WO2019066288A1 - 왕복동식 압축기 - Google Patents

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WO2019066288A1
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shaft
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axis
rotation
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김승욱
이기연
이종목
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엘지전자 주식회사
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    • F04B39/14—Provisions for readily assembling or disassembling

Definitions

  • the present invention relates to a reciprocating compressor.
  • Compressor is a device that compresses gas to increase pressure.
  • the compressor compresses the gas by a reciprocating type compressor which compresses and discharges the gas sucked into the cylinder by a piston, and a scroll compressor which compresses the gas by relatively rotating the two scrolls.
  • the reciprocating compressor 1 includes a piston 40 reciprocating in the direction of the second axis 92 of the bore of the cylinder 30 to compress the fluid introduced into the bore follow. Since the reciprocating compressor continuously reciprocates the piston in the bore of the cylinder, the shape of the bore and the outer diameter of the piston and the dimensional accuracy greatly affect the efficiency of the compressor.
  • a cylinder head 70 is coupled to the end of the cylinder.
  • a tubular cylinder is formed with a tapped nut hole 31, and a through hole 71 is machined in the corresponding portion of the cylinder head 70.
  • the cylinder head 70 is fixed to the cylinder 30 by fastening the fastening bolt 80 to the nut hole 31 through the through hole 71.
  • the bore of the cylinder causes deformation of the cylinder in the process of fastening the fastening bolt 80 to the nut hole 31.
  • Such deformation in the assembling process is difficult to predict and quantitative control is very difficult. Therefore, even if the bore of the cylinder is precisely machined, there arises a problem that the gap between the bore and the piston is different from the designed value when the bore is deformed in the assembling process.
  • the rotary shaft 50 rotates about the first shaft 91, and the crank pin 51 is eccentric to the first shaft 91 to be provided on the rotary shaft 50,
  • the crank pin 51 pivots about the periphery of the first shaft 91.
  • Both ends of the connecting rod 46 are rotatably coupled to the piston 40 and the crank pin 51 so that the piston reciprocates in the bore of the cylinder as the rotating shaft rotates.
  • the first axis 91 and the second axis 92 are perpendicular to each other.
  • the cylinder 30 and the rotation support portion 25 of the rotation shaft have been manufactured as one component.
  • the cylinder and the rotary support were generally cast.
  • such a structure increases the manufacturing cost and increases the weight of the compressor.
  • the support shaft is lower than the second shaft 92, so that it is difficult to firmly support the rotation shaft.
  • the length of the rotation supporting portion in the vertical direction must be increased. The size of the compressor can not be avoided.
  • the present invention has been conceived in order to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a compressor in which a frame, in which a rotary support portion supporting a rotary shaft and a cylinder are formed as separate components, The purpose is to provide.
  • Another object of the present invention is to provide a compressor capable of preventing deformation of a cylinder bore by allowing the cylinder head to be assembled to a cylinder through a frame that fixes the cylinder without being fixed directly to the cylinder.
  • the present invention provides a rotary machine comprising: a rotary shaft (50) rotating on a first axis (91); A cylinder 30 provided at a position spaced from the first shaft 91 and having a bore extending along a longitudinal direction of a second shaft 92 orthogonal to the first shaft 91; And a frame for supporting the rotary shaft and supporting the cylinder, wherein the frame comprises: a lower rotary support part for supporting the rotary shaft; A lower frame (24) having a cylinder lower support portion (247) for restricting the downward movement of the cylinder by supporting the lower portion of the cylinder; And an upper cylinder supporting portion (24) fixed to the lower frame (24) at an upper portion of the lower frame (24) and restricting upward movement of the cylinder by supporting the upper portion of the cylinder Wherein the lower frame 24 and the upper frame 23 are arranged such that the cylinder 30 does not rotate about an axis parallel to the first axis And restrains the cylinder (30) from rotating about an axis
  • a lower locking protrusion 344 protruding downward from the outer circumferential portion of the cylinder is provided at the lower side of the outer diameter portion of the cylinder 30 and a lower locking protrusion 344 is provided at an end of the cylinder lower retaining portion 247 farther from the lower rotation supporting portion 245
  • a locking groove 243 in which the lower locking protrusion 344 is fitted is provided to restrict the rotation of the cylinder 30 about the second axis and to restrict the rotation of the cylinder 30 in the direction Thereby restricting the movement of the cylinder relative to the cylinder.
  • the lower rotation support portion 245 is provided with a fastening protrusion 35 protruding downward from the outer circumferential portion of the cylinder at a lower side of the outer diameter portion of the cylinder 30,
  • the second shaft is provided with a coupling groove 244 so that the rotation of the cylinder 30 about the second shaft is restrained as the coupling projection is fastened to the coupling groove 244, Thereby restricting the movement in the longitudinal direction.
  • An upper locking protrusion 343 protruding upward from the outer circumferential portion of the cylinder is provided on the upper side of the outer circumference of the cylinder 30 and an upper locking protrusion 343 protruding upward from the end of the cylinder upper supporting portion 237 farther from the first axis 91 Is provided with a locking groove 233 into which the upper locking projection 343 is fitted so as to restrain rotation of the cylinder 30 about the second axis and to lock the rotation of the cylinder 30 about the second axis Thereby restricting the movement of the cylinder with respect to the direction.
  • the compressor includes a cylinder head (70) coupled to an end of the cylinder (30) remote from the first axis; A plurality of through holes 71 provided in the cylinder head 70; A plurality of nut holes provided in the frame and formed at positions facing the through holes; And a fastening bolt (80) penetrating through the through hole (71) and engaged with the nut hole.
  • the nut hole 231 may be provided on the upper frame 23 or on the lower frame 24 and the nut hole may be provided on the bent portion of the frame.
  • the upper frame 23 and the lower frame 24 may be manufactured by sheet metal plates.
  • the upper frame 23 may include an upper rotation support portion 235 for supporting the rotation shaft 50 and the upper rotation support portion 235 may be disposed above the lower rotation support portion 245.
  • a latching groove 74 into which the latching protrusion 34 is inserted may be provided.
  • At least one of the sealing member 32 and the check valve 33 is interposed between the cylinder 30 and the cylinder head 70 and the sealing member 32 or the check valve 33 is engaged with the engaging projection 34, And the alignment protrusions 323 and 333 may be fitted in the engagement recesses 74.
  • the alignment protrusions 323 and 333 may be formed in a shape corresponding to the alignment protrusions 323 and 333.
  • the frame supporting the rotating support and the cylinder are manufactured as separate parts, the frame having the rotating support part formed by plate-making the weight of the product, Can support.
  • the cylinder head is not directly fixed to the cylinder, but is assembled to the cylinder through the frame fixing the cylinder, so that deformation of the cylinder bore can be prevented and the volume of the cylinder can be reduced.
  • the rotary shaft since the rotary shaft is supported at both ends of the crank pin through the frame, the rotary shaft can be firmly supported, and the length of the rotary shaft can be reduced, thereby greatly reducing the volume of the compressor.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing internal structures of a reciprocating compressor.
  • FIG. 2 is a side cross-sectional view of the compressor of FIG.
  • FIG 3 is an exploded perspective view showing the internal structures of the reciprocating compressor according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a top perspective view showing a combined state of the lower frame, the upper frame, and the cylinder of FIG. 3;
  • FIG. 5 is a front view of Fig.
  • Figure 6 is a bottom perspective view of Figure 4.
  • Figure 7 is a perspective view of the compressor of Figure 3.
  • FIG. 8 is a side cross-sectional view of the compressor of Fig.
  • the longitudinal direction of the rotary shaft 50 is referred to as a vertical direction, the direction in which the bore of the cylinder 30 is seen forward, the opposite side to the rear, and both side directions of the cylinder side.
  • the housing 10 includes a main housing 11 in the form of a deep container and a cover housing 12 for covering and sealing the top of the main housing 11.
  • a leg 13 is provided at the bottom of the main housing 11. The legs (13) are for fixing the compressor (1) to a mounting position.
  • a projection 15 is provided at the bottom.
  • the projection 15 fixes an elastic body 16 such as a coil spring.
  • the internal structure of the compressor is fixed to the upper portion of the elastic body 16.
  • the elastic body 16 fixes the internal configuration of the compressor 10 to the housing 10 while preventing the internal configuration of the housing 10 and the compressor from being directly connected to the housing. Therefore, the elastic body 16 prevents the vibration of the internal structure of the compressor from being transmitted to the housing 10.
  • the internal structure of the compressor is fixed or supported by the upper frame 23 and the lower frame 24.
  • the upper frame 23 and the lower frame 24 are provided with an upper rotation support portion 235 and a lower rotation support portion 245 for supporting the rotary shaft 50, respectively.
