KR20040017275A

KR20040017275A - 왕복식 밀봉 압축기의 피스톤용 장착 배열

Info

Publication number: KR20040017275A
Application number: KR10-2004-7000150A
Authority: KR
Inventors: 디에트마르 에리치 베른하드 리리에; 파비오 헨리끄 클레인; 파브리씨오 칼데이라 포싸마이; 휴고 레나토 세이벨; 피르호 이반 다코스타 페레이라; 마르씨오 루이즈 토데스캣
Original assignee: 엠프레사 브라질리에라 데 콤프레소레스 에스.아.-엠브라코
Priority date: 2001-07-25
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2004-02-26
Also published as: ES2261690T3; DE60210281T2; ATE321962T1; US9353862B2; JP2004536257A; SK287859B6; EP1409895A1; KR100883854B1; US8549988B2; BR0104001A; EP1409895B1; US20040261613A1; WO2003010446A1; SK212004A3; BR0104001B1; DE60210281D1; MXPA04000711A; US20140000452A1; CN1533486A; JP4722392B2

Abstract

본 발명은 왕복식 밀봉 압축기의 피스톤용 장착 배열에 관한 것으로, 이러한 압축기는 그 내측에 압축 챔버(C)가 형성되어 있는 실린더(1)와, 각기 핀(20)의 일 단부를 수용 및 유지하는 한 쌍의 반경 방향 구멍(11)이 제공되어 있는 피스톤(10)을 포함하며, 상기 핀(20)에는 압축기의 구동 기구가 결합되어 실린더(1) 내에서 피스톤(10)을 왕복 운동시키도록 되어 있고, 상기 반경 방향 구멍(11)은 피스톤(10)의 지탱면(10a, 10b)의 반경 방향 간극(15)에 대하여 완벽하게 밀봉되어, 이들 양 반경 방향 간극(15)이 압축 챔버(C)에 대한 내외측으로의 냉장 가스의 누출 억제 수단으로서 작동하도록 되어 있다.

Description

왕복식 밀봉 압축기의 피스톤용 장착 배열{MOUNTING ARRANGEMENT FOR THE PISTON OF A RECIPROCATING HERMETIC COMPRESSOR}

피스톤에 의해 작동되며 보통 소형 왕복 시스템 또는 기구에 사용되는 왕복식 밀봉 압축기에 있어서, 냉장 가스의 압축은, 실린더 내측에서 상사점과 상하점으로 알려진 구동 기구에 의해 결정되는 변위 한계 사이를 피스톤이 왕복 운동함으로써 이루어진다. 실린더는 하나의 개방단과, 그 반대쪽의 폐쇄단으로 이루어져 있으며, 그러한 폐쇄단의 폐쇄는 압축 챔버의 양단부 중 일단을 이루는 밸브 플레이트에 의해 이루어지고 있다. 여기서, 압축 챔버의 타단은 피스톤 탑(top)으로 형성되어 있다.

실린더 내측에서의 피스톤의 이동이 적절한 방식으로 이루어지도록 하기 위해서는, 직경이 상대적으로 작은 피스톤과 이보다 직경이 큰 실린더를 제공하여 그 사이에 반경 방향 간극을 제공할 필요가 있다.

압축기의 작동 동안, 그러한 반경 방향 간극에는 부분적으로 윤활유가 채워져, 피스톤을 지탱하는 역할을 하는 한편 가동 부품 사이의 마모를 방지하는 역할을 하게 된다. 이와 같이 피스톤의 지탱 작용은, 피스톤의 이동에 의해 그리고 윤활유에 의해 생성되는 점성 마찰을 극복하기 위해서는, 기계적 에너지의 소산을 야기한다.

