KR100274968B1 - 왕복식 압축기 - Google Patents

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가쓰히코 아라이
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오타 유다카
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Abstract

왕복식 압축기는 실린더블록과, 상기 실린더블록내에 형성되는 복수의 실린더보어와, 상기 실린더보어내에 각각 미끄럼 가능하게 수용되는 복수의 피스톤을 구비하고 있다. 상기 실린더블록 및 상기 각 피스톤은 각각 알루미늄계 재료로 형성되고, 상기 각 피스톤의 외주면에는 상기 알루미늄계 재료보다도 선팽창 계수가 작은 재료로 형성된 용사피막이 도포되어 있다. 상기 용사피막에는 상기 각 피스톤의 일단에서 타단으로 뻗은 적어도 1개의 절결이 형성되고, 상기 절결을 통하여 상기 각 피스톤의 외주면의 일부가 노출된다.

Description

왕복식 압축기
본 발명은 고정용량형 사판식 압축기, 가변용량형 사판식 압축기, 요동판식 압축기, 열형 압축기(크랭크식 압축기) 등의 왕복식 압축기에 관한 것이다.
도 1은 종래의 왕복식 압축기의 피스톤과 실린더보어와의 관계를 설명하기 위한 파단면도이다.
실린더블록(101)의 실린더보어(106)내에는 피스톤(107)이 미끄럼 움직임 가능하게 수용되고, 도시하지 않은 구동원으로부터 구동력이 전달되면 피스톤(107)은 실린더보어(106)내를 직선 왕복운동하고, 그 결과 실린더보어(106)내의 압축실의 용적이 변화하여, 이 용적변화에 의하여 냉매가스의 흡입, 압축 및 토출이 행하여 진다.
실린더블록(101) 및 피스톤(107)은 모두 알루미늄계 재료로 형성되어 있고, 마모, 소부 등을 방지하기 위하여 피스톤(107)의 외주면에는 철계의 용사피막(170)이 도포되어 있다.
그런데, 피스톤(107)의 재료의 선팽창 계수(Al=2.0×10-6mm/℃)와 용사피막의 재료의 선팽창 계수(Fe=1.1×10-6mm/℃)가 다르기 때문에, 온도상승시(운전시)에 피스톤(107)의 외경의 신장보다도 실린더보어(106)의 내경의 신장이 커서, 피스톤(107)의 외주면과 실린더보어(106)의 내주면과의 클리어런스가 증가하여, 결과적으로 압축실로부터의 블로우바이가스가 증가하여 압축효율이 나빠져서 성능저하를 초래한다.
도 5는 클리어런스가 실린더보어내의 온도상승에 따라 증가하는 것을 도시하고 있다. 즉, 상온시(10℃)의 클리어런스(A)(도 1참조)가 0.010㎛인데 대하여, 고온시(150℃)의 클리어런스(B)(도 1참조)는 0.050㎛이고, 상온에서 140℃온도가 상승하면 클리어런스는 0.040㎛증가한다. 이 증가에 의하여 압축기로부터의 블로우바이가스가 너무 증가하여 압축효율이 저하한다.
본 발명의 목적은 실린더보어내의 온도변화에 대하여 피스톤과 실린더보어가 같은 정도로 신축하도록 하여, 피스톤의 외주면과 실린더보어의 내주면과의 클리어런스의 증가를 억제하여 블로우바이가스를 줄여서 압축효율의 저하를 방지할 수 있는 왕복식 압축기를 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 왕복식 압축기의 피스톤과 실린더보어와의 관계를 설명하기 위한 파단면도.
도 2는 본 발명의 제1실시예의 가변용량형 사판식 압축기의 피스톤과 실린더를 도시한 파단면도.
도 3은 본 발명의 제1실시예의 가변용량형 사판식 압축기를 도시한 종단면도.
도 4는 도 2의 피스톤의 외주면의 용사피막의 전개도.
