KR101731162B1

KR101731162B1 - 피스톤식 압축기

Info

Publication number: KR101731162B1
Application number: KR1020150031603A
Authority: KR
Inventors: 도시유키 고바야시; 노리카즈 데토; 노부토시 반노; 마사시 나카모리; 겐키 하야시
Original assignee: 가부시키가이샤 도요다 지도숏키
Priority date: 2014-03-10
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2017-04-27
Also published as: CN104912769B; CN104912769A; KR20150105918A; JP2015169157A

Abstract

본 발명의 과제는, 잔류 가스를 유통시키는 바이패스 통로로부터의 잔류 가스의 누설이 저감되는 피스톤식 압축기를 제공하는 것이다.
피스톤식 압축기는, 회전축의 일단부 측부(11)에 회전 밸브(40)가 형성되어 있다. 회전 밸브(40)는, 복수의 보어와 공급 통로를 도통로(341∼344)를 통해 순차적으로 연통하여 냉매 가스를 보어에 흡입시키는 흡입구(41)와, 보어의 내압이 그 옆에 위치하는 후행하는 보어의 내압보다 높은 상태에 있어서, 상기 보어의 제1 도통로(341)와 후행하는 보어의 제2 도통로(342)를 연통하도록 구성되어 있는 바이패스 통로(43)를 갖는다. 바이패스 통로(43)는 회전축(10)의 둘레 방향을 따라 직선상으로 형성된 홈이며, 회전축(10)의 축선에 수직한 방향에 위치하고 있다.

Description

피스톤식 압축기{PISTON TYPE COMPRESSOR}

본 발명은 피스톤식 압축기에 관한 것이다.

종래, 복수의 보어를 갖는 피스톤식 압축기에 있어서, 토출 행정 종료 후의 보어 내에 잔류하는 고압의 잔류 가스를, 회전 밸브에 형성된 바이패스 통로에 의해, 압축 행정 중의 다른 보어에 공급함으로써, 잔류 가스의 재팽창을 저감시켜 체적 효율을 향상시키고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에 개시되어 있는 구성에서는, 바이패스 통로는 회전 밸브의 외주면에 일본어 コ자 형상으로 형성된 홈과 회전 밸브를 수용하는 수용 오목부의 내측면 사이에 형성되어 있다.

일본 특허 출원 공개 평6-117365호 공보

그러나, 바이패스 통로를 유통하는 잔류 가스는 고압이므로, 바이패스 통로로부터 잔류 가스가 누설되는 것을 저감시키기 위해서는, 회전 밸브의 외주면과 수용 오목부의 내측면 사이에 높은 기밀성을 필요로 한다. 그리고, 일본어 コ자 형상으로 형성된 바이패스 통로에 고압의 잔류 가스가 긴 시간 체재하는 경우에는, 한층 더 높은 기밀성을 필요로 하게 된다. 또한, 바이패스 통로가 일본어 コ자 형상인 경우에는, 바이패스 통로의 길이가 비교적 길어지므로, 회전 밸브에 있어서의 바이패스 통로 전체에 있어서 높은 기밀성을 유지할 필요가 있다.

본 발명은 이러한 배경에 비추어 이루어진 것이며, 잔류 가스를 유통시키는 바이패스 통로로부터의 잔류 가스의 누설이 저감되는 피스톤식 압축기를 제공하려고 하는 것이다.

본 발명의 일 형태는, 회전축과,

상기 회전축이 삽입 관통되어 상기 회전축이 지지되는 축 구멍과, 상기 축 구멍의 축심 둘레에 형성되어 있는 복수의 보어와, 상기 복수의 보어와 상기 축 구멍을 각각 연통시키는 복수의 도통로를 갖는 실린더 블록과,

상기 회전축에 일체 회전 가능하게 연결되어 있는 경사판과,

상기 경사판에 연계되어 상기 복수의 보어 내의 각각을 왕복 이동하는 복수의 피스톤과,

상기 복수의 보어의 각각의 내벽과 상기 피스톤에 의해 둘러싸여 형성되어 있는 복수의 압축실과,

상기 회전축의 내부에 축 방향을 따라 형성되어 있음과 함께, 상기 복수의 압축실에 흡입되는 냉매 가스가 공급되는 공급 통로를 구비하고,

상기 회전축에는, 상기 도통로를 통해 상기 복수의 보어와 상기 공급 통로를 순차적으로 연통하여 냉매 가스를 상기 복수의 보어에 흡입시키는 회전 밸브 기구가 형성되어 있고,

상기 회전 밸브 기구는, 상기 회전축의 외주면에 개구되고, 상기 도통로와 상기 공급 통로를 간헐적으로 연통하는 흡입구를 구비하고 있고,

상기 회전축의 외주면에는, 상기 복수의 보어 중 어느 하나의 보어의 내압이 상기 보어의 옆에 위치하여 후행하는 보어의 내압보다 높은 상태에 있어서, 상기 보어의 도통로와 상기 후행하는 보어의 도통로를 연통하도록 구성되어 있는 바이패스 통로가 형성되어 있고,

상기 바이패스 통로는, 상기 회전축의 둘레 방향을 따라 직선상으로 형성된 홈이며, 상기 회전축의 축선에 수직한 방향에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 피스톤식 압축기에 있다.

상기 피스톤식 압축기에 있어서는, 회전축의 회전에 수반하여, 바이패스 통로에 의해, 이웃하는 보어 중 선행하는 보어의 내압이 후행하는 보어의 내압보다도 높은 상태에 있어서, 선행하는 보어의 냉매 가스(이하, 「가스」라고도 함) 중 적어도 일부를 후행하는 보어로 이동시킬 수 있다. 이에 의해, 재팽창 행정에 있는 선행하는 보어와 압축 행정에 있는 후행하는 보어를 당해 바이패스 통로에 의해 연통시키면, 선행하는 보어 내의 잔류 가스를, 바이패스 통로를 통해 후행하는 보어에 방출할 수 있다. 이 경우에는, 선행하는 보어 내에 있어서 잔류 가스의 재팽창이 억제되고, 체적 효율이 향상되고, 우수한 성적 계수(COP)를 발휘할 수 있다.

