KR101230066B1

KR101230066B1 - 밀폐형 압축기

Info

Publication number: KR101230066B1
Application number: KR1020107025340A
Authority: KR
Inventors: 고 이나가키; 아키라 나카노; 요시노리 이시다; 이치로 모리타
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2008-05-12
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2013-02-05
Also published as: CN101855451B; US8814539B2; EP2472113A3; JP2013060953A; KR20110002092A; US9745973B2; JP2011509365A; EP2472113A2; US20110027111A1; JP2014080982A; EP2198161B1; EP2472113B1; US8794933B2; ATE551529T1; JP5187390B2; WO2009139135A1; JP5477455B2; US20140308140A1; JP5870255B2; CN101855451A

Abstract

밀폐형 압축기는 윤활유를 저장하는 폐쇄된-용기와, 전동 요소와, 전동 요소에 의해 구동된 압축 요소를 포함한다. 압축 요소는 압축 챔버를 형성하는 실린더 블록과, 압축 챔버 내에서 왕복운동하는 피스톤과, 피스톤의 외부 원주에 윤활유를 공급하기 위한 급유 장치를 포함한다. 피스톤의 외부 원주상에 제 1 오일 홈이 오목하게 형성되어 있으며, 제 1 오일 홈에 대해서 압축 챔버에 대향 측면상에 제 2 오일 홈이 오목하게 형성되어 있다. 제 2 오일 홈은 제 1 오일 홈의 공간 체적과 동일하거나 큰 공간 체적을 갖고 있다. 피스톤과 원통형 간극 부분 사이의 간극이 상사점으로부터 하사점까지 넓어지도록 팽창된 간극 부분이 형성된다.

Description

밀폐형 압축기{HERMETIC COMPRESSOR}

본 발명은 밀폐형 압축기에 관한 것이다.

에너지 보존 및 자원 보존에 대한 관심은 지구 환경 보호의 관점으로부터 최근에 더욱 강해지고 있다. 예를 들면, 가정용의 가정용 냉장고-냉동장치와 같은 냉동 시스템에 이용되는 밀폐형 압축기에서도 전력 소비의 감소는 이전보다 강력하게 요구되고 있다. 밀폐형 압축기의 효율을 증가시킴으로써 전력 소비를 감소시키는 방법이 후술된다. 하나의 방법은 미끄러짐 부분, 전형적으로 피스톤과 실린더 사이의 간극 그리고 메인 샤프트와 베어링 사이의 간극에서의 미끄러짐 손실을 감소시키는 것이다. 다른 방법은 냉매의 압축 동안에 압축 챔버로부터 피스톤과 실린더 사이의 간극을 거쳐서 다른 부분까지 고압 냉매의 누출로 인한 냉매 누출의 손실을 감소시키는 것이다.

일본 특허 공개 공보 제 2002-89450 호 일본 특허 공개 공보 제 2005-307795 호 일본 특허 공표 공보 제 1995-508333 호

피스톤과 실린더 사이의 미끄러짐 손실을 감소시키고, 그리고 또한 피스톤과 실린더 사이의 간극을 통한 냉매의 손실을 감소시키는 방법이 개시된다. 이러한 방법에서, 실린더는 원뿔 사다리꼴이며, 그 내경은 상사점으로부터 하사점까지 증가된다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

상기 종래의 밀폐형 압축기를 도면을 참조하여 설명한다.

도 17은 특허문헌 1에 개시된 종래의 밀폐형 압축기의 수직 단면도이다. 도 18은 종래의 밀폐형 압축기의 피스톤 둘레의 주요 부분의 단면도이다.

전동 요소(5)는 폐쇄된-용기(1) 내측의 바닥 부분에 마련된다. 압축 요소(6)는 폐쇄된-용기(1) 내측의 상부 부분에 마련된다. 압축 요소(6)는 메인 샤프트(9)를 거쳐서 구동된다. 전동 요소(5)의 로터(4)는 메인 샤프트(9)에 직접 연결된다. 압축 요소(6)는 편심 샤프트(10)의 회전을 연결 장치(20)를 거쳐서 피스톤(19)의 왕복운동 움직임으로 변환한다. 그 결과, 피스톤(19)은 실린더(16) 내측에서 왕복운동한다. 편심 샤프트(10)는 메인 샤프트(9)상에 마련된다.

윤활유(7)는 폐쇄된-용기(1)의 바닥에 저장된다. 윤활유(7)는 미끄러짐 부분, 즉 압축 요소(6)의 메인 샤프트(9) 및 메인 베어링(18)을 윤활시키기 위해 저장된다. 메인 샤프트(9)의 바닥 단부에 마련된 원심 펌프(11)는 윤활유(7)를 펌핑하고, 이것을 우선 메인 베어링(18)의 미끄러짐 부분으로 공급하고, 다음에 메인 샤프트(9)에 마련된 점성 펌프를 거쳐서 상부 부분에서 편심 샤프트(10)에 공급한다.

편심 샤프트(10)에 공급된 윤활유(7)는 연결 장치(20)의 미끄러짐 부분을 윤활시키기 위해서 편심 샤프트(10)의 외경으로 유도되고, 다음에 단부로부터 주변으로 분산된다. 이러한 분산된 윤활유(7)의 일부분은 왕복운동 움직임시의 피스톤(19)의 외부 원주와 실린더(16)의 내부 원주 사이의 미끄러짐 부분을 윤활하고, 또한 이러한 미끄러짐 부분의 간극에 오일 시일을 제공한다.

실린더(16)는 원뿔 사다리꼴이며, 그 내경은 상사점으로부터 하사점까지 치수(Dt)로부터 치수(Db)까지 증가된다. 피스톤(19)은 원통형 형상이며, 그 외경은 전체 길이에 걸쳐서 동일하다.

이들 형상에 있어서, 압축 챔버(17) 내측의 압력은, 하사점으로부터 냉매 가스(도시되지 않음)가 압축되는 상사점까지 피스톤(19)이 이동하는 동안에 압축 행정의 중간까지 정도로는 증가하지 않는다. 따라서, 윤활유(7)에 의한 오일-시일 효과는 피스톤(19)과 실린더(16) 사이의 간극(Cb)이 상대적으로 클 때 조차도 냉매를 거의 누출하지 않는다. 또한, 상대적으로 큰 간극(Cb)은 피스톤(19)의 단지 작은 미끄러짐 저항을 발생한다.

다음에, 압축 행정이 압축 챔버(17) 내측의 냉매 가스 압력을 증가시키도록 더 진행하고 그리고 피스톤(19)이 상사점 근방에 도달할 때, 압축 챔버(17) 내측의 압력은 사전결정된 배출 압력까지 증가되고 그리고 고온 및 고압으로 된다. 이것은 윤활유(7)의 점도를 악화시키고, 냉매의 누출을 허용할 수 있는 상태를 확립한다. 그러나, 피스톤(19)과 실린더(16) 사이의 간극(Ct)이 상사점의 측면에서 작게 되기 때문에, 윤활유(7)의 오일-시일 효과는 작동하고, 냉매의 누출을 감소시킨다. 따라서, 높은 압축 효율이 유지될 수 있다.

종래 기술의 다른 예는 피스톤과 실린더 사이의 윤활유의 공급을 조장하기 위해서 피스톤의 외부 원주상에 윤활 홈을 마련하는 것이다. 이것은 피스톤과 실린더 사이의 간극에서 오일-시일 효과를 증가시킨다. 따라서, 간극을 통한 피스톤과 실린더 사이에서의 압축된 냉매 가스의 누출이 감소되어, 밀폐형 압축기의 효율을 증가시킨다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).

상기 종래의 밀폐형 압축기를 도면을 참조하여 설명한다.

도 19는 특허문헌 2에 개시된 종래의 밀폐형 압축기의 수직 단면도이다. 도 20은 도 19의 화살표(A)의 방향으로부터 본 밀폐형 압축기이다. 도 21은 특허문헌 2에 개시된 종래의 밀폐형 압축기의 피스톤 둘레의 주요 부분의 단면도이다.

도 19 내지 도 21에서, 전동 요소(35) 및 압축 요소(36)는 폐쇄된-용기(31) 내측의 폐쇄된-용기 공간(32)에 배치된다. 윤활유(37)는 폐쇄된-용기(31)의 바닥 부분에 저장된다. 전동 요소(35)는 스테이터(33)와 내장형 영구 자석(도시하지 않음)을 갖는 로터(34)를 포함한다. 압축 요소(36)는 전동 요소(35)에 의해 구동된다.

샤프트(38)는 메인 샤프트(39) 및 편심 샤프트(40)를 포함한다. 급유 장치(38a)는 원심 펌프(41), 수직방향 구멍(43) 및 수평방향 구멍(44)을 포함한다. 로터(34)는 메인 샤프트(39)에 압입 끼워맞춤된다. 편심 샤프트(40)는 메인 샤프트(39)에 대해 편심으로 형성되어 있다. 급유 장치(38a)는 샤프트(39)상에 형성되어 있다. 원심 펌프(41)의 일 단부는 개방되어 윤활유(37)에 잠겨있고, 타 단부는 점성 펌프(42)에 연결되어 있다. 수직방향 구멍(43) 및 수평방향 구멍(44)은 점성 펌프(42)에 대해 대향 측면에 마련되어 있고, 폐쇄된-용기 공간(32)으로 개방되어 있다.

블록(45)은 실린더(46) 및 메인 베어링(48)을 포함한다. 피스톤(49)은 실린더(46)에 왕복운동 가능하게 삽입된다. 피스톤(49)의 외부 원주상에 2개의 링형 오일 홈(51)이 있다. 실린더(46)는 실질적으로 원통형 압축 챔버(47)를 형성한다. 메인 베어링(48)은 메인 샤프트(39)를 지지한다. 연결 장치(50)는 피스톤(49) 및 편심 샤프트(40)를 연결한다.

오일 홈(51)은 상사점에서 실린더(46)의 내부 원주상에 위치되며(피스톤의 상부 단부 면(49a)이 화살표(B)로 표시되어 있음), 하사점에서 노치형 부분(52)을 거쳐서 폐쇄된-용기 공간(32)에 연결되어 있다(피스톤의 상부 단부 면(49a)이 화살표(C)로 표시되어 있음).

상술한 밀폐형 압축기의 작동을 설명한다.

전동 요소(35)의 로터(34)는 샤프트(38)를 회전시키고, 편심 샤프트(40)의 회전은 연결 장치(50)를 거쳐서 피스톤(49)으로 전달된다. 이것은 피스톤(49)이 압축 챔버(47)내에서 왕복운동되게 한다. 냉각 시스템(도시하지 않음)으로부터의 냉매 가스는 압축 챔버(47)내로 흡입되고, 압축되고, 다음에 다시 냉각 시스템으로 배출된다. 이러한 압축 운동은 반복된다.

