KR101386476B1 - 왕복동식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 왕복동식 압축기에 관한 것이다. 본 발명의 왕복동식 압축기는, 실린더블록의 내주면 또는 피스톤의 외주면에 적정한 길이와 깊이만큼의 마찰회피부를 형성함으로써 상기 실린더블록과 피스톤 사이의 마찰면적을 줄이면서도 유막의 파괴를 막아 압축기의 신뢰성을 높일 수 있다.

왕복동식 압축기, 실린더블록, 피스톤, 마찰회피부, 마찰손실, 유막

Description

왕복동식 압축기{RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기에서 피스톤에 관한 것이다.

일반적으로 왕복동식 압축기는 피스톤이 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 흡입 압축하여 토출하는 방식이다. 상기 왕복동식 압축기는 피스톤의 구동방식에 따라 연결형과 진동형으로 구분할 수 있다. 상기 연결형 왕복동식 압축기는 상기 피스톤이 회전모터의 회전축에 컨넥팅 로드로 연결되어 실린더에서 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 방식이다. 반면, 상기 진동형 왕복동식 압축기는 상기 피스톤이 왕복동모터의 가동자에 연결되어 진동하면서 실린더에서 왕복운동을 하여 냉매를 압축하는 방식이다. 이하에서는 연결형 왕복동식 압축기를 왕복동식 압축기라고 약칭하고 실시예로 살펴본 것이나 굳이 연결형 왕복동식 압축기에만 적용되지는 않는다.

상기 왕복동식 압축기는 밀폐용기와, 그 밀폐용기에 설치되어 회전력을 발생하는 구동모터와, 그 구동모터의 회전축에 결합되는 피스톤이 구동모터의 회전운동을 직선운동으로 전환시켜 실린더블록에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 압축기구부로 구성되어 있다. 따라서 상기 피스톤과 실린더블록 사이에는 마찰면이 발생되고, 그 마찰면에 상기 밀폐용기의 오일을 펌핑하여 공급하도록 구성되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 왕복동식 압축기에서는, 상기 실린더블록의 내주면과 피스톤의 외주면 사이로 오일을 공급하고는 있지만 상기 실린더블록과 피스톤 사이에서의 마찰면적이 길어 마찰손실을 감소시키는데는 한계가 있었다. 하지만, 상기 실린더블록과 피스톤 사이의 마찰면적을 지나치게 작게 할 경우에는 오히려 유막이 파괴되어 압축기의 신뢰성에 악영향을 끼칠 우려가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기가 가지는 문제점을 해결한 것으로, 상기 실린더블록과 피스톤 사이의 마찰면적을 줄이면서도 유막의 파괴를 막아 압축기의 신뢰성을 유지할 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 선형으로 압축공간을 형성하는 실린더블록; 및 상기 실린더블록의 압축공간에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 피스톤;을 포함하고, 상기 피스톤의 외주면에 그 피스톤의 전체 길이(L) 대비 대략 1/10 ~ 1/2의 범위에서 마찰회피부가 음각지게 형성되는 왕복동식 압축기가 제공된다.

또, 선형으로 압축공간을 형성하는 실린더블록; 및 상기 실린더블록의 압축공간에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 피스톤;을 포함하고, 상기 실린더블록의 압축공간 내주면에는 소정의 길이와 깊이만큼 음형지게 마찰회피부가 형성되는 왕복동식 압축기가 제공된다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 실린더블록의 내주면 또는 피스톤의 외주면에 소정 길이와 깊이만큼의 마찰회피부를 형성함으로써 상기 실린더블록과 피스톤 사이의 마찰면적을 줄이면서도 유막의 파괴를 막아 압축기의 신뢰성을 높일 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 케이싱(1)의 내측에 설치되고 외부에서 공급되는 전원에 의해 회전력을 발생하는 전동기구부(2)와, 상기 케이싱(1)의 내부에서 상기 전동기구부(2)에 결합되고 그 전동기구부(2)의 회전력을 전달받아 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 압축기구부(3)를 포함한다.

상기 전동기구부(2)는 케이싱(1)에 탄력 지지되고 코일(11)이 권선되는 고정자(12)와, 상기 고정자(12)의 중앙에 회전가능하게 배치되는 회전자(13)와, 상기 회전자(13)의 중심에 결합되어 회전력을 압축기구부(3)에 전달하는 회전축(14)으로 이루어진다. 도면중 14a는 오일유로, 15는 오일피더이다.

