KR20230064104A - 왕복동식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 명세서의 일 실시 예에 따른 왕복동식 압축기는 축부와 편심 질량부 및 핀부를 구비한 크랭크축을 포함하며, 핀부의 외면에 위치하는 오일 그루브는 가스 부하가 심화되는 구간에 진입하기 직전에 베어링의 가압부에 오일을 공급하도록 형성된다. 한 예로, 오일 그루브는 크랭크 각도가 270도가 되기 바로 직전의 행정 구간에서 베어링에 오일을 공급할 수 있다.

Description

왕복동식 압축기{RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 크랭크 핀 부에서 발생하는 오일 누유 및 마모를 최소화한 왕복동식 압축기에 관한 것이다.

왕복동식 압축기는 피스톤이 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 흡입 압축하여 토출하는 방식의 압축기이다.

왕복동식 압축기는 피스톤의 구동 방식에 따라 연결형과 진동형으로 구분할 수 있다.

연결형 왕복동식 압축기는 회전 모터의 회전자에 결합되어 회전력을 전달하는 크랭크축에 구비된 크랭크 핀에 피스톤이 커넥팅 로드로 연결되어 실린더에서 왕복 운동을 하면서 냉매를 압축하는 방식이며, 진동형 왕복동식 압축기는 피스톤이 왕복동 모터의 가동자에 연결되어 진동하면서 실린더에서 왕복운동을 하여 냉매를 압축하는 방식이다.

이러한 왕복동식 압축기는, 밀폐된 공간이 형성된 밀폐용기와, 밀폐용기의 내부에 설치되어 회전력을 발생시키는 전동부와, 전동부의 상측에 설치되어 전동부의 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부를 포함한다.

그리고 압축부는, 압축공간을 형성하는 실린더를 구비하며 밀폐 용기에 탄력 지지되는 실린더 블록과, 실린더 블록에 삽입되어 반경방향과 축방향으로 지지되고 상기 전동부의 회전자에 결합되어 회전력을 전달하는 크랭크축과, 크랭크축에 회전 가능하게 결합되어 회전운동을 직선운동으로 전환하는 커넥팅 로드와, 커넥팅 로드에 회전 가능하게 결합되어 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 피스톤을 포함한다.

그리고 크랭크축은, 회전자에 결합되고 실린더 블록에 삽입되어 상기 실린더 블록에 반경방향으로 지지되는 축부와, 상기 축부의 상단에 부채꼴 또는 편심진 원형 플랜지형상으로 편심지게 형성되어 판형 연장부를 이루는 편심 질량부와, 상기 편심 질량부의 상면에서 상기 축부에 대해 편심지게 형성되고 커넥팅 로드가 회전 가능하게 삽입되는 핀부를 포함한다.

이러한 구성의 왕복동식 압축기는 상기 압축부와 상기 전동부의 윤활 또는 냉각을 위해 오일의 공급을 필요로 한다.

따라서, 밀폐용기의 저부(低部)에는 전동부와 압축부의 윤활 및 냉각을 위한 오일이 저장되고, 크랭크축에는 상기 오일을 흡입하여 상기 크랭크축의 회전시 원심력에 의해 피스톤 및 실린더 내부로 공급하기 위한 오일 유로가 형성된다.

그리고 상기 오일 유로는, 축부와 핀부를 관통하는 제1 오일 홀과, 상기 제1 오일 홀에 연결되며 상기 핀부의 외면을 향해 형성되는 제2 오일 홀과, 핀부의 외면에 형성되며 제2 오일 홀과 연결되는 오일 그루브를 포함한다.

여기에서, 상기 오일 그루브는 베어링 지지력을 높이기 위하여 베어링 동압이 발생하는 영역을 회피하여 위치한다.

그리고 제1 오일 홀과 제2 오일 홀은 원심력이 증가하는 방향으로 설계되며, 오일 그루브는 회전 방향을 순응하는 방향으로 설계된다.

이러한 조건을 만족하기 위하여, 핀부가 시계 방향으로 회전하는 경우, 피스톤이 상사점에 위치한 상태, 즉 크랭크 각도가 0도인 상태에서 피스톤 측에서 핀부를 바라볼 때, 오일 그루브는 핀부의 오른쪽 외면에 형성된다.

도 1은 종래 기술에 따른 크랭크축에 있어서, 피스톤이 하사점에 위치하는 상태, 즉 크랭크 각도가 180도일 때의 크랭크 핀부를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 크랭크축의 핀부(1)에는 커넥팅 로드(2)의 핀 연결부(3)가 연결되고, 핀부(1)의 외면에는 베어링 각도가 0도 내지 180도인 구간, 예를 들면 베어링 각도가 50도 내지 150도인 구간에 위치하도록 오일 그루브(4)가 형성된다. 도 1에서, 미설명 도면부호 5는 크랭크축의 편심 질량부를 말한다.

