KR100693189B1 - 압축기의 피스톤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼 조인트형 커넥팅 로드가 피스톤에 연결된 구조를 갖는 압축기의 피스톤 연결구조에 있어서 피스톤과 볼 조인트 사이의 마찰을 감소시켜 압축기의 효율과 신뢰성이 향상되도록 하는 압축기의 피스톤에 관한 것이다. 이를 위하여 압축기의 실린더 블록 내에서 왕복운동으로 냉매를 흡입하여 압축하고 상기 압축된 냉매가 토출되도록 하는 피스톤과, 상기 피스톤의 후방에 형성된 볼 수용홈에 압입되는 볼과, 상기 볼에 연결되어 상기 피스톤이 왕복운동을 하도록 하는 커넥팅 로드를 갖는 압축기에 있어서, 상기 실린더 블록 내부와 상기 피스톤의 볼 수용홈 사이에 압력의 평형이 발생할 수 있도록 상기 피스톤을 관통하는 적어도 하나의 관통공을 형성한 것을 특징으로 한다. 따라서, 압축기 운전시에 피스톤과 볼 사이의 접촉부에 발생되는 마찰력이 감소되도록 하는 장점이 있다.

압축기, 볼 조인트, 피스톤

Description

압축기의 피스톤{Piston of Compressor}

도 1 은 일반적인 압축기의 구조를 나타낸 단면도.

도 2 는 종래의 압축기 볼조인트 구조를 나타낸 단면도.

도 3 은 본 발명에 따른 압축기의 피스톤 구조를 나타낸 단면도.

도 4 는 도 3의 일 실시예에 따른 압축기의 피스톤을 나타낸 평면도.

도 5 는 도 3의 다른 실시예에 따른 압축기의 피스톤을 나타낸 평면도.

도 6 은 도 3의 피스톤에 발생하는 압력의 분포를 나타낸 예시도.

도 7 은 도 3의 볼 조인트에 발생하는 압력의 분포를 나타낸 예시도.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

100: 피스톤 110: 관통공

120: 볼 수용홈 130: 원주단부

140: 가이드 홈 200: 볼

210: 커넥팅 로드 220: 접촉부

300: 가이드 링

본 발명은 압축기의 피스톤에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 볼 조인트형 커넥팅 로드가 피스톤에 연결된 구조를 갖는 압축기의 피스톤 연결구조에 있어서 피스톤과 볼 조인트 사이의 마찰을 감소시켜 압축기의 효율과 신뢰성이 향상되도록 하는 압축기의 피스톤에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 것으로, 왕복동형, 회전형 및 터보형이 있다. 이러한 압축기가 냉장고용으로 사용되는 경우, 냉장고 내부를 저열원으로 하고 외부를 고열원으로 하는 저비등점의 냉매의 포화증기를 고압으로 압축하여 응축기로 유동시킨다.

응축기에서는 고압, 고열의 냉매로부터 증발의 잠열이 냉장고 외부의 고열원으로 방출되어 액체상태의 냉매로 상변화를 일으키고는 이 액상의 냉매가 팽창밸브를 통과하여 저압, 저온으로 스로틀링 된 후, 증발기로 유입된다.

증발기에서 그 저압, 저온의 냉매는 대부분 액상으로 냉장고 내부의 저열원으로부터 잠열을 흡수하여 포화증기상태의 냉매로 상변화를 일으킨 후, 다시 상술한 압축기로 유입됨으로써 냉동사이클을 구성하게 된다.

이와 같은 냉동사이클을 반복하는 가운데에 냉장고 내부는 지속적으로 냉기를 공급받아 원하는 냉동 및 냉장 효과를 얻을 수 있게 된다.

통상의 가정용 냉장고용 압축기는 주로 1단의 왕복동형으로 그 구동 전기모터와 함께 케이스내에 밀폐된 채 냉장고의 하부에 설치되며, 압축기의 구조는 도 1에 나타낸 바와 같다.

