KR101948566B1

KR101948566B1 - 압축기

Info

Publication number: KR101948566B1
Application number: KR1020120153533A
Authority: KR
Inventors: 이원석; 김태민
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2019-02-15
Also published as: KR20140083596A

Abstract

본 발명에 의한 압축기는, 크랭크축의 외주면에 대면되는 상기 상부와셔의 내주면은 평면투영시 비원형으로 형성됨에 따라 크랭크축의 외주면과 접촉되는 상부와셔의 내주면의 접촉면적을 줄여 크랭크축과 상부와셔 사이의 마찰손실이나 마찰소음을 감소시킬 수 있다.

Description

압축기{COMPRESSOR}

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 특히 가이드블록과 크랭크축 사이의 스러스트베어링면에 볼베어링이 설치되는 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 밀폐형 압축기는 밀폐된 용기의 내부에 동력을 발생하는 전동부와 그 전동부의 동력을 전달받아 작동하는 압축부가 함께 구비되는 압축기이다. 밀폐형 압축기는 압축성 유체인 냉매를 압축하는 방식에 따라 왕복동식, 로터리식, 베인식, 스크롤식 등으로 구분할 수 있다.

왕복동식 압축기는 전동부의 회전자에 크랭크축이 결합되고, 크랭크축에 커넥팅로드가 결합되어 그 커넥팅로드에 결합된 피스톤이 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 방식이다.

왕복동식 압축기는 실린더블록에 크랭크축의 축부가 삽입되어 저널방향으로 지지되는 동시에 편심질량부가 실린더블록에 얹혀 스러스트방향으로도 지지된다. 따라서, 크랭크축과 실린더블록 사이에는 저널베어링면과 스러스트베어링면이 형성됨에 따라 저널베어링면과 스러스트베어링면에서의 마찰손실을 최소한으로 줄이는 것이 압축기의 에너지효율을 향상시키는 중요한 요인으로 작용하게 된다.

종래의 크랭크축에는 오일유로가 형성되어 오일피더로부터 펌핑되는 오일이 오일유로를 통해 각각의 베어링면으로 고르게 공급되도록 하고 있다. 하지만, 종래의 왕복동식 압축기는 스러스트베어링면을 이루는 실린더블록과 크랭크축의 편심질량부가 서로 면접촉됨에 따라 마찰손실을 줄이는데 한계가 있다.

이를 감안하여, 종래에는 스러스트베어링면이 점접촉될 수 있도록 볼베어링과 같은 별도의 베어링을 설치하는 방식이 알려져 있다. 도 1은 종래 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 종래의 왕복동식 압축기는, 밀폐용기(1)의 내부에 설치되어 정,역회전을 하는 전동부(100)와, 전동부(100)의 상측에 설치되어 그 전동부(100)의 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부(200)로 이루어져 있다.

전동부(100)는 정회전과 역회전이 가능한 정속 모터이나 인버터 모터가 적용될 수도 있다. 그리고 전동부(100)는 밀폐용기(1)의 내부에 실린더블록으로 지지되어 탄력 설치되는 고정자(110)와, 고정자(110)의 안쪽에 회전 가능하게 설치되는 회전자(120)로 이루어져 있다.

압축부(200)는 압축공간을 이루도록 실린더(211)가 구비되어 밀폐용기(1)에 탄력 지지되는 실린더블록(210)과, 실린더블록(210)에 삽입되어 저널방향과 스러스트방향으로 지지되고 전동부(100)의 회전자(120)에 결합되어 회전력을 전달하는 크랭크축(220)과, 크랭크축(220)에 회전 가능하게 결합되어 회전운동을 직선운동으로 전환하는 커넥팅로드(230)와, 커넥팅로드(230)에 회전 가능하게 결합되어 실린더(211)에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 피스톤(240)과, 실린더블록(210)의 선단에 결합되어 흡입밸브와 토출밸브가 구비되는 밸브조립체(250)와, 밸브조립체(250)의 흡입측에 결합되는 흡입머플러(260)와, 밸브조립체(250)의 토출측을 수용하도록 결합되는 토출커버(270)와, 토출커버(270)에 연통되어 토출되는 냉매의 토출소음을 감쇄시키는 토출머플러(280)로 이루어져 있다.

도면중 미설명 부호인 O는 오일피더이다.

