KR101721257B1

KR101721257B1 - 압축기

Info

Publication number: KR101721257B1
Application number: KR1020100056071A
Authority: KR
Inventors: 송세영; 윤영섭
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2010-06-14
Filing date: 2010-06-14
Publication date: 2017-04-10
Also published as: KR20110136212A

Abstract

본 발명은 냉매 압축시 사체적 공간을 최소화하는 동시에 토출 저항 증가를 방지하여 압축 효율을 대폭 향상시킬 수 있는 압축기에 관한 것이다. 본 발명은 압축기(10)의 피스톤(30)에 형성되는 피스톤돌기(31)가 상기 피스톤(30)으로부터 상기 피스톤(30)의 운동방향에 평행하게 돌출되고, 상기 피스톤(30)의 운동 방향에 수직한 단면이 상기 피스톤(30)에서 멀어질수록 일정한 기울기로 감소하는 직경을 갖도록 형성되는 기저부(31a)와, 상기 기저부(31a)로부터 상기 피스톤(30)의 운동방향에 평행하게 돌출되는 돌출부(31b)를 포함하여 구성되고, 압축기(10)의 밸브플레이트(21)에 형성된 토출공(21')이, 상기 밸브플레이트(21)를 수직 관통하는 관통부(21b)와, 상기 관통부(21b)의 일단에 경사지게 형성되어, 상기 관통부(21b)를 향할수록 좁아지는 단면을 갖는 테이퍼부(21a)를 포함하여 구성된다. 이와 같은 본 발명에 의하면 압축기에서의 냉매 압축시 사체적을 줄임과 동시에 토출 저항 증가를 방지하여 압축기의 냉매 압축 효율이 개선된다는 이점이 있다.

Description

압축기{Compressor}

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉매 압축시 사체적 공간을 최소화함과 동시에 냉매 토출 저항의 증가를 방지하여 압축 효율을 대폭 향상시킬 수 있는 압축기에 관한 것이다.

자동차의 공조시스템에서 사용되는 압축기는 증발기로부터 증발이 완료된 냉매를 흡입하여 액화하기 쉬운 고온과 고압상태로 만들어 응축기로 전달한다.

이와 같은 압축기에는 냉매를 압축하기 위한 구성으로서 피스톤 등이 왕복운동을 하면서 압축을 수행하는 왕복식과, 스크롤 등이 회전운동을 하면서 압축을 수행하는 회전식이 있다. 왕복식에는 구동원의 구동력을 크랭크를 사용하여 다수개의 피스톤으로 전달하는 크랭크식, 사판이 설치된 회전축으로 전달하는 사판식, 워블 플레이트를 사용하는 워블 플레이트식이 있다. 회전식에는 회전하는 로터리축과 베인을 사용하는 베인로터리식, 회전스크롤과 고정스크롤을 사용하는 스크롤식이 있다.

도 1에는 일반적인 사판식 압축기의 구성이 단면도로 도시되어 있다. 도면에 도시된 바에 따르면, 압축기(10)의 골격과 외관을 프론트헤드(11), 전방실린더블록(12) 및 후방실린더블록(12'), 그리고 리어헤드(13)가 형성한다. 이들은 상기 프론트헤드(11), 전방실린더블록(12), 후방실린더블록(12') 및 리어헤드(13)의 순서로 배열되어 결합된다.

상기 프론트헤드(11)는 대략 원통 형상으로 내부에는 토출실(11a)이 형성된다. 상기 토출실(11a)은 각각 전방실린더블록(12)을 향하여 개구된다. 상기 토출실(11a)은 대략 링형상의 영역에 걸쳐 형성된다. 상기 토출실(11a)은 상기 전방실린더블록(12)의 각각의 실린더보어(12a)와 아래에서 설명될 밸브어셈블리(20)를 통해 선택적으로 연결될 수 있도록 형성된다.

상기 프론트헤드(11)에는 그 중심을 관통하여 축통공(O)이 형성된다. 상기 축통공(O)에는 아래에서 설명될 회전축(14)이 관통하여 설치된다.

상기 전방실린더블록(12) 및 후방실린더블록(12')은 각각 상기 프론트헤드(11)와 리어헤드(13)에 결합된다. 상기 전방실린더블록(12) 및 후방실린더블록(12')의 내부에는 상기 축지지공(15)을 중심에 두고 축지지공(15)의 형성방향으로 원통 형상의 실린더보어(12a)가 다수개 형성된다. 물론, 상기 실린더보어(12a)는 상기 전방실린더블록(12) 및 후방실린더블록(12')에 각각 대응되는 위치에 형성된다. 상기 실린더보어(12a)와 상기 축지지공(15)은 각각 흡입통로(15')를 통해 서로 연결된다. 상기 흡입통로(15')는 회전축(14)의 내부를 통해 전달된 냉매가 상기 실린더보어(12a)로 각각 전달되게 한다.

