KR101646044B1

KR101646044B1 - 밀폐형 압축기 및 이것을 이용한 냉장고

Info

Publication number: KR101646044B1
Application number: KR1020140076497A
Authority: KR
Inventors: 미나코 가나다; 히로카츠 고소카베; 슈헤이 나가타; 마사카즈 가노
Original assignee: 히타치 어플라이언스 가부시키가이샤
Priority date: 2013-08-20
Filing date: 2014-06-23
Publication date: 2016-08-05
Also published as: KR20150021443A; JP6138625B2; JP2015040471A

Abstract

본 발명은, 저속 운전 시의 급유 성능을 향상시켜, 슬라이딩 손실을 저감한 밀폐형 압축기 및 이것을 이용한 냉장고를 제공하는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 밀폐 용기(1) 내의 압축 요소(3) 및 전동 요소(2)와, 전동 요소(2)에 의해 회전 운동하는 크랭크축(8)과, 밀폐 용기(1) 내의 하부에 저류된 윤활유(4)를 구비하고, 크랭크축(8)의 하부 원통 형상부(8g)와, 하부 원통 형상부(8g)에 압입된 원통 부재(19)와, 하부 원통 형상부(8g)의 내벽과 원통 부재(19)의 외벽 사이의 삽입 부재(20)를 구비하고, 하부 원통 형상부(8g)와 삽입 부재(20)의 직경 방향의 간극과, 원통 부재(19)와 삽입 부재(20)의 직경 방향의 간극은 다른 크기인 밀폐형 압축기를 제공한다.

Description

밀폐형 압축기 및 이것을 이용한 냉장고{HERMETIC COMPRESSOR AND REFRIGERATOR USING THE SAME}

본 발명은 밀폐형 압축기 및 이것을 이용한 냉장고에 관한 것이다.

종래, 가정용 냉장고에 사용되고 있는 소용량의 밀폐형 압축기에서는, 냉장고의 단열 성능 향상에 따라, 인버터 제어에 의한 압축기의 저속 운전화가 도모되어 오고 있다. 냉장고용의 밀폐형 압축기의 효율 향상과 슬라이딩부의 신뢰성 향상을 위하여, 저속 운전 시의 슬라이딩부에의 안정된 윤활유의 공급이 요구되고 있다. 밀폐형 압축기의 저속 운전 시에 충분한 윤활유를 공급하기 위한 구조로서, 원심 펌프 대신에 저속 운전 시에도 안정된 펌프 능력이 얻어지기 쉬운 점성 펌프를 구비한 것이 있다.

예를 들면, 일본국 특개2012-180796호 공보(특허문헌 1)에 있어서는, 샤프트에 형성된 원통 공동부 내에 동축(同軸) 상에 회전 가능하게 삽입되는 삽입부를 갖고, 원통 공동부와 삽입부 사이에 윤활유가 상승하는 방향으로 나선홈이 설치되어 있어, 점성 펌프로서의 기능을 수행하고 있다. 점성 펌프의 상부에는 원심 펌프가 설치되어 있다.

[특허문헌 1] 일본국 특개2012-180796호 공보

그러나, 특허문헌 1에서는 슬라이딩 손실을 경감하기 위하여 점성 펌프의 상부에 원심 펌프를 설치하고 있다. 점성 펌프에 의해 상승한 윤활유는 샤프트 중심부에 설치된 급유구를 통과해서 원심 펌프에 도달한다. 이 구성에서는, 윤활유는 원심력을 받고 있기 때문에 샤프트 중심부의 급유구를 통과하는 윤활유량은 얼마 되지 않는다.