밀폐형 압축기가 작동되는 동안에, 원심 펌프(41)내의 윤활유(37)는 샤프트(38)의 회전에 의해 발생된 원심력에 의해 펌핑된다. 다음에, 점성 펌프(42)를 통해, 윤활유(37)는 각 미끄러짐 부분으로 공급된다. 다음에, 윤활유(37)는 수직방향 구멍(43) 및 수평방향 구멍(44)으로부터 방출되고, 밀폐된-용기 공간(32)으로 분산된다. 이러한 포인트에서, 방출 통로(K)를 통해 분산된 윤활유(37)는 노치형 부분(52)에 위치된 피스톤(49)의 상부 부분에 도달한다. 다음에, 오일 저장소(37a)는 표면 장력에 의해 오일 홈(51)의 상부 부분에서 피스톤(49)상에 형성된다.

오일 저장소(37a)내의 윤활유(37)는 오일 홈(51)의 전체 원주로 유동하여, 누출 손실을 감소시키기 위한 피스톤(49)과 실린더(46) 사이의 시일 효과를 개선한다.

그러나, 상기 특허문헌 1에 개시된 종래의 구조에서, 피스톤(19)과 실린더(16) 사이의 간극은 원뿔 사다리꼴이다. 이것은 피스톤(19)과 실린더(16) 사이의 간극이 원통형일 때보다 큰 간극의 공간 체적을 형성한다. 그 결과, 냉매 가스가 높은 압력으로 압축되고 그리고 사전결정된 압력에 도달할 때, 간극내의 윤활 오일(17)은 고압 냉매에 의해 폐쇄된-용기 공간(2)내로 쉽게 뿜어진다. 따라서, 윤활유(7)는 냉매의 누출 손실을 감소시키기 위해서 피스톤(19)과 실린더(16) 사이의 간극으로 충분하게 그리고 확실하게 공급될 필요가 있다.

상기 특허문헌 2에 개시된 종래의 구조에 있어서, 윤활유(37)는 피스톤(49)의 외부 원주상에 오일 홈(51)을 마련함으로써 피스톤(49)의 상사점 근방에 확실하게 공급될 수 있다. 그러나, 실린더(46)의 원뿔 사다리꼴 내경은 관형 실린더(46)의 공간 체적과 비교할 때 간극의 공간 체적을 증가시킨다. 공급될 윤활유(37)의 오일 량을 증가시키기 위해서, 오일 홈(51)의 용량이 확대될 필요가 있다.

그러나, 냉매 가스가 피스톤(49)의 상사점 근방에서 압축 챔버(47)내의 고온 고압에 있는 상태에서, 오일 홈(51)을 통해 운반된 윤활유(37)는 피스톤(49)과 실린더(46) 사이의 간극으로 운반 배출된다. 다음에, 냉매 가스는 오일 홈(51)의 공간내로 유동하며, 그에 따라 공간은 쓸모없는 체적이 된다. 따라서, 오일 홈(51)의 용량이 증가된다면 재팽창 손실이 증가할 수 있다.

냉매 가스가 운반 배출된 후에 오일 홈(51)이 쓸모없는 체적이 되는 것을 고려하면, 쓸모없는 체적을 억제하면서 충분한 오일 량을 확보할 필요가 있다.

도 22는 냉매가 압축될 수 있는, 특허문헌 3에 개시된 압축기 유닛의 단면도이다.

원통형 구멍 부분(66)은 팽창된 간극 부분(67) 및 균일한 간극 부분(66)을 포함한다. 피스톤(73)은 전체 걸이에 걸쳐서 균일한 외경을 갖고 있다. 팽창된 간극 부분(67)은 상사점의 측면으로부터 피스톤(73)의 하사점을 향해서 Dt로부터 Db(>Dt)까지 증가되는 내경을 갖고 있다. 균일한 간극 부분(68)은 축 방향에서 일정한 내경을 갖고 있으며, 압축 챔버(65)의 측면까지 상사점에 도달하는 피스톤(73)의 일 단부에 대응하는 영역에 길이(L)에 대해서만 형성되어 있다.

압축 챔버내에서 압축된 고온 및 고압 냉매 가스의 누출인 블로바이(blowby)는, 피스톤(73)이 이러한 팽창된 간극 부분(67) 및 균일한 간극 부분(68)을 마련함으로써 상사점 근방에 도달하기 전에, 압축 행정의 중간까지에서 거의 발생하지 않는다. 또한, 피스톤(73)의 미끄러짐 저항이 감소된다. 압축 행정이 더 진행하고 그리고 피스톤(73)이 상사점에 근접되는 상태에서, 증가된 가스 압력과 일치하는 냉매 가스의 누출은, 전체 길이에 걸쳐서 팽창된 간극 부분을 형성하는 경우와 비교할 때 감소될 수 있다.

그러나, 특허문헌 3에 개시된 종래의 구조를 갖는 압축기 유닛에 있어서, 전체 피스톤(73)은 이 피스톤(73)이 하사점으로 복귀할 때 조차도 원통형 구멍 부분(66) 내측에 잔류한다. 따라서, 윤활 오일은 윤활이 요구되는 원통형 구멍 부분(66)과 피스톤(73) 사이로 충분히 공급되지 않는다.

또한, 특허문헌 3에 개시된 종래의 구조를 갖는 압축기 유닛에 있어서, 피스톤(73)이 상사점에 근접하게 될 때 간극이 보다 좁게 되는 경우 윤활유가 방출된다. 피스톤(73)이 하사점으로 복귀되고 그리고 간극이 보다 넓게 되는 경우, 간극을 밀봉하기 위한 윤활유는 불충분하다. 이것은 블로바이를 억제하기 어렵게 한다. 또한, 불충분한 윤활유는 미끄러짐 저항을 증가시킨다.

본 발명의 밀폐형 압축기는 윤활유를 저장하는 폐쇄된-용기와, 전동 요소와, 전동 요소에 의해 구동된 압축 요소를 포함한다. 압축 요소는 압축 챔버를 형성하기 위한 실린더 블록과, 압축 챔버내에서 왕복운동하는 피스톤과, 피스톤의 외부 원주에 윤활유를 공급하기 위한 급유 장치를 포함한다. 피스톤은 그 외부 원주상에 오목하게 형성된 제 1 오일 홈과, 제 1 오일 홈과 동일하거나 큰 공간 체적을 갖는 오목하게 형성된 제 2 오일 홈을 갖고 있다. 팽창된 간극 부분이 마련되며, 이러한 부분에서 피스톤과 실린더 블록 사이의 간극은 상사점으로부터 하사점까지 넓게 된다.

이러한 밀폐형 압축기에서, 팽창된 간극 부분은 피스톤과 실린더 사이의 간극을 넓게 하며, 점성 저항의 감소를 야기시킨다. 제 1 오일 홈과 제 2 오일 홈의 체적의 합계는 오일 시일을 확실하게 하기 위해 필요한 일정 량의 윤활유를 상사점으로부터 하사점까지 피스톤과 실린더 사이의 넓어지는 간극으로 확실하게 공급할수 있게 한다. 또한, 제 2 오일 홈의 공간 체적 이하의 제 1 오일 홈의 체적은 냉매의 압축 동안에 압축 챔버로부터 제 1 오일 홈으로 흐르는 냉매 가스의 량을 억제한다.

도 1은 본 발명의 예시적인 제 1 실시예에 따른 밀폐형 압축기의 수직 단면도,
도 2는 피스톤이 하사점에 있는 상태에서의 밀폐형 압축기의 피스톤 둘레의 주요 부분의 단면도,
도 3은 밀폐형 압축기의 피스톤의 확대도,
도 4는 밀폐형 압축기에서의 오일 홈 둘레의 확대도,
도 5는 하사점에서의 피스톤의 확대도,
도 6은 밀폐형 압축기에서 상사점에서의 피스톤의 확대도,
도 7은 밀폐형 압축기에서 피스톤 위치와 압축 챔버 내측의 압력의 관계를 나타내는 도면,
도 8은 밀폐형 압축기에서 오일 홈의 체적의 합계와 성능 계수(coefficient of performance)의 관계를 나타내는 도면,
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 밀폐형 압축기에서 하사점에서의 피스톤의 단면도,
도 10은 밀폐형 압축기에서 상사점에서의 피스톤의 단면도,
도 11은 피스톤이 밀폐형 압축기에서 하사점에 있는 압축기 유닛의 확대 단면도,
도 12는 피스톤이 밀폐형 압축기에서 상사점에 있는 압축기 유닛의 확대 단면도,
도 13a는 본 발명의 예시적인 제 2 실시예에 따른 밀폐형 압축기에서 피스톤의 외부 형상을 나타내는 평면도,
도 13b는 도 13a에서 선 X-X를 따라 취한 단면도,
도 14a는 본 발명의 예시적인 제 2 실시예에 따른 실린더 블록 및 피스톤의 단면도,
도 14b는 밀폐형 압축기의 효율의 논리적인 개선을 나타내는 도면,
도 15는 밀폐형 압축기의 효율을 개선하는 결과를 나타내는 도면,
도 16은 밀폐형 압축기의 베어링과 압축 챔버의 위치 관계를 나타내는 평면도,
도 17은 특허문헌 1에 개시된 종래의 밀폐형 압축기의 수직 단면도,
도 18은 밀폐형 압축기의 피스톤 둘레의 주요 부분의 단면도,
도 19는 특허문헌 2에 개시된 종래의 밀폐형 압축기의 수직 단면도,
도 20은 도 19에서 화살표(A)의 방향에서 본 도면,
도 21은 특허문헌 2에 개시된 종래의 밀폐형 압축기의 피스톤 둘레의 주요 부분의 단면도,
도 22는 냉매가 특허문헌 3에 개시된 바와 같이 압축될 수 있는 압축기 유닛의 단면도.

본 발명의 예시적인 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

[실시예 1]

도 1은 본 발명의 예시적인 제 1 실시예에 따른 밀폐형 압축기의 수직 단면도이다. 도 2는 피스톤이 하사점에 있을 때 밀폐형 압축기의 피스톤 둘레의 주요 부분의 단면도이다. 도 3은 밀폐형 압축기의 피스톤의 확대도이다.

도 1 내지 도 3에서, 밀폐형 압축기는 전동 요소(105) 및 압축 요소(106)를 폐쇄된-용기(101) 내측의 폐쇄된-용기 공간(102)내에 포함하고 있다. 윤활유(107)는 폐쇄된-용기(101)의 바닥에 저장된다.

폐쇄된-용기 공간(102)내의 냉매는 R600a이다. R600a는 지구 온난화 계수가 낮은 대표적인 천연 냉매인 탄화수소 냉매이다.