크랭크 각도가 0도일 때의 베어링 각도가 0도이라 하고, 상기 베어링 각도가 상기 크랭크 각도의 반대 방향인 반시계 방향으로 360도까지 변화한다고 할 때, 오일 그루브(4)는 베어링 각도가 50도 내지 150도인 구간에 위치한다.

따라서, 도 2에 도시한 바와 같이, 피스톤이 상사점에 위치한 상태, 즉 크랭크 각도가 0도인 상태에서 크랭크 각도가 90도가 될 때까지 핀부(1)가 시계 방향으로 회전하는 제1 구간에서는 제2 오일 홀(6)과 오일 그루브(4)를 통해 오일이 베어링에 공급되고, 크랭크 각도가 90도인 상태에서 크랭크 각도가 180도가 될 때까지 핀부(1)가 시계 방향으로 회전하는 제2 구간 및 크랭크 각도가 180도인 상태에서 크랭크 각도가 270도가 될 때까지 핀부(1)가 시계 방향으로 회전하는 제3 구간에서는 제2 오일 홀(6)과 오일 그루브(4)를 통해 공급된 오일이 베어링의 가압부를 윤활하는 데 사용되지 못하고 누유되며, 크랭크 각도가 270도인 상태에서 크랭크 각도가 360도(또는 0도)가 될 때까지 핀부(1)가 시계 방향으로 회전하는 제4 구간에서는 가스 부하가 심화된다.

이와 같이, 베어링 각도가 50도 내지 150도인 구간에 오일 그루브(1)가 위치하는 경우에는 피스톤이 상사점을 지난 후 하강하는 동안에 오일이 베어링에 공급되므로, 베어링의 가압부의 윤활이 효과적으로 이루어지지 못한다.

오일 그루부가 도 1 및 도 2에 도시한 위치에 형성되는 종래 예가 중국 특허번호 CN 203051043U(이하, "선행특허"라 함)에 개시되어 있다.

도 2는 핀부가 축부를 중심으로 시계 방향으로 편심 회전하는 경우를 도시하고 있지만, 오일 그루브의 경사 방향으로 볼 때, 선행특허는 핀부가 반시계 방향으로 회전하는 경우를 도시하고 있다.

따라서, 도 1 내지 도 2 및 선행특허에 개시된 바와 같이 베어링 각도가 50도 내지 150도인 구간에 오일 그루브(1)가 형성되면, 오일 그루브(1)가 베어링 동압 발생에 영향을 미치지 않으므로, 베어링 지지력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

하지만, 전술한 구조에서는, 부하가 적은 구간, 예를 들면 제1 구간에서 베어링에 오일 공급이 진행되므로, 부하를 많이 받는 구간, 예를 들면 제4 구간에 진입하기 전인 제2 구간 및 제3 구간에서는 오일 그루브(1)를 통해 베어링에 공급된 오일 중 적어도 일부가 베어링에 잔류하지 못하고 누유된다.

따라서, 가스 부하가 심화되는 구간인 제4 구간에서 베어링 압력 형성 영역에 오일이 충분하지 못하여 베어링이 마모될 가능성이 있다.

또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 베어링 직경(D)에 비하여 길이(L)가 짧은 경우, 예를 들면, 베어링 직경(D)과 길이(L)의 비율이 10:7.6으로 형성되는 경우, 베어링의 위 아래로 발생하는 오일 누유의 영향이 커서 베어링에 오일이 충만하지 못할 가능성이 크다.

또한, 크랭크축의 축부로부터 올라오는 오물이 베어링 마모를 유발하지 않고 쉽게 빠져나갈 수 있도록 하기 위해 오일 그루브(1)의 일부가 베어링의 외부로 노출되도록 설계되는데, 이는 위에서 언급한 오일 부족 현상을 더욱 심화시킬 수 있다.

또한 베어링은 어느 위치에서도 축부의 중심과 거리를 갖고 있어서 오일이 원심력을 받는 구조이며, 베어링 끝단이 중력 방향으로 형성되는 구조이므로, 이러한 구조는 베어링 간극에서 오일의 유출을 증가시키는 추가적인 원인이 될 수 있다.

본 발명인이 육안으로 관찰한 바에 따르면, 실제로 커넥팅 로드의 핀 연결부(3)를 타고 많은 양의 오일이 비산됨을 알 수 있었다.

따라서, 오일이 충만한 것으로 가정하더라도 실제로는 베어링의 마모 신뢰성이 악화될 수 있다.

이와 같이, 도 1 및 도 2와 선행 특허에 도시한 오일 공급 구조를 갖는 크랭크축에 따르면, 큰 부하를 받는 제4 구간에서 오일 부족 상황이 발생하여 베어링의 마모 신뢰성이 악화되는 문제점이 있다.

선행특허: CN 203051043U

본 명세서가 해결하고자 하는 기술적 과제는, 높은 부하를 받는 행정 구간에서 오일에 의한 윤활 작용이 원활하게 이루어질 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하는 것이다.

본 명세서가 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 오일 그루브가 베어링의 상하로 열려 있는 구조적 특성상 발생할 수 있는 오일 부족 상황을 개선할 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하는 것이다.