이러한 압축기에 있어서, 방음, 방진 및 냉매의 누설을 방지하기 위하여 전 기모터 및 압축기가 하부 케이스(11) 및 상부 케이스(12)의 내부에 밀폐되게 수납되며, 또한 그 상부 및 하부 케이스(12 및 11)와는 소정의 간격을 두고 적당한 방진 및 방음 수단, 예를 들면 압축스프링 내지는 판스프링으로 그 상부 및 하부 케이스(12 및 11)에 하부 내지는 측부에서 프레임(24)을 통해 지지된다.

상술한 압축기는 도 1에서 횡형으로 프레임(24)의 상부에 고정되는 실린더 블록(13)과 그 내부의 실린더에 왕복 운동가능하게 삽입되는 피스톤(14)을 구비하며, 피스톤(14)의 왕복운동에 의해 실린더 블록(13)의 좌측 단부에 설치된 흡입 및 토출 밸브(15)를 통해 저압, 저온의 냉매가스가 흡입되고, 실린더 블록(13)에서 가압된 고압, 고온의 냉매가스가 토출된다.

이러한 흡입 및 토출 밸브(15)는 소형화를 위하여 통상 탄성을 지니는 플랩퍼(flapper) 내지는 리드(reed)형 박판 구조로 구성되며, 그 플랩퍼 내지는 리드형 흡입 및 토출 밸브(15)는 양면에 작용하는 압력차에 의해 피동적으로 개폐된다.

이와 같이 구성되는 왕복동형 압축기에 있어서, 피스톤(14)의 후진 운동시 상기 저압, 저온의 냉매가스는 상기 상부 케이스(12) 내지는 하부 케이스(11)에 밀폐되게 고정된 연결용 흡입파이프 및 흡입머플러를 통하여 외부의 증발기(도시하지 않음)로부터 흡입 및 토출 밸브(15)의 흡입용 리드 밸브로 유입된다.

또한, 피스톤(14)의 전진 운동시에 상기 압축기에서 토출된 고압, 고온의 냉매가스는 그 흡입 및 토출 밸브(15)의 토출 밸브로부터 토출 파이프 및 상기 상부 케이스(12) 내지는 하부 케이스(11)에 밀폐되도록 고정된 토출 파이프 연결관을 거쳐 외부의 응축기(도시하지 않음)로 송출된다.

냉장고 작동소음의 대부분을 차지하는 압축기 소음은 피스톤(14)의 왕복운동, 흡입 및 토출밸브(15)의 개폐 충격, 냉매가스의 흡입 및 토출 압력의 맥동 등에 의해 발생하며, 그 중 냉매가스의 흡입 및 토출 압력의 맥동에 의한 소음을 감소시키기 위해 흡입파이프로 유입된 냉매가스는 상부 케이스(12) 및 하부 케이스(11) 내부에 충전된 채, 흡입머플러를 통해 실린더(13)로 흡입되고, 실린더(13)에서 압축된 냉매는 토출 머플러를 통하여 토출 파이프로 토출된다.

한편, 전기모터는 프레임(24)의 하부에 고정되게 설치되는 고정자와 상기 고정자와 간극을 두고 회전하는 회전자로 구성되고, 상기 회전자는 회전축(20)에 고정되어 함께 회전하도록 프레임(24)에 회전가능하게 지지된다. 상기 전기모터의 회전축(20)의 단부에 그 프레임(24)의 상부로 편심축(21)을 돌출되게 형성하여 피스톤(14)을 연결봉 및 축수를 통해 편심축(21)에 연결함으로써 이 편심축(21)의 편심회전량 만큼 피스톤(14)이 왕복 운동하게 된다.

또한, 상기 전기모터의 고정자의 권선 코일에는 상부 케이스(12) 및 하부 케이스(11)에 밀폐되게 고정되는 외부단자(18)를 통해 외부 전원이 인가된다.

상술한 바와 같이 작동하는 압축기 및 구동 모터의 원활한 운전을 위해 하부 케이스(11)의 바닥에 냉동기유가 저장되도록 냉동기유 저유조(25)를 형성하고 회전축(20)의 윤활유 공급용 홈을 따라 상부로 흡입되면서 각 윤활부위에 냉동기유를 공급하여 윤활작용을 하게 하고 있다.