전동 요소(105)는 스테이터(103)와 내장형 영구 자석(도시하지 않음)을 갖는 로터(104)를 포함한다. 압축 요소(106)는 전동 요소(105)에 의해 구동된다.

압축 요소(106)는 샤프트(108)와, 실린더 블록(115)과, 피스톤(119) 및 급유 장치(108a)를 포함한다.

로터(104)는 샤프트(108)에 압입 끼워맞춤된다. 샤프트(108)는 메인 샤프트(109) 및 편심 샤프트(110)를 포함한다. 편심 샤프트(110)는 메인 샤프트(109)에 대해 편심으로 배치된다.

급유 장치(108a)는 원심 펌프(111)와, 점성 펌프(112)와, 수직방향 구멍(113) 및 수평방향 구멍(114)에 의해 설정되는 일련의 통로를 포함한다. 급유 장치(118a)는 샤프트(108)상에 형성된다. 원심 펌프(108a)의 일 단부는 개방되어 윤활유(107)에 잠겨져 있고, 타 단부는 점성 펌프(112)의 바닥 단부에 연결되어 있다. 수직방향 구멍(113) 및 수평방향 구멍(114)의 각각의 일 단부는 점성 펌프(112)의 상부 단부에 연결되어 있고, 타 단부는 폐쇄된-용기 공간(102)으로 개방되어 있다.

실린더 블록(115)은 원통형 구멍 부분(116) 및 메인 베어링(118)을 포함한다. 메인 베어링(118)은 메인 샤프트(109)를 지지한다.

피스톤(109)은 왕복운동 방식으로 원통형 구멍 부분(116)내로 미끄러져 삽입되며, 피스톤(119)은 원통형 구멍 부분(116)내에서 왕복운동한다.

압축 챔버(117)는 원통형 구멍 부분(116)과, 피스톤(119)의 단부 면에 의해 둘러싸인 공간이다. 연결 장치(120)는 피스톤(119) 및 편심 샤프트(110)를 연결한다.

다수의 오일 홈(121)은 피스톤(119)의 외부 원주 둘레에 마련되어 있다. 보다 상세하게, 급유 장치(108a)는 윤활유(107)를 피스톤(119)의 외부 원주로 공급한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 폐쇄된-용기 공간(102) 및 오일 홈(121)의 일부분은 피스톤(119)의 하사점에서 연결되어 있다. 예를 들면 상사점 근방과 같은 다른 위치에서, 전체 오일 홈(121)은 원통형 구멍 부분(116) 내측에 있다. 따라서, 피스톤(119)의 왕복운동 움직임에서, 오일 홈(121)의 적어도 일부분은 한번은 원통형 구멍 부분(116) 외측에 그리고 다른 한번은 원통형 구멍 부분(116) 내측에 폐쇄된-용기 공간(102)내에 위치될 수 있다.

원통형 구멍 부분(116)은 균일한 간극 부분(130)을 가지며, 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 간극은 상사점으로부터 하사점까지의 압축 챔버(117)의 측면까지 피스톤(119)의 상부 단부에서의 영역에 대응하는 사전결정된 영역에서 균일하다.

따라서, 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 간극에서 균일한 간극(130)의 비율은, 압축 챔버(117) 내측의 냉매 가스의 압력이 사전결정된 압력 또는 그보다 높게 될 때 증가된다. 이것은 냉매 가스의 누출 손실을 감소시킬 수 있게 한다.

원통형 구멍 부분(116)의 내경이 하사점을 향해 넓어지는 팽창된 간극 부분(131)은 균일한 간극 부분(130)에 대해 하사점의 측면에 마련된다.

보다 상세하게, 피스톤(119)이 상사점에 있을 때, 피스톤(119)은 균일한 간극 부분(130)에 접촉한다. 균일한 간극 부분(130) 및 팽창된 간극 부분(131)은 서로 인접해 있다. 균일한 간극 부분(130)은 압축 챔버의 측면까지 피스톤(119)의 상부 단부에 대응하는 부분에 형성되어 있으며; 압축 챔버(117)의 내경은 축방향으로 균일하다. 팽창된 간극 부분(131)은 균일한 간극 부분(130)이 인접하고, 원통형 구멍 부분(116)의 내경이 피스톤(119)의 상사점의 측면으로부터 하사점까지 넓어지도록 형성되어 있다. 균일한 간극 부분(130)은 팽창된 간극 부분(131)에 대해서 상사점의 측면에 위치되어 있다.

피스톤(119)이 하사점에 근접하고 그리고 압축기 챔버(117) 내측의 냉매 가스의 압력이 낮을 때, 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 간극의 점성 저항은 팽창된 간극 부분(131)에서 감소된다. 피스톤(119)이 상사점에 근접하고 그리고 압축기 챔버(117) 내측의 냉매 가스의 압력이 높을 때, 균일한 간극 부분(130)은 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이에 일정한 간극을 유지한다. 이것은 압축 챔버(117)로부터 폐쇄된-용기(101)까지의 냉매 가스의 누출을 억제하여, 누출 손실을 감소시킨다.

팽창된 간극 부분(131)에서, 피스톤(119)의 외경은 상사점의 측면으로부터 하사점까지 감소될 수 있다.

균일한 간극 부분(130)에서, 원통형 구멍 부분(116)의 단부(116a)로부터 상사점의 측면까지 원통형 구멍 부분(116)의 내경의 변경은 종래의 밀폐형 압축기에서 원통형 구멍 부분의 내경 형상과 동일하다. 즉, 원통형 구멍 부분(116)의 내경의 변화는 대략 0.01% 근방이다. 원통형 구멍 부분(116)의 내경이 균일한 간극 부분(130)에서의 변화(0.01%)보다 큰 변화 비율로 하사점을 향해 넓어지는 영역은 팽창된 간극 부분(131)이다.

도 4는 본 발명의 예시적인 제 1 실시예의 밀폐형 압축기의 피스톤이 하사점에 있는 상태의 확대도이다.

2개의 오일 홈(121)이 있다. 제 1 오일 홈(121a)은, 상부 단부 면(119a)으로부터 거리(E)에서, 피스톤(119)의 상부 단부 면(119a)의 측면에 피스톤(119)에 대해서 마련되고 전체 길이(D)를 갖고 있다. 제 2 오일 홈(121b)은 제 1 오일 홈(121a)으로부터 거리(F)에 형성되어 있다. 즉, 상이한 제 2 오일 홈(121b)은 제 1 오일 홈(121a)에 대해서 피스톤(119)의 바닥 단부 면(119b)의 측면에 마련된다. 따라서, 제 1 오일 홈(121a) 및 제 2 오일 홈(121b)은 피스톤(119)의 외부 원주상에 오목하게 형성되어 있다. 제 2 오일 홈(121b)은 제 1 오일 홈(121a)에 대해서 압축 챔버(117)의 반대 측면에 마련된다.

피스톤(119)의 상부 단부 면(119a)의 측면까지의 제 1 오일 홈(121a)은 이 홈(121a)의 공간 체적이 바닥 단부 면(119b)의 측면까지의 제 2 오일 홈(121b)의 공간 체적보다 작게 되도록 형성되어 있다. 제 2 오일 홈(121b)의 공간 체적에 대한 제 1 오일 홈(121a)의 공간 체적의 비율은 후술하는 제 2 간극의 공간 체적에 대한 제 1 간극의 공간 체적의 비율에 대체로 일치한다. 제 1 간극의 공간 체적은 제 1 오일 홈(121a)으로부터 제 2 오일 홈(121b)까지의 거리(F)에 있어서 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 용량(capacity)이다. 제 2 간극의 공간 체적은 제 2 오일 홈(121b)으로부터 바닥 단부 면(119b)까지의 거리(G)에 있어서 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 용량이다.

제 1 오일 홈(121a) 및 제 2 오일 홈(121b)의 공간 체적의 합계는 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 간극의 공간 체적에 동일하게 되도록 설계된다. 제 1 오일 홈(121a) 및 제 2 오일 홈(121b)의 단면은 실질적으로 둥근 바닥을 갖는 실질적으로 정삼각형이다.

홈의 공간 체적은 피스톤(119)의 외부 원주의 팽창된 면에 의해 둘러싸인 홈내의 공간의 용량이다.

예시적인 제 1 실시예에서, 피스톤(119)의 직경은 25㎜이고, 피스톤(119)의 전체 길이는 23㎜이고, 피스톤(119)의 상부 단부 면(119a)으로부터 제 1 오일 홈(121a)까지의 거리는 4㎜이며, 제 1 오일 홈(121a)과 제 2 오일 홈(121b) 사이의 거리(F)는 4㎜이며, 제 2 오일 홈(121b)으로부터 바닥 단부 면(119a)까지의 거리는 17㎜이다.

제 1 오일 홈(121)의 홈 폭(Ga)은 150㎛이며, 제 2 오일 홈(121b)의 홈 폭(Gb)은 700㎛이다. 간극의 공간 체적이 18㎣ 근방이기 때문에, 제 1 오일 홈(121a)의 공간 체적은 약 1㎣로 설정되고, 제 2 오일 홈(121b)의 공간 체적은 17㎣로 설정된다.

균일한 간극 부분(130)은 원통형 구멍 부분(116)의 상사점으로부터 약 10㎜에 마련된다. 균일한 간극 부분(130)에서 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 간극(Ct)은 10㎛이다. 하사점을 향한 팽창된 간극 부분(131)에서 간극(Gb)은 30㎛이다.

노치형 부분(122)은 실린더 블록(115)내의 원통형 구멍 부분(116)의 상부 벽에 마련된다. 제 1 오일 홈(121a) 및 제 2 오일 홈(121b)은 피스톤(119)의 하사점 근방에서 상기 노치형 부분(122)을 거쳐서 폐쇄된-용기(101) 내측에 연결된다.

이제 상기와 같이 구성된 밀폐형 압축기의 작동을 설명한다.

전동 요소(105)의 로터(104)는 샤프트(108)를 회전시킨다. 편심 샤프트(110)의 회전은 연결 장치(120)를 거쳐서 피스톤(119)으로 전달된다. 그 결과, 피스톤(119)은 원통형 구멍 부분(116)에서 왕복운동한다. 이것은 냉각 시스템(도시하지 않음)으로부터 냉매 가스를 압축 챔버(117)내로 빼낼 수 있게 한다. 압축후에, 냉매 가스는 다시 냉각 시스템으로 배출된다. 이러한 압축 작동은 반복된다.