그래서 본 발명은, 저속 운전 시의 급유 성능을 향상시켜 슬라이딩 손실을 저감한 밀폐형 압축기 및 이것을 이용한 냉장고를 제공한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 예를 들면 특허청구범위에 기재된 구성을 채용한다. 본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 들면, 밀폐 용기 내의 압축 요소 및 전동 요소와, 상기 전동 요소에 의해 회전 운동하는 크랭크축과, 상기 밀폐 용기 내의 하부에 저류(貯留)된 윤활유를 구비하고, 상기 크랭크축의 하부 원통 형상부와, 상기 하부 원통 형상부에 압입된 원통 부재와, 상기 원통 부재의 내측의 삽입 부재를 구비하고, 상기 하부 원통 형상부와 상기 삽입 부재의 직경 방향의 간극과, 상기 원통 부재와 상기 삽입 부재의 직경 방향의 간극은 다른 크기인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 저속 운전 시의 급유 성능을 향상시켜 슬라이딩 손실을 저감한 밀폐형 압축기 및 이것을 이용한 냉장고를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 밀폐형 압축기의 종단면도.
도 2는 도 1의 A-A 단면에 상당하는 밀폐형 압축기의 횡단면도.
도 3은 본 실시형태에 따른 급유 기구를 모식적으로 나타내는 요부 확대도.
도 4는 본 실시형태에 따른 급유 기구를 모식적으로 나타내는 요부 확대 단면도.
도 5는 본 실시형태에 따른 크랭크축의 단면 구조를 모식적으로 나타내는 요부 확대 단면도.
도 6은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 샤프트를 모식적으로 나타내는 요부 확대 단면도.
도 7은 본 발명의 제3의 실시형태에 따른 샤프트를 모식적으로 나타내는 요부 확대 단면도.
도 8은 원통 부재(19)와 삽입 부재(20)의 직경 간극을 바꿨을 때의 급유량의 계산 결과.
도 9는 본 실시형태에 따른 밀폐형 압축기가 탑재된 냉장고의 종단면도.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

[실시예 1]

이하, 본 발명의 제1 실시형태를 도 1 내지 도 5를 이용해서 상세히 설명한다. 우선, 도 1, 도 2에서 밀폐형 압축기의 전체 구성을 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 밀폐형 압축기의 종단면도, 도 2는 도 1의 밀폐형 압축기의 덮개를 벗기고 위쪽으로부터 본 상면도이다.

본 실시형태의 밀폐형 압축기(50)는, 밀폐 용기(1) 내에 스테이터(2a)와 로터(2b)로 이루어지는 전동 요소(2)와, 압축 요소(3)를 수납하고 있다. 압축 요소(3)는, 레이디얼 베어링(5c)과 프레임부(5b)가 일체의 실린더 블록(5)에 형성된 실린더(5) 내를, 컨로드(6)에 의해 크랭크축(8)의 편심축(8a)에 연결된 피스톤(7)이 왕복 운동하는, 소위 레시프로식이다. 실린더 블록(5)의 레이디얼 베어링(5c)에는 크랭크축(8) 하부가 회전 가능하게 끼워져 있고, 크랭크축(8)은 크랭크축(8) 하부에서 로터(2b)에 고정되어 있다. 압축 요소(3)는 프레임부(5b)의 하부에 고정된 스테이터(2a)를 개재하여, 코일 스프링에 의해 밀폐 용기(1)의 저부에 탄성적으로 지지되어 있다. 로터(2b)가 회전하는 것에 의해 크랭크축(8)이 회전하고, 편심축(8a)이 편심 회전함으로써, 피스톤(7)이 실린더(5a) 내의 공동부를 왕복 운동하도록 되어 있다.

실린더(5a) 내의 공동부는, 흡입 밸브 및 토출 밸브(도시하지 않음)가 조립된 실린더 헤드(10)에 의하여 폐색되며, 피스톤(7)과의 사이에 압축 작동실(12)을 구성하고 있다. 실린더 헤드(10)에는 내부에 토출실(11a)이 형성된 헤드 커버(11)가 4개소의 체결 볼트(13)에 의하여 실린더 블록(5)에 고정되어 있다. 흡입 사이렌서(15)는 흡입 경로에 있어서의 작동 유체의 압력 맥동을 감쇠시켜서 소음을 저감하는 것이며, 실린더 블록(5)의 프레임부(5b)의 상부에 위치해 있다.

