KR19980025998A - 마찰저감 샤프트를 지닌 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀폐케이스 내부에 냉매를 흡입하고 토출하는 수단을 지니는 냉장고의 밀폐형 압축기에서 고압발생부와 모터부를 연결하는 회전축의 윤활구조를 개선하는 마찰저감 샤프트를 지닌 압축기에 관한 것이다.

본 발명은 프레임(17)의 부싱부(17a) 내에서 회전하는 샤프트(12)의 외주면에 나선홈(12a)이 형성되어 샤프트(12)의 회전에 따라 나사펌프 작용으로 급유하는 나사급유 방식을 채용하는 압축기(10)에 있어서: 상기 부싱부(17a)와 접촉하는 샤프트(12)의 외주면에는 상기 나선홈(12a)과도 서로 연통하여 교차되도록 소정의 간격으로 수평하게 다수개의 수평홈(12b)이 형성되는 것을 특징으로 하는 마찰저감 샤프트를 지닌 압축기를 제공한다.

따라서, 본 발명은 냉장고의 밀폐형 압축기에서 고압발생부와 모터부를 연결하는 샤프트에 수평홈을 구비시킴으로써, 베어링 하중의 분산 및 마찰면적 저감을 통한 안정적인 윤활로 압축기의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

마찰저감 샤프트를 지닌 압축기

본 발명은 압축기(compressor)에 관한 것으로서, 더 상세하게는 밀폐케이스 내부에 냉매를 흡입하고 토출하는 수단을 지니는 냉장고의 밀폐형 압축기에서 고압발생부와 모터부를 연결하는 회전축의 윤활구조를 개선하는 마찰저감 샤프트를 지닌 압축기에 관한 것이다.

냉장고에 있어서 압축기는 통상적으로 전기적 에너지에 의한 회전력을 왕복운동의 기계적 에너지로 변환하는 수단으로서, 비등점이 낮은 냉매가 압축기를 거치면서 고압(약 12기압) 상태로 된다. 다시 고압의 냉매는 응축기에서 냉각되어 액체상태가 되고, 이러한 액체 상태의 냉매가 냉각기에서 기체화되면 하나의 냉동 사이클이 완료된다.

도 1 을 이용하여 설명하면 압축기(10)는 밀폐케이스(11) 외부에 냉매의 흡입파이프(도시 생략) 및 배출파이프(도시 생략)가 접합되고 내부에 고압발생부 및 모터부가 장착된 구조이다.

고압발생부는 실린더(13)·피스톤(14)·밸브(15) 등으로 대별할 수 있으며, 모터부는 스테이터(18) 및 로터(19)로 대별할 수 있는데, 고압발생부는 하부에 설치되는 모터부와 샤프트(12)로 연결된다.

이러한 실린더(13)·피스톤(14)·밸브(15)·토출머플러(16) 등은 일체의 조립체로 형성되고 프레임(17) 상에 지지된다. 프레임(17)은 또한 로터(19)가 장착된 샤프트(12)를 회전가능하게 지지하며 슬라이딩 베어링의 역할도 수행하는 부싱부(17a)를 지닌다.

작동을 보면, 모터에 의해 회전되는 샤프트(12)가 그 상부에서 편심운동을 유도하고, 편심운동은 다시 커넥팅로드를 통하여 실린더(13) 내의 피스톤(14)을 왕복운동시키고, 밸브(15)는 이때 형성되는 양면의 압력차에 의해 피동적으로 개폐되어 냉매를 일 방향으로 이동시킨다.

이에 따라, 흡입파이프를 통해 들어온 냉매는 밀폐케이스(11) 내부에 충전된 후 흡입머플러를 통하여 실린더(13)로 유입되고, 실린더(13)에서 압축된 냉매는 토출머플러(16)를 지니가고 배출파이프를 통해 응축기(도시 생략)로 보내진다. 상기 흡입머플러 및 토출머플러(16)는 냉장고 작동소음의 대부분을 차지하는 압축기 소음을 감소시키는 역할을 수행한다.

