KR20180028302A - 사판식 압축기 - Google Patents

사판식 압축기 Download PDF

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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 사판식 압축기에 관한 것으로, 하우징(100) 내에 수용되어 크랭크실(115)과 복수의 실린더 보어(123)를 형성하는 실린더 블록(110)과, 상기 실린더 보어(113)에 각각 왕복 이동 가능하게 수용되는 복수의 피스톤(130)과, 상기 실린더 블록(110) 중앙에 회전 가능하게 지지되는 회전축(140)과, 상기 크랭크실(115) 내에서 허브(151)가 회전축(140)에 결합되어 회전함으로써 피스톤(130)을 왕복 이동시키는 사판(150)과, 실린더 블록(110)과 허브(151) 양측 사이에 구비되는 한 쌍의 트러스트 베어링(160)을 포함하며, 상기 실린더 블록(110)은 내주면에 요입 형성되어 상기 피스톤(130)에 의해 유입된 윤활 오일을 수용하는 오일 그루브(110c)를 더 포함한다.

Description

사판식 압축기{Swash plate type compressure}
본 발명은 사판식 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피스톤 갭(gap)에 따른 압축기 성능 저하를 방지할 수 있는 사판식 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 공조시스템에 적용되는 압축기는 증발기를 거친 냉매 가스를 흡입해 고온고압의 냉매 가스 상태로 압축하여 응축기로 토출하는 기능을 하며, 왕복동식, 회전식, 스크롤식, 사판식 등 다양한 타입의 압축기가 사용되고 있다.
이러한 압축기 중 동력원으로 전동 모터를 사용하는 압축기를 통상적으로 전동식 압축기라고 하며, 압축기의 종류 중 사판식 압축기는 차량용 공조장치에 많이 사용되고 있다.
사판식 압축기는 엔진의 동력을 전달받아 회전하는 구동축에 디스크 형상의 사판(swash plate)이 경사지게 설치되어 구동축에 의해 회전하며, 사판의 회전에 의해 복수의 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동함으로써 냉매 가스를 흡입 또는 압축하여 배출하는 원리이다. 사판식 압축기는 고정 용량형 압축기와 가변 용량형 압축기로 구분할 수 있으며, 고정 용량형 압축기의 일 예가 한국특허등록 제10-1378019호에 개시되어 있다.
그런데 이러한 고정 용량형 압축기는 실린더 피스톤 보어가 공차보다 크게 가공되거나, 피스톤 외경이 공차보다 작게 가공될 경우 피스톤 갭(gap)이 설계사항보다 커지게 된다. 따라서 냉매가 완전히 압축되지 않고 사판의 흡입 영역 쪽으로 누설되면서 압축기의 전체적인 성능 저하의 원인이 된다. 또한, 압축된 냉매가 누설된 후 재압축되는 과정이 반복되면서 Td(discharge temperature)가 상승하게 되고, 이로 인해 압축기의 고착이 발생하는 문제가 있다.
한국특허등록 제10-1378019호(등록일 2014. 03. 19)
본 발명의 목적은 피스톤 갭(gap)에 따른 압축기 성능 저하를 방지할 수 있는 사판식 압축기를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 사판식 압축기는, 하우징(100) 내에 수용되어 크랭크실(115)과 복수의 실린더 보어(123)를 형성하는 실린더 블록(110)과, 상기 실린더 보어(113)에 각각 왕복 이동 가능하게 수용되는 복수의 피스톤(130)과, 상기 실린더 블록(110) 중앙에 회전 가능하게 지지되는 회전축(140)과, 상기 크랭크실(115) 내에서 허브(151)가 회전축(140)에 결합되어 회전함으로써 피스톤(130)을 왕복 이동시키는 사판(150)과, 실린더 블록(110)과 허브(151) 양측 사이에 구비되는 한 쌍의 트러스트 베어링(160)을 포함하며, 상기 실린더 블록(110)은 내주면에 요입 형성되어 상기 피스톤(130)에 의해 유입된 윤활 오일을 수용하는 오일 그루브(110c)를 더 포함한다.
상기 실린더 블록(110)은 원통형의 제1 블록(110a) 및 제2 블록(110b)으로 이루어져 상기 실린더 보어(113)를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 오일 그루브(110c)는 상기 제1 블록(110a)의 내주면에서부터 상기 제2 블록(110b)의 내주면까지 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 오일 그루브(110c)는 상기 제1 블록(110a) 및 제2 블록(110b)의 결합 시 상기 제1 블록(110a)에 형성된 부분의 단부와 상기 제2 블록(110b)에 형성된 부분의 단부가 연통되어 하나의 유로를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 오일 그루브(110c)는 나선형인 것을 특징으로 한다.
상기 오일 그루브(110c)로 유입된 상기 윤활 오일에 의해 상기 피스톤(130)의 외경과 상기 실린더 블록(110)의 내경 사이 간격인 피스톤 갭(G) 영역을 실링하는 오일 막이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 사판식 압축기는, 실린더 피스톤 보어에 오일 실링 영역을 구비함으로써 피스톤 갭(gap)에 따른 압축기의 성능 저하를 방지하는 효과가 있다. 또한, 냉매의 사판쪽 흡입 영역으로의 누설을 방지함으로써 압축된 냉매의 재압축에 의한 Td(discharge temperature)의 상승을 방지하므로 압축기의 고착을 예방하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사판식 압축기의 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실린더 보어를 도시한 평면도,
도 3은 도 2에 따른 실린더 보어 및 하우징의 사시도,
도 4는 도 2에 따른 실린더 보어의 일부를 제거한 사시도,