도 5는 피스톤의 외주면과 실린더보어의 내주면과의 클리어런스와 실린더보어내의 온도와의 관계를 도시한 그래프.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 실린더블록 2 : 밸브 플레이트
3 : 리어헤드 4 : 프론트헤드
5 : 축 6 : 실린더보어
7 : 피스톤 8 : 크랭크실
10 : 사판(斜板) 12 : 토출실
13 : 흡입실 15 : 흡입포오트
16 : 토출포오트 17 : 토출밸브
21 : 흡입밸브 29 : 압축실
50 : 슈 70 : 용사피막(溶射皮膜)
71 : 피막부 72 : 틈새(절결)
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1실시예에 의하면, 실린더블록과 상기 실린더블록내에 형성되는 복수의 실린더보어와 상기 실린더보어내에 각각 미끄럼 움직임 가능하게 수용되는 복수의 피스톤을 구비하고, 상기 실린더블록 및 상기 각 피스톤이 각각 알루미늄계 재료로 형성되고, 상기 각 피스톤의 외주면에 상기 알루미늄계 재료보다도 선팽창 계수가 작은 재료로 형성된 용사피막이 도포된 왕복식 압축기가 제공된다.
본 발명의 제1실시예의 왕복식 압축기는 상기 각 피스톤의 용사피막에 그 피스톤의 일단에서 타단으로 뻗은 적어도 1개의 절결이 형성되고, 상기 절결을 통하여 상기 피스톤의 외주면의 일부를 노출시킨 것을 특징으로 한다.
이 왕복식 압축기에서는 상술한 바와 같이, 용사피막에 피스톤의 일단에서 타단으로 뻗은 절결이 형성되고, 절결을 통하여 피스톤의 외주면의 일부가 노출하고 있으므로, 온도상승시에 피스톤의 팽창은 용사피막에 의하여 방해되지 않고, 피스톤의 외경은 실린더보어의 내경의 증가에 따라 증가한다. 그 결과, 피스톤의 외주면과 실린더보어의 내주면과의 클리어런스는 대략 일정하게 유지되어, 온도상승시의 블로우바이가스가 감소한다.
바람직하기는 상기 절결은 피스톤 외주방향으로 소정간격마다 복수형성되어 있다.
이 바람직한 태양에 의하면, 피스톤의 외주면이 반경방향으로 균등하게 뻗으므로, 피스톤의 외주면과 실린더보어의 내주면과의 클리어런스는 전둘레에 걸쳐 대략 일정하게 되어 피스톤은 원활히 미끄럼 움직인다.
또한, 바람직하기는 상기 절결이 구불구불한 사행형상이다.
이 바람직한 태양에 의하면, 피스톤의 일단쪽의 압축실로부터 피스톤의 타단쪽으로 냉매가스(블로우바이가스)가 빠지기 어렵게 됨과 동시에, 블로우바이가스가 절결을 구불구불하게 사행하면서 진행할 때에 오일이 분리되며, 그 오일이 피스톤의 외주면과 실린더보어의 내부면과의 사이에 공급되어, 피스톤의 윤활이 촉진되므로, 마모, 소부를 더욱 확실히 방지할 수 있다.
그리고, 바람직하기는 상기 알루미늄계 재료보다도 선팽창 계수가 작은 재료는 철계재료이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제2실시예에 의하면, 실린더블록과 상기 실린더블록내에 형성되는 복수의 실린더보어와, 상기 실린더보어내에 각각 미끄럼 움직임 가능하게 수용되는 피스톤을 구비하고, 상기 실린더블록 및 상기 각 피스톤이 각각 알루미늄계 재료로 형성되고, 상기 각 피스톤의 외주면에 철계재료의 용사피막이 도포된 왕복식 압축기가 제공된다.
본 발명의 제2실시예의 왕복식 압축기는 상기 용사피막이 피스톤 외주방향으로 복수의 피막부로 분할되어, 인접하는 상기 피막부끼리가 소정의 틈새를 통하여 서로 맞물리도록 상기 복수의 피막부의 피스톤 외주방향의 양단이 각각 빗살형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 왕복식 압축기에 의하면, 피스톤 외주면의 철계의 용사피막이 피스톤 외주방향으로 복수의 피막부로 분할되어 있으므로, 온도상승시에 피스톤의 팽창은 용사피막에 의하여 방해되지 않고, 피스톤의 외경은 실린더보어의 내경의 증가에 따라 증가한다. 그 결과, 피스톤의 외주면과 실린더보어의 내주면과의 클리어런스는 대략 일정하게 유지되어, 온도상승시의 블로우바이가스가 감소한다.
