KR20210115856A - 사판식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시 예는, 하우징에 회전 가능하게 장착되는 구동축;과, 상기 구동축 상에 경사지게 설치되어 구동축과 일체로 회전하는 사판;과, 상기 사판에 상대 이동 가능하게 결합되어 상기 사판의 회전에 의해 왕복 운동하는 피스톤; 및 상기 사판의 회전을 상기 피스톤의 왕복운동으로 전환하기 위해 상기 사판의 양측면과 상기 피스톤의 포켓부 사이에 개재되는 한 쌍의 슈;를 포함하며, 상기 사판은 외측둘레의 경사각과 단면의 경사각이 서로 상이한 것을 특징으로 하는, 사판식 압축기를 제공한다.

Description

사판식 압축기{A SWASH PLATE TYPE COMPRESSOR}

본 발명은 사판식 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압축기의 크기 및 무게 감소가 가능한 사판식 압축기에 관한 것이다.

일반적으로, 차량 공조장치에 사용되고 있는 압축기는, 증발기에서 배출되는 기체 상태의 냉매를 액화하기 쉬운 고압의 상태로 압축하여 응축기로 토출하는 장치이다.

왕복동식, 회전식, 스크롤식, 사판식 등 다양한 타입의 압축기가 사용되고 있으며, 이러한 압축기 중 동력원으로 전동 모터를 사용하는 압축기를 통상적으로 전동식 압축기라고 한다. 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, 종래의 고정 용량형 압축기의 일 예가 도 1에 도시되고 있다.

종래의 압축기는 도 1에 도시된 바와 같이, 내측에 흡입실(1a, 2a) 및 토출실(1b, 2b)등의 밀폐공간을 형성하는 전,후방 하우징(1, 2)과, 상기 전,후방 하우징(1, 2)사이에서 방사상(放射狀)으로 배치된 다수의 실린더 보어(Cylinder Bore, 3a)를 갖는 실린더 블록(Cylinder Block, 3)과, 상기 전방 하우징(1)의 중앙을 관통하여 삽입되고 상기 실린더 블록(3)의 중앙에 회전 가능하게 구비되는 구동축(10)과, 상기 구동축(10)의 둘레에 설치되어 상기 구동축(10)의 회전방향으로 구동되는 사판(20)과, 상기 사판(20)의 둘레를 따라 구비된 슈(Shoe, 40)와 결합되어 상기 사판(20)의 회전에 따라 상기 실린더 블록(3)의 각 실린더 보어(3a) 내에서 왕복운동하는 다수의 피스톤(30) 등의 압축수단을 포함하고 있다.

상기와 같은 압축기에서는, 엔진의 동력에 의해 상기 구동축(10)이 회전하면 이와 함께 상기 사판(20)이 일체로 회전함으로써, 상기 다수의 피스톤(30)이 상기 사판(20)의 경사각과 비례하여 각 실린더 보어(3a)내에서 왕복운동을 하게 된다.

이에 따라, 상기 피스톤(30)이 후진하여 이동하는 동안에는 상기 흡입실(1a, 2a)의 냉매가 각 실린더 보어(3a) 내부로 유입되며, 상기 피스톤(30)이 전진하는 동안에는 상기 각 실린더 보어(3a)에 유입된 냉매가 높은 압력으로 압축되어 상기 토출실(1b, 2b)로 토출된 후, 냉매 유로를 통하여 응축기로 배출된다.

하지만, 상기와 같은 종래의 압축기에서는 냉매의 압축이 이루어지는 압축부(실린더블록의 내부공간)의 크기에 비해 실제로 압축에 사용되는 용적이 작다. 즉, 구동축(10)에 사판(20)이 경사지게 설치됨에 따라 피스톤(30)의 왕복운동 길이를 충분히 확보하기 위해서는, 사판(20)의 너비가 충분히 확보되어야 하므로 압축부의 너비(W) 또한 넓어지게 되며, 피스톤(30)의 길이도 길어지게 되므로 압축부의 길이(L) 또한 길어지게 되는 것이다. 이에 따라, 압축기의 압축용량은 동일하게 또는 그 이상으로 유지하면서도 압축기의 크기 및 무게를 감소시킬 필요성이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1096893호(2011.12.14 등록)

본 발명은 압축기의 크기 및 무게 감소가 가능한 사판식 압축기를 제공하는 것에 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예는, 하우징에 회전 가능하게 장착되는 구동축;과, 상기 구동축 상에 경사지게 설치되어 구동축과 일체로 회전하는 사판;과, 상기 사판에 상대 이동 가능하게 결합되어 상기 사판의 회전에 의해 왕복 운동하는 피스톤; 및 상기 사판의 회전을 상기 피스톤의 왕복운동으로 전환하기 위해 상기 사판의 양측면과 상기 피스톤의 포켓부 사이에 개재되는 한 쌍의 슈;를 포함하며, 상기 사판은 외측둘레의 경사각과 단면의 경사각이 서로 상이한 것을 특징으로 하는, 사판식 압축기를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 사판의 외측둘레의 경사각은 상기 구동축에 대해 경사지게 형성되며, 상기 사판의 단면의 경사각은 상기 구동축에 대해 수직으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 사판의 단면은 상기 구동축을 중심으로 각각 일측과 타측에 형성되는 제1 단면 및 제2 단면으로 이루어지며, 상기 제1 단면 및 제2 단면은 상기 사판의 단면 방향에 따라 축방향 상 일렬로 배치되거나 서로 이격되어 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 사판은 사판의 중심점에 대해 대칭일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 한 쌍의 슈는 구형(sphere)일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 사판의 적어도 일면에는 상기 슈가 안착되기 위한 안착홈이 구비될 수 있다.