  • the two rotation supports 235 and 245 are aligned with each other along the first axis 91 (see FIG. 8).
  • Bearings 26 are provided on the two rotation support portions 235 and 245 and the rotary shaft 50 is rotatably supported on the frames 23 and 24 by the bearings.
  • the rotary shaft 50 extends in the vertical direction and is rotatably supported by the frames 23 and 24 at upper and lower points with the crank pin 51 therebetween.
  • the rotary shaft 50 is supported at two points at the lower portion of the crank pin 51.
  • FIGS. 3 to 8 a structure in which the rotary shaft is supported at two points by one point at the top and the bottom of the crank pin 51 is applied.
  • the rotary shaft 50 rotates in a motor manner, which is inverter-controlled.
  • a stator 21 is fixed to a lower portion of the lower frame 24.
  • a rotor 52 is fixed to the rotary shaft 50.
  • a rotational force is generated in the rotor 52 by the inverter control of the stator 21, and thus the rotating shaft 50 rotates.
  • an outer rotor structure may be applied.
  • the torque of the rotating shaft generated by the rotor becomes larger, there is an advantage that the length of the rotating shaft can be reduced accordingly.
  • the rotary shaft (50) extends in the vertical direction. That is, the rotary shaft 50 is arranged in the vertical direction.
  • the rotary shaft 50 rotates about a first axis 91 which is a vertical axis.
  • a crank pin (51) is provided at an upper portion of the rotary shaft (50).
  • the crank pin (51) extends parallel to the first axis (91).
  • the crank pin (51) is positioned eccentrically from the center of the rotation shaft. Therefore, when the rotary shaft 50 rotates about the first shaft 91, the crank pin 51 turns around the first shaft 91.
  • a counterweight is provided at a position opposed to the eccentric position of the crank pin 51 with respect to the first shaft 91 to prevent the rotation shaft from vibrating.
  • a cylinder 30 extending in the horizontal direction is provided at a height corresponding to the height of the crank pin 51.
  • the cylinder 30 of the compressor illustrated in FIGS. 1 and 2 has a structure that is integrally formed with the rotation support portion 25.
  • the present invention is a structure in which the cylinder 30 is manufactured as a separate component from the rotary support. That is, the cylinder 30 constitutes one part, and the frames 23 and 24 provided with the rotation supporting parts 235 and 245 constitute other parts. Then, the cylinder 30 and the rotary support portions 235 and 245 are aligned with each other.
  • the bores of the cylinder 30 are arranged in the direction of the second axis 92 intersecting perpendicularly to the first axis 91 which is the center of the rotation axis 50.
  • the bore of the cylinder 30 is arranged horizontally.
  • the cylinder is spaced a predetermined distance radially from the first axis (91).
  • the direction of motion of the piston 40 coincides with the direction of the second axis 92 and the center O of the piston is located on the second axis 92.
  • the piston (40) and the crank pin (51) are connected by a connecting rod (46).
  • One end of the connecting rod 46 is extruded into the crank pin 51 and is rotatably fastened to the crank pin 51.
  • the rotary shaft of one end of the connecting rod 46 with the crank pin 51 as a center is parallel to the first shaft 91.
  • the other end of the connecting rod 46 is rotatably fastened to the piston 40 by the piston pin 42.
  • the rotation axis of the other end of the connecting rod 46 about the piston pin 42 is parallel to the first axis 91.
  • the rotation shaft 50 rotates about the first axis 91 by the operation of the motors 21 and 52.
  • the crank pin 51 is pivoted about the first axis 91 and the piston 40 connected by the crank pin 51 and the connecting rod 46 is reciprocated along the second axis 92, Exercise.
  • a lubricant supply portion 60 is provided below the rotary shaft 50. Lubricating oil is stored in the lower portion of the inner space of the housing 10. The lubricant supply portion 60 is contained in the lubricant.
  • the lubricant supply portion 60 includes a fixing portion 61 that maintains a fixed state without rotation and a rotation portion 62 that rotates together with the rotation shaft 50. [ The fixing portion 61 is fixed to the stator 21, the lower frame 24, and the like. The relative rotation of the rotary part 62 relative to the fixed part 61 pumps the lubricating oil upward.
  • FIG. 2 shows a state in which the fixed portion 61 having the spiral protrusion formed on the outer circumferential surface thereof is fixed to the frame 20 and the rotary portion 62 surrounding the fixed portion 61 is fixed to the rotary shaft 50, 50 are shown.
  • the rotating portion 62 rotates, the lubricating oil is supplied upwardly in the spiral direction along the protruding portion of the fixed portion 61 by the viscosity of the lubricating oil.
  • a lubricating oil supply portion 60 of the trochoid pump type is shown in Fig.
  • a hollow lubricant supply passage 53 is provided in the rotary shaft 50.
  • the lubricant supply passage 53 extends from the lower end of the rotating shaft to a position near the position where lubrication is required.
  • the oil is a lubricating oil which is supplied to the cylinder 30 and the piston 40 through a gap portion between the contact portion of the cylinder 30 and the piston 40, a connecting portion between the crank pin 51 and the connecting rod 46, The piston pin 42, and the supporting portion of the rotary shaft 50, as shown in Fig.
  • the lubricating oil supplied to the lubricating oil demanding region flows downward or falls to the bottom of the housing 10 by gravity after wetting the corresponding region.
  • a cylinder head (70) is provided at the end of the cylinder (30) located far from the first shaft (91) to cover the bore.
  • the cylinder head 70 is provided with a suction chamber 72 and a discharge chamber 73 communicating with the bores of the cylinder 30, respectively.
  • a sealing member 32 is pressed and interposed between the cylinder 30 and the cylinder head 70 to prevent the fluid from leaking into the gap between the cylinder 30 and the cylinder head 70.
  • a check valve portion disposed at a portion communicating the suction chamber 72 with the bore of the cylinder and a check valve portion communicating with the discharge chamber 73 and the bore of the cylinder
  • a check valve 33 is provided, each of which includes a check valve portion disposed at a portion thereof.
  • a sealing member 32 is interposed between the cylinder 30, the check valve 33, and the cylinder head 70 to prevent fluid leakage.
  • a check valve disposed at a portion communicating the suction chamber (72) with the bore of the cylinder allows the fluid in the suction chamber (72) to flow toward the cylinder bore, and vice versa.
  • a check valve disposed at a portion that communicates with the discharge chamber (73) and the bore of the cylinder allows the fluid of the cylinder bore to flow toward the discharge chamber (73), and vice versa.
  • the lower frame 24 is fabricated by processing sheet metal in a substantially " T " shape.
  • a lower rotation supporting portion 245 through which the rotary shaft 50 passes is provided at the center of the lower frame 24.
  • a bearing 25 is provided on the lower rotation supporting portion 245.
  • the rotary shaft 50 is rotatably supported by the lower rotary support 245 through the bearing 25.
  • the inner diameter portion of the lower rotation support portion 245, which is made of sheet metal, is drawn downward in a ring or donut shape. Accordingly, the inner diameter portion of the lower rotation support portion 245 can secure a sufficient length in the up-and-down direction although it is made of sheet metal. And the downward convex geometry improves the stiffness of the area.
  • the bearing 26 can be received and supported in a groove-shaped space provided by such a shape.
  • a cylinder lower support portion 247 for aligning and supporting the cylinder 30 is provided at one side of the lower rotation support portion 245 in the lower frame 24.
  • the cylinder lower support portion 247 is machined into a shape that wraps around the lower portion of the outer diameter portion of the cylinder lying down.
  • a lower locking protrusion 344 extending outward in the radial direction of the cylinder is formed at the lower end of the outer diameter of the cylinder 30.
  • the lower latching protrusion 344 is elongated along the second axis direction.
  • the lower end of the cylinder lower support 247 is provided with an engagement groove 243 for receiving at least a part of the lower stopper protrusion 344 in the direction of the second shaft 92.
  • the cylinder 30 is laid on the cylinder lower support portion 247 and the lower stopper protrusion 344 of the cylinder 30 is aligned with the engagement groove 243 to be caught.
  • the cylinder lower support portion 247 regulates the downward position of the cylinder 30.
  • the engaging groove 243 prevents the rotation of the cylinder 30 about the second axis 92 and prevents the rotation of the cylinder 30 in the direction of approaching the lower rotation supporting portion 245, (30) is prevented from moving.
  • Fig. 6 shows a modification of the lower latching protrusion 344 shown in Figs. 4 and 5.
  • an alignment protrusion 323 extending outward in the radial direction of the cylinder is provided near the center of the outer diameter lower portion of the cylinder 30.
  • the alignment protrusion 323 has a circular cross-sectional shape, the shape of the alignment protrusion 323 need not be limited.
