KR101463822B1 - 압축기용 슬리브 및 이를 적용한 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축기의 슬리브에 관한 것이다. 본 발명에 압축기는, 슬리브의 외주면은 경도가 높은 재질로 형성되는 반면 그 내주면은 경도가 낮은 재질로 형성됨에 따라 상기 슬리브의 압입시 압입변형이 줄어 상기 크랭크축의 핀부에 대한 마찰손실이 감소되고 이로 인해 압축기 성능이 향상될 수 있을 뿐만 아니라 상기 크랭크축의 마모를 미연에 방지할 수 있다.

왕복동식 압축기, 커넥팅로드, 슬리브, 이종재질

Description

압축기용 슬리브 및 이를 적용한 압축기{SLEEVE FOR COMPRESSOR AND COMPRESSOR HAVEING THE SAME}

본 발명은 밀폐형 압축기에 관한 것으로, 특히 회전운동을 하는 크랭크축과 그 크랭크축에 의해 움직이는 커넥팅로드 사이에 개재되어 베어링역할을 하는 압축기의 슬리브에 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.

상기와 같은 밀폐형 압축기는 전동부의 회전자에 결합된 크랭크축이 그 회전자와 함께 회전운동을 하면서 동력을 전달하고, 상기 크랭크축에 결합되는 커넥팅로드가 상기 전동부의 동력을 전달받아 압축실을 형성하면서 냉매를 압축하도록 구성되어 있다.

이를 위해, 상기 크랭크축에는 편심진 핀부가 형성되고, 그 핀부에 상기 커넥팅로드가 결합되어 있다. 그리고 핀부와 커넥팅로드의 사이에는 일종의 베어링 역할을 하는 슬리브가 개재되어 있다. 예를 들어, 왕복동식 압축기에서는 상기 크랭크축의 핀부에 커넥팅로드가 결합되고, 상기 커넥팅로드에 피스톤이 결합되어 있다. 하지만, 상기 커넥팅로드는 조립공정상 그 일측에 상기 핀부의 외경보다 크게 연결부가 형성되어야 하므로 상기 크랭크축의 핀부와 커넥팅로드의 연결부 사이의 틈새에 상기 슬리브를 개재하고 있다.

그러나, 종래의 슬리브는 소결합금한 커넥팅로드와 동일한 재질, 또는 상기 커넥팅로드와 동일한 경도를 가지는 재질로 제작하여 상기 커넥팅로드에 압입하는 것었으나, 이는 상기 슬리브의 마찰계수가 높아 그 슬리브와 크랭크축 사이에서의 마찰손실이 가중될 뿐만 아니라 상기 크랭크축의 핀부가 마모되어 전동부의 동력을 압축부로 정확하게 전달하지 못하면서 압축기 성능이 저하될 수 있었다. 이를 감안하여 상기 슬리브 전체를 경도가 낮은 재질로 제작하는 경우에는 그 슬리브를 상기 커넥팅로드에 압입하는 과정에서 상기 슬리브가 심하게 변형되면서 오히려 상기 크랭크축과의 마찰손실이 더욱 증가하게 될 우려가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 압축기가 가지는 문제점을 해결한 것으로, 상기 슬리브의 조립시 그 슬리브의 변형을 줄이면서도 상기 슬리브와 크랭크축과의 마찰손실이나 상기 크랭크축의 마모를 미연에 방지할 수 있는 압축기용 슬리브 및 이를 구비한 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 해결하기 위하여, 동력을 전달하는 크랭크축과 커넥팅로드 사이에 개재되는 슬리브에 있어서, 상기 슬리브는 그 두께방향으로 복수 개의 이종재질로 형성되며, 상기 슬리브는 길이방향으로 이음매가 형성되고, 상기 이음매는 돌기와 홈으로 요철 결합되는 압축기용 슬리브가 제공된다.
또, 전동부의 회전자에 결합되어 회전력을 전달하는 크랭크축; 상기 크랭크축에 결합되어 그 크랭크축에 의해 움직이는 커넥팅로드; 및 상기 크랭크축에 미끄러지게 결합되는 반면 상기 커넥팅로드에 고정 결합되도록 상기 크랭크축과 커넥팅로드 사이에 개재되는 슬리브;를 포함하고, 상기 슬리브는 그 두께방향으로 복수 개의 이종재질로 형성되는 압축기가 제공된다.