또한, 회전축의 회전에 수반하여, 회전축에 연결된 경사판이 피스톤을 왕복 이동시킴으로써 압축실 내의 가스를 축 방향으로 압축하고 있다. 그로 인해, 경사판은 당해 가스로부터 압축에 대한 반력을 받고, 경사판이 연결된 회전축에는 모멘트가 작용하게 된다. 회전축과 회전축이 삽입 관통된 축 구멍의 내주면 사이에는 클리어런스가 있지만, 모멘트에 의해 회전축의 외주면이 축 구멍의 내주면에 가압될 때, 회전축의 선단측일수록, 클리어런스는 작아진다. 따라서, 회전축의 선단측일수록, 회전축의 외주면과 축 구멍의 내주면 사이에 높은 면압이 발생한다. 상기 피스톤식 압축기에 있어서는, 바이패스 통로가 회전축의 둘레 방향을 따라 직선상으로 형성된 홈이며, 회전축의 축선에 수직한 방향에 위치하고 있다. 그로 인해, 바이패스 통로가 3개의 직선부를 서로 연결시켜 일본어 コ자 형상으로 형성되어 있는 종래의 경우와 달리, 바이패스 통로는 회전축의 축선에 수직한 단일의 직선상으로 되어 있으므로, 바이패스 통로 전체의 축 방향에 있어서의 길이(폭)를 작게 할 수 있다. 그 결과, 당해 바이패스 통로의 전체를, 회전축의 보다 선단측에 형성하는 것이 가능해져, 바이패스 통로의 기밀성이 한층 더 향상된다.

또한, 바이패스 통로가 직선상이므로, 일본어 コ자 형상인 경우에 비해 바이패스 통로의 길이(유로 길이)를 짧게 할 수 있다. 이들의 결과, 바이패스 통로로부터 잔류 가스의 누설을 저감시키는 것이 가능해진다.

이상과 같이, 본 발명에 따르면, 바이패스 통로로부터 잔류 가스의 누설이 저감되는 피스톤식 압축기를 제공할 수 있다.

도 1은 실시예 1에 있어서의, 피스톤식 압축기의 축 방향 단면도.
도 2는 도 1에 있어서의, Ⅱ-Ⅱ선 위치 단면도.
도 3은 도 1에 있어서의, Ⅲ―Ⅲ선 위치 단면도.
도 4는 실시예 1에 있어서의, 회전축과 경사판의 사시도.
도 5는 실시예 1에 있어서의, 회전축의 축 방향 단부를 전개한 상태에서의 회전 밸브와 도통로의 위치 관계를 각각 나타낸 모식도.
도 6은 실시예 1에 있어서의, 복수의 보어의 보어 내압과 회전축의 회전 각도의 관계를 모식적으로 나타낸 도면.
도 7은 실시예 1에 있어서의, 경사판에 발생하는 반력과 회전축에 발생하는 면압의 관계를 나타낸 모식도.
도 8은 실시예 1의 변형예에 있어서의, 피스톤식 압축기의 축 방향 단면의 일부 확대도.

상기 피스톤식 압축기에서는, 복수의 보어 중 어느 하나의 보어의 내압이 상기 보어의 옆에 위치하여 후행하는 보어의 내압보다 높은 상태에 있어서, 바이패스 통로가 상기 보어의 도통로와 후행하는 보어의 도통로를 연통하도록, 바이패스 통로가 형성되는 영역에 대해, 회전축의 회전 각도에 있어서의 각도 설정이 이루어져 있다.

상기 피스톤식 압축기에 있어서, 「바이패스 통로가 회전축의 둘레 방향을 따라 직선상으로 형성된 홈이며, 회전축의 축선에 수직한 방향에 위치하고 있다」라 함은, 바이패스 통로를 형성하는 홈이 회전축의 둘레 방향을 따라 회전축의 축선에 수직한 방향으로 직선상으로 연장되어 있는 것을 말하는 것이며, 회전축의 외주면을 축 방향을 따라 전개한 상태에 있어서, 바이패스 통로를 형성하는 홈이 회전축의 축 방향과 직교하는 직선을 따라 연장되어 있는 것을 말하는 것으로 한다.

상기 피스톤식 압축기에 있어서, 바이패스 통로는, 바이패스 통로가 형성되는 면에 있어서, 오목 형상을 나타내는 홈으로서 형성되어 있다. 회전축의 축심을 포함하는 평면에 있어서의 바이패스 통로의 단면 형상은, 원호 형상, 직사각 형상, 삼각 형상 등으로 할 수 있다. 그 중에서도, 바이패스 통로의 단면 형상은 원호 형상으로 하는 것이 바람직하다. 바이패스 통로를 형성하는 것이 용이해지기 때문이다.

상기 바이패스 통로는, 상기 선행하는 보어의 도통로에만 연통되는 제1 연통 상태와, 상기 선행하는 보어의 도통로 및 상기 후행하는 보어의 홈 통로에 연통되는 제2 연통 상태와, 상기 후행하는 보어의 도통로에만 연통되는 제3 연통 상태로 되는 것이 가능하게 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 바이패스 통로의 축 방향의 길이를 작게 함으로써 바이패스 통로의 개구 면적을 억제한 후에, 선행하는 보어의 도통로와 바이패스 통로의 연통 시간을 길게 설정할 수 있다. 이에 의해, 도통로 내에 잔류하고 있는 잔류 가스를 인접하는 후행하는 보어에 공급할 수 있으므로, 가일층의 체적 효율의 향상이 도모된다.

[실시예]

(실시예 1)

본 예의 실시예에 관한 피스톤식 압축기에 대해, 도 1∼도 7을 사용하여 설명한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 본 예의 피스톤식 압축기(1)는, 회전축(10), 회전축(10)에 연결되어 있는 경사판(20), 복수의 보어(321∼328)를 갖는 실린더 블록(30), 경사판(20)에 연계되어 복수의 보어(321∼328) 내의 각각을 왕복 이동하는 복수의 피스톤(50), 복수의 압축실(331∼338) 및 공급 통로(54)를 구비한다.

