KR20120027793A - 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실린더보어과 접촉하여 왕복운동하는 피스톤의 외면에 오일홈이 형성되어 있는 압축기용 피스톤에 관한 것이다. 본 발명에 의한 압축기는, 압축공간과 접촉하여 왕복운동하는 피스톤(90)의 전후 헤드부(91,91')에는 원주방향으로 형성된 원주홈(97,97')과, 상기 원주홈(97,97')에서 상기 피스톤(90)의 축방향 외측으로 복수 개의 연통홈(99,99')이 오목하게 형성된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 실린더보어(32)의 내면과 접촉하여 왕복운동하는 피스톤(90)의 전후 양단에 원주방향으로 형성된 원주홈(97,97')과 연통하는 길이방향의 연통홈(99,99')을 형성하도록 함으로써, 실린더보어(32)의 내면과 피스톤(90)의 접촉면과의 윤활효과를 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Description

압축기 {Compressor}

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실린더보어과 접촉하여 왕복운동하는 피스톤의 윤활을 더욱 원활하게 하는 압축기용 피스톤에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에는 냉난방을 위한 공조장치가 설치되는데, 이러한 공조장치에는 냉방시스템의 구성으로서 증발기로부터 인입된 저온저압의 냉매를 고온고압의 냉매로 압축시켜 응축기로 보내는 압축기가 포함된다.

압축기는 자동차의 전면패널에 설치된 에어컨 스위치의 온/오프에 따라 구동되는데, 압축기가 구동되면 증발기의 온도가 하강되고, 압축기가 정지되면 증발기의 온도가 상승된다. 이와 같은 압축기에는 실제로 작동유체를 압축하는 구성이 왕복운동을 하면서 압축을 수행하는 왕복식과 회전운동을 하면서 압축을 수행하는 회전식이 있다.

왕복식에는 구동원의 구동력을 크랭크축을 사용하여 전달하는 크랭크식, 사판이 설치된 회전축으로 전달하는 사판식, 워블 플레이트를 사용하는 워블 플레이트식이 있고, 회전식에는 회전하는 로터리축과 베인을 사용하는 베인로터리식, 회전스크롤과 고정스크롤을 사용하는 스크롤식이 있는데, 일반적으로 사판식 압축기를 사용한다.

사판식 압축기는 자동차 엔진의 회전력으로부터 동력을 전달받아 구동되는데, 일반적인 고정용량형 타입의 압축기는 전자클러치가 구비되어 상기 압축기의 동작을 제어한다.

도 1에는 종래기술에 의한 사판식 압축기에 관한 구성이 단면도로 도시되어 있고, 도 2에는 종래기술에 의한 피스톤의 모습이 측면도로 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바에 의하면, 사판식 압축기는 내부에 복수 개의 실린더보어(32)를 구비하는 실린더블럭(30)과, 상기 실린더블럭(30)의 전방에 결합되는 전방하우징(10), 그리고 상기 실린더블럭(30)의 후방에 결합되는 후방하우징(20)을 포함하고 있다.

상기 실린더블럭(30)은 실질적으로 대칭으로 형성되는 전방실린더블럭(30a)과 후방실린더블럭(30b)이 서로 결합되어 형성된다. 그리고 이러한 전후방실린더블럭의 내부에는 다수개의 실린더보어(32)가 가장자리를 따라 원형으로 배열되어 있다. 상기 실린더보어(32)는 작동유체를 압축하기 위한 공간으로 원통상으로 형성되어 있다.

상기 실린더보어(32)의 내부에는 작동유체를 압축하는 피스톤(90)이 설치된다. 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 피스톤(90)의 전후 양단에는 상기 실린더보어(32)의 내면과 접촉하는 헤드부(91,91')가 형성되고, 상기 피스톤(90)의 중앙에는 상기 헤드부(91,91')를 연결하는 연결부(93)가 형성된다. 상기 헤드부(91,91')에는 상기 실린더보어(32)의 내면과 상기 헤드부(91,91')와의 윤활을 위한 오일홈(97,97')이 원주방향으로 형성된다.