밀폐형 압축기가 작동될 때, 급유 장치(108a)의 원심 펌프(111)내의 윤활유(107)는 샤프트(108)의 회전에 의해 발생된 원심력에 의해 펌핑된다. 이러한 윤활유(107)는 점성 펌프(112)를 거쳐서 각 미끄러짐 부분으로 공급된다. 다음에, 윤활유(107)는 수직방향 구멍(113) 및 수평방향 구멍(114)을 통해서 배출 통로(M, N)로 표시된 폐쇄된-용기 공간(102)의 전체 원주로 배출된다. 이러한 포인트에서 배출된 윤활유(107)는 또한 노치형 부분(112)으로부터 폐쇄된-용기 공간(102)에 노출된 피스톤(119)의 상부 부분으로 분산된다. 따라서, 오일 저장소(107a)는, 전형적으로 표면 장력에 의해서, 피스톤(119)의 오일 홈(121)의 상부 부분상에 형성된다.

도 5는 예시적인 제 1 실시예에서 밀폐형 압축기내의 오일 홈 둘레의 확대도이다.

피스톤(119)이 하사점 근방에 있을 때, 제 1 오일 홈(121a) 및 제 2 오일 홈(121b)은 노치형 부분(122)을 거쳐서 원통형 구멍 부분(116)의 외측에 위치된다. 따라서, 오일 저장소(107a)내의 윤활유(107)는 모세관 작용에 의해서 제 1 오일 홈(121a) 및 제 2 오일 홈(121b)의 전체 원주로 공급된다. 여기에서, 피스톤(119)은 원통형 구멍 부분(116)의 팽창된 간극 부분(131)에 위치된다.

피스톤(119)이 하사점으로부터 상사점까지 그 압축 행정을 개시할 때, 제 1 오일 홈(121a) 및 제 2 오일 홈(121b)에 저장된 윤활유(107)는 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 간극으로 운반된다.

도 6은 피스톤이 상사점에 있는 상태에서의 예시적인 제 1 실시예의 밀폐형 압축기의 확대도이다.

피스톤(119)이 상사점 근방에 도달할 때, 제 1 오일 홈(121a) 및 제 2 오일 홈(121b)은 원통형 구멍 부분(116)의 균일한 간극 부분(130)에 위치되며, 그에 따라 윤활유(107)는 균일한 간극 부분으로 공급된다.

다음에, 피스톤(119)은 하사점으로 다시 이동하는 흡입 행정을 개시하고, 상기 동작을 반복한다.

본 발명의 예시적인 제 1 실시예의 구조 및 작동의 작용 및 효과를 설명한다.

우선, 피스톤(119)이 하사점에 근접할 때, 피스톤(119)은 팽창된 간극 부분(131)에 위치된다. 따라서, 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 간극이 상대적으로 넓다. 따라서, 점성 저항은 윤활유(107)에 의해 작다. 이것은 미끄러짐 손실을 낮은 수준으로 억제한다.

이러한 시점에, 피스톤(119)의 외부 원주상에 오목하게 형성된 제 1 오일 홈(121a) 및 제 2 오일 홈(121b)은 노치형 부분(122)에서 오일 저장소(107a)에 위치된다. 따라서, 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 간극으로 공급하기 위한 충분한 윤활유(107)가 확보될 수 있다.

다음에, 압축 행정에서, 피스톤은 상사점을 향해서 이동하기 시작한다. 제 1 오일 홈(121a) 및 제 2 오일 홈(121b)에 저장된 윤활유(107)를 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 간극으로 공급함으로써 피스톤(119)의 양호한 윤활 미끄러짐을 유지한다.

피스톤(119)이 상사점을 향해 이동될 때, 팽창된 간극 부분에서 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 간극은 점진적으로 좁아진다. 그러나, 간극이 일반적으로 실제로 관형의 원통형 구멍 부분(116)의 간극보다 넓기 때문에, 미끄러짐 손실은 낮은 수준으로 억제될 수 있다.

도 7은 예시적인 제 1 실시예에서 밀폐형 압축기의 압축 챔버 내측의 피스톤 위치와 압력 사이의 관계를 나타내는 도면이다.

피스톤(119)이 상사점에 근접할 때, 압축 챔버(117) 내측의 냉매 가스의 압력은 점진적으로 증가된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 압축 챔버(117) 내측의 냉매 가스의 압력은 크랭크 각도가 270도 근방에 도달할 때까지 분명하게 높이 않다. 따라서, 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이에 공급된 윤활유(107)의 오일 시일 효과는 팽창된 간극 부분(131)에 위치되어 있는 반면에, 피스톤(119)은 팽창된 간극 부분(131)에 위치되어 있다. 따라서, 압축 챔버(117)내의 냉매 가스는 폐쇄된-용기 공간(102)으로 누출되지 않는다.

크랭크 각도가 270도 근방을 초과할 때, 피스톤(119)의 상부 단부 면(119a)은 균일한 간극 부분(130)에 도달한다. 다음에, 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 간극이 가장 좁게 되기 시작하며, 그리고 360도의 크랭크 각도에서, 즉 피스톤(119)이 상사점에 도달하면 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 미끄러짐 손실은 가장 크게 된다.

그러나, 피스톤(119)이 상사점에 도달할 때, 피스톤(119)상에 오목하게 형성된 제 1 오일 홈(121a) 및 제 2 오일 홈(121b)은 균일한 간극 부분(130)에 위치된다. 따라서, 윤활유(107)는 미끄러짐 손실이 가장 크게 되는 균일한 간극 부분(130)으로 확실하게 공급된다. 따라서, 양호하게 윤활된 미끄러짐이 유지되고, 그리고 미끄러짐 손실의 증가가 약간 억제될 수 있다.

한편, 크랭크 각도가 270도를 초과하고 그리고 압축 챔버(117)내의 냉매 가스의 압력이 높게 될 때, 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이에 공급된 윤활유(107)는 폐쇄된-용기 공간(102)으로 분출되기 시작한다. 따라서, 냉매 가스는 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 간극을 거쳐서 제 1 오일 홈(121a)에 가깝게 도달한다.

제 1 오일 홈(121a)에 도달하는 냉매 가스는 제 1 오일 홈(121a)내로 유동하고, 제 1 오일 홈(121a)내의 윤활유(107)와 혼합됨으로써 다수의 작은 소용돌이를 형성한다. 다음에, 윤활유(107)는 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 간극으로 운반 배출된다.

제 1 오일 홈(121a)으로부터 운반 배출된 윤활유(107)는 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 간극으로 오일 시일이 가해지는 동안에 제 2 오일 홈(121b)에 도달하며, 제 2 오일 홈(121b)으로 공급된다. 여기에서, 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 간극은 제 1 오일 홈(121a)으로부터 제 2 오일 홈(121b)까지 연속되어 있다.

1㎜ 이상 내지 4㎜ 이하의 거리가 제 1 오일 홈(121a)과 제 2 오일 홈(121b) 사이에 확보되기 때문에, 오일 시일 거리는 제 1 오일 홈(121a)으로 운반 배출된 윤활유(107)에 의해 확보되며, 제 2 오일 홈(121b)에 도달하는 냉매 가스의 양은 감소된다.

또한, 제 2 오일 홈(121b)내의 윤활유(107)는 제 1 오일 홈(121a)과 동일하게 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이로 운반 배출된다. 그러나, 제 1 오일 홈(121a)으로부터 윤활유(107)를 연속 공급함으로써 제 2 오일 홈(121b)으로부터 피스톤(119)의 바닥 단부 면(119b)까지 피스톤(119)의 외부 원주의 연속적인 오일 시일이 가능하게 한다.

피스톤(119)이 상사점에 도달할 때, 제 1 오일 홈(121a)내의 윤활유(107)는 운반 배출된다. 제 1 오일 홈(121a)의 공간 체적은 냉매 가스가 흘러 들어오는 쓸모없는 체적이 된다. 그러나, 제 1 오일 홈(121a)의 공간 체적은 제 2 오일 홈(121b)의 공간 체적보다 극히 작게 되도록 설계되어, 재팽창 손실을 낮은 수준으로 억제할 수 있다. 따라서, 밀폐형 압축기의 효율은, 제 1 오일 홈(121a) 및 제 2 오일 홈(121b)의 등가의 공간 체적을 갖는 것과 비교할 때 더욱 증가될 수 있다.

또한, 제 1 오일 홈(121a)에 보지되는 윤활유(107) 및 제 2 오일 홈(121b)에 보지되는 윤활유(107)는 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이에 형성된 간극으로 운반 배출되어, 오일-시일 효과를 발생한다. 따라서, 제 1 오일 홈(121a)의 공간 체적 및 제 2 오일 홈(121b)의 공간 체적의 합계가 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이에 형성된 간극의 공간 체적의 합계로 교정되도록 예측할 수 있다.

도 8은 본 발명의 예시적인 제 1 실시예에 있어서 오일 홈의 체적의 합계와 성능 계수(coefficient of performance)의 관계를 나타내는 도면이다. 확증하는 실험의 결과를 도 8을 참조하여 후술한다.

도 8은 제 1 오일 홈(121a) 및 제 2 오일 홈(121b)의 공간 체적의 합계와 성능 계수(coefficient of performance : COP)의 관계를 도시한 것이다. COP는 동결 능력(freezing capacity)대 가해진 입력의 비율이며, 일반적으로 효율을 표현하기 위한 지수로서 이용된다. 수직방향 축은 밀폐형 압축기의 COP이며, 수평방향 축은 피스톤(119)상에 오목하게 형성된 제 1 오일 홈(121a) 및 제 2 오일 홈(121b)의 공간 체적의 합계이다.

도면에 도시된 종래 기술의 특징(점선)은 피스톤(119)상에 오목하게 형성된 제 1 오일 홈(121a)의 공간 체적 및 제 2 오일 홈(121b)의 공간 체적이 동일한 경우의 결과이다. 본 발명의 예시적인 제 1 실시예의 특징(실선)은 제 2 오일 홈(121b)의 공간 체적이 제 1 오일 홈(121a)의 공간 체적의 17배인 경우의 결과이다.

바람직하게, 제 2 오일 홈(121b)의 공간 체적은 제 1 오일 홈(121a)의 공간 체적의 4배 내지 20배로 설정된다. 이러한 체적 비율의 범위에서, 윤활유(107)는, 제 1 오일 홈(121a) 및 제 2 오일 홈(121b)으로부터, 하사점을 향해 계속되는 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 거리에 의해 형성된 오일-시일 거리까지 양호한 균형상태로 공급될 수 있다.

실험 조건은, 냉장고가 작동되는 온도 조건에 근접한, 30℃의 증발 온도 및 40℃의 응결 온도로 설정된다. 작동 주파수는 상업적인 전력 공급원의 주파수이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 종래 기술 및 예시적인 제 1 실시예 양자는, 제 1 오일 홈(121a) 및 제 2 오일 홈(121b)의 합계 공간 체적이 10㎣ 이상 내지 35㎣ 이하인 반면에, 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 간극의 공간 체적이 18㎣일 때 높은 COP를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 더욱이, 종래 기술과 비교하면, 본 발명의 예시적인 제 1 실시예는 보다 높은 COP를 성취한다.

