KR100488008B1 - 왕복동식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 크랭크축은 크랭크핀이 회전 방향에 따라 회전 반경을 달리 할 수 있도록 가이드홈이 형성된 크랭크암을 구비하고 있어, 회전 반향에 따라 왕복부재의 왕복 운동을 조절할 수 있다.

따라서, 회전 운동을 왕복 운동으로 또는 그 반대로 변환시키는 한개의 시스템으로 두개의 시스템을 적절히 사용하는 효과를 얻을 수 있어 그 응용범위가 대단히 넓은 장점이 있다.

일예로, 왕복동식 압축기에 적용된 경우 회전 방향에 따라 다른 압축 용량을 보이게 됨으로써, 상황에 적절하게 대처할 수 있는 장점이 있다.

Description

왕복동식 압축기{compressor}

본 발명은 크랭크축에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 회전 방향에 따라 왕복 운동의 왕복 거리를 조절할 수 있는 크랭크축을 구비한 왕복동식 압축기에 관한 것이다.

크랭크축은 왕복 운동을 회전 운동으로 또는 그 반대로 변환시키는 부재로서, 자동차의 엔진, 압축기 등에 널리 사용되는 부재이다.

도 1은 종래의 크랭크축을 나타낸 구조도로서, 일단에 크랭크핀(50)이 설치되어 있는 크랭크암(40)이 연결되어 있는 것을 알 수 있다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 크랭크축(30)은 회전부재(10)에 의하여 회전하게 되는데, 이 때 상기 크랭크암(40)의 크랭크핀(50)은 상기 회전 중심에서 일정 거리 벗어나 있으므로 일정 반경의 원을 그리면서 회전하게 된다. 이러한 크랭크핀에 커넥팅 로드(60)를 통하여 왕복부재(20)를 연결하고 상기 왕복부재를 직선으로만 운동가능한 경로에 위치시키면 상기 왕복부재(20)는 왕복운동을 하게 된다.

상기 왕복부재의 왕복운동에 의하여 상기 회전부재를 회전시키게 되는 예로써는 자동차의 엔진 등이 있으며, 이와 반대로 회전부재의 회전에 의하여 왕복부재를 왕복시키게 되는 예로는 압축기 등이 있다.

도 2는 종래의 크랭크축이 적용된 왕복동식 압축기를 개략적으로 나타낸 구조도이다.

도 2를 참조하면 종래의 왕복동식 압축기는 압축기의 케이스를 이루는 밀폐용기(1)와; 상기 밀폐용기(1)의 내측에 설치되는 프레임(2)과; 상기 프레임(2)의 하측에 설치되는 고정자(3) 및 회전자(4)로 이루어진 구동모터(M)와; 상기 구동모터(M)의 회전자(4) 내경에 결합되고 일측 단부에 편심부가 형성된 크랭크축(30)과; 상기 크랭크축(30)의 편심부와 피스톤(22) 하단부에 각각 연결되어 상기 크랭크축(30)의 회전력을 직선왕복운동으로 변환시키는 커넥팅 로드(60)와; 상기 프레임(2)의 상측에 결합되는 실린더(21)와; 상기 크랭크축(30)의 편심부에 결합되어 있는 커넥팅 로드(60)와 연결되어 상기 실린더(21) 내부를 직선왕복운동하는 피스톤(22) 등으로 구성되어 있다.

그리고 상기 실린더(21)에는 냉매가스가 실린더(21)로 흡입되고 토출되는 흡입밸브와 토출밸브가 설치되어 있으며, 상기 밸브 등은 머플러(8)에 둘러싸여 있다.

동작을 간략하게 살펴보면, 먼저 구동모터(M)의 구동에 의하여 상기 크랭크축(5)이 회전하게 되고 이에 따라 커넥팅 로드(60)도 원을 그리면서 움직이게 된다. 상기 커넥팅 로드(60)는 실린더(21)내에 위치하는 피스톤(22)에 연결되어 있으므로 상기 커넥팅 로드(60)의 원운동은 상기 피스톤(22)을 직선 왕복 운동시키게 된다. 이러한 피스톤(22)의 왕복 운동을 이용하여 유체를 흡입, 압축 및 토출하게 된다.

이상에서 살펴본 바에 의하여 왕복부재의 왕복 거리는 상기 크랭크축(30)의 중심에서 크랭크핀(50)까지의 거리에 의하여 결정되는 것을 알 수 있다. 즉 거리가 먼 경우에는 회전 반경이 커지므로 이에 따라 왕복 운동의 거리도 증가하게 되고 크랭크핀과 회전 중심의 거리가 가까운 경우에는 회전 반경이 작아져 왕복 운동의 거리도 회전 반경만큼 감소하게 된다.

