KR970001136B1 - 왕복운동형 압축기 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

왕복운동형 압축기
제1도는 본 발명의 제1실시예의 압축기의 종단면도.
제2도는 상기 제1실시예의 압축기의 횡단면도.
제3도는 상기 제1실시예의 압축기에 관한 회전밸브의 사시도.
제4도는 상기 제1실시예의 압축기에 관한 회전밸브의 시일 기구를 도시하는 단면도.
제5도는 상기 제1실시예의 압축기에 관한 회전밸브와 통로와의 전개도.
제6도는 상기 제1실시예의 압축기에 관한 회전밸브와 통로와의 전개도.
제7도는 상기 제1실시예의 압축기에 관한 회전밸브와 통로와의 전개도.
제8도는 본 발명의 제2실시예의 압축기에 관한 회전밸브의 시일 기구를 도시하는 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 실린더 블록 1a : 중심축구멍
1A~1F : 보어 3 : 밸브판
4 : 후방 하우징 5 : 크랭크실
6 : 구동축 9 : 사판
15 : 피스톤 17 : 흡입실
18 : 토출실 2A~2F : 통로
22 : 회전밸브 25 : 흡입통로
26 : 시일홈 27 : 칩시일
28 : 잔류가스 바이패스홈 28a : 고압홈
28b : 저압홈 28c : 연통홈(連通溝)
[산업상의 이용분야]
본 발명은, 차량 공조용에 이용되는 왕복운동형 압축기의 개량에 관한 것이다.
[종래기술]
종래, 예컨대 일본 특개소 59-145378호 공보 기재의 사판식 압축기와 같이, 실린더 블록에 구동축과 구동축과 평행하게 형성된 복수의 보어내에서 각 피스톤이 왕복운동함으로써 냉매가스의 압축을 행하는 압축기가 공지되어 있다. 상기 압축기에서는 실린더 블록의 중심축구멍내에 구동축이 끼어넣어져서 지지되고, 각 피스톤은 상기 구동축과 함께 운동하는 크랭크실내의 사판에 연계되어서 각 보어내를 직선 운동한다. 실린더 블록의 단면에는 밸브판을 거쳐서 하우징이 접합되고, 상기 하우징에는 보어내에 냉매가스를 공급하는 흡입실과, 보어내에서 피스톤에 의해서 압축되는 냉매가스가 도출되는 토출실이 형성되어 있다. 그리고 흡입실로부터 보어내로의 냉매가스의 흡입은 피스톤의 하사점 위치로의 이동에 의해서 밸브판에 형성된 흡입포트와, 상기 흡입포트의 보어측에 설치되어 보어내의 압력에 따라서 흡입포트를 개방하는 흡입밸브를 거쳐서 행하여진다. 또한, 보어내로부터 토출실로의 냉매가스의 토출은 피스톤의 상사점 위치로의 이동에 의해서 밸브판에 형성된 토출포트와, 상기 토출포트의 토출실측에 설치되어서 보어내의 압력에 따라서 토출포트를 개방하는 토출밸브를 거쳐서 행해진다.
[발명이 해결하고자 하는 과제]
그러나, 종래의 압축기에서는 흡입밸브가 밸브 개방 상태를 유지하는 방향으로 작용하는 자체의 탄성력에 저항하여 밸브가 열리도록 구성되어 있기 때문에 압력손실이 크다. 또한 종래의 압축기에서는 토출종료 직후의 보어내, 즉 상사점 위치에 도달한 피스톤과 밸브판과의 약간의 간극이나 밸브판의 토출포트내에 고압의 냉매가스가 잔류한다. 상기 잔류가스는 피스톤의 하사점 위치로의 이동에 따라 재팽창하여 보어내에 잔류한다. 상기 잔류가스의 존재에 의해 새롭게 흡입된 냉매가스량은 감소된다. 이러한 압축손실과 보어내로의 흡입량의 감소는 체적 효율의 악화에 연류되어 버린다.