상기 압축기구부(3)는 상기 케이싱(1)의 내부에 횡방향으로 배치되고 그 일측에 압축공간(V1)을 반경방향으로 형성하는 실린더블록(21)과, 상기 실린더블록(21)의 상면에 얹힌 상기 회전축(14)의 편심부(14b)에 회전 가능하게 삽입되는 슬리브(22)와, 상기 슬리브(22)의 외주면에 결합되어 상기 회전축(14)의 회전운동을 후술할 피스톤(24)의 왕복운동으로 변환하는 커넥팅로드(23)와, 상기 커넥팅로드(23)의 타단에 결합되어 상기 실린더블록(21)의 압축공간(V1) 내부에서 상기 회전축(14)의 반경방향으로 왕복운동을 하는 피스톤(24)과, 상기 실린더블록(21)의 토출측에 설치되어 냉매의 흡입과 토출을 조절하는 밸브조립체(25)와, 상기 실린더블록(21)의 일측에 설치되고 소정의 토출공간(V2)을 구비하여 밸브조립체(25)에 고정되는 토출커버(26)와, 상기 밸브조립체(25)의 흡입측에 연통되도록 상기 토출커버(26)에 결합되는 흡입머플러(27)와, 상기 토출커버(26)를 통해 상기 밸브조립체(25)의 토출측에 연통되도록 상기 실린더블록(21)에 장착되는 토출머플러(28)를 포함한다. 도면중 29는 지지스프링이다.

상기 실린더블록(21)은 그 압축공간(V1)의 내주면이 원형을 이루도록 형성되고, 상기 피스톤(24)은 그 외주면이 상기 실린더블록(21)의 압축공간(V1)과 대응하도록 원형으로 형성된다. 그리고 도 2에서와 같이 상기 피스톤(24)의 중앙부위에는 상기 커넥팅로드(23)와 결합되도록 핀구멍(24a)이 형성되고, 외주면의 일측, 즉 상기 커넥팅로드(23)와 결합되는 쪽(이하, 후방단)으로는 소정의 길이와 깊이를 가지는 마찰회피부(24b)가 형성된다. 도면중 24c는 커넥팅로드 결합홈이다.

도 2 및 도 3에서와 같이 상기 마찰회피부(24b)는 피스톤(24)의 후방단에서 전방쪽으로 음각지도록 단치지게 형성된다. 그리고 상기 마찰회피부(24b)는 그 길이(Q)가 피스톤의 전체 길이(L) 대비 대략 1/10 ~ 1/2가 되도록 형성되고, 그 깊이(H)는 대략 3~7㎛, 보다 정확하게는 대략 5㎛ 정도가 되도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 이는, 상기 마찰회피부(24b)의 길이가 지나치게 짧은 경우에는 마찰저감 효과가 낮고 반대로 마찰회피부(24b)의 길이(Q)가 지나치게 길 경우에는 유막의 파괴가 발생되어 신뢰성이 저하될 수 있기 때문이다. 그리고 상기 마찰회피부(24b)는 전방측으로 경사지거나 곡면지게 형성되는 것이 마찰손실을 더욱 줄일 수 있다.

상기 마찰회피부(24b)는 도 2에서와 같이 그 후방단에서 전방쪽으로 형성될 수도 있으나, 경우에 따라서는 도 4에서와 같이 상기 피스톤(24)의 중간부위에 음각지게 형성될 수도 있다. 이 경우 상기 피스톤헤드의 반대쪽, 즉 후방측의 직경(D2)은 피스톤헤드의 직경(D1)보다 약간 작게 형성되는 것이 마찰손실을 더욱 줄일 수 있다.

