KR101437993B1 - 왕복동식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 왕복동식 압축기에 관한 것이다. 본 발명의 왕복동식 압축기는, 피스톤의 외주면에 파형 또는 단차형 그루브를 형성하거나 또는 복수 개의 홈을 형성함으로써 피스톤과 실린더 사이의 마찰면적을 줄이면서도 상기 피스톤이 안정적으로 왕복운동을 할 수 있도록 할 수 있다.

왕복동식 압축기, 실린더, 피스톤, 마찰손실

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 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 압축기구부로 구성되어 있다. 따라서 상기 피스톤과 실린더 사이에는 마찰면이 발생되고, 그 마찰면에 상기 밀폐용기의 오일을 펌핑하여 공급하도록 구성되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 왕복동식 압축기에서는, 상기 실린더의 내주면과 피스톤의 외주면 사이로 오일을 공급하고는 있지만 상기 실린더과 피스톤 사이에서의 마찰면적이 길어 마찰손실을 감소시키는데는 한계가 있었다.

이를 감안하여 상기 피스톤의 외주면 중간에 원형띠 모양으로 홈을 형성하여 실린더와 피스톤 사이의 마찰면적을 줄이는 방안이 제시되어 있으나, 이 경우 냉매의 누설이 발생되거나 또는 상기 피스톤의 홈이 실린더의 선단면에 걸려 압축기의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다. 예컨대, 상기 홈이 피스톤의 전방측, 즉 상기 압축실 방향으로 치우치게 되면 그 피스톤의 실링면적이 감소되어 압축실의 냉매가 실린더와 피스톤의 마찰면 사이로 누설되는 반면, 상기 홈이 피스톤의 후방측, 즉 상기 압축실의 반대방향으로 치우치게 되면 상기 피스톤이 후진운동을 할 때 홈이 단턱면이 실린더의 선단면에 걸려 원활하게 왕복운동을 하지 못하면서 아축기의 신뢰성이 저하될 수 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기가 가지는 문제점을 해결한 것으로, 상기 실린더과 피스톤 사이의 마찰면적을 줄이면서도 압축실을 원활하게 실링하는 동시에 안정적으로 왕복운동을 할 수 있도록 하는 왕복동식 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 압축실을 형성하는 실린더; 및 상기 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 압축실의 냉매를 압축하는 피스톤;을 포함하고, 상기 피스톤의 전후 양측 외주면에는 각각 전방측 베어링부와 후방측 베어링부가 간격을 두고 형성되며, 상기 양측 베어링부를 이루는 전방측 단차면과 후방측 단차면 중에서 적어도 어느 한 쪽 단차면은 피스톤의 원주방향을 따라 굴곡지게 형성되는 왕복동식 압축기가 제공된다.

또, 압축실을 형성하는 실린더; 및 상기 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 압축실의 냉매를 압축하는 피스톤;을 포함하고, 상기 피스톤의 전후 양측 외주면에는 각각 전방측 베어링부와 후방측 베어링부가 간격을 두고 형성되며, 상기 양측 베어링부 중에서 압축실과 접하지 않는 후방측 베어링부의 외주면에는 원주방향을 따라 복수 개의 홈이 형성되는 왕복동식 압축기가 제공된다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 피스톤의 외주면에 파형 또는 단차형 그 루브를 형성하거나 또는 복수 개의 홈을 형성함으로써 피스톤과 실린더 사이의 마찰면적을 줄이면서도 상기 피스톤이 안정적으로 왕복운동을 할 수 있도록 할 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 압축실(V1)을 반경방향으로 형성하는 실린더(210)와, 상기 실린더(210)의 상면에 얹힌 상기 회전축(14)의 편심부(14b)에 회전 가능하게 삽입되는 슬리브(220)와, 상기 슬리브(220)의 외주면에 결합되어 상기 회전축(14)의 회전운동을 후술할 피스톤(240)의 왕복운동으로 변환하는 커넥팅로드(230)와, 상기 커넥팅로드(230)의 타단에 결합되어 상기 실린더(210)의 압축실(V1) 내부에서 상기 회전축(14)의 반경방향으로 왕복운동을 하는 피스톤(240)과, 상기 실린더(210)의 토출측에 설치되어 냉매의 흡입과 토출을 조절하는 밸브조립체(250)와, 상기 실린더(210)의 일측에 설치되고 소정의 토출공간(V2)을 구비하여 밸브조립체(250)에 고정되는 토출커버(260)와, 상기 밸브조립체(250)의 흡입측에 연통되도록 상기 토출커버(260)에 결합되는 흡입머플러(270)와, 상기 토출커버(260)를 통해 상기 밸브조립체(250)의 토출측에 연통되도록 상기 실린더(210)에 장착되는 토출머플러(280)를 포함한다. 도면중 290은 지지스프링이다.