피스톤이 하사점으로부터 상사점까지 변위되는 동안, 냉장 가스가 압축 챔버 내에서 압축되어, 압축기의 외장 내부에 존재하는 가스압에 비례하여 그 압력이 증가됨에 따라 압력차를 야기하게 되는데, 이러한 압력차는 압축 챔버 내에서 압축되는 냉장 가스의 일부가 압축기의 외장 내부로부터 상기와 같은 반경 방향 간극을 통해 누출되도록 하는 경향이 있다. 이러한 현상의 특징은 체적 손실로, 결국 압축기의 냉장 용량을 감소시키는데, 왜냐하면 그러한 누출로 인해 압축기의 외장 내측으로 안내되는 소정량의 냉장 가스에서 압축 작용이 이루어지기 때문이다. 이것은 바로 압축기의 에너지 효율 감소와 직결된다.

이러한 압축 가스의 누출 뿐만 아니라 전술한 피스톤의 지탱 작용은 주로 실린더와 피스톤의 직경 및 길이, 피스톤의 이동 거리, 구동 샤프트의 회전 속도, 구동 기구의 기하학적 형상, 사용된 냉장 가스의 종류, 윤활유의 종류 및 압축기의 작동 조건(압력 및 온도)의 함수로서 나타내어진다.

피스톤은 일반적으로 연결 로드를 포함하는 구동 기구에 핀에 의해 연결되어 있는데, 이러한 핀의 양단이 피스톤의 중간 영역에 제공된 직경 방향으로 대향하는 한 쌍의 반경 방향 구멍 내에 수용되어 유지되고 있다. 피스톤의 반경 방향 구멍으로의 핀의 조립은, 이들 두개의 대향하는 영역이 실린더와 피스톤 탑 지탱면 사이에 존재하는 반경 방향 간극을 통해 누출되는 냉장 가스 흐름을 억제하는 역할을 수행하도록 이루어진다. 여기서, 피스톤 탑 지탱면은 핀 탑과 핀 축선을 갖춘 횡단면 사이에 형성되고 있으며, 전술한 바와 같은 억제는 피스톤의 바닥과 상기 횡단면 사이에 형성되는 피스톤 바닥 지탱면과 실린더 사이에 존재하는 반경 방향 간극에 의해 부과되는 냉장 가스의 흐름 억제보다는 소규모로 이루어지고 있다.

따라서, 공지의 조립체에 있어서, 냉장 가스는 피스톤의 탑으로부터 그 내측으로 피스톤의 중간 영역에 형성된 반경 방향 구멍을 통해 상기 반경 방향 간극으로 인해 누출되는 경향이 있다. 따라서, 피스톤 탑 지탱면만이 주로 압축 사이클 동안 반경 방향 간극을 통한 가스의 누출을 억제하는 기능을 갖는데, 그 이유는 흡입 사이클 동안 발생 가능한 역누출이 무시될 수 있을 정도의 수준일 뿐만 아니라 압축기의 체적 효율 관점에서 긍정적인 것으로 간주되고 있기 때문이다. 그러나, 피스톤의 바닥과 핀 사이에 형성된 피스톤 바닥 지탱면의 경우에는 냉장 가스의 누출 억제 기능을 갖추고 있지 못하기 대문에, 점성 마찰로 인해 동력 손실을 야기하게 된다.

고효율 압축기는 피스톤의 중간 영역에 외주면 상으로 리세스를 갖추고 있으며, 이 리세스 내에는 핀 장착용의 반경 방향 구멍이 제공되어, 전술한 바와 같은 핀 탑 지탱면과 바닥 지탱면을 분리하는 역할을 하고 있다. 이러한 기술은 반경 방향 간극으로 인한 냉장 가스의 누출 증가 없이, 피스톤의 지탱에 있어서 야기되는 동력 소산을 감소시키도록 사용되고 있는데, 이는 핀 탑 지탱면의 축방향 연장길이가 상기 영역의 반경 방향 간극을 통한 냉장 가스의 흐름을 예정된 수준으로 억제하는 데에 필요한 최소치로 유지되고 있기 때문이다. 상기 피스톤 바닥 지탱면은 피스톤을 안내하도록 유지되어, 점성 마찰을 야기하며 냉장 가스의 누출 억제와 관련된 어떠한 긍정적인 효과도 발휘하지 못하고 있다.