도 5는 도 2에 따른 실린더 보어의 내부를 도시한 확대도이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 사판식 압축기에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사판식 압축기의 단면도, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실린더 보어를 도시한 평면도, 도 3은 도 2에 따른 실린더 보어 및 하우징의 사시도이다. 도 4는 도 2에 따른 실린더 보어의 일부를 제거한 사시도, 도 5는 도 2에 따른 실린더 보어의 내부를 도시한 확대도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고정 용량형 사판식 압축기(10)는 하우징(100) 내에 수용되어 크랭크실(115)과 원주방향으로 복수의 실린더 보어(113)를 형성하는 한 쌍의 실린더 블록(110)과, 실린더 보어(113)에 각각 왕복 이동 가능하게 수용되는 복수의 피스톤(130)과, 실린더 블록(110) 중앙에 회전 가능하게 지지되는 회전축(140)과, 크랭크실(115) 내에서 허브(151)가 회전축(140)에 결합되어 회전함으로써 피스톤(130)을 왕복 이동시키는 사판(150)과, 실린더 블록(110)과 허브(151) 양측 사이에 구비되는 한 쌍의 트러스트 베어링(160)을 포함한다.
여기서 한 쌍의 트러스트 베어링(160)은 경사진 상태로 회전하는 사판(150)의 축방향으로 전해지는 하중을 완충시키면서 사판(150)의 회전을 지지한다. 트러스트 베어링(160)은 실린더 블록(110)에 결합되는 고정 레이스(161), 사판(150)의 허브(151) 전후방에 접하는 회전 레이스(163), 고정 레이스(161) 및 회전 레이스(163)의 사이에 구름 접촉하는 복수의 니들 롤러로 구성된 베어링 본체(165)로 이루어져 사판(150)의 축방향 하중을 댐핑시킨다.
고정 레이스(161)와 회전 레이스(163)는 각각 회전축(140)이 통과하는 실린더 블록(110)의 축공 둘레면과 사판(150)의 허브(151) 전후면에 형성된 레이스 안착면(153)에 접하도록 결합되어 축방향 하중을 댐핑시킨다. 이때, 사판(150)의 허브(151) 양측 레이스 안착면(153)은 사판(150)의 축결합공 둘레에 동일한 면적으로 형성된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 피스톤(130)은 복수개로 구비되며, 각각의 피스톤(130)은 하우징(100)의 실린더 보어(113)에 삽입된다. 실린더 보어(113)는 원통형의 제1 블록(110a) 및 제2 블록(110b)으로 이루어진 실린더 블록(110)에 의해 생성되어 피스톤(130)을 수용하는 공간이다. 피스톤(130)의 외경과 실린더 블록(110)의 내경 사이의 간격이 바로 피스톤 갭(gap, 이하 G로 표기)이 된다.
실린더 블록(110)의 내경이 공차보다 크게 가공될 경우, 냉매가 완전히 압축되기 전 사판(150)의 흡입쪽 영역으로 냉매가 누설될 가능성이 있다. 이러한 냉매의 누설을 방지하기 위해 실린더 블록(110)의 내주면에는 오일 그루브(oil groove, 110c)가 형성된다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 오일 그루브(110c)는 실린더 블록(110)의 제1 블록(110a)의 내주면에서부터 제2 블록(110b)의 내주면까지 나선형으로 연장 형성되며, 실린더 블록(110)의 내주면상에 소정의 깊이로 요입 형성된다.
오일 그루브(110c)는 제1 블록(110a) 및 제2 블록(110b)의 내주면에 각각 가공된 뒤, 제1 블록(110a) 및 제2 블록(110b)이 하우징(100) 내에 삽입되어 하나의 실린더 블록(110)을 형성할 때 연통되는 하나의 유로를 이룬다. 따라서 제1 블록(110a)의 내주면에 형성되는 오일 그루브(110c)의 끝나는 부분과 제2 블록(110b)의 내주면에 형성되는 오일 그루브(110c)의 시작되는 부분이 정확하게 일치하도록 가공되는 것이 바람직하다.
피스톤(130)이 실린더 보어(113) 내에서 왕복운동을 하면서 압축기(10)의 내부 윤활 오일이 피스톤(130)의 외주면을 따라 실린더 보어(113) 내로 유입되고, 유입된 오일이 실린더 블록(110)에 형성된 오일 그루브(110c)로 유입된다.
실린더 블록(110) 내에 나선형의 오일 그루브(110c)가 연결되어 있으므로, 오일 그루브(110c)를 따라 유입된 오일이 오일 막을 형성하면서 피스톤 갭(G) 영역을 실링하게 된다. 즉, 피스톤 갭(G) 영역에 오일이 일종의 실링 막을 형성함으로써 냉매의 압축 과정에서 완전히 압축되지 않은 냉매가 사판(150)의 흡입 영역쪽으로 누설되는 것을 방지해 압축기(10)의 성능 저하를 방지할 수 있다.
압축된 냉매의 흡입쪽 유입을 방지하므로 냉매의 재압축에 의한 Td(discharge temperature)의 상승을 방지할 수 있어 압축기(10)의 고착을 방지할 수 있다.
또한, 피스톤(130)이 왕복 구동되는 과정 동안 오일 그루브(110c)를 따라 계속해서 오일이 흐르기 때문에, 피스톤(130)과 실린더 블록(110) 내의 열을 효과적으로 흡수 및 방출하는 효과가 있다. 이는 압축기(10)의 전체적인 온도 및 토출 온도를 낮추는 효과를 가져오며, 고온에 의해 실린더 보어(113)에서 발생하는 피스톤(130)의 고착을 방지하는 효과도 있다.
일반적으로 압축기의 윤활 및 냉각 오일로 사용되는 PAG 오일의 동점도는 84-106cSt로, 본 실시 예에서 효과적인 오일의 유동 및 실링을 위해 오일 그루브(110c)의 폭을 0.5~1mm 로 설계할 수 있다. 오일 그루브(110c)의 폭이 지나치게 클 경우, 사체적이 증가하면서 실링이 저하되고 누설이 일어나 성능이 저하될 수 있다. 반대로 오일 그루브(110c)의 폭이 지나치게 작을 경우 실링은 효과적이지만 마찰증가로 인해 오일의 유동이 저하되어 토출온도가 증가한다. 그러나 이러한 오일 그루브(110c)의 폭은 윤활 오일의 동점도에 따라 설계 변경될 수 있다.
또한, 도면에 도시하지는 않았으나, 오일 그루브의 형상을 나선형이 아닌 지그재그형이나 벌집형 등으로 변경하여 적용할 수도 있다. 이 경우, 오일이 오일 막을 형성하면서 피스톤 갭(G) 영역을 실링할 수 있도록 실린더 보어(113) 내부에 오일 그루브를 균일하게 형성한다면 그 형상에 제한되지 않는다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 일 실시 예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경이 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이다.
10: 압축기 100: 하우징
110: 실린더 블록 110a: 제1 블록
110b: 제2 블록 110c: 오일 그루브
130: 피스톤 140: 회전축
150: 사판 160: 트러스트 베어링

