KR960004245B1 - 밀폐형 모터 압축기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

밀폐형 모터 압축기

제 1 도는 본 발명의 왕복 피스톤 압축기의 1 실시예의 종단면도

제 2 도는 제 1 도에 도시한 압축기의 피스톤의 돌출부 및 배출 포트의 확대 단면도

제 3 도는 a 및 제 3 도 b는 배출 포트 및 피스톤 돌출부의 치수의 결정 근거를 설명하는 단면도

제 4 도는 회전축의 크랭크부의 회전각, 밸브 클리어런스에서의 가스 유속과 압력 손실사이의 관계를 도시한 도면

제 5 도는 종래의 왕복 피스톤 압축기의 종단면도

본 발명은 밀폐형 모터 압축기에 관한 것으로, 특히 냉동 기구등에 사용하는 밀폐형 왕복 피스톤 압축기의 압축 기구를 개선한 밀폐형 왕복 압축기에 관한 것이다.

제 5 도에 따라 종래 밀폐형 모터 압축기를 설명한다.

냉동실, 공기 조화기등에 사용되는 밀폐형 모터 압축기중, 왕복 압축기는 압축 기구(2) 및 전동기(3)을 수납하는 밀폐 용기(1)을 구비한다. 냉동기유(4)는 밀폐 용기의 바닥에 저장되어 있다. 피스톤(6)은 압축 기구(2)의 실린더(7)의 실린더 보어에 슬라이드 가능하게 끼워 맞추어져 있다. 이 피스톤(6)이 전동기(3)의 회전을 전달하는 회전축(5)의 편심부(크랭크 핀)(5a)의 편심 회전에 의해 실린더 보어내에서 왕복 운동하는 것에 의해, 냉매 가스가 흡입, 압축, 배출된다.

또한, 피스톤(6)에 대향한 실린더 헤드(8)의 피스톤에는 배출 포트(11)이 형성되어 있다. 이 배출 포트(11)은 리이드 밸브(9)로 형성된 배출 밸브에 의해 개폐된다.

그러한 종래 밀폐형 모터 압축기의 압축 기구는 피스톤(6)이 상사점에 도달할 때, 피스톤(6)과 실린더 헤드(8) 사이의 탑 클리어런스에 의해 형성된 갭 및 실린더 헤드(8)내의 배출 포트(11)에 의해 어떤 체적의 데드 볼륨이 형성되는 문제가 있다. 이 체적은 약 0.5∼2%의 이론적 변위를 점유하고 압축기의 체적 효율을 저감하는 원인으로 된다. 특히, 배출 포트(11)의 체적은 전체 데드 볼륨의 50%∼60%정도를 점유한다.

상술한 종래 기술에서 발생된 데드 볼륨의 문제를 해소하기 위해 본 발명자는 일본국 특허출원 소화 3-51111(1991년 3월 15일 출원)에서, 피스톤상에 형성되고 실린더 헤드에서 배출 포트와 정합하는 돌출부를 포함하여, 피스톤이 상사점에 도달할 때 데드 볼륨을 저감하는 개선점을 제안하였다. 그러나, 이 구조에 의하면 피스톤(6)이 상사점에 도달할 때, 실린더 헤드의 배출 포트(11)과 피스톤의 돌출부사이의 가스 통로를 거쳐 흐르는 가스의 속도는 비정상적으로 증가한다. 또한, 비정상적인 압력 손실이 발생할 가능성도 있다. 이 때문에, 돌출부와 배출 포트(11) 사이에 형성된 가스 통로에 대해 더욱 고려할 필요가 있었다.

본 발명의 목적은 상기 종래 문제를 해소하기 위한 것으로, 피스톤의 헤드상에 마련된 돌출부에 의해 데드 볼륨을 저감하려 할 때 발생되는 압력 손실 증가 및 가스유속 증가 문제를 해소할 수 있고 돌출부를 갖는 피스톤을 유효하게 사용할 수 있는 밀폐형 모터 압축기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하는 첫번째 조건은 배출 포트를 통한 가스 흐름의 속도를 낮추거나 또는 배출 밸브의 밸브 갭을 거쳐 흐르는 가스의 유속을 낮추는 것이다. 두번째 조건은 압력 손실을 최소 레벨로 낮추는 것이다. 이들 조건을 고려하면, 피스톤의 돌출부 및 배출 포트의 구성을 결정할 필요가 있다. 배출 포트 및 피스톤의 돌출부의 구성을 그러한 조건하에서 결정할 때, 각 부분의 치수비는 어떤 값으로 제한된다. 상기 조건은 어떤 값이 외의 비율로는 만족되지 않고 또는 조건이 만족되면, 피스톤 돌출부와 배출 포트상이의 갭은 배출 포트의 체적이 유효하게 저감되지 않도록 커진다. 그 결과, 돌출부를 갖는 피스톤 본래의 목적이 달성되지 않는다.

