KR101441925B1 - 왕복동식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것이다. 본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 축수부재의 외경이 실린더블록의 축구멍 내경보다 작게 형성되어 비압입으로 조립함에 따라 상기 축수부재의 조립공정이 용이하게 되고, 상기 축수부재의 조립시 그 축수부재의 내경이 변형되는 것을 방지하여 상기 축수부재의 변형에 따른 상기 전동부의 입력부하가 증가하거나 상기 실린더블록 또는 크랭크축이 마모되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

왕복동식 압축기, 크랭크축, 축수부재, 이종재질

Description

왕복동식 압축기{RECIPROATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실린더블록의 저널베어링에 관한 것이다.

일반적으로 밀폐형 압축기는 밀폐용기의 내부에 동력을 발생하는 전동부와 그 전동부의 동력을 전달받아 작동하는 압축부가 함께 구비되는 압축기이다. 상기 밀폐형 압축기는 압축성 유체인 냉매를 압축하는 방식에 따라 왕복동식, 로터리식, 베인식, 스크롤식 등으로 구분할 수 있다.

상기 왕복동식 압축기는 전동부의 크랭크축에 커넥팅로드가 결합되고, 상기 커넥팅로드에 피스톤이 결합되어 상기 전동부의 회전력이 피스톤의 직선운동으로 전환된다. 상기 커넥팅로드는 그 일단이 상기 피스톤에 회전 가능하게 결합되는 반면 타단은 상기 크랭크축의 편심핀에 회전 가능하게 삽입되어 결합된다.

상기와 같은 왕복동식 압축기는 상기 크랭크축의 회전운동을 상기 커넥팅로드가 피스톤의 직선운동으로 변환하여 그 피스톤이 상기 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축실로 흡입하여 압축한 후 토출하게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 왕복동식 압축기는, 크랭크축과 그 크랭크축을 지지하는 실린더블록이 주물소재로 제작되고, 상기 실린더블록의 축구멍에 상기 크랭크축을 지지하기 위하여 삽입되는 축수부재가 주물소재로 제작되어 압입되는 것이었다. 이는 상기 축수부재를 압입하는 과정이 용이하지 않고 압입되는 과정에서 상기 축수부재의 직각도가 틀어지거나 변형되어 상기 크랭크축과 축수부재 사이의 마찰손실이 증가되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 종래의 왕복동식 압축기가 가지는 문제점을 해결한 것으로, 상기 축수부재의 조립시 변형이나 틀어짐을 줄여 크랭크축과의 마찰손실을 줄일 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하려는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 밀폐용기의 내부에 설치되고 그 일측에 축구멍이 형성되는 실린더블록; 상기 실린더블록의 축구멍에 삽입되어 베어링역할을 하는 축수부재; 및 상기 축수부재에 반경방향으로 지지되고 전동부에 결합되어 회전력을 압축부에 전달하는 크랭크축;을 포함하고, 상기 축수부재는 그 열팽창계수가 상기 실린더블록의 열팽창계수보다 높은 재질로 형성되는 왕복동식 압축기가 제공된다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 축수부재의 외경이 실린더블록의 축구멍 내경보다 작게 형성되어 비압입으로 조립함에 따라 상기 축수부재의 조립공정이 용이하게 되고, 상기 축수부재의 조립시 그 축수부재의 내경이 변형되는 것을 방지하여 상기 축수부재의 변형에 따른 상기 전동부의 입력부하가 증가하거나 상기 실린더블록 또는 크랭크축이 마모되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기를 첨부도면에 도시된 실시예에 의거 하여 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 밀폐용기(1)의 내부에 설치되어 정,역회전을 하는 전동부(100)와, 상기 전동부(100)의 상측에 설치되어 그 전동부(100)의 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부(200)로 구성된다.

상기 전동부(100)는 정회전과 역회전이 가능한 정속 모터이나 인버터 모터가 적용될 수도 있다. 그리고 상기 전동부(100)는 상기 밀폐용기(1)의 내부에 실린더블록(300)으로 지지되어 탄력 설치되는 고정자(110)와, 상기 고정자(110)의 안쪽에 회전 가능하게 설치되는 회전자(120)와, 상기 회전자(120)의 중심에 결합되고 상기 실린더블록(300)에 지지되어 회전력을 압축부(200)에 전달하는 크랭크축(130)으로 이루어진다. 상기 크랭크축(130)은 그 상단에 핀부(131)가 축중심에서 일정한 편심량을 가지도록 편심지게 형성되고, 상기 핀부(131)에는 후술할 슬리브(240)가 결합되며, 상기 크랭크축(130)의 내부에는 오일유로(132)가 축방향으로 관통 형성된다.