그리고 상기 전방실린더블럭(30a)의 전방에는 전방하우징(10)이 결합된다. 상기 전방하우징(10)의 후면은 오목하게 형성되고, 상기 전방하우징(10)과 결합하여 그 오목한 부분이 토출실(12)을 형성하게 된다. 또한 상기 후방실린더블럭(30b)의 후방에는 후방하우징(20)이 결합된다. 상기 후방하우징(20)의 전면은 오목하게 형성되고, 그 가장자리 부분에는 토출실(22)이 형성되어 있다. 상기 전후방실린더블럭(30a,30b), 전방하우징(10), 그리고 후방하우징(20)은 체결볼트에 의해 결합되어 전체적인 압축기를 이루게 된다.

상기 전방하우징(10)과 상기 실린더블럭(30)을 관통하여 엔진의 회전력을 전달하는 회전축(50)이 회전 가능하게 설치된다. 상기 회전축(50)은 상기 전방하우징(10)의 중앙부분에 형성된 축공(14)과 실린더블럭(30)의 중앙부분에 형성된 축지지공(28,28')을 관통하는 상태로 설치되어 있다.

상기 회전축(50)의 중간 부분에는 상기 회전축(50)에 대하여 일정한 경사각을 가지는 사판(70)이 설치되어 있고, 상기 사판(70)은 회전축(50)의 회전에 따라 같이 회전하도록 결합되어 있다. 상기 사판(70)은 전후방실린더블럭이 서로 결합되는 중심부분의 내측에 형성되는 사판실(34)에 위치하도록 조립되어 있다.

상기 회전축(50)의 내부에는 길이 방향으로 작동유체가 흐를 수 있는 유로(56)가 형성되어 있다. 그리고 상기 유로(56)는 사판실(34)로부터 작동유체가 유입될 수 있도록 연통하는 입구(52)와, 사판실(34)로부터 유입된 작동유체가 실린더보어(32)로 공급될 수 있도록 출구(54)가 형성되어 있다.

또한 상기 압축기의 전방에는 엔진으로부터 회전력을 전달받기 위한 클러치어셈블리(88)가 설치되어 있다. 상기 클러치어셈블리(88)는 상기 회전축(50)의 전방 일단에 결합되는 디스크(80)와 전원을 온오프시켜 전자기력을 발생시키는 코일(84), 그리고 엔진의 동력원으로부터 동력을 전달받는 풀리(82)를 포함하여 구성된다. 상기 풀리(82)와 코일(84)은 전방하우징(10)의 전방부위에 베어링을 통하여 일체로 결합된다.

상기 디스크(80)는 상기 회전축(50)의 전방 일단에 결합되어 있다. 상기 디스크(80)는 상기 클러치의 코일에 전원이 인가되면 전자기력이 발생하여 상기 디스크(80)를 흡착하게 된다. 따라서 엔진의 회전축(50)에 연결되어 있는 풀리(82)에 의해 회전축(50)을 회전시키게 되고, 이에 따라 압축기가 동작을 하게 된다.

그러나 종래기술에 의한 사판식 압축기에 의하면, 상기 피스톤(90)의 전후 양단에 형성된 오일홈(97,97')에 담긴 오일에 의해 실린더보어(32)의 내면을 윤활하게 된다. 하지만 상기 오일홈(97,97')은 상기 피스톤(90)의 이동방향에 수직한 원주방향으로 형성되어 있어, 상기 피스톤(90)의 왕복운동과정에서 상기 오일홈(97,97')에 담긴 오일 중에서 일부만이 실린더보어(32)의 외벽으로 뿌려지게 되고, 나머지는 상기 오일홈(97,97')에 남아 있게 된다. 즉, 상기 오일홈(97,97')에 담겨진 오일의 전부가 윤활작용에 사용되지 못하고 오일의 일부만 윤활작용을 하게 되어 윤활작용이 효율적이지 못하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 피스톤의 오일홈에 담겨진 오일을 이용한 윤활효과를 극대화하도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 사판식 압축기는, 내부에 작동유체의 압축공간을 구비하는 전후방실린더블럭과, 상기 전후방실린더블럭의 전방 및 후방에 결합되어 토출실을 형성하는 전방하우징 및 후방하우징, 그리고, 상기 전후방실린더블럭의 압축공간에서 작동유체를 압축하는 피스톤을 포함하는 압축기에 있어서, 상기 압축공간과 접촉하여 왕복운동하는 상기 피스톤의 전후 헤드부에는 원주방향으로 형성된 원주홈과, 상기 원주홈에서 상기 피스톤의 축방향 외측으로 복수 개의 연통홈이 오목하게 형성된 것을 기술적 특징으로 한다.

