KR101983467B1

KR101983467B1 - 왕복동식 압축기

Info

Publication number: KR101983467B1
Application number: KR1020170126601A
Authority: KR
Inventors: 김승욱; 이기연; 이종목
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2019-08-28
Also published as: US10738774B2; KR20190037017A; US20190093650A1; EP3462024B1; CN213331450U; EP3462024A1; WO2019066288A1

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기에 있어서, 회전축의 회전지지부가 실린더와 별도의 부품으로 제작된 후 조립되는 구조에 관한 것으로, 회전지지부를 구비하는 프레임이 실린더를 고정하고, 실린더헤드가 프레임에 고정됨으로써 실린더를 덮는 구조를 제공한다.

Description

왕복동식 압축기{Reciprocating Type Compressor}

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것이다.

압축기는 기체를 압축하여 압력을 높여주는 장치이다. 압축기가 기체를 압축하는 방식은, 실린더에 흡입된 기체를 피스톤으로 압축하여 방출하는 왕복동식(reciprocating type) 압축기, 두 스크롤을 상대적으로 회전시켜 기체를 압축하는 스크롤 압축기 등이 있다.

도 1과 도 2를 참조하면, 왕복동식 압축기(1)는 실린더(30)의 보어를 제2축(92) 방향으로 왕복 운동하는 피스톤(40)이, 보어 내에 유입된 유체를 압축하는 원리를 따른다. 왕복동식 압축기는 피스톤이 실린더의 보어 내에서 지속적으로 왕복운동을 하기 때문에, 보어의 내경과 피스톤의 외경의 형상과 치수 정밀도가 압축기의 효율에 큰 영향을 미친다.

실린더의 단부에는 실린더 헤드(70)가 결합된다. 블록 형상의 실린더에는 탭 가공된 너트홀(31)을 형성하고, 이에 대응하는 실린더 헤드(70) 부위에는 관통홀(71)이 가공된다. 그리고 관통홀(71)을 통해 체결볼트(80)를 너트홀(31)에 체결함으로써 실린더 헤드(70)를 실린더(30)에 고정한다.

그런데 실린더의 보어는, 상기 체결볼트(80)가 너트홀(31)에 체결되는 과정에서 실린더의 변형을 유발한다. 이와 같은 조립 과정에서의 변형은 예측이 어려울 뿐만 아니라, 정량적인 제어가 매우 어렵다. 따라서 아무리 정밀하게 실린더의 보어를 가공하더라도, 조립 과정에서 보어의 형상이 틀어지면 보어와 피스톤의 간극이 설계 수치와 달라진다는 문제가 발생한다.

특히 틀어진 형상에 의해 피스톤과 실린더 보어 간 간극이 설계 수치보다 좁아진 부위에는 윤활유의 유막이 깨지고, 이에 따라 피스톤과 실린더 보어가 직접 접촉하며 마모된다. 이는 피스톤과 실린더 보어의 마모 신뢰성을 악화시키는 원인이 된다.

이러한 점을 감안하여, 피스톤과 실린더 보어의 설계 간극을 조금 더 넓게 함으로써, 압축기의 조립 과정에서 피스톤과 실린더 보어가 변형하더라도 그 간극이 유막을 깨지 않도록 하면, 마모 신뢰성은 확보할 수 있지만, 그만큼 간극이 넓어지기 때문에 유체의 기밀이 되지 않아 압축 효율의 저하가 일어난다는 문제가 있다.

한편 왕복동식 압축기에서, 회전축(50)은 제1축(91)을 중심으로 회전하고, 크랭크핀(51)은 상기 제1축(91)에 편심되어 회전축(50)에 마련되어 있어서, 회전축(50)이 회전하면 크랭크핀(51)은 제1축(91)의 주변을 선회한다. 커넥팅로드(46)의 양단은 피스톤(40)과 크랭크핀(51)에 각각 회전 가능하게 결합되어 있어서, 회전축이 회전함에 따라 피스톤은 실린더의 보어 내에서 왕복 운동을 하게 된다. 제1축(91)과 제2축(92)은 서로 직교한다.

상술한 구조에 따르면, 압축기의 신뢰성을 확보하기 위해, 제1축(91)과 제2축(92)의 정렬은 매우 중요하다. 이러한 점을 감안하여, 종래에는 실린더(30)와 회전축의 회전지지부(25)를 하나의 부품으로 제작하였다. 그리고 이를 위해, 실린더와 회전지지부는 주물 제작되는 것이 일반적이었다. 그러나 이러한 구조는 제조 비용을 증가시키고, 압축기의 무게를 증가시키는 원인이 되었다.

또한 실린더와 회전지지부가 일체로 주물 제작되는 구조이다 보니, 회전축을 지지하는 지점이 모두 제2축(92)보다 하부에 존재하여, 회전축을 견고하게 지지하기 어렵고, 회전축의 지지 신뢰도를 높이기 위해 그만큼 회전지지부의 상하방향 길이가 증가해야 한다는 문제가 있었다. 이에 따라 압축기의 크기가 커지게 되는 것을 피할 수 없었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 회전축을 지지하는 회전지지부와 실린더를 별도의 부품으로 제작하되, 회전지지부가 형성된 프레임이 회전축과 실린더를 정렬하고 견고히 지지할 수 있도록 한 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 실린더헤드가 실린더에 직접 고정되지 않고, 실린더를 고정하는 프레임을 통해 실린더에 조립되도록 하여 실린더 보어의 변형을 방지할 수 있는 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 실린더를 고정하는 프레임이 회전축의 크랭크핀 양단 부위를 지지할 수 있어 크기와 무게를 크게 줄인 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 제1축(91)을 기준으로 회전하는 회전축(50); 상기 제1축(91)로부터 이격된 위치에 설치되고, 상기 제1축(91)에 직교하는 제2축(92)의 길이방향을 따라 연장된 보어를 구비하는 실린더(30); 및 상기 회전축(50)을 지지하고, 상기 실린더(30)를 지지하는 프레임을 포함하는 압축기로서, 상기 프레임은: 상기 회전축(50)을 지지하는 하부 회전지지부(245)와, 상기 실린더(30)가 얹어져 상기 실린더의 하부를 지지함으로써 실린더의 하방으로의 움직임을 제한하는 실린더 하부지지부(247)를 구비하는 하부프레임(24); 및 상기 하부프레임(24)의 상부에서 상기 하부프레임(24)에 고정되고, 상기 실린더(30)의 상부에 얹어져 상기 실린더의 상부를 지지함으로써 실린더의 상방으로의 움직임을 제한하는 실린더 상부지지부(237)를 구비하는 상부프레임(23);을 포함하며, 상기 하부프레임(24)과 상부프레임(23)은, 상기 실린더(30)가 상기 제1축과 평행한 축에 대해 상기 실린더가 회전하지 않도록 구속하고, 상기 실린더(30)가 상기 제1축 및 상기 제2축에 모두 수직을 이루는 축에 대해 회전하지 않도록 구속하는 압축기를 제공한다.