본 명세서가 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 크랭크축의 핀부와 커넥팅 로드에 의해 형성되는 베어링의 마모 신뢰성을 개선한 왕복동식 압축기를 제공하는 것이다.

본 명세서에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 양상에 따른 왕복동식 압축기에 있어서, 오일 그루브는 가스 부하가 심화되는 구간에 진입하기 직전에 베어링의 가압부에 오일을 공급하도록 형성된다.

한 예로, 오일 그루브는 크랭크 각도가 270도가 되기 바로 직전의 행정 구간에서 베어링에 오일을 공급할 수 있다.

본 명세서의 왕복동식 압축기에 따르면, 크랭크축의 핀부와 커넥팅 로드에 의해 형성되는 베어링의 가압부에는 높은 부하를 받는 행정 구간에 진입하기 직전에 오일이 공급되므로, 베어링의 가압부가 부하 심화 구간을 만나기 전까지의 베어링 끝단으로의 오일 유출이 최소화되고, 베어링 면에 오일이 충분히 젖어 있는 상황에서 베어링의 가압부가 가스 부하 심화 구간을 지나게 된다.

따라서, 높은 부하를 받는 행정 구간에서 오일에 의한 윤활 작용이 원활하게 이루어질 수 있고, 오일 그루브가 베어링의 상하로 열려 있는 구조를 채용하고 있다고 하더라도 오일 부족 상황을 개선할 수 있다.

이에 따라, 베어링의 마모 신뢰성을 개선할 수 있다.

본 명세서에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 명세서에 대한 실시 예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 명세서의 기술적 특징을 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 오일 공급 구조를 설명하기 위한 크랭크축의 핀부의 도면으로서, 크랭크 각도가 180도일 때의 크랭크 핀부를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 크랭크축에 있어서, 크랭크 각도에 따른 오일 그루브의 위치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 명세서에서 제안하는 오일 공급 구조를 갖는 크랭크축이 적용될 수 있는 왕복동식 압축기의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 명세서의 제1 실시 예에 따른 크랭크축의 오일 공급 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 크랭크축에 있어서, 베어링 각도에 따른 오일 그루브의 형성 위치를 나타내기 위한 도면이다.
도 6은 도 4의 크랭크축에 구비된 제1 오일 홀의 구성을 나타내기 위한 도면이다.
도 7은 도 4의 크랭크축에 구비된 제2 오일 홀의 구성을 나타내기 위한 도면이다.
도 8은 도 4의 크랭크축에 있어서, 크랭크 각도에 따른 오일 그루브의 위치를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 4의 크랭크축에 있어서, 크랭크 각도에 따른 최소 유막 두께를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 명세서의 제2 실시 예에 따른 크랭크축의 오일 공급 구조를 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10의 크랭크축에 있어서, 크랭크 각도가 180도일 때의 크랭크 핀부를 나타내는 도면이다.
도 12는 도 10의 크랭크축에 있어서, 크랭크 각도가 0도일 때의 크랭크 핀부를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 명세서의 제3 실시 예에 따른 크랭크축의 오일 공급 구조를 나타내는 도면이다.
도 14는 도 13의 크랭크축에 있어서, 크랭크 각도가 180도일 때의 크랭크 핀부를 나타내는 도면이다.
도 15는 도 13의 크랭크축에 있어서, 크랭크 각도가 0도일 때의 크랭크 핀부를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 명세서의 제4 실시 예에 따른 크랭크축의 오일 공급 구조를 나타내는 도면이다.
도 17은 도 16의 크랭크축에 있어서, 크랭크 각도가 180도일 때의 크랭크 핀부를 나타내는 도면이다.
도 18은 도 16의 크랭크축에 있어서, 크랭크 각도가 0도일 때의 크랭크 핀부를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "어셈블리" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 명세서의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "결합되어" 있다거나 "조립되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 결합되어 있거나 또는 조립되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 결합되어" 있다거나 "직접 조립되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 3은 본 명세서에서 제안하는 크랭크축이 적용될 수 있는 왕복동식 압축기의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.

왕복동식 압축기는 밀폐된 내부공간이 형성된 밀폐용기(10)와, 상기 밀폐용기(10)의 내부에 설치되는 전동부(100)와, 상기 전동부(100)의 상측에 설치되어 그 전동부(100)의 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부(200)를 포함한다.

여기서, 상기 전동부(100)와 상기 압축부(200)는 상기 밀폐용기(10)의 내부공간에 고정되며 후술하는 실린더(210)가 형성된 실린더 블록(20)에 의해 지지된다.

상기 전동부(100)는, 정회전과 역회전이 가능한 정속 모터이나 인버터 모터가 적용될 수도 있다.

그리고 상기 전동부(100)는, 상기 실린더 블록(20)과 상기 밀폐용기(10)의 저면에 고정되는 지지스프링(141)에 의해 지지되어 탄력 설치되는 고정자(110)와, 상기 고정자(110)의 안쪽에 회전 가능하게 설치되는 회전자(120)를 포함한다.