실린더 블록(30)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 프론트측 블록(30a)과 리어측 블록(30b)으로 이루어진다. 실린더 블록(30)에는, 프론트측 블록(30a)과 리어측 블록(30b)을 축 방향 X로 관통하는 축 구멍(35)이 형성되어 있다. 축 구멍(35)에는 회전축(10)이 삽입 관통되어 있다. 그리고, 회전축(10)은 실린더 블록(30)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다.

실린더 블록(30)에는, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 회전축(10)이 삽입 관통되어 회전축(10)이 지지되는 축 구멍(35)과, 축 구멍(35)의 축심 둘레에 형성되어 있는 복수의 보어(321∼328)와, 복수의 보어(321∼328)와 축 구멍(35)을 각각 연통시키는 도통로(341∼348)가 구비된다. 복수의 보어(321∼328)로서는, 제1 보어(321), 제2 보어(322), 제3 보어(323), 제4 보어(324), 제5 보어(325), 제6 보어(326), 제7 보어(327) 및 제8 보어(328)가 구비된다. 또한, 도통로(341∼348)로서는, 제1 도통로(341), 제2 도통로(342), 제3 도통로(343), 제4 도통로(344), 제5 도통로(345), 제6 도통로(346), 제7 도통로(347) 및 제8 도통로(348)가 구비된다.

도 1∼도 4에 도시하는 바와 같이, 회전축(10)의 내부에는, 공급 통로(54)가 축 방향 X를 따라 형성되어 있다. 공급 통로(54)에는, 복수의 보어(321∼328)에 흡입되는 가스가 공급되어 있다. 당해 가스는 후술하는 흡입실(67)로부터 공급된다. 회전축(10)의 축 방향 X에 있어서의 일단부 측부(11) 및 타단부 측부(12)에는, 공급 통로(54)를 외주면(10a)에 개구시키는 제1 흡입구(41) 및 제2 흡입구(42)가 형성되어 있다. 회전축(10)의 회전에 수반하여, 제1 흡입구(41)는 제1 도통로(341)∼제4 도통로(344)와 간헐적으로 연통됨과 함께, 제2 흡입구(42)는 제5 도통로(345)∼제8 도통로(348)와 간헐적으로 연통되는 것으로 되어 있다. 즉, 흡입구로서 제1 흡입구(41) 및 제2 흡입구(42)를 갖는 회전 밸브(40)가, 회전축(10)의 일단부 측부(11) 및 타단부 측부(12)에 설치되어 있다.

도 1∼도 4에 도시하는 바와 같이, 복수의 압축실(331∼338)은, 복수의 보어(321∼328)의 각각의 내벽(321a∼328a)과 피스톤(50)에 의해 둘러싸여 형성되어 있다. 또한, 회전축(10)의 회전에 수반하여, 피스톤(50)이 보어(321∼328) 내를 왕복 이동함으로써, 복수의 보어(321∼328)는 각각, 흡입실(65, 67)로부터 압축실(331∼338) 내로 가스를 흡입하는 흡입 행정, 가스를 압축하는 압축 행정, 압축한 가스를 토출하는 토출 행정, 토출 행정 종료 후에도 보어(321∼328)에 잔류하는 잔류 가스를 재팽창시키는 재팽창 행정을 순서대로 반복한다.

그리고, 회전축(10)의 외주면(10a)에는, 회전 밸브(40)가 형성되어 있다. 또한, 본 예에서는, 회전축(10)의 축 방향 X에 있어서의 일단부 측부(11) 및 타단부 측부(12)에 회전 밸브(40)가 형성되어 있다.

회전 밸브(40)는, 도 2∼도 4에 도시하는 바와 같이, 흡입구[제1 흡입구(41), 제2 흡입구(42)] 및 바이패스 통로(43, 44)를 갖는다. 회전축(10)의 회전에 수반하여, 흡입구(41)는, 제1 보어(321)∼제4 보어(324)와 순차 간헐적으로 연통되고, 흡입구(42)는 제5 보어(325)∼제8 보어(328)와 순차 간헐적으로 연통된다. 도 1에 도시하는 상태에 있어서는, 흡입구(41)는 제3 도통로(343)를 통해 제3 보어(323)와 공급 통로(54)를 연통시켜 가스를 제3 보어(323)에 흡입시키고 있고, 흡입구(42)는 제5 도통로(345)를 통해 제5 보어(325)와 공급 통로(54)를 연통시켜, 가스를 제5 보어(325)에 흡입시킨다.

바이패스 통로(43)는, 복수의 보어(321∼328) 중 어느 하나의 보어(321∼328)의 내압이 상기 보어(321∼328)의 옆에 위치하여 후행하는 보어(321∼328)의 내압보다 높은 상태에 있어서, 보어(321∼328)의 도통로(341∼348)와 후행하는 보어(321∼328)의 도통로(341∼348)를 연통하도록 구성되어 있다.

그리고, 바이패스 통로(43)는, 회전축(10)의 외주면(10a)에 있어서, 회전축(10)의 둘레 방향 R(도 4 참조)을 따라 회전축(10)의 축선 C에 수직한 방향으로 연장되는 홈 형상으로 형성되어 있다. 바이패스 통로(43)는, 도 5의 (A)에 도시하는 바와 같이, 회전축(10)의 외주면(10a)을 축 방향 X를 따라 전개한 상태에 있어서, 회전축(10)의 축 방향 X와 직교하는 직선 L을 따라 연장되어 있다. 또한, 바이패스 통로(43)는 공급 통로(54)와는 연통되어 있지 않다.