본 발명에 따르면, 실린더, 실린더내에서 왕복으로 움직일 수 있는 피스톤 및 피스톤의 헤드에 대향 관계로 배치된 배출 포트가 형성된 실린더 헤드를 구비히고, 밀폐 용기내에 수납되고 전동기에 의해 구동되어 냉매 가스를 압축하는 압축 기구를 구비하는 형태의 밀폐형 왕복 피스톤 압축기에 있어서, 피스톤에는 피스톤 헤드에 형성되고 피스톤이 적어도 그의 상사점에 인접한 위치에 있을 때 배출 포트에 삽입될 수 있는 거의 원추형 돌출부를 마련하고, 배출 포트의 깊이(T)를 돌출부의 높이(h)와 거의 동일한 치수로 하고, d₁: d₂: d₃: d₄의 비율을 1.3∼1.4 : 1 : 1.5∼1.7 : 1.0∼1.1 이고, h/{(d₁-d₂)/2}〉h/{(d₃-d₄)/2}(여기서, d₁은 돌출부의 큰 지름, d₂는 돌출부의 작은 지름, d₃은 배출 포트의 큰 지름, d₄는 배출 포트의 작은 지름이다.)인 것으로 한다.

피스톤 돌출부와 배출 포트의 치수비가 상기와 같이 결정되므로, 배출 포트에서의 가스 유속을 밸브 갭에서의 가스 유속이하로 제한하고 압력 손실을 최소한으로 저감하는 요구가 만족되어 데드 볼륨의 대부분을 효과적으로 제거할 수 있다. 따라서, 돌출부를 갖는 피스톤 본래의 기능이 발휘될 수 있다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 미치 첨부 도면에서 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 하나의 실시예를 제 1 도 내지 제 4 도에 따라 설명한다. 제 1 도 내지 제 3 도에서 제 5 도에서의 부호와 동일한 부호는 동일한 부분을 나타낸다. 따라서, 그의 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에 따른 밀폐형 왕복 피스톤 압축기는 압축 기구(2)의 실린더 헤드(8)에 형성된 배출 포트와 정합하는 위치에 피스톤(6)의 헤드면에 형성된 돌출부(10)을 구비한다. 제 2 도 및 제 3 도에서 명확한 바와 같이, 이 돌출부(10)은 원추대의 형태를 갖는다. 이 돌출부(10)을 수용하는 배출 포트(11)은 헤드(8)에 원추대 형상 스루홀로 형성된다.

제 2 도에 도시한 바와같이, 돌출부(10)은 피스톤(6)의 표면으로부터의 높이 h, 큰 지름 d₁, 작은 지름 d₂를 갖는다. 한편, 배출 포트(11)은 헤드(8)에 의해 정해진 깊이 T, 큰 지름 d₃, 작은 지름 d₄를 갖는다. 돌출부(10)의 높이 h는 배출 포트(11)의 깊이 T와 같거나 약간 적다.

제 3 도는 피스톤(6)이 압축 스트로크에서 그의 상사점에 도달하고 돌출부(10)이 배출 포트(11)의 체적을 점유하는 상태를 도시한 것이다. 압축 스토로크의 상태에서, 배출 밸브(9)는 피스톤(6), 실린더(7) 및 실린더 헤드(8)에 의해 규정된 압축 공간에서 배출 포트(11)을 거쳐 배출된 가스 압력에 의해 실린더 헤드(8)의 바깥면의 밸브 시이트에서 이미 떠나 있으므로, 밸브 갭이 형성된다.

피스톤(6)의 돌출부(10)이 배출 포트(11)로 움직이기 시작하는 시간에서 피스톤(6)이 그의 상사점에 도달하는 시간까지의 기간동안, 돌출부(10)의 바깥 둘레면과 배출 포트(11)의 안쪽 둘레면 사이에 규정된 환형회 가스 통로(13)의 단면적은 가변된다. 이 변동이 발생하는 방식은 피스톤(6)의 지름 d₁및 d₂와 배출 포트(11)의 지름 d₃및 d₄의 설정에 따라 달라진다. 환형의 가스통로(13)을 거쳐 흐르는 가스의 과속 유속 및 압력 손실을 해소하기 위해, 이 가스 통로(13)의 단면은 압축 공간(12)의 체적이 적어짐에 따라 작아지는 것이 바람직하다.