압축부(200)는 크랭크축(290)을 포함하며, 크랭크축(290)은 회전자(120)에 결합되고 실린더 블록(20)에 삽입되는 축부(291)와, 상기 축부(291)의 상단에 부채꼴 또는 편심진 원형 플랜지형상으로 편심지게 형성되어 판형 연장부를 이루는 편심 질량부(293)와, 상기 편심 질량부(293)의 상면에서 상기 축부(291)에 대해 편심지게 형성되어 상기 축부(291)를 중심으로 편심 회전하는 핀부(295)를 구비한다.

상기 압축부(200)는, 소정의 압축공간(V1)을 형성하는 실린더(210)와, 상기 실린더(210)의 압축공간(V1) 내부에서 직선 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 피스톤(220)과, 상기 피스톤(220)에 그 일단이 회전 가능하게 결합되고 그 타단은 상기 크랭크축(290)의 핀부(295)에 회전 가능하게 결합되어 상기 전동부(100)의 회전운동을 상기 피스톤(220)의 직선운동으로 변환하는 커넥팅 로드(230)와, 상기 실린더(210)의 선단, 상기 피스톤(220)의 헤드(head)면과 대응되는 끝단면에 결합되어 흡입밸브와 토출밸브가 구비되는 밸브 조립체(250)와, 상기 밸브 조립체(250)의 흡입측에 결합되는 흡입 머플러(260)와, 상기 밸브 조립체(250)의 토출측을 수용하도록 결합되는 토출 커버(270)와, 상기 토출 커버(270)에 연통되어 토출되는 냉매의 토출 소음을 감쇄시키는 토출 머플러(280)를 포함한다.

상기 실린더(210)는 원통 모양으로 수평으로 형성되어 상기 실린더 블록(20)에 일체로 형성되거나 또는 조립하여 형성된다.

여기서, 상기 실린더(210)는 양 단이 개방된 상태로 형성되며, 상기 밸브 조립체(250)가 일 단의 개구에 고정되고, 타 단의 개구는 상기 피스톤(220)에 의해 밀폐되어 압축공간(V1)을 형성한다.

상기 피스톤(220)은 그 일단이 막힌 원통모양으로 형성되어 상기 커넥팅 로드(230)의 일 단에 형성된 피스톤 연결부(233)에 회전 가능하게 핀 결합된다.

상기 커넥팅 로드(230)는 소결 합금 재질로 형성된다. 그리고 상기 커넥팅 로드(230)는 핀부(295)의 외주면에 회전 가능하게 결합되는 핀 연결부(231)와, 그 핀 연결부(231)에서 연장되는 로드부(232)와, 상기 로드부(232)의 타단에 형성되어 상기 피스톤(220)에 회동 가능하게 결합되는 피스톤 연결부(233)를 포함한다.

이하, 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 명세서의 제1 실시 예에 따른 크랭크축의 오일 공급 구조에 대해 설명한다.

도 4는 본 명세서의 제1 실시 예에 따른 크랭크축의 오일 공급 구조를 나타내는 도면이고, 도 5는 도 4의 크랭크축에 있어서, 베어링 각도에 따른 오일 그루브의 형성 위치를 나타내기 위한 도면이다.

그리고 도 6은 도 4의 크랭크축에 구비된 제1 오일 홀의 구성을 나타내기 위한 도면이고, 도 7은 도 4의 크랭크축에 구비된 제2 오일 홀의 구성을 나타내기 위한 도면이며, 도 8은 도 4의 크랭크축에 있어서, 크랭크 각도에 따른 오일 그루브의 위치를 나타내는 도면이다.

본 명세서의 제1 실시 예에 따른 크랭크축(290)은, 상기 축부(291)와 상기 편심 질량부(293) 및 상기 핀부(295)를 관통하는 제1 오일 홀(OH1)과, 상기 제1 오일 홀(OH1)에 연결되며 상기 핀부(295)의 외면을 향해 형성되는 제2 오일 홀(OH2)과, 상기 핀부(295)의 외면에 형성되며 상기 제2 오일 홀(OH2)과 연결되는 오일 그루브(OG)를 포함하며, 상기 오일 그루브(OG)는 가스 부하가 심화되는 구간에 진입하기 직전에 상기 핀부(295)와 상기 커넥팅 로드(230)의 핀 연결부(231)에 의해 형성된 베어링의 가압부에 오일을 공급한다.

이하에서는 베어링이 핀부(295)와 상기 커넥팅 로드(230)의 핀 연결부(231)에 의해 형성되는 것을 예로 들어 설명하지만, 크랭크축(290)의 핀부(295)와 커넥팅 로드(230)의 핀 연결부(231)의 사이에는 베어링 역할을 하는 슬리브(240)가 삽입될 수도 있다.