도 2에는 종래의 압축기의 볼 조인트형 피스톤 조립체가 일예로서 상세히 도시된다. 압축기의 볼 조인트형 피스톤 조립체는, 후방에 볼 수용홈(14')이 형성된 피스톤(14)과, 볼(31), 커넥팅 로드(32) 및 커넥팅 로드 링(33)으로 구성된다.

이러한 피스톤(14)은 볼 수용홈(14')과 함께 대개 단조에 의해 제조되며, 볼(31)과 커넥팅 로드(32) 및 커넥팅 로드 링(33)은 서로 용접이나 나사체결에 의해 일체로 교정되거나, 일체로 형성될 수도 있다.

이와 같이 제조된 피스톤(14)과, 볼(31), 커넥팅 로드(32) 및 커넥팅 로드 링(33)은 볼(31)이 피스톤(14)에 압입되고 볼 수용홈(14')의 원주 단부(14'')가 압착되어 볼(31)이 피스톤(14)의 볼 수용홈(14') 내에서 구면접촉을 하게 되어 볼 조인트를 구성한다.

또한, 커넥팅 로드 링(33)은 편심축에 대해 회전운동 가능하게 삽입되며, 회전자의 회전운동에 의해 회전축(20)과 함께 회전운동하는 편심축(21)을 통해 볼(31), 커넥팅 로드(32) 및 커넥팅 로드 링(33)과 피스톤(14)이 실린더(13) 내에서 왕복운동을 하게 된다.

그러나 종래의 볼 조인트형 피스톤은 실린더 내부와 외부의 압력 차이로 발생하는 피스톤의 하중이 모두 볼(31)로 전달되어 볼 수용홈(14')과 볼(31)이 마찰되는 접촉부(14a)에 집중됨으로써 볼(31)의 접촉부(14a)가 급격히 마모되는 문제점이 있다.

또한, 접촉부(14a)가 마모됨으로써 피스톤(14)의 유격이 발생하거나 볼 수용홈(14')으로부터 볼(31)이 빠지는 문제점이 있어 압축기의 신뢰성에 큰 영향을 주게 된다.

따라서 본 발명은 압축기의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 볼 조인트 연결 구 조를 개선한 개량형 압축기를 제안하고자 한다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 압축기 운전시에 피스톤과 볼 사이의 접촉부에 발생되는 마찰력이 감소되도록 하고, 피스톤으로부터 볼에 전달되는 압력의 하중이 분산되도록 하는 압축기의 피스톤을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 압축기의 실린더 블록 내에서 왕복운동으로 냉매를 흡입하여 압축하고 상기 압축된 냉매가 토출되도록 하는 피스톤과, 상기 피스톤의 후방에 형성된 볼 수용홈에 압입되는 볼과, 상기 볼에 연결되어 상기 피스톤이 왕복운동을 하도록 하는 커넥팅 로드를 갖는 압축기에 있어서, 상기 실린더 블록 내부와 상기 피스톤의 볼 수용홈 사이에 압력의 평형이 발생할 수 있도록 상기 피스톤을 관통하는 적어도 하나의 관통공을 형성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 관통공은 상기 피스톤의 중심에 형성하는 것이 바람직하고, 상기 관통공은 상기 피스톤의 중심부로부터 방사 방향으로 다수 형성하는 것도 가능하다.

또한, 상기 피스톤의 중심부로부터 방사방향으로 형성된 관통공은 상기 피스톤의 볼 수용홈과 상기 볼이 마찰되는 접촉부 사이에 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 관통공은 상기 실린더 블록 내부의 압력이 상기 볼의 전면 중앙 에 전달되도록 하여 상기 피스톤의 볼 수용홈과 상기 볼 사이의 마찰력이 분산되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 실린더 블록의 내부와 피스톤의 볼 수용홈이 관통되도록 관통공을 형성한 피스톤은 상기 볼이 상기 피스톤의 볼 수용홈에 밀착되도록 상기 볼 수용홈의 단부와 상기 볼 사이에 가이드 링을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는 상기 피스톤의 볼 수용홈 내측 단부에 상기 가이드 링이 안착되도록 가이드 홈을 형성한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명의 명확한 설명을 위하여 종래 기술과 동일한 구성에 대한 반복적인 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명에 따른 압축기의 피스톤 구조를 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 3의 일 실시예에 따른 압축기의 피스톤을 나타낸 평면도이다.

