KR100246414B1 - 밀폐형 실린더 회전식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀폐형 실린더 회전식 압축기에 관한 것이다. 종래의 밀폐형 전동식 압축기는 헤드에 흡입/토출밸브를 갖는 고정된 하나의 실린더 내에서 피스톤의 직선왕복으로 냉매의 흡입-압축-토출행정을 연속적으로 수행해 왔기 때문에 진동 및 소음이 크게 발생할 뿐만 아니라 상기 밸브의 파단에 따른 기기의 성능저하를 초래해왔다. 또한 재팽창 손실 및 유로손실이 많고, 이를 줄이기 위한 수단으로 흡입/토출구멍을 축소함으로써 습동부의 반력에 따른 내마멸성이 저하되는 문제점이 있었다. 따라서 본 발명은 중앙부의 축삽입공을 중심으로 상부측에 원형의 돌출부를 갖는 원형체로 형성되고, 상기 돌출부 내부에는 외측으로 연이어 통하는 흡입구 및 토출구를 갖는 흡입통로 및 토출통로를 중간부의 구획벽을 중심으로 상호 대칭되게 형성하되, 상기 흡입통로 및 토출통로를 돌출부 안쪽으로 트여지게 형성한 프레임과; 상기 프레임의 축삽입공에 삽입되는 크랭크축과 결합되어 토크를 발생하며 회전하는 로우터와; 상기 로우터의 바깥쪽에 회전하지 않고 고정되는 스테이터와; 상기 프레임의 돌출부 내경과 동일직경으로 상기 크랭크축의 상단부에 결합되어 함께 회전되고 내부에는 상호 대칭되게 한 쌍의 압축실을 갖는 원형체로 된 실린더와; 상기 실린더의 압축실에 구비되는 한 쌍의 피스톤이 상기 실런더의 회전에 의해서 서로 상반된 직선왕복운동으로 흡입 및 토출행정을 동시에 수행할 수 있도록 상기 피스톤의 각 로드를 편심되게 지지하기 위한 수단으로 구성함으로써 밸브운동에 의한 실린더 헤드와의 부딪힘 및 파단현상이 나타나지 않을 뿐만 아니라 별도의 토출 구멍이 구성되지 않아 재팽창 손실을 방지할 수 있게 되고, 또한 최소 유로 단면적이 증가함으로써 최대 압력저하로 인한 맥동소음이 저감되는 효과를 갖게 된다. 또한 2개 이상의 다기통 구조로 형성함으로써 1회 토출냉매 체적이 적어지고, 토출 주기가 짧아짐으로 인하여 정음운전이 가능함과 아울러 부품수 및 작업공수의 감소로 인한 작업의 효율성 및 신속성 그리고 생산성 향상을 기할 수 있는 이점이 있다. 그리고 압출행정시 피크 압력의 감소로 인해 각 습동기구부의 내마멸성이 향상되는 효과를 갖게 된다.

Description

밀폐형 실린더 회전식 압축기

본 발명은 흡입/토출밸브없이 실린더의 회전에 의한 피스톤의 직선왕복운동에 의해서 흡입/토출행정을 동시에 수행할 수 있도록 한 밀폐형 실린더 회전식 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 피스톤의 직선왕복운동에 의해서 실린더 내에 냉매를 흡입-압축-토출시키는 압축기로는 밀폐형 전동식 압축기가 있다. 이 밀폐형 전동식 압축기는 소정의 내부 체적을 갖는 밀폐용기와, 상기 밀폐용기의 내측 하부에 설치되어 외부에서 공급되는 전원에 의해 구동력을 발생시키는 전동기구부와, 상기 밀폐용기의 내측상부에 설치되어 상기 전동기구부의 구동력을 전달받아 가스를 흡입하여 압축시키는 압축기구부를 포함하여 구성되는 것으로, 이의 구성을 첨부된 도 1을 참조로 하여 설명하면 다음과 같다.

이에 도시한 바와같이 상기 전동기구부는 밀폐용기(1)의 내측 하부에 스프링(1A)에 의해 지지되는 스테이퍼(STATOR)(2)와, 사기 스테이퍼(2) 내부에 회전가능하게 결합되는 로터(ROTOR)(3)와, 내부에 오일유로(3B)가 형성되고 상단부에 편심부(3C)가 형성되어 상기 로터(3)에 압입되어 결합되는 크랭크축(3A)을 포함하여 구성된다.