  • the engaging groove 244 for receiving the aligning protrusion 323 has a shape corresponding to the aligning protrusion 323 at a portion of the cylinder lower supporting portion 247 corresponding to the aligning protrusion 323.
  • the arrangement of the alignment protrusions 323 and the engagement grooves 244 is different from the structure of the engagement recesses 243 and the lower engagement protrusions 344 which restricts the movement of the cylinder in one direction of the second axis, 92 in both directions of the cylinder.
  • the upper and lower fastening holes 242 are formed at three positions near the edge of the "T" shape of the lower frame 24, respectively.
  • This structure is for aligning the two frames 23 and 24 with each other by a fastening means such as a bolt aligned with the upper and lower fastening holes 232 of the upper frame 23 to be described later.
  • the upper frame 23 is also made of sheet metal.
  • an upper rotation support portion 235 for supporting the upper end of the rotation shaft 50 is provided.
  • the upper rotation support portion 235 is also subjected to drawing processing in the form of a ring or a donut which is convex on its inner diameter portion.
  • the upper rotation support portion 235 is vertically aligned with the lower rotation support portion 245.
  • the crank pin 51 of the rotary shaft 50 is located in the space between the upper rotation support portion 235 and the lower rotation support portion 245.
  • the upper rotation support portion 235 supports the upper end of the rotation shaft provided on the crank pin 51.
  • the load of the piston is transmitted to the crank pin 51.
  • the rotary shaft at the upper and lower ends is supported on the basis of the crank pin 51, even if the length of the rotary shaft is short, .
  • the periphery of the upper rotation supporting part 235 is shaped like an umbrella so as to cover a space where the crank pin 51 and the connecting rod 46 move.
  • An upper cylinder support part 237 for aligning and supporting the cylinder 30 is provided at one side of the upper rotation support part 235.
  • the cylinder upper support portion 237 is processed to have a shape covering the upper portion of the outer diameter portion of the cylinder lying down.
  • the cylinder upper support portion 237 and the cylinder lower support portion 247 cooperate to wrap the circumference of the cylinder 30.
  • An upper locking protrusion 343 extending in the radial direction of the cylinder is formed at the upper end of the outer diameter of the cylinder 30.
  • the upper latching protrusion 343 is elongated along the direction of the second axis.
  • the upper end of the cylinder upper support portion 237 is provided with a locking groove 233 for receiving at least a part of the upper locking protrusion 343 in the direction of the second shaft 92.
  • the cylinder upper support portion 237 covers the upper portion of the cylinder. Therefore, when the upper engagement protrusion 343 of the cylinder and the engagement groove 233 are aligned with each other in the process of covering the upper portion of the cylinder with the cylinder upper support portion 237, the cylinder lower support portion 247, the cylinder 30, All the upper supporting portions 237 are aligned.
  • the upper cylinder support portion 237 regulates the upper position of the cylinder 30.
  • the engaging groove 233 prevents the rotation of the cylinder 30 about the second axis 92 and prevents the rotation of the cylinder 30 in the direction of approaching the lower rotation supporting portion 245, (30) is prevented from moving.
  • the two cylinders support portions 237 and 247 cooperate to restrain the cylinder 30 from rotating with respect to an axis parallel to the first axis, So as not to rotate about an axis perpendicular to the second axis.
  • the lower end portion of the cylinder upper support portion 237 extends down to the upper surface of the lower frame 24.
  • the lower end portion of the upper cylinder support portion 237 extends laterally.
  • the extended portion abuts against the upper surface of the lower frame 24, and the upper and lower fastening holes 232 are formed in the extended portion.
  • the upper and lower fastening holes 232 face the upper and lower fastening holes 242 of the lower frame 24.
  • the upper cylinder support portion 237 gradually widens in correspondence with the outer diameter of the cylinder as it goes down from the upper portion to the lower portion, and then extends downward in the vertical direction after widest.
  • the bolts are fastened through the upper and lower fastening holes 232 and 242 on both sides of the upper support portion 237 and the lower support portion 247 of the cylinder to fasten the upper frame 23 and the lower frame 24, Is firmly supported between the upper cylinder support portion 237 and the lower support portion 247 of the two frames.
  • An extension is also provided on the other side of the upper rotation support 235, which extends obliquely downward.
  • Upper and lower fastening holes 232 are provided at portions where the extension portions are in contact with the upper surface of the lower frame 24. Which faces the upper and lower fastening holes 242 located on the other side of the lower rotation supporting portion 245.
  • the upper rotation support portion 235 and the lower rotation support portion 245 are fixed at least three points at appropriate positions in the circumferential direction about the first axis 91 to align the two rotation support portions 235 and 245 Keep it firm.
  • FIG. 1 A method of assembling the cylinder 30 and the cylinder head 70 will be described with reference to FIGS. 3 to 8.
  • FIG. 1 A method of assembling the cylinder 30 and the cylinder head 70 will be described with reference to FIGS. 3 to 8.
  • Upwardly curved bent portions are provided at the rear end portions of the extension portions extending to both sides of the upper cylinder support portion 237 of the upper frame 23.
  • the bent portion has a front-facing surface, and a nut hole 231 is provided therein.
  • the cylinder head (70) has a portion facing the cylinder (30) and a portion extending to both sides thereof.
  • a through hole 71 is formed at a portion extending from the cylinder head 70 to both sides and the through hole 71 is aligned with and facing the nut hole 231 provided in the bent portion of the upper frame.
  • an upper portion of the rear end of the cylinder head 70 is provided with a latching groove 74 through which a front portion of the upper latching protrusion 343 of the cylinder 30 can be inserted. 4 and 5, if the cylinder 30 includes the lower locking protrusion 344, a locking groove 74 may be formed in the lower portion of the rear end of the cylinder head 70.
  • a check valve 33 and a sealing member 32 are interposed between the cylinder 30 and the cylinder head 70, all of which must be aligned. Therefore, the check valve 33 and the sealing member 32 also have alignment protrusions 323 and 333 at positions corresponding to the engagement protrusions 34, respectively.
  • the aligning protrusions 323 and 333 of the check valve 33 and the sealing member 32 are fitted into the engaging groove 74 of the cylinder head 70 and then the engaging projection 34 of the cylinder 30 is inserted into the engaging groove 74 of the cylinder head 70, So that the positional alignment can be accurately performed.
  • the locking protrusions 34 are provided on the upper and lower sides and the alignment protrusions 323 and 333 are provided on the upper and lower sides in order to precisely align these configurations and the locking grooves 74 are also provided on the upper and lower sides.
  • the nut hole 231 may be formed by tapping the inner circumferential surface of the nut hole or by fixing a separate nut to the rear of the nut hole 231 by welding or simply placing a nut on the rear side of the nut hole 231 And the like.
  • the nut hole is not necessarily provided in the upper frame, but the lower frame may have a bent portion, and a nut hole may be formed in the bent portion. That is, if the structure is such that the cylinder head 70 is closely attached to the cylinder 30 as a structure in which the fastening bolt is not directly fastened to the cylinder but is indirectly fastened to the cylinder 30 through the frame or the like, no need.
  • the gap between the piston and the bore can be reduced to an optimum state, and thus the amount of fluid leaking between the bore and the piston can be minimized.
  • the efficiency can be further increased.

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Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기에 있어서, 회전축의 회전지지부가 실린더와 별도의 부품으로 제작된 후 조립되는 구조에 관한 것으로, 회전지지부를 구비하는 프레임이 실린더를 고정하고, 실린더헤드가 프레임에 고정됨으로써 실린더를 덮는 구조를 제공한다.

Description

왕복동식 압축기
본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것이다.
압축기는 기체를 압축하여 압력을 높여주는 장치이다. 압축기가 기체를 압축하는 방식은, 실린더에 흡입된 기체를 피스톤으로 압축하여 방출하는 왕복동식(reciprocating type) 압축기, 두 스크롤을 상대적으로 회전시켜 기체를 압축하는 스크롤 압축기 등이 있다.
도 1과 도 2를 참조하면, 왕복동식 압축기(1)는 실린더(30)의 보어를 제2축(92) 방향으로 왕복 운동하는 피스톤(40)이, 보어 내에 유입된 유체를 압축하는 원리를 따른다. 왕복동식 압축기는 피스톤이 실린더의 보어 내에서 지속적으로 왕복운동을 하기 때문에, 보어의 내경과 피스톤의 외경의 형상과 치수 정밀도가 압축기의 효율에 큰 영향을 미친다.
실린더의 단부에는 실린더 헤드(70)가 결합된다. 블록 형상의 실린더에는 탭 가공된 너트홀(31)을 형성하고, 이에 대응하는 실린더 헤드(70) 부위에는 관통홀(71)이 가공된다. 그리고 관통홀(71)을 통해 체결볼트(80)를 너트홀(31)에 체결함으로써 실린더 헤드(70)를 실린더(30)에 고정한다.