상기 실린더(30)의 외경부 하측에는 상기 실린더의 외경부에서 하향 돌출되는 하부걸림돌기(344)가 마련되고, 상기 실린더 하부지지부(247)의 양 단부 중 상기 하부 회전지지부(245)로부터 더 먼 쪽에 있는 단부에는 상기 하부걸림돌기(344)가 끼워지는 걸림홈(243)이 마련되어서, 상기 제2축을 중심으로 하는 상기 실린더(30)의 회전을 구속하고, 상기 제2축을 따라 제1축에 가까워지는 방향에 대한 상기 실린더의 이동을 구속한다.

상기 실린더(30)의 외경부 하측에는 상기 실린더의 외경부에서 하향 돌출되는 가체결돌기(35)가 마련되고, 상기 실린더 하부지지부(247)에는 상기 가체결돌기(35)와 대응하는 형상의 가체결홈(244)이 마련되어서, 상기 가체결돌기(35)가 상기 가체결홈(244)에 가체결됨에 따라 상기 제2축을 중심으로 하는 상기 실린더(30)의 회전을 구속하고 상기 제2축의 길이방향에 대한 이동을 구속한다.

상기 실린더(30)의 외경부 상측에는 상기 실린더의 외경부에서 상향 돌출되는 상부걸림돌기(343)가 마련되고, 상기 실린더 상부지지부(237)의 양 단부 중 상기 제1축(91)으로부터 더 먼 쪽에 있는 단부에는 상기 상부걸림돌기(343)가 끼워지는 걸림홈(233)이 마련되어서, 상기 제2축을 중심으로 하는 상기 실린더(30)의 회전을 구속하고, 상기 제2축을 따라 상기 제1축에 가까워지는 방향에 대한 상기 실린더의 이동을 구속한다.

상기 압축기는, 상기 실린더(30)에서 상기 제1축으로부터 먼 쪽 단부에 결합되는 실린더헤드(70); 상기 실린더헤드(70)에 마련된 복수 개의 관통홀(71); 상기 프레임에 마련되며, 상기 관통홀(71)과 마주하는 위치에 형성되는 복수 개의 너트홀; 및 상기 관통홀(71)을 관통하여 상기 너트홀과 결합되는 체결볼트(80);를 더 포함한다.

상기 너트홀(231)은 상부프레임(23)에 마련되거나, 하부프레임(24)에 마련될 수 있고, 상기 너트홀은 프레임에서 절곡된 부위에 마련될 수 있다.

상기 상부프레임(23)과 하부프레임(24)은 금속 플레이트를 판금하여 제작될 수 있다.

상기 상부프레임(23)은 상기 회전축(50)을 지지하는 상부 회전지지부(235)를 구비하고, 상기 상부 회전지지부(235)는 상기 하부 회전지지부(245)의 상부에 이격 배치될 수 있다.

상기 제1축(91)에 직교하는 제2축(92)의 길이방향을 따라 왕복 운동하도록 상기 보어에 내삽된 피스톤(40); 상기 회전축(50)의 회전 중심에 대해 편심 배치되며 상기 제1축(91)과 평행한 크랭크핀(51); 및 일측 단부가 상기 크랭크핀(51)에 회전 가능하게 결합되고, 타측 단부가 상기 피스톤(40)에 대해 회전 가능하게 결합되는 커넥팅로드(46);를 더 포함하고, 상기 크랭크핀(51)은 상기 상부 회전지지부(235)와 하부 회전지지부(245) 사이에 배치될 수 있다.

상기 실린더(30)와 마주하는 실린더헤드(70)의 단부에는, 상기 걸림돌기(34)가 끼워지는 걸림홈(74)이 마련될 수 있다.

상기 실린더(30)와 실린더헤드(70) 사이에는 실링부재(32) 또는 체크밸브(33) 중 적어도 어느 하나가 개재되고, 실링부재(32) 또는 체크밸브(33)에서 상기 걸림돌기(34)와 대응되는 부분에는 정렬돌기(323, 333)가 마련되며, 상기 정렬돌기(323, 333)는 상기 걸림홈(74)에 끼워질 수 있다.

본 발명의 압축기 조립 방법에 의하면, 회전지지부를 지지하는 프레임과 실린더를 별도의 부품으로 제작하되, 프레임을 판금 제작하여 제품의 무게를 줄이면서도, 회전지지부가 형성된 프레임이 회전축과 실린더를 정렬하고 견고히 지지할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 실린더헤드가 실린더에 직접 고정되지 않고, 실린더를 고정하는 프레임을 통해 실린더에 조립되도록 하여 실린더 보어의 변형을 방지할 수 있고 실린더의 부피를 줄일 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 프레임을 통해 회전축을 크랭크핀의 양단에서 지지하므로 회전축을 견고하게 지지할 수 있고, 회전축의 길이를 줄일 수 있어 압축기의 부피를 크게 줄일 수 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 왕복동식 압축기의 내부 구성들을 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 압축기의 측면 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 일실시예로서, 왕복동식 압축기의 내부 구성들을 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 하부프레임과 상부프레임, 그리고 실린더가 결합된 형태를 나타낸 상부 사시도이다.
도 5는 도 4의 정면도이다.
도 6은 도 4의 하부 사시도이다.
도 7은 도 3의 압축기의 사시도이다.
도 8은 도 7의 압축기의 측면 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

[압축기 구조와 작동 원리]

도 3 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 왕복동식 압축기의 구조와 작동 원리를 설명한다.