상기 실험 결과는 하기에서 설명한다.

제 1 오일 홈(121a) 및 제 2 오일 홈(121b)의 공간 체적의 합계가 35㎣를 초과한다면, 제 1 오일 홈(121a) 및 제 2 오일 홈(121b)의 합계는 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 간극의 공간 체적과 비교할 때 매우 크게 된다. 따라서, 간극에 공급될 윤활유(107)가 충분히 확보될지라도, 윤활유(107)가 제 1 오일 홈(121a)으로부터 운반 배출된 후에 압축 챔버(117)로부터 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이에서 누출된 냉매 가스는 제 1 오일 홈(121a)내로 유동한다. 이것은 재팽창 손실을 증가시킨다. 그 결과, 압축 효율이 감소하고, COP가 떨어진다.

한편, 제 1 오일 홈(121a) 및 제 2 오일 홈(121b)의 공간 체적의 합계가 10㎣ 이하로 되면, COP가 떨어지고, 또한 COP의 변동이 증가한다. 이것은 제 1 오일 홈(121a) 및 제 2 오일 홈(121b)의 공간 체적의 극히 작은 합계로 인해서 오일 시일이 가해진 윤활유(107)가 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이에 충분히 공급되지 않기 때문이다. 따라서, 오일-시일 효과는 감소되는 것으로 판단된다.

따라서, 예시적인 제 1 실시예에서 설명한 바와 같이, 냉매 가스의 누출은, 제 1 오일 홈(121a) 및 제 2 오일 홈(121b)의 공간 체적이 합계가 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 간극의 공간 체적의 0.5배 내지 2.0배로 설정되는 경우 가장 효율적으로 억제될 수 있다. 이것은 냉매 가스의 대부분의 누출을 억제하고 그리고 밀폐형 압축기의 효율을 증가시키는 것으로 믿어진다.

종래 기술과 비교하면, 본 발명의 예시적인 제 1 실시예의 COP는 다음 관점으로 인해서 더욱 증가된다. 제 1 오일 홈(121a)의 공간 체적대 제 2 오일 홈(121b)의 공간 체적의 비율은 제 1 간극대 제 2 간극의 공간 체적의 비율과 거의 동일하다. 이것은 제 1 오일 홈(121a)으로부터 운반 배출된 윤활유(107)에 의한 정확한 비율로 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 공간 체적내의 간극의 거리(F)에 오일 시일을 가할 수 있게 한다. 또한, 제 2 오일 홈(121b)으로부터 운반 배출된 윤활유(107)는 정확한 비율로 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 공간 체적내의 간극의 거리(G)로 오일 시일을 가한다. 제 1 간극의 공간 체적은 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이에서 제 1 오일 홈(121a)으로부터 제 2 오일 홈(121b)까지의 거리(F)에 있다. 제 2 간극의 공간 체적은 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이에서 제 2 오일 홈(121B)으로부터 바닥 단부 면(119B)까지의 거리(G)에 있다.

또한, 제 1 오일 홈(121a)의 공간 체적은 제 2 오일 홈(121b)의 공간 체적보다 작다. 이것은 윤활유(107)가 제 1 오일 홈(121a)으로부터 운반 배출된 후에 유동하는 냉매 가스로 인한 재팽창 손실을 감소시킨다. 따라서, 밀폐형 압축기의 효율은 제 1 오일 홈(121a) 및 제 2 오일 홈(121b)에 대한 동일한 공간 체적을 갖는 것과 비교할 때 더욱 증가될 수 있다.

요약하면, 바람직하게 제 1 오일 홈(121a) 및 제 2 오일 홈(121b)의 공간 체적의 합계는 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 간극의 공간 체적의 0.5배 이상 내지 2.0배 이하이다.

또한, 제 2 오일 홈(121b)의 공간 체적은 제 1 오일 홈의 공간 체적보다 크게 되도록 설계된다. 제 1 오일 홈(121a)의 공간 체적대 제 2 오일 홈(121b)의 공간 체적의 비율은 거리(F)에서 간극의 공간 체적대 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 거리(G)의 비율과 대략 동일하다. 이것은 COP를 개선하는 가장 큰 효과를 성취한다. 거리(F)는 제 1 오일 홈(121a)으로부터 제 2 오일 홈(121b)까지의 거리이다. 거리(G)는 제 1 오일 홈(121b)으로부터 바닥 단부 면(119b)까지의 거리이다. 다시 말해, 제 2 오일 홈(121b)의 공간 체적은 제 1 오일 홈(121a)의 공간 체적의 4배 내지 20배가 바람직하다.

예시적인 제 1 실시예에서, 냉매로서 R600a가 사용된다. 그러나, 냉매로서 R134a를 이용하는 것과 동일한 동결 능력을 얻기 위해서, 양 냉매의 특성의 차이로 인해서, R134a를 이용하는 것과 비교할 때, R600a를 이용하는 밀폐형 압축기에서 대략 2개의 실린더 체적이 요구된다. 따라서, 피스톤(119)의 외경 및 행성은 R134a를 이용하는 경우에 비교하여 크게 제조된다.

일반적으로, 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 간극의 공간 체적은 피스톤(119)의 외경을 확대함으로써 증가되며, 그에 따라 압축 챔버(117)로부터의 냉매 가스의 누출이 증가된다.

그러나, 본 발명의 예시적인 제 1 실시예의 밀폐형 압축기에서, 피스톤(119)에 형성된 제 1 오일 홈(121a) 및 제 2 오일 홈(121b)은 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이에서 오일 시일의 안정성을 개선하는 작용을 한다. 따라서, 이러한 구조는 특히 냉매로서 R600a를 이용하는 밀폐형 압축기에서 상당한 효과를 성취한다.

또한, 본 발명의 예시적인 제 1 실시예에서, 팽창된 간극 부분(131)은 원통형 구멍 부분(161)을 가공함으로써 마련되고, 그 결과 그 내경이 하사점을 향해 넓어진다. 따라서, 피스톤(119)과 원통형 구멍 부분(116) 사이의 간극의 치수는 피스톤(119)의 외경에 일치될 수 있다. 이것은 확실하게 높은 효율 및 양호한 생산성의 성취를 용이하게 한다.

또한, 예시적인 제 1 실시예에서, 보다 작은 홈 체적을 갖는 제 1 오일 홈(121a)의 홈 폭은 100㎛로 설정된다. 따라서, 오일 홈은 일반적인 컷팅 작업을 이용하여 가공될 수 있다. 이것은 가공을 용이하게 하고, 또한 홈 형상의 변화를 억제한다. 따라서, 본 발명은 비용저렴하고 높은 효율의 밀폐형 압축기를 제공할 수 있다.

피스톤(119)이 상사점 근방에 있을 때, 제 1 오일 홈(121a) 또는 제 2 오일 홈(121b)중 어느 하나는 균일한 간극 부분(130)에 위치될 수 있다.

본 발명의 예시적인 제 1 실시예는 2개의 오일 홈을 형성하는 경우에 관련이 있다. 그러나, 홈들중 하나가 동일한 효과를 성취하기 위한 본 발명의 특허청구범위의 영역을 만족시키는 한 2개 이상의 홈이 형성될 수 있다.

[실시예 2]

도 9는 피스톤이 하사점에 있는 상태에서의 본 발명의 예시적인 제 2 실시예의 밀폐형 압축기의 단면도이다. 도 10은 피스톤이 상사점에 있는 상태에서의 밀폐형 압축기의 단면도이다.

밀폐형 압축기는 폐쇄된-용기(201)내에 전동 요소(204) 및 압축 요소(205)를 포함한다. 윤활유(206)는 폐쇄된-용기(201)의 바닥에 저장된다. 전동 요소(204)는 스테이터(202) 및 로터(203)를 포함한다. 압축 요소(205)는 전동 요소(204)에 의해 구동된다. 압축 요소(205)는 샤프트(210), 실린더 블록(214), 피스톤(223) 및 연결 장치(226)를 포함한다.

샤프트(210)는 메인 샤프트(211) 및 편심 샤프트(212)를 포함한다. 메인 샤프트(211)는 로터(203)의 샤프트 중심에 고정되어 있다. 편심 샤프트(212)는 메인 샤프트(211)와 함께 일체로 이동하도록 편심 방식으로 메인 샤프트(212)의 일 단부에 형성되어 있다. 전동 요소(204)는 메인 샤프트(211)를 회전시킨다.

실린더 블록(214)은 원통형 구멍 부분(216) 및 베어링(220)을 포함한다. 원통형 구멍 부분(216)은 실질적으로 관형이다. 원통형 구멍 부분(216) 및 베어링(220)은 서로 사전결정된 위치에 고정되어 있다. 원통형 구멍 부분(216)은 피스톤(223)이 상사점에 위치될 때 압축 챔버(215)의 측면까지의 피스톤(223)의 상부 단부에 대응하는 부분에 형성된다.

피스톤(223)은 왕복운동 방식으로 원통형 구멍 부분(216)내로 삽입된다. 베어링(220)은 샤프트(210)의 메인 샤프트(211)의 단부를 편심 샤프트(212)의 측면에 지지하여, 캔틸레버 베어링을 형성한다. 다시 말해, 베어링(220)은 메인 샤프트(211)를 지지한다.

도 11은 피스톤이 하사점에 있을 때 본 발명의 예시적인 제 2 실시예에서의 밀폐형 압축기의 압축기 유닛의 확대 단면도이다. 도 12는 피스톤이 상사점에 있을 때 밀폐형 압축기의 압축기 유닛의 확대 단면도이다.

연결 장치(226)의 일 단부는 편심 샤프트(212)에 연결되고, 타 단부는 피스톤 핀을 거쳐서 피스톤(223)에 연결된다. 피스톤 핀은 도 9 내지 도 12에 도시되어 있지 않다.

오일 통로(213)는 샤프트(210)의 내측에 그리고 외부 원주에 마련되어 있다. 오일 통로(도시하지 않음)는 편심 샤프트(212)의 측면까지 오일 통로(213)의 단부에서 편심 샤프트(212) 내측에 마련되어 있다. 편심 샤프트(212)의 대향 측면에 대한 메인 샤프트(211)의 단부, 즉 바닥 단부는 윤활유(206)까지 연장되어서, 윤활유(206)가 사전결정된 깊이로 오일 통로(213)에 들어간다.

원통형 구멍 부분(216)은 피스톤(223) 및 밸브 플레이트(238)와 함께 압축 챔버(215)를 형성하도록 실린더 블록(214)상에 마련되어 있다. 원통형 구멍 부분(216)은 팽창된 간극 부분(217) 및 균일한 간극 부분(218)을 포함한다. 피스톤(223)은 그 전체 길이에 걸쳐서 동일한 외경을 갖고 있다.

