KR20180050351A

KR20180050351A - 압축기 및 냉동 사이클 장치

Info

Publication number: KR20180050351A
Application number: KR1020187009262A
Authority: KR
Inventors: 히로키 나가사와; 토시후미 칸리
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2015-12-07
Filing date: 2015-12-07
Publication date: 2018-05-14
Also published as: CN108368849A; CZ2018203A3; WO2017098567A1; JPWO2017098567A1; KR101992586B1

Abstract

압축기구(30)의 주축받이(33)의 내주면에는 크랭크축(50)을 통하여 냉동기유(25)가 공급됨으로써 유막이 형성되어 있다. 부축받이(34)보다도 전동기에 가까운 위치에 마련되어 있는 주축받이(33)는 회전자의 휠링에 수반하는 크랭크축(50)의 휨의 영향을 크게 받는데, 그 휨에 대해 유막의 유체 윤활을 적절하게 유지하는 구성으로 되어 있다. 구체적으로는 주축받이(33)의 상단부(81)의 내주면(82)이 만곡되어 있음으로 주축받이(33)의 상단부(81)의 내경이 상방을 향하여 서서히 크게 되어 있다.

Description

압축기 및 냉동 사이클 장치

본 발명은 압축기 및 냉동 사이클 장치에 관한 것이다.

종래, 압축기용 저널 축받이의 부시재(材)의 축방향 양단부에 원호형상의 크라우닝을 마련하는 기술이 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 이 기술에서는 두께가 3.5밀리미터의 환형상 폴리이미드계 수지의 부시재의 양단부에, 폭이 3밀리미터 이상 5밀리미터 이하이며, 반경이 500밀리미터보다도 큰 원호부를 크라우닝으로서 형성하고 있다.

특허 문헌 1: 일본 특개2001-289169호 공보

일반적으로, 밀폐형 압축기는 밀폐 용기와, 냉매를 압축하는 압축기구와, 압축기구를 구동하는 전동기를 구비한다. 압축기구와 전동기는 모두 밀폐 용기에 수납되고, 서로 크랭크축에 의해 연결되어 있다. 크랭크축은 편심축부와, 주축부와, 부축부로 이루어진다. 압축기구는 실린더와, 편심축부에 끼워지는 롤링 피스톤과, 주축부를 지지하는 축받이인 주축받이와, 부축부를 지지하는 축받이인 부축받이으로 이루어진다. 실린더의 내부 공간인 실린더실에는 편심축부와 롤링 피스톤이 수납되어 있다. 롤링 피스톤의 외주면과 실린더의 내주면과의 사이에는 작동실이 형성되어 있다. 크랭크축이 전동기의 회전자에 의해 회전되면, 편심축부가 편심 회전되고, 롤링 피스톤도 실린더실 내에서 편심 회전한다. 롤링 피스톤의 편심 회전에 의해, 작동실의 용적이 변화하고, 작동실에 흡입된 냉매가 압축된다.

밀폐 용기의 저부에는 냉동기유가 저류되어 있다. 이 냉동기유가, 크랭크축에 형성된 급유로를 통하여 흡입되고, 크랭크축과 축받이와의 간극에 채워짐에 의해, 크랭크축과 축받이와의 사이에 유막이 형성된다. 축받이는 유막의 유체 윤활에 의해 크랭크축에 접촉하지 않고서 크랭크축을 지지한다.

밀폐형 압축기를 소형화 및 대용량화 하기 위해서는 크랭크축의 직경을 유지한 채로, 전동기의 출력을 증가시킬 필요가 있다. 전동기의 출력을 증가시키려면, 전동기 코어 폭을 크게 하는 것이 유효하다. 그러나, 전동기 코어 폭을 크게 하면, 회전자의 중량 증대 및 중심 위치 상승에 의해, 회전자의 휠링(whirling)이 커진다. 회전자의 휠링은 크랭크축의 휘어짐의 요인이 된다.

특허 문헌 1에 기재된 구성에서는 전동기가 압축기구의 하방에 마련되어 있지만, 밀폐형 압축기에는 전동기가 압축기구의 상방에 마련되어 있는 것도 있다. 그러한 밀폐형 압축기에서는 회전자의 휠링에 수반하여 크랭크축이 주축부의 상단부를 지점으로 하여 휜다. 크랭크축의 직경을 유지한 채로, 전동기 코어 폭을 크게 하면, 크랭크축의 강성은 변하지 않기 때문에, 회전자의 휠링이 커질수록, 주축부의 상단부를 지점으로 한 크랭크축의 휨이 증대한다. 그 결과, 유막의 유체 윤활이 저해되고, 주축받이의 상단부가 주축부에 접촉하고 주축받이의 상단부 또는 주축부에 스커프(scuff)가 발생할 우려가 있다.

본 발명은 압축기에 있어서, 크랭크축의 휨이 증대하여도 전동기측의 축받이의 상단부가 크랭크축에 접촉하지 않도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 한 양태에 관한 압축기는 저부에 냉동기유가 저류된 용기와,

상기 용기에 수납된 전동기와,

상기 용기의 내부에서 상기 전동기의 하방에 배치되고, 상기 크랭크축을 통하여 전달되는 상기 전동기의 회전력에 의해 구동되는 압축기구로서, 상기 크랭크축이 끼워지고, 상기 크랭크축을 통하여 상기 용기의 저부로부터 상기 냉동기유가 공급됨으로써 내주면에 유막이 형성되는 축받이를 상기 전동기측에 갖는 압축기구를 구비하고,

상기 축받이의 상단부의 내주면이 만곡되어 있음으로 상기 축받이의 상단부의 내경이 상방을 향하여 서서히 크게 되어 있다.