상기 마찰회피부(24b)는 도 2 내지 도 4에서와 같이 원형 단면 형상으로 형성될 수도 있으나, 경우에 따라서는 도 5에서와 같이 피스톤(24)의 길이방향으로 소정의 길이를 가지는 복수 개의 장방형 홈으로 형성되어 원주방향을 따라 일정 간격을 가지고 형성될 수 있다. 이 경우에도 상기 마찰회피부(24b)의 길이(Q)는 전체 피스톤 길이(L) 대비 1/10 ~ 1/2 정도가 되도록 형성될 수 있으나, 상기 마찰회피부들(24b) 사이에 미끄럼면이 존재함에 따라 원형 단면의 마찰회피부일 때 보다 다소 길게 형성될 수도 있다. 그리고 상기 마찰회피부(24b)의 깊이(H)는 전술한 원형 단면일 때와 유사하게 대략 5㎛ 정도가 되도록 하는 것이 바람직할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 의한 왕복동식 압축기는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 상기 전동기구부(2)에 전원을 인가하면, 상기 고정자(12)와 회전자(13)의 상호작용력에 의해 상기 회전축(14)이 회전을 하고, 상기 회전축(14)의 편심부(14b)에 압축기구부(3)의 슬리브(22)와 함께 삽입되는 커넥팅로드(23)가 선회운동을 하면서 직선운동을 하여 상기 피스톤(24)이 실린더블록(21)의 압축공간(V1)에서 왕복운동을 하며, 상기 피스톤(24)의 왕복운동에 의해 냉매가 상기 흡입머플 러(27)와 밸브조립체(25)의 흡입밸브(미도시)를 통해 상기 실린더블록(21)의 압축공간(V1)로 흡입되었다가 상기 밸브조립체(25)의 토출밸브(미도시)를 통해 상기 토출커버(26)의 토출공간(V2)과 토출머플러(28)를 차례대로 거쳐 토출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

여기서, 상기 피스톤(24)이 실린더블록(21)의 압축공간(V1)에서 왕복운동을 하는 과정에서 마찰손실이 발생할 수 있으나, 본 발명에서와 같이 상기 피스톤(24)의 외주면에 소정의 깊이(H)와 길이(Q)를 가지는 마찰회피부(24b)가 형성됨에 따라 상기 피스톤(24)과 실린더블록(21) 사이의 마찰손실을 줄일 수 있다. 특히, 도 6에서와 같이 상기 마찰회피부(24b)가 5㎛의 깊이를 가지는 원형 단면 형상으로 형성하고 그 마찰회피부(24b)의 길이(Q)를 변화시키면서 입력변화를 실험한 결과를 보면 피스톤(24)의 전체 길이(L) 대비 마찰회피부의 길이(Q) 비율(Q/L)이 대략 1/10에서부터 낮아지나 그 비율(Q/L)이 1/2을 지나는 지점에서 증가하는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 마찰회피부의 길이(Q)는 피스톤의 전체 길이(L) 대비 대략 1/10 ~ 1/2 범위로 형성되는 것이 입력 증가를 방지하는데 바람직함을 알 수 있다.

그리고, 도 7는 상기 마찰회피부(24b)의 길이 변화에 따른 유막두께의 변화를 보인 그래프이다. 이에 도시된 바와 같이 마찰회피부의 길이(Q)가 피스톤의 전체 길이(L) 대비 대략 1/5 정도가 될 경우 가장 두껍고 그 마찰회피부의 길이(L)가 길어질수록 유막의 두께가 얇아지다가 대략 1/2L이 되는 지점에서 유막이 파괴됨을 알 수 있다. 따라서 상기 마찰회피부의 길이(Q)는 대략 1/2L 이하가 되도록 형성되는 것이 유막의 파괴를 방지하는데 바람직하다.

한편, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 상기 피스톤(24)의 외주면에 마찰회피부(24b)가 형성되는 것이나, 본 실시예에서는 상기 실린더블록(21)의 내주면에 마찰회피부(21a)가 형성될 수도 있다. 이 경우 도 8에서와 같이 상기 마찰회피부(21a)는 상기 실린더블록의 베어링길이(L1) 범위에서 형성되고 그 마찰회피부의 길이(Q)는 실린더블록의 베어링길이(L1) 대비 대략 1/2의 범위에서 형성되는 것이 입력손실의 저감과 유막의 파괴를 방지하는데 바람직할 수 있다.