상기와 같은 종래의 왕복동식 압축기에서 전동부(100)의 고정자(110)에 전원이 인가되면, 고정자(110)와 회전자(120)의 상호작용력에 의해 회전자(120)가 크랭크축(220)과 함께 회전을 하고, 크랭크축(220)에 결합된 커넥팅로드(230)가 선회운동을 하며, 커넥팅로드(230)에 결합된 피스톤(240)이 실린더(211)에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하여 토출커버(270)로 토출하게 된다. 이 토출커버(270)로 토출되는 냉매는 토출머플러(280)를 거쳐 냉동사이클로 배출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

여기서, 실린더블록(210)의 상면과 크랭크축(220)에 형성되는 편심질량부(221)의 사이에는 볼베어링(300)이 구비되어 있다.

볼베어링(300)은 환형으로 된 볼케이지(310)에 다수 개의 볼이 회전 가능하게 결합되어 이루어져 있다. 그리고 볼베어링(300)의 상하 양측에는 볼베어링(300)의 베어링효과를 높여주는 상부와셔(410)와 하부와셔(420)가 각각 설치되어 있다.

도 1 및 도 2와 같이 상부와셔(410)와 하부와셔(420)는 외주면과 내주면이 원형인 환형으로 형성될 수 있다. 그리고 상부와셔(410)와 하부와셔(420)의 외경은 볼베어링(300)의 외경과 거의 동일하게 형성되고, 상부와셔(410)의 내경은 실린더블록(210)에 구비되는 지지돌부(212)의 상면에 얹혀 크랭크축(220)의 외주면과 대면할 수 있도록 대략 축수구멍(213)의 내경과 유사하게 형성될 수 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 왕복동식 압축기에서 있어서는, 도 3에서와 같이 크랭크축(220)이 고속으로 회전을 하는 과정에서 그 크랭크축(230)의 외주면이 상대적으로 고정체인 상부와셔(410)의 내주면과 연속으로 마찰되면서 마찰소음과 마찰손실이 야기되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 크랭크축과 접촉되는 와셔의 마찰면적을 줄일 수 있는 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 축수구멍이 형성되는 실린더블록; 상기 실린더블록의 축수구멍에 회전 가능하게 삽입되어 축방향과 반경방향으로 지지되는 크랭크축; 상기 실린더블록과 크랭크축 사이에 설치되어 상기 크랭크축의 축방향을 지지하는 베어링부재; 및 상기 크랭크축에 삽입되어 상기 크랭크축과 베어링부재의 사이에 개재되는 와셔부재;를 포함하고, 상기 크랭크축의 외주면에 대면되는 상기 와셔부재의 내주면은 평면투영시 비원형으로 형성되는 압축기가 제공될 수 있다.

도 1은 종래 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도,
도 2는 도 1의 "I-I"선단면도,
도 3은 크랭크축의 회전시 상부와셔가 크랭크축과 접촉되는 상태를 보인 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 상부와셔를 볼베어링과 실린더블록 그리고 크랭크축에서 분리하여 보인 사시도,
도 5는 도 4에 따른 상부와셔를 보인 평면도,
도 6은 도 5에 따른 상부와셔가 크랭크축의 회전시 그 크랭크축과 접촉되는 상태를 보인 평면도,
도 7 및 도 8은 상부와셔에 대한 다른 실시예를 보인 평면도,
도 9는 본 발명에 따른 정오각형 상부와셔의 적용시 발생되는 소음을 원형 상부와셔의 적용시 발생되는 소음과 비교하여 보인 그래프,
도 10은 본 발명에 따른 정오각형 상부와셔의 적용시 압축기 성능을 원형 상부와셔의 적용시 압축기 성능과 비교하여 보인 실험표.

이하, 본 발명에 의한 압축기 및 이를 구비한 냉동기기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 상부와셔를 볼베어링과 실린더블록 그리고 크랭크축에서 분리하여 보인 사시도이고, 도 5는 도 4에 따른 상부와셔를 보인 평면도이며, 도 6은 도 5에 따른 상부와셔가 크랭크축의 회전시 그 크랭크축과 접촉되는 상태를 보인 평면도이고, 도 7 및 도 8은 상부와셔에 대한 다른 실시예를 보인 평면도이다.

도 1을 참고하면, 본 실시예에 의한 왕복동식 압축기는, 밀폐용기(1)의 내부에 정,역회전을 하는 전동부(100)가 설치되고, 전동부(100)의 상측에는 그 전동부(100)의 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부(200)가 설치될 수 있다.

전동부(100)는 정회전과 역회전이 가능한 정속 모터이나 인버터 모터가 적용될 수도 있다. 그리고 전동부(100)는 고정자(110)가 밀폐용기(1)의 내부에 실린더블록으로 지지되어 탄력 설치되고, 고정자(110)의 안쪽에 회전자(120)가 회전 가능하게 설치되어 이루어질 수 있다.