본 발명에서, 전동기측의 축받이의 상단부의 내주면이 만곡되어 있음으로 당해 축받이의 상단부의 내경이 상방을 향하여 서서히 크게 되어 있다. 이 때문에, 본 발명에 의하면, 크랭크축의 휨이 증대하여도 당해 축받이의 상단부가 크랭크축에 접촉하기 어려워진다.

도 1은 실시의 형태 1에 관한 냉동 사이클 장치의 회로도.
도 2는 실시의 형태 1에 관한 냉동 사이클 장치의 회로도.
도 3은 실시의 형태 1에 관한 압축기의 종단면도.
도 4는 실시의 형태 1에 관한 압축기의 압축기구의 A-A 단면도.
도 5는 실시의 형태 1에 관한 압축기의 압축기구 및 크랭크축의 일부의 종단면도.
도 6은 실시의 형태 1에 관한 압축기의 크랭크축의 축방향 위치와 유막 부하 용량과의 관계를 도시하는 그래프.

이하, 본 발명의 실시의 형태에 관해, 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 각 도면 중, 동일 또는 상당하는 부분에는 동일 부호를 붙이고 있다. 실시의 형태의 설명에서, 동일 또는 상당하는 부분에 관해서는 그 설명을 적절히 생략 또는 간략화한다. 장치, 기기, 기구, 부품 등의 구성에 관해, 그 재질, 형상, 크기 등은 본 발명의 범위 내에서 적절히 변경할 수 있다.

실시의 형태 1.

본 실시의 형태에 관한 장치 및 기기의 구성, 본 실시의 형태에 관한 기기의 동작, 본 실시의 형태에 관한 기기의 구성 요소의 상세한 구성, 본 실시의 형태의 효과를 순번대로 설명한다.

[구성의 설명]

도 1 및 도 2를 참조하여 본 실시의 형태에 관한 장치인 냉동 사이클 장치(10)의 구성을 설명한다.

도 1은 냉방 운전시의 냉매 회로(11)를 도시하고 있다. 도 2는 난방 운전시의 냉매 회로(11)를 도시하고 있다.

냉동 사이클 장치(10)는 본 실시의 형태에서는 공기 조화기이지만, 냉장고, 히트 펌프 사이클 장치라고 말한 공기 조화기 이외의 장치라도 좋다.

냉동 사이클 장치(10)는 냉매가 순환하는 냉매 회로(11)를 구비한다. 냉동 사이클 장치(10)는 또한, 압축기(12)와, 4방밸브(13)와, 실외 열교환기인 제1 열교환기(14)와, 팽창밸브인 팽창기구(15)와, 실내 열교환기인 제2 열교환기(16)를 구비한다. 압축기(12)와, 4방밸브(13)와, 제1 열교환기(14)와, 팽창기구(15)와, 제2 열교환기(16)는 냉매 회로(11)에 접속되어 있다.

압축기(12)는 냉매를 압축한다. 4방밸브(13)는 냉방 운전시와 난방 운전시에서 냉매가 흐르는 방향을 전환한다. 제1 열교환기(14)는 냉방 운전시에는 응축기로서 동작하고, 압축기(12)에 의해 압축된 냉매를 방열시킨다. 즉, 제1 열교환기(14)는 압축기(12)에 의해 압축된 냉매를 사용하여 열교환을 행한다. 제1 열교환기(14)는 난방 운전시에는 증발기로서 동작하고, 실외 공기와 팽창기구(15)에서 팽창한 냉매와의 사이에서 열교환을 행하여 냉매를 가열한다. 팽창기구(15)는 응축기에서 방열한 냉매를 팽창시킨다. 제2 열교환기(16)는 난방 운전시에는 응축기로서 동작하고, 압축기(12)에 의해 압축된 냉매를 방열시킨다. 즉, 제2 열교환기(16)는 압축기(12)에 의해 압축된 냉매를 사용하여 열교환을 행한다. 제2 열교환기(16)는 냉방 운전시에는 증발기로서 동작하고, 실내 공기와 팽창기구(15)에서 팽창한 냉매와의 사이에서 열교환을 행하여 냉매를 가열한다.

냉동 사이클 장치(10)는 또한, 제어 장치(17)를 구비한다.

제어 장치(17)는 구체적으로는 마이크로 컴퓨터이다. 도 1 및 도 2에서는 제어 장치(17)와 압축기(12)와의 접속밖에 나타내고 있지 않지만, 제어 장치(17)는 압축기(12)뿐만 아니라, 냉매 회로(11)에 접속된 각 요소에 접속된다. 제어 장치(17)는 각 요소의 상태를 감시하거나, 제어하거나 한다.

냉매 회로(11)를 순환하는 냉매로서는 R32 냉매, R290(프로판) 냉매, R407C 냉매, R410A 냉매, R744(CO₂) 냉매, R1234yf 냉매 등, 임의의 냉매를 사용할 수 있다.

도 3을 참조하여 본 실시의 형태에 관한 기기인 압축기(12)의 구성을 설명한다.

도 3은 압축기(12)의 종단면을 도시하고 있다. 또한, 도 3에서, 단면을 나타내는 해칭은 생략하고 있다.

압축기(12)는 본 실시의 형태에서는 밀폐형 압축기이다. 압축기(12)는 구체적으로는 1실린더의 로터리 압축기이지만, 2실린더 이상의 로터리 압축기, 스크롤 압축기 또는 레시프로 압축기라도 좋다.

압축기(12)는 용기(20)와, 압축기구(30)와, 전동기(40)와, 크랭크축(50)을 구비한다.