Claims (6)

  1. 하우징(100) 내에 수용되어 크랭크실(115)과 복수의 실린더 보어(123)를 형성하는 실린더 블록(110)과,
    상기 실린더 보어(113)에 각각 왕복 이동 가능하게 수용되는 복수의 피스톤(130)과,
    상기 실린더 블록(110) 중앙에 회전 가능하게 지지되는 회전축(140)과,
    상기 크랭크실(115) 내에서 허브(151)가 회전축(140)에 결합되어 회전함으로써 피스톤(130)을 왕복 이동시키는 사판(150)과, 실린더 블록(110)과 허브(151) 양측 사이에 구비되는 한 쌍의 트러스트 베어링(160)을 포함하며,
    상기 실린더 블록(110)은 내주면에 요입 형성되어 상기 피스톤(130)에 의해 유입된 윤활 오일을 수용하는 오일 그루브(110c)를 더 포함하는 사판식 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실린더 블록(110)은 원통형의 제1 블록(110a) 및 제2 블록(110b)으로 이루어져 상기 실린더 보어(113)를 형성하는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 오일 그루브(110c)는 상기 제1 블록(110a)의 내주면에서부터 상기 제2 블록(110b)의 내주면까지 연결되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 오일 그루브(110c)는 상기 제1 블록(110a) 및 제2 블록(110b)의 결합 시 상기 제1 블록(110a)에 형성된 부분의 단부와 상기 제2 블록(110b)에 형성된 부분의 단부가 연통되어 하나의 유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 오일 그루브(110c)는 나선형인 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 오일 그루브(110c)로 유입된 상기 윤활 오일에 의해 상기 피스톤(130)의 외경과 상기 실린더 블록(110)의 내경 사이 간격인 피스톤 갭(G) 영역을 실링하는 오일 막이 형성되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
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