또한, 본 예에서는, 회전축(10)의 축 방향을 X로 한다. 또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 회전축(10)의 둘레 방향을 R로 한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 회전축(10)의 축 방향 X의 대략 중앙에는 경사판(20)이 고정되어 있다. 경사판(20)은, 프론트측 블록(30a)과 리어측 블록(30b) 사이에 형성되는 경사판실(36)에 수용되어 있다. 실린더 블록(30)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 한 쌍의 스러스트 베어링(60)을 통해, 경사판(20)을 지지하고 있다.

실린더 블록(30)에는, 도 2, 도 3에 도시하는 바와 같이, 복수(본 예에서는 8개)의 보어(321∼328)가 형성되어 있다. 보어(321∼328) 중, 제1 보어(321), 제2 보어(322), 제3 보어(323) 및 제4 보어(324)는 회전축(10)을 중심으로 하여 회전축(10)의 둘레 방향에[즉, 회전축(10)의 축심 둘레에] 등간격으로 배열하고 있다. 그리고, 제5 보어(325), 제6 보어(326), 제7 보어(327) 및 제8 보어(328)는 각각, 피스톤(50)을 사이에 두고 제1 보어(321)∼제4 보어(324)의 반대측에 위치하고 있고, 도 3에 도시하는 바와 같이 회전축(10)을 중심으로 하여 회전축(10)의 둘레 방향에 등간격으로 배열하고 있다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 제1 보어(321)와 제5 보어(325) 내, 제3 보어(323)와 제7 보어(327) 내에는 각각 피스톤(50)이 수용되어 있다. 또한, 도시하지 않지만, 제2 보어(322)와 제6 보어(326) 내, 제4 보어(324)와 제8 보어(328) 내에도 각각 피스톤(50)이 수용되어 있다. 피스톤(50)은 양 헤드의 피스톤이며, 보어(321∼328) 내를 축 방향 X로 이동 가능하게 되어 있다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 피스톤(50)의 축 방향 X의 중앙에는 회전축(10)측에 개구되는 오목부(53)가 형성되어 있다. 오목부(53) 내에는, 경사판(20)이 위치하고 있다. 그리고, 경사판(20)과 오목부(53)의 벽면 사이에는 반구 형상의 슈(24)가 개재되어 있다. 경사판(20)은, 슈(24)를 통해, 피스톤(50)에 대해 미끄럼 이동 가능하게 되어 있다. 이에 의해, 회전축(10)의 회전에 연동하여 경사판(20)이 회전함으로써, 피스톤(50)이 축 방향 X로 왕복 이동하게 된다.

그리고, 도 1에 도시하는 바와 같이, 제1 보어(321) 내에서는, 피스톤(50)의 프론트 하우징(61)측에, 제1 보어(321)의 내벽(321a)과 피스톤(50)에 의해 둘러싸인 제1 압축실(331)이 형성되어 있다. 또한, 제5 보어(325) 내에서는, 피스톤(50)의 리어 하우징(62)측에, 제5 보어(325)의 내벽(325a)과 피스톤(50)에 의해 둘러싸인 제5 압축실(335)이 형성되어 있다. 또한, 제3 보어(323) 내에서는, 피스톤(50)의 프론트 하우징(61)측에, 제3 보어(323)의 내벽(323a)과 피스톤(50)에 의해 둘러싸인 제3 압축실(333)이 형성되어 있다. 또한, 제7 보어(327) 내에서는, 피스톤(50)의 리어 하우징(62)측에, 제7 보어(327)의 내벽(327a)과 피스톤(50)에 의해 둘러싸인 제7 압축실(337)이 형성되어 있다. 도시하지 않지만, 마찬가지로, 제2 보어(322)에는 제2 압축실(332)이 형성되고, 제4 보어(324)에는 제4 압축실(334)이 형성되고, 제6 보어(326)에는 제6 압축실(336)이 형성되고, 제8 보어(328)에는 제8 압축실(338)이 형성되어 있다.

피스톤(50)은, 그 일단부측에 회전축(10)의 일단부측에 형성되어 있는 각 도통로(341∼344)를 폐색 가능한 길이를 갖는 시일부(51)를 갖고, 그 타단부측에 회전축(10)의 타단부측에 형성되어 있는 각 도통로(345∼348)를 폐색 가능한 길이를 갖는 시일부(52)를 갖는다. 피스톤(50)이 제1 보어(321)의 상사점 위치로 이동하였을 때에, 제5 보어(325)측의 시일부(52)가 스러스트 베어링(60)에 접촉하는 일이 없는 위치에 있도록 설정되어 있다. 그리고, 피스톤(50)이 제5 보어(325)의 상사점 위치로 이동하였을 때에, 제1 보어(321)측의 시일부(51)가 스러스트 베어링(60)에 접촉하는 일이 없는 위치에 있도록 설정되어 있다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 실린더 블록(30)에는 제1 보어(321)와 축 구멍(35)을 연통하는 제1 도통로(341)가 형성되어 있다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 도통로(341)와 마찬가지로, 제2 보어(322)와 축 구멍(35)을 연통하는 제2 도통로(342), 제3 보어(323)와 축 구멍(35)을 연통하는 제3 도통로(343), 제4 보어(324)와 축 구멍(35)을 연통하는 제4 도통로(344)가 각각 형성되어 있다. 그리고, 제1 도통로(341)∼제4 도통로(344)는, 상술한 바와 같이, 회전축(10)의 회전에 수반하여, 회전 밸브(40)의 제1 흡입구(41)와 간헐적으로 연통되는 것으로 되어 있다.

또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 제5 보어(325)와 축 구멍(35)을 연통하는 제5 도통로(345)가 형성되어 있다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 제5 도통로(345)와 마찬가지로, 제6 보어(326)와 축 구멍(35)을 연통하는 제6 도통로(346), 제7 보어(327)와 축 구멍(35)을 연통하는 제7 도통로(347), 제8 보어(328)와 축 구멍(35)을 연통하는 제8 도통로(348)가 각각 형성되어 있다. 그리고, 제5 도통로(345)∼제8 도통로(348)는, 상술한 바와 같이, 회전축(10)의 회전에 수반하여, 회전 밸브(40)의 제2 흡입구(42)와 간헐적으로 연통되는 것으로 되어 있다.