이러한 구성을 지닌 압축기(10)에서 기계적 마찰손실은 압축기 효율과 밀접적인 관계에 있으므로 회전 접촉부에 적절한 윤활을 요하는 바, 특히 마찰면적이 가장 큰 샤프트(12)와 프레임(17)의 부싱부(17a) 사이에서 고윤활성 있는 구조가 필요하다.

이때, 종래의 압축기(10)에는 샤프트(12)의 외주면에 나선홈(12a)을 만들고 샤프트(12)의 회전에 따라 일종의 나사펌프 작용을 유발시켜 급유하는 나사급유 방식이 적용된다.

나사급유 방식을 채용하는 압축기(10)에서 밀폐케이스(11)의 내부에서 소정의 높이로 윤활 기능을 수행하는 작동유를 채우고 나선홈(12a)의 일단이 작동유에 잠기도록 하면 샤프트(12)의 회전으로 작동유가 상승하여 부싱부(17a)를 윤활하고 샤프트(12)의 상부로 토출된 후 다시 밀폐케이스(11)로 낙하하는 순환과정을 거쳐 미끄럼마찰 저항손실을 줄인다.

그러나 샤프트(12)의 나선홈(12a)은 샤프트(12)의 회전에 따라 부싱부(17a)를 간헐적으로 윤활하는 셈이므로 안정한 윤활이 이루어지지 못하고 건마찰화 하려는 불안정한 윤활 상태가 되는 결점이 있다.

또, 자동온도 조절 시스템을 지니는 냉장고에서 압축기(10)가 간헐적으로 작동되는데 압축기(10)가 정지하는 동안 나선홈(12a)에 있는 작동유가 경사면을 따라 밀폐케이스(11)로 빠져나가므로 압축기(10)가 다시 작동되는 순간 부싱부(17a)의 건마찰은 피할 수 없게 된다.

따라서, 본 발명은 밀폐케이스 내부에 냉매를 흡입하고 토출하는 수단을 지니는 냉장고의 밀폐형 압축기에서 고압발생부와 모터부를 연결하는 회전축의 윤활구조를 개선하여 안정적인 윤활을 이룰 수 있는 마찰저감 샤프트를 지닌 압축기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 밀폐형 압축기를 개략적으로 나타내는 내부구성도.

도 2 는 도 1 의 샤프트를 확대하여 나타내는 정면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 압축기,11: 밀폐케이스,12: 샤프트,

12a: 나선홈,12b: 수평홈,13: 실린더,

14: 피스톤,15: 밸브,16: 토출머플러,

17: 프레임,17a: 부싱부,18: 스테이터,

19: 로터,Wa×Da: 나선홈폭×깊이,Wb×Db: 수평홈폭×깊이.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 프레임(17)의 부싱부(17a) 내에서 회전하는 샤프트(12)의 외주면에 나선홈(12a)이 형성되어 샤프트(12)의 회전에 따라 나사펌프 작용으로 급유하는 나사급유 방식을 채용하는 압축기(10)에 있어서: 상기 부싱부(17a)와 접촉하는 샤프트(12)의 외주면에는 상기 나선홈(12a)과도 서로 연통되어 교차되도록 소정의 간격으로 수평하게 다수개의 수평홈(12b)이 형성되는 것을 특징으로 하는 마찰저감 샤프트를 지닌 압축기를 제공한다.

이때, 상기 수평홈의 폭(Wb)과 깊이(Db)는 적어도 상기 나선홈의 폭(Wa)과 깊이(Da) 보다 작게 형성하고, 수평홈(12b)의 깊이(Db)는 폭(Wb)보다 작게 형성한다.

[실시예]

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상술한다.

도 1 은 본 발명에 따른 밀폐형 압축기를 개략적으로 나타내는 내부구성도가 도시된다.

