐수단이며, 100은 소음기이고, S는 스프링이다. 상기 베인(120)은, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 실린더의 베인 슬롯(41)의 폭과 상응하는 두께와 사각 형태를 갖도록 형성됨과 아울러 그 일측변이 상기 롤링 피스톤(50)의 외면과 선 접촉되도록 곡률을 갖도록 형성되는 곡면(C)이 구비된 베인 모재(121)와, 상기 베인 모재(121)의 내부에 삽입되어 그 베인 모재(121) 성능을 강화시키는 섬유재(Fiber)(122)를 포함하여 이루어진다. 상기 베인 모재(121)는 카본(Carbon) 재질로 이루어지고 상기 섬유재(122)는 소정의 길이를 갖는 와이어 형태의 섬유 와이어가 상기 베인 모재(121)에 운동방향과 동일 선상으로 다수개 배열되어 이루어진다. 즉, 상기 섬유 와이어가 상기 베인 모재(121)의 직선 움직임 방향으로 다수개 삽입되거나 다수개 배열되어 이루어진다. 상기 섬유재(122)의 다른 변형예로, 도 6에 도시한 바와 같이, 그물망 형태의 섬유망으로 형성되어 그 섬유망이 상기 베인 모재(121)의 면과 동일 면 상으로 다수개 배열되도록 삽입되어 이루어진다. 즉, 상기 베인 모재(121)의 면적과 상응하는 면적을 갖는 섬유 그물망이 그 베인 모재(121) 내부에 삽입되어 이루어진다. 상기 섬유재(122)의 또 다른 변형예로, 도 7에 도시한 바와 같이, 소정의 길이를 갖는 와이어 형태의 제1 섬유 와이어(f1)가 상기 베인 모재(121)에 운동방향과 동일 선상으로 다수개 배열됨과 아울러 소정의 길이를 갖는 제2 섬유 와이어(f2)가 상기 베인 모재(121)의 곡면(C) 내측영역에 곡면의 방사상으로 배열되어 이루어진다. 본 발명의 다른 실시예로, 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 베인 모재(121)는 그래프이트(Graphite) 재질로 이루어지고 상기 섬유재(122)는 소정의 길이를 갖는 와이어 형태의 섬유 와이어가 상기 베인 모재(121)에 운동방향과 동일 선상으로 다수개 배열되어 이루어진다. 즉, 상기 섬유 와이어가 상기 베인 모재(121)의 직선 움직임 방향으로 다수개 삽입되거나 다수개 배열되어 이루어진다. 상기 섬유재(122)의 다른 변형예로, 도 9에 도시한 바와 같이, 그물망 형태의 섬유망으로 형성되어 그 섬유망이 상기 베인 모재(121)의 면과 동일 면 상으로 다수개 배열되도록 삽입되어 이루어진다. 즉, 상기 베인 모재(121)의 면적과 상응하는 면적을 갖는 섬유 그물망이 그 베인 모재(121) 내부에 삽입되어 이루어진다. 상기 섬유재(122)의 또 다른 변형예로, 도 10에 도시한 바와 같이, 소정의 길이를 갖는 와이어 형태의 제1 섬유 와이어(f1)가 상기 베인 모재(121)에 운동방향과 동일 선상으로 다수개 배열됨과 아울러 소정의 길이를 갖는 제2 섬유 와이어(f2)가 상기 베인 모재(121)의 곡면(C) 내측영역에 곡면의 방사상으로 배열되어 이루어진다. 본 발명의 또 다른 실시예로, 도 11에 도시한 바와 같이, 상기 베인 모재(121)가 알루미늄 합금으로 이루어진다. 본 발명의 또 다른 실시예로 상기 베인 모재(121)가 PEEK, Polymide, Carbon, Epoxy 등의 수지 재료로 이루어진다. 상기 베인 모재(121)와 섬유재(122)로 이루어지는 베인(120)을 제작하는 방법 중의 하나로 먼저 베인 모재(121) 형상을 만들 수 있는 금형의 내부에 섬유재(122)를 이루는 섬유 와이어 또는 섬유 그물망으로 섬유 틀을 형성한 다음 용융된 베인 모재(121)를 상기 금형에 부어서 응고시켜 제작하게 된다. 