KR100504864B1 - 왕복동식 압축기의 과열 방지 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 과열 방지 구조에 관한 것으로, 본 발명은 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터와, 이 왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 프레임에 삽입 고정한 실린더 내에서 왕복운동을 하는 피스톤을 구비한 압축 유니트와, 압축 유니트의 실린더의 외주면에 윤활유를 순환 공급하도록 윤활유 흡입유로와 윤활유 배출유로를 구비한 윤활유 공급유니트를 포함하여서 된 왕복동식 압축기에 있어서, 프레임의 외측면에 실린더를 지지하는 복수 개의 실린더고정돌부를 원주방향으로 일정 간격만큼 이격하여 돌출 형성함으로써, 실린더의 외주면을 실린더고정돌부 사이로 노출시켜 공기와 실린더의 외주면을 접촉시킬 수 있고 이를 통해 실린더 내부에서 발생하는 압축열을 효과적으로 냉각시켜 압축기 효율을 높일 수 있다.

또, 실린더를 실린더고정돌부에 지지하기 위한 플랜지부를 상기한 실린더의 전방측 끝단에 형성함에 따라 실린더의 노출측 두께를 줄일 수 있고 이를 통해 실린더로 전달된 압축열이 보다 빨리 방열되도록 할 수 있다.

Description

왕복동식 압축기의 과열 방지 구조{STRUCTURE FOR PREVENTING OVERHEAT OF RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 윤활유와 실린더의 접촉면적을 넓혀 압축실의 과열을 방지하는 왕복동식 압축기의 과열 방지 구조에 관한 것이다.

일반적으로 왕복동식 압축기는 피스톤이 선형으로 움직이면서 가스를 흡입 압축하는 것으로, 이러한 왕복동식 압축기는 크게 구동모터의 회전운동을 피스톤의 왕복운동으로 전환시켜 가스를 흡입 압축하는 방식과 구동모터가 직선으로 왕복운동을 하면서 피스톤을 왕복운동시켜 가스를 흡입 압축하는 방식이 있다.

도 1은 후자에 속하는 종래 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 2는 종래 압축기구부에서 전방프레임과 실린더를 분리하여 보인 사시도이다.

이에 도시한 바와 같이 종래의 왕복동식 압축기는 저면에 일정량의 윤활유를 채우고 가스흡입관(SP) 및 가스토출관(DP)을 연통 설치하는 케이싱(10)과, 케이싱(10)의 내부에 탄력적으로 설치하는 프레임 유니트(20)와, 프레임 유니트(20)에 고정하여 가동자(33)가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터(30)와, 왕복동식 모터(30)의 가동자(33)에 결합하여 상기한 프레임 유니트(20)로 지지하는 압축 유니트(40)와, 왕복동식 모터(30)의 가동자(33)를 운동방향으로 탄력 지지하여 공진운동을 유도하는 공진스프링 유니트(50)와, 프레임 유니트(20)에 장착하여 케이싱(10)의 윤활유를 압축 유니트(40)의 미끄럼부로 공급하는 윤활유 공급 유니트(60)로 구성하고 있다.

프레임 유니트(20)는 압축 유니트(40)를 지지하는 전방프레임(21)과, 전방프레임(21)에 결합하여 왕복동식 모터(30)의 전방측을 지지하는 중간프레임(22)과, 중간프레임(22)에 결합하여 왕복동식 모터(30)의 후방측을 지지하는 후방프레임(23)으로 이루어져 있다.

전방프레임(21)은 그 중앙에 실린더구멍(21a)을 피스톤방향으로 관통 형성하고, 실린더구멍(21a)의 주변에는 압축 유니트(40)의 실린더를 지지하여 토출커버(44A)로 체결하기 위한 실린더고정돌부(21b)를 일정 높이로 돌출 형성하며, 실린더고정돌부(21b)의 하부에는 윤활유 공급 유니트(60)에서 펌핑한 윤활유를 압축 유니트(40)로 유도하는 윤활유 흡입구멍(21c)을 형성하고, 실린더고정돌부(21b)의 상부에는 압축 유니트(40)를 거친 윤활유를 케이싱(10)으로 배출하는 윤활유 배출구멍(21d)을 형성하고 있다. 또, 실린더구멍(21a)의 내주면에는 윤활유 흡입구멍(21c)의 출구와 윤활유 배출구멍(21d)의 입구가 연통하여 일정량의 윤활유를 담유하는 윤활유포켓(21e)을 환형으로 음형지게 형성하고 있다.

윤활유 흡입구멍(21c)과 윤활유 배출구멍(21d)은 도 3에서와 같이 윤활유포켓(21e)에 연통하는 출구와 입구가 측면투영시 대체로 동일한 수직선상에 위치하도록 형성하고 있다.