따라서, 본 출원인은 일본 특허출원 평성 3-229166호로 있어서 체적 효율이 뛰어난 왕복운동형 압축기를 제안하였다. 상기 압축기는 각 보어와 중심축구멍을 방사형상으로 연결하는 통로가 형성되고, 구동축에는 회전밸브가 동기 회전 가능하게 결합되어 있다. 회전밸브에는, 흡입 행정에 있는 각 보어의 통로와 흡입실을 순차적으로 연통(連通)하는 흡입통로가 형성됨과 동시에, 토출종료시의 보어 및 저압측의 보어와 각각 통로를 거쳐서 연통되는 잔류가스 바이패스 구멍이 형성되어 있다.
또한, 본 출원인은 일본국 특허출원 평성 4-33645호에서, 체적 효율이 뛰어난 압축기를 제안하였다. 상기 압축기는 잔류가스 바이패스 구멍 대신에 누설가스 바이패스홈을 회전밸브에 형성한 것이다. 즉, 회전 누설가스 바이패스홈은 회전밸브의 외주면에 있어서 압축. 토출 행정에 있는 각 보어의 통로와 대향되는 시일부위에 있어서, 양단면측에 원주 방향으로 연장되는 회수홈과, 각 회수홈과 연통됨과 동시에 저압측의 보어와 통로를 거쳐서 연통되는 저압측 홈으로 형성된다.
상기 제안된 압축기에서는, 구동축과 동기해서 회전밸브가 회전함으로써, 흡입실의 냉매가스는 순차적으로 각 보어내에 흡입되고, 각 보어에서의 냉매가스의 흡입작용이 원활하고 또한 안정되게 계속됨으로써 압력손실이 매우 적게 된다. 또한 구동축과 동기하여 회전밸브가 회전됨으로써, 압출·토출종료시의 보어에서 저압측의 보어로 잔류가스 또는 누설가스가 바이패스되고, 보어의 흡입 행정시에 가스의 재팽창이 적고, 보어내로 흡입실내의 냉매가스가 확실하게 흡입된다. 이렇게 하여, 압축기에서는 충분한 체적 효율을 유지할 수 있다.
그러나, 상기 압축기에서는 압축·토출 행정으로 있는 각 보어의 통로와 대향되는 시일 부위에 압축중의 가스 또는 잔류가스에 의해 고압이 작용하고 있고, 이러한 가스가 잔류가스 바이패스 구멍에 있어서 토출종료시의 보어측의 개구 또는 누설가스 바이패스홈에 대한 회수홈에서 완전히 회수되지 않고 누설되는 경우가 있다.
이렇게 하여 시일 부위에 시일 부위에 누설된 고압가스는 회전밸브의 양단면측에서 크랭크실 또는 중심축구멍과 연결되는 흡입실로 이동하고, 또한 누설된 장소에서 흡입통로까지의 시일폭이 짧기 때문에 흡입통로에서도 단락된다. 이 때문에, 동력 효율의 저하를 초래함과 함께 이미 고온의 가스를 재압축해서 다시 고온화 함으로써 토출 온도의 상승을 일으켜 공조장치의 성능 저하 등을 초래한다.
본 발명은 충분한 체적 효율을 유지함과 함께 충분한 효율을 확보하고, 또한 토출 온도의 상승을 억제하는 것을 해결해야 할 과제로 한다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명의 왕복운동형 압축기는, 상기 과제를 해결하기 위하여 축중심 주위에 복수의 보어를 갖는 실린더 블록과, 상기 실린더 블록의 축구멍내에 끼워넣어져 받쳐진 구동축과, 상기 구동축과 함께 운동하는 크랭크실내의 사판에 연계되어 상기 보어내를 직선 운동하는 피스톤을 구비한 왕복운동형 압축기에 있어서, 상기 각 보어와 축구멍과의 사이에는 통로가 형성되고, 상기 구동축에는 흡입 행정에 있는 각 보어의 통로와 흡입실을 차례로 연결하는 흡입통로를 갖는 회전밸브를 동기 회전 가능하게 결합하고, 또한 상기 회전밸브에는 양단면 근처의 외주면에 시일 기구를 설치하는 새로운 구성을 채용하고 있다.
시일 기구로서는 시일홈에 끼워넣어지는 펜타(penta) 시일, D링, 3각 링, T링, X링, 하트형 링 등의 스퀴즈 패킹(squeeze packing), 칩(chip) 시일을 채용할 수가 있다. 또한 래버린스 홈을 새겨 만듦으로써 래버린스 시일을 채용할 수도 있다.