그러나 상기 크랭크핀은 크랭크축에 고정이 되어 있으므로 필요에 따라 왕복부재의 왕복 운동 거리를 조절하지 못하는데, 이는 상황에 따라 최적화된 냉력을 제공하지 못하는 문제점을 야기시키고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 왕복 운동을 회전 운동으로 또는 그 반대로 변환시키는 크랭크축에 있어서, 왕복 운동의 정도를 조절할 수 있는 크랭크축을 구비한 왕복동식 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 크랭크축은 왕복 운동을 회전 운동으로 또는 그 반대로 변환시키는 크랭크축에 있어서,

상기 회전의 중심으로부터 가까운 거리와 그보다 먼거리에 가상의 원을 형성시킬 경우 내측의 원에 접하는 지점에서 시작하여 외측의 원까지 가이드홈이 형성되어 있는 크랭크암과; 상기 크랭크암에 설치되어 상기 왕복 운동을 하는 부재와 연결되며, 회전 방향에 따라 가이드홈을 이동하여 상기 가상의 내측의 원을 따라서 또는 가상의 외측의 원을 따라서 회전하게 되는 크랭크핀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 가이드홈은 직선형 또는 외측으로 휘어진 원호형인 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다.

도 3a는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 크랭크축을 나타낸 구조도이다.

도 3a를 참조하면, 본 실시예에 따른 크랭크축은 일단에 크랭크암(40')이 구비되어 있는데, 상기 크랭크암(40')에는 가이드홈(41)이 형성되어 있어 크랭크핀(50)이 상기 가이드홈(41)을 따라 이동이 가능하게 되어 있다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 가이드홈(41)은 상기 크랭크축의 회전 중심으로부터 가까운 거리와 그보다 먼거리에 가상의 원을 형성시킬 경우 내측의 원에 접하는 지점에서 시작하여 외측의 원까지 형성되는데, 이러한 가이드홈(41)은 크랭크축의 회전방향에 따라 상기 크랭크핀(50)이 상기 가상의 내측원 또는 외측원을 따라 회전될 수 있도록 하고 있다.

이렇게 함으로써, 회전 방향에 따라 상기 크랭크핀(50)의 회전 반경이 변화하게 되어 상기 크랭크핀(50)에 연결되는 왕복부재의 왕복거리를 변화시킬 수 있게 된다.

예를 들어 도 3a에서 상기 가이드홈은 상기 가상의 내측원과 접한 지점에서 시작하여 우측으로 상기 가상의 외측원까지 이어진 직선형으로 형성되어 있는데, 우회전시에는 상기 가상의 내측원 쪽으로 크랭크핀(50)이 이동하여 상기 가상의 내측원을 따라 회전하게 된다.

이와 반대로 좌회전시에는 상기 크랭크핀이 가상의 외측원 쪽으로 이동하여 가상의 외측원을 따라 회전하게 된다.

이는 곧 상기 크랭크핀의 회전 반경의 변화를 가져오게 되어 우회전시와 좌회전시 상기 크랭크핀에 커넥팅 로드(60)가 연결되어 있는 왕복부재의 왕복거리가 달라지게 된다.

따라서 동일한 크랭크축을 사용하는 경우에도 회전 방향에 따라 왕복부재의 왕복거리를 변화시킬 수 있다. 다만 회전에 의하여 발생되는 원심력에 의하여 크랭크핀(50)이 가이드홈(41)에서 미끄러지지 않도록 상기 가이드홈(41)은 가상의 내측원에 접한 상태로 구성하여야 한다.

한편, 상기 크랭크핀(50)은 상기 크랭크암(40')의 일정 부위에 형성되어 왕복부재의 커넥팅 로드(60)가 직접 결합되는 부분으로써, 상기 커넥팅 로드(60)와의 결합부분은 회전에 의한 마찰을 견디어야 하므로 볼 베어링이나 미끄럼 베어링 또는 별도의 윤활제 등이 사용된다.

또한, 상기 크랭크암(40)의 가이드홈(41)을 따라 이동될 수 있도록 상기 크랭크암(40')과 별도로 제작되며, 설치 후의 이탈 방지를 위한 장치도 추가로 구비하여야 한다.

도 3b는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 크랭크축을 나타낸 구조도로서, 상기 크랭크암(40)의 가이드홈(41)이 가상의 내측원에 접하는 지점에서 시작하여 원호상으로 가상의 외측원까지 이어져 있는 것을 알 수 있다.