상기 압축기구부는 일측에 실린더(4)가 형성되고 측부에 상기 크랭크축(3A)이 삽입되는 관통공(4B)이 형성되어져 상기 크랭크축(3A)이 삽입됨과 아울러 상기 스테이터(2)에 지지 및 고정되는 실린더블럭(4A)과, 상기 실린더(4)에 슬라이딩 가능하도록 삽입되는 피스톤(4C)과, 상기 피스톤(4C)과 크랭크축(3A)의 편심부(3C)를 연결하여 크랭크축(3A)의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 피스톤(4C)을 실린더(4)내에서 왕복운동시키는 컨넥팅 로드(4D)와, 상기 실린더(4)의 일측 단부에 결합되어 실린더(4) 내로의 가스흡입과 토출을 안내하는 밸브어셈블리(4E) 및 이에 결합 되는 헤드커버(4F)와, 상기 헤드커버(4F)와 연통되도록 결합되어 소음을 저감시키는 소음기(5)를 포함하여 구성된다. 그리고 상기 밀폐용기(1)의 저면에는 슬라이딩되는 부분에 공급되는 오일이 채워져 있고, 상기 밀폐용기(1)의 일측에는 가스가 상기 실린더(4) 내로 유입되도록 안내하는 흡입파이프(6)가 결합되며, 그 측부에는 실린더(4)에서 압축된 가스가 토출되는 토출파이프(7)가 결합된다.

이와같이 구성된 밀폐형 전동식 압축기의 작동은 먼저, 전류가 인가되면 로터(3)가 회전함과 동시에 이에 결합된 크랭크축(3A)이 회전하게 된다. 상기 크랭크축(3A)의 회전에 의해 크랭크축의 편심부(3C)에 결합된 컨넥팅 로드(4D)가 편심부(3C)의 원운동을 직선운동으로 전환시켜 피스톤(4C)을 실린더(4) 내에서 왕복운동시키게 되며, 이 피스톤(4C)의 왕복운동에 의해 실린더(4) 내로 냉매가 흡입, 압축되어 토출하도록 되어 있다.

한편, 도 2a, 도 2b는 밀폐형 전동식 압축기의 종류에 따른 구조를 보인 것으로, 도 2a는 스코치 요크 타입의 밀폐형 전동식 압축기의 압축기구부의 단면도를 나타낸 것이고, 도 2b는 컨넥팅 로드 타입의 밀폐형 전동식 압축기의 압축기구부의 단면도를 나타낸 것이다. 상기 스코치 요크 타입(scotch yoke type)의 전동식 압축기는 도 2a에 도시된 바와같이 실린더(11) 내의 피스톤(12)이 크랭크축(13)에 직접 연결되어 상기 크랭크축(13)의 회전에 따라 상기 피스톤(12)이 상기 실린더(11) 내를 직선왕복운동을 하면서 압축실(11A) 내로 냉매를 흡입하여 압축 및 토출시키는 구조로 되어 있고, 상기 실린더(11)의 끝단부 헤드(21B)에는 흡입밸브(21C)와 토출밸브(21D)가 설치되어 상기 피스톤(12)운동에 의한 압축실(11A) 내부 압력변화에 따라 개.폐되면서 전기한 바와같은 냉매의 흡입-압축-토출행정을 수행하도록 되어 있다.

또한 상기 컨넥팅 로드 타입(connecting rod type)의 전동식 압축기는 도 2b에 도시된 바와같이 실린더(21) 내의 피스톤(22)과 크랭크축(23) 사이를 컨넥팅 로드(24)로 연결하여 상기 크랭크축(23)의 회전운동이 피스톤(22)의 직선왕복운동으로 변환시켜주는 역할을 하도록 되어 있고, 상기 실린더(21)의 끝단부 헤드(21B)에는 전기한 바와 마찬가지로 흡입밸브(21C)와 토출밸브(21D)가 설치되어 상기 피스톤(22)운동에 의한 압축실(21A) 내부의 압력변화에 따라 개폐되면서 냉매를 압축실(21A) 내부로 흡입-압축-토출하는 식으로 행정을 수행하도록 되어 있다.

