KR101454244B1 - 왕복동식 압축기 및 이를 적용한 냉동기기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것이다. 본 발명은 실린더블록과 크랭크축의 스러스트면들 사이에 설치되는 볼베어링의 내주면이 상기 크랭크축의 외주면에 반경방향으로 지지되거나 또는 상기 볼베어링의 외주면이 실린더블록에 반경방향으로 지지됨으로써 상기 볼베어링의 볼의 직경이 작아지더라도 그 볼베어링이 항상 일정한 위치를 유지하게 될 수 있고 이를 통해 볼베어링을 구비한 왕복동식 압축기 및 이를 갖는 냉동기기의 신뢰성이 향상될 수 있다. 그리고 상기 볼베어링의 크기를 줄일 수 있어 그만큼 모멘트아암이 짧아져 저널베어링면에서의 마찰손실이 감소되고 이로 인해 압축기 및 이를 구비한 냉동기기의 에너지 효율이 향상될 수 있다.

왕복동식 압축기, 스러스트, 볼베어링, 베어링지지부, 베어링구속부

Description

왕복동식 압축기 및 이를 적용한 냉동기기{RECIPROCATING COMPRESSOR AND REFRIGERATING MACHINE HAVING THE SAME}

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 실린더블록과 크랭크축 사이의 스러스트면에 볼베어링이 설치되는 왕복동식 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 밀폐형 압축기는 밀폐된 용기의 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 회전자에 크랭크축이 결합되고, 그 크랭크축에 커넥팅로드가 결합되어 그 커넥팅로드에 결합된 피스톤이 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 방식이다.

상기 왕복동식 압축기는 실린더블록에 크랭크축의 축부가 삽입되어 반경방향으로 지지되는 동시에 편심질량부가 실린더블록에 얹혀 축방향으로도 지지된다. 따라서, 상기 크랭크축과 실린더블록 사이에는 저널베어링면과 스러스트베어링면이 형성됨에 따라 상기 저널베어링면과 스러스트베어링면에서의 마찰손실을 최소한으 로 줄이는 것이 압축기의 에너지효율을 향상시키는 중요한 요인으로 작용하게 된다.

이를 위해, 종래의 크랭크축에는 오일유로가 형성되어 오일피더로부터 펌핑되는 오일이 상기 오일유로를 통해 각각의 베어링면으로 고르게 공급되도록 하고 있다.

하지만, 종래의 왕복동식 압축기는 스러스트면이 면접촉됨에 따라 마찰손실을 줄이는데 한계가 있고, 이를 감안하여 상기 스러스트면이 점접촉될 수 있도록 볼베어링과 같은 별도의 베어링을 설치하는 방식이 알려져 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 왕복동식 압축기에서는, 상기 실린더블록과 크랭크축 사이의 스러스트면에 설치되는 베어링의 적어도 일부가 반경방향으로 움직이는 경우 조립시 작업이 용이하지 않게 되거나 또는 운전시 제위치를 벗어나 운전을 방해하거나 또는 크랭크축 등과 충돌하면서 소음이나 손상이 야기되는 문제점이 있었다.

또, 상기 크랭크축의 오일유로를 통해 흡상되는 오일이 상기 볼베어링을 통해 과도하게 유출되면서 상기 크랭크축의 상단까지 흡상되지 못할 수 있고, 이로 인해 상기 크랭크축과 커넥팅로드와의 사이에서 심한 마찰손실이 발생되어 압축기 효율이 저하될 수도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기가 가지는 문제점을 해결한 것으로, 상기 스러스트면에 볼베어링을 설치할 때 조립을 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라 안정적으로 동작될 수 있는 왕복동식 압축기 및 이를 구비한 냉동기기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

또, 볼베어링과 같은 베어링부재를 스러스트면 사이에 설치하여 상기 크랭크축과 실린더블록 사이의 축방향 마찰손실을 줄이는 동시에 오일이 크랭크축의 상단까지 원활하게 흡상되도록 하여 효율이 향상되는 왕복동식 압축기 및 이를 구비한 냉동기기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 해결하기 위하여, 저널베어링면을 이루도록 축수구멍이 형성되는 실린더블록; 상기 실린더블록의 축수구멍에 삽입되어 반경방향으로 지지되는 크랭크축; 상기 크랭크축에 회전 가능하게 결합되어 그 크랭크축의 회전운동을 직선운동으로 변환하는 커넥팅로드; 상기 커넥팅로드에 결합되어 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 피스톤; 및 상기 실린더블록의 축방향 평면과 그 실린더블록의 스러스트면에 대향하는 상기 크랭크축의 스러스트면 사이에 설치되어 그 크랭크축이 실린더블록에 축방향으로 지지되도록 하는 볼베어링;을 포함하고, 상기 크랭크축의 외주면에는 상기 볼베어링의 내주면을 반경방향으로 지지하기 위한 베어링지지부가 형성되는 왕복동식 압축기가 제공된다.