본 발명은 개괄적으로 말하여 소형 왕복 기구에 사용되는 유형의 왕복식 밀봉 압축기의 피스톤용 장착 배열에 관한 것이다. 보다 구체적으로 설명하자면, 본 발명은 피스톤의 중앙에 형성된 대향하는 한 쌍의 반경 방향 구멍 내에 연결 로드를 관절 방식으로 이어주는 핀용의 장착 배열에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에서 사용되는 왕복식 밀봉 압축기용의 실린더-피스톤 조립체를 개략적으로 도시한 단면도.

도 2 및 도 3은 각기, 종래 기술의 장착 배열을 갖는 피스톤과, 본 발명의 장착 배열을 갖는 피스톤의 확대 측면도.

도 4는 부분적으로 절개된 상태로 도시된 실린더 내에 장착되어 있는, 도 3의 피스톤의 측면도.

도 5, 도 6, 도 7, 도 8, 도 8a 및 도 9는 핀의 개개의 단부에 밀접하게 위치한 피스톤의 반경 방향 구멍의 밀봉을 위한 서로 다른 구성상 해결 방안을 갖는피스톤을 개략적으로 보여주는 직경 방향 단면도.

본 발명의 목적은, 피스톤과 실린더 사이에 형성되는 반경 방향 간극으로 인한 냉장 가스의 누출 억제를 위한 용량 감소를 야기하지 않고 피스톤의 동력 소산을 줄이기 위하여 전체 지탱면의 크기가 보다 감소된 방식으로 구성된, 본 명세서에서 언급되고 있는 유형의 장착 배열을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적은, 그 내측에 압축 챔버가 형성되어 있는 실린더와, 각기 핀의 일 단부를 수용 및 유지하는 한 쌍의 반경 방향 구멍이 제공되어 있는 피스톤을 포함하며, 상기 핀은 압축기의 구동 기구에 결합되어 실린더 내에서 피스톤을 왕복 운동시켜 상기 압축 챔버의 체적 변경을 야기하도록 되어 있고, 상기 피스톤은 핀의 축선을 포함하는 횡단면의 각각의 측면 상에 마련되는 실린더와 반경 방향 간극을 유지하는 지탱면을 구비하는 유형의 왕복식 밀봉 압축기의 피스톤용 장착 배열을 제공함으로써 달성된다.

본 발명에 따르면, 상기 반경 방향 구멍은 지탱면의 반경 방향 간극에 대하여 완벽하게 밀봉되어, 그 개개의 축방향 연장 길이의 함수에 따라, 압축 챔버에 대한 내외측으로의 냉장 가스의 누출 억제 수단에 따라 양 반경 방향 간극이 일체로 작동하도록 되어 있다.

본원에서 제안하고 있는 구성 개념은, 반경 방향 구멍을 통한 냉장 가스의 누출을 배제하도록 그리고 피스톤 바닥 지탱면과 실린더 사이의 반경 방향 간극이 그 간극을 통한 냉장 가스의 누출 억제 수단으로서 작용할 수 있도록 하기 위하여, 피스톤과 핀과 양단 사이의 이음부의 완벽한 밀봉, 즉 피스톤의 두개의 반경 방향 구멍의 완벽한 밀봉을 제공한다.

상기 제안된 기술적 해결 방안에 따르면, 피스톤에 그 중간 영역으로 외주면 상에 리세스가 제공된 경우 지탱면용의 축방향 연장 길이가 보다 짧아지도록 하여, 피스톤의 총 길이를 감소시키거나 피스톤 탑 지탱면의 축방향 연장 길이를 감소시킬 수 있다. 피스톤 지탱면의 총 축방향 연장 길이의 감소는 점성 마찰 면적을 감소시켜, 결과적으로 피스톤의 동력 소산을 감소시킬 수 있다.

본 발명이 첨부 도면을 참조하여 후술된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 장착 배열은 개방단과 반대쪽의 대체로 밸브 플레이트(2)에 의해 폐쇄되어 있는 폐쇄단을 갖춘 실린더(1)와, 이 실린더 내측에 장착되어 실린더(1)의 폐쇄단과 함께 압축 챔버(C)를 획정하는 피스톤(10)을 포함하는 유형의, 왕복식 밀봉 압축기의 피스톤에 적용된다.