용기(20)는 구체적으로는 밀폐 용기이다. 용기(20)의 저부에는 냉동기유(25)가 저류되어 있다. 용기(20)에는 냉매를 흡입하기 위한 흡입관(21)과, 냉매를 토출하기 위한 토출관(22)이 장착되어 있다.

전동기(40)는 용기(20)에 수납되어 있다. 구체적으로는 전동기(40)는 용기(20)의 내측 상부에 설치되어 있다. 전동기(40)는 본 실시의 형태에서는 집중권의 모터이지만 분포권의 모터라도 좋다.

압축기구(30)는 용기(20)에 수납되어 있다. 구체적으로는 압축기구(30)는 용기(20)의 내측 하부에 설치되어 있다. 즉, 압축기구(30)는 용기(20)의 내부에서 전동기(40)의 하방에 배치되어 있다.

전동기(40)와 압축기구(30)는 크랭크축(50)에 의해 연결되어 있다. 크랭크축(50)는 냉동기유(25)의 급유로와 전동기(40)의 회전축을 형성하고 있다.

냉동기유(25)는 크랭크축(50)의 회전에 수반하여 크랭크축(50)의 하부에 마련된 오일 펌프에 의해 퍼 올려져서, 압축기구(30)의 각 활주부에 공급되어, 압축기구(30)의 각 활주부를 윤활한다. 냉동기유(25)로서는 합성유인 POE(폴리올에스테르), PVE(폴리비닐에테르), AB(알킬벤젠) 등이 사용된다.

압축기구(30)는 크랭크축(50)을 통하여 전달된 전동기(40)의 회전력에 의해 구동됨으로써 냉매를 압축한다. 이 냉매는 구체적으로는 흡입관(21)에 흡입된 저압의 가스 냉매이다. 압축기구(30)에서 압축된 고온이면서 고압의 가스 냉매는 압축기구(30)로부터 용기(20) 내로 토출된다.

크랭크축(50)는 편심축부(51)와, 주축부(52)와, 부축부(53)로 이루어진다. 이들은 축방향에서 주축부(52), 편심축부(51), 부축부(53)의 순서로 마련되어 있다. 즉, 편심축부(51)의 축방향 일단측에 주축부(52), 편심축부(51)의 축방향 타단측에 부축부(53)가 마련되어 있다. 편심축부(51), 주축부(52) 및 부축부(53)는 각각 원주형상이다. 주축부(52)와 부축부(53)는 서로의 중심축이 일치하도록, 즉, 동축으로 마련되어 있다. 편심축부(51)는 중심축이 주축부(52) 및 부축부(53)의 중심축으로부터 어긋나도록 마련되어 있다. 주축부(52) 및 부축부(53)가 중심축 주위로 회전하면, 편심축부(51)는 편심 회전한다.

이하에서는 전동기(40)의 상세를 설명한다.

전동기(40)는 본 실시의 형태에서는 브러시레스 DC(Direct·Current) 모터이지만, 유도 전동기 등, 브러시레스 DC 모터 이외의 모터라도 좋다.

전동기(40)는 고정자(41)와, 회전자(42)를 구비한다.

고정자(41)는 원통형상이고, 용기(20)의 내주면에 접하도록 고정되어 있다. 회전자(42)는 원주형상이고, 고정자(41)의 내측에 폭이 0.3밀리미터 이상 1.0밀리미터 이하의 공극을 통하여 설치되어 있다.

고정자(41)는 고정자 철심(43)과, 권선(44)을 구비한다. 고정자 철심(43)는 철을 주성분으로 하는 두께가 0.1밀리미터 이상 1.5밀리미터 이하의 복수장의 전자강판을 일정한 형상으로 타발하여 축방향으로 적층하고, 코킹 또는 용접 등에 의해 고정하여 제작된다. 고정자 철심(43)은 외경이 용기(20)의 중간부의 내경보다도 크고 용기(20)의 내측에 수축 끼워맞춤(shrink fitting)되어 고정되어 있다. 권선(44)은 고정자 철심(43)에 감겨져 있다. 구체적으로는 권선(44)은 고정자 철심(43)에 절연부재를 통하여 집중권으로 감겨져 있다. 권선(44)은 심선과, 심선을 덮는 적어도 1층의 피막으로 이루어진다. 본 실시의 형태에서, 심선의 재질은 구리이다. 피막의 재질은 AI(아미드이미드)/EI(에스테르이미드)이다. 절연부재의 재질은 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)이다. 또한, 심선의 재질은 알루미늄이라도 좋다. 절연부재의 재질은 PBT(폴리부틸렌테레프탈레이트), FEP(테트라플루오로에틸렌·헥사플루오로프로필렌 공중합체), PFA(테트라플루오로에틸렌·퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체), PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌), LCP(액정 폴리머), PPS(폴리페닐렌술파이드), 또는 페놀 수지라도 좋다. 권선(44)에는 도시하지 않은 리드선의 일단이 접속되어 있다.

회전자(42)는 회전자 철심(45)과, 도시하지 않은 영구 자석을 구비한다. 회전자 철심(45)은 고정자 철심(43)과 같이, 철을 주성분으로 하는 두께가 0.1밀리미터 이상 1.5밀리미터 이하의 복수장의 전자강판을 일정한 형상으로 타발하여 축방향으로 적층하고, 코킹 또는 용접 등에 의해 고정하여 제작된다. 영구 자석은 회전자 철심(45)에 형성된 복수의 삽입 구멍에 삽입되어 있다. 영구 자석은 자극을 형성한다. 영구 자석으로서는 페라이트 자석 또는 희토류 자석이 사용된다.

