KR101454247B1 - 왕복동식 압축기 - Google Patents

Abstract

왕복동식 압축기가 개시된다. 개시되는 왕복동식 압축기는,밀폐된 내부공간이 형성된 케이스; 상기 케이스의 내부공간에 고정되며 실린더가 형성된 프레임; 상기 실린더에 왕복운동 가능하게 결합되어 압축공간을 형성하는 피스톤; 상기 프레임의 일 측에 구비되며 중력에 의해 오일이 모이는 오일저장홈; 및 상기 피스톤이 하사점에 위치될 때 상기 오일저장홈과 상기 압축공간이 연통되게 구비되는 오일공급홀;을 포함함으로써, 피스톤이 하사점에 위치될 때, 상기 케이스의 내부 압력과 실린더의 내부 압력 차이로 인해 상기 오일공급홀을 따라 실린더 내부로 오일이 공급되므로, 오일량의 부족으로 압축 성능의 저하를 방지할 수 있다.

왕복동식 압축기, 오일저장홈, 오일공급홀

Description

왕복동식 압축기{RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 왕복동식 압축기의 오일 공급에 관한 것이다.

왕복동식 압축기는 피스톤이 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 흡입 압축하여 토출하는 방식의 압축기이다.

왕복동식 압축기는 피스톤의 구동방식에 따라 연결형과 진동형으로 구분할 수 있다.

상기 연결형 왕복동식 압축기는 상기 피스톤이 회전모터의 회전축에 컨넥팅 로드로 연결되어 실린더에서 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 방식이며, 상기 진동형 왕복동식 압축기는 상기 피스톤이 왕복동모터의 가동자에 연결되어 진동하면서 실린더에서 왕복운동을 하여 냉매를 압축하는 방식이다.

이러한 왕복동식 압축기는, 밀폐된 공간이 형성된 케이스와, 케이스에 설치되어 회전력을 발생시키는 전동부와, 상기 구동모터의 회전축에 결합되는 커넥팅로드에 의해 구동모터의 회전운동이 실린더의 내부에 위치되는 피스톤의 직선 왕복 운동으로 전환되어 냉매를 압축하는 압축기구부를 포함하여 구성된다.

한편, 왕복동식 압축기는, 상기 압축기구부와 상기 전동부의 윤활 또는 냉각을 위해 오일의 공급을 필요로 한다.

이를 위해, 상기 케이스의 저부(低部)에는 상기 전동부와 압축기구부의 윤활 및 냉각을 위한 오일이 저장되고, 상기 오일은 상기 회전축의 내부에 구비된 오일유로를 타고 상부로 이동되고 상기 회전축의 회전시 원심력에 의해 비산 되어 상기 피스톤 및 실린더 내부로 공급된다.

이와 함께, 상기 실린더 내부로 오일이 공급되는 경로는, 상기 실린던 내부로 냉매가 흡입되면서 냉매에 섞여 들어오는 것이다.

그러나, 종래의 왕복동식 압축기에 있어서, 압축기구부로의 오일 공급은 흡입 냉매와 함께 유입되는 오일의 양은 상당히 적으며, 그 양이 커지는 경우에는 흡입 냉매의 양이 줄어들어 압축 효율이 저하되는 문제가 있다.

한편, 케이스의 저부로부터 회전축을 통해 비산시켜 공급하는 경우 케이스 내부 전체에 비산되는 오일의 일부가 상기 실린더로 공급되므로 공급되는 오일량의 정량적 제어가 어렵고, 공급되는 오일량의 편차가 상황에 따라 심하게 된다.

따라서, 공급되는 오일량이 적은 경우 실린더와 피스톤의 마찰력을 증가시켜 압축 성능을 저하시키거나, 심한 경우 압축기구부의 손상을 발생시키는 문제가 발생된다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 압축기구부의 윤활 및 냉각을 위한 오일이 효율적으로 공급되는 왕복동식 압축기의 제공을 일 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 실린더와 피스톤 사이의 틈을 통해 냉매가 누설되는 것을 방지하여 압축 효율이 향상된 왕복동식 압축기의 제공을 일 목적으로 한다.

본 발명의 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 예에 따른 왕복동식 압축기는, 밀폐된 내부공간이 형성된 케이스; 상기 케이스의 내부공간에 고정되며 실린더가 형성된 프레임; 상기 실린더에 왕복운동 가능하게 결합되어 압축공간을 형성하는 피스톤; 상기 프레임의 일 측에 구비되며 중력에 의해 오일이 모이는 오일저장홈; 및 상기 피스톤이 하사점에 위치될 때 상기 오일저장홈과 상기 압축공간이 연통되게 구비되는 오일공급홀;을 포함한다.