상기 실린더(210)는 그 압축실(V1)의 내주면이 원형을 이루도록 형성되고, 상기 피스톤(240)은 그 외주면이 상기 실린더(210)의 압축실(V1)과 대응하도록 원형으로 형성된다. 그리고 도 2 내지 도 9에서와 같이, 상기 피스톤(240)의 중앙부위에는 상기 커넥팅로드(230)와 결합되도록 핀구멍(241)이 반경방향으로 관통 형성되고, 그 핀구멍(241)의 길이방향 양측, 즉 상기 압축실 방향과 압축실 반대방향에는 그 외주면이 상기 실린더(210)의 내주면과 미끄럼 접촉되도록 전방측 베어링부(242)와 후방측 베어링부(243)가 각각 형성되며, 상기 전방측 베어링부(242)와 후방측 베어링부(243)의 사이에는 원주방향을 따라 소정의 폭과 깊이를 가지는 마찰회피부(244)가 음각지게 형성된다. 도면중 245는 커넥팅로드 결합홈이다.

도 2 내지 도 5에서와 같이, 상기 전방측 베어링부(242)와 마찰회피부(244) 사이의 단차면(이하, 제1 단차면)(246) 또는 상기 후방측 베어링부(243)와 마찰회피부((244) 사이의 단차면(이하, 제2 단차면)(247)은 각각 원주방향을 따라 파형 단면 형상으로 형성될 수도 있다.

여기서, 상기 제1 단차면(246)과 제2 단차면(247)은 도 2 및 도 3에서와 같이 상기 마찰회피부(244)의 폭(W)이 원주방향을 따라 동일하게 되도록 서로 대응되게 형성될 수도 있고, 도 4 및 도 5에서와 같이 상기 마찰회피부(244)의 폭이 원주방향을 따라 동일하지 않게 되도록 서로 대칭되게 형성될 수도 있다.

그리고, 상기 후방측 베어링부(243)의 외주면에는 마찰손실을 더욱 줄일 수 있도록 복수 개의 홈(243a)이 원주방향을 따라 등간격으로 형성될 수도 있다. 이 경우 상기 홈(243a)은 도 6에서와 같이 원형홈으로 형성될 수도 있으나, 경우에 따라서는 도 7에서와 같이 상기 후방측 베어링부(243)의 양단을 관통하도록 선형으로 형성될 수도 있다.

한편, 도 8에서와 같이 상기 제1 단차면(246)과 제2 단차면(247)은 요철 형상으로 형성되거나, 또는 도 9에서와 같이 상기 제1 단차면(246)은 직선모양으로 형성되는 반면 상기 제2 단차면(247)은 요철 형상으로 형성될 수 있다. 이는, 파형의 경우도 동일하게 형성될 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(220)와 함께 삽입되는 커넥팅로드(230)가 선회운동을 하면서 직선운동을 하여 상기 피스톤(240)이 실린더(210)의 압축실(V1)에서 왕복운동을 하며, 상기 피스톤(240)의 왕복운동에 의해 냉매가 상기 흡입머플러(270)와 밸브조립체(250)의 흡입밸브(미도시)를 통해 상기 실린더(210)의 압축실(V1)로 흡입되었다가 상기 밸브조립체(250)의 토출밸브(미도시)를 통해 상기 토출커버(260)의 토출공간(V2)과 토출머플러(280)를 차례대로 거쳐 토출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

