회전형 압축기

[발명의 명칭]

회전형 압축기

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 냉매로서 탄화플루오르(fluorocarbon)를 사용하는 회전형 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오일 슬러지(sludge)의 발생 뿐만 아니라, 오일의 가수 분해로 인한 회전형 압축기의 슬라이딩 부재들의 마모를 방지하기 위해서 1,1,1,2-테트라플루오르에탄(tetrafluoroethane, 이하 R134a라고 칭함)을 냉매로 사용하는 회전형 압축기(rotary compressor)에 관한 것이다.

[발명의 배경]

지금까지 냉동기와, 자동 판매기 및 쇼케이스에 사용되는 대부분의 압축기에는 냉매로서 디클로로디플루오르메탄(dichlorodifluoromethane, 이하 R12라고 칭함)을 사용해 왔다. 냉매 R12의 사용은 오존층의 파괴로 인한 환경 문제의 심각성 때문에 탄화플루오르 규정에 위반되며, R134a는 가령 일본국 특허 공개 공보(심사되지 않았음) 제89-27149호에 개시된 바와 같이, 냉매 R12의 대체 냉매로서 연구되어 왔다.

그러나, 냉매 R134a는 현재 사용되고 있는 광물성 오일 및 알킬 벤젠오일 등과 같은 냉동기 오일과의 상용성(相容性)이 좋지 않았다. 이러한 열등한 상용성은 오일이 압축기로 불충분하게 복귀된다거나 또는 압축기가 시동될 때 오일에서 분리된 냉매를 흡입하게 됨으로써 압축기의 불완전한 윤활을 초래하는 문제점을 야기시킨다.

이러한 이유 때문에 본 발명자들은 냉매 R134a와 상용성이 있는 냉동기 오일을 얻기 위하여 폴리올에스테르(polyolester) 오일을 연구하였다. 그러나, 폴리올에스테르 오일을 회전형 압축기에 사용할 경우, 날개와 룰러 사이의 선접촉에 의하여 발생되는 미끄럼 마찰열 때문에 폴리올에스테르 오일이 가수분해되어 지방산이 생기게 되고, 또한 이 지방산은 슬라이딩 부재들을 부식시켜 마모를 발생시킨다는 사실을 알게 되었다. 더욱이, 압축기의 내구성을 손상시킨다는 여러 가지 문제점도 발견하게 되었다. 예를 들면, 마모에 의해 발생되는 먼지 입자들은 압축기의 동력(전동) 요소의 자석 와이어와 같은 유기재료에 악영향을 끼친다.

[발명의 요약]

본 발명자들은 폴리올에스테르 오일로 이루어진 냉동기 오일과 냉매 R134a를 배합하여 회전형 압축기에 사용할 수 있도록 하기 위한 연구를 실행하여 왔다. 이 연구로부터, 본 발명자들은 회전형 압축기의 슬라이딩 부재들의 윤활용으로 사용된 폴리올에스테르 오일이 슬라이딩 부재들에서 발생되는 마찰열에 의해 가수 분해되고, 이 가수 분해에 의해 생성된 지방산이 슬라이딩 부재들을 부식시킨다는 사실과, 그리고 폴리올에스테르 오일의 가수 분해는 슬라이딩 부재들에서 발생되는 마찰열을 감소시킴으로써 억제된다는 사실을 발견하기에 이르렀다. 본 발명은 이상의 발견을 기초로 하여 완성된 것이다.

본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 냉매 R134a와 상용성이 있는 폴리올에스테르 오일을 냉동기 오일로 사용할 경우 슬라이딩 부재들에서 발생되는 마찰열을 감소시켜 마찰열로 인한 폴리올에스테르 오일의 가수 분해를 억제시키고자 하는 것이다.

본 발명에서는 날개(vane) 및 롤러와 같은 슬라이딩 부재들이 구비된 회전 압축 요소가 내장된 용기를 포함하는 회전형 압축기를 제공하는데, 이 압축기에서는 상기 회전 압축 요소에 의해 압축될 냉매로서 1,1,1,2-테트라플루오르에탄을 사용하고, 상기 슬라이딩 부재들을 윤활시키는 오일로서 상기 냉매와 상용성이 있고 다가(多價) 알코올과 지방산으로 구성된 폴리올에스테르 오일을 사용하며, 상기 슬라이딩 부재들 중의 하나인 상기 날개는 상기 롤러보다 융점 및 경도가 더 높은 재료로 형성되는 것이 특징이다.

본 발명에 의한 다른 실시예에 있어서, 날개는 탄소와 같은 보강재(補强材)를 함유하는 알루미늄 복합 재료(즉, 복합 알루미늄 재료)로 형성된다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 날개는 강화 플라스틱(reinforced plastics)으로 형성된다.