본 발명은 프레임(17)의 부싱부(17a) 내에서 회전하는 샤프트(12)의 외주면에 나선홈(12a)이 형성되어 샤프트(12)의 회전에 따라 나사펌프 작용으로 급유하는 나사급유 방식을 채용하는 압축기(10)에 적용한다.

전술한 바와 같이 나사급유 방식을 채용하는 압축기(10)에서 밀폐케이스(11)의 내부에서 소정의 높이로 윤활 기능을 수행하는 작동유를 채우고 나선홈(12a)의 일단이 작동유에 잠기도록 하면 샤프트(12)의 회전으로 작동유가 상승하여 부싱부(17a)를 윤활하고 샤프트(12)의 상부로 토출되어 샤프트(12)의 편심부와 피스톤(14), 피스톤(14)과 실린더(13) 사이에도 작동유가 산포된다.

이때, 상기 부싱부(17a)와 접촉하는 샤프트(12)의 외주면에는 상기 나선홈(12a)과도 서로 연통되어 교차되도록 소정의 간격으로 수평하게 다수개의 수평홈(12b)이 형성된다.

수평홈(12b)은 샤프트(12)의 회전으로 작동유가 상승하여 부싱부(17a)를 윤활하는 동안 나선홈(12a)으로 부터도 작동유를 공급받아 부싱부(17a)를 보조적으로 윤활하는 기능을 수행한다.

이러한 다수의 수평홈(12b)은 각각 나선홈(12a)에서 한 지점에서 교차하고 수평유로이므로 나선홈(12a)과 같이 작동유의 유속이 빠르지 못하여 작동유의 순환이 비교적 완만하게 일어난다.

대신, 간헐적으로 작동되는 압축기(10)의 정지주기 동안 나선홈(12a)에 있는 작동유가 경사면을 따라 밀폐케이스(11)로 빠져나가도 수평홈(12b) 내에는 어느 정도 작동유가 잔류하기 때문에 압축기(10)가 다시 작동되는 순간 부싱부(17a)의 건마찰은 피할 수 있다.

부싱부(17a)가 건마찰 등의 요인에 기인하여 마모되면 샤프트(12)의 흔들림이 심화되고 고속으로 작동되는 피스톤(14)의 마모를 초래하므로 압축기(10)의 성능이 저하되는 것은 물론 압축기(10)의 진동과 소음이 증가한다.

도 2 는 도 1 의 샤프트를 확대하여 나타내는 정면도가 도시된다.

본 발명의 경우 나선홈(12a)은 주 급유부 역할을 하고 수평홈(12b)은 보조 급유부 역할을 한다. 수평홈(12b)은 소정의 폭(Wb)과 깊이(Db)를 지니고 등간격으로 형성된다.

이때, 상기 수평홈의 포(Wb)과 깊이(Db)는 적어도 상기 나선홈의 폭(Wa)과 깊이(Da) 보다 작게 형성한다.

수평홈(12b)의 깊이(Db)는 축의 비틀림 강도와 관계가 있으므로 폭(Wb)보다 더 작게 형성한다.

예컨대, 나선홈(12a)의 폭(Wa)과 깊이(Da)가 각각 2mm인 기종의 경우 수평홈의 폭(Wb)과 깊이(Db)를 각각 1mm와 0.5mm 정도로 하면 적절한 유막형성과 축강도를 유지할 수 있다.

이러한 다수의 수평홈(12b)은 각각 나선홈(12a)과 한 지점에서 교차하는 수평유로이므로 샤프트(12)의 회전초기 및 정지시가 정상작동시 보다 관성력의 영향을 크게 받아 유속이 빨라진다.

이에 따라, 압축기의 회전초기 및 정지시 등 주 급유부인 나선홈(12a)에 의한 윤활이 원활하지 않을 때 수평홈(12b)이 특히 보조 급유부로서의 역할을 충분히 수행할 수 있는 이유가 된다.