균일한 간극 부분(218)에서, 원통형 구멍 부분(216)의 내경은 피스톤(223)의 축 방향에서 일정하다. 팽창된 간극 부분(217)에서, 내경은, 피스톤(223)이 도 12에 도시된 바와 같이 상사점에 있는 위치로부터 도 11에 도시된 바와 같이 하사점의 측면까지 Dt로부터 Db(>Dt)까지 증가한다. 균일한 간극 부분(218)은 상사점에 도달하는 피스톤(223)의 단부에 대응하는 위치에서 압축 챔버(215)의 측면까지의 길이(L)로 축 방향에 일정한 내경을 갖고 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 실린더 블록(214)은 노치형 상부 벽(219)을 갖고 있다. 이 상부 벽은 피스톤(223)이 하사점에 있을 때 압축 챔버(215)의 대향 측면에 피스톤(223)의 바닥 단부를 노출시킨다. 상부 벽(219)은 원통형 구멍 부분(216)의 원주방향 벽의 일부분이다.

피스톤(223)의 반경 방향에서 내측으로 오목하게 되어 있는 오목한 부분(241)은 실린더 블록(214)으로부터 노출된 피스톤(223)의 외부 원주상에 마련되며, 그 결과 오목한 부분(214)들은 180도 이격되어 반대 측면상에 있다. 바꿔 말하면, 오목한 부분(241)의 적어도 일부분은 피스톤(223)이 하사점에 있을 때 실린더 블록(214)으로부터 노출되어 있다.

피스톤(223)의 외부 원주상에 다수의 오일 홈(221)이 마련되어 있다. 제 1 오일 홈(221a)은 오목한 부분(241)에 대해서 압축 챔버(215)의 측면까지 피스톤(223)의 외부 원주상에 오목하게 형성되어 있다. 제 1 오일 홈(221a)의 공간 체적과 동일하거나 큰 공간 체적을 갖는 제 2 오일 홈(221b)은 제 1 오일 홈(221a)에 대해서 오목한 부분(241)의 측면까지 오목하게 형성되어 있다. 이것은 윤활유(206)가 운반 배출된 후에 제 1 오일 홈(221a)내로 유동하는 냉매 가스에 의해 야기되는 재팽창 손실을 낮은 수준으로 억제할 수 있게 한다.

도 12에 도시된 바와 같이, 전체 오목한 부분(241)은 피스톤(223)이 상사점 근방에 도달할 때 원통형 구멍 부분(216) 내측에 위치된다. 즉, 실린더 블록(214)은 피스톤(223)이 상사점 근방에 있을 때 압축 챔버(215) 내측에 전체 오목한 부분(241)을 내장하기 위한 위치에 형성되어 있다. 또한, 압축 챔버(215)의 측면까지의 오목한 부분(241)의 각각의 단부는 원통형 구멍 부분(216)의 균일한 간극 부분(218)에 대면하는 위치까지 연장된다.

도 13a는 본 발명의 예시적인 제 2 실시예에서 밀폐형 압축기의 피스톤의 윤곽의 평면도이다. 도 13b는 도 13a의 X-X를 따라 취한 단면도이다. 도 13a에 도시된 바와 같이, 오목한 부분(241)은 실질적으로 일정한 깊이를 갖고 있다. 오목한 부분(241)은, 연결 장치(226)가 상부 단부(245)를 향해 연결되어 있는 측면으로부터, 원주방향으로 넓어지는 폭을 피스톤 핀(225)상의 실질적으로 중앙에 구비하고 있다. 또한, 상부 단부(245)의 측면까지의 오목한 부분(241)의 림(242)은 압축 챔버(215)의 측면까지 피스톤(223)의 상부 단부 면(246)에 실질적으로 평행하며, 또한 원주방향에서 직선이다.

그 결과, 피스톤(223)이 상사점에 근접하게 될 때, 오목한 부분(241)에 보지된 윤활유(206)는 균일한 간극 부분(218)에 넓게 공급될 수 있다. 이것은 미끄러짐 손실을 감소시키고, 고효율 밀폐형 압축기를 성취한다.

림(242)은 약 30도로 기울어진 단면을 갖고 있다. 단면의 이러한 형상은 균일한 간극 부분(218)으로 윤활유(206)의 운반을 촉진한다.

상술한 바와 같은 밀폐형 압축기의 작동을 설명한다. 전동 요소(204)의 로터(203)는 샤프트(210)를 회전시킨다. 편심 샤프트(212)의 회전은 연결 장치(226)를 거쳐서 피스톤(223)으로 전달된다. 이것은 피스톤(223)이 원통형 구멍 부분(216) 내측에서 왕복운동하게 한다. 피스톤(223)의 왕복운동 움직임은 냉매 가스가 냉각 시스템(도시하지 않음)으로부터 압축 챔버(215)까지 흡입되게 한다. 다음에, 압축된 냉매 가스는 다시 냉각 시스템으로 배출된다.

오일 통로(213)의 바닥 단부는 샤프트(210)의 회전에 의해 펌프로서 작용한다. 이러한 펌핑 작용에 의해서, 폐쇄된-용기(201)의 바닥에서 윤활유(206)는 오일 통로(213)를 통해 펌핑된다. 윤활유(206)는 샤프트(210)의 상부 단부로부터 폐쇄된-용기(201) 내측의 전체 원주까지 수평으로 분산되어 있다. 윤활유(206)는 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이 윤활을 위해 피스톤 핀(225) 및 피스톤(223)에 공급된다.

냉매 가스를 압축하는 압축 행정에서, 압축 챔버(215) 내측의 압력은 도 11에 도시된 하사점으로부터 도 12에 도시된 상사점으로 이동하기 전의 중간까지 정도는 증가되지 않는다. 따라서, 심지어 피스톤(223)의 외부 원주와 팽창된 간극 부분(217) 사이의 간극이 상대적으로 크다면, 윤활유(206)의 시일 효과는 블로바이(blowby)의 발생을 대부분 방지한다. 또한, 피스톤(223)의 미끄러짐 저항은 상대적으로 작다.

압축 행정이 더 진행될 때, 압축 챔버(215) 내측의 냉매 가스의 압력은 점진적으로 증가되며, 압축 챔버(215) 내측의 압력은 피스톤(223)이 도 12에 도시된 상사점 근방에 도달하기 전에 즉시 증가한다. 그러나, 피스톤(223)의 외부 원주 면과 팽창된 간극 부분(217) 사이의 간극이 상사점을 향해서 감소되기 때문에, 블로바이의 발생은 감소될 수 있다. 균일한 간극 부분(218)은, 균일한 간극 부분(218)의 테이퍼링의 경우와 비교할 때, 냉매 가스의 압력이 사전결정된 배출 압력까지 증가되는 냉매 가스의 누출을 감소시키도록 작용한다.

피스톤(223)이 하사점에 있는 상태에서, 피스톤(223)대 연결 장치(226)의 측면은 실린더 블록(214)으로부터 노출되도록 설계된다. 따라서, 샤프트(210)의 상부 단부로부터 분산된 윤활유(206)는 피스톤(223)의 외부 원주 면상에 형성된 오목한 부분(214)으로 충분히 공급되고 그리고 오목한 부분(214)내에 보지된다.

또한, 이것은 실린더 블록(214)의 원통형 구멍 부분(216)의 내부 원주방향 면과 압축 행정에서 피스톤(223)의 외부 원주방향 면 사이의 간극으로 공급된 윤활유(206)의 양을 증가시킨다. 다음에, 피스톤(223)이 상사점 근방에 도달하는 상태에서, 오목한 부분(241)내에 보지된 윤활유(206)는, 전체 피스톤(223)이 원통형 구멍 부분(216) 내측에 위치되기 때문에 원통형 구멍 부분(216)으로부터 빠져나가기 어렵게 된다.

또한, 압축 챔버(215)의 측면까지의 오목한 부분(241)의 단부는 원통형 구멍 부분(216)의 균일한 간극 부분(218)에 대면하는 위치로 연장된다. 이것은 미끄러짐 저항이 가장 크게 되는 균일한 간극 부분(218)까지 윤활유(206)의 공급을 조장한다.

이러한 경우에, 오목한 부분(241)의 폭은, 연결 장치(226)에 연결된 단부로부터 압축 챔버(215)의 측면까지의 단부까지 원주방향으로 넓어지며, 피스톤 핀(225)상의 실질적으로 중앙에 있다. 압축 챔버(215)의 측면까지의 림(242)은 원주방향에서 선형으로 형성되어 있다. 또한, 오목한 부분(241)에 보지되고 그리고 피스톤(223)과 균일한 간극 부분(218) 사이의 미끄러짐 부분으로 공급되는 윤활유(206)의 양은 증가될 수 있다.

그 결과, 실린더 블록(214)과 피스톤(223) 사이에 보다 많은 윤활유(206)가 공급될 수 있다. 또한, 윤활유(206)가 양호한 조건으로 보지되고 그리고 미끄러짐 저항이, 피스톤(223)이 상사점 근방에 있는 상태에서 감소될 수 있기 때문에, 높은 효율이 성취가능하다.

다음에, 종래 기술의 표준 밀폐형 압축기와 비교하여, 예시적인 제 2 실시예에서 밀폐형 압축기의 효율의 높은 개선 비율이 얼마나 높은가를 설명한다.

도 14a는 본 발명의 예시적인 제 2 실시예의 실린더 블록 및 피스톤의 단면도이다. 도 14b는 밀폐형 압축기의 효율의 개선을 논리적으로 도시한 것이다. 도 15는 밀폐형 압축기의 효율 개선 효과를 도시한 것이다. 보다 상세하게, 도 15는 실린더 블록(214)의 직선 길이와 효율(COP) 사이의 관계를 도시하는 것이다.

도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 예시적인 제 2 실시예의 밀폐형 압축기의 압축기 유닛은, 축 방향에서 일정한 내경을 갖는 균일한 간극 부분(218)과, 이 균일한 간극 부분에 인접하고 넓어지는 내경을 갖는 팽창된 간극 부분(217)과, 일정한 외경을 갖는 피스톤(223)을 구비하는 실린더 블록(214)을 포함한다.

예를 들면, 실린더 블록(214)의 균일한 간극 부분(218)은 내경(Dt)(=팽창된 간극 부분(217)의 소경의 측면까지의 내경)을 가지며, 팽창된 간극 부분(217)은 대경의 측면까지의 내경(Db)을 가지며, 피스톤(223)은 외경(d)을 가지며, 균일한 간극 부분(218)은 직선 길이(L), 즉 축방향 길이를 가지며, 그리고 실린더 블록(214)은 실린더 블록 길이(L0), 즉 축방향 길이를 가진다. 31㎜의 실린더 블록 길이(L0)를 갖는 실린더 블록(214)을 설치하기 위한 실제 기구가 사용된다. 다음에, 0㎜ 내지 31㎜로 변화하는 직선 길이(L)를 갖는 실린더 블록(214)의 많은 타입이 제조되며, 이들 실린더 블록(214)은 각각 효율을 측정하기 위해서 빌트인 설치되어 있다.