피스톤(10)은 그 중간 영역에 한 쌍의 반경 방향 구멍(11)이 제공되어 있으며, 이들 반경 방향 구멍은 서로 직경 방향 반대쪽으로 배치되어, 각기 핀(20)의 일단을 수용하여 유지하는 역할을 하고 있는 것으로, 상기 핀(20)에 압축기의 구동 기구가 결합되어, 실린더(1)의 내측에서 피스톤(10)을 왕복 이동시킴으로써 압축 챔버(C)의 용적을 변화시키도록 작용한다. 도시된 구성에서, 이러한 구동 기구는 핀(20) 둘레에 장착된 크기가 비교적 작은 아이(eye)와 압축기의 샤프트(4)에 편심적으로 장착된 크기가 보다 큰 아이를 갖는 연결 로드(3)에 의해 형성된다.

도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래 기술의 장착 배열을 수용하도록 구성된 피스톤(10)은 피스톤(10)의 탑(12)과 핀(20)의 축선을 포함하는 횡단면 사이에 배치된 피스톤 탑 지탱면(10a)과, 상기 횡단면과 피스톤(10)의 바닥(13) 사이에 배치된 피스톤 바닥 지탱면(10b) 사이에 배치된 피스톤 바닥 지탱면(10b)을 포함하고 있다.

도 2 내지 도 4에 도시된 예시적인 구성에 있어서, 피스톤(10)은 그 중간에 외주면 상으로 리세스(14)가 또한 형성되어, 두개의 지탱면을 분리하는 역할을 하고 있다. 상기 지탱면은 반경 방향 구멍(11)에 개방되어 있다. 본 발명의 장착 배열은 또한 상기와 같은 외주면 상의 리세스(14) 없이도 피스톤에 유리한 방식으로 적용될 수도 있음을 이해하여야 한다.

종래 기술의 장착 배열에 따르면, 피스톤 바닥 지탱면(10b)은 피스톤의 왕복 변위 시에 피스톤(10)의 지탱 조건에 의해서만 형성되는 축방향 연장 길이를 갖는데, 이는 피스톤 바닥 지탱면(10b)과 실린더(1)의 사이에 형성된 반경 방향 간극(15)이 압축 챔버(C)에 대한 내외측으로의 냉장 가스의 누출을 억제 또는 제한하는 수단으로서 작용하지 않기 때문이다. 냉장 가스는 압축 챔버(C) 내외부 사이에서 핀(20)의 단부와 피스톤(10)의 개개의 반경 방향 구멍(11) 사이에 존재하는 간극을 통해 누출되고 있다. 따라서, 실린더(1)와 피스톤 탑 지탱면(10a) 사이에 형성된 반경 방향 간극(15)만이 냉장 가스 누출 억제 수단으로서 작용하므로, 피스톤 탑 지탱면(10a)의 축방향 연장 길이가 압축 챔버(C)의 적절한 밀봉을 보장하기에 충분한 정도로 길 필요가 있다. 따라서, 피스톤(10)의 지탱은 지탱면의 전체 연장 길이부에 의해 결정된다. 이 연장 길이부는 단지 부분적으로만 냉장 가스의 누출을 억제하는 수단으로서 사용되지만, 또한 점성 마찰 발생 수단으로서 작용하기도 한다.

도 3 및 도 4에는 본원에서 제안하고 있는 장착 배열의 적용 함수에 따라 구성된 피스톤(10)이 도시되어 있다. 이 경우에, 피스톤(10)의 개개의 반경 방향 구멍(11)에 피스톤(20)의 단부가 장착됨으로써 상기 반경 방향 구멍(11)을 완벽하게 밀봉할 수 있다. 따라서, 압축 챔버(C)로의 누출을 위해서는, 냉장 가스가피스톤(10)의 길이에 걸쳐 반경 방향 간극(15)을 통과하도록 추진되는데, 즉 이러한 피스톤의 바닥 지탱면(10b)과 실린더(1) 사이의 반경 방향 간극(15)은 냉장 가스의 누출 억제 수단으로서도 작용한다.