또, 인접하는 상기 피막부끼리 소정의 틈새를 통하여 서로 맞물리도록 상기 복수의 피막부의 피스톤 외주방향의 양단이 각각 빗살형상으로 형성되어, 피막부와 피막부와의 틈새가 구불구불한 사행형상이므로, 피스톤의 일단쪽의 압축실에서 피스톤의 타단쪽으로 냉매가스(블로우바이가스)가 빠져나가기 어렵게 됨과 동시에, 블로우바이가스가 틈새를 구불구불 사행하면서 진행할 때에 오일이 분리되어, 그 오일이 피스톤의 외주면과 실린더보어의 내주면과의 사이에 공급되어, 피스톤의 윤활이 촉진되므로, 마모, 소부를 더욱 확실히 방지할 수 있다.
이 바람직한 태양에 의하면, 상기의 태양과 똑같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 상기 기술과 기타의 목적, 특징 및 잇점은 첨부된 도면에 의거한 하기의 상세한 설명에 의하여 더욱 명확히 될 것이다.
(실시예)
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예의 왕복식 압축기(가변용량형 사판식 압축기)를 도시한 종단면도이다.
이 가변용량형 사판식 압축기의 실린더블록(1)의 일단면에는 밸브 플레이트(2)를 통하여 리어헤드(3)가, 타단면에는 프론트헤드(4)가 각각 고정되어 있다. 실린더블록(1)에는 축(5)을 중심으로 하여 둘레방향으로 소정간격마다 복수의 실린더보어(6)가 배설되어 있다. 이들 실린더보어(6)내에는 각각 피스톤(7)이 미끄럼 움직임 가능하게 수용되어 있다.
프론트헤드(4)내에는 크랭크실(8)이 형성되고, 이 크랭크실(8)내에는 사판(10)이 수용되어 있다. 사판(10)은 축(5)에 경사가능하게 장착되어 있다.
사판(10)은 1쌍의 반구형의 슈(50)를 통하여 피스톤(7)에 연결되어 있다. 슈(50)는 사판(110)의 프론트쪽의 미끄럼 움직임면(10c)과 리어쪽의 미끄럼 움직임면(10a)위를 회전가능하게 피스톤(7)의 일단부(7a)에 의하여 지지되어 있다.
리어헤드(3)에는 토출실(12)과, 이 토출실(12)의 주위에 위치하는 흡입실(13)이 형성되어 있다. 리어헤드(3)에는 도시하지 않은 증발기의 출구로 통하는 흡입구(3a)가 설치되어 있다.
축(5)의 프론트측 단부에는 축(5)의 회전을 사판(10)에 전달하기 위한 드러스트 플랜지(40)가 고정되고, 이 드러스트 플랜지(40)는 드러스트 축받이(33)를 통하여 프론트헤드(4)의 내벽면에 회전가능하게 지지되어 있다. 드러스트 플랜지(40)와 사판(10)은 린크기구(41)를 통하여 연결되며, 사판(10)은 축(5)과 직각인 면에 대하여 경사가능하다.
상기 실린더블록(1) 및 피스톤(7)은 각각 알루미늄계 재료(선팽창 계수 Al=2.0×10-6mm/℃)로 형성되어 있다.
도 2는 본 발명의 제1실시예의 왕복식 압축기(가변용량형 사판식 압축기)의 피스톤을 도시한 파단면도, 도 4는 도 2의 피스톤의 외주면의 용사피막의 전개도이다.
피스톤(7)의 외주면에는 철계재료(알루미늄계 재료보다도 선팽창 계수가 작은 재료)의 용사피막(70)이 도포되어 있다. 선팽창 계수는 Fe=1.1×10-6mm/℃이다. 용사피막(70)의 두께는 0.5∼1.0mm정도이다.