설명의 편의를 위해, 회전축(50)의 길이방향을 상하방향, 실린더(30) 보어가 보이는 방향을 전방, 그 반대편을 후방, 그리고 실린더의 양측 방향을 측방으로 설명한다.

압축기(1)의 각 구성은 하우징(10) 내부에 설치된다. 도 7과 도 8을 참조하면, 하우징(10)은 깊은 용기 형태의 메인 하우징(11)과, 상기 메인 하우징(11)의 상부를 덮어 밀봉하는 커버 하우징(12)을 포함한다. 메인 하우징(11)의 저부에는 레그(13)가 마련되어 있다. 상기 레그(13)는 상기 압축기(1)를 설치 위치에 고정하기 위한 구성이다.

하우징(10)의 내부 공간에서 바닥에는 돌기(15)가 마련된다. 돌기(15)는 코일스프링과 같은 탄성체(16)를 고정한다. 상기 탄성체(16)의 상부에는 압축기의 내부 구성이 고정된다. 상기 탄성체(16)는 상기 하우징(10)과 상기 압축기의 내부 구성이 하우징에 직접 연결되지 않도록 하면서 상기 압축기의 내부 구성을 상기 하우징(10)에 고정한다. 따라서 탄성체(16)에 의해, 상기 압축기의 내부 구성의 진동이 상기 하우징(10)으로 전달되는 것이 방지된다.

상기 압축기의 내부 구성은 상부프레임(23)과 하부프레임(24)에 의해 고정되거나 지지된다. 상부프레임(23)과 하부프레임(24)에는 각각 회전축(50)을 지지하는 상부회전지지부(235)와 하부회전지지부(245)가 마련되어 있다. 두 회전지지부(235, 245)는 제1축(91; 도 8 참조)을 따라 서로 정렬되어 있다. 상기 두 회전지지부(235, 245)에는 베어링(26)이 설치되고, 상기 회전축(50)은 상기 베어링에 의해 프레임(23, 24)에 회전 가능하게 지지된다.

회전축(50)은 수직 방향으로 연장되고, 크랭크핀(51)을 사이에 두고 상하 두 지점에서 프레임(23, 24)에 의해 회전 지지된다. 도 1과 도 2에 예시한 종래의 압축기에서, 회전축(50)은 크랭크핀(51)의 하부에서 2점 지지된다. 반면 도 3 내지 도 8에 도시된 본 발명의 실시예의 압축기에서는 크랭크핀(51)의 상부와 하부에서 회전축이 각각 1점씩 2점 지지되는 구조가 적용된다.

회전축(50)은 모터 방식으로 회전하며, 이는 인버터 제어된다. 하부프레임(24)의 하부에는 스테이터(21)가 고정된다. 회전축(50)에는 로터(52)가 고정된다. 스테이터(21)의 인버터 제어에 의해 로터(52)에 회전력이 발생하고, 이에 따라 상기 회전축(50)이 회전한다.

본 발명의 실시예에서는 로터(52)가 스테이터(21)에 의해 둘러싸여 있는 이너 로터 구조가 예시되어 있으나, 아우터 로터 구조가 적용될 수도 있음은 물론이다. 아우터 로터를 적용할 경우 로터에 의해 발생하는 회전축의 토크가 더 커지므로, 회전축의 길이를 그만큼 줄일 수 있다는 이점이 있다.

상기 회전축(50)은 상하 방향으로 연장된다. 즉 회전축(50)은 수직 방향으로 배치된다. 회전축(50)은 수직축인 제1축(91)을 중심으로 회전한다.

회전축(50)의 상부에는 크랭크핀(51)이 마련된다. 크랭크핀(51)은 제1축(91)과 평행하게 연장된다. 그리고 상기 크랭크핀(51)은 상기 회전축의 중심에서 편심하여 위치한다. 따라서 회전축(50)이 제1축(91)을 중심으로 회전하면, 크랭크핀(51)은 상기 제1축(91)을 선회하게 된다. 물론 제1축(91)을 기준으로 상기 크랭크핀(51)이 편심된 위치와 대향하는 위치에는 카운터 웨이트를 구비하여 회전축의 진동을 방지한다.

상기 크랭크핀(51)이 마련된 높이와 대응하는 높이에는 수평 방향으로 연장되는 실린더(30)가 구비된다. 참고로 도 1과 도 2에 예시된 압축기의 실린더(30)는 회전지지부(25)와 일체로 제작되는 구조이다. 반면, 본 발명은, 실린더(30)가 회전지지부와 별개의 부품으로 제작되는 구조이다. 즉 실린더(30)가 일 부품을 이루고, 회전지지부(235, 245)를 구비하는 프레임(23, 24)이 다른 부품을 이룬다. 그리고, 이들이 상호 조립되어 실린더(30)와 회전지지부(235, 245)가 상호 위치 정렬된다.

상기 실린더(30)의 보어는 회전축(50)의 중심인 제1축(91)과 수직을 이루며 교차하는 제2축(92) 방향으로 배열된다. 즉 실린더(30)의 보어는 수평으로 배치된다. 상기 실린더는 상기 제1축(91)로부터 반경 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 있다.

실린더(30)의 보어에는 보어의 길이방향, 즉 수평방향을 따라 왕복 운동하는 피스톤(40)이 삽입된다. 피스톤(40)의 운동 방향은 제2축(92)의 방향과 일치하고, 피스톤의 중심(O)은 제2축(92) 상에 위치한다.