31㎜의 실린더 블록 길이(L0) 및 31㎜의 직선 길이(L)를 갖는 실린더 블록(214)은 전체 실린더 블록(214)이 어떠한 팽창된 간극 부분도 없이 직선이라는 것을 의미한다.

밀폐형 압축기의 실린더 블록(214)의 다음 2개 타입은 컴퓨터 계산으로 단언한 것이다. 제 1 타입은 31㎜의 실린더 블록 길이(L0) 및 0㎜ 내지 31㎜까지 변화하는 상이한 직선 길이(L)를 갖는 몇몇 실린더 블록(214)이다. 제 2 타입은 44㎜의 실린더 블록 길이(L0) 및 44㎜의 직선 길이를 갖는 실린더 블록(214)인데, 즉 팽창된 간극 부분을 갖지 않는 실린더 블록(214)이다.

또한, 실린더 블록 길이 44㎜를 갖는 실린더 블록(214)에서, 피스톤(223)은 이 피스톤(223)이 하사점에 있을 지라도 실린더 블록(214)으로부터 노출되지 않는다. 피스톤(223)이 이들 실린더 블록(214)의 각각내로 삽입될 때 반경방향 간극이 실제 기구에서의 간극과 동일하다면, 실린더 블록(214)의 축방향 위치(P)와 간극 델타(Τ) 사이의 관계는 도 14b에 도시된 것과 동일할 것이다.

축방향 위치(P)는 상사점의 측면까지의 실린더 블록(214)의 단부에 대해서 하사점을 향해 이격 위치된 위치이다. 간극 델타(Τ)는 하기의 식 1로 규정된 값이다.

delta Τ={Dt~Db)-d}/2 식 1

간극 델타(Τ)는 위치(P)의 일차함수로서 표현되며, 이러한 관계는 효율을 계산하는데 사용된다. 예를 들면, 도 14b는 직선 길이(L)가 0㎜, 4㎜, 8㎜, 16㎜, 24㎜ 또는 31㎜일 때 31㎜의 실린더 블록 길이(L0)를 갖는 실린더 블록(214)에 대한 간극의 특징을 제공한다. 이들 실린더 블록(214)의 각각이 실제 기구와 동일한 방법으로 조립되는 것으로 가정하면, 밀폐형 압축기의 효율이 계산된다.

밀폐형 압축기의 효율의 계산에 있어서, 효율은 그 외부 원주 면(오목한 부분을 가짐)상에 윤활유(206)를 보지하기 위한 오목한 부분(241)을 갖는 피스톤(223)과, 오목한 부분을 갖지 않는 피스톤(223)을 별개로 계산한다. 상술한 실린더 블록(214)에서, 44㎜의 실린더 블록 길이를 갖는 실린더 블록(214)은, 피스톤(223)이 하사점에 있는 상태에서 전체 오목한 부분(241)이 실린더 블록(214) 내측에 가려지는 형태이다. 31㎜의 실린더 블록 길이를 갖는 실린더 블록(214)은, 피스톤(223)이 하사점에 있는 상태에서 오목한 부분(241)의 대부분이 실린더 블록(214)으로부터 노출되는 형태이다.

여기에서, 다음 값은 사전결정된 식을 이용하여 곡선 어림셈으로 그래프 계산된다.

(1) 상이한 실린더 블록 길이(L0) 및 직선 길이(L)를 갖는 실린더 블록(214)과, 오목한 부분을 갖지 않는 피스톤(223)의 조합을 포함하는 밀폐형 압축기의 계산된 효율.

(2) 상이한 실린더 블록 길이(L0) 및 직선 길이(L)를 갖는 실린더 블록(214)과, 오목한 부분을 갖는 피스톤(223)을 포함하는 밀폐형 압축기의 계산된 효율.

(3) 상이한 실린더 블록 길이(L0)를 갖는 실린더 블록(214)과, 오목한 부분을 갖는 피스톤(223)을 포함하는 밀폐형 압축기의 실제로 측정된 효율.

도 15는 상기 효율 특성을 도시하는 그래프이다(효율의 개선의 효과를 설명하기 위한 챠트).

도 15에서, 점(X1)은, 44㎜의 실린더 블록 길이(L0) 및 44㎜의 직선 길이(L)를 갖는 실린더 블록(214), 즉 팽창된 간극 부분을 갖지 않는 실린더 블록(214)이 오목한 부분을 갖지 않는 피스톤(223)과 조합될 경우의 계산된 효율을 도시한 것이다. 다음에, 실린더 블록(214)의 단지 실린더 블록 길이(L0)가 순차적으로 31㎜까지 짧아진다면, 실린더 블록(214)과 피스톤(223) 사이의 미끄러짐 저항의 감소와 일치하여 곡선(S1)으로 도시된 바와 같이 효율이 증가한다.

다음에, 곡선(S2)은 31㎜의 실린더 블록 길이(L0) 및 8번 변동으로 31㎜로부터 0㎜까지 변화하는 직선 길이(L)를 갖는 실린더 블록(214)이 오목한 부분을 갖지 않는 피스톤(223)과 조합될 때의 계산된 효율을 도시한 것이다. 곡선(S2)으로 도시된 바와 같이, 직선 길이(L)가 31㎜보다 짧게 될 때 효율이 증가하며, 직선 길이(L)가 약 8.3㎜가 될 때 효율이 최대가 된다. 다음에, 직선 길이(L)가 0에 가깝게 될 때 효율이 갑작스럽게 떨어진다.

다음에, 도 15에서 포인트(X2)는, 44㎜의 실린더 블록 길이(L0) 및 44㎜의 직선 길이(L)를 갖는 실린더 블록(214), 즉 팽창된 간극 부분을 갖지 않는 실린더 블록(214)이 오목한 부분(241)을 갖는 피스톤(223)과 조합될 경우의 계산된 효율을 도시한 것이다. 만일 이러한 실린더 블록(214)의 실린더 블록 길이(L0)만이 순차적으로 31㎜까지 짧아진다면, 실린더 블록(214)과 피스톤(223) 사이의 미끄럼 저항의 감소와 일치하여 곡선(S3)으로 도시된 바와 같이 포인트(X3)까지 효율이 증가한다.

다음에, 곡선(S4)은 31㎜의 실린더 블록 길이(L0) 및 8번 변동으로 31㎜로부터 0㎜까지 변화하는 직선 길이(L)를 갖는 실린더 블록(214)이 오목한 부분을 갖는 피스톤(223)과 조합될 때의 계산된 효율을 도시한 것이다. 곡선(S4)으로 도시된 바와 같이, 직선 길이(L)가 31㎜보다 짧게 될 때 효율이 증가하며, 직선 길이(L)가 약 8.3㎜가 될 때 효율이 최대가 된다. 다음에, 직선 길이(L)가 0에 가깝게 될 때 효율이 갑작스럽게 떨어진다. 포인트(X4)는 가장 높은 효율의 위치를 가리킨다.

상술한 바와 같이, 포인트(X2)로부터 포인트(X3)까지의 효율의 증가는 피스톤(223)을 노출시키는 효과에 의해 달성된다(효과 Q). 포인트(X3) 근방으로부터 최대 포인트(X4)까지의 효율의 증가는 실린더 블록(214)에 균일한 간극 부분(218) 및 팽창된 간극 부분(217)을 제공하는 효과에 의해 달성된다(효과 R). 또한, 곡선(S1)으로부터 곡선(S3)까지 또는 곡선(S2)으로부터 곡선(S4)까지 효율의 증가는 피스톤(223)에 오목한 부분(241)을 제공하는 효과이다(효과 S).

곡선(S5)은 31㎜의 실린더 블록 길이(L0) 및 5번 변동으로 31㎜로부터 약 8.3㎜까지 변화하는 직선 길이를 갖는 실린더 블록(214)이 오목한 부분(241)과 피스톤(223)이 조합된 경우의 실제로 측정된 효율을 가리킨다. 곡선(S5)으로 도시된 바와 같이, 직선 길이(L)가 31㎜보다 짧게 될 때 효율이 증가한다. 포인트(X5)는 직선 길이(L)가 31㎜일 때의 효율을 도시한 것이다. 포인트(X6)는 직선 길이(L)가 8.3㎜일 때의 효율을 도시한 것이다. 포인트(X6) 및 포인트(X4)의 비교에서, 그들의 관계는 포인트X6 > 포인트X4이다.

피스톤(223)을 노출시키는 것에 의한 상기 효과 Q, 균일한 간극 부분(218) 팽창된 간극 부분(217)을 실린더 블록(214)에 제공하는 것에 의한 효과 R, 및 오목한 부분(241)을 피스톤(223)에 제공하는 것에 의한 효과 S가 각각 COP로 양으로 표시된다면, 결과는 하기와 같을 것이다.

피스톤(223) 노출에 의한 효과 Q : 약 +0.006

균일한 간극 부분(218) 및 팽창된 간극 부분(217)에 실린더 블록(214)에 제공함에 의한 효과 R : 약 +0.009

오목한 부분(241)을 피스톤(223)에 제공함에 의한 효과 S : 약 +0.015

이들 효율의 전체 증가는 포인트(X1)로부터 포인트(X4)까지의 증가와 등가인 약 +0.03 COP이다. 한편, 직선 길이(L)가 약 8.3㎜인 경우의 실제로 측정된 효율은 계산된 효율보다 크다. 포인트(X1)로부터 포인트(X6)까지의 증가가 약 +0.04 COP이며, 그에 따라 계산된 효율에 의거한 증가와 비교할 때 30% 이상의 효율의 개선의 효과가 성취된다.

하기의 3개의 기술은 각각 효율의 개선에 기여하는 것을 상기로부터 이해될 것이다. 이들 3개의 기술을 조합함으로써 달성된 효율 개선 효과는 개별 기술의 예측된 효율 개선보다 현저하게 크게 된다. 이들 3개의 기술은 실린더 블록(214)으로부터 피스톤(223)을 노출시키는 기술, 균일한 간극 부분(218) 및 팽창된 간극 부분(217)을 갖는 실린더 블록(214)을 채택하는 기술, 및 오목한 부분(241)을 갖는 피스톤(223)을 채택하는 기술이다.

즉, 본 발명의 예시적인 제 2 실시예의 밀폐형 압축기는 종래 기술에 의거한 표준의 밀폐형 압축기와 비교할 때 효율 개선에 있어서 현저하게 높은 비율을 달성할 수 있다는 것으로 결론을 내릴 수 있다.