용사피막(70)은 분할되어 축방향의 복수의 피막부(71)로 되어 있다(도 4참조). 각 피막부(71)의 피스톤 외주방향의 양단(71a, 71a)은 빗살형 또는 파도형으로 형성되고, 인접하는 피막부(71)끼리 약 1mm의 틈새(절결)(72)를 통하여 서로 맞물려 있다.
틈새(72)는 피스톤 외주방향으로 같은 간격으로 축방향으로 형성되고, 각 틈새(72)는 피스톤(7)의 일단에서 타단으로(압축실(29)쪽에서 크랭크실(8)쪽으로)구불구불 사행하는 형상인데, 각 틈새(72)를 통하여 피스톤(7)의 외주면(알루미늄계 재료)의 일부가 노출되어 있다.
다음에, 이 가변용량형 사판식 압축기의 작동을 설명한다.
도시하지 않은 차량탑재 엔진의 회전 동력이 축(5)에 전달되면, 축(5)의 회전력은 드러스트 플랜지(40), 린크기구(41)를 거쳐 사판(10)에 전달되어 사판(10)이 회전한다.
사판(10)의 회전에 의하여 슈(50, 50)가 사판(10)의 미끄럼 움직임면(10a, 10c)위를 그 원주에 대하여 상대회전하므로, 사판(10)으로부터의 회전력은 피스톤(7)의 직선 왕복운동으로 변환된다. 피스톤(7)은 실린더보어(6)내를 왕복운동하며, 그 결과 실린더보어(6)내의 압축실(29)의 용적이 변화하여, 이 용적변화에 의하여 냉매가스의 흡입, 압축 및 토출이 차례로 행하여져서, 사판(10)의 경사각에 따른 용량의 고압냉매가스가 토출된다. 흡입시에는 흡입밸브(21)가 열려, 흡입포오트(15)를 통하여 흡입실(13)로부터 실린더보어(6)내의 압축실(29)로 저압의 냉매가스가 흡입되며, 토출시에는 토출밸브(17)가 열려, 토출포오트(16)를 통하여 압축실(29)로부터 토출실(12)로 고압의 냉매가스가 토출된다.
압축실(29)내의 냉매가스의 일부는 블로우바이가스로서 틈새(72)를 통하여 크랭크실(8)로 유출된다.
피스톤(7)의 외주면에는 철계의 용사피막(70)이 도포되어 있으나, 전술한 바와 같이 그 용사피막(70)은 축방향의 복수의 피막부(71)로 분할되어 있으므로, 온도상승시에 피스톤(7)의 팽창은 용사피막(70)에 의하여 방해되지 않고, 피스톤(7)의 외경은 실린더보어(6)의 내경의 증가에 따라 대략 같은 비율로 증가한다. 그 결과, 피스톤(7)의 외주면과 실린더보어(6)의 내주면과의 클리어런스(C)(도 2참조)는 대략 일정하게 유지된다.
도 5는 피스톤(7)의 외주면과 실린더보어(6)의 내주면과의 클리어런스와 실린더보어내의 온도와의 관계를 도시한 그래프이다.
상온(10℃)에서 140℃로 온도가 상승하였을 때, 종래예(용사피막이 피스톤 외주방향으로 연속되어 있다)에서는 클리어런스가 0.040㎛증가하는데 대하여, 본 실시예(용사피막이 피스톤 외주방향으로 복수로 분할되어 있다)에서는 클리어런스가 거의 변화하지 않고 0.010㎛로 유지된다.
또, 복수의 피막부(71)의 피스톤 외주방향의 양단(71a, 71a)이 각각 빗살형상으로 형성되어, 인접하는 피막부(71)끼리 소정의 틈새(72)를 통하여 서로 맞물려서, 피막부(71)와 피막부(71)의 틈새(72)가 구불구불하게 사행형상이므로, 피스톤(7)의 일단쪽의 압축실(29)에서 피스톤(7)의 타단쪽으로 냉매가스(블로우바이가스)가 빠져나가기 어렵게 됨과 동시에, 블로우바이가스가 피막부(71)와 피막부(71)의 틈새(72)를 구불구불 사행하면서 진행할 때에 오일이 분리되고, 그 오일이 피스톤(7)의 외주면과 실린더보어(6)의 내주면과의 사이에 공급된다.