피스톤(40)과 크랭크핀(51)은 커넥팅로드(46)에 의해 연결된다. 커넥팅로드(46)의 일측 단부는 크랭크핀(51)에 외삽되고, 크랭크핀(51)에 대해 회전 가능하게 체결된다. 상기 크랭크핀(51)을 중심으로 한 커넥팅로드(46)의 일측 단부의 회전축은 제1축(91)과 평행하다.

커넥팅로드(46)의 타측 단부는, 피스톤핀(42)에 의해 피스톤(40)과 회전 가능하게 체결된다. 그리고 상기 피스톤핀(42)을 중심으로 한 상기 커넥팅로드(46)의 타측 단부의 회전축은 제1축(91)과 평행하다.

모터(21, 52)의 작동에 의해 회전축(50)은 제1축(91)을 중심으로 회전한다. 그러면 제1축(91)을 중심으로 크랭크핀(51)은 선회(공전)하게 되고, 크랭크핀(51)과 커넥팅로드(46)로 연결된 피스톤(40)은 제2축(92)을 따라 왕복운동을 하게 된다.

상기 회전축(50)의 하부에는 윤활유 공급부(60)가 설치된다. 하우징(10) 내부 공간의 하부에는 윤활유가 저장된다. 그리고 상기 윤활유 공급부(60)는 상기 윤활유에 담겨 있다. 상기 윤활유 공급부(60)는, 회전하지 않고 고정된 상태를 유지하는 고정부(61)와, 회전축(50)과 함께 회전하는 회전부(62)를 구비한다. 고정부(61)는 스테이터(21)나 하부프레임(24) 등에 고정되어 있다. 고정부(61)에 대한 회전부(62)의 상대적인 회전은, 윤활유를 상부로 펌핑한다.

도 2에는, 외주면에 나선의 돌출부가 형성된 고정부(61)가 프레임(20)에 대해 고정되어 있고, 상기 고정부(61)를 둘러싸는 회전부(62)가 회전축(50)에 고정되어 회전축(50)과 함께 회전하는 구조가 도시되어 있다. 회전부(62)가 회전하면, 윤활유의 점성에 의해, 윤활유가 상기 고정부(61)의 돌출부를 타고 나선 방향으로 상부로 공급된다. 반면 도 8에는 트로코이드 펌프 방식의 윤활유 공급부(60)가 도시되어 있다.

상기 회전축(50)에는 중공의 윤활유 공급유로(53)가 마련된다. 윤활유 공급유로(53)는 회전축의 하단부로부터 윤활이 필요한 위치 부근까지 연장 형성된다. 가령 오일(윤활유)은 실린더(30)와 피스톤(40)의 접촉 구간의 간극 부위, 크랭크핀(51)과 커넥팅로드(46)의 연결 부위, 커넥팅로드(46)와 피스톤(40)의 연결 부위인 피스톤핀(42) 주변, 및 회전축(50)의 지지 부위에 공급될 수 있다.

상기 윤활유 수요처에 공급된 윤활유는 해당 부위를 적신 후 중력에 의해 다시 하우징(10)의 바닥으로 흘러 내리거나 떨어진다.

제1축(91)에서 멀리 위치하는 실린더(30)의 단부에는 상기 보어를 덮기 위해 실린더헤드(70)가 설치된다. 실린더헤드(70)에는 상기 실린더(30)의 보어와 각각 연통하는 흡입실(72)과 토출실(73)이 마련된다.

상기 실린더(30)와 실린더헤드(70) 사이에는 실링부재(32)가 압착 개재되어, 실린더(30)와 실린더헤드(70) 사이의 틈으로 유체가 누설되는 것이 방지된다.

또한, 실린더(30)와 실린더헤드(70) 사이에는, 상기 흡입실(72)과 실린더의 보어를 연통하는 부위에 배치되는 체크밸브 부분과, 상기 토출실(73)과 실린더의 보어를 연통하는 부위에 배치되는 체크밸브 부분을 각각 포함하는 체크밸브(33)가 설치된다.

또한 실린더(30), 체크밸브(33), 실린더헤드(70)들의 사이에는, 실링부재(32)가 개재되어 유체의 누설을 방지한다.

상기 흡입실(72)과 실린더의 보어를 연통하는 부위에 배치되는 체크밸브는 흡입실(72)의 유체가 실린더 보어 쪽으로 유동하는 것은 허용하고, 그 반대로 유동하는 것은 차단한다.

상기 토출실(73)과 실린더의 보어를 연통하는 부위에 배치되는 체크밸브는 실린더 보어의 유체가 토출실(73) 쪽으로 유동하는 것은 허용하고, 그 반대로 유동하는 것은 차단한다.

따라서 모터에 의해 회전축(50)이 회전함에 따라 피스톤(40)이 실린더헤드(70)로부터 멀어지는 방향으로 이동하면, 흡입실(72)의 유체가 실린더의 보어 내부로 유입되고, 피스톤(40)이 실린더헤드(70)에 가까워지는 방향으로 이동하면, 실린더 보어 내부의 유체는 압축되며 상기 토출실(73)로 토출된다.

[프레임과 실린더의 결합 구조]

도 3 내지 도 8을 참조하여 상하부 프레임과 실린더의 결합 구조를 설명한다.

하부프레임(24)은 대략 "T"자 형태의 판금을 가공하여 제작한다. 하부프레임(24)의 중앙부에는 회전축(50)이 관통하는 하부회전지지부(245)가 마련된다. 하부회전지지부(245)에는 베어링(25)이 설치된다. 회전축(50)은 상기 베어링(25)을 통해 하부회전지지부(245)에 회전 가능하게 지지된다.