회전자 철심(45)의 평면시 중심에는 크랭크축(50)의 주축부(52)가 수축 끼워맞춤 또는 압입되는 축구멍이 형성되어 있다. 도시하지 않지만, 회전자 철심(45)의 축구멍의 주위에는 축방향으로 관통하는 복수의 관통구멍이 형성되어 있다. 각각의 관통구멍은 후술하는 토출 머플러(35)로부터 용기(20) 내의 공간에 방출되는 가스 냉매의 통로의 하나가 된다.

도시하지 않지만, 전동기(40)가 유도 전동기로서 구성되는 경우에는 회전자 철심(45)에 형성된 복수의 슬롯에 알루미늄 또는 구리 등으로 형성된 도체가 충전 또는 삽입된다. 그리고, 도체의 양단을 엔드 링으로 단락한 케이지형 권선이 형성된다.

용기(20)의 정상부에는 인버터 장치 등 외부 전원과 접속하는 단자(24)가 부착되어 있다. 단자(24)는 구체적으로는 유리 단자이다. 본 실시의 형태에서, 단자(24)는 용접에 의해 용기(20)에 고정되어 있다. 단자(24)에는 전술한 리드선의 타단이 접속되어 있다. 이에 의해, 단자(24)와 전동기(40)의 권선(44)이 전기적으로 접속되어 있다.

용기(20)의 정상부에는 또한, 축방향 양단이 개구한 토출관(22)이 부착되어 있다. 압축기구(30)로부터 토출되는 가스 냉매는 용기(20) 내의 공간에서 토출관(22)을 통과하여 외부의 냉매 회로(11)에 토출된다.

이하에서는 도 3뿐만 아니라 도 4도 참조하여 압축기구(30)의 상세를 설명한다.

도 4는 도 1의 A-A선, 즉, 크랭크축(50)의 축방향과 수직한 평면으로 압축기구(30)를 절단한 경우의 절단면을 도시하고 있다. 또한, 도 4에서, 단면을 나타내는 해칭은 생략하고 있다.

압축기구(30)는 실린더(31)와, 롤링 피스톤(32)과, 주축받이(33)와, 부축받이(34)와, 토출 머플러(35)를 구비한다.

실린더(31)의 내주는 평면시 원형이다. 실린더(31)의 내부에는 평면시 원형의 공간인 실린더실(61)이 형성되어 있다. 실린더(31)의 외주면에는 냉매 회로(11)로부터 가스 냉매를 흡입하기 위한 흡입구가 마련되어 있다. 흡입구로부터 흡입된 냉매는 실린더실(61)에서 압축된다. 실린더(31)는 축방향 양단이 개구하고 있다.

롤링 피스톤(32)은 링형상이다. 따라서, 롤링 피스톤(32)의 내주 및 외주는 평면시 원형이다. 롤링 피스톤(32)은 실린더실(61) 내에서 편심 회전한다. 롤링 피스톤(32)은 롤링 피스톤(32)의 회전축이 되는 크랭크축(50)의 편심축부(51)에 활주 자유롭게 끼워져 있다.

실린더(31)에는 실린더실(61)에 이어지고, 반경 방향으로 늘어나는 베인홈(62)이 마련되어 있다. 베인홈(62)의 외측에는 베인홈(62)에 이러지는 평면시 원형의 공간인 배압실(63)이 형성되어 있다. 베인홈(62) 내에는 실린더실(61)을 저압의 작동실인 흡입실과 고압의 작동실인 압축실로 구획하기 위한 베인(64)이 설치되어 있다. 베인(64)은 선단이 동그스름한 판형상이다. 베인(64)은 베인홈(62) 내에서 활주하면서 왕복 운동한다. 베인(64)은 배압실(63)에 마련된 베인 스프링에 의해 항상 롤링 피스톤(32)에 꽉 눌려 있다. 용기(20) 내가 고압이기 때문에, 압축기(12)의 운전이 시작하면, 베인(64)의 배압실(63)측의 면인 베인 배면에 용기(20) 내의 압력과 실린더실(61) 내의 압력과의 차에 의한 힘이 작용한다. 이 때문에, 베인 스프링은 주로 용기(20) 내와 실린더실(61) 내의 압력에 차가 없는 압축기(12)의 기동시에, 베인(64)을 롤링 피스톤(32)에 꽉 누르는 목적으로 사용된다.

주축받이(33)는 측면시 역T자형상이다. 주축받이(33)는 크랭크축(50)의 편심축부(51)보다도 위의 부분인 주축부(52)에 활주 자유롭게 끼워져 있다. 크랭크축(50)의 내부에는 급유로가 되는 관통구멍(54)이 축방향에 따르고 마련되어 있고, 주축받이(33)와 주축부(52)와의 사이에는 이 관통구멍(54)을 통하여 빨아 올려진 냉동기유(25)가 공급됨으로써 유막이 형성되어 있다. 주축받이(33)는 실린더(31)의 실린더실(61) 및 베인홈(62)의 상측을 폐색하고 있다. 즉, 주축받이(33)는 실린더(31) 내의 2개의 작동실의 상측을 폐색하고 있다.

부축받이(34)는 측면시 T자형상이다. 부축받이(34)는 크랭크축(50)의 편심축부(51)보다도 아래의 부분인 부축부(53)에 활주 자유롭게 끼워져 있다. 부축받이(34)와 부축부(53)와의 사이에는 크랭크축(50)의 관통구멍(54)을 통하여 빨아올려진 냉동기유(25)가 공급됨으로써 유막이 형성되어 있다. 부축받이(34)는 실린더(31)의 실린더실(61) 및 베인홈(62)의 하측을 폐색하고 있다. 즉, 부축받이(34)는 실린더(31) 내의 2개의 작동실의 하측을 폐색하고 있다.