상기 베인 모재(121)와 섬유재(122)로 이루어진 베인(120)은 그 곡면(C)이 상기 롤링 피스톤(50)의 외주면에 접촉되도록 상기 실린더의 베인 슬롯(41)에 삽입되고 그 실린더 베인 슬롯(41)에 삽입된 베인(120)은 스프링(S)에 의해 탄성 지지된다. 이하, 본 발명의 압축기 베인 구조의 작용효과를 설명하면 다음과 같다. 먼저, 압축기의 작동은 상기 구동모터의 구동력이 회전축(30)에 전달되어 회전축(30)이 회전하게 되면 그 회전축(30)의 회전에 의해 회전축의 편심부(31)에 결합된 롤링 피스톤(50)이 베인(120)과 접촉된 상태에서 실린더 압축 공간(P)에서 축 중심을 기준으로 공전하게 된다. 상기 롤링 피스톤(50)의 공전 회전에 따라 실린더 압축 공간(P)이 베인(120)의 직선 왕복 운동과 함께 체적이 변화되면서, 즉 흡입영역(a)과 압축영역(b)으로 변화되면서 저온 저압의 냉매 가스가 흡입관(12) 및 흡 입구(42)를 통해 실린더(40)의 압축 공간(P)으로 흡입되고 압축되어 토 출포트(43) 및 토출공(71)을 통해 토출되며 그 토출된 냉매 가스는 토출관(11)을 통해 밀폐용기(10) 외부로 토출된다. 상기 과정에서 상기 베인(120)은 실린더 압축 공간의 흡입영역(a)과 압축영역(b)의 압력 차에 의해 측방향 압력을 받으면서 직선 왕복 운동하게 됨과 아울러 스프링(S)에 의해 그 베인 곡면(C)이 상기 롤링 피스톤(50)의 외주면에 탄성 지지되면서 접촉된다. 이와 같은 상태에서 상기 베인(120)이 베인 모재(121)와 섬유재(122)로 구성되어 그 베인(120) 및 그 베인(120)과 상대 운동하는 부품들사이의 마모량을 감소시킬 뿐만 아니라 그 마찰 접촉으로 인한 진동 발생을 최소화하게 된다. 즉, 상기 베인의 베인 모재(121)가 카본 또는 그래파이트로 이루어진 경우 그 카본 및 그래파이트가 자기 윤활성을 가지게 되어 마모를 줄이게 될 뿐만 아니라 그 카본 또는 그래파이트로 이루어진 베인 모재(121)에 삽입된 섬유재(122)에 의해 그 베인(120)과 상대 운동하는 부품들과의 미끄럼 운동시 발생되는 진동이 흡수된다. 그리고 상기 섬유재(122)가 베인(120)의 운동방향과 동일 방향으로 베인 모재(121)에 배열되어 삽입되거나 그물망 형태로 삽입되어 실린더 압축공간의 흡입영역(a)과 압축영역(b)의 압력 차에 의해 발생되는 힘을 효과적으로 지지하게 된다. 그리고 상기 베인(120)의 베인 모재(121)가 수지나 알루미늄 합금으로 이루어진 경우 성형성이 우수하게 되어 베인(120)의 성형이 수월하게 될 뿐만 아니라 무게가 가볍게 되어 움직임이 원활하게 된다. 아울러, 수지나 알루미늄 합금으로 이루어진 베인 모재(121)에 삽입된 섬유재(122)에 의해 그 베인(120)의 움직임에 따라 발생되는 진동을 효과적으로 흡수하게 되고 또한 구조적 강도를 높여주게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 압축기 베인 구조는 실린더의 베인 슬롯에 삽입되어 롤링 피스톤의 공전 회전과 함께 직선 왕복 운동하면서 그 실린더의 압축공간을 흡입영역과 압축영역으로 구획하는 베인의 내마모성과 진동 흡수성이 우수하게 됨으로써 그 베인 및 그 베인과 상대 운동하는 부품들의 파손을 억제할 뿐만 아니라 진동 소음을 줄여 신뢰성을 높일 수 있고, 또한 무게가 가벼워지게 됨으로써 직선 움직임을 원활하게 되어 입력 전원을 줄 일 수 있는 효과가 있다. |