도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 피스톤(100)은 실린더 블록(13: 도 2 참조)의 내부와 볼 조인트의 볼(200)이 수용되도록 하는 볼 수용홈(120)의 사이에 관통공(110)을 형성한다.

관통공(110)은 피스톤(100)이 실린더 블록(13: 도 2 참조)의 내부를 왕복운동하는 과정에서 피스톤(100)에 의하여 가압되는 압력 중의 일부가 볼 수용홈(120)으로 전달되어 실린더 내부의 압력과 볼 수용홈(120)의 압력이 평형을 이루도록 한다.

이를 위하여 관통공(110)은 실린더 내부를 가압하는 피스톤(100)의 일면으로부터 볼 수용홈(120) 방향으로 미리 설정된 직경의 연결용 구멍이 피스톤(100)의 중앙부에 천공된다. 이때 관통공(110)의 직경은 실린더의 크기와 압력에 따라 적절하게 조절하는 것이 가능하다.

도 5는 도 3의 다른 실시예에 따른 압축기의 피스톤을 나타낸 평면도이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 관통공(110)은 피스톤(100)의 중심부를 중심으로 다수의 관통공(110)을 형성할 수 있으며 이때 천공하는 관통공(110)은 피스톤(100)의 중심부로부터 방사 방향으로 형성된다.

또한, 방사 방향으로 천공되는 관통공(110)은 피스톤(100)의 볼 수용홈(120)에 수용된 볼(200)이 볼 수용홈(120)의 내면과 최대 마찰력이 발생하는 접촉부(220)를 초과하지 않는 위치까지 천공하는 것이 바람직하다.

다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 피스톤(100)은 커넥팅 로드(210)의 왕복운동을 통해 왕복 이동하는 과정에서 볼(200)이 볼 수용홈(120)과 마찰이 발생하고 이때 볼 수용홈(120)의 내부면 일부와 볼(200)의 일부가 접촉하는 접촉부(220)가 형성되고 이 접촉부(220)에서 최대 마찰이 발생한다.

또한, 볼(200)이 피스톤(100)의 볼 수용홈(120)에 안착된 후 볼 수용홈(120)으로부터 이탈되는 것을 방지하기 위하여 볼 수용홈(120)의 단부에 원주형상의 단부(130)가 형성되어 압착을 통해 볼(200)을 감싸도록 한다.

또한, 피스톤(100)의 볼 수용홈(120)과 볼(200)과의 밀착을 더욱 증대시키기 위하여 가이드 링(300)이 볼 수용홈(120)의 원주 단부(130)와 볼(200) 사이에 설치 되고, 가이드 링(300)이 볼 수용홈(120)의 내측에서 유동하는 것을 방지하도록 원주 단부(130)의 내측에는 가이드 홈(140)이 형성된다.

다음은 본 발명에 따른 관통공이 형성된 피스톤의 동작에 따른 압력의 변화를 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다. 도 6은 도 3의 피스톤에 발생하는 압력의 분포를 나타낸 예시도이고, 도 7은 도 3의 볼 조인트에 발생하는 압력의 분포를 나타낸 예시도이다.

도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 커넥팅 로드(210)의 왕복 운동으로 피스톤(100)이 이동하는 경우 실린더 블록(13: 도 2 참조) 내부의 압력(P1)이 피스톤(100)의 일면에 형성되고 이때 피스톤(100)에 형성된 관통공(110)을 통해 실린더 블록의 내부 압력(P1)과 동일하게 피스톤(100)의 볼 수용홈(120)에 압력(P4 및 P5)이 형성된다.

또한, 커넥팅 로드(210)와 연결된 볼(200)은 피스톤(100)의 볼 수용홈(120)에서 실린더 블록의 내부 방향으로 가압하는 압력(P3)이 발생하며 이때 접촉부(220)에는 최대 마찰력(P2)이 발생한다.