주축받이(33)와 부축받이(34)는 각각 볼트 등의 체결구(36)에 의해 실린더(31)에 고정되고, 롤링 피스톤(32)의 회전축인 크랭크축(50)을 지지하고 있다. 주축받이(33)는 주축받이(33)와 주축부(52)와의 사이의 유막의 유체 윤활에 의해 주축부(52)에 접촉하지 않고서 주축부(52)를 지지하고 있다. 부축받이(34)는 주축받이(33)와 마찬가지로, 부축받이(34)와 부축부(53)와의 사이의 유막의 유체 윤활에 의해 부축부(53)에 접촉하지 않고서 부축부(53)를 지지하고 있다.

도시하지 않지만, 주축받이(33)에는 실린더실(61)에서 압축된 냉매를 냉매 회로(11)에 토출하기 위한 토출구가 마련되어 있다. 토출구는 실린더실(61)이 베인(64)에 의해 흡입실과 압축실로 구획되어 있을 때에 압축실에 이어지는 위치에 있다. 주축받이(33)에는 토출구를 개폐 자유롭게 폐색하는 토출 밸브가 부착되어 있다. 토출 밸브는 압축실 내의 가스 냉매가 소망하는 압력이 될 때까지 닫으며, 압축실 내의 가스 냉매가 소망하는 압력이 되면 열린다. 이에 의해, 실린더(31)로부터의 가스 냉매의 토출 타이밍이 제어된다.

토출 머플러(35)는 주축받이(33)의 외측에 부착되어 있다. 토출 밸브가 열린 때에 토출되는 고온이면서 고압의 가스 냉매는 일단 토출 머플러(35)에 들어가고, 그 후 토출 머플러(35)로부터 용기(20) 내의 공간에 방출된다. 또한, 토출구 및 토출 밸브는 부축받이(34), 또는 주축받이(33)와 부축받이(34)의 양방에 마련되어 있어도 좋다. 토출 머플러(35)는 토출구 및 토출 밸브가 마련되어 있는 축받이의 외측에 부착된다.

용기(20)의 옆에는 흡입 머플러(23)가 마련되어 있다. 흡입 머플러(23)는 냉매 회로(11)로부터 저압의 가스 냉매를 흡입한다. 흡입 머플러(23)는 액냉매가 돌아오는 경우에 액냉매가 직접 실린더(31)의 실린더실(61)에 들어가는 것을 억제한다. 흡입 머플러(23)는 실린더(31)의 외주면에 마련된 흡입구에 흡입관(21)을 통하여 접속되어 있다. 흡입구는 실린더실(61)이 베인(64)에 의해 흡입실과 압축실로 구획되어 있을 때에 흡입실에 이어지는 위치에 있다. 흡입 머플러(23)의 본체는 용접 등에 의해 용기(20)의 측면에 고정되어 있다.

본 실시의 형태에서, 실린더(31), 주축받이(33) 및 부축받이(34)의 재질은 소결강이지만, 회주철 또는 탄소강이라도 좋다. 롤링 피스톤(32)의 재질은 크롬 등을 함유한 합금강이다. 베인(64)의 재질은 고속도 공구강이다.

도시하지 않지만, 압축기(12)가 스윙식의 로터리 압축기로서 구성되는 경우에는 베인(64)이, 롤링 피스톤(32)과 일체로 마련된다. 크랭크축(50)이 구동되면, 베인(64)은 롤링 피스톤(32)에 회전 자유롭게 부착된 지지체의 홈에 따라 왕복 운동한다. 베인(64)은 롤링 피스톤(32)의 회전에 따라 요동하면서 반경 방향으로 진퇴함에 의해, 실린더실(61)의 내부를 압축실과 흡입실로 구획한다. 지지체는 횡단면이 반원형상의 2개의 주형상 부재로 구성된다. 지지체는 실린더(31)의 흡입구와 토출구와의 중간부에 형성된 원형상의 유지 구멍에 회전 자유롭게 끼워진다.

[동작의 설명]

도 3 및 도 4를 참조하여 본 실시의 형태에 관한 기기인 압축기(12)의 동작을 설명한다. 압축기(12)의 동작은 본 실시의 형태에 관한 냉매 압축 방법에 상당한다.

단자(24)로부터 리드선을 통하여 전동기(40)의 고정자(41)에 전력이 공급된다. 이에 의해, 고정자(41)의 권선(44)에 전류가 흐르고, 권선(44)으로부터 자속이 발생한다. 전동기(40)의 회전자(42)는 권선(44)으로부터 발생하는 자속과, 회전자(42)의 영구 자석으로부터 발생하는 자속의 작용에 의해 회전한다. 회전자(42)의 회전에 의해, 회전자(42)에 고정된 크랭크축(50)이 회전한다. 크랭크축(50)의 회전에 수반하여 압축기구(30)의 롤링 피스톤(32)이 압축기구(30)의 실린더(31)의 실린더실(61) 내에서 편심 회전한다. 실린더(31)와 롤링 피스톤(32)과의 사이의 공간인 실린더실(61)은 베인(64)에 의해 흡입실과 압축실로 분할되어 있다. 크랭크축(50)의 회전에 수반하여 흡입실의 용적과 압축실의 용적이 변화한다. 흡입실에서는 서서히 용적이 확대함에 의해, 흡입 머플러(23)로부터 저압의 가스 냉매가 흡입된다. 압축실에서는 서서히 용적이 축소함에 의해, 속의 가스 냉매가 압축된다. 압축되고, 고압이면서 고온이 된 가스 냉매는 토출 머플러(35)로부터 용기(20) 내의 공간에 토출된다. 토출된 가스 냉매는 또한, 전동기(40)를 통과하여 용기(20)의 정상부에 있는 토출관(22)으로부터 용기(20)의 밖으로 토출된다. 용기(20)의 밖으로 토출된 냉매는 냉매 회로(11)를 통과하여 재차 흡입 머플러(23)로 되돌아온다.