회전축(10)의 리어 하우징(62)측의 단부에는, 공급 통로(54)와 리어 하우징(62)에 형성된 후술하는 흡입실(67)을 연통시키는 개구부(55c)가 형성되어 있다. 또한, 실린더 블록(30)에는, 도시하지 않은 외부 냉매 회로에 있어서의 냉매를 피스톤식 압축기(1)의 내부에 도입하는 냉매 도입구(38)가 형성되어 있다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 실린더 블록(30)의 축 방향 X의 한쪽의 단부에는 프론트 하우징(61)이 접합되어 있고, 반대측의 단부에는 리어 하우징(62)이 접합되어 있다. 프론트 하우징(61) 및 리어 하우징(62)은, 도시하지 않은 복수의 볼트에 의해 실린더 블록(30)에 체결되어 있다. 프론트 하우징(61)과 회전축(10) 사이에는 축 시일 부재(68a)가 개재하여 시일되어 있음과 함께, 축 시일 공간(68)이 형성되어 있다.

프론트 하우징(61)에는, 토출실(64) 및 흡입실(65)이 형성되어 있다. 리어 하우징(62)에는, 토출실(66) 및 흡입실(67)이 형성되어 있다. 실린더 블록(30)과 프론트 하우징(61) 사이에는, 프론트측 밸브 플레이트(70), 프론트측 밸브 형성 플레이트(71) 및 프론트측 리테이너 형성 플레이트(72)가 개재되어 있다. 실린더 블록(30)과 리어 하우징(62) 사이에는, 리어측 밸브 플레이트(73), 리어측 밸브 형성 플레이트(74) 및 리어측 리테이너 형성 플레이트(75)가 개재되어 있다.

프론트측 밸브 플레이트(70)에는 프론트측 토출 포트(70a)가 형성되어 있고, 프론트측 밸브 형성 플레이트(71)에는 프론트측 토출 밸브(71a)가 형성되어 있다. 프론트측 토출 밸브(71a)는, 프론트측 토출 포트(70a)를 개폐한다. 프론트측 리테이너 형성 플레이트(72)에는 프론트측 리테이너(72a)가 형성되어 있다. 프론트측 리테이너(72a)는 프론트측 토출 밸브(71a)의 최대 개방도를 규정한다.

리어측 밸브 플레이트(73)에는 리어측 토출 포트(73a)가 형성되어 있고, 리어측 밸브 형성 플레이트(74)에는 리어측 토출 밸브(74a)가 형성되어 있다. 리어측 토출 밸브(74a)는, 리어측 토출 포트(73a)를 개폐한다. 리어측 리테이너 형성 플레이트(75)에는 리어측 리테이너(75a)가 형성되어 있다. 리어측 리테이너(75a)는 리어측 토출 밸브(74a)의 최대 개방도를 규정한다.

다음으로, 압축기의 작동에 대해 설명한다.

도시하지 않은 구동원으로부터 회전력을 받아 회전축(10)이 회전하면, 이에 수반하여 회전축(10)과 일체적으로 구비되는 경사판(20)도 회전한다. 경사판(20)의 회전 운동은, 슈(24)를 통해 피스톤(50)에 전달되고, 피스톤(50)이 보어(321∼328) 내를 축 방향 X로 왕복 이동한다. 그리고, 가스(냉매)가 냉매 도입구(38)로부터 경사판실(36) 및 도시하지 않은 연통로를 통해 흡입실(65, 67)에 도입된다. 흡입실(65)의 가스는, 연결 통로(65a) 및 축 시일 공간(68)을 경유하여 공급 통로(54)에 도입되고, 흡입실(67)의 가스는 공급 통로(54)에 직접 도입된다.

제1 보어(321) 및 제5 보어(325)는, 피스톤(50)의 왕복 이동에 수반하여, 상술한 흡입 행정, 압축 행정, 토출 행정 및 재팽창 행정을 순서대로 반복한다.

우선, 제1 보어(321)가 흡입 행정에 있을 때에는, 피스톤(50)이 프론트 하우징(61)측으로부터 리어 하우징(62)측으로 이동한다. 그리고, 도 5의 (A)에 도시하는 바와 같이, 회전 밸브(40)가 화살표 R0으로 나타내는 방향으로 회전하는 것에 수반하여, 제1 도통로(341)는 회전 밸브(40)에 대해 상대적으로 화살표 R1로 나타내는 방향으로 이동하여, 제1 도통로(341)와 제1 흡입구(41)가 연통된다. 이에 의해, 공급 통로(54) 내의 가스가 제1 흡입구(41) 및 제1 도통로(341)를 통해 제1 보어(321) 내에 흡입된다.

이어서, 제1 보어(321)가 압축 행정에 있을 때에는, 회전축(10)이 회전함으로써, 도 5의 (B) 및 도 5의 (C)에 도시하는 바와 같이, 제1 도통로(341)는 상대적으로 R1 방향으로 이동하여, 제1 도통로(341)와 제1 흡입구(41)의 연통이 차단된다. 그리고, 피스톤(50)이 리어 하우징(62)측으로부터 프론트 하우징(61)측으로 이동함으로써, 제1 보어(321)에 흡입된 가스가 압축된다. 이에 의해, 제1 보어(321)의 내압이 상승한다. 또한, 도 5의 (C)에 도시하는 바와 같이, 압축 행정에 있어서, 제1 도통로(341)는 바이패스 통로(43)에 연통된다. 이에 의해, 제1 보어(321) 내의 가스가 바이패스 통로(43)에도 충전되고, 제1 보어(321)의 내압의 상승과 함께, 바이패스 통로(43)의 내압도 상승한다.

그 후, 제1 보어(321) 내가 소정의 압력으로 되면, 제1 보어(321)는 토출 행정으로 되고, 제1 보어(321) 내의 압축된 가스가 토출 포트(70a)로부터 토출 밸브(71a)를 밀어젖혀 토출실(64)에 토출된다. 토출실(64)에 토출된 가스는 도시하지 않은 외부 냉매 회로에 유출된다. 외부 냉매 회로에 유출된 가스는, 냉매 도입구(38)를 통해 피스톤식 압축기(1)의 내부에 환류한다.