본 발명의 왕복운동형 압축기에 있어서, 회전밸브의 외주면에는 흡입통로의 개구 주위에서 토출종료시의 보어와 통로를 거쳐서 연결하는 선행각도측의 고압측 홈과, 저압측의 보어와 통로를 거쳐서 연결하는 후행각도측의 저압측 홈과, 상기 고압측 홈 및 상기 저압측 홈을 연결하는 연결홈으로 형성되고, 토출종료시 보어에서 저압측의 보어로 잔류가스를 바이패스하는 잔류가스 바이패스홈을 형성하는 것이 바람직하다.
[작용]
본 발명의 왕복운동형 압축기에서는, 구동축과 동기하여 회전밸브가 회전함으로써 흡입실의 냉매가스가 회전밸브의 흡입통로, 흡입 행정에 있는 각 보어의 통로를 거쳐서 순차적으로 각 보어내에 흡입되고, 각 보어에서는 냉매가스의 흡입 작용이 원활하고 또한 안정되게 계속되므로 압력손실이 매우 작게 된다.
이때, 압축·토출 행정에 있는 각 보어의 통로와 대향되는 시일 부위에 압축중의 가스 또는 잔류가스에 의해 고압이 작용하여, 이들의 가스가 시일 부위에 누설되었다 하더라도, 상기 누설된 고압가스는 회전밸브의 양단면 근처의 외주면에 설치된 시일기구에 의해 크랭크실 및 흡입실로 이동하지 않는다.
또한 본 발명의 왕복운동형 압축기에 있어서, 회전밸브의 외주면에 있어서,흡입통로의 개구 주위에 잔류가스 바이패스홈을 형성한 경우에는 구동축과 동기해서 회전밸브가 회전함으로써, 토출종료시의 보어내의 잔류가스가 고압측 홈에 의해 회수되어 연결홈을 거쳐서 저압측 홈으로 이송되고, 저압측의 보어로 바이패스된다. 이렇게 하여 보어의 흡입 행정시에 잔류가스의 재팽창이 적고, 보어내로 흡입실내의 냉매가스가 확실히 흡입된다.
이때, 압축·토출 행정에 있는 각 보어의 통로와 대향되는 시일 부위에 압축중의 가스 또는 잔류가스에 의해 고압이 작용하여 이들의 가스가 시일 부위에 누설되었다 하더라도, 상기 누설된 고압가스는 흡입통로로 이동하기 전에 고압측 홈 또는 연통홈을 거치게 되어 고압측 홈 또는 연결홈에서 회수되어서 저압측 홈에 의해 저압측의 보어로 확실하게 바이패스된다.
(실시예)
이하, 본 발명을 구체화한 제1 및 제2실시예를 도면에 따라서 설명한다.
(제1실시예)
제1도 및 제2도에서, 도면 부호 1은 축방향으로 관통되는 중심축구멍(1a) 및 6개의 보어(1A~1F)를 갖는 실린더 블록이며, 상기 실린더 블록(1)의 일단면에는 전방 하우징(2)이 접합되며, 타단면에는 링형상의 밸브판(3)을 거쳐서 후방 하우징(4)이 접합되어 있다. 전방 하우징(2)내의 크랭크실(5)에는 구동축(6)이 전방 하우징(2) 및 실린더 블록(1)의 중심축구멍(1a)에 끼워넣어지며 회전가능하게 지지되어 있다. 상기 구동축(6) 위에는 로터(7)가 고착되며, 상기 로터(7)의 후면측으로 연장되어 돌출된 지지아암(8)의 선단부에 긴구멍(8a)이 관통 설치되어 있다. 상기 긴구멍(8a)에는 핀 (8b)이 미끄럼 가능하게 끼워넣어져 있으며, 상기 핀(8b)에는 사판(9)이 경사운동 가능하게 연결되어 있다.