상기 핀부(295)는, 상기 피스톤(220)이 상사점에 위치한 상태, 즉 크랭크 각도가 0도인 상태에서 크랭크 각도가 90도가 될 때까지 시계 방향으로 회전하는 제1 구간과, 크랭크 각도가 90도인 상태에서 크랭크 각도가 180도가 될 때까지 시계 방향으로 회전하는 제2 구간과, 크랭크 각도가 180도인 상태에서 크랭크 각도가 270도가 될 때까지 시계 방향으로 회전하는 제3 구간과, 크랭크 각도가 270도인 상태에서 크랭크 각도가 0도가 될 때까지 시계 방향으로 회전하는 제4 구간을 순차적으로 거치면서 상기 축부(291)를 중심으로 시계 방향으로 편심 회전된다.

상기 제1 구간 내지 제4 구간 중에서 가스 부하가 심화되는 구간은 제4 구간이다.

그리고 상기 오일 그루브(OG)는 크랭크 각도가 270도가 되기 바로 직전의 상기 제3 구간에서 베어링에 오일을 공급한다.

이를 위해, 크랭크 각도가 0도인 상태에서 상기 피스톤(220) 측에서 상기 핀부(295)를 바라볼 때, 상기 오일 그루브(OG)는 상기 핀부(295)의 좌측 외면에 형성된다.

즉, 도 1 및 도 2에 도시한 종래의 크랭크축에서는 크랭크 각도가 0도인 상태에서 피스톤 측에서 핀부를 바라볼 때, 오일 그루브가 핀부의 우측 외면에 형성되지만, 본 명세서의 제1 실시 예에 따른 크랭크 축(290)에서는 오일 그루브(OG)가 종래와 반대 위치에 형성된다.

그리고 크랭크 각도가 0도인 상태에서 상기 피스톤(220) 측에서 상기 핀부(295)를 바라볼 때, 상기 제2 오일 홀(OH2)은 오일 그루브(OG)가 형성된 쪽을 향해 제1 오일 홀(OH1)로부터 연장된다.

그리고 크랭크 각도가 0도일 때의 베어링 각도가 0도이고, 베어링 각도가 크랭크 각도의 반대 방향인 반시계 방향으로 360도까지 변화할 때, 제2 오일 홀(OH2)과 연결되는 오일 그루브(OG)의 제1 단부는 베어링 각도가 180도에서 270도 사이인 구간, 즉 크랭크 각도가 90도에서 180도 사이인 제2 구간에 위치하는 것이 바람직하며, 오일 그루브(OG)의 제1 단부의 반대 쪽에 위치하는 제2 단부는 베어링 각도가 300도를 넘지 않는 구간, 즉 크랭크 각도가 0도에서 90도 사이인 제1 구간에 위치하는 것이 바람직하다.

오일 그루브(OG)의 제1 단부와 제2 단부의 위치를 위에서 설명한 범위로 제한하는 이유는, 오일 그루브(OG)의 제1 단부가 베어링 각도가 180도 미만인 구간, 예를 들어 크랭크 각도가 180도 내지 270인 제3 구간에 위치하면 오일 공급 개념이 퇴색되고, 오일 그루브(OG)의 제2 단부가 베어링 각도가 300도를 넘는 구간, 예를 들어 크랭크 각도가 0도 내지 90도인 제1 구간에 위치하면 베어링의 가압부를 너무 침해하게 되고, 이로 인해 최소 유막 두께가 기존의 80% 수준 이하가 되어 마모 신뢰성에 악영향을 주기 때문이다.

오일 그루브(OG)의 제1 단부는 베어링의 하부 지점에 위치할 수 있고, 오일 그루브(OG)는 제2 단부가 제1 단부보다 높게 위치하도록 우향 및 상향으로 형성될 수 있다.

오일 흐름이 원활하게 이루어지도록 하기 위해, 제1 오일 홀(OH1)과 제2 오일 홀(OH2)은 각각 입구보다 출구에서 오일의 원심력이 같거나 크게 형성되어야 한다.

이를 위해, 제1 오일 홀(OH1)의 출구는 제1 오일 홀(OH1)의 입구에 대해 5도 이하의 경사 각도(A1)로 경사지게 형성되는 것이 바람직하고, 제2 오일 홀(OH2)의 출구는 제2 오일 홀(OH2)의 입구에 대해 4도 이하의 경사 각도(A2)로 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 축부(291)의 외주면에는 나선형 유로(297)가 형성되고, 축부(291)의 하단부 내측에는 축방향으로 오일 유로(299)가 형성된다.

나선형 유로(297)와 오일 유로(299)는 서로 연통하고 있다.

그리고 상기 축부(291)의 하단에는 상기 밀폐용기(10)의 저부에 저장된 오일을 상기 오일유로(299)로 퍼올리는 오일 피더(143)가 구비된다.

따라서, 상기 오일 피더(143)에 의해 상기 오일 유로(299)로 퍼올려진 오일은, 상기 축부(291)의 회전에 의해 오일 유로(299), 나선형 유로(297), 제1 오일 홀(OH1), 제2 오일 홀(OH2), 오일 그루브(OG)를 통해 베어링에 공급된다.