이렇게 발생된 각 압력(P1, P2, P3, P4 및 P5)은 실린더 블록의 내부 압력(P1)이 관통공(110)을 통해 피스톤(100)의 볼 수용홈(120)으로 전달되고, 전달된 압력(P1)은 볼(200)의 전면에 작용하는 압력(P4)과 피스톤(100)의 볼 수용홈(120)과 볼(200)의 접촉부(220)에 작용하는 압력(P5)으로 각각 전달된다.

또한, 볼(200)의 이동에 따라 볼(200)의 전면 및 접촉부(220)로부터 피스톤(100)의 볼 수용홈(120)으로 작용되는 압력(P2 및 P3)이 발생된다.

이때, 실린더 블록의 내부로부터 볼 수용홈(120)을 통해 볼(200)에 가해지는 압력(P4 및 P5)은 볼(200)의 전면 및 접촉부(220)로부터 작용하는 압력(P2 및 P3)과 일정 부분 상쇄되어 실린더 블록 내부의 압력과 피스톤(100)의 볼 수용홈(120)의 압력 사이에 서로 압력 평형이 이루어지게 되고, 이에 따라 피스톤(100)의 볼 수용홈(120)과 볼(200)의 접촉부(220) 마찰력을 감소시키게 된다.

따라서, 이러한 압력 평형을 통해 볼 조인트에 발생하는 부하를 감소시킬 수 있게 되어 피스톤(100) 및 볼(200)의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 되며, 이로 인하여 압축기의 신뢰성 향상과 소비 효율에 유리하게 작용할 수 있게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 압축기 운전시에 피스톤과 볼 사이의 접촉부에 발생되는 마찰력이 감소되도록 하는 장점이 있다.

또한, 피스톤과 볼 사이의 마찰력을 감소시킴으로써 볼의 마모를 감소시켜 볼 조인트 구조체의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 피스톤으로부터 볼에 전달되는 압력의 하중이 분산되도록 하여 압력의 부하로 인한 피스톤과 볼 조인트의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

더욱이 피스톤과 볼 조인트의 연결구조에서 마찰로 인한 효율의 감소를 방지할 수 있어 압축기의 신뢰성을 월등히 향상시키는 효과가 있다.

이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

Claims (7)

1. 압축기의 실린더 블록 내에서 왕복운동으로 냉매를 흡입하여 압축하고 상기 압축된 냉매가 토출되도록 하는 피스톤과, 상기 피스톤의 후방에 형성된 볼 수용홈에 압입되는 볼과, 상기 볼에 연결되어 상기 피스톤이 왕복운동을 하도록 하는 커넥팅 로드를 갖는 압축기에 있어서,

   상기 실린더 블록 내부와 상기 피스톤의 볼 수용홈 사이에 압력의 평형이 발생할 수 있도록 상기 피스톤을 관통하는 적어도 하나의 관통공을 형성한 것을 특징으로 하는 압축기의 피스톤.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 관통공은 상기 피스톤의 중심에 형성한 것을 특징으로 하는 압축기의 피스톤.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 관통공은 상기 피스톤의 중심부로부터 방사 방향으로 다수 형성한 것을 특징으로 하는 압축기의 피스톤.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 피스톤의 중심부로부터 방사방향으로 형성된 관통공은 상기 피스톤의 볼 수용홈과 상기 볼이 마찰되는 접촉부 사이에 형성하는 것을 특징으로 하는 압축기의 피스톤.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 관통공은 상기 실린더 블록 내부의 압력이 상기 볼의 전면 중앙에 전달되도록 하여 상기 피스톤의 볼 수용홈과 상기 볼 사이의 마찰력이 분산되도록 하는 것을 특징으로 하는 압축기의 피스톤.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 볼이 상기 피스톤의 볼 수용홈에 밀착되도록 상기 볼 수용홈의 단부와 상기 볼 사이에 가이드 링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기의 피스톤.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 피스톤의 볼 수용홈 내측 단부에 상기 가이드 링이 안착되도록 가이드 홈을 형성한 것을 특징으로 하는 압축기의 피스톤.

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