또, 압축기; 상기 압축기의 토출측에 연결되는 응축기; 상기 응축기에 연결되는 팽창기; 및 상기 팽창기에 연결되고 상기 압축기의 흡입측에 연결되는 증발기;를 포함하고, 상기 압축기는 실린더블록과 크랭크축 사이의 스러스트면에 점접촉되는 베어링이 상기 크랭크축의 베어링지지부나 실린더블록의 베어링구속부에 의해 반경방향으로 지지되도록 구성되는 냉동기기가 제공된다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기 및 이를 적용한 냉동기기는, 상기 실린더블록과 크랭크축의 스러스트면들 사이에 볼베어링이 설치되고 그 볼베어링의 내주면이 크랭크축의 외주면에 반경방향으로 지지되거나 또는 상기 볼베어링의 외주면이 실린더블록에 반경방향으로 지지됨에 따라 상기 볼베어링의 조립을 용이하게 하면서도 그 볼베어링이 안정적으로 작동되도록 하여 왕복동식 압축기 및 이를 구비한 냉동기기의 안정성을 향상시킬 수 있다. 그리고 상기 오일홀이 실린더블록의 저널베어링면에 의해 가려짐에 따라 볼베어링을 적용하더라도 오일이 스러스트면들 사이로 누설되는 양을 줄일 수 있고 이를 통해 상기 캠부와 커넥팅로드 사이를 효과적으로 윤활하는 동시에 전동부를 효과적으로 냉각할 수 있어 압축기 및 이를 구비한 냉동기기의 효율을 더욱 높일 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기 및 이를 구비한 냉동기기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 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(210)으로 지지되어 탄력 설치되는 고정자(110)와, 상기 고정자(110)의 안쪽에 회전 가능하게 설치되는 회전자(120)로 이루어진다.

상기 압축부(200)는 압축공간을 이루도록 실린더(211)를 갖고 상기 밀폐용기(1)에 탄력 지지되는 실린더블록(210)과, 상기 실린더블록(210)에 삽입되어 반경방향과 축방향으로 지지되고 상기 전동부(100)의 회전자(120)에 결합되어 회전력을 전달하는 크랭크축(220)과, 상기 크랭크축(220)에 회전 가능하게 결합되어 회전운 동을 직선운동으로 전환하는 커넥팅로드(230)와, 상기 커넥팅로드(230)에 회전 가능하게 결합되어 상기 실린더(211)에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 피스톤(240)과, 상기 실린더블록(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.

상기 실린더블록(210)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 그 중앙에는 상기 크랭크축(220)이 삽입되어 반경방향으로 지지되도록 저널베어링면(215)을 이루는 축수구멍(212)이 형성되고, 그 축수구멍(212)의 상단 주변에는 후술할 크랭크축(220)의 편심질량부(222)와 함께 스러스트면을 이루면서 상기 크랭크축(220)을 축방향으로 지지할 볼베어링(300)이 얹혀지도록 스러스트면(213)이 형성된다. 그리고 상기 스러스트면(213)의 가장자리에는 후술할 하부와셔(332)가 반경방향으로 지지될 수 있도록 소정의 높이로 베어링구속부(214)가 형성될 수 있다. 그리고 상기 실린더블록(210)의 스러스트면(213)과 저널베어링면(215)이 만나는 모서리에는 일정량의 오일이 모일 수 있도록 오일포켓(216)이 형성된다. 상기 오일포켓(216)은 상기 실린더블록(210)의 저널베어링면(215)과 스러스트면(213) 사이의 모서리를 절삭하여 챔퍼(chamfer) 또는 라운드지게 형성될 수 있다.