그러나 이러한 종래의 밀폐형 전동식 압축기는 전술한 바와같이 헤드에 흡입/토출 밸브를 갖는 하나의 실린더 내에서 피스톤의 직선왕복으로 냉매의 흡입-압축-토출행정을 연속반복적으로 수행해 왔기 때문에 상기 흡입/토출밸브의 작동시 상기 실린더 헤드와의 부딪힘으로 소음이 발생할 뿐만 아니라 상기 밸브가 파단되는 문제점이 있었다. 또한 토출행정시 피스톤의 운동에 의해서 실린더 내에서 압축된 냉매가 토출구멍을 통해서 완전히 토출되지 못함에 따라 재팽창에 의한 손실이 발생됨은 물론 이러한 소음 및 재팽창 손실을 줄이기 위해 흡입/토출구멍을 작게 형성함으로써 유로손실의 증대 및 이에 따른 습동부의 반력 증가로 인한 내마멸성의 저하를 초래하는 문제점이 있었다. 이와함께 종래의 전동식 압축기는 전기한 바와같이 고정된 하나의 실린더 내에서 피스톤의 직선왕복운동으로 흡입-압축-토출행정이 수행되어 왔기 때문에 토출이 불연속적으로 이루어짐은 물론 이로인해 맥동이 발생 함으로써 진동 및 소음이 더욱 커지게 되는 문제점이 있었다. 또한 상기에서와 같은 밸브충격음에 의한 소음을 저감시키기 위해서 복잡한 구조로 된 흡입/토출 머풀러를 장착함에 따라 기기의 성능저하는 물론 작업공수 및 부품수의 증가로 인한 생산성 저하를 초래하는 문제점이 있었다. 따라서 본 발명의 목적은 밸브 작동에 의한 소음 및 진동을 방지함은 물론 상기 밸브의 파단에 따른 성능 저하를 방지하는데 있다. 둘째는 냉매의 불완전 토출로 인한 재팽창 손실 및 유로 손실을 줄임과 아울러 실린더 내에서 압축된 냉매를 연속적으로 토출시키는데 있다. 셋째는 구조를 단순화하여 원가절감 및 생산성 향상을 기하는데 있다.

제1도는 일반적인 밀폐형 전동식 압축기의 일례를 보인 단면도.

제2a,b도는 밀폐형 전동식 압축기의 종류에 따른 구조를 나타낸 것으로,

제2a도는 스코치 요크 타입의 밀폐형 전동식 압축기의 압축기구부를 나타낸 단면도.

제2b도는 컨넥팅 로드 타입의 밀폐형 전동식 압축기의 압축기구부를 나타낸 단면도.

제3도는 종래의 밀폐형 전동식 압축기에 의한 냉매의 흡입/압축 사이클을 보인 작동도.

제4a,b도는 본 발명의 구성을 보인 것으로,

제4a도는 단면도.

제4b도는 평면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

31 : 스테이터 32 : 로터

32A : 크랭크축 32B : 상단턱

33 : 프레임 33A : 축삽입공

33B : 돌출부 33C : 구획벽

33D : 흡입통로 33E : 흡입구

33F : 토출통로 33G : 토출구

34 : 실린더 35 : 돌출편

36,36A : 압축실 37,37A : 피스톤

38,38A : 고정핀 39,39A : 피스톤 로드

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 중앙부의 축삽입공을 중심으로 상부측에 원형의 돌출부를 갖는 원형체로 형성되고, 상기 돌출부 내부에는 외측으로 연이어 통하는 흡입구 및 토출구를 갖는 흡입통로 및 토출통로를 중간부의 구획벽을 중심으로 상호 대칭되게 형성하되, 상기 흡입통로 및 토출통로를 돌출부 안쪽으로 트여지게 형성한 프레임과; 상기 프레임의 축삽입공에 삽입되는 크랭크축과 결합되어 토크를 발생하며 회전하는 로우터와; 상기 로우터의 바깥쪽에 회전하지 않고 고정되는 스테이터와; 상기 프레임의 돌출부 내경과 동일직경으로 상기 크랭크축의 상단부에 결합되어 함께 회전되고 내부에는 상호 대칭되게 한 쌍의 압축실을 갖는 원형체로 된 실린더와; 상기 실린더의 압축실에 구비되는 한 쌍의 피스톤이 상기 실린더의 회전에 의해서 서로 상반된 직선왕복운동으로 흡입 및 토출행정을 동시에 수행할 수 있도록 상기 피스톤의 각 로드를 편심되게 지지하기 위한 수단으로 구성된 것으로, 상기 지지수단은 프레임의 일측 상단에 일측단이 고정되고, 타측단은 상기 실린더의 중공부에 편심되게 고정핀을 설치되어 상기 고정핀의 타측단에 상기 피스톤의 각 로드를 회전가능하게 연결하여서 된 것을 특징으로 한 밀폐형 실린더 회전식 압축기가 제공된다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.