피스톤(50)이 프론트 하우징(61)측의 상사점 위치까지 이동하면, 토출 행정은 종료된다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 피스톤(50)이 프론트 하우징(61)측의 상사점 위치까지 이동해도, 피스톤(50)과 프론트측 밸브 플레이트(70) 사이에는 간극이 존재하고 있고, 제1 보어(321)의 용적은 제로로 되지는 않는다. 그로 인해, 토출 행정 종료 시에 있어서, 제1 보어(321)에는 압축된 가스가 잔류 가스로서 잔류하게 된다.

피스톤(50)은 프론트 하우징(61)측의 상사점 위치로부터 리어 하우징(62)측으로 이동함으로써, 재팽창 행정이 개시된다. 이에 수반하여, 회전축(10)이 회전함으로써, 도 2 및 도 5의 (D)에 도시하는 바와 같이, 제1 도통로(341)에 연통되어 있었던 바이패스 통로(43)와, 제1 보어(321)에 인접하는 압축 행정에 있는 제2 보어(322)의 제2 도통로(342)가 연통된다. 이에 의해, 통로 흡입 행정에 있는 제1 보어(321)와 압축 행정에 있는 제2 보어(322)가 바이패스 통로(43)를 통해 연통되게 된다. 그리고, 제1 보어(321)에 잔류하고 있었던 고압의 잔류 가스가, 제1 보어(321)의 내압보다도 낮은 내압으로 되어 있는 압축 행정에 있는 제2 보어(322)에 방출된다. 이에 의해, 당해 잔류 가스는, 압축 행정에 있는 제2 보어(322)에 있어서 팽창하지만, 흡입 압력까지 감압되는 일 없이, 압축 행정에 있는 제2 보어(322)에 있어서 다시 압축되어, 체적 효율의 향상에 기여한다. 그 후, 피스톤(50)이 또한 리어 하우징(62)측으로 이동함으로써, 다시 흡입 행정이 개시된다.

이에 의해, 제1 보어(321) 및 제2 보어(322)의 내압은 이하와 같이, 도 6에 모식적으로 나타낸 바와 같이 변화한다. 즉, 압축 행정에 있어서, 제1 보어(321)의 내압이 소정의 흡입 압력 Pa로부터 소정의 토출 압력 Pb까지 상승하면, 토출 행정이 개시된다. 토출 행정 중에는 제1 보어(321)의 내압은 토출 압력 Pb가 유지되어 있는 것으로 한다. 한편, 제1 보어(321)에 대해 후행하는 제2 보어(322)는 제1 보어(321)에 뒤처져, 압축 행정이 개시된다.

그리고, 회전축(10)의 회전 각도가 소정값[본 예의 제1 보어(321)에 대해서는 180°]이 되었을 때에 피스톤(50)이 제1 보어(321)의 상사점에 도달하고, 토출 행정이 종료된다. 이 시점에 있어서도 제2 보어(322)는 압축 행정에 있고, 제2 보어(322)의 내압은, 제1 보어(321)의 내압(즉, 토출압 Pb)보다도 낮은 상태로 되어 있다.

이러한 상태에 있어서, 도 2 및 도 5의 (D)에 도시하는 바와 같이, 바이패스 통로(43)를 통해, 제1 보어(321)의 제1 도통로(341)와 제2 보어(322)의 제2 도통로(342)가 연통되어, 제1 도통로(341) 내의 잔류 가스가 제2 보어(322)에 유입됨으로써, 도 6에 나타내는 바와 같이, 잔류 가스가 유입된 분만큼 제2 보어(322)의 내압이 상승한다. 한편, 이에 수반하여, 잔류 가스를 방출한 제1 보어(321)에서는, 그 내압이 급속하게 하강한다.

그 후, 회전축(10)의 회전 각도가 소정값[본 예의 제1 보어(321)에 대해서는 190°]으로 되어, 제1 보어(321)의 내압과 제2 보어(322)의 내압이 동일한 값 Pc로 되면, 양자의 압력차가 없으므로 제1 보어(321)로부터 제2 보어(322)로의 잔류 가스의 방출은 정지된다. 이와 함께, 회전축(10)의 회전에 의해 제1 보어(321)의 제1 도통로(341)와 바이패스 통로(43)의 연통이 차단된다.

이에 의해, 바이패스 통로(43), 제1 보어(321) 및 제2 보어(322)의 연통 상태는, 바이패스 통로(43)가 제1 보어(321)의 제1 도통로(341)에만 연통된 제1 연통 상태(도 6에 있어서 부호 S1로 나타내는 구간)와, 바이패스 통로(43)가 제1 보어(321)의 제1 도통로(341) 및 제2 보어(322)의 제2 도통로(342)에 연통된 제2 연통 상태(도 6에 있어서 부호 S2로 나타내는 구간)와, 바이패스 통로(43)가 제2 보어(322)의 제2 도통로(342)에만 연통된 제3 연통 상태(도 6에 있어서 부호 S3으로 나타내는 구간)의 3개의 상태가 연속하여 존재하는 것이 가능하게 되어 있다. 즉, 도 6에 있어서 구간 S2에 나타내는 제2 연통 상태에 있어서만, 바이패스 통로(43)에 의해 제1 보어(321)와 제2 보어(322)가 연통되어 있고, 압축 행정에 있는 제2 보어(322)의 내압이 재팽창 행정에 있는 제1 보어(321)의 내압보다도 높은 상태로 되었을 때(구간 S3일 때)에는, 제2 보어(322) 내의 압축 가스가 제1 보어(321)로 역류하는 것이 방지되어 있다.