그런데 실린더의 보어는, 상기 체결볼트(80)가 너트홀(31)에 체결되는 과정에서 실린더의 변형을 유발한다. 이와 같은 조립 과정에서의 변형은 예측이 어려울 뿐만 아니라, 정량적인 제어가 매우 어렵다. 따라서 아무리 정밀하게 실린더의 보어를 가공하더라도, 조립 과정에서 보어의 형상이 틀어지면 보어와 피스톤의 간극이 설계 수치와 달라진다는 문제가 발생한다.
특히 틀어진 형상에 의해 피스톤과 실린더 보어 간 간극이 설계 수치보다 좁아진 부위에는 윤활유의 유막이 깨지고, 이에 따라 피스톤과 실린더 보어가 직접 접촉하며 마모된다. 이는 피스톤과 실린더 보어의 마모 신뢰성을 악화시키는 원인이 된다.
이러한 점을 감안하여, 피스톤과 실린더 보어의 설계 간극을 조금 더 넓게 함으로써, 압축기의 조립 과정에서 피스톤과 실린더 보어가 변형하더라도 그 간극이 유막을 깨지 않도록 하면, 마모 신뢰성은 확보할 수 있지만, 그만큼 간극이 넓어지기 때문에 유체의 기밀이 되지 않아 압축 효율의 저하가 일어난다는 문제가 있다.
한편 왕복동식 압축기에서, 회전축(50)은 제1축(91)을 중심으로 회전하고, 크랭크핀(51)은 상기 제1축(91)에 편심되어 회전축(50)에 마련되어 있어서, 회전축(50)이 회전하면 크랭크핀(51)은 제1축(91)의 주변을 선회한다. 커넥팅로드(46)의 양단은 피스톤(40)과 크랭크핀(51)에 각각 회전 가능하게 결합되어 있어서, 회전축이 회전함에 따라 피스톤은 실린더의 보어 내에서 왕복 운동을 하게 된다. 제1축(91)과 제2축(92)은 서로 직교한다.
상술한 구조에 따르면, 압축기의 신뢰성을 확보하기 위해, 제1축(91)과 제2축(92)의 정렬은 매우 중요하다. 이러한 점을 감안하여, 종래에는 실린더(30)와 회전축의 회전지지부(25)를 하나의 부품으로 제작하였다. 그리고 이를 위해, 실린더와 회전지지부는 주물 제작되는 것이 일반적이었다. 그러나 이러한 구조는 제조 비용을 증가시키고, 압축기의 무게를 증가시키는 원인이 되었다.
또한 실린더와 회전지지부가 일체로 주물 제작되는 구조이다 보니, 회전축을 지지하는 지점이 모두 제2축(92)보다 하부에 존재하여, 회전축을 견고하게 지지하기 어렵고, 회전축의 지지 신뢰도를 높이기 위해 그만큼 회전지지부의 상하방향 길이가 증가해야 한다는 문제가 있었다. 이에 따라 압축기의 크기가 커지게 되는 것을 피할 수 없었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 회전축을 지지하는 회전지지부와 실린더를 별도의 부품으로 제작하되, 회전지지부가 형성된 프레임이 회전축과 실린더를 정렬하고 견고히 지지할 수 있도록 한 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 실린더헤드가 실린더에 직접 고정되지 않고, 실린더를 고정하는 프레임을 통해 실린더에 조립되도록 하여 실린더 보어의 변형을 방지할 수 있는 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 실린더를 고정하는 프레임이 회전축의 크랭크핀 양단 부위를 지지할 수 있어 크기와 무게를 크게 줄인 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 제1축(91)을 기준으로 회전하는 회전축(50); 상기 제1축(91)로부터 이격된 위치에 설치되고, 상기 제1축(91)에 직교하는 제2축(92)의 길이방향을 따라 연장된 보어를 구비하는 실린더(30); 및 상기 회전축(50)을 지지하고, 상기 실린더(30)를 지지하는 프레임을 포함하는 압축기로서, 상기 프레임은: 상기 회전축(50)을 지지하는 하부 회전지지부(245)와, 상기 실린더(30)가 얹어져 상기 실린더의 하부를 지지함으로써 실린더의 하방으로의 움직임을 제한하는 실린더 하부지지부(247)를 구비하는 하부프레임(24); 및 상기 하부프레임(24)의 상부에서 상기 하부프레임(24)에 고정되고, 상기 실린더(30)의 상부에 얹어져 상기 실린더의 상부를 지지함으로써 실린더의 상방으로의 움직임을 제한하는 실린더 상부지지부(237)를 구비하는 상부프레임(23);을 포함하며, 상기 하부프레임(24)과 상부프레임(23)은, 상기 실린더(30)가 상기 제1축과 평행한 축에 대해 상기 실린더가 회전하지 않도록 구속하고, 상기 실린더(30)가 상기 제1축 및 상기 제2축에 모두 수직을 이루는 축에 대해 회전하지 않도록 구속하는 압축기를 제공한다.
상기 실린더(30)의 외경부 하측에는 상기 실린더의 외경부에서 하향 돌출되는 하부걸림돌기(344)가 마련되고, 상기 하부 회전지지부(245)로부터 더 먼 쪽에 있는 상기 실린더 하부지지부(247)의 단부에는 상기 하부걸림돌기(344)가 끼워지는 걸림홈(243)이 마련되어서, 상기 제2축을 중심으로 하는 상기 실린더(30)의 회전을 구속하고, 상기 제2축을 따라 제1축에 가까워지는 방향에 대한 상기 실린더의 이동을 구속한다.
상기 실린더(30)의 외경부 하측에는 상기 실린더의 외경부에서 하향 돌출되는 가체결돌기(35)가 마련되고, 상기 하부 회전지지부(245)에는 상기 가체결돌기(35)와 대응하는 형상의 가체결홈(244)이 마련되어서, 상기 가체결돌기(35)가 상기 가체결홈(244)에 가체결됨에 따라 상기 제2축을 중심으로 하는 상기 실린더(30)의 회전을 구속하고 상기 제2축의 길이방향에 대한 이동을 구속한다.
상기 실린더(30)의 외경부 상측에는 상기 실린더의 외경부에서 상향 돌출되는 상부걸림돌기(343)가 마련되고, 상기 제1축(91)으로부터 더 먼 쪽에 있는 상기 실린더 상부지지부(237)의 단부에는 상기 상부걸림돌기(343)가 끼워지는 걸림홈(233)이 마련되어서, 상기 제2축을 중심으로 하는 상기 실린더(30)의 회전을 구속하고, 상기 제2축을 따라 상기 제1축에 가까워지는 방향에 대한 상기 실린더의 이동을 구속한다.
상기 압축기는, 상기 실린더(30)에서 상기 제1축으로부터 먼 쪽 단부에 결합되는 실린더헤드(70); 상기 실린더헤드(70)에 마련된 복수 개의 관통홀(71); 상기 프레임에 마련되며, 상기 관통홀(71)과 마주하는 위치에 형성되는 복수 개의 너트홀; 및 상기 관통홀(71)을 관통하여 상기 너트홀과 결합되는 체결볼트(80);를 더 포함한다.
상기 너트홀(231)은 상부프레임(23)에 마련되거나, 하부프레임(24)에 마련될 수 있고, 상기 너트홀은 프레임에서 절곡된 부위에 마련될 수 있다.
상기 상부프레임(23)과 하부프레임(24)은 금속 플레이트를 판금하여 제작될 수 있다.
상기 상부프레임(23)은 상기 회전축(50)을 지지하는 상부 회전지지부(235)를 구비하고, 상기 상부 회전지지부(235)는 상기 하부 회전지지부(245)의 상부에 이격 배치될 수 있다.
상기 제1축(91)에 직교하는 제2축(92)의 길이방향을 따라 왕복 운동하도록 상기 보어에 내삽된 피스톤(40); 상기 회전축(50)의 회전 중심에 대해 편심 배치되며 상기 제1축(91)과 평행한 크랭크핀(51); 및 일측 단부가 상기 크랭크핀(51)에 회전 가능하게 결합되고, 타측 단부가 상기 피스톤(40)에 대해 회전 가능하게 결합되는 커넥팅로드(46);를 더 포함하고, 상기 크랭크핀(51)은 상기 상부 회전지지부(235)와 하부 회전지지부(245) 사이에 배치될 수 있다.
상기 실린더(30)와 마주하는 실린더헤드(70)의 단부에는, 상기 걸림돌기(34)가 끼워지는 걸림홈(74)이 마련될 수 있다.