판금(sheet metal)으로 제작되는 하부회전지지부(245)의 내경부는 아래로 볼록하게 링 내지 도넛 형태로 드로잉 가공된다. 이에 따라 판금으로 제작됨에도 불구하고, 하부회전지지부(245)의 내경부는 상하방향으로 충분한 길이를 확보할 수 있다. 그리고 아래로 볼록한 기하학적 형상은 해당 부위의 강성을 향상시킨다. 또한 그러한 형상에 의해 마련되는 홈 형태의 공간에 베어링(26)을 수용하고 지지할 수 있다.

하부프레임(24)에서 상기 하부회전지지부(245)의 일측에는, 실린더(30)를 정렬 지지하는 실린더 하부지지부(247)가 마련된다. 실린더 하부지지부(247)는 눕혀져 있는 실린더의 외경부의 아랫 부분을 일정 부분 감싸는 형상으로 가공된다.

도 4와 도 5를 참조하면, 실린더(30)의 외경의 하부 선단부에는 실린더의 반경 방향으로 외향 연장되는 하부 걸림돌기(344)가 형성된다. 상기 하부 걸림돌기(344)는 제2축 방향을 따라 길게 형성된다.

그리고 실린더 하부지지부(247)의 선단부에는, 제2축(92) 방향으로 상기 하부 걸림돌기(344)의 적어도 일부를 수용하는 걸림홈(243)이 마련된다. 실린더(30)는 눕혀진 채로 상기 실린더 하부지지부(247) 상에 놓여지며, 상기 실린더(30)의 하부 걸림돌기(344)는 상기 걸림홈(243)에 정렬되어 걸리게 된다.

따라서 상기 실린더 하부지지부(247)는 실린더(30)의 하방 위치를 규제한다. 그리고 걸림홈(243)은 제2축(92)을 중심으로 하는 실린더(30)의 회전을 억제하고, 제2축(92)의 길이방향 중에서 상기 하부회전지지부(245)에 가까워지는 방향으로 실린더(30)가 이동하는 것을 억제한다.

도 6에는, 상기 도 4 및 도 5에 도시된 하부 걸림돌기(344)의 변형 예가 도시되어 있다. 먼저, 실린더(30)의 외경 하부의 중앙 부근에는 실린더의 반경 방향으로 외향 연장되는 가체결돌기(35)가 마련된다. 상기 가체결돌기(35)는 원형의 단면 형상을 가지는 것이 예시되나, 그 형상이 굳이 한정될 필요는 없다.

상기 가체결돌기(35)와 대응하는 실린더 하부지지부(247) 부분에는, 상기 가체결돌기(35)와 대응하는 형상을 구비하여 상기 가체결돌기(35)를 수용하는 가체결홈(244)이 마련된다.

제2축의 어느 일 방향으로 상기 실린더가 움직이는 것을 제한하는 걸림홈(243)과 하부걸림돌기(344) 구조와 대비하면, 상기 가체결돌기(35)와 가체결홈(244) 구조는 제2축(92)의 양쪽 방향 모두로 상기 실린더의 이동을 제한한다는 점에 차이가 있다.

상기 실린더 하부지지부(247)의 양단에는 측방으로 연장되는 연장부가 마련되고, 이 부분에 상하체결홀(242)이 각각 마련된다. 한편 상기 하부프레임(24)에서 상기 하부회전지지부(245)의 타측에도 연장부가 마련되며, 여기에도 상하체결홀(242)이 마련된다.

즉, 하부프레임(24)의 "T"자 형상에서 가장자리에 가까운 세 곳에 각각 상하체결홀(242)이 형성된다. 이는 후술할 상부프레임(23)의 상하체결홀(232)과 정렬되고, 볼트 등의 체결수단에 의해 두 프레임(23, 24)을 상호 결합하기 위한 구성이다.

상부프레임(23) 역시 판금으로 제작된다.

상부프레임(23)의 중앙부에는, 회전축(50)의 상단부를 지지하는 상부회전지지부(235)가 마련된다. 상부회전지지부(235) 역시 앞서 설명한 하부회전지지부와 마찬가지로, 그 내경부가 위로 볼록한 링 내지 도넛 형태로 드로잉 가공된다. 상기 상부회전지지부(235)는 상기 하부회전지지부(245)와 상하 방향으로 정렬된다.

상기 상부회전지지부(235)와 하부회전지지부(245) 사이의 공간에는 회전축(50)의 크랭크핀(51)이 위치하게 된다. 상부회전지지부(235)는 상기 크랭크핀(51) 상부에 마련된 회전축의 상단부를 지지한다. 압축기가 작동함에 따라 피스톤의 하중은 크랭크핀(51)에 전달되는데, 본 발명은 크랭크핀(51)을 기준으로 상하 양단의 회전축이 지지되므로, 회전축의 길이가 짧다 하더라도 회전축을 보다 견고하게 지지할 수 있다.

상기 상부회전지지부(235) 주변은 우산과 같은 형태로 되어 있어 상기 크랭크핀(51)과 커넥팅로드(46)가 운동하는 공간을 덮어준다.

상기 상부회전지지부(235)의 일측에는 실린더(30)를 정렬 지지하는 실린더 상부지지부(237)가 마련된다. 실린더 상부지지부(237)는 눕혀져 있는 실린더의 외경부의 윗부분을 덮는 형상으로 가공된다. 그리고 실린더 상부지지부(237)와 실린더 하부지지부(247)은 협동하여, 상기 실린더(30)의 외경 둘레를 감싸게 된다.

실린더(30)의 외경의 상부 선단부에는 실린더의 반경 방향으로 연장되는 상부 걸림돌기(343)가 형성된다. 상기 상부걸림돌기(343)는 제2축의 방향을 따라 길게 형성된다.

그리고 상기 실린더 상부지지부(237)의 선단부에는, 제2축(92) 방향으로 상기 상부 걸림돌기(343)의 적어도 일부를 수용하는 걸림홈(233)이 마련된다.