본 예에서는, 바이패스 통로(43)가 제1 도통로(341)와 제2 도통로(342)를 서로 연통시키는 제2 연통 상태 외에, 바이패스 통로(43)가 제1 도통로(341)에만 연통되는 제1 연통 상태가 존재하고, 제1 보어(321)의 잔류 가스를 회수하는 시간을 길게 취할 수 있으므로, 확실하게 당해 잔류 가스를 회수할 수 있다.

또한, 본 예에서는, 바이패스 통로(43)가 제2 도통로(342)에만 연통되는 제3 연통 상태가 존재하고, 잔류 가스를 방출하는 시간을 길게 취할 수 있으므로, 확실하게 제2 보어(322)에 잔류 가스를 방출할 수 있다.

이와 같이 하여, 제1 보어(321)에서는, 잔류 가스를 방출함으로써 제1 보어(321)에 있어서 당해 잔류 가스가 팽창하여 압축되는 것이 저감된다. 그리고, 제1 보어(321)∼제4 보어(324)에 있어서, 이웃하는 제1 보어(321)∼제4 보어(324)에 대해 잔류 가스의 방출이 마찬가지로 행해진다. 또한, 제5 보어(325)∼제8 보어(328)에 있어서, 이웃하는 제5 보어(325)∼제8 보어(328)에 대해 잔류 가스의 방출이 마찬가지로 행해진다.

다음으로, 본 예의 피스톤식 압축기(1)에 있어서의 작용 효과에 대해 상세하게 설명한다.

피스톤식 압축기(1)에 있어서는, 회전축(10)의 회전에 수반하여, 바이패스 통로(43)에 의해, 이웃하는 제1 보어(321)∼제4 보어(324) 중 선행하는 제1 보어(321)의 내압이 후행하는 제2 보어(322)의 내압보다도 높은 상태에 있어서, 선행하는 제1 보어(321)의 가스의 적어도 일부를 후행하는 제2 보어(322)로 이동시킬 수 있다. 본 예에서는, 바이패스 통로(43)에 의해, 재팽창 행정에 있는 제1 보어(321)의 내압이 압축 행정에 있는 제2 보어(322)의 내압보다도 높은 상태에 있어서, 제1 보어(321)의 제1 도통로(341)와 제2 보어(322)의 제2 도통로(342)가 연통됨으로써, 제1 보어(321) 내의 잔류 가스가 바이패스 통로(43)를 통해 제2 보어(322) 내에 방출된다. 이에 의해, 잔류 가스는 제1 보어(321) 내에서의 재팽창이 억제되고, 제1 보어(321) 내에 새롭게 흡입되는 가스의 양을 증가시킬 수 있고, 체적 효율의 향상이 도모된다.

또한, 회전축(10)의 회전에 수반하여, 회전축(10)에 연결된 경사판(20)이 피스톤(50)을 왕복 이동시킴으로써 각 보어(321∼328)의 가스를 축 방향 X로 압축하고 있다. 그로 인해, 도 7에 도시하는 바와 같이, 경사판(20)은 당해 가스로부터 압축에 대한 반력 F0을 받게 된다. 그리고, 반력 F0을 받고, 경사판(20)이 연결된 회전축(10)에 회전 모멘트 M이 작용하게 된다. 회전축(10)과 회전축(10)이 삽입 관통된 축 구멍(35)의 내주면(35a) 사이에는 클리어런스 W가 있지만, 회전 모멘트 M에 의해 회전축(10)의 외주면(10a)이 축 구멍(35)의 내주면에 가압될 때, 회전축(10)의 선단(10b, 10c)측일수록, 클리어런스 W는 작아진다. 따라서, 회전축(10)의 선단(10b, 10c)측일수록, 회전축(10)의 외주면(10a)과 축 구멍(35)의 내주면(35a) 사이에 높은 면압 F1이 발생한다. 또한, 도 7은 모식도이며, 설명을 위해 클리어런스 W는 실제의 크기보다도 크게 나타낸 것이다.

본 예의 피스톤식 압축기(1)에 있어서는, 바이패스 통로(43)가 회전축(10)의 둘레 방향 R을 따라 직선상으로 형성된 홈이며, 회전축(10)의 축선 C에 수직한 방향에 위치하고 있다. 그로 인해, 바이패스 통로가 3개의 직선부를 서로 연결시켜 일본어 コ자 형상으로 형성되어 있는 종래의 경우와 달리, 바이패스 통로(43)는 회전축(10)의 축선 C에 수직한 단일의 직선상으로 되어 있으므로, 바이패스 통로(43) 전체의 축 방향 X에 있어서의 폭 d[도 5의 (A) 참조]를 작게 할 수 있다. 그 결과, 바이패스 통로(43)의 전체를 회전축(10)의 보다 선단(10b, 10c)측에 형성하는 것이 가능해진다. 따라서, 바이패스 통로(43)의 전체를 이러한 위치에 형성함으로써, 바이패스 통로(43)에 있어서 면압 F1에 의해 높은 기밀성을 얻을 수 있다. 또한, 바이패스 통로(43)가 직선상이므로, 일본어 コ자 형상인 경우에 비해 바이패스 통로(43)의 축 방향 X의 길이를 작게 할 수 있으므로, 바이패스 통로(43)의 개구 면적을 억제할 수 있다. 이들의 결과, 바이패스 통로(43)로부터의 잔류 가스의 누설을 저감시키는 것이 가능해진다.

또한, 바이패스 통로(43)는, 제1 보어(321)가 압축 행정 또는 토출 행정 또는 재팽창 행정에 있는 상태, 즉, 도 6에 있어서의 구간 S1 및 구간 S2에 있어서, 제1 보어(321)의 제1 도통로(341)와 연통되어 있고, 제1 보어(321) 내의 고압의 가스가 바이패스 통로(43)에 유입되어 있다[도 5의 (C) 참조]. 그리고, 토출 행정이 종료되어 바이패스 통로(43)가 제2 보어(322)의 제2 도통로(342)와 연통될 때까지 바이패스 통로(43)에 고압 가스가 충전된 상태로 된다[도 2 및 도 5의 (D) 참조]. 이와 같이 비교적 긴 시간, 바이패스 통로(43)에 고압 가스가 체류하게 되지만, 상술한 바와 같이, 바이패스 통로(43)에 있어서 높은 기밀성이 유지되어 있으므로, 이러한 상태에 있어서도, 바이패스 통로(43)로부터 고압 가스가 누설되는 것이 방지되어 있다.