상기 실린더(30)와 실린더헤드(70) 사이에는 실링부재(32) 또는 체크밸브(33) 중 적어도 어느 하나가 개재되고, 실링부재(32) 또는 체크밸브(33)에서 상기 걸림돌기(34)와 대응되는 부분에는 정렬돌기(323, 333)가 마련되며, 상기 정렬돌기(323, 333)는 상기 걸림홈(74)에 끼워질 수 있다.
본 발명의 압축기 조립 방법에 의하면, 회전지지부를 지지하는 프레임과 실린더를 별도의 부품으로 제작하되, 프레임을 판금 제작하여 제품의 무게를 줄이면서도, 회전지지부가 형성된 프레임이 회전축과 실린더를 정렬하고 견고히 지지할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 실린더헤드가 실린더에 직접 고정되지 않고, 실린더를 고정하는 프레임을 통해 실린더에 조립되도록 하여 실린더 보어의 변형을 방지할 수 있고 실린더의 부피를 줄일 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 프레임을 통해 회전축을 크랭크핀의 양단에서 지지하므로 회전축을 견고하게 지지할 수 있고, 회전축의 길이를 줄일 수 있어 압축기의 부피를 크게 줄일 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 왕복동식 압축기의 내부 구성들을 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 압축기의 측면 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 일실시예로서, 왕복동식 압축기의 내부 구성들을 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 하부프레임과 상부프레임, 그리고 실린더가 결합된 형태를 나타낸 상부 사시도이다.
도 5는 도 4의 정면도이다.
도 6은 도 4의 하부 사시도이다.
도 7은 도 3의 압축기의 사시도이다.
도 8은 도 7의 압축기의 측면 단면도이다.
<부호의 설명>
1: 압축기(왕복동식; recipro type compressor)
10: 하우징
11: 메인 하우징
12: 커버 하우징
13: 레그(leg)
15: 돌기
16: 탄성체
20: 프레임
21: 스테이터
23: 상부프레임
231: 너트홀
232: 상하체결홀
233: 걸림홈
235: 상부회전지지부
237: 실린더 상부지지부
24: 하부프레임
242: 상하체결홀
243: 걸림홈
244: 가체결홈
245: 하부회전지지부
247: 실린더 하부지지부
25: 회전지지부
26: 베어링
30: 실린더
31: 너트홀
32: 실링부재
323: 정렬돌기
33: 체크밸브
333: 정렬돌기
*34: 걸림돌기
343: 상부걸림돌기
344: 하부걸림돌기
35: 가체결돌기
40: 피스톤
42: 피스톤핀
*46: 커넥팅로드
50: 회전축
51: 크랭크핀
52: 로터
53: 윤활유 공급 유로
60: 윤활유 공급부
61: 고정부
62: 회전부
70: 실린더헤드
71: 관통홀
72: 흡입실
73: 토출실
74: 걸림홈
80: 체결볼트
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
[압축기 구조와 작동 원리]
도 3 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 왕복동식 압축기의 구조와 작동 원리를 설명한다.
설명의 편의를 위해, 회전축(50)의 길이방향을 상하방향, 실린더(30) 보어가 보이는 방향을 전방, 그 반대편을 후방, 그리고 실린더의 양측 방향을 측방으로 설명한다.
압축기(1)의 각 구성은 하우징(10) 내부에 설치된다. 도 7과 도 8을 참조하면, 하우징(10)은 깊은 용기 형태의 메인 하우징(11)과, 상기 메인 하우징(11)의 상부를 덮어 밀봉하는 커버 하우징(12)을 포함한다. 메인 하우징(11)의 저부에는 레그(13)가 마련되어 있다. 상기 레그(13)는 상기 압축기(1)를 설치 위치에 고정하기 위한 구성이다.
하우징(10)의 내부 공간에서 바닥에는 돌기(15)가 마련된다. 돌기(15)는 코일스프링과 같은 탄성체(16)를 고정한다. 상기 탄성체(16)의 상부에는 압축기의 내부 구성이 고정된다. 상기 탄성체(16)는 상기 하우징(10)과 상기 압축기의 내부 구성이 하우징에 직접 연결되지 않도록 하면서 상기 압축기의 내부 구성을 상기 하우징(10)에 고정한다. 따라서 탄성체(16)에 의해, 상기 압축기의 내부 구성의 진동이 상기 하우징(10)으로 전달되는 것이 방지된다.
상기 압축기의 내부 구성은 상부프레임(23)과 하부프레임(24)에 의해 고정되거나 지지된다. 상부프레임(23)과 하부프레임(24)에는 각각 회전축(50)을 지지하는 상부회전지지부(235)와 하부회전지지부(245)가 마련되어 있다. 두 회전지지부(235, 245)는 제1축(91; 도 8 참조)을 따라 서로 정렬되어 있다. 상기 두 회전지지부(235, 245)에는 베어링(26)이 설치되고, 상기 회전축(50)은 상기 베어링에 의해 프레임(23, 24)에 회전 가능하게 지지된다.
회전축(50)은 수직 방향으로 연장되고, 크랭크핀(51)을 사이에 두고 상하 두 지점에서 프레임(23, 24)에 의해 회전 지지된다. 도 1과 도 2에 예시한 종래의 압축기에서, 회전축(50)은 크랭크핀(51)의 하부에서 2점 지지된다. 반면 도 3 내지 도 8에 도시된 본 발명의 실시예의 압축기에서는 크랭크핀(51)의 상부와 하부에서 회전축이 각각 1점씩 2점 지지되는 구조가 적용된다.
회전축(50)은 모터 방식으로 회전하며, 이는 인버터 제어된다. 하부프레임(24)의 하부에는 스테이터(21)가 고정된다. 회전축(50)에는 로터(52)가 고정된다. 스테이터(21)의 인버터 제어에 의해 로터(52)에 회전력이 발생하고, 이에 따라 상기 회전축(50)이 회전한다.
본 발명의 실시예에서는 로터(52)가 스테이터(21)에 의해 둘러싸여 있는 이너 로터 구조가 예시되어 있으나, 아우터 로터 구조가 적용될 수도 있음은 물론이다. 아우터 로터를 적용할 경우 로터에 의해 발생하는 회전축의 토크가 더 커지므로, 회전축의 길이를 그만큼 줄일 수 있다는 이점이 있다.
상기 회전축(50)은 상하 방향으로 연장된다. 즉 회전축(50)은 수직 방향으로 배치된다. 회전축(50)은 수직축인 제1축(91)을 중심으로 회전한다.
회전축(50)의 상부에는 크랭크핀(51)이 마련된다. 크랭크핀(51)은 제1축(91)과 평행하게 연장된다. 그리고 상기 크랭크핀(51)은 상기 회전축의 중심에서 편심하여 위치한다. 따라서 회전축(50)이 제1축(91)을 중심으로 회전하면, 크랭크핀(51)은 상기 제1축(91)을 선회하게 된다. 물론 제1축(91)을 기준으로 상기 크랭크핀(51)이 편심된 위치와 대향하는 위치에는 카운터 웨이트를 구비하여 회전축의 진동을 방지한다.
상기 크랭크핀(51)이 마련된 높이와 대응하는 높이에는 수평 방향으로 연장되는 실린더(30)가 구비된다. 참고로 도 1과 도 2에 예시된 압축기의 실린더(30)는 회전지지부(25)와 일체로 제작되는 구조이다. 반면, 본 발명은, 실린더(30)가 회전지지부와 별개의 부품으로 제작되는 구조이다. 즉 실린더(30)가 일 부품을 이루고, 회전지지부(235, 245)를 구비하는 프레임(23, 24)이 다른 부품을 이룬다. 그리고, 이들이 상호 조립되어 실린더(30)와 회전지지부(235, 245)가 상호 위치 정렬된다.
상기 실린더(30)의 보어는 회전축(50)의 중심인 제1축(91)과 수직을 이루며 교차하는 제2축(92) 방향으로 배열된다. 즉 실린더(30)의 보어는 수평으로 배치된다. 상기 실린더는 상기 제1축(91)로부터 반경 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 있다.
실린더(30)의 보어에는 보어의 길이방향, 즉 수평방향을 따라 왕복 운동하는 피스톤(40)이 삽입된다. 피스톤(40)의 운동 방향은 제2축(92)의 방향과 일치하고, 피스톤의 중심(O)은 제2축(92) 상에 위치한다.
피스톤(40)과 크랭크핀(51)은 커넥팅로드(46)에 의해 연결된다. 커넥팅로드(46)의 일측 단부는 크랭크핀(51)에 외삽되고, 크랭크핀(51)에 대해 회전 가능하게 체결된다. 상기 크랭크핀(51)을 중심으로 한 커넥팅로드(46)의 일측 단부의 회전축은 제1축(91)과 평행하다.