본 발명에 따르면, 종래의 압축기와 대비하여 압축용량은 동일하게 또는 그 이상으로 유지하면서도 압축기의 크기 및 무게를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 압축기의 제조비용 절감도 가능하다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 종래의 사판식 압축기를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 사판식 압축기의 일부 단면도.
도 3은 도 2에서 구동축과 사판을 분리하여 도시한 정면도.
도 4는 도 3의 사시도.
도 5는 도 4의 a-a 단면도.
도 6은 도 4의 b-b 단면도.
도 7은 도 4의 c-c 단면도.

이하, 본 발명의 사판식 압축기에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으며, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

우선, 도 2를 참고하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 사판식 압축기를 설명하도록 한다. 본 발명의 사판식 압축기는 사판의 각도가 고정된 고정 용량형 사판식 압축기에 해당한다.

본 발명의 사판식 압축기는 크게, 하우징에 회전 가능하게 장착되는 구동축(100)과, 사판(200)과, 피스톤(300) 및 한 쌍의 슈(400)를 포함한다.

구동축(100)이 회전 가능하게 장착되는 하우징은, 종래와 같이 내측에 흡입실 및 토출실 등의 밀폐공간을 형성하는 전,후방 하우징과, 전,후방 하우징 사이에서 방사상으로 배치된 다수의 실린더 보어를 갖는 실린더 블록으로 이루어질 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 구동축(100), 사판(200), 피스톤(300) 및 한 쌍의 슈(400)를 포함하는 구조라면 다른 종류의 사판식 압축기에도 적용될 수 있음은 물론이다.

구동축(100)은 엔진의 동력을 전달받아 회전할 수 있으며, 구동축의 회전을 구동하기 위한 모터부가 더 구비될 수도 있다. 사판(200)은 구동축(100) 상에 일정한 경사각을 갖도록 설치되어 구동축(100)과 일체로 회전한다. 사판(200)의 구체적인 구조는 아래에서 설명하도록 한다.

피스톤(300)은 사판(200)에 상대 이동 가능하게 결합되어 사판(200)의 회전에 의해 직선 왕복운동한다. 구체적으로, 피스톤(300)은 사판(200)의 가장자리에 결합되며, 사판(200)의 양측면과 피스톤(300)의 내부에 형성되는 포켓부(320) 사이에는 한 쌍의 슈(400)가 개재된다.

한 쌍의 슈(400)는 사판(200)의 회전운동을 피스톤(300)의 직선왕복운동으로 전환하여 피스톤(300)이 냉매를 압축할 수 있도록 한다. 이에 따라, 실린더 보어에 삽입된 피스톤(300)이 사판(200)의 회전에 따라 실린더 보어의 내부에서 길이 방향을 따라 전후로 왕복운동하면서 냉매를 흡입하거나 실린더 보어 내부의 냉매를 압축한다.

이하, 도 3 내지 7을 참고하여 사판(200)의 구체적인 구조에 대해 설명하도록 한다.

본 발명에 있어서, 사판(200)은 외측둘레의 경사각과 단면의 경사각이 서로 상이한 것을 특징으로 한다. 도 3을 참고하면, 사판(200)의 외측둘레의 경사각은 구동축(100)에 대해 경사지게 형성되는 것을 볼 수 있다. 즉, 사판(200)의 외측둘레의 축선(α)이 구동축(100)에 대해 일정한 각도를 이루고 있다. 상기 축선(α)이 구동축(100)에 대해 이루는 각도는 압축용량 등에 따라 설정될 수 있다.

반면에, 도 5 및 6을 참고하면, 사판(200)의 단면의 경사각은 구동축(100)에 대해 수직으로 형성되는 것을 볼 수 있다. 즉, 사판(200)의 양측면은 종래와 같이 평면으로 형성되지 않고 곡면으로 형성되고 있으며, 특히 사판(200)의 각 측면에 있어서 절반은 오목하게 나머지 절반은 볼록하게 형성되고 있다. 도 5는 도 4에서 a-a선을 따라 사판(200)의 축방향으로 최외측에서의 단면이 나오도록 자른 것이며, 도 6은 도 4에서 b-b선을 따라 사판(200)의 축방향으로 중심부에서의 단면이 나오도록 자른 것이다. 이와 같이 생성된 사판(200)의 단면을 살펴보면, 사판(200)의 단면은 구동축(100)을 중심으로 각각 일측과 타측에 형성되는 제1 단면(210) 및 제2 단면(220)으로 이루어지며, 제1 단면(210)의 축선(β1)과 제2 단면(220)의 축선(β2)은 구동축(100)에 대해 모두 수직을 이루고 있다.