본 발명에 의한 압축기는, 상기 슬리브의 외주면은 경도가 높은 재질로 형성되는 반면 그 내주면은 경도가 낮은 재질로 형성됨에 따라 상기 슬리브의 압입시 압입변형이 줄어 상기 크랭크축의 핀부에 대한 마찰손실이 감소되고 이로 인해 압축기 성능이 향상될 수 있을 뿐만 아니라 상기 크랭크축의 마모를 미연에 방지할 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 압축기용 슬리브 및 이를 구비한 압축기를 첨부도면에 도시된 실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 밀폐용기(1)의 내부에 설치되어 한방향 회전을 하거나 또는 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 한 방향으로 등속 회전을 하는 모터이거나 또는 정회전과 역회전이 가능한 정속 모터이거나 또는 인버터 모터가 적용될 수도 있다. 그리고 상기 전동부(100)는 상기 밀폐용기(1)의 내부에 프레임(2)으로 지지되어 탄력 설치되는 고정자(110)와, 상기 고정자(110)의 안쪽에 회전 가능하게 설치되는 회전자(120)와, 상기 회전자(120)의 중심에 결합되어 회전력을 압축부(200)에 전달하는 크랭크축(130)로 이루어진다. 상기 크랭크축(130)는 그 상단에 후술할 슬리브(240)가 결합되어 상기 피스톤(220)이 왕복운동을 하도록 핀부(131)가 축중심에서 일정한 편심량을 가지도록 편심지게 형성되고, 상기 크랭크축(130)은 축방향으로 오일유로(132)가 관통 형성된다.

상기 압축부(200)는 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 베어링 역할을 하는 슬리브(240)와, 상기 실린더(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 2에서와 같이, 상기 실린더(210)는 원통모양으로 형성되어 상기 프레임(2)에 일체로 형성되거나 또는 조립하여 형성되고, 상기 피스톤(220)은 그 일단이 막힌 원통모양으로 형성되어 상기 커넥팅로드(230)에 회전 가능하게 결합된다.

그리고 상기 커넥팅로드(230)는 소결합금재질로 형성된다. 그리고 상기 커넥팅로드(230)는 환형으로 형성되어 상기 슬리브(240)의 외주면에 회전 가능하게 결합되는 축연결부(231)와, 그 축연결부(231)에서 연장되는 로드부(232)와, 상기 로드부(232)의 타단에 형성되고 환형으로 형성되어 상기 피스톤(220)에 회동 가능하게 결합되는 피스톤연결부(미도시)로 이루어진다.

그리고 상기 슬리브(240)는 원통형으로 형성되고, 그 외경은 상기 커넥팅로드(230)의 축연결부(231)에 압입될 수 있도록 상기 축연결부(231)의 내경과 거의 동일하게 형성되는 반면 그 내경은 상기 크랭크축(130)의 핀부(131)에 상대적으로 여유있게 삽입되어 베어링면을 형성할 수 있도록 그 핀부(131)의 외경보다는 약간 크게 형성된다.

도 3 및 도 4에서와 같이, 상기 슬리브(240)는 그 외주면을 이루는 압입면부(241)와 그 내주면을 이루는 베어링면부(242)가 서로 다른 재질, 즉 상기 압입면 부(241)의 경도가 베어링면부(242)의 경도보다 큰 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 압입면부(241)는 압입시 변형을 줄일 수 있도록 상기 커넥팅로드(230)와 동일한 소결합금으로 형성되는 반면 상기 베어링면부(242)는 구동시 상기 크랭크축(130)과와 마찰손실을 줄일 수 있도록 상대적으로 경도가 낮은 알루미늄 재질로 형성될 수 있다.

그리고 상기 슬리브(240)는 압입면부(241)와 베어링면부(242)가 서로 다른 재질로 형성됨에 따라 이를 원통형의 슬리브로 제작하기 위해서는 다양한 제조 공법이 제안될 수 있다.

예를 들어, 도 5에서와 같이 상기 슬리브(240)는 복수 개의 재질, 즉 압입면부(241)와 베어링면부(242)가 접합된 강판(245)을 소정의 길이씩 절단하여 한 개씩 원통모양으로 말아 제작한다. 이때, 상기 강판의 양단, 즉 이음매가 되는 양단면에는 각각 고정돌기(246)와 고정홈(247)을 서로 대응되게 형성한다. 상기 고정돌기(246)와 고정홈(247)은 서로 원주방향으로 탈거되지 않도록 도 5에서와 같이 길이방향 연장부와 그 연장부의 끝단에 원형의 확장부가 형성되거나 또는 도면으로 도시하지는 않았으나 쐐기형상의 확장부가 형성될 수도 있다. 그외 다양한 형상으로 확장부가 형성될 수도 있다. 그리고 상기 고정돌기(246)와 고정홈(247)은 도면에서와 같이 한 개 뿐만 아니라 길이방향을 따라 복수 개가 형성될 수도 있다.