커넥팅로드(46)의 타측 단부는, 피스톤핀(42)에 의해 피스톤(40)과 회전 가능하게 체결된다. 그리고 상기 피스톤핀(42)을 중심으로 한 상기 커넥팅로드(46)의 타측 단부의 회전축은 제1축(91)과 평행하다.
모터(21, 52)의 작동에 의해 회전축(50)은 제1축(91)을 중심으로 회전한다. 그러면 제1축(91)을 중심으로 크랭크핀(51)은 선회(공전)하게 되고, 크랭크핀(51)과 커넥팅로드(46)로 연결된 피스톤(40)은 제2축(92)을 따라 왕복운동을 하게 된다.
상기 회전축(50)의 하부에는 윤활유 공급부(60)가 설치된다. 하우징(10) 내부 공간의 하부에는 윤활유가 저장된다. 그리고 상기 윤활유 공급부(60)는 상기 윤활유에 담겨 있다. 상기 윤활유 공급부(60)는, 회전하지 않고 고정된 상태를 유지하는 고정부(61)와, 회전축(50)과 함께 회전하는 회전부(62)를 구비한다. 고정부(61)는 스테이터(21)나 하부프레임(24) 등에 고정되어 있다. 고정부(61)에 대한 회전부(62)의 상대적인 회전은, 윤활유를 상부로 펌핑한다.
도 2에는, 외주면에 나선의 돌출부가 형성된 고정부(61)가 프레임(20)에 대해 고정되어 있고, 상기 고정부(61)를 둘러싸는 회전부(62)가 회전축(50)에 고정되어 회전축(50)과 함께 회전하는 구조가 도시되어 있다. 회전부(62)가 회전하면, 윤활유의 점성에 의해, 윤활유가 상기 고정부(61)의 돌출부를 타고 나선 방향으로 상부로 공급된다. 반면 도 8에는 트로코이드 펌프 방식의 윤활유 공급부(60)가 도시되어 있다.
상기 회전축(50)에는 중공의 윤활유 공급유로(53)가 마련된다. 윤활유 공급유로(53)는 회전축의 하단부로부터 윤활이 필요한 위치 부근까지 연장 형성된다. 가령 오일(윤활유)은 실린더(30)와 피스톤(40)의 접촉 구간의 간극 부위, 크랭크핀(51)과 커넥팅로드(46)의 연결 부위, 커넥팅로드(46)와 피스톤(40)의 연결 부위인 피스톤핀(42) 주변, 및 회전축(50)의 지지 부위에 공급될 수 있다.
상기 윤활유 수요처에 공급된 윤활유는 해당 부위를 적신 후 중력에 의해 다시 하우징(10)의 바닥으로 흘러 내리거나 떨어진다.
제1축(91)에서 멀리 위치하는 실린더(30)의 단부에는 상기 보어를 덮기 위해 실린더헤드(70)가 설치된다. 실린더헤드(70)에는 상기 실린더(30)의 보어와 각각 연통하는 흡입실(72)과 토출실(73)이 마련된다.
상기 실린더(30)와 실린더헤드(70) 사이에는 실링부재(32)가 압착 개재되어, 실린더(30)와 실린더헤드(70) 사이의 틈으로 유체가 누설되는 것이 방지된다.
또한, 실린더(30)와 실린더헤드(70) 사이에는, 상기 흡입실(72)과 실린더의 보어를 연통하는 부위에 배치되는 체크밸브 부분과, 상기 토출실(73)과 실린더의 보어를 연통하는 부위에 배치되는 체크밸브 부분을 각각 포함하는 체크밸브(33)가 설치된다.
또한 실린더(30), 체크밸브(33), 실린더헤드(70)들의 사이에는, 실링부재(32)가 개재되어 유체의 누설을 방지한다.
상기 흡입실(72)과 실린더의 보어를 연통하는 부위에 배치되는 체크밸브는 흡입실(72)의 유체가 실린더 보어 쪽으로 유동하는 것은 허용하고, 그 반대로 유동하는 것은 차단한다.
상기 토출실(73)과 실린더의 보어를 연통하는 부위에 배치되는 체크밸브는 실린더 보어의 유체가 토출실(73) 쪽으로 유동하는 것은 허용하고, 그 반대로 유동하는 것은 차단한다.
따라서 모터에 의해 회전축(50)이 회전함에 따라 피스톤(40)이 실린더헤드(70)로부터 멀어지는 방향으로 이동하면, 흡입실(72)의 유체가 실린더의 보어 내부로 유입되고, 피스톤(40)이 실린더헤드(70)에 가까워지는 방향으로 이동하면, 실린더 보어 내부의 유체는 압축되며 상기 토출실(73)로 토출된다.
[프레임과 실린더의 결합 구조]
도 3 내지 도 8을 참조하여 상하부 프레임과 실린더의 결합 구조를 설명한다.
하부프레임(24)은 대략 "T"자 형태의 판금을 가공하여 제작한다. 하부프레임(24)의 중앙부에는 회전축(50)이 관통하는 하부회전지지부(245)가 마련된다. 하부회전지지부(245)에는 베어링(25)이 설치된다. 회전축(50)은 상기 베어링(25)을 통해 하부회전지지부(245)에 회전 가능하게 지지된다.
판금(sheet metal)으로 제작되는 하부회전지지부(245)의 내경부는 아래로 볼록하게 링 내지 도넛 형태로 드로잉 가공된다. 이에 따라 판금으로 제작됨에도 불구하고, 하부회전지지부(245)의 내경부는 상하방향으로 충분한 길이를 확보할 수 있다. 그리고 아래로 볼록한 기하학적 형상은 해당 부위의 강성을 향상시킨다. 또한 그러한 형상에 의해 마련되는 홈 형태의 공간에 베어링(26)을 수용하고 지지할 수 있다.
하부프레임(24)에서 상기 하부회전지지부(245)의 일측에는, 실린더(30)를 정렬 지지하는 실린더 하부지지부(247)가 마련된다. 실린더 하부지지부(247)는 눕혀져 있는 실린더의 외경부의 아랫 부분을 일정 부분 감싸는 형상으로 가공된다.
도 4와 도 5를 참조하면, 실린더(30)의 외경의 하부 선단부에는 실린더의 반경 방향으로 외향 연장되는 하부 걸림돌기(344)가 형성된다. 상기 하부 걸림돌기(344)는 제2축 방향을 따라 길게 형성된다.
그리고 실린더 하부지지부(247)의 선단부에는, 제2축(92) 방향으로 상기 하부 걸림돌기(344)의 적어도 일부를 수용하는 걸림홈(243)이 마련된다. 실린더(30)는 눕혀진 채로 상기 실린더 하부지지부(247) 상에 놓여지며, 상기 실린더(30)의 하부 걸림돌기(344)는 상기 걸림홈(243)에 정렬되어 걸리게 된다.
따라서 상기 실린더 하부지지부(247)는 실린더(30)의 하방 위치를 규제한다. 그리고 걸림홈(243)은 제2축(92)을 중심으로 하는 실린더(30)의 회전을 억제하고, 제2축(92)의 길이방향 중에서 상기 하부회전지지부(245)에 가까워지는 방향으로 실린더(30)가 이동하는 것을 억제한다.
도 6에는, 상기 도 4 및 도 5에 도시된 하부 걸림돌기(344)의 변형 예가 도시되어 있다. 먼저, 실린더(30)의 외경 하부의 중앙 부근에는 실린더의 반경 방향으로 외향 연장되는 정렬돌기(323)가 마련된다. 상기 정렬돌기(323)는 원형의 단면 형상을 가지는 것이 예시되나, 그 형상이 굳이 한정될 필요는 없다.
상기 정렬돌기(323)와 대응하는 실린더 하부지지부(247) 부분에는, 상기 정렬돌기(323)와 대응하는 형상을 구비하여 상기 정렬돌기(323)를 수용하는 가체결홈(244)이 마련된다.
제2축의 어느 일 방향으로 상기 실린더가 움직이는 것을 제한하는 걸림홈(243)과 하부걸림돌기(344) 구조와 대비하면, 상기 정렬돌기(323)와 가체결홈(244) 구조는 제2축(92)의 양쪽 방향 모두로 상기 실린더의 이동을 제한한다는 점에 차이가 있다.
상기 실린더 하부지지부(247)의 양단에는 측방으로 연장되는 연장부가 마련되고, 이 부분에 상하체결홀(242)이 각각 마련된다. 한편 상기 하부프레임(24)에서 상기 하부회전지지부(245)의 타측에도 연장부가 마련되며, 여기에도 상하체결홀(242)이 마련된다.