이렇게 함으로써, 가상의 내측원과 가상의 외측원의 간격을 크게 할 수 있어 이에 따른 왕복부재의 왕복 운동 거리도 그 차이를 심하게 할 수 있다.

즉, 원호형의 가이드홈(41)이 구비된 크랭크암(40')을 구비함으로써, 회전 방향에 가이드홈(41)에 의해서 그려지는 가상원의 반경 차이가 커짐에 따라 크랭크핀(50)에 연결되는 왕복부재의 왕복 거리도 많은 차이를 보이게 된다.

따라서, 가상의 내측원의 반경 R2와 가상의 외측원의 반경 R1의 차이만큼 왕복 운동의 최저점과 최고점에서 차이를 보이게 된다.

다만, 상기 원호형 가이드홈(41)의 원호의 굴곡이 심할 경우에는 회전시의 원심력에 의하여 크랭크핀이 외측으로 미끄러질 수 있으므로 굴곡을 완만하게 하여야 한다.

그 동작을 살펴보면, 우회전시에는 크랭크핀(50)이 가이드홈(41)의 내측으로 이동하여 가상의 내측원을 따라 회전하게 되며, 좌회전시에는 크랭크핀이 가이드홈의 외측으로 이동하여 가상의 외측원을 따라 회전하게 된다. 이와 같이 원호형의 가이드홈은 가상의 내측원과 외측원의 반경차가 크므로 왕복부재의 왕복 운동 변화를 크게 주고자 할 경우 사용된다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 크랭크축이 적용된 왕복동식 압축기를 나타낸 개략도로서, 회전의 중심으로부터 가까운 거리와 그보다 먼거리에 가상의 원을 형성시킬 경우 내측의 원에 접하는 지점에서 시작하여 외측의 원까지 가이드홈(41)이 형성되어 있는 크랭크암(40')과, 상기 가이드홈(41)을 이동하여 상기 가상의 내측의 원을 따라서 또는 가상의 외측의 원을 따라서 회전하게 되는 크랭크핀(50)을 포함하는 크랭크축과; 상기 크랭크핀(50)에 연결되는 커넥팅 로드(60)와; 상기 커넥팅 로드(60)에 연결되어 직선 왕복 운동을 하게 되는 피스톤(22)과 상기 피스톤에 의하여 유체를 흡입 압축하게 되는 실린더(21)로 이루어져 있는 것을 알 수 있다.

보다 상세하게 설명하면, 본 실시예에 따른 왕복동식 압축기는 상기 크랭크축의 회전방향에 따라 압축 용량을 달리하는 것을 특징으로 하고 있는데, 이는 상기 커넥팅 로드(60)에 연결된 상기 크랭크핀(50)이 크랭크암(40')에 형성된 가이드홈(41)을 따라 이동하기 때문에 가능하다.

상기 커넥팅 로드(60)는 일측에 슬리브(61)가 형성되어 있어 상기 크랭크핀(50)과 연결되며, 상기 크랭크핀(50)이 연결된 크랭크축의 회전 운동을 왕복 운동으로 변환시킨다.

상기 피스톤(22)은 상기 커넥팅 로드(60)에 연결되어 실질적인 왕복 운동을 하게 되는 부재로서, 상기 실린더(21)의 내에서 유체를 흡입 압축시키는 역할을 하게 된다. 이때 상기 피스톤(22)의 상사점과 하사점의 결정은 상기 크랭크축의 회전 방향에 의하여 결정된다. 상술했듯이 상기 크랭크핀이 회전방향에 따라 가이드홈의 다른 위치에 위치함으로써, 회전 반경에 차이를 보이게 되고 이에 따라 상기 피스톤의 운동 정도도 변화하게 되는 것이다. 따라서, 사용자는 압축 용량이 다른 두개의 왕복동식 압축기를 사용하는 효과를 얻을 수 있다.

본 실시예에서는 원호형 가이드홈(41)을 적용하여 반경 변화가 큰 경우를 예로 들었으나, 직선형 가이드홈(41)을 적용하는 경우도 반경 변화의 차이만 있을 뿐 다른 구성과 동작은 동일하다.