또한, 본 발명의 일 예에 따른 왕복동식 압축기에 있어서, 상기 오일공급홀은, 상기 오일저장홈의 하부와 상기 압축공간을 연통시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 예에 따른 왕복동식 압축기에 있어서, 상기 오일저장홈은, 그에 저장되는 오일의 최대 수위가 수평으로 마련되는 상기 실린더 내면의 최저 위치보다 아래쪽에 위치되게 마련되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 예에 따른 왕복동식 압축기에 있어서, 상기 오일공급홀 은, 상기 오일저장홈으로부터 상향 경사진 직선으로 마련되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 예에 따른 왕복동식 압축기에 있어서, 상기 오일공급홀을 통해 공급되는 오일량은, 상기 피스톤이 하사점에 위치될 때 상기 피스톤의 헤드(head)면으로부터 상기 실린더의 내부와 연결된 상기 오일공급홀의 단면 중 상기 실린더의 헤드(head)면과 가장 가까운 위치까지의 거리(L)과 상기 피스톤의 행정거리(S)의 비(L/S)에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 예에 따른 왕복동식 압축기에 있어서, 상기 비(L/S)는, 0 보다 크거나 같고, 0.3 보다 작거나 같은 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 예에 따른 왕복동식 압축기에 있어서, 상기 피스톤이 하사점에 위치될 때 상기 피스톤의 헤드(head)면으로부터 상기 실린더의 내부와 연결된 상기 오일공급홀의 단면 중 상기 실린더의 헤드(head)면과 가장 가까운 위치까지의 거리(L)와 상기 피스톤의 행정거리(S)의 비(L/S)는, 0 보다 크거나 같고, 0.3 보다 작거나 같은 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명의 일 예에 따른 왕복동식 압축기에 의하면,

피스톤이 하사점에 위치될 때, 상기 케이스의 내부 압력과 실린더의 내부 압력 차이로 인해 상기 오일공급홀을 따라 실린더 내부로 오일이 공급되므로, 오일량의 부족으로 압축 성능의 저하를 방지할 수 있다.

또한, 피스톤이 하사점으로부터 전진함에 따라 실린더 내부 압력이 상기 케이스의 내부 압력보다 높아지게 되면, 압력차에 의해 오일공급홀에 의해 공급된 오 일의 일부가 피스톤과 실린더의 틈을 따라 빠져나오면서 냉매의 누설을 방지하며 상대운동하는 상기 피스톤과 실린더의 마모를 감소시키는 이점을 가진다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 왕복동식 압축기를 첨부된 도면을 참보하여 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 왕복동식 압축기의 종단면도이고, 도 2는 도 1에 따른 왕복동식 압축기에서 압축부를 보인 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 왕복동식 압축기는, 밀폐된 내부공간이 형성된 케이스(1)와, 상기 케이스(1)의 내부에 설치되어 정,역회전을 하는 전동부(100)와, 상기 전동부(100)의 상측에 설치되어 그 전동부(100)의 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부(200)로 구성된다.

여기서, 상기 전동부(100)와 상기 압축부(200)는 상기 케이스(1)의 내부공간에 고정되며 후술하는 실린더(210)가 형성된 프레임(2)에 의해 지지된다.

한편, 본 실시예에 있어서 상기 프레임(2)에는 상기 압축부(200)로 오일을 공급하기 위해 오일저장홈(151)과 오일공급홀(153)이 형성된다.

상기 전동부(100)는, 정회전과 역회전이 가능한 정속 모터이나 인버터 모터가 적용될 수도 있다.

그리고 상기 전동부(100)는, 상기 프레임(2)과 상기 케이스(1)의 저면에 고정되는 지지스프링(141)에 의해 지지되어 탄력 설치되는 고정자(110)와, 상기 고정자(110)의 안쪽에 회전 가능하게 설치되는 회전자(120)와, 상기 회전자(120)의 중 심에 결합되어 회전력을 압축부(200)에 전달하는 회전축(130)로 이루어진다.

상기 회전축(130)은, 그 상단에 핀부(131)가 축중심에서 일정한 편심량을 가지도록 편심지게 형성되며, 이에 의해, 상기 압축부(200)가 구동되게 된다.