로터(7)의 후단에 인접하여 구동축(6) 위에는 슬리브(10)가 유동적으로 끼워넣어져 있으며, 코일 스프링(11)에 의해 항상 로터(7)측으로 가압됨과 동시에, 슬리브(10)의 좌우 양측으로 돌출 설치된 피봇축(10a),(한쪽만 도시)이 사판(9)의 도시하지 않은 결합 구멍에 끼워맞추어져 있고, 사판(9)은 피봇축(10a)의 주위로 요동할 수 있게 지지되어 있다.
사판(9)의 후면측에는 요동판(12)이 스러스트 베어링을 거쳐서 지지되며, 요동판(12)은 도시하지 않은 노치에 의해서 자전이 구속되어 있다. 또한 요동판(12)의 바깥 테두리는 등간격으로 6개의 커넥팅 로드(14)가 걸리며, 각 커넥팅 로드(14)는 보어(1A~1F)내의 피스톤(15)과 계류되어 있다. 따라서, 구동축(4)의 회전운동이 로터(7) 및 사판(9)의 개입에 의해 요동판(12)의 전후 요동으로 변환되며, 각 피스톤(15)이 보어(1A~1F)내를 왕복운동하는 동시에 크랭크실(5)내의 압력과 흡입압력과의 차압에 따라서 피스톤(15)의 행정 및 요동판(12)의 경사각이 변화하게 구성되어 있다. 또한 크랭크실(5)내의 압력은 후방 하우징(4)에 내장된 도시하지 않은 제어밸브에 의해서 냉방부하에 의거해서 제어된다.
후방 하우징(4)에는 중앙에서 후방측 단면에 개방되는 동시에 실린더 블록(1)의 중심축구멍(1a)과 연결하는 흡입실(7)이 설치되어 있으며, 흡입실(17)의 바깥쪽 방향에는 토출실(18)이 형성되어 있다. 밸브판(3)에는 각 보어(1A~1F)의 헤드와 연결되는 토출포트(3a)가 설치되며 각 토출포트(3a)의 토출실(18)측에는 토출밸브(20)를 거쳐서 리테이너(21)가 끼워져 있다.
또한 실린더 블록(1)에는 제2도에도 도시된 바와 같이, 각 보어(1A 내지 1F)와 중심축구멍(1a)과의 사이에 방사형으로 통로(2A 내지 2F)가 형성되어 있다. 또한, 중심축구멍(1a)내로 연장되어 돌출된 구동축(6)의 선단에는, 중심축구멍(1a)과 맞추어진 원추형의 회전밸브(22)가 장착되어 있고, 회전밸브(22)의 후방측은 스러스트 베어링을 거쳐서 흡입실(17)의 내벽에 지지되어 있다.
회전밸브(22)에는 제3도에 도시하는 바와 같이 측의 축심 중앙에서 축방향으로 연장되고, 외주면에 있어서 소정의 각도로 개방된 흡입통로(25)가 형성되어 있다. 또한 제4도에 도시된 바와 같이, 회전밸브(22)의 양단면 근처의 외주면에는, 시일 기구로서 PTFE제의 칩시일(27)이 끼워넣어진 시일홈(26)이 새겨져 설치되어 있다. 또한, 회전밸브(22)의 외주면에는, 제3도에 도시되는 바와 같이 흡입통로(25)의 개구 주위에 잔류가스 바이패스홈(28)이 형성되어 있다. 상기 잔류가스 바이패스홈(28)은 제5도 및 제7도에 도시되는 바와 같이, 선행각도측의 고압측 홈(28a)과, 후행각도측의 저압측 홈(28b)과, 고압측 홈(28a) 및 저압측 홈(28b)을 연결하는 연결홈(28c)으로 형성된다. 이상과 같이 구성된 압축기는, 차량 공조용 냉동장치로서 그 회로중에 설치되어 사용된다.
이 압축기가 운전되어서 제1도에 도시된 구동축(6)이 회전하면, 사판(9)은 구동축(6)과 함께 회전을 하면서 요동하고, 요동판(12)은 사판(9)에 대해서 회전이 규제된 상태로 요동 운동만을 행하며, 이에 의해 피스톤(15)이 보어(1A 내지 1F) 내를 왕복운동한다. 그래서, 보어(1A 내지 1F)내에서 피스톤(15)이 상사점에서 하사점으로 향해서 이동을 개시하면, 보어(1A 내지 1F)는 흡입 행정으로 들어간다. 또한 보어(1A 내지 1F)내에서 피스톤(15)이 하사점에서 상사점으로 향해서 이동을 개시하면 보어(1A 내지 1F)는 압축·토출 행정으로 들어간다.