도 4a도, 4b도는 본 발명의 구성을 보인 것으로, 도 4a는 단면도이고, 도 4b는 평면도로서, 31은 회전하지 않고 고정되어 있는 스테이터이고, 32는 상기 스테이터(31)내부에서 토크를 발생하며 회전하는 로터이다. 상기 스테이터(31)상부측에는 중앙부에 축삽입공(33A)를 갖는 프레임(33)이 설치된다. 상기 프레임(33)은 상기 축삽입공(33A)을 중심으로 상부측에 원형의 돌출부(33B)를 갖는 원형체로서, 상기 축삽입공(33A)에는 상단턱(32B)을 갖는 크랭크축(32A)이 삽입되고, 상기 크랭크축(32A)은 로터(32)와 결합된다. 또한 상기 원형의 돌출부(33B)는 중간부의 구획벽(33C)에 의해서 내부에 흡입통로(33B)와 토출통로(33F)가 상호 대칭되게 형성되고, 상기 흡입통로(33B)에는 흡입구(33E)가, 토출통로(33F)에는 토출구(33G)가 각각 외측으로 통하게 형성된다. 그리고 상기 흡입통로(33B) 및 토출통로(33F)는 상기 프레임(33)의 돌출부(33B) 안쪽으로 트여지게 형성된다. 즉, 도 4b에 도시된 바와같이 중앙부가 비어있는 원형의 프레임(33)에서 중간부 양쪽 구획벽(33c)을 기준으로 하여 A-B까지의 부분이 흡입행정이 시작해서 끝나는 부분(흡입통로)이고, C-D까지의 부분이 토출행정이 시작해서 끝나는 부분(토출통로)으로서, 흡입구(33E)와 토출구(33G)는 각각 흡입통로(33B)와 토출통로(33F)의 중간에 위치하도록 형성된다.

그리고 상기 프레임(33)의 돌출부(33B) 내부에는 역시 가운데가 비어있는 링모양의 원형 실린더(34)가 설치되는 것으로, 상기 실린더(34)의 중공부 안쪽 하단부에 돌출편(35)이 형성되고, 이 돌출편(35)은 체결수단에 의해서 크랭크축(32A)의 상단턱(32B)과 결합되어 상기 크랭크축(32A)과 함께 회전되도록 구성된다. 또한 상기 실린더(34) 내부에는 상호 대칭되게 한 쌍의 압축실(36)(36A)이 위치하도록 구성된다. 이 압축실(36)(36A)에는 상기 크랭크축(32A)의 회전운동을 전달받아 직선왕복운동을 하는 피스톤(37)(37A)이 각각 구비되는데, 이때 상기 피스톤(37)(37A)은 동일길이를 갖는 피스톤 로드(39)(39A)와 연결되고, 상기 피스톤 로드(39)(39A)는 상기 크랭크축(32A)에 의한 상기 실린더(34)의 회전에 의해서 상기 피스톤(37)(37A)을 상기 실린더(34)의 압축실(36)(36A) 내에서 서로 상반되게 직선왕복운동을 하여 동시에 흡입과 토출행정을 행하도록 편심으로 지지하는 수단이 구비되는 것으로, 상기 지지수단으로써 양단이 하향으로 절곡된 고정핀(38)이 구비된다. 상기 고정핀(38)은 프레임(33)의 일측 상단에 일측단이 고정되고, 타측단은 상기 실린더(34)의 중공부에 위치하는데, 이때 상기 고정핀(38)의 타측단은 상기 실린더(34)의 중공부 정중앙에 위치하지 않고 편심되며, 이 편심된 고정핀(38)의 타측단에 피스톤로드(39)(39A)가 각각 회전가능하게 연결되어지는 것이다.

다음은 상기에서와 같이 구성된 본 발명의 작동과정을 설명한다.