본 발명은 전술한 방식으로 구성되므로, 냉매 R134a와 상용성이 있는 폴리올에스테르 오일을 사용하여 윤활되는 슬라이딩 부재들 사이의 미끄럼 접촉으로 인한 마찰열의 온도를 저하시킬 수 있게 되며, 따라서 폴리올에스테르 오일이 용이하게 가수 분해되는 것을 방지할 수 있게 된다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명에 의한 하나의 실시예를 도시한 회전형 압축기의 종단면도이고,

제2도는 본 발명에 의한 회전형 압축기의 횡단면도이며,

제3도는 앰슬러(Amsler) 마모 시험기의 평면도이다.

[본 발명에 따른 양호한 실시예]

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 최선의 실시예를 설명하고자 한다.

제1도는 회전형 압축기의 종단면도이다. 제2도는 제1도의 AA 선을 따라 취한 횡단면도이다. 제1도 및 제2도에 도시한 바와 같이, 동력 요소(2)는 밀폐 용기(1)의 위쪽에 설치되어 있으며, 동력 요소(2)로 구동되는 회전 압축 요소(3)는 밀폐 용기(1)의 아래쪽에 설치되어 있다. 동력 요소(2)는 유기 재료에 의해 전기적으로 절연된 코일 권선(4)을 갖는 고정자(5)와, 이 고정자(5) 내에 설치된 회전자(6)로 구성되어 있다.

회전 압축 요소(3)는 실린더(7)와, 회전축(8)의 편심부(9)에 의해 실린더(7)의 내벽을 따라 회전하는 롤러(10)와, 실린더(7)의 내부를 흡입측과 배출측으로 구획하기 위해 롤러(10)의 원주면에 대해 가압되는 방식으로 밀폐 용기(1)내로 유입되는 고압의 냉매와 스프링(11)에 의해 가압되는 날개(12)와, 실린더(7)의 대응 구멍을 밀봉시키고 회전축(8)을 회전 가능하게 지지시키기 위한 상부 및 하부 베어링(13)(14)으로 구성되어 있다.

상부 베어링(13)에는 실린더(7)의 배출측과 통하는 배출구(15)가 구비된다. 또한, 상부 베어링(13)에는 배출구(15)를 개폐시키기 위한 배출 밸브(16)와 이 배출 밸브(16)를 덮도록 장착된 배출 머플러(17)가 마련된다.

날개(12) 응용 알루미늄 합금 재료에 탄소 분말을 함침시켜 제조되는 복합 알루미늄 재료(composite aluminum material), 즉 알루미늄 복합 재료로 형성된다. 롤러(10)는 철계 합금 또는 표면이 양극(陽極) 처리된 알루미늄 재료로 형성된다. 탄소 재료의 함유량 때문에, 날개(12)의 융점과 경도는 롤러(10)의 융점 및 경도보다 높으며, 이에 의하여 날개(12)와 롤러(10) 사이에는 응착 마모(adhesive wear)가 발생하는 온도의 상승이 일어난다. 더욱 구체적으로 말하자면, 복합 알루미늄 재료로 형성된 날개(12)는 롤러(10)와 선 접촉을 하더라도 마모에 저항할 수 있다. 따라서, 마모 때문에 발생되는 먼지 입자들에 의한 마모의 가속을 억제시키는 것이 가능하며, 또한 날개(12)와 롤러(10) 사이의 미끄럼 접촉으로 인한 마찰열을 감소시키는 것도 가능하다.

날개(12)는 냉매 저항성이 있는 플라스틱 재료로 형성될 수도 있다. 이 플라스틱 재료는, 예를 들면 폴리에스테르 에테르 케톤류(polyester ether ketones), 폴리이미드류(polyimides), 폴리아미드 이미드류(polyamide imides), 폴리페닐렌 설파이드류(polyesters), 방향족 폴리에스테르류(aromatic polyesters), 폴리에테르 설폰류(polyether sulfones), 폴리에테르 이미드류(polyether dkimides) 등과 같은 엔지니어링 플라스틱으로 형성될 수 있다. 롤러(10)는 철계 재료로 형성된다. 철계 재료로 형성된 롤러(10)보다 융점 및 경도가 더 높은 탄소와 같은 재료를 함유하는 플라스틱 날개(12)는 내마모성이 향상된다.

폴리올에스테르 오일로 이루어진 오일(18)은 밀폐 용기(1)의 저부에 저장된다. 이 오일(18)은 회전 압축 요소(3)의 슬라이딩 부재들을 구성하는 롤러(10)와 날개(12)의 각각의 미끄럼 접촉면을 윤활시킨다.