상기 크랭크축(220)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 회전자(120)에 결합되고 상기 실린더블록(210)의 축수구멍(212)에 삽입되어 상기 실린더블 록(210)에 반경방향으로 지지되는 축부(221)와, 상기 축부(221)의 상단에 부채꼴 또는 편심진 원형 플랜지형상으로 편심지게 형성되어 상기 실린더블록(210)의 스러스트면(213)에 얹혀질 볼베어링(300)이 결합되는 편심질량부(222)와, 상기 편심질량부(222)의 상면에서 상기 축부(221)에 대해 편심지게 형성되고 상기 커넥팅로드(230)가 회전 가능하게 삽입되는 캠부(223)로 이루어진다. 상기 축부(221)는 축수구멍(212)의 저널베어링면(215)에 대응되는 외주면에 제1 저널베어링면(229a)과 제2 저널베어링면(229b)이 소정의 간격을 두고 형성된다.

그리고 상기 축부(221)의 하단에서 상단까지는 제1 오일통로(225a)가 축방향 또는 축방향에서 약간 경사지게 형성되고, 상기 캠부(223)의 상단에서 축부(221)의 상부까지 소정의 깊이를 가지는 제2 오일통로(225b)가 축방향으로 형성된다.

그리고 상기 제1 오일통로(225a)의 중간, 즉 상기 축수구멍(212)의 저널베어링면(215)중에서 하반부에 대응되는 부위에는 오일을 크랭크축(220)의 제2 저널베어링면(229b)으로 유도하기 위한 제1 오일유출홀(226a)이 형성되고, 그 제1 오일유출홀(226a)에서 소정의 높이, 즉 상기 축수구멍(212)의 거의 끝단까지는 소정의 경사각을 갖는 제1 오일그루브(226b)가 나선형으로 형성되며, 상기 제1 오일그루브(226b)의 끝단에는 상기 제2 오일통로(225b)와 연통되는 오일유입홀(226c)이 형성되고, 상기 제2 오일통로(225b)의 중간, 즉 상기 커넥팅로드(230)와 결합되는 부위에는 제2 오일통로(225b)를 통해 흡상되는 오일을 외주면으로 유도하기 위한 제2 오일유출홀(226d)이 형성되며, 상기 제2 오일유출홀(226d)에서 캠부(223)의 상단까지는 소정의 경사각을 갖는 제2 오일그루브(226e)가 나선형으로 형성된다.

한편, 상기 오일유입홀(226c)은 상기 실린더블록(210)의 저널베어링면(215)에 적어도 일부가 가려질 수 있는 위치에 형성되는 것이 제1 오일그루브(226b)를 통해 안내되는 오일이 상기 스러스트면으로 누설되는 것을 최소화할 수 있어 바람직할 수 있다.

이를 위해, 도 6에서와 같이, 상기 오일포켓(216)은 상기 오일유입홀(226c)의 적어도 일부가 실린더블록(210)의 저널베어링면(215)에 가려지도록 상기 오일유입홀(226c)의 최하점이 적어도 오일포켓(216)의 최하점 보다는 소정의 높이차(△h)만큼 낮게 형성되는, 즉 상기 오일유입홀(226c)은 상기 크랭크축(220)의 스러스트면(227)에서의 최장거리(L3)가 그 스러스트면(227)에서 상기 실린더블록(210)의 저널베어링면(215)까지의 최단거리(L4) 보다 짧지 않게 형성되는 것이 오일이 스러스트면들 사이로 누설되는 것을 줄일 수 있어 바람직하다.

그리고 도 7에서와 같이, 상기 크랭크축(220)의 제1 오일그루브(226b)는 소정의 경사각을 가지도록 나선형으로 형성되고, 그 감긴 각도가 대략 60°내외, 즉 45°~ 90°범위에서 형성될 수 있다. 이는, 종래의 일반적인 감긴 각도보다 덜 감긴 위치에서 오일유입홀(226c)이 형성되도록 하기 위한 것이다. 도면으로 도시하지는 않았으나, 상기 제1 오일그루브의 경사각을 종래와 동일하게 유지하면서도 그 제1 오일그루브의 길이를 줄여 상기 오일유입홀이 저널베어링면의 상반부에 가려지도록 형성할 수도 있다.

그리고, 상기 제1 오일그루브(226b)는 한 개의 경사각으로 형성될 수도 있으나, 경우에 따라서는 도 7에서와 같이 복수 개의 경사각으로 형성될 수도 있다. 이 는, 상기 저널베어링면에서 부하가 집중되는 집중되는 부위, 즉 상기 캠부(223)에서 가까운 제1 저널베어링면(229a)에 다량의 오일이 저장될 수 있도록 하기 위함이다.

이를 위해, 상기 제1 오일그루브(226b)가 복수 개의 경사각으로 형성되는 경우에는 하측, 즉 제1 오일유출홀(226a)에서 일정 높이까지는 예를 들어 45°의 경사각(α1)으로 하부그루브(g1)를 형성하고, 일정 높이 이상에서 오일유입홀(226c)까지는 예를 들어 30°의 경사각(α2)으로 상부그루브(g2)를 형성할 수 있다.