구체적으로 설명하지는 않았지만, 오일 피더(143)에 의해 오일 유로(299)로 퍼올려진 오일은 윤활이 필요한 기타의 다른 부분에도 공급될 수 있다.

이러한 구성의 크랭크축(290)에 따르면, 오일 그루브(OG)는 가스 부하가 심화되는 구간에 진입하기 직전, 예를 들면, 크랭크 각도가 270도가 되기 바로 직전의 행정 구간에서 베어링에 오일을 공급한다.

따라서, 크랭크축(290)의 핀부(295)와 커넥팅 로드(230)의 핀 연결부(231)에 의해 형성되는 베어링의 가압부에는 높은 부하를 받는 행정 구간에 진입하기 직전에 오일이 공급되므로, 베어링의 가압부가 부하 심화 구간을 만나기 전까지의 베어링 끝단으로의 오일 유출이 최소화되고, 베어링 면에 오일이 충분히 젖어 있는 상황에서 베어링의 가압부가 가스 부하 심화 구간을 지나게 된다.

이에 따라, 높은 부하를 받는 행정 구간에서 오일에 의한 윤활 작용이 원활하게 이루어질 수 있고, 오일 그루브(OG)가 베어링의 상하로 열려 있는 구조를 채용하고 있다고 하더라도 오일 부족 상황을 개선할 수 있으며, 베어링의 마모 신뢰성을 개선할 수 있다.

그리고 도 9를 참조하면, 본 명세서의 제1 실시 예에 따른 크랭크축(290)은 저속 운전 시 전반적인 유막 두께가 종래 구조의 크랭크축에 비해 개선되는 것을 알 수 있고, 고속 운전 시에도 종래 구조의 최소 유막 두께(대략 0.9㎛) 이상은 확보가 가능한 것을 알 수 있다.

이하, 도 10 내지 도 12를 참조하여 본 명세서의 제2 실시 예에 따른 크랭크축의 오일 공급 구조에 대해 설명한다.

이하의 실시 예를 설명함에 있어서, 전술한 제1 실시 예에 따른 크랭크축의 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 10은 본 명세서의 제2 실시 예에 따른 크랭크축의 오일 공급 구조를 나타내는 도면이고, 도 11은 도 10의 크랭크축에 있어서, 크랭크 각도가 180도일 때의 크랭크 핀부를 나타내는 도면이며, 도 12는 도 10의 크랭크축에 있어서, 크랭크 각도가 0도일 때의 크랭크 핀부를 나타내는 도면이다.

전술한 제1 실시 예에 따른 크랭크축(290)의 경우, 오일 그루브(OG)가 종래 구조의 크랭크축과는 반대 방향에 형성되기 때문에, 제1 오일 홀(OH1)과 오일 그루브(OG)를 연결하는 제2 오일 홀(OH2)도 종래 구조의 크랭크축과는 반대 방향으로 연장되어 형성된다.

따라서, 전술한 제1 실시 예에 따른 크랭크축(290)과 달리, 제1 오일 홀(OH1)과 제2 오일 홀(OH2)을 종래 구조의 크랭크축의 오일 공급 구조와 동일하게 형성하면, 오일 공급 구조의 설계 자유도를 향상시킬 수도 있다.

이에 대해 설명하면, 본 실시 예에 따른 크랭크축(290-A)에 있어서, 크랭크 각도가 0도인 상태에서 피스톤 측에서 핀부(295-A)를 바라볼 때, 제2 오일 홀(OH2-A)은 오일 그루브(OG)의 반대 쪽인 핀부(295-A)의 우측 내부에 형성된다.

그리고 핀부(295-A)의 외면에는 제2 오일 홀(OH2-A)의 단부와 오일 그루브(OG)를 연결하기 위한 연결 그루브(CG)가 더 형성된다.

본 실시 예의 크랭크축(290-A)에 있어서, 연결 그루브(CG)와 연결되는 오일 그루브(OG)의 제1 단부는 베어링 각도가 180도에서 270도 사이인 상기 제2 구간에 위치하는 것이 바람직하며, 오일 그루브(OG)의 제1 단부의 반대 쪽에 위치하는 제2 단부는 베어링 각도가 300도를 넘지 않는 상기 제1 구간에 위치하는 것이 바람직하다.

그리고 오일 그루브(OG)의 제1 단부는 베어링의 하부 지점에 위치하며, 오일 그루브(OG)는 제2 단부가 제1 단부보다 높게 위치하도록 우향 및 상향으로 형성될 수 있다.

이하, 도 13 내지 도 15를 참조하여 본 명세서의 제3 실시 예에 따른 크랭크축의 오일 공급 구조에 대해 설명한다.

도 13은 본 명세서의 제3 실시 예에 따른 크랭크축의 오일 공급 구조를 나타내는 도면이고, 도 14는 도 13의 크랭크축에 있어서, 크랭크 각도가 180도일 때의 크랭크 핀부를 나타내는 도면이며, 도 15는 도 13의 크랭크축에 있어서, 크랭크 각도가 0도일 때의 크랭크 핀부를 나타내는 도면이다.