상기 압축부(200)는 상기 실린더블록(300)에 일체로 형성되고 소정의 압축공간(V1)을 형성하는 실린더(210)와, 상기 실린더(210)의 압축공간(V1) 내부에서 반경방향으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 피스톤(220)과, 상기 피스톤(220)에 그 일단이 회전 가능하게 결합되고 그 타단은 상기 크랭크축(130)의 핀부(131)에 대해 회전 가능하게 결합되어 상기 전동부(100)의 회전운동을 상기 피스톤(220)의 직선운동으로 변환하는 커넥팅로드(230)와, 상기 크랭크축(130)의 핀부(131)와 커넥팅로드(230)의 사이에 삽입되어 베어링역할을 하는 슬리브(240)와, 상기 실린 더(210)의 선단에 결합되어 흡입밸브와 토출밸브가 구비되는 밸브조립체(250)와, 상기 밸브조립체(250)의 흡입측에 결합되는 흡입머플러(260)와, 상기 밸브조립체(250)의 토출측을 수용하도록 결합되는 토출커버(270)와, 상기 토출커버(270)에 연통되어 토출되는 냉매의 토출소음을 감쇄시키는 토출머플러(280)로 이루어진다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 실린더블록(300)은 주물을 이용하여 넓은 플레이트 모양으로 형성되고, 그 상면 일측에는 상기 실린더(210)가 형성된다. 그리고 중앙에는 하측으로 길게 축수부(310)가 형성되고, 상기 축수부(310)의 중앙에는 축구멍(320)이 관통 형성된다. 그리고 상기 축구멍(320)에는 상기 크랭크축(130)과의 사이에 베어링역할을 하는 축수부재(400)가 삽입되어 조립된다.

상기 축수부재(400)는 상기 실린더블록(300)의 열팽창계수보다 큰 재질, 예를 들어 구리와 규소의 성분비가 특히 높은 알루미늄 재질로 형성될 수 있다. 그리고 상기 축수부재(400)는 도 3에서와 같이 그 외주면과 내주면이 진원형이며 두께가 축방향으로 동일한 원통모양으로 제1 베어링부(410)가 형성되고, 그 제1 베어링부(410)의 상단에는 상기 실린더블록(300)의 축수부(310) 상면에 지지되도록 플랜지 형상의 제2 베어링부(420)가 형성된다. 그리고 상기 제1 베어링부(410)와 제2 베어링부(420)의 연결부위에는 상기 제1 베어링부(410)의 가공시 그 연결부위가 직각을 이루도록 상기 제1 베어링부(410)보다 깊게 환형으로 된 모서리홈(430)이 형성된다. 그리고 상기 제1 베어링부(410)의 타단, 즉 상기 실린더블록(300)의 축구멍(320)을 중심으로 상기 모서리홈(430)의 반대쪽에는 고정링(미도시)을 압입할 수 있도록 링삽입홈(미도시)이 형성될 수도 있다.

상기 모서리홈(430)은 전술한 바와 같이 상기 제1 베어링부(410)를 밀링 등으로 정밀 가공할 때 그 밀링툴에 의해 상기 연결부위가 곡면질 수 있으므로 이를 감안하여 상기 연결부위가 곡면지지 않도록 상기 밀링툴의 규격을 고려하여 그 깊이와 폭을 적절하게 결정할 수 있다.

그리고 상기 제2 베어링부(420)의 상면, 즉 상기 크랭크축(130)의 편심부와 스러스트베어링을 형성하는 면에는 오일이 원활하게 유입될 수 있도록 적어도 한 개 이상의 오일홈(440)이 반경방향으로 형성될 수 있다.

상기 제1 베어링부(410)는 그 내경이 적어도 상기 크랭크축(130)의 외경보다 작지 않게 형성되는 것이 상기 크랭크축(130)의 조립을 용이하게 할 수 있다. 그리고 상기 제1 베어링부(410)는 그 외경(D1)이 적어도 상기 실린더블록(300)의 축구멍 내경(D2)보다 작게, 즉 상기 축수부재(400)가 실린더블록(300)의 열팽창계수 보다 큰 이종재질로 형성될 경우 상기 축수부재(400)가 압축기의 운전시, 보다 정확하게는 상온(통상, 25~30℃)보다 높은 온도범위에서는 상기 실린더블록(300)의 축구멍(320)에 밀착될 수 있도록 그 간격(t)이 대략 0 < t < 25㎛ 정도 작게 형성될 수 있다. 그리고 상기 제1 베어링부(410)는 압축기의 초기 기동시 그 외주면이 상기 실린더블록(300)의 축구멍(320) 내주면에 대해 베어링역할을 하게 되므로 상기 제1 베어링부(410)의 외주면 역시 정밀 가공하는 것이 바람직하다. 하지만, 상기 제1 베어링부(410)의 내주면은 상기 크랭크축(130)의 외주면과 주로 베어링면을 형성하게 되므로 그 외주면보다 정밀 가공하는 것이 더 바람직할 수 있다.

상기 제2 베어링부(420)는 그 외경(D5)이 상기 실린더블록(300)의 축구 멍(320) 내경(D2)보다 큰 플랜지형상으로 형성된다.

한편, 상기 축수부재(400)의 제2 베어링부(420)는 경우에 따라서는 생략되고, 상기 제2 베어링부(420)를 대신하여 다른 고정링(295)이 삽입 결합될 수도 있다.

도면중 미설명 부호인 SP는 흡입관, V2는 토출공간이다.