상기 압축부(200)는, 소정의 압축공간(V1)을 형성하는 실린더(210)와, 상기 실린더(210)의 압축공간(V1) 내부에서 직선 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 피스톤(220)과, 상기 피스톤(220)에 그 일단이 회전 가능하게 결합되고 그 타 단은 상기 회전축(130)의 핀부(131)에 대해 회전 가능하게 결합되어 상기 전동부(100)의 회전운동을 상기 피스톤(220)의 직선운동으로 변환하는 커넥팅로드(230)와, 상기 회전축(130)의 핀부(131)와 커넥팅로드(230)의 사이에 삽입되어 베어링역할을 하는 슬리브(240)와, 상기 실린더(210)의 선단, 상기 피스톤(220)의 헤드(head)면과 대응되는 끝단면에 결합되어 흡입밸브와 토출밸브가 구비되는 밸브조립체(250)와, 상기 밸브조립체(250)의 흡입측에 결합되는 흡입머플러(260)와, 상기 밸브조립체(250)의 토출측을 수용하도록 결합되는 토출커버(270)와, 상기 토출커버(270)에 연통되어 토출되는 냉매의 토출소음을 감쇄시키는 토출머플러(280)로 이루어진다.

상기 실린더(210)는 원통모양으로 수평으로 형성되어 상기 프레임(2)에 일체로 형성되거나 또는 조립하여 형성된다.

여기서, 상기 실린더(210)는 양 단이 개방된 상태로 형성되며, 상기 밸브조립체(250)가 일 단의 개구에 고정되고, 타 단의 개구는 상기 피스톤(220)에 의해 밀폐되어 압축공간(V1)을 형성한다.

상기 피스톤(220)은 그 일단이 막힌 원통모양으로 형성되어 상기 커넥팅로 드(230)의 일 단에 형성된 피스톤연결부(233)에 회전 가능하게 핀 결합된다.

상기 커넥팅로드(230)는 소결합금재질로 형성된다. 그리고 상기 커넥팅로드(230)는 상기 슬리브(240)의 외주면에 회전 가능하게 결합되는 축연결부(231)와, 그 축연결부(231)에서 연장되는 로드부(232)와, 상기 로드부(232)의 타단에 형성되어 상기 피스톤(220)에 회동 가능하게 결합되는 피스톤연결부(233)로 이루어진다.

한편, 상기 회전축(130)은 축방향으로 오일유로(132)가 관통 형성된다.

또한, 상기 회전축(130)의 하단에는 상기 케이스(1)의 저부에 저장된 오일을 상기 오일유로(132)로 퍼올리는 오일피더(143)가 구비된다.

이에 의해, 상기 오일피더(143)에 의해 상기 오일유로(132)로 퍼올려진 오일은 상기 회전축(130)의 회전에 의해 상측으로 이동되며 상기 회전축(130)과 상기 프레임(2) 사이의 트러스트 베어링을 윤활하고, 상기 회전축(130)의 상단에 형성된 핀부(131)의 상면으로 토출되며 상기 회전축(130)의 회전에 의한 원심력에 의해 상기 케이스(1)의 내부에 비산되게 된다.

한편, 상기 오일저장홈(151)은, 상기 핀부(131)로부터 비산된 오일 또는 상기 트러스트(thrust) 베어링을 윤활하고 상기 프레임(2)으로 흘러 내린 오일이 중력에 의해 모일 수 있도록 상기 프레임(2)의 일 측에 홈 형태로 마련된다.

또한, 상기 오일공급홀(153)은, 상기 피스톤(220)의 여러 위치 중 상기 피스톤(220)이 하사점에 위치될 때 상기 오일저장홈(151)과 상기 압축공간(V1)이 연통되게 구비된다.

여기서, 상기 오일저장홈(151)은 상기 프레임(2)의 상측면에 구비되는 것이 바람직하며, 또한, 상기 실린더(210)가 위치되는 부근의 프레임(2) 상측면에 구비되는 것이 바람직하다.

특히, 상기 오일저장홈(151)은, 그에 저장되는 오일의 최대 수위가 수평으로 마련되는 상기 실린더(210) 내면의 최저 위치보다 아래쪽에 위치되게 마련되는 것이 바람직하다.

이에 의해, 상기 케이스(1)의 내부 압력이 상기 압축공간(V1)의 내부 압력보다 높은 경우에만 상기 오일저장홈(151)으로부터 상기 오일공급홀(153)을 따라 상기 압축공간(V1)으로 공급되게 된다.