상기와 같이 상기 오일유입홀(226c)이 실린더블록(210)의 저널베어링면(215)에 의해 적어도 일부가 가려지도록 형성됨에 따라 오일이 유출될 수 있는 볼베어링(300)이 상기 스러스트면에 설치됨에도 불구하고 볼의 크기를 작게 하여 상기 제1 오일그루브(226b)를 통해 안내되는 오일이 상기 스러스트면으로 누설되는 양을 줄일 수 있다. 그리고, 이를 통해 상기 제1 오일그루브(226b)를 통해 안내되는 오일이 오일유입홀(226c)을 통해 제2 오일통로(225b)로 안내되도록 하여 상기 캠부(223)와 커넥팅로드(230) 사이를 효과적으로 윤활하는 것은 물론 오일이 상기 크랭크축(220)의 상단까지 원활하게 흡상되어 전동부(200)를 효과적으로 냉각시킬 수 있어 압축기의 효율을 더욱 높일 수 있다.

도면중 미설명 부호인 O는 오일피더이다.

상기와 같은 본 발명의 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 전동부(100)의 고정자(110)에 전원이 인가되면, 그 고정자(110)와 회전자(120)의 상호작용력에 의해 상기 회전자(120)가 크랭크축(220)과 함께 회전 을 하고, 상기 크랭크축(220)의 캠부(223)에 결합된 상기 커넥팅로드(230)가 선회운동을 하며, 상기 커넥팅로드(230)에 결합된 상기 피스톤(240)이 실린더(211)에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하여 상기 토출커버(270)로 토출하고, 이 토출커버(270)로 토출되는 냉매는 토출머플러(280)를 거쳐 냉동사이클로 배출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

이와 동시에, 상기 크랭크축(220)이 회전을 하면서 그 크랭크축(220)의 하단에 설치된 오일피더(O)가 상기 밀폐용기(1)의 저유부에 저장된 오일을 펌핑하게 되고, 이 오일은 상기 크랭크축(220)의 오일유로를 통해 흡상되어 각 베어링면에 공급되는 한편 일부는 상기 크랭크축(220)의 상단에서 비산되어 전동부(100)를 냉각하게 된다.

여기서, 상기 밀폐용기의 저유부에 저장된 오일이 각 베어링면으로 공급되는 과정을 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

즉, 상기 오일피더(O)에 의해 펌핑된 오일은 제1 오일통로(225a)를 통해 흡상되고, 그 일부가 상기 제1 오일유출홀(226a)을 통해 제1 오일그루브(226b)로 안내된다. 상기 제1 오일그루브(226b)로 안내되는 오일은 그 제1 오일그루브(226b)를 타고 올라가면서 상기 크랭크축(220)의 제2 저널베어링면(229b)과 제1 저널베어링면(229a)을 차례대로 윤활하게 된다.

이후, 상기 저널베어링면들(229a)(229b)을 윤활한 오일은 오일유입홀(226c)을 통해 제2 오일통로(225b)로 유입되어 다시 흡상되고, 이 오일의 일부는 제2 오일유출홀(226d)을 통해 제2 오일그루브(226e)로 흘러나와 상기 크랭크축(220)의 캠 부(223)를 윤활하게 된다. 그리고 상기 제1 오일그루브(226b)를 타고 흡상되는 오일의 일부는 상기 실린더블록(210)과 크랭크축(220)의 스러스트면들(213)(227) 사이로 흘러나가게 된다.

하지만, 상기 실린더블록(210)과 크랭크축(220)의 스러스트면들 사이의 간격이 너무 넓은 경우에는 상기 제1 오일그루브(226b)를 통해 흡상되는 오일이 오일유입홀(226c)쪽으로 흘러가지 않고 상기 스러스트면쪽으로 흘러나갈 수 있다. 특히, 상기 스러스트면에 볼베어링과 같은 소정의 높이를 갖는 베어링이 설치되는 경우에는 그 볼베어링의 높이만큼 스러스트면의 간격이 벌어질 수 있을 뿐만 아니라 상기 볼베어링의 볼들 사이에 틈새가 발생되어 오일의 누설이 크게 증가하여 압축기 효율이 저하될 수 있다.