상기 전방실린더블록(12) 및 후방실린더블록(12')에는 각각 상기 프론트헤드(11) 및 리어헤드(13)의 토출실(11a,13a)과 연통되게 토출통로(미도시)가 형성된다. 상기 토출통로는 실린더보어(12a) 내에서 압축된 냉매를 외부로 토출하는 통로역할을 한다.

상기 프론트헤드(11)와 전방실린더블록(12)의 사이 및 상기 리어헤드(13)와 후방실린더블록(12')사이에는 토출실(11a 또는 13a)과 실린더보어(12a) 사이에서 냉매의 유동을 제어하는 밸브어셈블리(20)가 구비된다. 즉, 상기 밸브어셈블리(20)는 상기 실린더보어(12a)에서 토출실(11a 또는 13a)로의 냉매 유동을 제어한다.

상기 밸브어셈블리(20)에는 밸브플레이트(21)가 구비된다. 상기 밸브플레이트(21)는 대략 원판 형상으로 형성되며, 상기 밸브플레이트(21)에는 각각의 실린더보어(12a)와 대응되는 위치에 토출공(21')이 형성된다.

상기 프론트헤드(11)와 마주보는 상기 밸브플레이트(21)의 일면 및 상기 리어헤드(13)와 마주보는 상기 밸브플레이트(21)의 일면에는 토출밸브(22)가 구비된다. 상기 토출밸브(22)는 탄성변형이 가능한 재질로서 상기 실린더보어(12a)의 내부 압력에 따라 탄성변형되어 상기 토출공(21')을 개폐하는 역할을 한다.

상기 밸브플레이트(21) 중 상기 토출통로와 대응되는 위치에 연통공(미도시)이 형성된다. 상기 연통공은 상기 토출통로와 연결시키는 역할을 한다.

상기 전방실린더블록(12) 및 후방실린더블록(12')은 서로 결합되는 면에 요입된 부분이 형성되어 사판실(16)을 구성한다. 상기 사판실(16)에는 회전축(14)에 설치된 사판(17)이 회전가능하게 위치된다.

상기 프론트헤드(11)와 전방실린더블록(12) 및 후방실린더블록(12')의 중앙을 관통해서는 회전축(14)이 설치된다. 상기 회전축(14)의 내부에는 냉매가 유동되는 유로(14')가 형성된다. 상기 유로(14')는 상기 회전축(14)의 내부에 회전축(14)의 길이방향으로 길게 형성된다. 상기 회전축(14)의 외면에는 입구(14a)와 출구(14b)가 형성된다. 상기 입구(14a)는 상기 사판실(16)과 유로(14')를 연결시키는 것이고, 상기 출구(14b)는 상기 전방실린더블록(12) 및 후방실린더블록(12')의 흡입통로(15')와 연결될 수 있는 위치에 형성된다. 상기 출구(14b)의 위치는 각각의 실린더보어(12a)에서 진행되는 냉매의 압축순서에 맞게 형성되어야 한다.

상기 회전축(14)의 일측에는 축시일(18)이 삽입되어 상기 프론트헤드(11)의 축통공(O)의 내면에 밀착된다. 상기 축시일(18)은 상기 회전축(14)과 상기 축통공(O) 사이로 냉매가 누설되는 것을 방지하는 역할을 한다. 상기 축시일(18)은 탄성변형이 가능한 고무재질로 형성된다.

상기 회전축(14)에는 대략 원판 형상의 사판(17)이 회전축(14)의 연장방향에 대해 경사지게 설치된다. 상기 사판(17)의 가장자리를 둘러서는 다수개의 슈(19)가 설치된다. 상기 슈(19)는 상기 사판(17)의 가장자리를 따라 이동되도록 구성된다.

한편, 상기 실린더보어(12a)의 내부에는 피스톤(30)이 직선왕복운동 가능하도록 설치된다. 상기 피스톤(30)은 상기 실린더보어(12a)의 내부와 대응되는 대략 원기둥형상으로, 양단이 각각 전방실린더블록(12) 및 후방실린더블록(12')의 실린더보어(12a)에 위치된다. 즉, 하나의 피스톤(30)의 각각의 양단이 실린더보어(12a) 내에서 냉매를 압축하는 역할을 한다. 상기 피스톤(30)은 그 중간 부분이 상기 슈(19)와 결합되어 있어, 상기 사판(17)의 회전에 따라 직선왕복운동 하게 된다.