[상세한 구성의 설명]

도 5를 참조하여 본 실시의 형태에 관한 기기의 구성 요소인 주축받이(33)의 상세한 구성을 설명한다.

도 5는 압축기구(30) 및 크랭크축(50)의 일부의 종단면을 도시하고 있다. 또한, 도 5에서, 단면을 나타내는 해칭은 생략하고 있다.

전술한 바와 같이, 압축기구(30)는 주축받이(33)를 전동기(40)측에 가지며, 부축받이(34)를 전동기(40)측과 역측에 갖는다. 주축받이(33) 및 부축받이(34)의 각각에는 크랭크축(50)이 끼워져 있다. 구체적으로는 주축받이(33)에 주축부(52)가 활주 자유롭게 끼워지고, 부축받이(34)에 부축부(53)가 활주 자유롭게 끼워져 있다. 주축받이(33) 및 부축받이(34)의 각각의 내주면에는 크랭크축(50)을 통하여 용기(20)의 저부로부터 냉동기유(25)가 공급됨으로써 유막이 형성되어 있다. 주축받이(33) 및 부축받이(34)는 유막의 유체 윤활에 의해 크랭크축(50)에 접촉하지 않고서 크랭크축(50)을 지지하고 있다.

주축받이(33)는 평판형상의 고정부(71)와, 원통형상의 축받이부(72)를 갖는다. 고정부(71)는 전술한 체결구(36)로 실린더(31)의 상측에 고정되어 있다. 축받이부(72)는 고정부(71)로부터, 실린더(31)와는 역방향, 즉, 회전자(42)의 방향으로 세워져 있다. 축받이부(72)의 축방향 양단에는 개구가 마련되어 있다. 이들의 개구끼리를 잇는 공간에는 일방의 개구로부터 타방의 개구에 관통하도록 주축부(52)가 삽입되어 있다.

부축받이(34)는 주축받이(33)와 마찬가지로, 평판형상의 고정부(73)와, 원통형상의 축받이부(74)를 갖는다. 고정부(73)는 전술한 체결구(36)로 실린더(31)의 하측에 고정되어 있다. 축받이부(74)는 고정부(73)로부터, 실린더(31)와는 역방향, 즉, 용기(20)의 저부의 방향으로 세워져 있다. 축받이부(74)의 축방향 양단에는 개구가 마련되어 있다. 이들의 개구끼리를 잇는 공간에는 일방의 개구로부터 타방의 개구에 관통하도록 부축부(53)가 삽입되어 있다.

본 실시의 형태에서는 전동기(40)가 압축기구(30)의 상방에 마련되어 있다. 그 때문에, 회전자(42)의 휠링이 커질수록, 주축부(52)의 상단부를 지점으로 한 크랭크축(50)의 휨이 증대한다. 이 휨에 의해, 주축받이(33)와 주축부(52)와의 사이에 형성된 유막의 유체 윤활이 저해되면, 주축받이(33)의 상단부(81)가 주축부(52)에 접촉하고 주축받이(33)의 상단부(81) 또는 주축부(52)에 스커프가 발생할 우려가 있다. 따라서 주축받이(33)와 주축부(52)의 적어도 어느 하나가, 회전자(42)의 휠링이 커지고도 유막의 유체 윤활을 적절하게 유지하는 구성으로 되어 있을 필요가 있다.

주축부(52)의 직경을 크게 하여 주축부(52)의 강성을 높이면, 회전자(42)의 휠링에 수반하는 크랭크축(50)의 휘어짐을 저감할 수 있다. 그러나, 압축기(12)를 소형화 및 대용량화하기 위해서는 주축부(52)의 직경을 유지한 채로, 전동기 코어 폭을 크게 하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 본 실시의 형태에서는 주축받이(33)의 구성을 궁리함으로써 유막의 유체 윤활의 유지를 도모하고 있다. 즉, 본 실시의 형태에서는 부축받이(34)보다도 전동기(40)에 가까운 위치에 마련되어 있는 주축받이(33)가, 회전자(42)의 휠링에 수반하는 크랭크축(50)의 휨의 영향을 크게 받는데, 그 휨에 대해 유막의 유체 윤활을 적절하게 유지하는 구성으로 되어 있다. 구체적으로는 주축받이(33)의 상단부(81)의 내주면(82)이 만곡되어 있음으로 주축받이(33)의 상단부(81)의 내경이 상방을 향하여 서서히 크게 되어 있다. 이 구성에 의하면, 주축받이(33)의 상단부(81)에서의 버르 발생 방지의 효과도 얻어진다.

본 실시의 형태에서는 주축받이(33)의 하단부(83)의 내주면(84)이 경사되어 있음으로 주축받이(33)의 하단부(83)의 내경이 하방을 향하여 서서히 크게 되어 있다. 즉, 주축받이(33)의 하단부(83)의 내주부가 모따기되어 있다. 이 구성에 의하면, 주축받이(33)의 하단부(83)에서의 버프 발생 방지의 효과를 얻을 수 있다.

주축받이(33)의 상단부(81)의 내주면(82)이 만곡되어 있는 부분인 만곡부(85)의 수직 거리(D1)는 0.1밀리미터 이상 2.0밀리미터 이하인 것이 바람직하다. 만곡부(85)의 수직 거리를 3밀리미터 이상으로 연장하면, 저회전수로 압축기(12)가 운전하고 있는 경우 등, 크랭크축(50)의 휨이 작은 때에는 만곡부(85)와 크랭크축(50)과의 간극(55)이 넓기 때문에 유막이 유효하게 작용하지 않는 범위가 확대한다. 그 결과, 실질적인 축받이 길이가 감소하여 버리고, 주축받이(33)의 상단부(81) 또는 주축부(52)에 스커프가 발생할 우려가 있다. 같은 이유로부터, 주축받이(33)의 하단부(83)의 내주면(84)이 경사되어 있는 부분인 경사부(86)의 수직 거리(D2)도 0.1밀리미터 이상 2.0밀리미터 이하인 것이 바람직하다.