구체적으로, 도 5에는 사판(200)의 축방향으로 최외측에서의 단면이 도시되고 있으며, 제1 단면(210)의 축선(β1)과 제2 단면(220)의 축선(β2)은 서로 최대거리로 이격된 상태이다. 이때, 도 4의 a-a선에서 b-b선으로 단면기준선을 점차 회전하면서 단면을 자를수록 제1 단면(210)의 축선(β1)과 제2 단면(220)의 축선(β2)은 서로 가까워지게 된다. 도 7에는 도 4의 a-a선에서 일부 회전한 단면기준선 c-c선을 기준으로 자른 단면도가 도시되어 있으며, 도 5에서의 제1 단면(210)의 축선(β1)과 제2 단면(220)의 축선(β2) 사이의 거리보다 가까워졌음을 알 수 있다. 최종적으로 b-b선을 기준으로 단면을 자른 도 6에는 사판(200)의 축방향으로 중심부에서의 단면이 도시되고 있으며, 제1 단면(210)의 축선(β1)과 제2 단면(220)의 축선(β2)이 서로 동일한 위치에 놓이게 된다. 반대로, 도 4의 b-b선에서 a-a선으로 단면기준선을 점차 회전하면서 단면을 자를수록 제1 단면(210)의 축선(β1)과 제2 단면(220)의 축선(β2)은 서로 멀어지게 된다. 이와 같이, 제1 단면(210) 및 제2 단면(220)은 사판의 단면 방향에 따라 축방향 상 일렬로 배치되거나 서로 이격되어 배치될 수 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서 사판(200)은 사판의 중심점에 대해 대칭으로 형성된다. 즉, 사판의 중심점을 기준으로 사판(200)을 180도 회전시켰을 때 회전 전의 사판과 회전 후의 사판이 일치하게 된다.

본 발명의 사판(200)은 외측둘레의 경사각과 단면의 경사각이 서로 상이하되, 사판(200)의 외측둘레의 경사각은 구동축(100)에 대해 경사지게 형성되고, 사판(200)의 단면의 경사각은 구동축(100)에 대해 수직으로 형성됨에 따라, 사판의 양측면이 평면으로 형성되어 사판의 외측둘레의 경사각과 단면의 경사각이 동일한 종래의 압축기에 비해 실제로 압축에 사용되는 용적이 동일하더라도 필요한 압축부(실린더블록의 내부공간)의 너비(W')와 길이(L')가 작아져 압축기의 전체적인 크기 및 무게의 감소가 가능하다. 즉, 본 발명의 압축기에서는 종래의 압축기에 비해 사판(200)의 너비와 피스톤(300)의 길이가 감소될 수 있다.

더욱이, 본 발명의 사판(200)은 평면이 아니므로 구형(sphere)의 슈를 사용하여야 한다. 실시 예에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이 사판(200)의 적어도 일면에는 슈(400)가 안착되기 위한 안착홈(240)이 구비될 수 있다. 이에 따라, 슈(400)와 사판(200)의 접촉 면적이 넓어지게 되므로, 마찰에 유리하며 슈(400)가 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 종래의 압축기와 대비하여 압축용량은 동일하게 또는 그 이상으로 유지하면서도 압축기의 크기 및 무게를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 압축기의 제조비용 절감도 가능하다.

본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

100: 구동축 200: 사판
210: 제1 단면 220: 제2 단면
240: 안착홈 300: 피스톤
320: 포켓부 400: 슈

Claims (6)

1. 하우징에 회전 가능하게 장착되는 구동축;
   상기 구동축 상에 경사지게 설치되어 구동축과 일체로 회전하는 사판;
   상기 사판에 상대 이동 가능하게 결합되어 상기 사판의 회전에 의해 왕복 운동하는 피스톤; 및
   상기 사판의 회전을 상기 피스톤의 왕복운동으로 전환하기 위해 상기 사판의 양측면과 상기 피스톤의 포켓부 사이에 개재되는 한 쌍의 슈;를 포함하며,
   상기 사판은, 외측둘레의 경사각과 단면의 경사각이 서로 상이한 것을 특징으로 하는, 사판식 압축기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 사판의 외측둘레의 경사각은 상기 구동축에 대해 경사지게 형성되며, 상기 사판의 단면의 경사각은 상기 구동축에 대해 수직으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 사판식 압축기.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 사판의 단면은 상기 구동축을 중심으로 각각 일측과 타측에 형성되는 제1 단면 및 제2 단면으로 이루어지며, 상기 제1 단면 및 제2 단면은 상기 사판의 단면 방향에 따라 축방향 상 일렬로 배치되거나 서로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는, 사판식 압축기.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 사판은 사판의 중심점에 대해 대칭인 것을 특징으로 하는, 사판식 압축기.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 한 쌍의 슈는 구형(sphere)인 것을 특징으로 하는, 사판식 압축기.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 사판의 적어도 일면에는 상기 슈가 안착되기 위한 안착홈이 구비되는 것을 특징으로 하는, 사판식 압축기.
   

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