여기에서 구동축(6)과 동기해서 회전밸브(22)가 제2도에 도시하는 방향으로 회전함으로써, 예를 들자면 제5도에 도시되는 단계로 되면(제5도 내지 제7에서는, 회전밸브(22) 및 중심축구멍(1a)의 전개도를 도시하고, 또한 회전밸브(22)의 회전에 따라 중심축구멍(1a)에 개방된 통로(2A 내지 2F)가 도시하는 방향으로 이동하는 상태를 표시한다.) 흡입 행정에 있는 보어(1B 내지 1D)는 그들의 통로(2B 내지 2D)가 흡입통로(25)와 연결되어 통과하며, 흡입실(17)의 냉매가스가 흡입통로(25)와 통로(2B 내지 2D)를 거쳐서 순차적으로 각 보어(1B 내지 1D)내로 흡입된다. 한편, 압축 행정에 있는 보어(1E,1F)는 그들의 통로(2E,2F)가 흡입통로(25)와는 연통되지 않고, 회전밸브(22)의 시일 부위에 의해 폐쇄되어 있다. 이때 보어(1E,1F)내는 아직 토출실(18)내의 압력보다 낮고, 토출밸브(20)는 닫혀져 있다. 또한 토출 행정에 있는 보어(1A)도 그 통로(2A)가 흡입통로(25)와는 연통되지 않고, 회전밸브(22)의 시일 부위에 의해 폐쇄되어 있다. 그러나, 이때 보어(1A)내는 토출실(18)내의 압력보다 높아져 토출밸브(20)가 열려진다.
그후 회전밸브(22)의 회전에 의해 제6도 및 제7도에 도시하는 단계로 되면,보어(1A)는 토출 행정을 끝내고 흡입 행정으로 이행하고, 또한 보어(1D)가 흡입 행정을 종료하여 압축 행정으로 된다. 이렇게 하여, 피스톤(15)의 왕복운동과 동조 회전하는 회전밸브(22)를 거쳐서 각 보어(1A 내지 1F)는 순차적으로 흡입·압축·토출 행정을 반복한다. 이때 흡입 행정에 있는 보어(1A 내지 1F)는 통로(2A 내지 2F), 흡입통로(25)를 거쳐서 흡입실(17)과 연통되고, 냉매가스의 흡입 작용이 원활하고 또한 안정되게 계속되므로 압력 손실이 매우 적게 된다.
또한, 예를 들자면 제6도에 도시한 단계로 되면, 토출종료시의 보어(1A)의 통로(2A)는 고압측 홈(28a)과 연통을 끝내고, 보어(1A)내의 잔류가스는 고압측 홈(28a)에 의해 회수되며, 연결홈(28c)을 거쳐서 저압측 홈(28b)으로 이송되고 통로(2D)를 거쳐서 흡입종료후의 저압의 보어(1D)로 바이패스된다.
그후 회전밸브(22)의 회전에 의해 제7도 및 제5도에 도시하는 단계로 되면,보어(1A)의 통로(2A)는 고압측 홈(28a)과 연통을 끝내고, 보어(1A)는 흡입 행정으로 이행되고, 또한 보어(1D)는 흡입 행정을 종료해서 압축 행정으로 된다. 이렇게 하여, 보어(1A 내지 1F)는 흡입 행정시에 잔류가스는 재팽창이 적고, 보어(1A 내지 1F)내로 흡입실(17)내의 냉매가스가 확실하게 흡입된다. 따라서 이 압축기에서는 충분한 체적 효율이 유지된다.
이때, 예를 들자면 제5도의 단계에서는, 압축·토출 행정에 있는 각 보어(1E,1F,1A)의 통로(2E,2F,2A)와 대향되는 시일 부위에 압축중인 가스 또는 잔류가스에 의해 고압이 작용하여, 이들의 가스가 시일 부위에 누설되는 경우가 있다.