압축기의 정지주기 동안 나선홈(12a)에 있는 작동유가 경사면을 따라 밀폐케이스(11)(도 1)로 빠져나가도 수평홈(12b) 내에는 어느 정도 작동유가 잔류하기는 하지만 압축기가 정지하는 시간이 길수록 그 효과는 작아지므로 수평홈(12b)의 길이를 따라 그 하면에 다수의 미소한 요홈(도시 생략)을 형성하는 것이 바람직하다.

이러한 수평홈(12b)의 가공시 수평홈깊이(Db)와 나선홈깊이(Da)가 다르므로 양자가 교차하는 지점에서 단이 형성된다. 샤프트(12)의 가공시 이러한 단부에서 발생하기 쉬운 버어(burr)를 제거한다. 버어는 나선홈(12a)을 상승하는 작동유가 수평홈(12b)에 유입되는 유동저항을 증가시켜 작동유의 충분한 공급을 방해한다.

작동유의 유동저항을 줄이기 위해 나선홈(12a) 및 수평홈(12b)이 교차하는 지점의 수평홈깊이(Db)를 추가적으로 가공하여 단부가 발생하지 않도록 하고, 수평홈(12b)의 표면조도를 양호하게 처리하는 것이 바람직하다.

한편, 부싱부(17a)(도 1)와 같은 슬라이딩 베어링에서 안정적인 윤활을 위한 중요한 설계기준으로 허용 베어링면압, 허용 압력속도계수, 최소 유막두께 등이 있는데, 허용 베어링면압은 부싱부(17a) 및 샤프트(12)의 재료강도, 피로한도를 초과하지 않도록 해야 한다.

이러한 허용 베어링면압은 허용 압력속도계수 등 슬라이딩 베어링의 다른 설계기준에 영향을 주어 마찰열, 열붙음, 마모 등을 지배하는 등 슬라이딩 베어링의 수명과 관계되는 바, 부적절하면 압축기의 수명이 저하되는 것은 물론 진동과 소음을 증가시킨다.

그런데 본 발명의 수평홈(12b)을 지닌 샤프트(12)는 그 면압(또는 베어링 하중)이 집중되지 않고 수평홈(12b)의 간격에 따라 분산되므로 면압이 줄어들어 부싱부(17a) 및 샤프트(12)이 수명이 감소되는 것이 방지된다.

또, 상기 부싱부(17a) 및 샤프트(12) 사이의 마찰손실은 마찰계수, 마찰면적 및 회전 각속도의 곱으로 나타낼 수 있는데, 본 발명의 수평홈(12b)을 지닌 샤프트(12)는 수평홈폭(Wb) 만큼 마찰면적이 줄어들어 압축기의 마찰손실 저감에 기여하는 바가 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 마찰저감 샤프트를 지닌 압축기는 냉장고의 밀폐형 압축기에서 고압발생부와 모터부를 연결하는 샤프트에 수평홈을 구비시킴으로써, 베어링 하중의 분산 및 마찰면적 저감을 통한 안정적인 윤활로 압축기의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.

Claims (2)

1. 프레임(17)의 부싱부(17a) 내에서 회전하는 샤프트(12)의 외주면에 나선홈(12a)이 형성되어 샤프트(12)의 회전에 따라 나사펌프 작용으로 급유하는 나사급유 방식을 채용하는 압축기(10)에 있어서:

   상기 부싱부(17a)와 접촉하는 샤프트(12)의 외주면에는 상기 나선홈(12a)과도 서로 연통되어 교차되도록 소정의 간격으로 수평하게 다수개의 수평홈(12b)이 형성되는 것을 특징으로 하는 마찰저감 샤프트를 지닌 압축기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 수평홈의 폭(Wb)과 깊이(Db)는 적어도 상기 나선홈의 폭(Wa)과 깊이(Da) 보다 작게 형성하고, 수평홈(12b)의 깊이(Db)는 폭(Wb)보다 작게 형성하는 것을 특징으로 하는 마찰저감 샤프트를 지닌 압축기.