압축부(200)는 압축공간을 이루도록 실린더(211)가 구비되는 실린더블록(210)과, 편심질량부(221)를 갖는 크랭크축(220)과, 커넥팅로드(230)와, 피스톤(240)과, 밸브조립체(250)와, 흡입머플러(260)와, 토출커버(270)와, 토출머플러(280)로 이루어질 수 있다.

실린더블록(210)의 상면과 크랭크축(220)의 편심질량부(221) 사이에는 크랭크축(220)이 안정적으로 회전할 수 있도록 축방향으로 지지하는 볼베어링(300)이 구비될 수 있다.

볼베어링(300)은 환형으로 형성되어 실린더블록(210)의 지지돌부(212)에 삽입되는 볼케이지(310)와, 볼케이지(310)에 회전 가능하게 결합되어 실린더블록(210)과 크랭크축(220) 사이에서 베어링 역할을 하도록 소정의 직경을 갖는 복수 개의 볼(320)들로 이루어질 수 있다.

볼베어링(300)의 상하 양측과 이에 대응하는 크랭크축(220)의 편심질량부(221) 및 실린더블록(210)의 상면 사이에는 볼베어링(300)의 베어링효과를 높여주는 상부와셔(410)와 하부와셔(420)가 각각 구비될 수 있다.

상부와셔(410)와 하부와셔(420)는 윤활성을 갖는 재질로 이루어져 환형으로 형성되고 외경은 볼게이지(310)의 외경과 거의 동일하게 형성될 수 있다. 하부와셔(420)는 지지돌부(212)에 삽입될 수 있도록 형성되는 반면 상부와셔(410)는 크랭크축(220)에 삽입되어 지지돌부(212)에 얹히도록 형성될 수 있다. 즉, 하부와셔(420)의 내경은 지지돌부(212)의 외경과 거의 동일하게 형성되는 반면 상부와셔(410)의 내경은 지지돌부(212)의 내경(또는, 크랭크축의 외경)과 거의 동일하게 형성될 수 있다.

도면중 미설명 부호인 225는 오일유로, O는 오일피더이다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 전동부(100)의 고정자(110)에 전원이 인가되면, 그 고정자(110)와 회전자(120)의 상호작용력에 의해 회전자(120)가 크랭크축(220)과 함께 회전을 하고, 크랭크축(220)에 결합된 커넥팅로드(230)가 선회운동을 하며, 커넥팅로드(230)에 결합된 피스톤(240)이 실린더(211)에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하여 토출커버(270)로 토출하고, 이 토출커버(270)로 토출되는 냉매는 토출머플러(280)를 거쳐 냉동사이클로 배출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

이와 동시에, 크랭크축(220)이 회전을 하면서 그 크랭크축(220)의 하단에 설치된 오일피더(O)가 밀폐용기(1)의 저유부에 저장된 오일을 펌핑하고, 이 오일의 일부는 크랭크축(220)의 오일유로(225)를 통해 흡상되어 각 베어링면에 공급되는 한편 일부는 크랭크축(220)의 상단에서 비산되어 전동부(200)를 냉각하게 된다.

여기서, 크랭크축(220)의 편심질량부(221)가 저널방향으로 연장되도록 형성되어 실린더블록(210)과 스러스트베어링면을 형성하게 되고, 크랭크축(220)의 편심질량부(221)의 저면과 실린더블록의 상면 사이에는 볼베어링(300)과 상,하부와셔(410)(420)가 구비되어 크랭크축(220)의 회전운동시 그 편심질량부(221)와 실린더블록(210) 사이의 스러스트베어링면에서 발생되는 마찰손실이 감소될 수 있다.

하지만, 볼베어링(300)과 하부와셔(420)의 경우는 고정체인 실린더블록(210)의 지지돌부(212)에 삽입되어 결합됨에 따라 크랭크축(220)과 직접적으로 접촉되지 않지만, 상부와셔(410)의 경우에는 지지돌부(212)의 상면에 얹혀 그 내주면이 크랭크축(220)의 외주면에 대면하게 결합됨에 따라 크랭크축(220)의 회전시 그 크랭크축(220)의 외주면이 상부와셔(410)의 내주면과 지속적으로 또는 주기적으로 접촉되면서 크랭크축(220)과 상부와셔(410) 사이에 마찰손실은 물론 마찰소음을 야기시킬 수 있었다.

이를 감안하여, 본 실시예에서는 상부와셔(410)의 내주면을 크랭크축(220)의 외주면과 달리 비원형으로 형성될 수 있다.