본 실시예의 가변용량형 사판식 압축기에 의하면, 전술한 바와 같이 피스톤( 7)의 외주면과 실린더보어(6)의 내주면과의 클리어런스(C)는 대략 일정하게 유지되므로, 온도상승시의 블로우바이가스를 감소시켜 압축효율을 높일 수 있어서, 성능의 향상을 꾀할 수 있다.
또, 피막부(71)와 피막부(71)의 틈새(72)가 구불구불한 사행형상이고, 피스톤(7)의 일단쪽의 압축실(29)에서 피스톤(7)의 타단쪽으로 냉매가스(블로우바이가스)가 빠져나가기 어렵게 되어, 압축효율의 저하를 방지할 수 있음과 동시에 블로우바이가스가 피막부(71)와 피막부(71)의 틈새(72)를 구불구불 사행하면서 진행할 때에 오일이 분리되어, 그 오일이 피스톤(7)의 외주면과 실린더보어(6)의 내주면과의 사이에 공급되므로 피스톤(7)의 윤활이 촉진되어, 마모, 소부를 더욱 확실하게 방지할 수 있다.
그리고, 상술한 실시예에서는 왕복식 압축기로서 가변용량형 사판식 압축기를 사용한 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 고정용량형 사판식 압축기, 요동판식 압축기, 열형 압축기(크랭크식 압축기) 등의 각종의 왕복식 압축기에 적용가능하다.
이상은 본 발명의 바람직한 태양이지만, 본 발명의 정신 및 범위를 이탈하지 않고 여러 가지 변경이 가능한 것은 당업자에게는 명백할 것이다.

Claims (6)

  1. 실린더블록과, 상기 실린더블록내에 형성되는 복수의 실린더보어와, 상기 실린더보어내에 각각 미끄럼 움직임 가능하게 수용되어 일단과 타단을 가진 복수의 피스톤을 구비하고, 상기 실리더 블록 및 상기 각 피스톤이 각각 알루미늄계 재료로 형성되고, 상기 각 피스톤의 외주면에 상기 알루미늄계 재료보다도 선팽창 계수가 작은 재료로 형성된 용사피막이 도포된 왕복식 압축기에 있어서,
    상기 각 피스톤의 용사피막에 그 피스톤의 상기 일단에서 상기 타단으로 뻗는 적어도 1개의 절결이 형성되고, 상기 적어도 1개의 절결을 통하여 상기 피스톤의 외주면의 일부를 노출시킨 것을 특징으로 하는 개량된 왕복식 압축기.
  2. 제1항에 있어서, 피스톤 외주방향으로 소정간격마다 복수형성된 절결이 상기 적어도 1개의 절결을 구성하는 것을 특징으로 하는 왕복식 압축기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 1개의 절결이 각각 구불구불한 사행형상인 것을 특징으로 하는 왕복식 압축기.
  4. 제2항에 있어서, 제3항과 똑같은 왕복식 압축기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 알루미늄계 재료보다도 선팽창 계수가 작은 재료가 철계재료인 것을 특징으로 하는 왕복식 압축기.
  6. 실린더블록과 상기 실린더블록내에 형성되는 복수의 실린더보어와, 상기 실린더보어내에 각각 미끄럼 움직임 가능하게 수용되는 피스톤을 구비하고, 상기 실린더블록 및 상기 각 피스톤이 각각 알루미늄계 재료로 형성되고, 상기 각 피스톤의 외주면에 철계재료의 용사피막이 도포된 왕복식 압축기에 있어서,
    상기 용사피막이 분할되어 피스톤 축방향의 복수의 피막부가 되고, 인접하는 상기 피막부끼리 소정의 간격을 통하여 서로 맞물리도록 상기 복수의 피막부의 둘레방향의 양단이 각각 빗살형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 개량된 왕복식 압축기.
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