또한, 각 도통로(341∼348)에는 가스가 잔류하는 경우가 있다. 특히, 도 8에 도시한 변형예와 같이, 도 1의 경우에 비해 제1 도통로(341)가 경사판(20)측에 위치하고 있고, 피스톤(50)이 프론트 하우징(61)측의 상사점에 도달하기 전에 제1 도통로(341)가 시일부(51)에 의해 폐쇄되는 구성의 경우, 제1 도통로(341) 내에 고압의 잔류 가스가 갇히게 된다. 피스톤(50)이 상사점에 도달하기 전의, 압축 행정 중의 제1 보어(321)와 바이패스 통로(43)를 연통시킴으로써, 바이패스 통로(43)의 축 방향 X의 길이를 작게 하여 바이패스 통로(43)의 개구 면적을 억제한 후에, 제1 도통로(341)와 바이패스 통로(43)의 연통 시간을 길게 설정할 수 있다. 이에 의해, 제1 도통로(341) 내의 고압의 잔류 가스를 회수하고, 인접하는 후행하는 제2 보어(322)에 공급할 수 있고, 가일층의 체적 효율의 향상이 도모된다.

또한, 본 예에서는, 프론트 하우징(61)측에 위치하는 4개의 제1 보어(321)∼제4 보어(324)는, 각각 회전축(10)의 둘레 방향 R에 등간격으로 배치되어 있다. 그로 인해, 제1 보어(321)∼제4 보어(324)가 형성되는 간격이 비교적 넓게 되어 있으므로, 재팽창 행정에 있는 제1 보어(321)의 내압과, 옆에 위치하는 후행하는 압축 행정에 있는 제2 보어(322)의 내압의 차가 충분히 크게 되어 있다(도 6 참조). 이에 의해, 제1 보어(321)에 있어서의 보다 많은 잔류 가스가 바이패스 통로(43)를 통해 제2 보어(322)에 방출되게 된다. 리어 하우징(62)측에 위치하는 4개의 제5 보어(325)∼제8 보어(328)에 대해서도 마찬가지로 되어 있다. 그 결과, 가일층의 체적 효율의 향상이 도모된다. 또한, 둘레 방향 R에 배열시키는 보어의 수는 4개에 한정되지 않고, 2개, 3개 또는 5개로 해도 된다.

또한, 본 예는, 외부 냉매 회로로부터 경사판실(36)에 가스를 도입하는 구조를 채용하고 있지만, 이것 대신에 외부 냉매 회로로부터 흡입실(67)에 가스를 도입하는 구조를 채용해도 된다.

이상과 같이, 본 예에 따르면, 바이패스 통로(43)로부터의 잔류 가스의 누설이 저감되는 피스톤식 압축기(1)를 제공할 수 있다.

1 : 피스톤식 압축기
10 : 회전축
20 : 경사판
30 : 실린더 블록
321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328 : 보어
331, 332, 333, 334, 335, 336, 337, 338 : 압축실
35 : 축 구멍
341, 342, 343, 344, 345, 346, 347, 348 : 도통로
40 : 회전 밸브
41, 42 : 흡입구
43, 44 : 바이패스 통로
50 : 피스톤
54 : 공급 통로

Claims

회전축과,
상기 회전축이 삽입 관통되어 상기 회전축이 지지되는 축 구멍과, 상기 축 구멍의 축심 둘레에 형성되어 있는 복수의 보어와, 상기 복수의 보어와 상기 축 구멍을 각각 연통시키는 복수의 도통로를 갖는 실린더 블록과,
상기 회전축에 일체 회전 가능하게 연결되어 있는 경사판과,
상기 경사판에 연계되어 상기 복수의 보어 내의 각각을 왕복 이동하는 복수의 피스톤과,
상기 복수의 보어의 각각의 내벽과 상기 피스톤에 의해 둘러싸여 형성되어 있는 복수의 압축실과,
외부 냉매 회로로부터의 냉매 가스가 도입되는 흡입실과,
상기 회전축의 내부에 축 방향을 따라 형성되어 있음과 함께, 상기 흡입실로부터 상기 복수의 압축실에 흡입되는 냉매 가스가 공급되는 공급 통로를 구비하고,
상기 회전축에는, 상기 도통로를 통해 상기 복수의 보어와 상기 공급 통로를 순차적으로 연통하여 냉매 가스를 상기 복수의 보어에 흡입시키는 회전 밸브 기구가 형성되어 있고,
상기 회전 밸브 기구는, 상기 회전축의 외주면에 개구되고, 상기 도통로와 상기 공급 통로를 간헐적으로 연통하는 흡입구를 구비하고 있고,
상기 회전축의 외주면에는, 상기 흡입구와는 별개로, 상기 복수의 보어 중 어느 하나의 선행하는 보어의 내압이 상기 보어의 옆에 위치하여 후행하는 보어의 내압보다 높은 상태에 있어서, 상기 선행하는 보어의 도통로와 상기 후행하는 보어의 도통로를 연통하도록 구성되어 있는 바이패스 통로가 형성되어 있고,
상기 바이패스 통로는, 상기 회전축의 둘레 방향을 따라 직선상으로 형성된 홈이며, 상기 회전축의 축선에 수직한 방향에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는, 피스톤식 압축기.
제1항에 있어서, 상기 바이패스 통로는, 상기 선행하는 보어의 도통로에만 연통되는 제1 연통 상태와, 상기 선행하는 보어의 도통로 및 상기 후행하는 보어의 도통로에 연통되는 제2 연통 상태와, 상기 후행하는 보어의 도통로에만 연통되는 제3 연통 상태로 되는 것이 가능하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 피스톤식 압축기.