상기와 같은 본 발명의 왕복동식 압축기의 작용 효과는 다음과 같다.

즉, 상기 전동부(100)의 고정자(110)에 전원이 인가되면, 그 고정자(110)와 회전자(120)의 상호작용력에 의해 상기 회전자(120)가 크랭크축(130)과 함께 회전을 하고, 상기 크랭크축(130)의 핀부(131)에 상기 슬리브(240)를 사이에 두고 결합된 상기 커넥팅로드(230)가 선회운동을 하며, 상기 커넥팅로드(230)에 결합된 상기 피스톤(220)이 실린더(210)의 압축공간(V1)에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 일련의 과정을 반복하게 된다.

이때, 상기 실린더블록(300)의 축구멍(320)에 삽입된 축수부재(400)는 압축기의 운전시 열변형되어 그 외주면이 상기 실린더블록(300)의 축구멍(320)에 압착되면서 상기 크랭크축(130)을 반경방향으로 지지하게 되는 반면, 압축기의 정지시에는 수축되어 상기 실린더블록(300)의 축구멍(320)과 이격된 상태를 유지하게 된다.

예컨대, 압축기의 조립시 또는 초기 기동시와 같은 상온에서는 도 5의 (a)에서와 같이 상기 축수부재(240)의 상대온도가 낮아 상대적으로 열팽창계수가 높은 축수부재(400)의 외경(D1)은 크게 변형하지 않으면서 상기 축수부재(400)와 실린더 블록(300)의 축구멍(320) 사이에 일정 간격(t)이 유지된다.

하지만, 압축기가 운전을 지속하여 일정 시간이 경과하게 되는, 즉 상온보다 높은 온도범위에서는 상기 축수부재(400)의 상대온도가 상승하게 되고, 이에 따라 도 5의 (b)에서와 같이 상기 축수부재(400)가 열팽창하면서 그 제1 베어링부(410)의 외경(D')이 증가하게 되며, 이에 따라 상기 축수부재(400)와 실린더블록(300) 사이의 간격이 좁아지면서 그 축수부재(400)의 제1 베어링부(410)가 상기 실린더블록(300)의 축구멍(320)에 밀착된다. 그리고 상기 축수부재(400)의 내주면은 상기 크랭크축(130)과 베어링면을 형성하게 된다.

이렇게 하여, 상기 축수부재의 외경이 실린더블록의 축구멍 내경보다 작게 형성됨에 따라 상기 축수부재의 삽입을 용이하게 할 수 있고, 상기 축수부재가 삽입되는 과정에서도 변형을 방지하여 크랭크축과의 마모를 줄이고 이를 통해 압축기의 신뢰성을 높일 수 있다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기는 냉장고나 에어콘과 같은 가전기기에 적용되는 것은 물론 자동차 등에도 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도,

도 2는 도 1에 따른 왕복동식 압축기에서 크랭크축의 축수부를 분해하여 보인 사시도,

도 3은 도 2에 따른 축수부를 조립하여 보인 사시도,

도 4는 도 2에 따른 축수부를 조립하여 보인 종단면도,

도 5는 도 2에 따른 왕복동식 압축기의 운전동작에 따른 축수부재의 변형상태를 보인 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 밀폐용기 100 : 전동부

110 : 고정자 120 : 회전자

130 : 크랭크축 131 : 핀부

132 : 오일유로 200 : 압축부

210 : 실린더 220 : 피스톤

230 : 커넥팅로드 240 : 슬리브

250 : 밸브조립체 260 : 흡입머플러

270 : 토출커버 280 : 토출커버

300 : 실린더블록 310 : 축수부

320 : 축구멍 400 : 축수부재

410 : 제1 베어링부 420 : 제2 베어링부

Claims (7)

1. 밀폐용기의 내부에 설치되고 그 일측에 축구멍이 형성되는 실린더블록;

   상기 실린더블록의 축구멍에 삽입되어 베어링역할을 하는 축수부재; 및

   상기 축수부재에 반경방향으로 지지되고 전동부에 결합되어 회전력을 압축부에 전달하는 크랭크축;을 포함하고,

   상기 축수부재는 그 열팽창계수가 상기 실린더블록의 열팽창계수보다 높은 재질로 형성되며,

   상기 축수부재의 외경은 상온에서 상기 축구멍의 내경보다 작고 상온보다 높은 범위에서 상기 축구멍의 내주면에 접촉될 수 있도록 형성되는 왕복동식 압축기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 축수부재는 그 외경이 상기 실린더블록의 축구멍 내경보다 큰 지지부가 일체로 형성되는 왕복동식 압축기.
5. 제4항에 있어서,

   상기 지지부의 상면에는 그 지지부의 상면으로 오일이 안내되도록 반경방향으로 오일홈이 형성되는 왕복동식 압축기.
6. 제1항에 있어서,

   상기 축수부재는 그 외경이 상기 실린더블록의 축구멍 내경보다 큰 지지부재가 조립되는 왕복동식 압축기.
7. 제1항에 있어서,

   상기 축수부재는 알루미늄 재질로 형성되는 왕복동식 압축기.

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