본 실시의 형태에서는 만곡부(85)의 수직 거리(D1)가 경사부(86)의 수직 거리(D2)와 같다. 주축받이(33)의 상단부(81)의 종단면에서의 만곡부(85)의 내주면(82)의 형상은 경사부(86)의 수직 거리(D2)와 같은 길이의 반경을 갖는 원호이다. 이와 같은 원호형상을 채용함으로써, 도 6에 도시하는 바와 같이, 경사부(86)와 같은 모따기를 채용하는 것보다도 유막 부하 용량을 확보할 수 있다. 따라서, 크랭크축(50)이 크게 휜 때에, 유막의 유체 윤활을 유지할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 원호형상을 채용한 만곡부(85)의 수직 거리(D1)를 0.1밀리미터 이상 2.0밀리미터 이하로 함으로써, 실질적인 축받이 길이를 확보할 수 있다. 따라서, 크랭크축(50)의 휘어짐이 없는 때에도 유막의 유체 윤활을 유지할 수 있다.

경사부(86)와 크랭크축(50)과의 간극(56)은 유막의 유체 윤활을 유지하기 쉽게 하기 위해, 가능한 한 좁게 하는 것이 바람직하다. 한편, 만곡부(85)와 크랭크축(50)과의 간극(55)은 크랭크축(50)이 크게 휜 때의 금속 접촉을 피할 수 있는 정도로 넓게 할 필요가 있다. 따라서 만곡부(85)와 크랭크축(50)과의 간극(55)의 최대폭(W1)은 경사부(86)와 크랭크축(50)과의 간극(56)의 최대폭(W2)보다도 넓은 것이 바람직하다.

[실시의 형태의 효과의 설명]

본 실시의 형태에서는 주축받이(33)의 상단부(81)의 내주면(82)이 만곡되어 있음으로 주축받이(33)의 상단부(81)의 내경이 상방을 향하여 서서히 크게 되어 있다. 이 때문에, 본 실시의 형태에 의하면, 주축부(52)의 상단부를 지점으로 한 크랭크축(50)의 휨이 증대하여도 주축받이(33)의 상단부(81)가 주축부(52)에 접촉하기 어려워진다. 따라서, 주축받이(33)의 상단부(81) 또는 주축부(52)에서의 스커프의 발생을 방지할 수 있다.

소형이면서 고출력의 공기 조화기를 제작하기 위해서는 압축기(12)에, 소형으로, 배제 용적이 큰 압축기구(30)가 필요해진다. 또한, 지구 환경 보호를 위해, 사용이 제안되어 있는 냉매 중, 저압축 조건에서 사용되는 냉매는 냉매 회로(11) 내에서의 순환량을 증가시키지 않으면, 종래의 냉매와 같은 포텐셜을 얻을 수가 없다. 따라서, 그와 같은 냉매를 사용하기 위해서도 배제 용적이 큰 압축기구(30)가 필요해진다.

배제 용적의 확대 방법으로서, 압축기구(30)의 실린더 수를 늘리는 방법이 있다. 그러나, 실린더 수를 늘리는 경우, 압축기(12)가 축방향, 즉, 높이 방향으로 신장되기 때문에, 소형화가 어려워진다. 또한, 실린더 수의 증가에 의해, 압축기구(30)의 구조가 복잡하게 되고, 부품 갯수가 증가하고, 신뢰성 확보를 위한 설계 부하가 증대하고 비용이 상승한다.

압축기(12)의 크기를 유지하든지 또는 작게 하고, 배제 용적을 확대하기 위해서는 압축기구(30)의 실린더실(61)의 내경과 크랭크축(50)의 직경을 유지한 채로, 크랭크축(50)의 편심축부(51)의 편심량을 크게 하는 것이 최적이다. 배제 용적에 응한 전동기(40)의 출력 향상을 위해, 전동기 코어 폭을 크게 하는 것이 유효하다.

그러나, 크랭크축(50)의 직경을 유지한 채로, 전동기 코어 폭을 크게 하면, 회전자(42)의 중량 증대 및 중심 위치 상승에 의해, 회전자(42)의 휠링이 커진다. 크랭크축(50)의 강성은 변하지 않기 때문에, 회전자(42)가 휠링이 커질수록, 주축부(52)의 상단부를 지점으로 한 크랭크축(50)의 휨이 증대한다. 이 휨에 의해, 유막의 유체 윤활이 저해되면, 주축받이(33)의 상단부(81)가 주축부(52)에 접촉하여 주축받이(33)의 상단부(81) 또는 주축부(52)에 스커프가 발생할 우려가 있다.

본 실시의 형태에서는 주축받이(33)의 회전자(42)에 가까운 상단에만 원호형상의 만곡부(85)가 마련되어 있다. 그 원호의 반경은 주축받이(33)의 회전자(42)로부터 먼 하단의 모따기와 같은 길이, 바람직하게는 0.1밀리미터 이상 2.0밀리미터 이하이다. 따라서, 크랭크축(50)이 크게 휜 때에, 모따기보다도 유막 부하 용량을 확보할 수 있다. 또한, 크랭크축(50)의 휘어짐이 없는 때에도 실질적인 축받이 길이를 확보할 수 있다. 따라서 본 실시의 형태에 의하면, 주축받이(33)의 상단부(81) 또는 주축부(52)의 스커프를 방지할 수 있다.