회전 압축 요소(3)의 실린더(7)로 유입되고 롤러(10)와 날개(12)의 공동 작용에 의해 압축되는 냉매는 폴리올에스테르 오일(18)과 상용성이 있는 R134a이다.

밀폐 용기(1)에 고정 결합된 흡입관(19)은 냉매를 실린더(7)의 흡입측으로 안내한다. 밀폐 용기(1)의 상부 벽에 고정 결합된 배출관(20)은 회전 압축 요소(3)에 의해 압축된 냉매를 밀폐 용기(1)의 외부로 배출한다.

전술한 방식으로 구성되는 회전형 압축기에 있어서, 흡입관(19)을 경유하여 실린더(7)의 흡입측 내에 유입된 냉매 R134a는 롤러(10)와 날개(12)의 공동 작용에 의해 압축되며, 배출구(15)를 경유하여 배출 밸브(16)를 열어 배출 머플러(17)내로 배출된다. 배출 머플러(17)내의 냉매는 동력 요소(2)를 지나 배출관(20)을 경유하여 밀폐 용기(1)의 외부로 배출된다. 오일(18)은 회전 압축 요소(3)의 슬라이딩 부재들 [롤러(10) 및 날개(12)등]의 각 미끄럼 접촉면을 윤활시키도록 공급된다. 또한, 오일(18)은 실린더(7)에서 압축된 냉매가 미끄럼 접촉면을 따라 저압측 쪽으로 누설되는 것을 방지한다.

실린더(7)의 내부를 흡입측과 배출측으로 구획하는 롤러(10)와 날개(12)는 각각 철계 재료 및 탄소 함유의 복합 알루미늄 재료로 형성된다. 따라서, 날개(12)와 롤러(10) 사이에서 응착 마모가 발생하는 온도는 더 상승하기 때문에, 스프링(11)과 밀폐 용기(1)의 높은 내부 압력에 의해 날개(12)의 일단부를 롤러(10)의 원주면에 대하여 압압(壓押)시킴으로써 발생되는 미끄럼 마찰열을 감소시킬 수 있다. 이러한 이유 때문에, 만약 롤러(10)와 날개(12)의 미끄럼 접촉면에 공급되는 오일(18)로서 폴리올에스테르 오일을 사용하는 경우, 이 오일의 가수 분해가 억제되어 슬라이딩 부재들의 부식이 예방될 수 있다.

성능 평가는 제3도에 도시된 방법에 의한 앰슬러(Amsler) 마모 시험기로 행하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.

날개에 상당하는 고정 시편(21)은 그의 일단을 곡면으로 형성하였고 하중(L)을 가하였다. 롤러에 상당하는 회전 시편(22)은 20시간 동안 회전시키는 한편 폴리올에스테르 오일로 제조된 오일(23)을 고정 시편(21)과 압접하는 회전 시편(22)의 부위에 공급시켰다.

표 1로부터, 탄소 함유 알루미늄 합금으로 제조한 고정 시편(21)과 철계 재료로 제조한 회전 시편(22)의 조합에 의하여 우수한 내마모성을 얻는다는 것을 알 수 있다. 그 이유는 회전 시편(22)과 고정 시편(21)의 미끄럼 접촉면에서 발생되는 미끄럼 마찰열이 억제되고, 열에 의한 폴리올에스테르 오일의 가수 분해가 억제되고, 이에 따라 가수 분해로 발생되는 지방산에 기인하는 부식이 방지되기 때문이다. 플라스틱의 경우도 이와 유사한 이유 때문에 마모가 억제된다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 1,1,1,2-테트라플루오르에탄이 회전압축 요소에 의해 압축되는 냉매로 사용되고, 다가 알코올과 지방산으로 이루어진 폴리올에스테르 오일이 상기 냉매와 상용성이 있고 회전 압축 요소의 슬라이딩 부재들을 윤활시키는 오일로 사용되며, 또한 회전 압축 요소의 슬라이딩 부재들 중의 하나인 날개는 롤러보다 경도 및 융점이 더 높은 재료로 형성된다. 따라서, 날개와 롤러 각각의 미끄럼 접촉면에서의 응착 마모가 발생하는 온도는 보다 상승하기 때문에 마찰열의 발생이 억제된다. 그러므로 1,1,1,2-테트라플루오르에탄으로 이루어진 냉매와 상용성이 있는 폴리올에스테르 오일이 마찰열로 인해 가수 분해되는 것이 방지된다. 따라서, 가수 분해에 의하여 생성되는 지방산이 슬라이딩 부재들을 부식시켜 마모되도록 하는 현상을 예방하는 것이 가능해진다.