한편 상기 피스톤(30)이 왕복 운동함에 따라 상기 밸브플레이트(21)와 밀착되는 밀착면 상에는 상기 토출공(21')에 선택적으로 삽입되도록 형성된 피스톤돌기(31)가 상기 피스톤(30)으로부터 돌출되어 형성된다. 상기 피스톤(30)이 왕복 운동할 때 상기 피스톤(30)이 상기 밸브플레이트(21)에 접촉하여 더 이상 진행하지 못함으로써 상기 토출공(21')에 의한 원기둥 형상의 사체적이 존재하게 되는데, 상기 피스톤돌기(31)는 이와 같은 사체적을 감소시킴으로써 압축기의 압축 성능을 향상시키기 위하여 형성된다.

한편 상기 리어헤드(13)는 상기 후방실린더블록(12')의 일면에 장착되는 것이다. 상기 리어헤드(13)에는 토출실(13a)이 형성된다. 상기 토출실(13a)은 대략 링형상의 영역에 걸쳐 형성된다. 상기 토출실(13a)은 각각 후방실린더블록(12')을 향하여 개구된다. 상기 토출실(13a)은 상기 후방실린더블록(12')에 형성된 실린더보어(12a)들과 밸브플레이트(21)를 통해 선택적으로 연결된다.

풀리(40)는 상기 프론트헤드(11)의 일측에 회전가능하게 설치된다. 상기 풀리(40)는 대략 원통 형상으로 형성된다. 상기 풀리(40)는 엔진의 구동력을 벨트(미도시)를 통해 전달받아 회전된다.

상기 풀리(40)에는 필드코일(41)이 내장되어 있다. 상기 필드코일(41)은 전원이 인가되면 흡인자속을 발생시켜 아래에서 설명될 디스크(46)가 풀리(40)의 마찰면(40')에 밀착되게 한다.

한편, 상기 회전축(14)의 일단부에는 허브(43)가 설치되고, 상기 허브(43)에는 댐퍼(44)가 구비된다. 상기 댐퍼(44)는 상기 회전축(14)과 풀리(40) 사이의 동력전달 시에 발생하는 충격을 흡수하는 것이다. 상기 댐퍼(44)에는 상기 풀리(40)의 마찰면(40')과 마주보는 위치에 디스크(46)가 이동가능하게 설치된다.

이와 같은 구성을 가지는 압축기의 동작을 설명한다. 엔진의 구동력이 벨트를 통해 상기 풀리(40)에 전달되면, 상기 풀리(40)는 회전하게 된다. 하지만, 상기 필드코일(41)에 전원이 인가되지 않으면 상기 풀리(40)의 마찰면(40')에 상기 디스크(46)가 밀착되지 않으므로, 상기 회전축(14)은 회전하지 않게 된다.

이와 같은 상태에서 공조시스템의 가동 필요성이 발생하여 압축기가 구동되어야 하는 경우에는, 사용자 또는 차량의 제어시스템이 공조시스템의 동작을 위한 신호를 제공한다. 공조시스템의 동작이 시작되고 냉매가 압축되어야 할 필요성이 있는 경우에는, 상기 필드코일(41)에 전원이 인가되면서 상기 필드코일(41)이 흡입자속을 발생시킨다.

상기 필드코일(41)에 전원이 인가되면, 필드코일(41)의 흡인자속에 의해 상기 디스크(46)는 상기 풀리(40)의 마찰면(40')에 밀착된다. 따라서, 상기 풀리(40)의 회전력이 상기 회전축(14)으로 상기 디스크(46), 댐퍼(44) 및 허브(43)를 통해 전달된다.

이와 같이 회전축(14)으로 풀리(40)의 회전력이 전달되면, 상기 회전축(14)이 회전하면서 피스톤을 직선왕복운동시켜서 냉매의 압축을 수행하게 된다.

이때, 상기 회전축(14)이 회전함에 따라, 상기 회전축(14) 내부의 유로(14')가 상기 출구(14b)와 흡입통로(15')를 통해 상기 실린더보어(12a)와 연결된다. 이와 같은 유로(14')와 실린더보어(12a)의 연결은 상기 사판실(16) 내로 흡입된 냉매가 상기 실린더보어(12a)로 전달되도록 한다. 참고로 상기 실린더보어(12a)로 냉매가 흡입되는 것은 상기 피스톤(30)이 해당되는 실린더보어(12a)에서 하사점에 위치할 때이다. 이와 같이, 상기 실린더보어(12a)에 냉매가 전달되면, 해당되는 상기 실린더보어(12a)의 상기 피스톤(30)이 상기 밸브플레이트(21) 방향으로 이동하게 되고, 냉매의 압축이 일어난다.