예를 들어, 도 4 및 도 5에서와 같이 상부와셔(410)는 외주면은 원형으로 형성되는 반면 내주면은 정오각형과 같은 변을 가지는 각진 형상으로 형성될 수 있다. 상부와셔(410)의 내주면은 도 5와 같은 정오각형 외에도 정육각형이나 정사각형 또는 그 외의 다른 정다면체로도 형성될 수 있다. 이로써, 본 실시예의 상부와셔(410)는 도 6과 같이 크랭크축(220)이 회전을 할 때 그 크랭크축(220)의 외주면과 상부와셔(410)의 내주면 사이의 접촉면적을 줄일 수 있고 이를 통해 크랭크축(220)과 상부와셔(410) 사이의 마찰손실이나 마찰소음을 감소시킬 수 있다.

아울러, 상부와셔(410)는 그 내주면이 적어도 2개 이상의 서로 다른 변의 길이를 갖는 다면체로도 형성될 수 있다. 특히 도 7과 같이 상부와셔(410)의 내주면이 삼각면체로 형성되는 경우에는 상부와셔(410)와 크랭크축(220) 사이의 마찰면적을 최소한으로 줄일 수 있다. 다만, 이 경우에는 꼭지점 부위에서 상부와셔(410)의 두께가 얇아져 신뢰성이 저하될 수 있으므로 꼭지점 부위는 이웃하는 변을 그 변의 길이보다 짧은 직선면이나 곡선면으로 연결하여 두께를 보상할 수 있다.

또, 상부와셔(410)는 도 8에서와 같이 서로 다른 곡률을 가지는 복수 개의 원을 조합하여 타원 형상으로 형성할 수도 있다. 이 경우에도 상부와셔(410)의 내주면과 크랭크축(220)의 외주면 사이의 접촉면적을 줄일 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 정오각형 상부와셔의 적용시 발생되는 소음을 원형 상부와셔의 적용시 발생되는 소음과 비교하여 보인 그래프이고, 도 10은 본 발명에 따른 정오각형 상부와셔의 적용시 압축기 성능을 원형 상부와셔의 적용시 압축기 성능과 비교하여 보인 실험표이다.

이에 도시된 바와 같이 본 실시예의 정오각형 상부와셔를 적용하는 경우 소음은 대략 3.15 ~ 4.0kH 대역에서 크게 감소하며 감소하는 값은 대략 4dB 정도가 되는 것을 알 수 있다.

그리고 압축기 성능은 냉력이 752kcal/h에서 753kcal/h로 1kcal/h 정도 증가하고, 입력은 345.1W에서 343.3W로 1.8W 정도 감소하며, 에너지 효율(EER)은 8.65에서 8.71로 대략 0.06정도 향상되는 것을 알 수 있다.

210 : 실린더 블록 212 : 지지돌부
220 : 크랭크축 221 : 편심질량부
300 : 볼베어링 410 : 상부와셔

Claims

축수구멍이 형성되는 실린더블록;
상기 실린더블록의 축수구멍에 회전 가능하게 삽입되어 축방향과 반경방향으로 지지되는 크랭크축;
상기 실린더블록과 크랭크축 사이에 설치되어 상기 크랭크축의 축방향을 지지하는 베어링부재; 및
상기 크랭크축에 삽입되어 상기 크랭크축과 베어링부재의 사이에 개재되는 와셔부재;를 포함하고,
상기 크랭크축의 외주면에 대면되는 상기 와셔부재의 내주면은 평면투영시 비원형으로 형성되는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 와셔부재는 그 내주면이 평면투영시 다각형 모양으로 형성되는 압축기.
제2항에 있어서,
상기 와셔부재는 내주면을 이루는 각 변의 길이가 동일하게 형성되는 압축기.
제2항에 있어서,
상기 와셔부재는 내주면을 이루는 각 변 중에서 적어도 2개의 변의 길이가 다르게 형성되는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 와셔부재는 그 내주면이 평면투영시 곡률이 다른 복수 개의 원을 조합하여 형성되는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 와셔부재는 그 내주면이 평면투영시 적어도 한 개 이상의 변을 가지는 평면 형상으로 형성되는 압축기.
제1항 내지 제6항의 어느 한 항에 있어서,
상기 실린더블록의 축수구멍 주변에는 축방향으로 소정의 높이를 갖는 지지돌부가 형성되고,
상기 지지돌부의 외주면에는 상기 베어링부재가 삽입되어 결합되며,
상기 지지돌부의 상면에는 상기 와셔부재가 얹혀져 그 와셔부재의 내주면이 상기 크랭크축의 외주면과 대면되는 압축기.