다음으로 압축기 내부의 냉매 경로에 대하여 설명한다.

밀폐 용기(1)에 접속된 흡입 파이프(14)를 통해서 유입된 냉매는, 플라스틱제의 흡입 사이렌서(15) 내를 통과하여, 실린더 헤드(10)의 흡입 밸브로부터 실린더(5a)의 압축 작동실(12) 내에 들어간다. 압축 작동실(12) 내에서는 피스톤(7)의 왕복 운동에 의하여 냉매가 흡입, 압축되고 토출 밸브로부터 토출되는 구조로 되어 있다. 압축된 냉매는, 실린더 헤드(10)의 토출 밸브로부터 헤드 커버(11) 내의 토출실(도시하지 않음)에 들어가고, 여기에서부터 실린더 블록(5)에 일체로 성형된 토출 사이렌서(16)를 통과하여, 토출관(17)을 통해서 토출 파이프(18)로부터 외부의 냉동 사이클로 유출되도록 되어 있다.

다음으로, 본 실시형태의 특징인 급유 기구를 도 2 내지 도 5를 이용해서 상세히 설명한다. 도 2는 본 실시형태에 따른 급유 기구를 모식적으로 나타내는 요부 확대도를 나타내고, 도 3은 본 실시형태에 따른 크랭크축 및 크랭크축 하부의 급유 기구의 단면도를 나타내고, 도 4는 본 실시형태에 따른 크랭크축 하부의 단면 구조를 모식적으로 나타내는 요부 확대 단면도이다.

본 실시형태에 따르면, 압축 요소는, 회전 운동하는 크랭크축(8)과, 샤프트(8)의 하부에 형성된 하부 원통 형상부(8g)의 내측에 압입된 원통 부재(19)를 갖고 있다. 원통 부재(19)의 내측에는 삽입 부재(20)가 삽입되어 있다.

삽입 부재(20)는 예를 들면 폴리페닐렌설파이드수지(PPS) 등의 수지로 구성하고 있다. 삽입 부재(20)의 외표면은 윤활유가 통과하기 위한 나선홈(20b)을 갖고 있다. 나선홈(20b)의 단면적은 가공의 용이성을 고려하여 사다리꼴로 되어 있다. 또한, 삽입 부재(20)는 그 저면(底面)에 구멍이 뚫린 볼록부(20a)를 갖고 있으며, 그 구멍에 와이어(21)를 통과시켜 스테이터(2a)에 배치되어 있다. 이에 따라, 삽입 부재(20)는 크랭크축(8)의 회전 시에도 크랭크축(8)과 일체로 되어 회전하지 않는다.

압축기가 가동되면, 로터(도시하지 않음)의 회전에 수반하여 크랭크축(8)이 회전한다. 크랭크축(8)의 회전에 의하여, 크랭크축(8)의 아래쪽에 압입된 원통 부재(19)와 삽입 부재(20)에 발생하는 속도 차에 의해, 원통 부재(19)와 삽입 부재(20)의 간극에 있는 윤활유에는 점성력이 작용하며, 윤활유는 삽입 부재(20) 외표면의 나선홈(20b)을 따라, 삽입 부재(20)와 원통 부재(19)의 간극을 통과하여, 크랭크축(8)의 내부를 상승한다.

크랭크축(8) 내부를 상승한 윤활유는 크랭크축(8)의 중앙부에 설치되어 있는 크랭크축 외표면과의 연통(連通) 구멍(8b)으로 운반된다.