본 발명자는 배출 포트(11)로의 피스톤(6)의 삽입시작에서 피스톤(6)의 그의 상사점으로의 이동 완료까지의 기간동안 압축 공간(12)의 체적 및 환형의 가스 경로(13)의 단면의 변동을 계산하여 해석하였다.

t가 시간이고, A(t)가 어떤 타이밍 t에서의 가스 통로(13)의 단면인 것으로 한다(제 3 도 b 참조), V(t)는 이 순간의 배출 체적(압축공간(12)의 체적)인 것으로 한다(제 3 도 a 참조). 짧은 시간이 경과한 시점을 t+Δt로 나타낸다. 이 점에서의 가스 통로(13)의 단면은 A(t+Δt)이다. 이 시점에서의 배출 체적은 V(t+ΔT)이다. 이순간에 가스 통로(13)을 거쳐 흐르는 가스의 순간 배출 유속 v는

으로 주어진다.

제 4 도는 이 식에 따른 해석의 결과를 도시한 것이다.

제 4 도의 챠트에서, 횡축은 회전축의 크랭크부(5a)의 회전각을 나타내고, 종축은 가스 배출 속도(배출 포트 가스 유속) 및 압력 손실을 나타낸다. 본 발명이 적용된 경우와 본 발명이 적용되지 않은 경우(제 4 도에서는 다른 예로서 도시함) 사이의 비교를 도시한 것이다.

본 발명의 경우, 배출 포트(11) 및 원추형 피스톤 돌출부(10)의 테이퍼의 경사를 규정하는 식은, h/{(d₁-d₂)/2}h/{(d₃-d₄)/2}이다. 특히, d₁: d₂: d₃: d₄의 치수비를 1.36 : 1.0 : 1.61 : 1.07로 결정할 때, 가스 배출 유속 및 배출 손실은 제 4 도에 도시한 바와 같이 가장 좋은 값을 나타내는 것이 확인되었다. 다른 예에서는 식이 h/{(d₁-d₂)/2}h/{(d₃-d₄)/2}이다. 이 예에서, 비율 d₁: d₂: d₃: d₄= 1.15 : 1.0 : 1.21 : 1.06일 때, 제 4 도에 도시한 바와 같이, 가스 통로(13)을 거쳐 흐르는 배출 가스의 유속을 밸브 갭을 거쳐 흐르는 가스의 유속이하로 제한하는 조건이 만족되지 않았다. 또한, 압력 손실은 본 발명의 10배이상으로 크다. 따라서, 이 치수비는 사용할 수 없는 것이 확인되었다.

제 4 도의 실선이 상술한 실시예에 사용된 d₁: d₂: d₃: d₄= 1.36 : 1.0 : 1.61 : 1.07의 치수비에 따른 압력 손실 및 배출 포트 유속을 나타내지만, 점선 및 사선으로 나타낸 범위가 실제로 바람직하다. d₁: d₂: d₃: d₄= 1.3∼1.4 : 1.0 : 1.5∼1.7 : 1.0∼1.1의 범위내인 것이 바람직하다.

Claims (1)

1. 실린더(7), 상기 실린더내에서 왕복으로 움직일 수 있는 피스톤(6) 및 상기 피스톤의 헤드에 대향 관계로 배치된 배출 포트(11)이 형성된 실린더 헤드(8)을 구비하고, 밀폐 용기(1)내에 수납되고 전동기(3)에 의해 구동되어 냉매 가스를 압축하는 압축 기구(3)를 구비하는 밀폐형 왕복 피스톤 압축기에 있어서, 상기 피스톤에는 피스톤 헤드에 형성되고 상기 피스톤이 적어도 그의 상사점에 인접한 위치에 있을 때, 상기 배출 포트(11)에 삽입되는 원추대 돌출부가 마련되고, 상기 배출 포트의 깊이(T)는 상기 돌출부의 높이(h)와 동일한 치수로 되고, d₁: d₂: d₃: d₄의 비율은 1.3∼1.4 : 1.0 : 1.5∼1.7 : 1.0∼1.1이고 h/{(d₁-d₂)/2}h/{(d₃-d₄)/2}(여기서, d₁은 상기 돌출부(10)의 큰 지름, d₂는 그의 작은 지름, d₃은 상기 배출 포트(11)의 큰 지름, d₄는 그의 작은 지름)인 밀폐형 왕복 피스톤 압축기.