이와 같이, 냉매가 상기 실린더보어(12a) 내에서 압축되면, 상기 실린더보어(12a) 내부의 압력은 상대적으로 높아져 상기 토출실(11a)(13a)로 냉매가 토출된다. 상기 토출실(11a)(13a)로 토출된 냉매는 외부의 토출구를 통해 응축기(미도시)쪽으로 전달된다.

상기 토출구를 통해 응축기로 전달된 냉매는 응축기(미도시), 팽창변(미도시), 그리고 증발기(미도시)를 거쳐 다시 압축기로 전달된다. 압축기에서 냉매는 위에서 설명된 과정을 반복하여 압축된다.

이때 상기 피스톤돌기(31)는 이미 설명한 바와 같이 사체적을 감소시킴으로써 압축기의 압축 성능을 향상시키기 위하여 형성된다. 그러나 위와 같은 상기 압축기(10)의 구동시 상기 피스톤돌기(31)의 형성에 의하여 상기 실린더보어(12a)으로부터 상기 토출실(11a, 13a)로의 냉매 토출 유로가 좁아짐으로써 냉매 토출 저항이 증가하게 되어 사체적의 감소로 인한 압축기 성능 향상 효과는 미미하게 되었다.

그에 따라 상기 피스톤돌기(31)를 형성함으로써 냉매 압축시의 사체적을 감소시켜 압축기 성능을 향상하기 위해서는 냉매 토출시 냉매 토출 저항을 최소화할 수 있는 피스톤돌기(31)의 형상과 이를 수용하는 토출공(21')의 형상을 정밀하게 설계하는 것이 중요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 압축기에서의 냉매 압축시 사체적을 줄임과 동시에 토출 저항 증가를 방지하여 압축기의 냉매 압축 효율이 개선된 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 압축기의 압축기의 토출 유로를 개선함으로써 압축기의 냉방 성능을 향상하는 압축기를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 내부에 실린더보어가 다수개 형성되는 실린더블록과, 상기 실린더블록의 전방 및 후방에 각각 결합되고, 내부에 상기 실린더보어와 연통되는 토출실이 형성되는 프론트헤드 및 리어헤드와, 상기 실린더보어와 상기 토출실을 연통하는 토출공이 형성된 밸브플레이트와, 탄성 변형 가능하게 구비되어 상기 토출공을 선택적으로 차폐하는 토출밸브, 그리고 직선 왕복 운동에 따라 상기 토출공에 선택적으로 삽입되는 피스톤돌기가 일체로 돌출 형성되고, 상기 실린더보어 내에서 직선 왕복 운동하여 냉매를 압축하는 피스톤을 포함하는 압축기에 있어서, 상기 피스톤돌기는, 상기 피스톤으로부터 상기 피스톤의 운동방향에 평행하게 돌출되고, 상기 피스톤의 운동 방향에 수직한 단면이 상기 피스톤에서 멀어질수록 일정한 기울기로 감소하는 직경을 갖도록 형성되는 기저부와; 상기 기저부로부터 상기 피스톤의 운동방향에 평행하게 돌출되는 돌출부를 포함하여 구성되고, 상기 토출공은, 상기 밸브플레이트를 수직 관통하는 관통부와; 상기 관통부의 일단에 경사지게 형성되어, 상기 관통부를 향할수록 좁아지는 단면을 갖는 테이퍼부를 포함하여 구성된다.

이때 상기 돌출부는 상기 피스톤의 운동 방향에 수직한 단면이 상기 기저부로부터 멀어질수록 상기 기저부의 단면의 직경이 감소하는 기울기보다 작은 일정한 기울기로 감소하는 직경을 갖도록 형성될 수 있다.

또한 상기 테이퍼부의 높이와, 상기 돌출부의 높이 사이의 차(G_h)는 0 이상 0.15mm 이하의 값을 가질 수 있다.

나아가 상기 피스톤돌기가 상기 토출공으로 삽입될 때 형성되는 토출 유로의 최소 토출 유효경은, 상기 토출밸브가 탄성 변형되어 상기 토출공을 개방하였을 때 상기 토출밸브와 상기 밸브플레이트가 형성하는 토출 유로의 토출 유효경 이상이 되도록 할 수 있다.