연통 구멍(8b)을 통하여 크랭크축 외표면과 레이디얼 베어링(5c)의 간극에 도달한 윤활유는, 크랭크축 외표면과 레이디얼 베어링(5c)에 발생하는 속도 차에 의해 점성력이 작용한다. 점성력에 의해 윤활유는 크랭크축 외표면의 나선홈(8c)을 따라 크랭크축의 위쪽으로 유도된다. 그 후, 윤활유는 크랭크축 외표면에 있는 연통 구멍(8d)을 통과하여 다시 크랭크축(8) 내부로 들어간다. 크랭크축(8) 내부로 들어간 윤활유는, 크랭크축(8) 외주에 형성된 나선홈(8c)을 통하여 위쪽으로 유도되고, 편심축(8a)에 회전 가능하게 끼워맞춰진 컨로드(6)와 피스톤(7)을 연결하고 있는, 볼 조인트부의 윤활을 행한다. 또한, 편심축(8a)의 상단에 부착된 밸런스 웨이트(도시하지 않음)를 일부 관통하는 형태로 설치된 구멍(도시하지 않음)으로부터 분사되고, 마지막으로 편심축(8a)의 상단부로부터 주위로 분사된다. 주로 이 분사된 윤활유(4)에 의해, 피스톤(7)과 실린더(5a) 사이의 윤활 및 씰이 행해진다.

윤활유가 통과하는 원통 부재(19)와 삽입 부재(20)의 수평 방향의 간극이 지나치게 작으면, 삽입 부재(20)의 근소한 편심에 의해 원통 부재(19)와 부분 맞닿음(partial contact)이 일어나 슬라이딩 손실이 커질 가능성이 있다. 반대로 원통 부재(19)와 삽입 부재(20)의 간극이 지나치게 크면, 원통 부재(19)와 삽입 부재(20)의 간극을 통해서 축 방향으로 역류하는 누설량이 증가한다. 누설량이 증가하면, 크랭크축(8)의 상부에의 윤활유의 공급량이 감소해 버려, 압축기 내의 슬라이딩부에의 충분한 급유를 할 수 없을 가능성이 있다.

그러나 본 실시형태에 따르면, 부분 맞닿음을 방지하면서도, 오일 누설을 적게 하기 위하여, 크랭크축(8) 하단부의 하부 원통 형상부(8g)와 삽입 부재(20)의 직경 방향의 간극은, 원통 부재(19)와 삽입 부재(20)의 직경 방향의 간극보다도 커지도록 설정되어 있다.

도 8은 원통 부재(19)와 삽입 부재(20)의 직경 간극을 바꿨을 때의 급유량의 계산 결과이다. 원통 부재(19)와 삽입 부재(20)의 직경 간극은, 도 8 및 밀폐형 압축기에 있어서의 실험의 결과를 기초로 0.1㎜∼0.5㎜로 설정되어 있다.

또한, 삽입 부재(20)가 길면 크랭크축(8)의 내벽과 슬라이딩 면적이 증가한다. 또한, 삽입 부재 외표면의 나선홈(20b)의 볼록부가 연통 구멍(8b)을 막고 있는 동안에는, 삽입 부재(20)에 의해 연통 구멍(8b)에의 경로가 좁아져 버리기 때문에 윤활유가 통과하기 어렵다.

그러나 본 실시형태에 따르면, 삽입 부재(20)의 상단은, 윤활유가 통과하는 연통 구멍(8b)과 같은 높이이거나, 연통 구멍(8b)보다 아래쪽에 위치하는 길이로 하고 있다. 이에 따라, 크랭크축(8)의 내벽과 삽입 부재(20)의 슬라이딩 면적이 필요 이상으로 커지지 않도록 하고 있다. 또한 삽입 부재(20)의 나선홈(20b)을 따라서 상승한 윤활유는, 삽입 부재(20)에 의해 윤활유 경로가 막히지 않고 연통 구멍(8b)으로 용이하게 도달할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 제1 실시형태에 따른 밀폐형 압축기에 의하면, 밀폐 용기(1) 내의 압축 요소(3) 및 전동 요소(2)와, 전동 요소(2)에 의해 회전 운동하는 크랭크축(8)과, 밀폐 용기(1) 내의 하부에 저류된 윤활유(4)를 구비하고, 크랭크축(8)의 하부 원통 형상부(8g)와, 하부 원통 형상부(8g)에 압입된 원통 부재(19)와, 하부 원통 형상부(8g)의 내벽과 원통 부재(19)의 외벽 사이의 삽입 부재(20)를 구비하고, 하부 원통 형상부(8g)와 삽입 부재(20)의 직경 방향의 간극과, 원통 부재(19)와 삽입 부재(20)의 직경 방향의 간극은 다른 크기이다.