상기 설명에서, 원통형 구멍 부분(216)의 축 중심 및 베어링(220)의 축 중심은 직각으로 교차하지 않으며, 오프셋 구조가 채용된다. 이 구조의 상세한 설명은 도 16을 참조하여 설명한다. 도 16은 예시적인 제 2 실시예의 밀폐형 압축기의 베어링과 압축 챔버의 위치적인 관계를 도시하는 평면 단면도이다.

중심선(250)에 대하여, 중심선(251)(도면의 한점)은 길이(e)로 평행하게 편향되어 있다. 중심선(250)은 원통형 구멍 부분(216)의 축 중심을 가리킨다. 중심선(251)은 베어링(220)의 축 중심을 가리킨다. 중심선(251)으로부터 길이(e)만큼 평행하게 편향된 중심선(252)은 원통형 구멍 부분(216)의 중심선(250)에 직각이다. 이것은 일반적으로 오프셋 구조라고 한다.

실험 결과의 상세한 설명은 여기에서 하지 않지만, 도 15에 도시된 시험 결과와 동일한 결과는 오프셋(길이(e))이 0㎜와 3㎜ 사이일 경우 달성된다. 따라서, 상술한 효율의 개선의 높은 비율은 오프셋과 무관하게 성취된다.

제 1 오일 홈(221a) 또는 제 2 오일 홈(221b)은 피스톤(223)이 상사점에 근접할 때 균일한 간극 부분(218)에 위치될 수 있다. 결과적으로, 간극이 피스톤(223)과 원통형 구멍 부분(216) 사이에서 가장 좁게 되는 균일한 간극 부분(218)에 윤활유(206)는 확실하게 공급된다. 이것은 부드러운 미끄러짐을 유지하고, 또한 냉매 가스의 누출을 억제한다. 따라서, 밀폐형 압축기의 효율이 더욱 증가될 수 있다.

또한, 제 1 오일 홈(221a) 및 제 2 오일 홈(221b)의 공간 체적의 합계는 피스톤(223)과 원통형 구멍 부분(216) 사이의 간극의 전체 공간 체적의 0.5배 이상 또는 2.0배 이하일 수 있다. 결과적으로, 피스톤(223)과 원통형 구멍 부분(216) 사이의 간극의 공간 체적에 충분한 양의 윤활유(206)가 공급되어, 냉매의 누출을 억제한다. 또한, 제 1 오일 홈(221a) 및 제 2 오일 홈(221b)내의 윤활유가 운반 배출된 후에 잔류하는 쓸모없는 체적이 최소화되어, 재방출 손실을 감소시킨다. 따라서, 밀폐형 압축기의 효율이 더욱 증가된다.

또한, 제 2 오일 홈(221b)의 공간 체적은 제 1 오일 홈(221a)의 공간 체적의 4배 이상 또는 20배 이하로 설정될 수 있다. 제 1 오일 홈(221a)대 제 2 오일 홈(221b)의 체적 비율은 후술하는 바와 같이 2개의 공간 체적의 체적 비율에 따라서 결정된다. 이것은 제 1 오일 홈(221a) 및 제 2 오일 홈(221b)으로부터 하사점을 향해 계속되는, 피스톤(223)과 원통형 구멍 부분(216) 사이의 간극에 의해 형성된 오일-시일 거리까지 윤활유(206)의 균형잡힌 공급이 이뤄질 수 있게 한다. 결과적으로, 밀폐형 압축기의 효율이 더욱 증가될 수 있다. 상술한 2개의 공간 체적중 하나는 제 1 오일 홈(221a)으로부터 제 2 오일 홈(221b)까지의 거리에 있어서 피스톤(223)과 원통형 구멍 부분(216) 사이의 거리의 공간 체적이다. 2개의 공간 체적에서 다른 하나는 제 2 오일 홈(221b)으로부터 피스톤(223)의 바닥 단부까지의 거리에 있어서 피스톤(223)과 원통형 구멍 부분(216) 사이의 간극의 공간 체적이다.

또한, 제 1 오일 홈(221a) 및 제 2 오일 홈(221b)의 공간 체적의 합계는 피스톤(223)과 원통형 구멍 부분(216)의 간극의 전체 공간 체적일 수 있으며, 10㎣ 이상 내지 35㎣ 이하일 수 있다. 제 1 오일 홈(221a) 및 제 2 오일 홈(221b)의 공간 체적의 합계가 10㎣ 미만이라면, COP는 떨어지고, COP의 변화가 증가한다. 제 1 오일 홈(221a) 및 제 2 오일 홈(221b)의 공간 체적의 합계가 35㎣를 초과한다면, 제 1 오일 홈(221a) 및 제 2 오일 홈(221b)의 공간 체적의 합계는 피스톤(223)과 원통형 구멍 부분(216) 사이의 간극의 공간 체적과 비교할 때 너무 크다. 이러한 경우에, 윤활유(206)가 제 1 오일 홈(221a)으로부터 운반 배출된 후에 피스톤(223)과 원통형 구멍 부분(216) 사이에서 압축 챔버로부터 누출되어 제 1 오일 홈(221a)내로 유동하는 냉매 가스로 인한 재팽창 손실은, 간극으로 공급된 윤활유(206)의 양이 충분할 지라도, 너무 크게 된다. 더욱이, 제 1 오일 홈(221a) 및 제 2 오일 홈(221b)은 1㎜ 이상 또는 4㎜ 이하로 이격된 거리로 배치될 수 있다. 이것은 제 1 오일 홈(221a)으로부터 운반 배출된 윤활유(206)에 의한 오일-시일 거리를 확보하여, 제 2 오일 홈(221b)에 도달하는 냉매 가스의 양을 감소시킨다. 다음에, 제 2 오일 홈(221b)에 저장된 윤활유(206)는 제 1 오일 홈(221a)과 동일한 방법으로 피스톤(223)과 원통형 구멍 부분(216) 사이에서 운반 배출된다. 그러나, 제 1 오일 홈(221a)으로부터의 윤활유(206)의 연속적인 공급은 제 2 오일 홈(221b)으로부터 피스톤(223)의 바닥 단부 면까지의 피스톤(223)의 외부 원주상에 오일 시일을 유지할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 밀폐형 압축기는 피스톤의 외부 원주상의 오일의 유지성을 개선함으로써 밀봉 효과를 증가시켜서, 높은 효율의 밀폐형 압축기를 제공한다. 이것은 가정용 냉장고-냉동장치에 적용가능하며, 또한 벤딩 머신 및 쇼케이스를 포함한 냉동 사이클을 포함하는 다른 목적에 적용가능하다. 또한, 본 발명은 유사한 피스톤 구조를 채택하는 리니어 압축기에 적용가능하다.

101, 201 : 폐쇄된-용기 105, 204 : 전동 요소
106, 205 : 압축 요소 107, 206 : 윤활유
108a : 급유 장치 115, 214 : 실린더 블록
116, 216 : 원통형 구멍 부분 117, 215 : 압축 챔버
119, 223 : 피스톤 121a : 제 1 오일 홈
121b : 제 2 오일 홈 122 : 노치형 부분
130, 218 : 균일한 간극 부분 131, 217 : 팽창된 간극 부분
210 : 샤프트 211 : 메인 샤프트
212 : 편심 샤프트 220 : 베어링
226 : 연결 장치 241 : 오목한 부분
242 : 림

Claims

윤활유를 저장하는 폐쇄된-용기와, 전동 요소와, 상기 전동 요소에 의해 구동된 압축 요소를 포함하며;
상기 압축 요소는, 압축 챔버를 형성하기 위한 원통형 구멍 부분을 갖는 실린더 블록과, 상기 원통형 구멍 부분 내에서 왕복 운동하는 피스톤과, 상기 피스톤의 외부 원주에 윤활유를 공급하기 위한 급유 장치를 구비하며;
상기 피스톤의 외부 원주상에 원주 형상의 제 1 오일 홈 및 제 2 오일 홈이 오목하게 형성되고, 상기 제 1 오일 홈에 대해서 상기 압축 챔버에 대향 측면상에 상기 제 2 오일 홈이 상기 제 1 오일 홈과 사전결정된 거리를 두고 형성되고, 상기 제 1 오일 홈의 공간 체적은 상기 제 2 오일 홈의 공간 체적보다 작으며;
상기 피스톤과 상기 원통형 구멍 부분 사이의 간극이 상사점 측으로부터 하사점 측에 걸쳐서 점진적으로 넓어지는 팽창된 간극 부분이 마련되며;
상기 간극이 일정한 균일한 간극 부분이 상기 팽창된 간극 부분에 대해서 상사점의 측면까지 마련되며;
상기 피스톤이 상사점에 근접할 때 적어도 상기 제 1 오일 홈은 상기 균일한 간극 부분에 위치되어 있는
밀폐형 압축기.
제 1 항에 있어서,
상기 원통형 구멍 부분의 상부 벽상에 노치형 부분이 마련되며, 상기 제 1 오일 홈 및 상기 제 2 오일 홈은 상기 피스톤이 하사점에 근접할 때 상기 노치형 부분을 거쳐서 상기 폐쇄된-용기에 연결되는
밀폐형 압축기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 팽창된 간극 부분은, 상사점으로부터 하사점까지 상기 원통형 구멍 부분의 내경을 확대함으로써, 또는 상사점으로부터 하사점까지 상기 피스톤의 외경을 감소시킴으로써 형성되는
밀폐형 압축기.
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제 1 항에 있어서,
상기 균일한 간극 부분은 상사점으로부터 하사점까지 사전결정된 범위에 상기 원통형 구멍 부분의 균일한 내경을 마련함으로써 형성되는
밀폐형 압축기.
제 5 항에 있어서,
상기 피스톤이 상사점에 근접할 때 상기 제 2 오일 홈은 상기 균일한 간극 부분에 위치되어 있는
밀폐형 압축기.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 오일 홈의 공간 체적과 상기 제 2 오일 홈의 공간 체적의 합계가 상기 간극의 전체 공간 체적의 0.5배 이상 그리고 2.0배 이하인
밀폐형 압축기.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 오일 홈의 공간 체적은 상기 제 1 오일 홈의 공간 체적의 4배 이상 그리고 20배 이하인
밀폐형 압축기.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 오일 홈의 공간 체적과 상기 제 2 오일 홈의 공간 체적의 합계가 상기 간극의 전체 공간 체적의 10㎣ 이상 그리고 35㎣ 이하인
밀폐형 압축기.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 오일 홈 및 상기 제 2 오일 홈은 1㎜ 이상 거리 그리고 4㎜ 이하 거리 이격되어 오목하게 형성되어 있는
밀폐형 압축기.
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