즉, 하부프레임(24)의 "T"자 형상에서 가장자리에 가까운 세 곳에 각각 상하체결홀(242)이 형성된다. 이는 후술할 상부프레임(23)의 상하체결홀(232)과 정렬되고, 볼트 등의 체결수단에 의해 두 프레임(23, 24)을 상호 결합하기 위한 구성이다.
상부프레임(23) 역시 판금으로 제작된다.
상부프레임(23)의 중앙부에는, 회전축(50)의 상단부를 지지하는 상부회전지지부(235)가 마련된다. 상부회전지지부(235) 역시 앞서 설명한 하부회전지지부와 마찬가지로, 그 내경부가 위로 볼록한 링 내지 도넛 형태로 드로잉 가공된다. 상기 상부회전지지부(235)는 상기 하부회전지지부(245)와 상하 방향으로 정렬된다.
상기 상부회전지지부(235)와 하부회전지지부(245) 사이의 공간에는 회전축(50)의 크랭크핀(51)이 위치하게 된다. 상부회전지지부(235)는 상기 크랭크핀(51) 상부에 마련된 회전축의 상단부를 지지한다. 압축기가 작동함에 따라 피스톤의 하중은 크랭크핀(51)에 전달되는데, 본 발명은 크랭크핀(51)을 기준으로 상하 양단의 회전축이 지지되므로, 회전축의 길이가 짧다 하더라도 회전축을 보다 견고하게 지지할 수 있다.
상기 상부회전지지부(235) 주변은 우산과 같은 형태로 되어 있어 상기 크랭크핀(51)과 커넥팅로드(46)가 운동하는 공간을 덮어준다.
상기 상부회전지지부(235)의 일측에는 실린더(30)를 정렬 지지하는 실린더 상부지지부(237)가 마련된다. 실린더 상부지지부(237)는 눕혀져 있는 실린더의 외경부의 윗부분을 덮는 형상으로 가공된다. 그리고 실린더 상부지지부(237)와 실린더 하부지지부(247)은 협동하여, 상기 실린더(30)의 외경 둘레를 감싸게 된다.
실린더(30)의 외경의 상부 선단부에는 실린더의 반경 방향으로 연장되는 상부 걸림돌기(343)가 형성된다. 상기 상부걸림돌기(343)는 제2축의 방향을 따라 길게 형성된다.
그리고 상기 실린더 상부지지부(237)의 선단부에는, 제2축(92) 방향으로 상기 상부 걸림돌기(343)의 적어도 일부를 수용하는 걸림홈(233)이 마련된다.
실린더(30)가 실린더 하부지지부(247)에 놓여져 정렬된 상태에서, 상기 실린더 상부지지부(237)는 실린더의 상부를 덮게 된다. 따라서 실린더 상부지지부(237)로 실린더의 상부를 덮는 과정에서, 실린더의 상부 걸림돌기(343)와 걸림홈(233)을 정렬하면, 결과적으로 실린더 하부지지부(247), 실린더(30), 및 실린더 상부지지부(237)가 모두 정렬된다.
상기 실린더 상부지지부(237)는 실린더(30)의 상방 위치를 규제한다. 그리고 걸림홈(233)은 제2축(92)을 중심으로 하는 실린더(30)의 회전을 억제하고, 제2축(92)의 길이방향 중에서 상기 하부회전지지부(245)에 가까워지는 방향으로 실린더(30)가 이동하는 것을 억제한다. 아울러 두 실린더 지지부(237, 247)이 협동하여, 상기 실린더(30)가 상기 제1축과 평행한 축에 대해 상기 실린더가 회전하지 않도록 구속하고, 상기 실린더(30)가 상기 제1축 및 상기 제2축에 모두 수직을 이루는 축에 대해 회전하지 않도록 구속한다.
실린더 상부지지부(237)의 하단부는 상기 하부프레임(24)의 상부면까지 연장되어 내려온다. 그리고 상기 실린더 상부지지부(237)의 하단부는 측방으로 연장되는데, 이렇게 연장된 부위는 하부프레임(24)의 상부면과 마주하여 접하고, 바로 이 연장부에 상하체결홀(232)이 마련된다. 그리고 상하체결홀(232)은 상기 하부프레임(24)의 상하체결홀(242)과 마주하게 된다.
이처럼 실린더의 상부지지부(237)와 하부지지부(247) 양측에 있는 상하체결홀(232, 242)을 통해 상부프레임(23)과 하부프레임(24)을 고정하면, 두 프레임(23, 24)을 고정하면서, 동시에 실린더(30)를 강하게 고정할 수 있다.
한편 도 5를 참조하면, 실린더 상부지지부(237)는 상부에서 하부로 내려올수록 실린더의 외경 형상과 대응하여 점차 그 간격이 넓어지다가, 가장 넓어진 후에는 수직 방향으로 하향 연장된다. 따라서 실린더의 상부지지부(237)와 하부지지부(247) 양측에 있는 상하체결홀(232, 242)을 통해 볼트 등을 체결하여 상부프레임(23)과 하부프레임(24)을 조이게 되면, 실린더(30)는 두 프레임의 실린더 상부지지부(237)와 하부지지부(247) 사이에서 더욱 견고하게 지지된다.
상기 상부회전지지부(235)의 타측에도 연장부가 마련되고, 이는 비스듬히 하향 연장된다. 그리고 이러한 연장부가 하부프레임(24)의 상부면과 접하는 부위에, 상하체결홀(232)이 마련된다. 이는 하부회전지지부(245)의 타측에 위치하는 상하체결홀(242)과 마주한다. 따라서 상부회전지지부(235)와 하부회전지지부(245)는, 제1축(91)을 중심으로 하여, 원주 방향으로 적절한 위치에서 최소 3점 고정되어 두 회전지지부(235, 245)의 정렬 상태를 견고하게 유지시켜 준다.
[실린더와 실린더헤드의 조립 방식]
이하 도 3 내지 도 8을 참조하여 실린더(30)와 실린더헤드(70)의 조립 방식을 설명한다.
상기 상부프레임(23)의 실린더 상부지지부(237)에서 양측으로 연장된 연장부의 후단부에는 상향 절곡된 절곡부가 마련된다. 상기 절곡부는 전방을 바라보는 면을 구비하고, 거기에 너트홀(231)이 마련된다.
실린더헤드(70)는 상기 실린더(30)와 마주하는 부분과, 그로부터 양측으로 연장된 부분을 구비한다. 실린더헤드(70)에서 양측으로 연장된 부분에는 관통홀(71)이 형성되고, 상기 관통홀(71)은 상기 상부프레임의 절곡부에 마련된 너트홀(231)과 정렬되며 마주하게 된다.
한편 실린더헤드(70)의 후방 단부의 상부에는 상기 실린더(30)의 상부걸림돌기(343)의 전방 일부가 끼워질 수 있는 걸림홈(74)이 마련된다. 또한 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 실린더(30)가 하부걸림돌기(344)를 구비한다면, 실린더헤드(70)의 후방 단부의 하부에도 걸림홈(74)이 마련될 수 있다.
상기 실린더(30)의 걸림돌기(34)에 대해, 후방에는 프레임(23, 24)의 걸림홈(233, 244)이 끼워져 정렬되고, 전방에는 실린더헤드(70)가 끼워져 정렬되므로, 결과적으로 프레임과 실린더와 실린더헤드는 모두 정렬된다.
한편, 상기 실린더(30)와 실린더헤드(70) 사이에는 체크밸브(33)와 실링부재(32)가 개재되는데, 이들도 모두 정렬이 이루어져야 한다. 따라서 체크밸브(33)와 실링부재(32)에도 상기 걸림돌기(34)와 대응하는 위치에 정렬돌기(323, 333)이 각각 마련된다.
그러면, 상기 실린더헤드(70)의 걸림홈(74)에는 체크밸브(33)와 실링부재(32)의 정렬돌기(323, 333)가 끼워지고, 그 뒤에 실린더(30)의 걸림돌기(34)가 끼워져 위치 정렬이 정확히 이루어질 수 있다. 이들 구성의 정확한 정렬을 위해서는 걸림돌기(34)가 상하에 마련되고, 정렬돌기(323, 333)도 상하에 마련되며, 걸림홈(74) 역시 상하에 마련되는 것이 바람직하다.
이와 같이 실린더헤드(70), 실링부재(32), 체크밸브(33), 실링부재(32) 및 실린더(30)가 정렬된 상태에서, 실린더헤드(70)의 관통홀(71)을 관통하여 상기 체결볼트(80)를 상기 상부프레임(23)의 너트홀(231)에 체결하게 된다.
상기 너트홀(231)은 너트홀의 내주면에 탭 가공이 되어 있거나, 너트홀(231)의 후방에 별도의 너트가 용접 등의 방식으로 고정되어 있거나, 단순히 너트홀(231)의 후방에 너트를 배치하는 방식 등이 모두 적용 가능하다.