이를 감안하여, 본 발명에서와 같이 상기 실린더블록과 크랭크축 사이의 축방향 하중을 줄이기 위해 볼베어링을 설치할 때, 그 볼베어링의 볼의 직경을 가급적 작게 하여 상기 볼베어링의 설치로 인해 상기 스러스트면 사이의 간격이 과도하게 확대되는 것을 방지할 수 있다.

하지만, 상기 볼베어링의 직경이 너무 작으면서 반경방향으로 움직이게 되면 상기 볼베어링의 볼이 실린더블록의 스러스트면과 저널베어링면 사이에 구비된 오일포켓에 빠져 베어링 역할을 하지 못하게 될 우려가 있다. 따라서 볼의 직경은 작은 것을 사용하면서도 압축기의 신뢰성이 유지되기 위해서는 상기 볼베어링의 반경방향 변위가 일정한 범위안에서 유지되어야 할 필요가 있다.

이를 위해, 도 1 내지 도 6에서와 같이 상기 볼베어링(300)의 내주면에 대향 되는 크랭크축(220)의 외주면에는 상기 볼베어링(300)을 반경방향으로 지지하기 위한 베어링지지부(224)가 형성되거나 또는 도면으로 도시하지는 않았지만 상기 볼베어링(300)을 이루는 볼케이지(310)가 내주면 방향으로 연장 형성되어야 한다. 후자의 경우는, 상기 볼케이지(310)가 얇게 제작될 경우 그 폭이 증가함 따라 강도가 약해져 자칫 파손되거나 변형될 우려가 있고 이로 인해 상기 볼케이지(310)에 결합되는 볼(320)들이 원활하게 회전을 하지 못하여 베어링 성능이 크게 저하될 수 있다. 따라서, 볼케이지(310)의 폭을 크게 하지 않으면서도 볼(320)들이 적정위치, 즉 오일포켓(216)에 빠지지 않을 위치를 유지하기 위해서는 전자와 같이 크랭크축(220)의 외주면에 베어링지지부(224)가 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 물론, 볼케이지의 강도를 높일 수 있다면 그 볼케이지의 폭을 넓게 하는 것도 무방할 수 있다.

도 8은 상기 베어링지지부가 상기 크랭크축의 외주면에 소정의 두께를 갖도록 돌출되어 단차지게 형성된 예를 보인 도면이다. 이에 도시된 바와 같이 상기 베어링지지부(224)는 상기 제1 저널베어링면(229a)과 스러스트면 사이, 즉 상기 스러스트면에서 축방향으로 연장되어 단차지게 형성된다. 그리고 상기 베어링지지부(224)는 상기 크랭크축(220)의 축중심에서 볼의 중심까지의 거리(B)가 상기 크랭크축(220)의 축중심에서 오일포켓(216)의 최하점까지의 거리(CB1), 더 정확하게는 상기 크랭크축(220)의 축중심에서 베어링지지부(224)의 외주면까지의 거리(D) 보다는 적어도 작지 않게 형성되는 것이 볼이 오일포켓(216)으로 빠지지 않을 수 있어 바람직하다.

그리고 상기 베어링지지부(224)는 상기 볼케이지(310)가 베어링지부(224)의 하측, 즉 제1 저널베어링면(229a)쪽으로 빠지지 않을 정도의 길이로 형성되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 상기 베어링지지부(224)의 높이(H1)는 상기 편심질량부(222)의 저면에서 볼케이지(310)의 상면까지의 거리(HCU) 보다는 적어도 작지 않게 형성될 수 있다. 즉, 상기 베어링지지부(224)의 높이는 상기 편심질량부(222)의 스러스트면에서 볼케이지(310)의 상면까지의 거리(HCU) 보다는 작지 않고 상기 볼케이지의 저면까지의 거리(HCL)보다는 크지 않게 형성되는 것이 상기 볼케이지(310)가 베어링지부(224)의 하측, 즉 상기 오일포켓(216)으로 빠지는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 상기 볼베어링(310)의 축방향 양측에는 상기 볼(320)들을 지지하도록 와셔(washer)(331)(332)가 더 설치될 수도 있다. 하지만, 상기 와셔들은 반드시 필요한 것은 아닐 뿐만 아니라 어느 한 쪽에만 설치될 수도 있다.