상기 누설된 고압가스는 제4도에 도시된 바와 같이, 칩시일(27)과 시일홈(26)과의 간극에 침입하여 칩시일(27)의 내주면을 가압한다. 상기 가압 작용에 의해, 칩시일(27)은 직경이 확대되고 그 외주면은 중심축구멍(1a)에 접촉된다. 이로 인하여 고압가스의 크랭크실(5) 및 흡입실(17)측으로의 이동이 저지된다.
또한, 누설된 고압가스는 제5도에 도시하는 바와 같이, 흡입통로(25)로 이동하기 전에 고압측 홈(28a) 또는 연결홈(28c)을 거치게 되어, 고압측 홈(28a) 또는 연결홈(28c)에서 회수하며, 회전밸브(22)의 회전에 의해 저압측 홈(28b)과 연결되는 보어(1D)로 확실히 바이패스된다. 따라서, 이 압축기에서는 충분한 동력 효율을 확보하고, 이미 고온의 가스를 재압축하여 다시 고온화 하는 일이 거의 없기 때문에 토출 온도의 상승을 억제할 수가 있다.
(제2실시예)
이 압축기는 제8도에 도시하는 바와 같이, 시일 기구로서 2조의 래버린스 홈(29)을 새겨 설치한 래버린스 시일을 채용하고 있다. 다른 구성은 제1실시예의 압축기와 동일하기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
누설된 고압가스는 회전밸브(22)에 설치된 래버린스 홈(29)에 의해 팽창·수축되는 사이에 압력이 저하된다. 이로 인하여 고압가스의 크랭크실(5) 및 흡입실(17)측으로의 이동이 저지된다.
따라서, 이 압축기에 있어서도 제1실시예의 것과 같은 효과를 가질 수가 있다.
또한 상술한 제1 및 제2실시예는, 한쪽에 피스톤 헤드를 갖는 단두형 피스톤을 사용해서 구성된 요동 사판식 압축기를 예로 해서 설명하였으나, 실린더 블록의 중앙부에 사판실(크랭크실)을 갖고, 그 양측에 대향 설치된 보어내를 양두형의 피스톤이 왕복운동하도록 구성된 사판식 압축기에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있는 것은 물론이다.
[발명의 효과]
상술한 바와 같이 본 발명의 왕복운동형 압축기에서는, 특허청구의 범위 기재의 구성을 채용하고 있기 때문에 충분한 체적 효율을 유지함과 함께 충분한 동력 효율을 확보하고, 또한 토출온도의 상승을 억제할 수가 있다.

Claims (2)

  1. 축중심 둘레에 복수의 보어(1A-1F)를 갖는 실린더 블록(1)과, 상기 실린더 블록(1)의 축구멍(1a)내에 끼워넣어져 지지된 구동축(6)과, 상기 구동축(6)과 함께 이동하는 크랭크실(5)내의 사판(9)에 연계되어서 상기 보어(1A-1F)내를 직선운동하는 피스톤(5)을 구비한 왕복운동형 압축기에 있어서, 상기 각각의 보어(1A-1F)와 상기 축구멍(1a)의 사이에는 통로(2A-2F)가 형성되고, 구동축(6)에는 흡입행정에 있는 각 보어(1A-1F)의 통로(2A~2F)와 흡입실(17)을 순차적으로 연결하는 흡입통로(25)를 갖는 회전밸브(22)가 동기회전이 가능하게 결합되고, 상기 회전밸브(22)에는 양단면의 근처의 외주면에 밀봉기구(27,29)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 왕복운동형 압축기.
  2. 제1항에 있어서, 회전밸브(22)의 외주면에는 흡입통로(25)의 개구의 주위에 토출종료시의 보어(1A-1F)와 통로(2A-2F)를 거쳐서 연통하는 고압측 홈(22a)과 저압측의 보어와 통로를 거쳐서 연통하는 저압측 홈(28b)과, 상기 고압측 홈(28a) 및 저압측 홈(28b)을 연통하는 연통홈(28c)으로 형성되고, 토출종료시의 보어(1A-1F)에서 저압측 보어(1A-1F)로 잔류가스를 바이패스시키는 잔류가스 바이패스홈(28)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 왕복운동형 압축기.
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