아울러 상기 너트홀은 반드시 상부프레임에 구비되어야 하는 것은 아니며, 하부프레임에 절곡부를 구비하고, 해당 절곡부에 너트홀을 형성하여도 좋다. 즉 실린더에 직접 체결볼트가 체결되지 않고, 프레임 등을 통해 간접적으로 체결되는 구조로서, 실린더헤드(70)가 실린더(30)에 밀착되도록 하는 구조라면, 본 발명의 도면에 도시된 형태에 한정될 필요가 없다.
이와 같은 체결 방식에 따르면, 체결볼트가 체결되는 프레임과 별도의 부품으로 제작된 실린더에는 체결볼트의 체결력이 영향을 미치지 아니하므로, 실린더의 보어의 형상이 변형되지 않는다. 따라서 피스톤과 보어 사이의 간극에 변화가 발생하지 않는다.
그러므로 설계 단계에서 피스톤과 보어의 간극을 크게 설정하지 않더라도, 조립 후, 유막이 생기지 않을 정도로 피스톤과 보어 사이의 간극이 가까워지는 현상이 방지되고, 이에 따라 마모 신뢰성을 더욱 확보할 수 있다.
아울러 피스톤과 보어의 간극을 크게 설정하는 설계를 피할 수 있으므로, 피스톤과 보어 간의 간격을 최적의 상태로 줄일 수 있고, 이에 따라 보어와 피스톤 사이로 누출되는 유체의 양을 최소화할 수 있으므로, 압축기의 압축 효율을 더욱 높일 수 있다.
또한 실린더를 도 1에 도시된 것처럼 블록 형태로 제작할 필요가 없고, 도 3에 도시된 바와 같이 원통 형태로 제작하면 족하므로, 실린더의 무게와 부피를 크게 줄일 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (10)

  1. 제1축(91)을 기준으로 회전하는 회전축(50);
    상기 제1축(91)로부터 이격된 위치에 설치되고, 상기 제1축(91)에 직교하는 제2축(92)의 길이방향을 따라 연장된 보어를 구비하는 실린더(30); 및
    상기 회전축(50)을 지지하고, 상기 실린더(30)를 지지하는 프레임을 포함하는 압축기로서,
    상기 프레임은:
    상기 회전축(50)을 지지하는 하부 회전지지부(245)와, 상기 실린더(30)가 얹어져 상기 실린더의 하부를 지지함으로써 실린더의 하방으로의 움직임을 제한하는 실린더 하부지지부(247)를 구비하는 하부프레임(24); 및
    상기 하부프레임(24)의 상부에서 상기 하부프레임(24)에 고정되고, 상기 실린더(30)의 상부에 얹어져 상기 실린더의 상부를 지지함으로써 실린더의 상방으로의 움직임을 제한하는 실린더 상부지지부(237)를 구비하는 상부프레임(23);을 포함하며,
    상기 하부프레임(24)과 상부프레임(23)은, 상기 실린더(30)가 상기 제1축과 평행한 축에 대해 상기 실린더가 회전하지 않도록 구속하고, 상기 실린더(30)가 상기 제1축 및 상기 제2축에 모두 수직을 이루는 축에 대해 회전하지 않도록 구속하는 압축기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 실린더(30)의 외경부에는 상기 실린더의 외경부에서 외향 돌출되는 걸림돌기(34)가 마련되고,
    상기 제1축(91)으로부터 더 먼 쪽에 있는, 상기 실린더 하부지지부(247) 및 상기 실린더 상부지지부(237) 중 적어도 어느 한 곳의 단부에는, 상기 걸림돌기(34)가 끼워지는 걸림홈(233, 243)이 마련되어서, 상기 제2축을 중심으로 하는 상기 실린더(30)의 회전을 구속하고, 상기 제2축을 따라 제1축에 가까워지는 방향에 대한 상기 실린더(30)의 이동을 구속하는 압축기.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 실린더(30)의 외경부 하측에는 상기 실린더의 외경부에서 하향 돌출되는 가체결돌기(35)가 마련되고,
    상기 하부 회전지지부(245)에는 상기 가체결돌기(35)와 대응하는 형상의 가체결홈(244)이 마련되어서, 상기 가체결돌기(35)가 상기 가체결홈(244)에 가체결됨에 따라 상기 제2축을 중심으로 하는 상기 실린더(30)의 회전을 구속하고 상기 제2축의 길이방향에 대한 이동을 구속하는 압축기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 실린더(30)에서, 상기 제1축으로부터 먼 쪽 단부에 결합되는 실린더헤드(70);
    상기 실린더헤드(70)에 마련된 복수 개의 관통홀(71);
    상기 프레임에 마련되며, 상기 관통홀(71)과 마주하는 위치에 형성되는 복수 개의 너트홀; 및
    상기 관통홀(71)을 관통하여 상기 너트홀과 결합되는 체결볼트(80);를 포함하는 압축기.
  5. 제1축(91)을 기준으로 회전하는 회전축(50);
    상기 제1축(91)로부터 이격된 위치에 설치되고, 상기 제1축(91)에 직교하는 제2축(92)의 길이방향을 따라 연장된 보어를 구비하는 실린더(30);
    상기 실린더(30)에서, 상기 제1축으로부터 먼 쪽 단부에 결합되는 실린더헤드(70); 및
    상기 실린더(30)를 지지하는 프레임을 포함하는 압축기로서,
    상기 프레임은:
    상기 실린더(30)가 얹어져 상기 실린더의 하부를 지지함으로써 실린더의 하방으로의 움직임을 제한하는 실린더 하부지지부(247)를 구비하는 하부프레임(24); 및
    상기 하부프레임(24)의 상부에서 상기 하부프레임(24)에 고정되고, 상기 실린더(30)의 상부에 얹어져 상기 실린더의 상부를 지지함으로써 실린더의 상방으로의 움직임을 제한하는 실린더 상부지지부(237)를 구비하는 상부프레임(23);을 포함하고,
    상기 하부프레임(24)과 상부프레임(23)은, 상기 실린더(30)가 상기 제1축과 평행한 축에 대해 상기 실린더가 회전하지 않도록 구속하고, 상기 실린더(30)가 상기 제1축 및 상기 제2축에 모두 수직을 이루는 축에 대해 회전하지 않도록 구속하고, 상기 실린더(30)가 상기 제2축을 따라 제1축에 가까워지는 방향에 대한 이동을 구속하며,
    상기 실린더헤드(70)에 마련된 복수 개의 관통홀(71);
    상기 프레임에 마련되며, 상기 관통홀(71)과 마주하는 위치에 형성되는 복수 개의 너트홀; 및
    상기 관통홀(71)을 관통하여 상기 너트홀과 결합되는 체결볼트(80);를 더 포함하는 압축기.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 너트홀은 프레임에서 절곡된 부위에 마련되는 압축기.
  7. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 상부프레임(23)과 하부프레임(24)은 금속 플레이트를 판금하여 제작되는 압축기.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 하부프레임(24)은 상기 회전축(50)을 지지하는 하부 회전지지부(245)를 구비하는 압축기.
  9. 청구항 1 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 상부프레임(23)은 상기 회전축(50)을 지지하는 상부 회전지지부(235)를 구비하고,
    상기 상부 회전지지부(235)는 상기 하부 회전지지부(245)의 상부에 이격 배치며,
    상기 압축기는:
    상기 제1축(91)에 직교하는 제2축(92)의 길이방향을 따라 왕복 운동하도록 상기 보어에 내삽된 피스톤(40);
    상기 회전축(50)의 회전 중심에 대해 편심 배치되며 상기 제1축(91)과 평행한 크랭크핀(51); 및
    일측 단부가 상기 크랭크핀(51)에 회전 가능하게 결합되고, 타측 단부가 상기 피스톤(40)에 대해 회전 가능하게 결합되는 커넥팅로드(46);를 더 포함하고,
    상기 크랭크핀(51)은 상기 상부 회전지지부(235)와 하부 회전지지부(245) 사이에 배치된 압축기.
  10. 청구항 2에 있어서,
    상기 실린더(30)에서 상기 제1축으로부터 먼 쪽 단부에 결합되는 실린더헤드(70)의 단부에는, 상기 걸림돌기(34)가 끼워지는 걸림홈(74)이 마련되고,
    상기 실린더(30)와 실린더헤드(70) 사이에는 실링부재(32) 또는 체크밸브(33) 중 적어도 어느 하나가 개재되고,
    실링부재(32) 또는 체크밸브(33)에서 상기 걸림돌기(34)와 대응되는 부분에는 정렬돌기(323, 333)가 마련되며,
    상기 정렬돌기(323, 333)는 상기 걸림홈(74)에 끼워지는 압축기.
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