상기 와셔(331)(332)는 볼(320)들을 중심으로 상부와셔(331)와 하부와셔(332)로 구분될 수 있고, 상기 상부와셔(331)와 하부와셔(332)는 실린더블록(210)과 크랭크축(220)에 각각 반경방향으로 지지되도록 설치되는 것이 베어링 역할을 원활하게 할 수 있어 바람직하다. 그리고 상기 볼케이지(310)는 전술한 바와 같이 그 내주면이 상기 크랭크축(220)에 지지될 수 있다. 그리고 상기 하부와셔(332)는 그 외주면이 상기 실린더블록(210)의 베어링구속부(214)에 지지될 수 있다. 이 경우, 상기 베어링구속부(214)의 높이(H2)는 스러스트면(213)의 바닥면에서 볼케이지(310)의 저면까지의 거리(HBL2)보다 크지 않게 형성되어야 상기 볼케이지 의(310) 외주면이 실린더블록에 구속되지 않아 안정적으로 베어링역할을 할 수 있다.

여기서, 상기 와셔(331)(332)의 두께는 상기 볼(320)의 직경보다 크지 않게 형성되는 것이 볼의 직경을 일정정도 유지할 수 있어 바람직하다. 예컨대, 상기 볼(320)의 직경은 와셔(331)(332)의 두께(T) × 1.5 ~ 10의 범위내에서 형성되는 것이 상기 볼(320)의 축방향 강도를 유지할 수 있다.

한편, 상기 베어링지지부(224)는 전술한 예와 같이 상기 크랭크축(220)에 일체로 형성될 수도 있으나, 경우에 따라서는 부시 모양으로 형성되어 상기 크랭크축(220)에 볼트 또는 리벳으로 조립될 수도 있다. 이 경우에도 상기 베어링지지부(224)에 대한 규격은 전술한 실시예와 동일하게 형성되어야 하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

다른 실시예로, 본 발명에 의한 볼베어링은 전술한 실시예들과 달리 실린더블록에 외주면이 지지될 수도 있다. 이를 위해, 도 9에서와 같이 상기 베어링구속부(214)의 높이(H2)를 더 높게 형성하고, 그 베어링구속부(214)의 내주면에 상기 볼케이지(310)의 외주면이 반경방향으로 지지되도록 할 수도 있다.

물론, 이 경우에는 상기 볼케이지(310)의 내주면이 상기 크랭크축(220)의 외주면에 반경방향으로 지지되지 않아야 한다. 만약, 상기 볼케이지(310)의 외주면이 실린더블록(210)에 지지되면서 그 내주면이 크랭크축(220)에 지지되면 상기 볼베어링(300)이 반경방향으로 과도하게 하중을 받아 손상되거나 파손될 수 있다.

그리고 상기 볼베어링(300)의 볼케이지(310)는 그 내주면이 상기 크랭크 축(220)의 외주면, 즉 크랭크축(220)의 베어링지지부(224)의 외주면에 지지되는 경우는 물론, 상기 볼케이지(310)의 외주면이 상기 실린더블록(210)의 베어링구속부(214)의 내주면에 지지되는 경우에도 상기 볼케이지(310)와 그 볼케이지(310)가 지지되는 면들 사이에는 소정의 간격을 유지하도록 하는 것이 볼베어링(300)의 신뢰성을 높이는데 바람직하다.

여기서, 상기 볼케이지가 실린더블록에 지지되기 위한 베어링구속부의 규격은 전술한 예, 즉 크랭크축에 지지되는 경우를 고려하면 자명하게 알 수 있다. 일례로, 상기 베어링구속부(214)의 높이(H2)는 적어도 스러스트면(213)에서 볼케이지(310)의 저면까지 높이(HCL1)보다 높게 형성되어야 한다.

상기와 같은 본 발명에 의한 왕복동식 압축기는 다음과 같은 작용효과가 있다.

즉, 상기 실린더블록(310)과 크랭크축(320)의 스러스트면에 볼베어링(300)이 설치됨에 따라 상기 스러스트면에서의 마찰손실이 현저하게 감소하여 압축기의 에너지 효율이 향상될 수 있다.

그리고 상기 볼베어링(300)은 볼(320)의 직경을 작게 하면서도 볼케이지(310)를 반경방향으로 지지할 수 있도록 상기 크랭크축(220)에 베어링지지부(224)를 형성함으로써 상기 볼베어링(300)이 항상 제위치를 유지할 수 있어 베어링 성능이 저하되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 그리고, 상기 볼(320)의 직경을 작게 함으로써 상기 스러스트면 사이의 간격이 과도하게 확장되는 것을 방지할 수 있고 이를 통해 상기 모멘트아암의 길이가 과도하게 길어지지 않도록 하여 상기 제 1 저널베어링면(229a)과 제2 저널베어링면(229b)에 가해지는 힘이 증가되는 것을 방지할 수 있다. 이를 통해 상기 저널베어링면들(229a)(229b)에서의 마찰손실이 감소되면서 압축기의 에너지 효율이 향상될 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기가 냉동기기에 적용되는 경우, 그 냉동기기의 성능을 향상시킬 수 있다.