또한, 상기 오일공급홀(153)은, 상기 오일저장홈(151)의 하부와 상기 압축공간(V1)이 연통되게 구비된다.

이에 의해, 상기 오일저장홈(151)에 저장된 오일이 상기 압축공간(V1)으로 공급되지 않도 저장된 상태로 유지되어 오일이 낭비되는 문제를 방지할 수 있다.

또한, 상기 오일공급홀(153)은, 상기 오일저장홈(151)으로부터 상향 경사진 직선으로 마련된다.

이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 상기 오일저장홈(151) 및 오일공급홀(153)의 위치에 대해 자세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 왕복동식 압축기에 있어서, 압축부를 확대하여 보인 단면도이고, 도 4는 도 3에서 피스톤의 행정거리와 오일공급홀의 위치에 따른 압축기의 효율의 관계를 보인 선도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 있어서, 상기 오일공급홀(153)을 통 해 공급되는 오일량은, 상기 피스톤(220)이 하사점에 위치될 때 상기 피스톤(220)의 헤드(head)면(220h)으로부터 상기 실린더(210)의 내부와 연결된 상기 오일공급홀(153)의 단면(153a) 중 상기 실린더(210)의 헤드(head)면(210h)과 가장 가까운 위치까지의 거리(L)와 상기 피스톤(220)의 행정거리(S), 즉 피스톤(220)이 상사점과 하사점에 위치될 때의 거리의 비(L/S)에 의해 제어됨을 알 수 있다.

특히, 본 실시예에 있어서, 상기 거리의 비(L/S)는, 0 보다 크거나 같고, 0.3 보다 작거나 같게 마련되는 것이 바람직하다.

도 4에서 가로축은 L/S의 백분율을 나타내며, 세로축은 상기 오일공급홀(153)이 구비되지 않은 종래의 효율에 대한 본 실시예에 따른 효율의 백분율을 나타낸 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이 상기 오일공급홀(153)을 통해 공급된 오일량과 본 실시예에 따른 왕복동식 압축기의 효율의 관계는, 상기 거리의 비(L/S)를 0 보다 크거나 같고, 0.3 보다 작거나 같게 마련되는 경우 100 % 이상의 효율비가 얻어짐을 알 수 있다.

한편, 상기 케이스(1)는 주조에 의해 제작되는데 이때 상기 오일공급홀(153)을 함께 형성하는 것은 불가능하므로, 상기 오일공급홀(153)은 드릴링 등과 같은 2차 가공에 의해 형성된다. 따라서, 2차 가공이 용이하게 이루어질 수 있도록 상기 오일공급홀(153)이 형성되는 방향이 제한될 필요성이 있다.

즉, 본 실시예에 있어서, 상기 오일공급홀(153)은, 그 끝단으로부터 상기 실린더(210) 내부로의 가상의 연장선(153b)이 상기 프레임(2)에 수평으로 양 단이 개 방되게 구비되는 상기 실린더(210)의 양 개구 중 상기 피스톤(220)의 헤드면(220h)과 대향되는 개구, 즉 상기 실린더(210)의 헤드면(210h)를 지나도록 구비되는 것이 바람직하다.

이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 왕복동식 압축기에 대해 앞서 설명한 도 5 및 도 6을 참조하여 자세히 설명한다.

다만, 이를 설명함에 있어서, 앞서 기술한 본 발명의 일 실시예와 중복되는 구성 및 그에 대한 자세한 설명은 앞서 설명한 것으로 갈음하고 이하에서는 생략하기로 한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예 따른 왕복동식 압축기에서 압축부를 보인 사시도이고, 도 6은 도 5에 있어서 압축부의 단면을 확대하여 보인 도면이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 왕복동식 압축기는, 다른 구성에 있어서 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예와 동일하나, 오일저장홈(451) 및 오일공급홀(453)의 위치에 있어서 차이가 있다.

본 실시예에 따른 왕복동식 압축기에 있어서, 오일저장홈(451)은, 상기 프레임(2)의 일 측에 구비되며 상기 실린더(310) 내면 중 최고 위치보다 높은 위치에 구비되고, 중력에 의해 오일이 모여지게 형성된다. 즉, 본 실시예에 있어서 상기 오일저장홈(451)은 상기 실린더(310)의 위쪽에 형성된다.

또한, 본 실시예에 있어서, 상기 오일공급홀(453)은, 상기 오일저장홈(451)으로부터 하향 직선으로 마련된다.