왕복동식 모터(30)는 중간프레임(22)과 후방프레임(23) 사이에 설치하는 외측고정자(31)와, 외측고정자(31)와 일정 간격을 두고 결합하여 후방프레임(21)에 삽입 고정하는 내측고정자(32)와, 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이에 설치하여 직선으로 왕복운동을 하는 가동자(33)로 이루어져 있다.

압축 유니트(40)는 전방프레임(21)에 일체로 형성하는 실린더(41)와, 왕복동식 모터(30)의 가동자(33)에 결합하여 실린더(41)의 압축공간(P)에서 왕복운동을 하는 피스톤(42)과, 피스톤(42)의 선단에 장착하여 그 피스톤(42)의 흡입유로(F)를 개폐하면서 냉매가스의 흡입을 제한하는 흡입밸브(43)와, 실린더(41)의 토출측에 장착하여 압축공간(P)을 개폐하면서 압축가스의 토출을 제한하는 토출밸브 조립체(44)로 이루어져 있다.

공진스프링 유니트(50)는 가동자(33)와 피스톤(42)의 연결부에 결합하는 스프링 지지대(51)와, 스프링 지지대(51)를 중심으로 그 전방측을 지지하는 전방측 공진스프링(52)과, 스프링 지지대(51)의 후방측을 지지하는 후방측 공진스프링(53)으로 이루어져 있다.

윤활유 공급 유니트(60)는 프레임 유니트(20)와 함께 진동하면서 케이싱(10) 내의 윤활유를 펌핑하도록 윤활유 피더(61)를 전방프레임(21)의 하반부에 장착하여 이루어져 있다.

도면중 미설명 부호인 21f는 통풍구멍, 44B는 토출밸브, 44C는 밸브스프링, t는 윤활유 흡입구멍의 출구와 윤활유 배출구멍의 입구간 간격이다.

상기와 같은 종래 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 왕복동식 모터(30)에 전원을 인가하여 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이에 플럭스(flux)를 형성하면, 그 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이의 공극에 놓인 가동자(33)가 플럭스의 방향에 따라 움직이면서 공진스프링 유니트(50)에 의해 지속적으로 왕복운동을 하고, 이와 함께 피스톤(42)이 실린더(41)의 내부에서 왕복운동을 하면서 압축공간(P)의 체적이 변화하여 냉매가스를 압축공간으로 흡입 압축하였다가 토출하는 일련의 과정을 반복한다.

이때, 피스톤(31)의 왕복운동에 의한 진동으로 윤활유 피더(61)가 함께 진동을 하면서 관성에 의해 케이싱(10)의 윤활유를 펌핑하고, 이 윤활유는 윤활유 흡입구멍(21c)을 통해 전방프레임(21)의 실린더구멍(21a)과 이에 대응하는 실린더(41) 사이의 윤활유포켓(21e)으로 유입하여 실린더(41)의 압축열을 흡수한 후 윤활유 배출구멍(21c)을 따라 케이싱(10)으로 복귀하면서 회수되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기에 있어서는, 전방프레임(21)의 실린더고정돌부(21b)가 압축실(P)이 위치하는 실린더 전방부의 전체를 감쌈에 따라 방열을 차단하여 실린더의 냉각 효과가 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 실린더의 전방부를 노출시켜 냉각 효과를 높일 수 있는 왕복동식 압축기의 과열 방지 구조를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터와, 이 왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 프레임에 삽입 고정한 실린더 내에서 왕복운동을 하는 피스톤을 구비한 압축 유니트와, 압축 유니트의 실린더의 외주면에 윤활유를 순환 공급하도록 윤활유 흡입유로와 윤활유 배출유로를 구비한 윤활유 공급유니트를 포함하여서 된 왕복동식 압축기에 있어서, 프레임의 외측면에 실린더를 지지하는 복수 개의 실린더고정돌부를 원주방향으로 일정 간격만큼 이격하여 돌출 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 과열 방지 구조를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 과열 방지 구조를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 압축기구부에서 전방프레임과 실린더를 분리하여 보인 사시도이고, 도 5는 본 발명 전방프레임을 보인 정면도이며, 도 6은 본 발명 오일포켓에서의 윤활유 순환 상태를 보인 전방프레임의 종단면도이고, 도 7은 본 발명 압축기구부의 전방프레임과 실린더에 대한 변형예를 보인 종단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 과열 방지 구조는, 케이싱(도 1에 도시)(10) 내부의 윤활유를 펌핑하여 압축 유니트(도 1에 도시)(40)의 실린더(110)를 냉각하는 동시에 압축실(도 1에 도시)(P)이 위치하는 전방측은 케이싱(10) 내부의 찬 냉매가스로 접촉하여 냉각하는 것이다.