여기서, 상기 피스톤(240)이 실린더(210)의 압축실(V1)에서 왕복운동을 하는 과정에서 마찰손실이 발생할 수 있으나, 본 발명에서와 같이 상기 피스톤(240)의 전방측 베어링부(242)와 후방측 베어링부(243) 사이에 소정의 폭과 깊이를 가지는 마찰회피부(244)가 형성됨에 따라 상기 피스톤(240)과 실린더(210) 사이의 마찰면적이 감소하여 마찰손실을 줄일 수 있다. 특히, 도 2 내지 도 9에서와 같이 상기 마찰회피부(244)를 이루는 제1 단차면(246)과 제2 단차면(247) 중에서 적어도 어느 한 쪽 단차면이 굴곡지게 형성됨에 따라 실질적인 마찰면적은 감소하면서도 도 10의 (b)에서와 같이 베어링범위, 즉 상기 피스톤(240)이 실린더(210)에 미끄러져 왕복운동을 할 때 그 피스톤(240)의 왕복운동을 지지하는 범위는 상기 제1 단차면(246)과 제2 단차면(247)이 굴곡진 부위까지 확대되므로 결국 상기 전방측 베어링부(242)의 길이는 실링길이까지 유지할 수 있다. 이를 통해, 상기 후방측 베어링부(243)의 길이는 피스톤(240)이 실린더(210)의 끝단 모서리에 걸리지 않는 안전길이까지 유지할 수 있게 되어 압축기의 신뢰성이 향상될 뿐만 아니라, 상기 피스톤(240)의 거동이 안정되어 그 피스톤(240)의 단차면과 실린더(210)가 충돌하는 것을 방지하여 마찰손실을 줄일 수 있다.

반면, 도 10의 (a)는 양쪽 베어링부의 단차면이 일직선으로 형성된 경우를 보인 것으로, 이 경우에는 상기 피스톤(240)이 후진할 때 그 피스톤(240)을 지지하는 베어링범위가 짧아진다. 이로 인해 상기 피스톤(240)이 후방측으로 오버스트로크를 하게 될 경우 그 후방측 베어링부가 실린더(210)에서 이탈되면서 피스톤(240)의 중심이 틀어질 우려가 많아지게 되므로 그만큼 압축기의 신뢰성이 저하되고 마찰손실이 증가하게 되는 것이다.

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 2 및 도 3은 도 1의 왕복동식 압축기에서 피스톤의 일실시예를 보인 사시도 및 단면도,

도 4 및 도 5는 도 1에 따른 왕복동식 압축기에서 피스톤의 다른 실시예를 보인 사시도 및 단면도,

도 6 내지 도 9는 도 1에 따른 왕복동식 압축기에서 피스톤의 다른 실시예들을 보인 사시도,

도 10은 도 1에 따른 왕복동식 압축기에서 피스톤이 후방쪽으로 오버스트로크할 때 그 피스톤의 거동이 안정되는 상태를 보인 개략도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

210 : 실린더 240 : 피스톤

241 : 핀구멍 242 : 전방측 베어링부

243 : 후방측 베어링부 243a : 홈

244 : 마찰회피부 246 : 제1 단차면

247 : 제2 단차면

Claims (8)

1. 압축실을 형성하는 실린더; 및

   상기 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 압축실의 냉매를 압축하는 피스톤;을 포함하고, 상기 피스톤의 외주면에는,

   그 피스톤의 전후방향을 따라 전방측 베어링부와 후방측 베어링부가 일정 간격만큼 이격되어 형성되고, 상기 전방측 베어링부와 후방측 베어링부의 사이에는 상기 전방측 베어링부와 후방측 베어링부의 외경보다 작은 외경을 가지도록 단차진 마찰회피부가 형성되며,

   상기 마찰회피부의 측면을 이루는 상기 전방측 베어링부와 후방측 베어링부의 단차면은 각각 전후방향으로 돌부와 홈부를 갖도록 형성되고, 상기 한 쪽 베어링부의 돌부는 다른 쪽 베어링부의 홈부와 대응하도록 형성되는 왕복동식 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 단차면은 파형 단면 또는 요철 단면 형상으로 형성되는 왕복동식 압축기.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 피스톤의 양측 베어링부 중에서 압축실과 접하지 않는 후방측 베어링부의 외주면에는 원주방향을 따라 복수 개의 홈이 더 형성되는 왕복동식 압축기.
6. 삭제
7. 제5항에 있어서,

   상기 홈은 그 직경이 후방측 베어링부의 폭보다 작은 원형으로 형성되는 왕복동식 압축기.
8. 제5항에 있어서,

   상기 홈은 후방측 베어링부의 길이방향 양단을 관통하여 상기 마찰회피부와 연결되도록 선형으로 형성되는 왕복동식 압축기.

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