이에 따라, 저가이고 간편한 구조로, 저속 운전 시에도 슬라이딩부에 충분한 급유가 가능하여, 슬라이딩 손실을 경감함으로써 압축기의 효율과 신뢰성을 함께 향상시킬 수 있다.

[실시예 2]

다음으로, 제2 실시형태에 따른 밀폐형 압축기의 구조에 대하여 도 6을 이용해서 설명한다.

본 실시형태는, 제1 실시형태와 다른 점은, 삽입 부재(20)의 외표면이 아닌, 크랭크축(8)의 내표면에 나선홈(8f), 원통 부재 내표면에 나선홈(19a)을 갖고 있는 점이다. 또한, 실시예 1과 마찬가지로 크랭크축(8) 하단에는 원통 부재(19)가 장착되어 있다.

크랭크축(8)의 회전과 함께, 삽입 부재(20)의 외표면과 크랭크축(8)의 내표면의 속도 차에 의해 점성력이 발생한다. 발생한 점성력에 의해, 삽입 부재(20)와 크랭크축(8)의 간극에 있는 윤활유는 크랭크축(8)의 내표면에 있는 나선홈(8f)을 통하여 상승한다.

본 실시형태에 있어서도, 크랭크축(8)(하부 원통 형상부(8g))과 삽입 부재(20)의 간극과, 원통 부재(19)와 삽입 부재(20)의 간극은 다르다. 이에 따라, 제1 실시형태와 마찬가지로, 원통 부재(19) 및 크랭크축(8)과 삽입 부재(20)의 부분 맞닿음을 방지하면서도, 크랭크축(8)(하부 원통 형상부(8g))과 삽입 부재(20)의 간극 및 원통 부재(19)와 삽입 부재(20)의 간극으로부터의 오일 누설을 방지할 수 있다.

이에 따라, 저가이고 간편한 구조로, 저속 운전 시에도 슬라이딩부에 충분한 급유가 가능하며, 슬라이딩 손실을 경감함으로써 압축기의 효율과 신뢰성을 함께 향상시킬 수 있다.

[실시예 3]

다음으로, 제3 실시형태에 따른 밀폐형 압축기의 구조에 대하여 도 7을 이용해서 설명한다.

본 실시형태는, 제1 실시형태와 다른 점은 크랭크축(8) 하단의 내부가 아닌 외표면에 원통 부재(19)가 압입되어 있는 점이다.

크랭크축(8) 하단의 삽입 부재(20)는, 원통 부재(19)가 압입되어 있는 개소의 직경을 확대하고 있으며, 이에 따라 삽입 부재(20)와 원통 부재(19)의 간극의 크기를 조정하고 있다.

크랭크축(8)의 회전과 함께, 삽입 부재(20)의 외표면과 크랭크축(8)(하부 원통 형상부(8g))의 내표면의 속도 차에 의해 점성력이 발생한다. 발생한 점성력에 의해, 삽입 부재(20)와 크랭크축(8)의 간극에 있는 윤활유는 크랭크축(8)의 외표면에 있는 나선홈을 통하여 상승한다.

본 실시형태에 있어서도, 크랭크축(8)(하부 원통 형상부(8g))과 삽입 부재(20)의 간극과 원통 부재(19)와 삽입 부재(20)의 간극은 다르며, 원통 부재(19) 및 크랭크축(8)과 삽입 부재(20)의 부분 맞닿음을 방지하면서도, 크랭크축(8)과 삽입 부재(20)의 간극 및 원통 부재(19)와 삽입 부재(20)의 간극으로부터의 오일 누설을 방지할 수 있다.

또한 본 실시형태에 있어서는, 삽입 부재(20) 하부의 윤활유 경로의 직경이 확대되어 있기 때문에, 윤활유에 원심력이 작용하기 쉽게 되어 있다.