이를 위해 실린더(110)를 지지하는 전방프레임(120)에는 그 중앙에 실린더구멍(121)을 피스톤방향으로 관통 형성하고, 실린더구멍(121)의 주변에는 실린더(110)를 지지하여 토출커버(도 1에 도시)(44A)로 체결하기 위한 복수 개의 실린더고정돌부(122)를 일정 간격으로 돌출 형성하며, 실린더고정돌부(122)의 하반부 중앙에는 윤활유피더(도 1에 도시)(61)의 출구측에 연통하는 윤활유 흡입구멍(123)을 형성하고, 실린더고정돌부(122)의 상반부에는 윤활유 배출구멍(124)을 형성하며, 윤활유흡입구멍(123)의 출구와 윤활유배출구멍(124)의 입구가 연통하도록 전방프레임(120)의 실린더구멍(121) 내주면과 실린더(110)의 외주면 사이에 소정의 체적을 가지는 윤활유포켓(125)을 형성한다.

실린더고정돌부(122)는 원주방향으로 대략 90°간격을 두고 복수 개(도면에선 4개)를 돌출 형성하는 것으로, 각 실린더고정돌부(122)의 선단면 안쪽에는 실린더(110)의 플랜지부(112)가 안착하는 실린더안착홈(122a)을 원호형으로 형성하고, 바깥쪽에는 토출커버(44A)를 볼트 체결하기 위한 커버체결구멍(122b)을 피스톤운동방향으로 형성한다.

여기서, 실린더몸체(111)의 전방단에는 실린더고정돌부(122)의 실린더안착홈(122a)에 얹히는 플랜지부(112)를 반경방향으로 연장 형성하되, 이 플랜지부(112)는 실린더몸체(111)의 전방측 두께를 최소화하도록 그 선단면이 실린더고정돌부(122)의 선단면과 대략 일치하도록 형성하는 것이 바람직하다.

또, 실린더고정돌부(122)의 원주방향 길이는 각 실린더고정돌부(122) 사이의 간격이 넓게 형성될 수 있도록 가능한한 최소 길이로 형성하는 것이 바람직하다.

윤활유 흡입구멍(123)의 입구와 윤활유 배출구멍(124)의 출구는 각각 상기한 실린더고정돌부(122) 사이에 원주방향으로 대략 180°의 위상차를 두고 형성하는 것이 윤활유 흡입구멍(123)과 윤활유 배출구멍(124)을 보다 수평방향에 근접하게 할 수 있어 윤활유의 공급에 유리하다.

또, 윤활유 흡입구멍(123)의 출구와 윤활유 배출구멍(124)의 입구도 원주방향으로 대략 180°의 위상차를 두고 형성하는 것이 윤활유포켓(125) 내에서의 윤활유를 대향류로 유도하는데 바람직하다.

윤활유포켓(116)은 도 5 및 도 6에서와 같이 실린더구멍(121)의 내주면 전방단과 중간에 돌출하여 실린더(110)의 외주면을 밀착 지지하는 복수 개의 실린더지지돌조(121a)(121b)에 의해 형성하되, 이 중에서 후방측에 위치하는 실린더지지돌조(121b)는 실린더(110)의 피스톤방향 중간쯤에 형성하는 것이 바람직하다. 이를 통해, 실린더구멍(121)의 후방단 내주면과 이에 대응하는 실린더(110)의 후방단 외주면 사이에는 대략 윤활유포켓(125)의 높이와 동일한 높이로 공기유동부(126)를 형성하여 프레임 유니트(도 1에 도시)(20) 내부의 공기가 실린더(110)의 외주면과 접촉할 수 있도록 하기 위함이다.

한편, 도 7에서와 같이 실린더구멍(121)의 길이를 실린더(110)의 길이 보다 짧게 후방측 실린더 지지돌조(121b)에서 절단하여 프레임 유니트 내부의 공기가 실린더(110)의 외주면 일부와 접촉할 수 있도록 할 수도 있다.

도면중 미설명 부호인 127은 통풍구멍이다.

상기와 같은 본 발명 왕복동식 압축기의 과열 방지 구조는 다음과 같은 작용 효과를 갖는다.

즉, 도 1과 도 4 그리고 도 5를 참조하여 왕복동식 모터(30)에 전원을 인가하면, 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이에 플럭스(flux)를 형성하고, 가동자(33)가 플럭스의 방향에 따라 움직이면서 공진스프링 유니트(50)에 의해 지속적으로 왕복운동을 하며, 이와 함께 피스톤(42)이 실린더(110)의 내부에서 왕복운동을 하면서 냉매가스를 흡입 압축 토출한다.