이러한 신규의 구성에 의하면, 누출 억제는 양 지탱면(10a, 10b)과 관련된 반경 방향 간극(15)에 의해 이루어지며, 상기 양 지탱면은 점성 마찰을 감소시키기기 위하여 또한 압축 챔버(C)에 대한 밀봉 성능을 보다 더 개선시키기 위하여 그 총 연장 길이가 감소될 수 있다.

외주면 상에 리세스(14)를 포함하는 피스톤(10)의 경우에, 리세스는 그 축방향 연장 길이가 피스톤(10)의 탑(12)쪽으로 갈수록 증가될 수 있어, 도 2 및 도 3을 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 피스톤 탑 지탱면(10a)의 축방향 연장 길이가 감소된다.

외주면 상의 리세스(14)가 없는 경우, 또한 디자인의 수정이 가능한 경우, 본 발명의 장착 배열에 의하면 피스톤(10)의 길이를 감소시키거나 반경 방향 간극(15)을 확대할 수 있다.

반경 방향 구멍(11)의 밀봉은 예를 들어, 후술되는 바와 같은 적절한 수단에 의해 이루어질 수 있다.

도 5의 구성을 보면, 피스톤(10)의 양 반경 방향 구멍(11)의 밀봉은, 핀(20)의 각각의 단부를 이들이 그 내부에 수용되는 개개의 반경 방향 구멍(11)에 간섭 장착함으로써 이루어지는 것으로 도시되어 있다.

도 6에는 피스톤(10)의 반경 방향 구멍(11) 중 하나의 밀봉이 핀(20)의 개개의 단부가 그에 간섭 장착됨으로써 이루어지는 구성이 도시되어 있다. 이 경우, 다른 하나의 반경 방향 구멍(11)의 밀봉은 밀봉 요소(30)에 의해 이루어지는데, 도 6에 도시된 예를 보면, 이러한 밀봉 요소는 반경 방향 구멍(11)과 핀(20)의 개개의 단부 사이에 적용된 접착제에 의해 형성된다.

도 7에는 도 6의 장착 배열에 대한 변형예의 구성이 도시되어 있다. 도시된 바에 따르면, 밀봉 요소(40)는 핀(20)의 개개의 단부와 이들 단부가 수용되는 개개의 반경 방향 구멍(11) 사이에 압축 장착되는 탄성중합체성 밀봉 링의 형태를 취하고 있다.

도 8에는 도 6의 배열에 대한 다른 변형예의 구성이 도시되어 있다. 도시된 바에 따르면, 밀봉 요소(50)는 클램프로 형성되고 있는데, 도 8a에 보다 잘 도시된 바와 같이, 이 클램프는 핀(20)의 축방향 일 단부의 구멍에 축방향으로 끼워지는 한편 단부 플랜지(51)를 구비하고, 이 단부 플랜지는 다시 개개의 반경 방향 구멍(11) 내측에 둘레 방향으로 밀봉 가능하게 안착되고 있다. 단부 플랜지(51)의 주변 가장자리는 반경 방향 구멍(11)의 벽에 맞대어 안착되는 밀봉 수단을 형성하도록 구성될 수 있다.

도 9에는 도 6의 장착 배열에 대한 다른 변형예의 구성이 도시되어 있다. 도시된 바에 따르면, 밀봉 요소(60)는 핀(20)의 인접 단부의 외측에 대해 밀봉되도록 반경 방향 구멍(11) 내측에 끼워져 유지되는 커버로 형성되고 있다.

전술한 밀봉 요소(30, 40, 50, 60)가, 핀(20)이 양 반경 방향 구멍(11)에 활주 가능하게 헐겁게 끼워진 경우, 양 반경 방향 구멍(11) 내에 제공될 수도 있음을이해하여야 한다.

간섭 장착이 아닌 다른 방식으로 장착되는 핀(20)은, 피스톤(10)에 핀(20)이 축방향으로 유지되도록 하기 위하여, 양 반경 방향 구멍(11)의 벽에 맞대어 작용하는 탄성 링을 사용할 수 있다.