여기서 상기 피스톤의 운동 방향에 수직한 상기 피스톤의 단면적과, 상기 기저부의 최대 단면적의 비(R_A)는 0.4 이상 0.5 이하의 범위 내로 한정되고, 상기 돌출부의 경사면이 상기 피스톤의 운동 방향과 이루는 각도와 상기 기저부의 경사면이 상기 피스톤의 운동 방향과 이루는 각도의 비(

)는 1.5 이상 3 이하의 범위 내로 한정되며, 상기 밸브플레이트의 수직방향과 상기 테이퍼부의 경사면이 이루는 각과 상기 기저부의 경사면이 상기 피스톤의 운동방향과 이루는 각 사이의 차(

)는 -10 이상 10 이하의 범위 내로 한정될 수 있다.

본 발명에 의한 압축기에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

즉, 본 발명에 의한 압축기에 의하면 압축기에서의 냉매 압축시 사체적을 줄임과 동시에 토출 저항 증가를 방지하여 압축기의 냉매 압축 효율이 개선된다는 이점이 있다.

또한 본 발명에 의한 압축기에 의하면 압축기의 토출 유로를 개선함으로써 압축기의 냉방 성능을 향상할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 일반적인 로터리 석션(Rotary Suction)식 압축기의 구성을 보인 단면도.
도 2a는 본 발명의 실시예에 의한 압축기 피스톤의 돌기 형상을 도시한 사시도.
도 2b는 도 2a에 도시된 압축기 피스톤의 단면 형상을 도시한 단면도.
도 3a는 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 압축기 밸브플레이트의 형상을 도시한 사시도.
도 3b는 도 3a에 도시된 압축기 밸브플레이트의 토출공의 단면 형상을 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 압축기 성능 변화를 보인 그래프.
도 5는 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 압축기의 피스톤돌기의 토출공으로의 삽입 과정을 도시한 부분단면도이다.

이하 본 발명에 의한 압축기의 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 특히 이하에서는 본 발명의 요부를 중심으로 설명하고, 그 외 압축기의 다른 구성은 배경기술에서 설명한 바와 유사하므로 아래에서는 그 설명을 생략한다. 배경기술에서 설명한 압축기와 동일하거나 유사한 구성은 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

도 2a는 본 발명의 실시예에 의한 압축기 피스톤의 돌기 형상을 도시한 사시도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 압축기 피스톤의 단면 형상을 도시한 단면도이며, 도 3a는 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 압축기 밸브플레이트의 형상을 도시한 사시도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 압축기 밸브플레이트의 토출공의 단면 형상을 도시한 단면도이다. 또한 도 4는 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 압축기 성능 변화를 보인 그래프이다.

우선 본 발명의 실시예에 의한 압축기 피스톤의 돌기 형상으로 보다 구체적으로 살펴보면, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 압축기(10)의 피스톤돌기(31)는 상기 피스톤(30)으로부터 왕복 직선 운동 방향 평행하게 돌출된다. 또한 상기 피스톤돌기(31)는 상기 피스톤(30)의 운동 방향에 수직으로 자른 단면이 원형이 된다.

상기 피스톤돌기(31)는 상기 피스톤(30)과 일체로 형성되며, 2단으로 경사지게 형성되는데, 상기 피스톤(30)의 운동 방향과 각

를 이루는 기저부(31a)와 상기 피스톤(30)의 운동 방향과 각

을 이루는 돌출부(31b)로 구성된다. 즉, 상기 기저부(31a)와 상기 돌출부(31b)는 선단으로 향할수록 상기 피스톤(30)의 운동 방향에 수직인 원형의 단면의 직경이 점차 작아지도록 형성된다. 여기서 각

는 각

보다 큰 값을 갖는다. 또한 상기 피스톤돌기(31)는 상기 피스톤(30)으로부터 전체적으로 높이 H₁을 갖도록 형성되며, 상기 기저부(31a)는 높이 h₁을 갖는다. 따라서 상기 돌출부(31b)만의 높이는 (H₁-h₁)이 된다.

또한 상기 피스톤(30)의 운동 방향에 수직인 단면에서 상기 피스톤(30)의 직경이 D라고 하면, 상기 기저부(31a)는 최대 직경 d₁으로부터 최소 직경 d₂까지 일정하게 감소하는 직경을 가지며, 상기 돌출부(31b)는 최대 직경 d₂로부터 그 선단의 최소 직경 d₃까지 일정하게 감소하는 직경을 갖는다.