본 실시 예의 경우, 크랭크축(290-B)의 핀부(295-B)의 외면에 형성된 오일 그루브(OG-B)의 제1 단부는 베어링의 상부 지점에 위치하고, 오일 그루브(OG-B)는 제2 단부가 제1 단부보다 낮게 위치하도록 우향 및 하향으로 형성된다.

그리고 제2 오일 홀(OH2-A)과 오일 그루브(OG-B)를 연결하는 연결 그루브(CG-B)는 오일 그루브(OG-B)의 제1 단부를 향해 상측으로 경사지게 형성된 후 오일 그루브(OG-B)의 제1 단부와 동일한 높이에서 평행하게 연장되어 오일 그루브(OG-B)의 제1 단부와 연결된다.

본 실시 예의 크랭크축(290-B)에 있어서, 연결 그루브(CG-B)와 연결되는 오일 그루브(OG-B)의 제1 단부는 베어링 각도가 180도에서 270도 사이인 상기 제2 구간에 위치하는 것이 바람직하며, 오일 그루브(OG-B)의 제1 단부의 반대 쪽에 위치하는 제2 단부는 베어링 각도가 300도를 넘지 않는 상기 제1 구간에 위치하는 것이 바람직하다.

이러한 오일 공급 구조를 갖는 크랭크축(290-B)은 오일 그루브(OG-B)까지 오일을 보내는 과정에서 중력 방향으로의 누유를 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.

이하, 도 16 내지 도 18을 참조하여 본 명세서의 제4 실시 예에 따른 크랭크축의 오일 공급 구조에 대해 설명한다.

도 16은 본 명세서의 제4 실시 예에 따른 크랭크축의 오일 공급 구조를 나타내는 도면이고, 도 17은 도 16의 크랭크축에 있어서, 크랭크 각도가 180도일 때의 크랭크 핀부를 나타내는 도면이며, 도 18은 도 16의 크랭크축에 있어서, 크랭크 각도가 0도일 때의 크랭크 핀부를 나타내는 도면이다.

본 실시 예의 경우, 크랭크축(290-C)의 핀부(295-C)의 외면에 형성되는 오일 그루브(OG-C)의 제1 단부는 베어링의 중간 높이 지점에 위치하고, 연결 그루브(CG-C)에는 2개의 오일 그루브(OG-C)의 제1 단부가 각각 연결된다.

그리고 제2 오일 홀(OH2-A)과 오일 그루브(OG-C)를 연결하는 연결 그루브(CG-C)는 오일 그루브(OG-C)의 제1 단부를 향해 상측으로 경사지게 형성된 후 오일 그루브(OG-C)의 제1 단부와 동일한 높이에서 평행하게 연장되어 오일 그루브(OG-C)의 제1 단부와 연결된다.

그리고 2개의 오일 그루브(OG-C) 중 어느 하나는 우향 및 상향으로 형성되고, 2개의 오일 그루부 중 다른 하나는 우향 및 하향으로 형성된다.

본 실시 예의 크랭크축(290-C)에 있어서, 연결 그루브(CG-C)와 연결되는 오일 그루브(OG-C)의 제1 단부는 베어링 각도가 180도에서 270도 사이인 상기 제2 구간에 위치하는 것이 바람직하며, 오일 그루브(OG-C)의 제1 단부의 반대 쪽에 위치하는 제2 단부는 베어링 각도가 300도를 넘지 않는 상기 제1 구간에 위치하는 것이 바람직하다.

이러한 오일 공급 구조를 갖는 크랭크축(290-C)은 오일 그루브(OG-C)까지 오일을 보내는 과정에서 중력 방향으로의 누유를 줄일 수 있으며, 오일 그루브(OG-C)의 폭을 최소화 하여 오일 그루브(OG-C)의 가압부 간섭을 최대한 줄일 수 있는 효과를 갖는다.

본 명세서는 본 명세서의 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 상술한 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 명세서의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 명세서의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 명세서의 범위에 포함된다.

290: 크랭크축 291: 축부
293: 편심 질량부 295: 핀부
OG: 오일 그루브

Claims (16)