예컨대, 도 10에서와 같이 압축기, 응축기, 팽창기 그리고 증발기를 포함한 냉매압축식 냉동사이클을 갖는 냉동기기(700)에서 그 냉동기기(700)의 내부에는 냉동기기의 운전 전반을 제어하는 메인기판(710)에 상기와 같이 스러스트면에 볼의 직경이 작은 볼베어링이 설치되고, 그 볼베어링의 볼을 지지하는 볼케이지를 지지하도록 크랭크축에 베어링지지부가 형성된다. 그리고 상기 크랭크축의 오일그루브와 오일통로를 연통시키는 오일홀이 상기 저널베어링면에 가려지는 위치에 형성된다. 이로써, 상기 냉동기기는 앞서 왕복동식 압축기에서 언급된 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 이 왕복동식 압축기가 적용된 냉동기기의 성능이 향상될 수 있다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기 및 이를 적용한 냉동기기는, 실린더가 한 개인 단식 왕복동식 압축기를 설명하였으나 경우에 따라서는 실린더가 복수 개인 다중 왕복동식 압축기와 이를 적용한 냉동기기에도 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도,

도 2는 도 1에 따른 실린더블록과 크랭크축 그리고 볼베어링을 분해하여 보인 사시도,

도 3은 도 1에 따른 실린더블록과 크랭크축 그리고 볼베어링을 조립한 종단면도,

도 4는 도 1에 따른 크랭크축을 보인 정면도,

도 5는 도 4의 "I-I"선단면도,

도 6은 도 1에 따른 오일유입홀의 위치를 설명하기 위해 보인 개략도

도 7은 도 1에 따른 크랭크축에서 제1 오일그루브를 전개하여 보인 개략도,

도 8은 도 1에 따른 베어링지지부의 규격을 설명하기 위해 보인 개략도,

도 9는 본 발명의 베어링지지부에 대한 다른 실시예를 설명하기 위해 보인 개략도,

도 10은 본 발명의 왕복동식 압축기가 적용된 냉장고의 일례를 보인 개략도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 밀폐용기 100 : 전동부

200 : 압축부 210 : 실린더블록

212 : 축수구멍 213 : 스러스트면

214 : 베어링구속부 215 : 실린더블록 저널베어링면

220 : 크랭크축 221 : 축부

222 : 편심질량부 223 : 캠부

225a : 제1 오일통로 225b : 제2 오일통로

226a : 제1 오일유출홀 226b : 제1 오일그루브

226c : 오일유입홀 226d : 제3 : 오일홀

227e : 제2 오일그루브 229a,229b : 크랭크축 저널베어링면

300 : 볼베어링 310 : 볼케이지

320 : 볼 331,332 : 와셔

Claims (14)

1. 저널베어링면을 이루도록 축수구멍이 형성되는 실린더블록;

   상기 실린더블록의 축수구멍에 삽입되어 반경방향으로 지지되는 크랭크축;

   상기 크랭크축에 회전 가능하게 결합되어 그 크랭크축의 회전운동을 직선운동으로 변환하는 커넥팅로드;

   상기 커넥팅로드에 결합되어 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 피스톤; 및

   상기 실린더블록의 축방향 평면과 그 실린더블록의 스러스트면에 대향하는 상기 크랭크축의 스러스트면 사이에 설치되어 그 크랭크축이 실린더블록에 축방향으로 지지되도록 하는 볼베어링;을 포함하고,

   상기 크랭크축의 외주면에는 상기 볼베어링의 내주면을 반경방향으로 지지하기 위한 베어링지지부가 형성되며,

   상기 볼베어링이 얹히는 실린더블록의 축방향 평면에는 그 볼베어링의 외주면을 반경방향으로 지지하도록 베어링구속부가 소정의 높이로 돌출되어 형성되고,

   상기 베어링구속부의 축방향 높이는 상기 볼베어링의 축방향 길이보다 작거나 같게 형성되는 왕복동식 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 크랭크축은 상기 실린더블록의 축수구멍에 대해 반경방향으로 지지되는 저널베어링면과 축방향으로 지지되도록 축수구멍보다 넓게 판형연장부가 각각 형성되고,