또, 상기 슬리브(240)는 도 6에서와 같이 상기 강판(245)을 길이방향으로 길게 말아 그 길이방향으로 절단하여 제작할 수도 있다. 이 경우에도 상기 강판(245)의 이음매에는 고정돌기(246)와 고정홈(247)을 형성하여 원통모양으로 제작할 수 있다.

한편, 상기 슬리브(240)는 도 7에서와 같이 그 이음매를 용접이나 납땜과 같이 접합(248)하여 결합할 수도 있다. 그리고, 상기 슬리브(240)는 도 8에서와 같이 상기 베어링면부(242)는 원통형으로 제작하는 반면 상기 압입면부(241)는 씨링(C-ring) 모양의 스냅링으로 제작하여 상기 베어링면부(242)의 외주면에 압입면부(241)를 탄력적으로 삽입 결합할 수도 있다. 이 경우, 상기 압입면부(241)의 이음매는 도 5와 도 6에서와 같이 요철 결합시키거나 도 7에서와 같이 용접하여 결합시킬 수도 있다.

도면중 미설명 부호인 3은 흡입관이다.

상기와 같은 본 발명의 왕복동식 압축기는 다음과 같이 조립된다.

먼저, 상기 피스톤(230)과 커넥팅로드(230)의 베어링측 연결부(233)를 별도의 연결핀(미부호)으로 회전 가능하게 연결한다. 그리고 상기 커넥팅로드(230)가 연결된 피스톤(220)을 상기 실린더(210)의 압축공간(V1)에 삽입한다.

다음, 상기 커넥팅로드(230)의 크랭크측 연결부(233)를 상기 크랭크축(130)의 핀부(131)에 삽입하여 회전 가능하게 삽입한다. 이때, 상기 슬리브(240)가 커넥팅로드(230)와 피스톤(220)의 연결점을 중심으로 회전하면서 상기 핀부(131)에 삽입되어야 하므로 상기 슬리브(240)의 내경이 상기 핀부(131)의 외경보다 크게 형성된다. 따라서, 상기 슬리브(240)를 삽입한 후에 그 슬리브(240)의 내경과 상기 핀부(131)의 외경 사이에는 틈새가 발생하게 되므로 이 틈새에 상기 슬리브(240)를 삽입하여 채우게 된다. 이때, 상기 슬리브(240)의 외주면, 즉 상기 슬리브(240)의 압입면부(241)는 커넥팅로드(230)의 축연결부(231)에 압입되는 반면 상기 슬리브(240)의 베어링면부(242)는 크랭크축(130)의 핀부(131)에 미끄러지게 삽입된다.

상기와 같은 본 발명의 왕복동식 압축기의 작용효과는 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.

여기서, 상기 슬리브(240)는 그 외주면이 상기 커넥팅로드(230)에 고정되는 반면 그 내주면은 상기 크랭크축(130)에 대해 베어링 역할을 하게 된다. 이때, 상기 슬리브(240)의 외주면, 즉 압입면부(241)가 소결합금과 같이 경도가 높은 재질로 형성됨에 따라 상기 슬리브(240)의 압입시 변형을 줄여 압입상태를 유지할 수 있고, 반면 상기 슬리브(240)의 내주면, 즉 베어링면부(242)가 알루미늄과 같이 경도가 낮은 재질로 형성됨에 따라 상기 크랭크축(130)의 핀부(131)에 대해 마찰손실이 줄어 압축기 성능이 향상될 수 있을 뿐만 아니라 상기 크랭크축(130)의 마모를 미연에 방지할 수 있다.

도 9는 이를 적용한 왕복동식 압축기에 대한 실험 결과표이다. 이에 도시된 바와 같이 상기 슬리브(240)를 이종 재질로 제작하는 경우가 그렇지 않은 경우, 즉 단일 재질로 제작하는 경우에 비해 에너지효율(EER)이 대략 0.1 정도 향상된 것을 알 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 슬리브는 본 실시예에서와 같이 왕복동식 압축기 외에 다른 압축기에도 적용할 수 있다.

예컨대, 도 10에서와 같이 상기 스크롤 압축기는 크랭크축(1100)의 회전력을 선회스크롤(1200)에 전달하여 그 선회스크롤(1200)이 고정스크롤(1300)과 맞물려 선회운동을 하면서 연속으로 이동하는 압축실(P)을 형성하게 된다. 이 경우, 상기 크랭크축(1100)과 결합되는 선회스크롤(1200)의 보스부(1210)에는 상기 크랭크축(1100)의 핀부(1110)와 선회스크롤(12000)의 보스부(1210) 사이에서 일종의 베어링 역할을 하는 슬리브(1400)가 삽입된다.