실린더(30)가 실린더 하부지지부(247)에 놓여져 정렬된 상태에서, 상기 실린더 상부지지부(237)는 실린더의 상부를 덮게 된다. 따라서 실린더 상부지지부(237)로 실린더의 상부를 덮는 과정에서, 실린더의 상부 걸림돌기(343)와 걸림홈(233)을 정렬하면, 결과적으로 실린더 하부지지부(247), 실린더(30), 및 실린더 상부지지부(237)가 모두 정렬된다.

상기 실린더 상부지지부(237)는 실린더(30)의 상방 위치를 규제한다. 그리고 걸림홈(233)은 제2축(92)을 중심으로 하는 실린더(30)의 회전을 억제하고, 제2축(92)의 길이방향 중에서 상기 하부회전지지부(245)에 가까워지는 방향으로 실린더(30)가 이동하는 것을 억제한다. 아울러 두 실린더 지지부(237, 247)이 협동하여, 상기 실린더(30)가 상기 제1축과 평행한 축에 대해 상기 실린더가 회전하지 않도록 구속하고, 상기 실린더(30)가 상기 제1축 및 상기 제2축에 모두 수직을 이루는 축에 대해 회전하지 않도록 구속한다.

실린더 상부지지부(237)의 하단부는 상기 하부프레임(24)의 상부면까지 연장되어 내려온다. 그리고 상기 실린더 상부지지부(237)의 하단부는 측방으로 연장되는데, 이렇게 연장된 부위는 하부프레임(24)의 상부면과 마주하여 접하고, 바로 이 연장부에 상하체결홀(232)이 마련된다. 그리고 상하체결홀(232)은 상기 하부프레임(24)의 상하체결홀(242)과 마주하게 된다.

이처럼 실린더의 상부지지부(237)와 하부지지부(247) 양측에 있는 상하체결홀(232, 242)을 통해 상부프레임(23)과 하부프레임(24)을 고정하면, 두 프레임(23, 24)을 고정하면서, 동시에 실린더(30)를 강하게 고정할 수 있다.

한편 도 5를 참조하면, 실린더 상부지지부(237)는 상부에서 하부로 내려올수록 실린더의 외경 형상과 대응하여 점차 그 간격이 넓어지다가, 가장 넓어진 후에는 수직 방향으로 하향 연장된다. 따라서 실린더의 상부지지부(237)와 하부지지부(247) 양측에 있는 상하체결홀(232, 242)을 통해 볼트 등을 체결하여 상부프레임(23)과 하부프레임(24)을 조이게 되면, 실린더(30)는 두 프레임의 실린더 상부지지부(237)와 하부지지부(247) 사이에서 더욱 견고하게 지지된다.

상기 상부회전지지부(235)의 타측에도 연장부가 마련되고, 이는 비스듬히 하향 연장된다. 그리고 이러한 연장부가 하부프레임(24)의 상부면과 접하는 부위에, 상하체결홀(232)이 마련된다. 이는 하부회전지지부(245)의 타측에 위치하는 상하체결홀(242)과 마주한다. 따라서 상부회전지지부(235)와 하부회전지지부(245)는, 제1축(91)을 중심으로 하여, 원주 방향으로 적절한 위치에서 최소 3점 고정되어 두 회전지지부(235, 245)의 정렬 상태를 견고하게 유지시켜 준다.

[실린더와 실린더헤드의 조립 방식]

이하 도 3 내지 도 8을 참조하여 실린더(30)와 실린더헤드(70)의 조립 방식을 설명한다.

상기 상부프레임(23)의 실린더 상부지지부(237)에서 양측으로 연장된 연장부의 후단부에는 상향 절곡된 절곡부가 마련된다. 상기 절곡부는 전방을 바라보는 면을 구비하고, 거기에 너트홀(231)이 마련된다.

실린더헤드(70)는 상기 실린더(30)와 마주하는 부분과, 그로부터 양측으로 연장된 부분을 구비한다. 실린더헤드(70)에서 양측으로 연장된 부분에는 관통홀(71)이 형성되고, 상기 관통홀(71)은 상기 상부프레임의 절곡부에 마련된 너트홀(231)과 정렬되며 마주하게 된다.

한편 실린더헤드(70)의 후방 단부의 상부에는 상기 실린더(30)의 상부걸림돌기(343)의 전방 일부가 끼워질 수 있는 걸림홈(74)이 마련된다. 또한 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 실린더(30)가 하부걸림돌기(344)를 구비한다면, 실린더헤드(70)의 후방 단부의 하부에도 걸림홈(74)이 마련될 수 있다.

상기 실린더(30)의 걸림돌기(34)에 대해, 후방에는 프레임(23, 24)의 걸림홈(233, 244)이 끼워져 정렬되고, 전방에는 실린더헤드(70)가 끼워져 정렬되므로, 결과적으로 프레임과 실린더와 실린더헤드는 모두 정렬된다.

한편, 상기 실린더(30)와 실린더헤드(70) 사이에는 체크밸브(33)와 실링부재(32)가 개재되는데, 이들도 모두 정렬이 이루어져야 한다. 따라서 체크밸브(33)와 실링부재(32)에도 상기 걸림돌기(34)와 대응하는 위치에 정렬돌기(323, 333)이 각각 마련된다.

그러면, 상기 실린더헤드(70)의 걸림홈(74)에는 체크밸브(33)와 실링부재(32)의 정렬돌기(323, 333)가 끼워지고, 그 뒤에 실린더(30)의 걸림돌기(34)가 끼워져 위치 정렬이 정확히 이루어질 수 있다. 이들 구성의 정확한 정렬을 위해서는 걸림돌기(34)가 상하에 마련되고, 정렬돌기(323, 333)도 상하에 마련되며, 걸림홈(74) 역시 상하에 마련되는 것이 바람직하다.

이와 같이 실린더헤드(70), 실링부재(32), 체크밸브(33), 실링부재(32) 및 실린더(30)가 정렬된 상태에서, 실린더헤드(70)의 관통홀(71)을 관통하여 상기 체결볼트(80)를 상기 상부프레임(23)의 너트홀(231)에 체결하게 된다.