그리고 상기 마찰회피부(21a)는 전술한 실시예와 마찬가지로 대략 3~7㎛, 보다 정확하게는 대략 5㎛정도의 깊이(H)로 형성될 수 있고, 상기 마찰회피부(21a)를 중심으로 밸브조립체(25)쪽의 내경이 반대쪽 내경보다 작게 형성될 수 있다. 그리고 이에 대한 구성과 작용효과에 대한 설명은 전술한 실시예와 대동소이하므로 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명의 왕복동식 압축기는 본 실시예와 같은 연결형 왕복동식 압축기는 물론 피스톤의 직선운동을 이용하는 진동형 왕복동식 압축기에도 적용할 수 있고, 이러한 왕복동식 압축기는 냉장고 또는 에어콘과 같은 냉동기계에 폭넓게 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명 왕복동식 압축기를 보인 종단면도,

도 2는 도 1의 왕복동식 압축기에서 피스톤의 일례를 보인 사시도,

도 3은 도 2에 따른 피스톤에서 마찰회피부의 규격을 보인 단면도,

도 4 및 도 5는 도 1에 따른 왕복동식 압축기에서 마찰회피부의 다른 실시예들을 개략적으로 보인 단면도 및 사시도,

도 6은 도 1에 따른 왕복동식 압축기에서 마찰회피부의 길이변화에 따른 입력변화를 보인 그래프.

도 7은 도 1에 따른 왕복동식 압축기에서 마찰회피부의 길이변화에 따른 유막두께의 변화를 보인 그래프.

도 8은 본 발명 왕복동식 압축기에서 마찰회피부의 다른 실시예를 개략적으로 보인 단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

21 : 실린더블록 21a : 마찰회피부

22 : 슬리브 23 : 커넥팅로드

24 : 피스톤 24a : 핀구멍

24b : 마찰회피부 25 : 밸브조립체

L : 피스톤의 전체 길이 L1 : 실린더블록의 베어링길이

Q : 마찰회피부의 길이 H : 마찰회피부의 깊이

Claims (14)

1. 선형으로 압축공간을 형성하는 실린더블록; 및

   상기 실린더블록의 압축공간에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 피스톤;을 포함하고,

   상기 피스톤의 외주면에 그 피스톤의 전체 길이(L) 대비 1/10 ~ 1/2의 범위에서 마찰회피부가 음각지게 형성되고,

   상기 마찰회피부는 그 깊이가 3~7㎛ 인 왕복동식 압축기.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 마찰회피부는 상기 피스톤의 원주방향을 따라 원형으로 형성되는 왕복동식 압축기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 마찰회피부는 상기 피스톤의 원주방향을 따라 일정간격을 두고 복수 개가 형성되는 왕복동식 압축기.
5. 제1항에 있어서,

   상기 마찰회피부는 상기 피스톤의 끝단에서 길이방향으로 형성되는 왕복동식 압축기.
6. 제1항에 있어서,

   상기 마찰회피부는 상기 피스톤의 중간에서 음각지게 형성되는 왕복동식 압축기.
7. 제6항에 있어서,

   상기 마찰회피부의 전후 양측은 서로 다른 직경으로 형성되는 왕복동식 압축기.
8. 제1항에 있어서,

   상기 피스톤은 구동모터의 회전력을 피스톤의 직선운동으로 전환시키는 커넥팅로드가 회전 가능하게 결합되도록 반경방향으로 관통되는 핀구멍이 형성되고, 상기 마찰회피부는 상기 핀구멍의 적어도 일부가 포함되는 범위에서 형성되는 왕복동식 압축기.
9. 선형으로 압축공간을 형성하는 실린더블록; 및

   상기 실린더블록의 압축공간에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 피스톤;을 포함하고,

   상기 실린더블록의 압축공간 내주면에는 소정의 길이와 깊이만큼 음형지게 마찰회피부가 형성되고,

   상기 마찰회피부는 상기 실린더블록의 베어링 길이(L1) 대비 1/2이하가 되도록 형성되는 왕복동식 압축기.
10. 삭제
11. 제9항에 있어서,

    상기 마찰회피부는 그 깊이가 3~7㎛ 인 왕복동식 압축기.
12. 제9항에 있어서,

    상기 마찰회피부는 상기 실린더블록의 원주방향을 따라 원형으로 형성되는 왕복동식 압축기.
13. 제9항에 있어서,

    상기 마찰회피부는 상기 실린더블록의 원주방향을 따라 일정간격을 두고 복수 개가 형성되는 왕복동식 압축기.
14. 제1항 또는 제9항에 있어서,

    상기 마찰회피부는 그 일측단이 경사지게 형성되는 왕복동식 압축기.

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