상기와 같은 스크롤 압축기에 적용되는 슬리브(1400) 역시 전술한 실시예와 같이 경도가 다른 이종재질로 압입면부(1410)와 베어링면부(1420)를 제작하는 경우, 그 슬리브(1400)의 압입강도는 유지하면서 상기 크랭크축(1100)과 슬리브(1400) 사이에서의 마찰손실은 크게 줄일 수 있다.

본 실시예에 따른 슬리브의 기본적인 구성과 이에 따른 작용 효과는 전술한 실시예와 대동소이하므로 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명은 실리더가 한 개인 단식 왕복동식 압축기를 설명하였으나 경우에 따라서는 실린더가 복수 개인 다중 왕복동식 압축기에도 적용하 수 있다. 또, 본 발명은 왕복동식 압축기의 크랭크축과 커넥팅로드 사이에 삽입되는 슬리브와 스크롤 압축기의 크랭크축과 선회스크롤 사이에 적용도는 슬리브를 예로들어 설명하였 으나, 이 외에도 부시베어링이 적용되는 분야에 폭넓게 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명 왕복동식 압축기의 일실시예를 보인 종단면도,

도 2는 도 1에 따른 왕복동식 압축기에서 압축부를 보인 사시도,

도 3은 도 1에 따른 슬리브를 파단하여 보인 사시도,

도 4는 도 1에 따른 압축부에서 커넥팅로드와 슬리브를 크랭크축과 결합하여 보인 종단면도,

도 5는 도 1에 따른 슬리브의 제작방법에 대한 일실시예를 보인 사시도,

도 6은 도 1에 따른 슬리브의 제작방법에 대한 다른 실시예를 보인 사시도,

도 7 및 도 8은 도 1에 따른 슬리브의 다른 실시예들을 보인 사시도,

도 9는 도 1에 따른 슬리브를 적용한 왕복동식 압축기에 대한 실험 결과표

도 10은 도 1에 따른 슬리브를 스크롤 압축기에 적용한 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 밀폐용기 2 : 프레임

100 : 전동부 130 : 크랭크축

131 : 핀부 200 : 압축부

210 : 실린더 220 : 피스톤

230 : 커넥팅로드 231 : 축연결부

240 : 슬리브 241 : 압입면부

242 : 베어링면부 245 : 강판

246 : 고정돌기 247 : 고정홈

241 : 베어링부 242 : 지지부

250 : 밸브조립체 260 : 흡입머플러

270 : 토출커버 280 : 토출커버

Claims (8)

1. 동력을 전달하는 크랭크축과 커넥팅로드 사이에 개재되는 슬리브에 있어서,

   상기 슬리브는 그 두께방향으로 복수 개의 이종재질로 형성되며,

   상기 슬리브는 길이방향으로 이음매가 형성되고, 상기 이음매는 돌기와 홈으로 요철 결합되는 압축기용 슬리브.
2. 제1항에 있어서,

   상기 슬리브는 상기 크랭크축과 접하는 내주측이 상기 커넥팅로드와 접하는 외주측보다 경도가 낮은 재질로 형성되는 압축기용 슬리브.
3. 삭제
4. 삭제
5. 전동부의 회전자에 결합되어 회전력을 전달하는 크랭크축;

   상기 크랭크축에 결합되어 그 크랭크축에 의해 움직이는 커넥팅로드; 및

   상기 크랭크축에 미끄러지게 결합되는 반면 상기 커넥팅로드에 고정 결합되도록 상기 크랭크축과 커넥팅로드 사이에 개재되는 슬리브;를 포함하고,

   상기 슬리브는 그 두께방향으로 복수 개의 이종재질로 형성되며,

   상기 슬리브는 길이방향으로 이음매가 형성되고, 그 이음매는 돌기와 홈으로 요철 결합되는 압축기.
6. 제5항에 있어서,

   상기 돌기와 홈은 원주방향으로 탈거되는 것을 방지하도록 이음매에서 안쪽으로 갈수록 확장되는 부위가 구비되는 압축기.
7. 전동부의 회전자에 결합되어 회전력을 전달하는 크랭크축;

   상기 크랭크축에 결합되어 그 크랭크축에 의해 움직이는 커넥팅로드; 및

   상기 크랭크축에 미끄러지게 결합되는 반면 상기 커넥팅로드에 고정 결합되도록 상기 크랭크축과 커넥팅로드 사이에 개재되는 슬리브;를 포함하고,

   상기 슬리브는 그 두께방향으로 복수 개의 이종재질로 형성되며,

   상기 슬리브는 길이방향으로 이음매가 형성되고, 그 이음매는 접합되는 압축기.
8. 제7항에 있어서,

   상기 슬리브는 그 내주측은 원통형상으로 형성되는 반면, 그 외주측은 절개된 링 모양으로 형성되어 조립되는 압축기.

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