본명세서에 기술된 구성 사양들은 단지 예시를 위해 주어진 것으로서, 첨부된 청구의 범위에 의해 규정되는 보호 영역을 벗어남이 없이, 핀(20)의 축방향 유지 및 반경 방향 구멍(11)의 밀봉이 다른 방식으로 이루어질 수도 있다.

Claims

그 내측에 압축 챔버(C)가 형성되어 있는 실린더(1)와, 각기 핀(20)의 일 단부를 수용 및 유지하는 한 쌍의 반경 방향 구멍(11)이 제공되어 있는 피스톤(10)을 포함하며, 상기 핀은 압축기의 구동 기구에 결합되어 실린더(1) 내에서 피스톤(10)을 왕복 운동시켜 상기 압축 챔버(C)의 체적 변경을 야기하도록 되어 있고, 상기 피스톤(10)은 핀(20)의 축선을 포함하는 횡단면의 각각의 측면 상에 마련되는, 실린더(1)와 반경 방향 간극(15)을 유지하는 지탱면(10a, 10b)을 구비하는 유형의 왕복식 밀봉 압축기의 피스톤용 장착 배열에 있어서,

상기 반경 방향 구멍(11)은 지탱면(10a, 10b)의 반경 방향 간극(15)에 대하여 완벽하게 밀봉되어, 그 개개의 축방향 연장 길이의 함수에 따라, 압축 챔버(C)에 대한 내외측으로의 냉장 가스의 누출 억제 수단에 따라, 양 반경 방향 간극(15)이 일체로 작동하도록 되는 것을 특징으로 하는 왕복식 밀봉 압축기의 피스톤용 장착 배열.
제 1 항에 있어서, 상기 반경 방향 구멍(11) 중 하나 이상의 구멍의 밀봉이 핀(20)의 일 단부와 이 핀 단부가 수용되는 개개의 반경 방향 구멍(11) 사이의 간섭 장착에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 왕복식 밀봉 압축기의 피스톤용 장착 배열.
제 1 항에 있어서, 상기 반경 방향 구멍(11) 중 하나 이상의 밀봉이 그 반경 방향 구멍(11)에 장착된 밀봉 요소(30, 40, 50, 60)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 왕복식 밀봉 압축기의 피스톤용 장착 배열.
제 3 항에 있어서, 상기 밀봉 요소(30)는 핀(20)의 일 단부와 상기 반경 방향 구멍(11) 사이에 적용된 접착제로 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복식 밀봉 압축기의 피스톤용 장착 배열.
제 3 항에 있어서, 상기 밀봉 요소(40)는 핀(20)의 일 단부와 상기 반경 방향 구멍(11) 사이에서 압축되도록 장착된 탄성 중합체성 밀봉 링으로 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복식 밀봉 압축기의 피스톤용 장착 배열.
제 3 항에 있어서, 상기 밀봉 요소(50)는 핀(20)의 일 단부에 축방향으로 끼워지며, 또한 상기 반경 방향 구멍(11) 내에 둘레 방향으로 밀봉 가능하게 안착되는 단부 플랜지(51)를 구비하는 클램프로 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복식 밀봉 압축기의 피스톤용 장착 배열.
제 3 항에 있어서, 상기 밀봉 요소(60)는 핀(20)의 인접 단부에 대하여 외부적으로 상기 반경 방향 구멍(11) 내에 끼워진 커버로 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복식 밀봉 압축기의 피스톤용 장착 배열.
제 1 항에 있어서, 양 반경 방향 구멍(11)은 피스톤(10)의 외주면 상의 리세스(14)에 개방되며, 이 리세스는 두개의 지탱면(10a, 10b) 사이에 배치되는 한편 실린더(1)의 내측에 피스톤(10)을 지탱하기에 충분한 축방향 연장 길이를 갖는 지탱면(10a, 10b)을 형성하는 치수의 축방향 연장 길이로 형성되어, 압축 챔버(C)에 대해 내외측으로의 냉장 가스의 누출 감소와 피스톤(10)의 동력 소산 감소를 최적화하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 왕복식 밀봉 압축기의 피스톤용 장착 배열.