상기 너트홀(231)은 너트홀의 내주면에 탭 가공이 되어 있거나, 너트홀(231)의 후방에 별도의 너트가 용접 등의 방식으로 고정되어 있거나, 단순히 너트홀(231)의 후방에 너트를 배치하는 방식 등이 모두 적용 가능하다.

아울러 상기 너트홀은 반드시 상부프레임에 구비되어야 하는 것은 아니며, 하부프레임에 절곡부를 구비하고, 해당 절곡부에 너트홀을 형성하여도 좋다. 즉 실린더에 직접 체결볼트가 체결되지 않고, 프레임 등을 통해 간접적으로 체결되는 구조로서, 실린더헤드(70)가 실린더(30)에 밀착되도록 하는 구조라면, 본 발명의 도면에 도시된 형태에 한정될 필요가 없다.

이와 같은 체결 방식에 따르면, 체결볼트가 체결되는 프레임과 별도의 부품으로 제작된 실린더에는 체결볼트의 체결력이 영향을 미치지 아니하므로, 실린더의 보어의 형상이 변형되지 않는다. 따라서 피스톤과 보어 사이의 간극에 변화가 발생하지 않는다.

그러므로 설계 단계에서 피스톤과 보어의 간극을 크게 설정하지 않더라도, 조립 후, 유막이 생기지 않을 정도로 피스톤과 보어 사이의 간극이 가까워지는 현상이 방지되고, 이에 따라 마모 신뢰성을 더욱 확보할 수 있다.

아울러 피스톤과 보어의 간극을 크게 설정하는 설계를 피할 수 있으므로, 피스톤과 보어 간의 간격을 최적의 상태로 줄일 수 있고, 이에 따라 보어와 피스톤 사이로 누출되는 유체의 양을 최소화할 수 있으므로, 압축기의 압축 효율을 더욱 높일 수 있다.

또한 실린더를 도 1에 도시된 것처럼 블록 형태로 제작할 필요가 없고, 도 3에 도시된 바와 같이 원통 형태로 제작하면 족하므로, 실린더의 무게와 부피를 크게 줄일 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

1: 압축기(왕복동식; reciprocating type)
10: 하우징
11: 메인 하우징
12: 커버 하우징
13: 레그(leg)
15: 돌기
16: 탄성체
20: 프레임
21: 스테이터
23: 상부프레임
231: 너트홀
232: 상하체결홀
233: 걸림홈
235: 상부회전지지부
237: 실린더 상부지지부
24: 하부프레임
242: 상하체결홀
243: 걸림홈
244: 가체결홈
245: 하부회전지지부
247: 실린더 하부지지부
25: 회전지지부
26: 베어링
30: 실린더
31: 너트홀
32: 실링부재
323: 정렬돌기
33: 체크밸브
333: 정렬돌기
34: 걸림돌기
343: 상부걸림돌기
344: 하부걸림돌기
35: 가체결돌기
40: 피스톤
42: 피스톤핀
46: 커넥팅로드
50: 회전축
51: 크랭크핀
52: 로터
53: 윤활유 공급 유로
60: 윤활유 공급부
61: 고정부
62: 회전부
70: 실린더헤드
71: 관통홀
72: 흡입실
73: 토출실
74: 걸림홈
80: 체결볼트