1. 밀폐된 공간이 형성된 밀폐용기;
   상기 밀폐용기의 내부에 설치되어 회전력을 발생시키는 전동부; 및
   상기 전동부의 상측에 설치되어 전동부의 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부
   를 포함하고,
   상기 압축부는,
   회전자에 결합되고 실린더 블록에 삽입되는 축부와, 상기 축부의 상단에 부채꼴 또는 편심진 원형 플랜지형상으로 편심지게 형성되어 판형 연장부를 이루는 편심 질량부와, 상기 편심 질량부의 상면에서 상기 축부에 대해 편심지게 형성되어 상기 축부를 중심으로 편심 회전하는 핀부를 구비하는 크랭크축;
   상기 핀부에 회전 가능하게 결합되어 회전운동을 직선운동으로 전환하는 커넥팅 로드; 및
   상기 커넥팅 로드에 회전 가능하게 결합되어 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 피스톤
   을 포함하며,
   상기 크랭크축은, 상기 축부와 상기 핀부를 관통하는 제1 오일 홀과, 상기 제1 오일 홀에 연결되며 상기 핀부의 외면을 향해 형성되는 제2 오일 홀과, 상기 핀부의 외면에 형성되며 상기 제2 오일 홀과 연결되는 오일 그루브를 포함하고,
   상기 오일 그루브는 가스 부하가 심화되는 구간에 진입하기 직전에 상기 핀부와 상기 커넥팅 로드에 의해 형성된 베어링의 가압부에 오일을 공급하는 왕복동식 압축기.
2. 제1항에서,
   상기 핀부는, 상기 피스톤이 상사점에 위치한 크랭크 각도가 0도인 상태에서 크랭크 각도가 90도가 될 때까지 시계 방향으로 회전하는 제1 구간과, 크랭크 각도가 90도인 상태에서 크랭크 각도가 180도가 될 때까지 시계 방향으로 회전하는 제2 구간과, 크랭크 각도가 180도인 상태에서 크랭크 각도가 270도가 될 때까지 시계 방향으로 회전하는 제3 구간과, 크랭크 각도가 270도인 상태에서 크랭크 각도가 0도가 될 때까지 시계 방향으로 회전하는 제4 구간을 순차적으로 거치면서 상기 축부를 중심으로 시계 방향으로 편심 회전되는 왕복동식 압축기.
3. 제2항에서,
   상기 가스 부하가 심화되는 구간은 제4 구간인 왕복동식 압축기.
4. 제3항에서,
   상기 오일 그루브는 상기 크랭크 각도가 270도가 되기 바로 직전의 상기 제3 구간에서 상기 베어링에 오일을 공급하는 왕복동식 압축기.
5. 제4항에서,
   상기 크랭크 각도가 0도인 상태에서 상기 피스톤 측에서 상기 핀부를 바라볼 때, 상기 오일 그루브는 상기 핀부의 좌측 외면에 형성되는 왕복동식 압축기.
6. 제5항에서,
   상기 크랭크 각도가 0도인 상태에서 상기 피스톤 측에서 상기 핀부를 바라볼 때, 상기 제2 오일 홀은 상기 오일 그루브의 반대 쪽인 상기 핀부의 우측 내부에 형성되는 왕복동식 압축기.
7. 제6항에서,
   상기 제2 오일 홀의 단부와 상기 오일 그루브를 연결하며, 상기 핀부의 외면에 형성되는 연결 그루브를 더 포함하는 왕복동식 압축기.
8. 제7항에서,
   상기 크랭크 각도가 0도일 때의 베어링 각도가 0도이고, 상기 베어링 각도가 상기 크랭크 각도의 반대 방향인 반시계 방향으로 360도까지 변화할 때,
   상기 연결 그루브와 연결되는 상기 오일 그루브의 제1 단부는 상기 베어링 각도가 180도에서 270도 사이인 상기 제2 구간에 위치하며, 상기 오일 그루브의 제1 단부의 반대 쪽에 위치하는 제2 단부는 상기 베어링 각도가 300도를 넘지 않는 상기 제1 구간에 위치하는 왕복동식 압축기.
9. 제8항에서,
   상기 오일 그루브의 제1 단부는 베어링의 하부 지점에 위치하는 왕복동식 압축기.
10. 제9항에서,
    상기 오일 그루브는 상기 제2 단부가 상기 제1 단부보다 높게 위치하도록 우향 및 상향으로 형성되는 왕복동식 압축기.
11. 제8항에서,
    상기 오일 그루브의 제1 단부는 베어링의 상부 지점에 위치하는 왕복동식 압축기.
12. 제11항에서,
    상기 오일 그루브는 상기 제2 단부가 상기 제1 단부보다 낮게 위치하도록 우향 및 하향으로 형성되는 왕복동식 압축기.
13. 제8항에서,
    상기 오일 그루브의 제1 단부는 베어링의 중간 높이 지점에 위치하는 왕복동식 압축기.
14. 제13항에서,
    상기 연결 그루브에는 2개의 오일 그루브의 제1 단부가 각각 연결되며, 2개의 오일 그루브 중 어느 하나는 우향 및 상향으로 형성되고, 2개의 오일 그루부 중 다른 하나는 우향 및 하향으로 형성되는 왕복동식 압축기.
15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에서,
    상기 제1 오일 홀의 출구는 상기 제1 오일 홀의 입구에 대해 5도 이하의 경사 각도로 경사지게 형성되는 왕복동식 압축기.
16. 제15항에서,
    상기 제2 오일 홀의 출구는 상기 제2 오일 홀의 입구에 대해 4도 이하의 경사 각도로 경사지게 형성되는 왕복동식 압축기.

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