   상기 저널베어링면과 판형연장부의 사이에 상기 베어링지지부가 형성되며,

   상기 베어링지지부는 상기 저널베어링면의 외경보다 크게 형성되는 왕복동식 압축기.
3. 제2항에 있어서,

   상기 베어링지지부는 그 축방향 길이가 상기 볼베어링의 축방향 길이보다 작거나 같게 형성되는 왕복동식 압축기.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 저널베어링면을 이루도록 축수구멍이 형성되는 실린더블록;

   상기 실린더블록의 축수구멍에 삽입되어 반경방향으로 지지되는 크랭크축;

   상기 크랭크축에 회전 가능하게 결합되어 그 크랭크축의 회전운동을 직선운동으로 변환하는 커넥팅로드;

   상기 커넥팅로드에 결합되어 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 피스톤; 및

   상기 실린더블록의 축방향 평면과 그 실린더블록의 스러스트면에 대향하는 상기 크랭크축의 스러스트면 사이에 설치되어 그 크랭크축이 실린더블록에 축방향으로 지지되도록 하는 볼베어링;을 포함하고,

   상기 크랭크축의 외주면에는 상기 볼베어링의 내주면을 반경방향으로 지지하기 위한 베어링지지부가 형성되며,

   상기 볼베어링이 얹히는 실린더블록의 축방향 평면에는 그 볼베어링의 외주면을 반경방향으로 지지하도록 베어링구속부가 소정의 높이로 돌출되어 형성되고,

   상기 실린더블록의 저널베어링면과 축방향 평면 사이의 모서리는 챔퍼(chamfer) 또는 라운드지게 오일포켓이 형성되고,

   상기 베어링지지부와 베어링구속부는 상기 볼베어링의 볼의 축방향 중심이 상기 오일포켓의 범위 밖에 위치하도록 상기 볼베어링을 반경방향으로 지지하는 왕복동식 압축기.
9. 제8항에 있어서,

   상기 볼베어링의 축방향 양측면에는 그 볼베어링의 볼과 접촉되도록 와셔가 각각 구비되고, 상기 각각의 와셔는 상기 베어링지지부와 베어링구속부에 의해 반경방향으로 지지되는 왕복동식 압축기.
10. 삭제
11. 저널베어링면을 이루도록 축수구멍이 형성되는 실린더블록;

    상기 실린더블록의 축수구멍에 삽입되어 반경방향으로 지지되는 크랭크축;

    상기 크랭크축에 회전 가능하게 결합되어 그 크랭크축의 회전운동을 직선운동으로 변환하는 커넥팅로드;

    상기 커넥팅로드에 결합되어 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 피스톤; 및

    상기 실린더블록의 축방향 평면과 그 실린더블록의 스러스트면에 대향하는 상기 크랭크축의 스러스트면 사이에 설치되어 그 크랭크축이 실린더블록에 축방향으로 지지되도록 하는 볼베어링;을 포함하고,

    상기 크랭크축의 외주면에는 상기 볼베어링의 내주면을 반경방향으로 지지하기 위한 베어링지지부가 형성되며,

    상기 크랭크축의 내부에는 적어도 한 개 이상의 오일통로가 형성되고, 상기 크랭크축의 외주면에는 적어도 한 개 이상의 오일그루브가 형성되며, 상기 오일통로와 오일그루브는 적어도 한 개 이상의 오일홀을 통해 서로 연통되도록 형성되고,

    상기 실린더블록과 크랭크축 사이의 스러스트면들과 연통되는 오일그루브에는 적어도 한 개의 오일홀이 형성되며, 그 오일홀의 적어도 일부는 상기 실린더블록의 저널베어링면에 가려지도록 형성되는 왕복동식 압축기.
12. 제11항에 있어서,

    상기 오일그루브는 복수 개의 경사각을 가지도록 형성되는 왕복동식 압축기.
13. 제11항에 있어서,

    상기 오일그루브는 복수 개의 경사각을 가지도록 형성되고, 그 복수 개의 경사각 중에서 상기 오일홀에 인접하는 부위의 경사각이 그 오일홀에서 먼 부위의 경사각에 비해 상대적으로 작게 형성되는 왕복동식 압축기.
14. 압축기;

    상기 압축기의 토출측에 연결되는 응축기;

    상기 응축기에 연결되는 팽창기; 및

    상기 팽창기에 연결되고 상기 압축기의 흡입측에 연결되는 증발기;를 포함하고,

    상기 압축기는 상기 제1항 내지 제3항, 제8항 내지 제9항, 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항의 압축기로 이루어지는 냉동기기.

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