본 실시의 형태에서는 회전자(42)의 편측에만 축받이가 마련되어 있다. 그 때문에, 축받이의 회전자(42)에 가까운 측에서는 크랭크축(50)의 휘는 량이 크고, 축받이의 회전자(42)로부터 먼 측에서는 크랭크축(50)의 휘는 량이 작다. 따라서 부축받이(34)보다도 전동기(40)에 가까운 위치에 마련되어 있는 주축받이(33)의 회전자(42)에 가까운측의 단에만 원호형상을 채용하고, 회전자(42)로부터 먼 측의 단은 모따기로 멈춤으로써, 알맞은 주축받이(33)를 실현할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시의 형태에서는 주축부(52)의 상단부를 지점으로 한 크랭크축(50)의 휨이 증대하여도 유막 부하 용량을 확보할 수 있음과 함께, 실질적인 축받이 길이를 확보할 수 있다. 따라서 주축받이(33)의 선단부 및 실질 길이 부분의 어느 윤활성도 저하되지 않고, 스커프를 방지할 수 있다. 이에 의해, 고성능이며, 신뢰성이 높은 압축기(12)를 얻을 수 있다.

[다른 구성]

본 실시의 형태에서는 주축받이(33)의 하단부(83)에 경사부(86)가 마련되어 있지만, 경사부(86)는 없어도 좋다. 즉, 주축받이(33)의 하단부(83)의 내주부는 모따기되지 않아도 좋다.

이상, 본 발명의 실시의 형태에 관해 설명하였지만, 이 실시의 형태를 부분적으로 실시하여도 상관 없다. 구체적으로는 이 실시의 형태의 설명에서 장치 또는 기기의 구성 요소로서 설명하는 것 중, 어느 하나만을 채용하여도 좋고, 몇 가지의 임의의 조합을 채용하여도 좋다. 또한, 본 발명은 이 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 필요에 응하여 여러 가지의 변경이 가능하다.

10 : 냉동 사이클 장치 11 : 냉매 회로
12 : 압축기 13 : 4방밸브
14 : 제1 열교환기 15 : 팽창기구
16 : 제2 열교환기 17 : 제어 장치
20 : 용기 21 : 흡입관
22 : 토출관 23 : 흡입 머플러
24 : 단자 25 : 냉동기유
30 : 압축기구 31 : 실린더
32 : 롤링 피스톤 33 : 주축받이
34 : 부축받이 35 : 토출 머플러
36 : 체결구 40 : 전동기
41 : 고정자 42 : 회전자
43 : 고정자 철심 44 : 권선
45 : 회전자 철심 50 : 크랭크축
51 : 편심축부 52 : 주축부
53 : 부축부 54 : 관통구멍
55 : 간극 56 : 간극
61 : 실린더실 62 : 베인홈
63 : 배압실 64 : 베인
71 : 고정부 72 : 축받이부
73 : 고정부 74 : 축받이부
81 : 상단부 82 : 내주면
83 : 하단부 84 : 내주면
85 : 만곡부 86 : 경사부

Claims

저부에 냉동기유가 저류된 용기와,
상기 용기에 수납된 전동기와,
상기 냉동기유의 급유로와 상기 전동기의 회전축을 형성하는 크랭크축과,
상기 용기의 내부에서 상기 전동기의 하방에 배치되고, 상기 크랭크축을 통하여 전달되는 상기 전동기의 회전력에 의해 구동되는 압축기구로서, 상기 크랭크축이 끼워지고, 상기 크랭크축을 통하여 상기 용기의 저부로부터 상기 냉동기유가 공급됨으로써 내주면에 유막이 형성되는 축받이를 상기 전동기측에 갖는 압축기구를 구비하고,
상기 축받이의 상단부의 내주면이 만곡되어 있음으로 상기 축받이의 상단부의 내경이 상방을 향하여 서서히 크게 되어 있는 것을 특징으로 하는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 축받이의 하단부의 내주면이 경사되어 있음으로 상기 축받이의 하단부의 내경이 하방을 향하여 서서히 크게 되어 있는 것을 특징으로 하는 압축기.
제2항에 있어서,
상기 축받이의 상단부의 내주면이 만곡되어 있는 부분인 만곡부의 수직 거리가, 상기 축받이의 하단부의 내주면이 경사되어 있는 부분인 경사부의 수직 거리와 같고, 상기 축받이의 상단부의 종단면에서의 상기 만곡부의 내주면의 형상이, 상기 경사부의 수직 거리와 같은 길이의 반경을 갖는 원호인 것을 특징으로 하는 압축기.
제2항에 있어서,
상기 축받이의 상단부의 내주면이 만곡되어 있는 부분인 만곡부와 상기 크랭크축과의 간극의 최대폭이, 상기 축받이의 하단부의 내주면이 경사되어 있는 부분인 경사부와 상기 크랭크축과의 간극의 최대폭보다도 넓은 것을 특징으로 하는 압축기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 축받이의 상단부의 내주면이 만곡되어 있는 부분인 만곡부의 수직 거리가 0.1밀리미터 이상 2.0밀리미터 이하인 것을 특징으로 하는 압축기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축기구는 상기 축받이인 주축받이를 상기 전동기측에 가지며, 상기 크랭크축이 끼워지고, 상기 크랭크축을 통하여 상기 용기의 저부로부터 상기 냉동기유가 공급됨으로써 내주면에 유막이 형성되는 부축받이를 상기 전동기측과 역측에 갖는 것을 특징으로 하는 압축기.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 압축기를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동 사이클 장치.