이 과정중에 윤활유피더(61)가 프레임 유니트(20)와 함께 진동하면서 케이싱(10) 내의 윤활유를 압축 유니트(40)로 펌핑하고, 이 윤활유는 윤활유 흡입구멍(123)을 따라 전방프레임(120)과 실린더(110) 사이의 윤활유포켓(125)으로 유입되어 일부는 실린더(110)와 피스톤(42) 사이로 공급되는 반면 나머지는 윤활유포켓(125)을 거쳐 곧바로 윤활유 배출구멍(124)을 통해 케이싱(10)으로 다시 회수되는 일련의 과정을 반복한다.

이때, 전방프레임(120)의 실린더구멍(121) 주변에는 실린더(110)의 선단을 지지하기 위한 실린더고정돌부(122)를 돌출 형성하되, 이 실린더고정돌부(122)는 원주방향으로 소정의 간격을 두고 복수 개로 형성함에 따라 각 실리더고정돌부(122) 사이에는 빈 공간이 존재하여 이 빈 공간을 통해 공기와 실린더(110)의 외주면이 접촉하면서 실린더(110)로 전달되는 압축열을 냉각하게 된다.

또, 도 6에서와 같이 실린더구멍(121)과 실린더(110)의 후방단에 공기유통부(126)를 형성하거나 또는 도 7에서와 같이 실린더구멍(121)의 길이를 실린더(110)의 길이 보다 짧게 형성하여 실린더(110)의 후방단이 노출되도록 형성하는 경우에는 프레임 유니트(20) 내부의 공기가 실린더(110)와 접촉하여 실린더 전체로 전열된 압축열을 냉각할 수 있다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 과열 방지 구조는, 실린더의 선단을 지지하는 실린더고정돌부를 원주방향으로 일정 간격을 두고 복수 개로 형성함으로써, 실린더의 외주면을 실린더고정돌부 사이로 노출시켜 공기와 실린더의 외주면을 접촉시킬 수 있고 이를 통해 실린더 내부에서 발생하는 압축열을 효과적으로 냉각시켜 압축기 효율을 높일 수 있다.

또, 실린더를 실린더고정돌부에 지지하기 위한 플랜지부를 상기한 실린더의 전방측 끝단에 형성함에 따라 실린더의 노출측 두께를 줄일 수 있고 이를 통해 실린더로 전달된 압축열이 보다 빨리 방열되도록 할 수 있다.

도 1은 종래 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도,

도 2는 종래 압축기구부에서 전방프레임과 실린더를 분리하여 보인 사시도,

도 3은 종래 오일포켓에서의 윤활유 순환 상태를 보인 전방프레임의 종단면도,

도 4는 본 발명 압축기구부에서 전방프레임과 실린더를 분리하여 보인 사시도,

도 5는 본 발명 전방프레임을 보인 정면도,

도 6은 본 발명 오일포켓에서의 윤활유 순환 상태를 보인 전방프레임의 종단면도,

도 7은 본 발명 압축기구부의 전방프레임과 실린더에 대한 변형예를 보인 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

110 : 실린더 111 : 실린더몸체

112 : 플랜지부 120 : 전방프레임

121 : 실린더구멍 121a,121b : 실린더지지돌조

122 : 실린더고정돌부 122a : 실린더안착홈

123 : 윤활유 흡입구멍 124 : 윤활유 배출구멍

125 : 윤활유포켓 126 : 공기유통부

Claims (5)

1. 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터와, 이 왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 프레임에 삽입 고정한 실린더 내에서 왕복운동을 하는 피스톤을 구비한 압축 유니트와, 압축 유니트의 실린더의 외주면에 윤활유를 순환 공급하도록 윤활유 흡입유로와 윤활유 배출유로를 구비한 윤활유 공급유니트를 포함하여서 된 왕복동식 압축기에 있어서,

   프레임의 외측면에 실린더를 지지하는 복수 개의 실린더고정돌부를 원주방향으로 일정 간격만큼 이격하여 돌출 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 과열 방지 구조.
2. 제1항에 있어서,

   실린더고정돌부의 선단면에는 안쪽에 원호 형상으로 실린더안착홈을 형성하고, 이 실린더안착홈에 얹혀 지지되도록 실린더의 전방단에는 그 선단면이 상기한 실린더고정돌부의 선단면과 거의 일치하도록 반경방향으로 플랜지부를 연장 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 과열 방지 구조.
3. 제1항에 있어서,

   실린더의 흡입측 끝단이 프레임 안에 은폐되도록 프레임의 끝단보다 길지 않게 형성하되, 실린더의 흡입측 끝단 외주면과 이에 대응하는 프레임 내주면 사이에 윤활유포켓의 높이만큼의 공기유통부를 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 과열 방지 구조.
4. 제1항에 있어서,

   실린더의 흡입측 끝단이 프레임 밖으로 노출되도록 프레임의 끝단보다 길게 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 과열 방지 구조.
5. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서,

   윤활유 흡입유로의 입구와 윤활유 배출유로의 출구는 각각 실린더고정돌부 사이에 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 과열 방지 구조.