Claims

제1축(91)을 기준으로 회전하는 회전축(50);
상기 제1축(91)로부터 이격된 위치에 설치되고, 상기 제1축(91)에 직교하는 제2축(92)의 길이방향을 따라 연장된 보어를 구비하는 실린더(30); 및
상기 회전축(50)을 지지하고, 상기 실린더(30)를 지지하는 프레임을 포함하는 압축기로서,
상기 프레임은:
상기 회전축(50)을 지지하는 하부 회전지지부(245)와, 상기 실린더(30)가 얹어져 상기 실린더의 하부를 지지함으로써 실린더의 하방으로의 움직임을 제한하는 실린더 하부지지부(247)를 구비하는 하부프레임(24); 및
상기 하부프레임(24)의 상부에서 상기 하부프레임(24)에 고정되고, 상기 실린더(30)의 상부에 얹어져 상기 실린더의 상부를 지지함으로써 실린더의 상방으로의 움직임을 제한하는 실린더 상부지지부(237)를 구비하는 상부프레임(23);을 포함하며,
상기 하부프레임(24)과 상부프레임(23)은, 상기 실린더(30)가 상기 제1축과 평행한 축에 대해 상기 실린더가 회전하지 않도록 구속하고, 상기 실린더(30)가 상기 제1축 및 상기 제2축에 모두 수직을 이루는 축에 대해 회전하지 않도록 구속하는 압축기.
청구항 1에 있어서,
상기 실린더(30)의 외경부 하측에는 상기 실린더의 외경부에서 하향 돌출되는 하부걸림돌기(344)가 마련되고,
상기 실린더 하부지지부(247)의 양 단부 중 상기 하부 회전지지부(245)로부터 더 먼 쪽에 있는 단부에는 상기 하부걸림돌기(344)가 끼워지는 걸림홈(243)이 마련되어서, 상기 제2축을 중심으로 하는 상기 실린더(30)의 회전을 구속하고, 상기 제2축을 따라 제1축에 가까워지는 방향에 대한 상기 실린더의 이동을 구속하는 압축기.
청구항 1에 있어서,
상기 실린더(30)의 외경부 하측에는 상기 실린더의 외경부에서 하향 돌출되는 가체결돌기(35)가 마련되고,
상기 실린더 하부지지부(247)에는 상기 가체결돌기(35)와 대응하는 형상의 가체결홈(244)이 마련되어서, 상기 가체결돌기(35)가 상기 가체결홈(244)에 가체결됨에 따라 상기 제2축을 중심으로 하는 상기 실린더(30)의 회전을 구속하고 상기 제2축의 길이방향에 대한 이동을 구속하는 압축기.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실린더(30)의 외경부 상측에는 상기 실린더의 외경부에서 상향 돌출되는 상부걸림돌기(343)가 마련되고,
상기 실린더 상부지지부(237)의 양 단부 중 상기 제1축(91)으로부터 더 먼 쪽에 있는 단부에는 상기 상부걸림돌기(343)가 끼워지는 걸림홈(233)이 마련되어서, 상기 제2축을 중심으로 하는 상기 실린더(30)의 회전을 구속하고, 상기 제2축을 따라 상기 제1축에 가까워지는 방향에 대한 상기 실린더의 이동을 구속하는 압축기.
청구항 1에 있어서,
상기 실린더(30)에서, 상기 제1축으로부터 먼 쪽 단부에 결합되는 실린더헤드(70);
상기 실린더헤드(70)에 마련된 복수 개의 관통홀(71);
상기 프레임에 마련되며, 상기 관통홀(71)과 마주하는 위치에 형성되는 복수 개의 너트홀; 및
상기 관통홀(71)을 관통하여 상기 너트홀과 결합되는 체결볼트(80);를 포함하는 압축기.
제1축(91)을 기준으로 회전하는 회전축(50);
상기 제1축(91)로부터 이격된 위치에 설치되고, 상기 제1축(91)에 직교하는 제2축(92)의 길이방향을 따라 연장된 보어를 구비하는 실린더(30);
상기 실린더(30)에서, 상기 제1축으로부터 먼 쪽 단부에 결합되는 실린더헤드(70); 및
상기 실린더(30)를 지지하는 프레임을 포함하는 압축기로서,
상기 프레임은:
상기 실린더(30)가 얹어져 상기 실린더의 하부를 지지함으로써 실린더의 하방으로의 움직임을 제한하는 실린더 하부지지부(247)를 구비하는 하부프레임(24); 및
상기 하부프레임(24)의 상부에서 상기 하부프레임(24)에 고정되고, 상기 실린더(30)의 상부에 얹어져 상기 실린더의 상부를 지지함으로써 실린더의 상방으로의 움직임을 제한하는 실린더 상부지지부(237)를 구비하는 상부프레임(23);을 포함하고,
상기 하부프레임(24)과 상부프레임(23)은, 상기 실린더(30)가 상기 제1축과 평행한 축에 대해 상기 실린더가 회전하지 않도록 구속하고, 상기 실린더(30)가 상기 제1축 및 상기 제2축에 모두 수직을 이루는 축에 대해 회전하지 않도록 구속하고, 상기 실린더(30)가 상기 제2축을 따라 제1축에 가까워지는 방향에 대한 이동을 구속하며,
상기 실린더헤드(70)에 마련된 복수 개의 관통홀(71);
상기 프레임에 마련되며, 상기 관통홀(71)과 마주하는 위치에 형성되는 복수 개의 너트홀; 및
상기 관통홀(71)을 관통하여 상기 너트홀과 결합되는 체결볼트(80);를 더 포함하는 압축기.
청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
상기 너트홀은 상부프레임(23)에 마련되는 압축기.
청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
상기 너트홀은 하부프레임(24)에 마련되는 압축기.
청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
상기 너트홀은 프레임에서 절곡된 부위에 마련되는 압축기.
청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
상기 상부프레임(23)과 하부프레임(24)은 금속 플레이트를 판금하여 제작되는 압축기.
청구항 6에 있어서,
상기 하부프레임(24)은 상기 회전축(50)을 지지하는 하부 회전지지부(245)를 구비하는 압축기.
청구항 1 또는 청구항 11에 있어서,
상기 상부프레임(23)은 상기 회전축(50)을 지지하는 상부 회전지지부(235)를 구비하고,
상기 상부 회전지지부(235)는 상기 하부 회전지지부(245)의 상부에 이격 배치된 압축기.
청구항 12에 있어서,
상기 제1축(91)에 직교하는 제2축(92)의 길이방향을 따라 왕복 운동하도록 상기 보어에 내삽된 피스톤(40);
상기 회전축(50)의 회전 중심에 대해 편심 배치되며 상기 제1축(91)과 평행한 크랭크핀(51); 및
일측 단부가 상기 크랭크핀(51)에 회전 가능하게 결합되고, 타측 단부가 상기 피스톤(40)에 대해 회전 가능하게 결합되는 커넥팅로드(46);를 더 포함하고,
상기 크랭크핀(51)은 상기 상부 회전지지부(235)와 하부 회전지지부(245) 사이에 배치된 압축기.
청구항 6에 있어서,
상기 실린더(30)의 외경부에는 상기 실린더의 외경부에서 외향 돌출되는 걸림돌기(34)가 마련되고,
상기 실린더 하부지지부(247)의 양 단부 중 상기 제1축(91)으로부터 더 먼 쪽에 있는 단부 및 상기 실린더 상부지지부(237)의 양 단부 중 상기 제1축(91)으로부터 더 먼 쪽에 있는 단부 중 적어도 어느 한 곳에는, 상기 걸림돌기(34)가 끼워지는 걸림홈(233, 243)이 마련되어서, 상기 제2축을 중심으로 하는 상기 실린더(30)의 회전을 구속하고, 상기 제2축을 따라 제1축에 가까워지는 방향에 대한 상기 실린더(30)의 이동을 구속하는 압축기.
청구항 14에 있어서,
상기 실린더(30)와 마주하는 실린더헤드(70)의 단부에는, 상기 걸림돌기(34)가 끼워지는 걸림홈(74)이 마련되는 압축기.
청구항 15에 있어서,
상기 실린더(30)와 실린더헤드(70) 사이에는 실링부재(32) 또는 체크밸브(33) 중 적어도 어느 하나가 개재되고,
실링부재(32) 또는 체크밸브(33)에서 상기 걸림돌기(34)와 대응되는 부분에는 정렬돌기(323, 333)가 마련되며,
상기 정렬돌기(323, 333)는 상기 걸림홈(74)에 끼워지는 압축기.