이에 따라, 윤활유가 효과적으로 크랭크축 내부를 상승한다. 이에 따라 저가이고 간편한 구조로, 저속 운전 시에도 슬라이딩부에 충분한 급유가 가능하며, 슬라이딩 손실을 경감함으로써 압축기의 효율과 신뢰성을 함께 향상시킬 수 있다.

도 8은 제1∼제3의 실시형태에 따른 밀폐형 압축기의 탑재된 냉장고의 종단면도이다.

도 8에 있어서, 본 실시형태의 밀폐형 압축기(50)는, 냉각기(66)를 구비하며 온난화 계수가 작은 자연 냉매 R600a를 이용한 냉장고(60)에 탑재되고, 냉장실(62), 상단 냉동실(63), 하단 냉동실(64), 야채실(65)로 이루어지는 고내(庫內) 공간은 밀폐형 압축기(50)의 구동에 의해 냉동 사이클(도시하지 않음)을 동작시키는 것에 의해 냉각된다.

최근, 인버터 제어의 탑재나 냉장고의 단열 성능 향상에 의해, 압축기 회전 속도의 저속화가 진행되고 있다. 그러나 압축기 회전 속도의 저속화는 급유 능력의 저하로 이어질 우려가 있다.

이상 상세히 설명한 실시형태에서는, 회전수 제어 압축기에 있어서의 저속 운전 시 및 고속 운전 시의 양쪽에 있어서, 윤활유를 효율 좋고 안정적으로 퍼올려, 슬라이딩부에 충분한 급유를 행하여, 압축기 효율을 향상시킬 수 있음과 함께 압축기의 신뢰성도 향상된 밀폐형 압축기를 제공할 수 있다.

또한, 밀폐형 압축기를 적용하는 시스템으로서는, 냉장고에 한하지 않으며 냉동 공조 용도에서는 룸 에어컨이나 냉동기 등의 시스템에 적용하는 것도 가능하며, 이러한 기기의 시스템 효율을 대폭적으로 개선할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들면, 상기한 실시예는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위하여 상세히 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 어느 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대하여, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.

1…밀폐 용기, 2…전동 요소, 2a…스테이터, 2b…로터, 3…압축 요소, 4…윤활유, 5a…실린더, 7…피스톤, 8…크랭크축, 8a…편심축, 8b…연통 구멍, 8c…나선홈, 8d…연통 구멍, 8e…핀부, 8f…나선홈, 8g…하부 원통 형상부, 19…원통 부재, 19a…나선홈, 20…삽입 부재, 20a…볼록부, 20b…나선홈, 21…와이어, 50…밀폐형 압축기, 60…냉장고

Claims

밀폐 용기 내의 압축 요소 및 전동 요소와, 상기 전동 요소에 의해 회전 운동하는 크랭크축과, 상기 밀폐 용기 내의 하부에 저류(貯留)된 윤활유를 구비하고,
상기 크랭크축의 하부 원통 형상부와,
상기 하부 원통 형상부에 압입된 원통 부재와,
상기 원통 부재의 내측의 삽입 부재를 구비하고,
동일한 직경 방향에 있어서, 상기 하부 원통 형상부와 상기 삽입 부재의 직경 방향의 간극과, 상기 원통 부재와 상기 삽입 부재의 직경 방향의 간극은 다른 크기이고,
상기 원통 부재의 상단은, 상기 크랭크축의 측부의 연통 구멍보다 아래쪽에 위치하고,
상기 삽입 부재의 상단은, 상기 원통 부재의 상단의 위치보다 높고 상기 크랭크축의 측부의 연통 구멍의 높이와 같거나 낮은 위치까지 상승하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
제1항에 있어서,
상기 하부 원통 형상부와 상기 삽입 부재의 직경 방향의 간극은 0.1∼0.5㎜인 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 삽입 부재의 외표면에는, 윤활유 경로인 나선홈을 갖고 있으며, 상기 나선홈의 단면이 사다리꼴인 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
제1항에 기재된 밀폐형 압축기를 구비한 것을 특징으로 하는 냉장고.