한편 상기 피스톤(30)의 전후방 왕복 운동에 따라 상기 피스톤돌기(31)를 선택적으로 수용하는 상기 밸브플레이트(21)의 상기 토출공(21')은 도 3a와 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 밸브플레이트(21)를 수직으로 관통하는 관통부(21b)와 상기 밸브플레이트(21)로부터 상기 관통부(21b)로의 경사면을 형성하는 테이퍼부(21a)로 이루어진다.

상기 테이퍼부(21a)에 의한 경사면은 상기 밸브플레이트의 수직 방향과 각

를 이룸으로써 도면에 도시된 바와 같이 상기 관통부(21b)를 향할수록 일정하게 감소하는 직경을 갖는다. 반면 상기 관통부(21b)는 상기 밸브플레이트의 수직 방향과 평행한 면으로 이루어짐으로써 그 직경이 d₄로 일정하다. 여기서 상기 밸브플레이트의 높이를 H₂, 상기 관통부의 높이를 h₂로 한다.

냉매 압축시의 사체적을 감소시킴과 동시에 토출 저항 증가를 방지하기 위한 상기 피스톤돌기(31)와 상기 토출공(21')의 형상을 보다 구체적으로 제한하기 위하여, 본 발명에서는 다음의 수학식들에 의한 인자를 정의한다.

여기서 수학식 1에 나타낸 인자

는 상기 피스톤(30)의 압축 방향 단면적의 넓이

와 상기 피스톤돌기(31)의 최대 직경에 의한 상기 피스톤돌기(31)의 최대 단면적의 넓이

사이의 비율을 정의한 것이고, 수학식 2에 나타낸 인자

는 상기 기저부(31a)가 상기 피스톤(30)의 운동 방향과 이루는 경사각

와 상기 돌출부(31b)가 상기 피스톤(30)의 운동 방향과 이루는 경사각

사이의 비율을 하나의 독립된 인자로 정의한 것이다.

그리고 상기 수학식 3에 나타낸 인자

는 상기 밸브플레이트(21)의 상기 테이퍼부(21a)가 상기 밸브플레이트(31)의 수직 방향, 즉 상기 피스톤(30)의 운동방향과 이루는 각

과 상기 피스톤돌기(31)의 상기 기저부(31a)와 상기 피스톤(30)의 운동방향이 이루는 각

사이의 차를 하나의 인자로 정의한 것이다.

이와 같이 정의된 인자들은 모두 특정 값들 사이의 비율 또는 차로 이루어지기 때문에 다른 다양한 종류나 크기의 압축기 피스톤 돌기와 토출공에도 적용 가능한 인자가 된다.

위와 같이 정의된 인자들에 대하여 본 발명의 실시예에서는 압축기(10)의 성능을 극대화할 수 있는 상기 인자들의 범위를 제한한다.

도 4에 도시된 그래프에서는 위에 정의된 세 개의 인자의 값과 압축기의 체적 효율(%) 및 압축기 성능계수(COP: Coefficient Of Performance) 사이의 관계를 나타내고 있다.

그래프에서 확인되는 바와 같이 우선

는 대략 0.41의 값 부분에서 최대 체적 효율과 최대 성능 계수를 나타낸다. 그리고

는 -10에서 10도가 넘지 않는 범위 내에서 선택되는 것이 유리하다.

또한

는 대략 2.5를 넘어서는 부분에서 높은 효율을 보임을 확인할 수 있다.

이와 같은 결과에 따라 위의 각각의 인자들의 수치 범위를 한정하면 아래와 같다.

0.4 ≤

≤ 0.5

1.5 ≤

≤ 3

-10 ≤

≤ 10

또한 추가적으로 다음의 인자를 더 정의할 수 있다.

위의 수학식 4로 나타낸 인자 G_h는 상기 밸브플레이트(21)의 상기 테이퍼부(21a)의 높이와, 상기 피스톤돌기(31)의 상기 돌출부(31b) 사이의 높이 차이로 정의될 수 있다. 이와 같은 상기 G_h는 0 이상 0.15 이하의 범위 내에서 조정되는 경우에 압축기 성능에 도움이 된다.

나아가, 상기 피스톤돌기(31)의 형성에 의하더라도 상기 압축기(10)의 냉매 압축시 냉매 토출 저항의 증가를 방지하기 위해서 상기 피스톤돌기(31)가 상기 토출공(21')으로 수용되는 각각의 단계에서의 최소 토출 유효경은, 상기 토출밸브(22)가 최대한 열렸을 때 상기 밸브플레이트(21)와 상기 토출밸브(22) 사이에 형성되는 토출유로의 넓이(이하 토출 유효경(D_ed)이라 한다) 이상이 되는 것이 바람직하다.