도 5a와 5b는 상기한 왕복동식 압축기의 동작을 나타낸 개략도로서, 먼저 도 5a는 원호형 가이드홈(41)이 형성된 크랭크암(40)을 구비하는 크랭크축이 좌회전하는 경우를 나타낸 도면으로서, 이에 따르면 좌회전에 따라 크랭크핀(50)이 가이드홈의 외측으로 이동해서 회전하고 있다. 따라서, 상기 크랭크핀이 가상의 외측원을 따라 회전하게 됨으로써, 실린더(21)내의 피스톤(22)은 거리 d만큼 상사점과 하사점사이를 왕복하게 된다.

상기 크랭크축이 우회전하는 경우는 도 5b와 같이 크랭크핀(50)이 가이드홈(41)의 내측으로 이동해서 회전하게 된다. 따라서, 상기 가이드핀(50)은 가상의 내측원을 따라 회전하게 되어 상기 피스톤(22)은 거리 d'만큼 왕복 운동을 하게 된다.

이상에서 살펴본 바에 의하여 원호형 가이드홈이 형성된 경우에는 회전 방향에 따른 크랭크핀의 회전 반경 차이가 커져 왕복부재인 피스톤의 왕복 거리도 많은 차이를 보이게 된다. 따라서, 상황에 따라 압축 용량의 변화를 크게 줄 필요가 있을 때 원호형 가이드홈을 사용하며, 압축 용량의 변화를 작게 줄 필요가 있을 때에는 직선형 가이드홈이 구비된 크랭크축을 사용하면 된다.

이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 왕복동식 압축기는 크랭크핀이 회전 방향에 따라 회전 반경을 달리 할 수 있도록 가이드홈이 형성된 크랭크암을 구비하는 크랭크 축을 포함하고 있어, 회전 반경에 따라 왕복부재의 왕복 운동을 조절할 수 있다.

따라서, 회전 운동을 왕복 운동으로 또는 그 반대로 변환시키는 한개의 시스템으로 두개의 시스템을 적절히 사용하는 효과를 얻을 수 있어 그 응용범위가 대단히 넓은 장점이 있다.

일예로, 왕복동식 압축기에 적용된 경우 회전 방향에 따라 다른 압축 용량을 보이게 됨으로써, 상황에 적절하게 대처할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 크랭크축을 나타낸 구조도.

도 2는 종래의 크랭크축이 적용된 왕복동식 압축기를 개략적으로 나타낸 구조도.

도 3a는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 크랭크축을 나타낸 구조도.

도 3b는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 크랭크축을 나타낸 구조도.

도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 크랭크축이 적용된 왕복동식 압축기를 나타낸 개략도.

도 5a와 5b는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 크랭크축이 적용된 왕복동식 압축기의 동작을 나타낸 개략도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10...회전부재 20...왕복부재

30...크랭크축 40, 40'...크랭크암

50...크랭크핀 60...커넥팅 로드

21...실린더 22...피스톤

23...밸브 플레이트 24...흡입 밸브

25...토출 밸브 26...헤드 커버

41...가이드홈

Claims (4)

1. 왕복동식 압축기에 있어서,

   회전의 중심으로부터 가까운 거리와 그보다 먼거리에 가상의 원을 형성시킬 경우 내측의 원에 접하는 지점에서 시작하여 외측의 원까지의 가이드 홈이 형성되어 있는 크랭크 암과, 상기 크랭크 암의 회전 방향에 따라 상기 가이드 홈을 이동하여 상기 가이드 홈의 내측 원 또는 외측 원을 따라서 회전하게 되는 크랭크 핀을 포함하는 크랭크 축과;

   상기 크랭크 축을 회전시키는 모터와;

   일단이 상기 크랭크 핀에 연결되어, 크랭크 핀의 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 변환시켜 주는 커넥팅 로드 및,

   상기 커넥팅 로드의 타단에 연결되어 상기 내측 원 또는 외측 원을 따라 직선 왕복운동하여, 그 직선 왕복 운동 거리에 따라 실린더 내의 유체의 흡입 및 압축 용량을 변화시켜 주는 피스톤

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 가이드 홈은 상기 크랭크 핀의 회전 반경의 변화가 적은 직선형 가이드 홈 또는 상기 크랭크 핀의 회전 반경의 변화가 상대적으로 큰 원호형 가이드 홈인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 크랭크 암이 좌회전하는 경우 상기 크랭크 핀이 가이드 홈의 외측으로 이동하고, 상기 크랭크 암이 우회전하는 경우 상기 크랭크 핀이 가이드 홈의 내측으로 이동하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 커넥팅 로드는 일단에 슬리브가 형성되어, 상기 크랭크 핀과 연결되며 상기 크랭크 핀이 연결된 크랭크 축의 회전 운동을 왕복운동으로 변환시켜 주는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.