또한, 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에서와 같이, 피스톤(320)이 하사점 에 위치될 때 상기 피스톤(320)의 헤드(head)면(320h)으로부터 상기 실린더(310)의 내부와 연결된 상기 오일공급홀(453)의 단면(453a) 중 상기 실린더(310)의 헤드(head)면(310h)과 가장 가까운 위치까지의 거리(L)와 상기 피스톤의 행정거리(S)의 비(L/S)는, 0 보다 크거나 같고, 0.3 보다 작거나 같게 구비되는 것이 바람직하다.

이에 의해, 상기 오일공급홀(453)을 통해 너무 많은 양의 오일 공급으로 인해, 유효 압축체적, 즉 체적효율이 떨어져 압축기의 성능이 나빠지는 결과를 방지할 수 있다.

이상에서, 본 발명의 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 그 사상 또는 본질적인 특징에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 실시될 수 있으므로, 위에서 설명된 실시예는 그 상세한 설명의 내용에 의해 제한되지 않아야 하며, 또한, 앞서 기술한 상세한 설명에서 일일이 나열되지 않은 실시예라 하더라도 첨부된 특허청구범위에서 정의된 그 사상과 범위 내에서 넓게 해석되어야 할 것이다. 그리고, 상기 특허청구범위의 기술적 범위와 그 균등범위 내에 포함되는 모든 변경 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 포섭되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 왕복동식 압축기의 종단면도,

도 2는 도 1에 따른 왕복동식 압축기에서 압축부를 보인 사시도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 왕복동식 압축기에 있어서, 압축부를 확대하여 보인 단면도,

도 4는 도 3에서 피스톤의 행정거리와 오일공급홀의 위치에 따른 압축기의 효율의 관계를 보인 선도,

도 5는 본 발명의 다른 실시예 따른 왕복동식 압축기에서 압축부를 보인 사시도,

도 6은 도 5에 있어서 압축부의 단면을 확대하여 보인 도면이다.

Claims (10)

1. 밀폐된 내부공간이 형성된 케이스;

   상기 케이스의 내부공간에 고정되며 실린더가 형성된 프레임;

   상기 실린더에 왕복운동 가능하게 결합되어 압축공간을 형성하는 피스톤;

   상기 프레임의 일 측에 구비되며 중력에 의해 오일이 모이는 오일저장홈; 및

   상기 케이스와 상기 실린더 간의 내부 압력 차이로 인하여 상기 실린더 내부로 오일이 공급될 수 있도록, 상기 피스톤이 하사점에 위치될 때 상기 오일저장홈과 상기 압축공간을 연통하도록 위치되는 오일공급홀;을 포함하는 왕복동식 압축기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 오일공급홀은,

   상기 오일저장홈의 하부와 상기 압축공간을 연통시키는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 오일저장홈은,

   그에 저장되는 오일의 최대 수위가 수평으로 마련되는 상기 실린더 내면의 최저 위치보다 아래쪽에 위치되게 마련되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 오일공급홀은,

   상기 오일저장홈으로부터 상향 경사진 직선으로 마련되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 오일저장홈은,

   상기 프레임의 일 측에 구비되며 상기 실린더 내면 중 최고 위치보다 높은 위치에 구비되고, 중력에 의해 오일이 모여지게 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 오일공급홀은,

   상기 오일저장홈으로부터 하향 직선으로 마련되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
7. 제 3 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 오일공급홀을 통해 공급되는 오일량은, 상기 피스톤이 하사점에 위치될 때 상기 피스톤의 헤드(head)면으로부터 상기 실린더의 내부와 연결된 상기 오일공급홀의 단면 중 상기 실린더의 헤드(head)면과 가장 가까운 위치까지의 거리(L)과 상기 피스톤의 행정거리(S)의 비(L/S)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 비(L/S)는, 0 보다 크거나 같고, 0.3 보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
9. 제 4 항에 있어서, 상기 오일공급홀은,

   그 끝단으로부터 상기 실린더 내부로의 가상의 연장선이 상기 프레임에 수평으로 양 단이 개방되게 구비되는 상기 실린더의 양 개구 중 상기 피스톤의 헤드면과 대향되는 개구를 지나도록 구비되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 피스톤이 하사점에 위치될 때 상기 피스톤의 헤드(head)면으로부터 상기 실린더의 내부와 연결된 상기 오일공급홀의 단면 중 상기 실린더의 헤드(head)면과 가장 가까운 위치까지의 거리(L)와 상기 피스톤의 행정거리(S)의 비(L/S)는, 0 보다 크거나 같고, 0.3 보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.

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