여기서 상기 피스톤돌기(31)가 상기 토출공(21')으로 수용되는 단계는 도 5에 나타낸 바와 같이 3단계로 구분할 수 있으며, 상기 최소 토출 유효경은, 도 5에 도시된 각각의 단계에서 상기 피스톤돌기(31)와 상기 토출공(21') 사이에 형성되는 냉매 토출 유로의 가장 좁은 단면적을 수치화한 값으로 정의한다.

우선 도 5의 좌측에 도시된 (a)단계는 상기 피스톤돌기(31)의 선단이 상기 토출공(21')의 상기 테이퍼부(21a)로의 진입을 시작한 단계를 도시한 것이다.

이에 따르면, 상기 (a)단계에서의 상기 최소 토출 유효경(D_e1)은 다음과 같은 식으로 연산된다.

상기 수학식 5에서 확인되는 바와 같이 상기 (a)단계에서의 상기 최소 토출 유효경(D_e1)은 상기 테이퍼부(21a)의 최대 단면적에서 상기 돌출부(31b)의 최소 단면적을 뺀 값이 된다.

또한 도 5에 도시된 (b)단계에서의 상기 최소 토출 유효경(D_e2)은 다음과 같은 식으로 연산된다.

수학식 6에서 확인되는 바와 같이 상기 (b)단계에서 상기 D_e2는 상기 밸브플레이트(21)의 상기 관통부(21b)의 단면적에서 상기 피스톤돌기(31)의 상기 돌출부(31b)의 최소 직경 d₃에 의한 최소 단면적을 차감한 값이 된다.

나아가 도 5에 도시된 (c)단계에서의 상기 최소 토출 유효경(D_e3)은 다음과 같은 식으로 연산된다.

수학식 7에서 확인되는 바와 같이 상기 (c)단계에서 상기 D_e3은 상기 밸브플레이트(21)의 상기 관통부(21b)의 단면적에서 상기 피스톤돌기(31)의 상기 돌출부(31b)의 최대 직경 d₂에 의한 최대 단면적을 차감한 값이 된다.

상기 피스톤돌기(31)가 상기 토출공(21')으로 수용되는 3 단계에서 위와 같이 연산되는 3개의 최소 토출 유효경의 값들은 상기 밸브플레이트(21)와 상기 토출밸브(22) 사이에 형성되는 상기 토출 유효경(D_ed) 이상이 되는 것이 바람직하다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

10: 압축기 11: 프론트헤드
11a: 토출실 12: 전방실린더블록
12': 후방실린더블록 12a: 실린더보어
13: 리어헤드 14: 회전축
14a:입구 14b: 출구
15: 축지지공 15': 흡입통로
16: 사판실 17: 사판
18: 축시일 19: 슈
20: 밸브어셈블리 21: 밸브플레이트
21': 토출공 21a: 테이퍼부
21b: 관통부 22: 토출밸브
30: 피스톤 31: 피스톤돌기
31a: 기저부 31b: 돌출부
40': 마찰면 41: 필드코일
43: 허브 44: 댐퍼
46: 디스크