먼저, 전류가 인가되면 로터(32)가 회전함과 동시에 이에 결합된 크랭크축(32A)이 회전하게 되고, 상기 크랭크축(32A)에 결합된 실린더(34)도 함께 시계방향으로 회전하게 된다. 또한 상기 실린더(34)의 회전에 의해서 상기 실린더(34)의 압축실(36)(36A) 내부에 구비된 피스톤(37)(37A) 및 피스톤 로드(39)(39A)도 함께 회전하게 되는데, 이때 상기 피스톤 로드(39)(39A)의 회전중심은 상기 실린더(34)의 중공부에 편심 설치된 고정핀(38)이 된다. 이렇게 상기 피스톤 로드(39)(39A)가 상기 고정핀(38)을 중심으로 회전하면서 일측 피스톤 로드(39)는 상기 고정핀(38)을 중심으로 반경이 큰 쪽을 지나고, 타측 피스톤 로드(39A)는 반경이 작은 쪽을 지나게되면, 상기 일측 피스톤 로드(39)는 도 4b에서 A에 위치한 압축실(36) 내의 피스톤(37)을 끌어 당기면서 흡입행정을 시작하게 되고, 타측 피스톤 로드(39A)는 도 4b에서 C에 위치한 압축실(36A) 내의 피스톤(37A)을 밀어 전진시키면서 토출행정을 시작하게 되는 것이다. 즉 냉매의 흡입행정과 토출행정이 동시에 행해지게 되는 것이다. 그리고 실린더(34)의 계속적인 시계방향으로의 회전에 의해서 상기 일측 피스톤 로드(39)는 흡입구(33E)를 통해 냉매를 흡입통로(33D) 내부로 흡입하면서 흡입행정을 계속적으로 행하여 C의 위치에서 흡입행정을 멈추게 되고, 타측 피스톤로드(39A)는 토출구(33G)를 통해 압축된 토출통로(33F) 내의 냉매를 토출시키면서 토출행정을 계속적으로 행하며 D의 위치에서 토출행정을 멈추게 되는 것으로, 이러한 행정과정은 상기 실린더(34)의 회전이 멈출 때까지 연속반복적으로 행해지게 된다.

이같이 본 발명은 흡입 및 토출밸브가 적용되지 않게 되어 상기 밸브작동에 의한 소음 및 진동을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 상기 밸브파단에 의한 기기의 성능 저하를 방지할 수 있는 효과를 갖게 된다. 또한 토출구멍이 별도로 구비되지 않아 상기 토출구멍에 의한 재팽창 손실을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 실린더 내부로 흡입 또는 토출되는 최소 유로 단면적이 증가함으로써 흡입 및 토출행정에서의 손실이 저감됨은 물론 최대 압력저하로 인한 맥동 소음이 저감되는 효과를 갖게 된다. 그리고 크랭크축 웨이트 밸런스 삭제 및 피스톤 왕복운동에 의한 불균형 운동이 저감됨으로써 진동이 저감됨은 물론 압축실을 2개의 이상의 다기통 구조로 형성함으로서 1회 토출 냉매 체적이 적어지고, 토출주기가 짧아짐으로 인하여 정음운전이 가능한 이점이 있다. 또한 압축에 의한 토출행정시 피트 압력 감소로 인한 각 습동기구부의 내마멸성이 향상됨과 아울러 실린더 헤드 및 흡입/토출밸브, 패킹 등과 같은 다수의 부품이 삭제됨으로써 작업공수의 감소로 인한 작업의 효율성 및 신속성 그리고 생산성 향상을 기할 수 있는 효과를 갖게 된다.

Claims (2)

1. 중앙부의 축삽입공을 중심으로 상부측에 원형의 돌출부를 갖는 원형체로 형성되고, 상기 돌출부 내부에는 외측으로 연이어 통하는 흡입구 및 토출구를 갖는 흡입통로 및 토출통로를 중간부의 구획벽을 중심으로 상호 대칭되게 형성하되, 상기 흡입통로 및 토출통로를 돌출부 안쪽으로 트여지게 형성한 프레임과; 상기 프레임의 축삽입공에 삽입되는 크랭크축과 결합되어 토크를 발샐하며 회전하는 로우터와; 상기 로우터의 바깥쪽에 회전하지 않고 고정되는 스테이터와; 상기 프레임의 돌출부 내경과 동일직경으로 상기 크랭크축의 상단부에 결합되어 함께 회전되고 내부에는 상호 대칭되게 한 쌍의 압축실을 갖는 원형체로 된 실린더와; 상기 실린더의 압축실에 구비되는 한 쌍의 피스톤이 상기 실린더의 회전에 의해서 서로 상반된 직선왕복 운동으로 흡입 및 토출행정을 동시에 수행할 수 있도록 상기 피스톤의 각 로드를 편심되게 지지하기 위한 수단으로 구성된 것을 특징으로 한 밀폐형 실린더 회전식 압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 지지수단은 프레임의 일측 상단에 일측단이 고정되고, 타측단은 상기 실린더의 중공부에 편심되게 고정핀을 설치되어 상기 고정핀의 타측단에 상기 피스톤의 각 로드를 회전가능하게 연결하여서 된 것을 특징으로 한 밀폐형 실린더 회전식 압축기.

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