Claims

내부에 실린더보어(12a)가 다수개 형성되는 실린더블록(12, 12')과, 상기 실린더블록(12, 12')의 전방 및 후방에 각각 결합되고, 내부에 상기 실린더보어(12a)와 연통되는 토출실(11a, 13a)이 형성되는 프론트헤드(11) 및 리어헤드(13)와, 상기 실린더보어(12a)와 상기 토출실(11a, 13a)을 연통하는 토출공(21')이 형성된 밸브플레이트(21)와, 탄성 변형 가능하게 구비되어 상기 토출공(21')을 선택적으로 차폐하는 토출밸브(22), 그리고 직선 왕복 운동에 따라 상기 토출공(21')에 선택적으로 삽입되는 피스톤돌기(31)가 일체로 돌출 형성되고, 상기 실린더보어(12a) 내에서 직선 왕복 운동하여 냉매를 압축하는 피스톤(30)을 포함하는 압축기에 있어서,
상기 피스톤돌기(31)는,
상기 피스톤(30)으로부터 상기 피스톤(30)의 운동방향에 평행하게 돌출되고, 상기 피스톤(30)의 운동 방향에 수직한 단면이 상기 피스톤(30)에서 멀어질수록 일정한 기울기로 감소하는 직경을 갖도록 형성되는 기저부(31a)와; 상기 기저부(31a)로부터 상기 피스톤(30)의 운동방향에 평행하게 돌출되는 돌출부(31b)를 포함하여 구성되고,
상기 토출공(21')은,
상기 밸브플레이트(21)를 수직 관통하는 관통부(21b)와; 상기 관통부(21b)의 일단에 경사지게 형성되어, 상기 관통부(21b)를 향할수록 좁아지는 단면을 갖는 테이퍼부(21a)를 포함하여 구성되고,
상기 테이퍼부(21a)의 높이와, 상기 돌출부(31b)의 높이 사이의 차(G_h)는 하기 [수학식 4]에 의하여 0 이상 0.15mm 이하의 값을 가지며,
하기 [수학식 5] 내지 [수학식 7]에 따라 상기 피스톤돌기(31)가 상기 토출공(21')으로 삽입될 때 형성되는 토출 유로의 최소 토출 유효경(D_e1, D_e2 ,D_e3)은, 상기 토출밸브(22)가 탄성 변형되어 상기 토출공(21')을 개방하였을 때 상기 토출밸브(22)와 상기 밸브플레이트(21)가 형성하는 토출 유로의 토출 유효경(D_ed) 이상인 값을 가지며,
하기 [수학식 1] 내지 [수학식 3]에 따라서 상기 피스톤(30)의 운동 방향에 수직한 상기 피스톤(30)의 단면적과, 상기 기저부(31a)의 최대 단면적의 비(R_A)는 0.4 이상 0.5 이하의 범위 내로 한정되고, 상기 돌출부(31b)의 경사면이 상기 피스톤(30)의 운동 방향과 이루는 각도와 상기 기저부(31a)의 경사면이 상기 피스톤(30)의 운동 방향과 이루는 각도의 비(
)는 1.5 이상 3 이하의 범위 내로 한정되며, 상기 밸브플레이트(21)의 수직방향과 상기 테이퍼부(21a)의 경사면이 이루는 각과 상기 기저부(31a)의 경사면이 상기 피스톤(30)의 운동방향과 이루는 각 사이의 차(
)는 -10 이상 10 이하의 범위 내로 한정되는 것을 특징으로 하는 압축기.

여기서, 상기
는 상기 피스톤(30)의 압축 방향 단면적의 넓이
와 상기 피스톤돌기(31)의 최대 직경에 의한 상기 피스톤돌기(31)의 최대 단면적의 넓이
사이의 비율을 정의한 것이고, 상기
는 상기 기저부(31a)가 상기 피스톤(30)의 운동 방향과 이루는 경사각
와 상기 돌출부(31b)가 상기 피스톤(30)의 운동 방향과 이루는 경사각
사이의 비율을 하나의 독립된 인자로 정의한 것이고, 상기
는 상기 밸브플레이트(21)의 상기 테이퍼부(21a)가 상기 밸브플레이트(21)의 수직 방향, 즉 상기 피스톤(30)의 운동방향과 이루는 각
과 상기 피스톤돌기(31)의 상기 기저부(31a)와 상기 피스톤(30)의 운동방향이 이루는 각
사이의 차를 하나의 인자로 정의한 값임.

여기서, 상기 G_h는 상기 밸브플레이트(21)의 상기 테이퍼부(21a)의 높이와, 상기 피스톤돌기(31)의 상기 돌출부(31b) 사이의 높이 차이를 말함.

여기서, 상기 최소 토출 유효경(D_e1)은 상기 테이퍼부(21a)의 최대 단면적에서 상기 돌출부(31b)의 최소 단면적을 뺀 값을 말하고, 상기 D_e2는 상기 밸브플레이트(21)의 상기 관통부(21b)의 단면적에서 상기 피스톤돌기(31)의 상기 돌출부(31b)의 최소 직경 d₃에 의한 최소 단면적을 차감한 값을 말하며, 상기 D_e3은 상기 밸브플레이트(21)의 상기 관통부(21b)의 단면적에서 상기 피스톤돌기(31)의 상기 돌출부(31b)의 최대 직경 d₂에 의한 최대 단면적을 차감한 값을 말함
제1항에 있어서,
상기 돌출부(31b)는,
상기 피스톤(30)의 운동 방향에 수직한 단면이 상기 기저부(31a)로부터 멀어질수록 상기 기저부(31a)의 단면의 직경이 감소하는 기울기보다 작은 일정한 기울기로 감소하는 직경을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
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