그리고, 상기 원주홈 및 상기 연통홈과 상기 압축공간의 내벽에 의해 형성되는 체적은, 상기 피스톤의 흡입과정에 의해 상기 원주홈과 상기 연통홈으로 유입되는 오일의 체적보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에 의한 사판식 압축기에 의하면, 실린더보어의 내면과 접촉하여 왕복운동하는 피스톤의 전후 양단에 원주방향으로 형성된 원주홈과 연통하는 길이방향의 연통홈을 형성하도록 함으로써, 실린더보어의 내면과 피스톤의 접촉면과의 윤활효과를 극대화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 압축기의 구성을 보인 단면도,
도 2는 종래 기술에 의한 피스톤의 모습을 보인 측면도,
도 3은 본 발명에 의한 피스톤의 모습을 보인 측면도,
도 4는 본 발명에 의한 피스톤의 모습을 보인 부분적인 사시도.

다음에는 본 발명에 의한 압축기용 회전축의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하 본 발명의 설명에 있어서, 사판식 압축기의 기본적인 구조는 도 1에 도시한 종래의 것과 실질적으로 동일한 것이어서, 도 1을 같이 참조하면서 설명하기로 한다. 그리고 도 3은 본 발명에 의한 압축기용 피스톤의 모습을 보인 측면도이고, 도 1에 도시한 것과 동일한 도면 부호를 부여하면서 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바에 의하면, 본 발명에 의한 압축기는, 내부에 복수 개의 실린더보어(32)를 구비하는 실린더블럭(30)과, 상기 실린더블럭(30)의 전방에 결합되는 전방하우징(10), 그리고 상기 실린더블럭(30)의 후방에 결합되는 후방하우징(20)을 포함하여 구성된다.

상기 실린더블럭(30)은 실질적으로 대칭으로 형성되는 전방실린더블럭(30a)과 후방실린더블럭(30b)이 서로 결합되어 형성된다. 그리고 이러한 전후방실린더블럭의 내부에는 다수개의 실린더보어(32)가 가장자리를 따라 원형으로 배열되어 있다. 상기 실린더보어(32)는 작동유체를 압축하기 위한 공간으로 원통상으로 형성되어 있다.

상기 실린더보어(32)의 내부에는 작동유체를 압축하는 피스톤(90)이 설치된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 피스톤(90)은 상기 실린더보어(32)에 대응되는 형상으로 대략 원통상으로 형성된다. 상기 피스톤(90)의 양단에는 상기 실린더보어(32)의 내면과 접촉하여 왕복운동하는 헤드부(91,91')가 형성된다. 상기 헤드부(91,91')는 상기 실린더보어(32)내에서 작동유체를 압축하는 역할을 한다. 참고로, 피스톤(90)의 일단이 위치하는 실린더보어(32)에서 작동유체의 압축이 일어나면 타단이 위치하는 실린더보어에서는 흡입과정이 진행된다.

상기 피스톤(90)에는 상기 헤드부(91,91')를 서로 연결시키는 연결부(93)가 형성된다. 상기 연결부(93)의 중간부분에는 슈(74)가 삽입될 수 있도록 슈안착부(도시되지 않음)가 형성된다. 상기 슈안착부의 양측에 상기 슈(74)가 결합됨으로써 상기 피스톤(90)이 상기 사판(70)의 회전에 따라 직선왕복운동하게 된다.

그리고 상기 피스톤(90)의 전후 선단에는 작동유체를 압축하는 압축면(95,95')이 형성된다. 상기 압축면(95,95')은 상기 피스톤(90)의 왕복 이동방향에 대해 수직한 평면으로 형성된다.

상기 헤드부(91,91')에는 원주방향으로 원주홈(97,97')이 오목하게 형성된다. 그리고 상기 원주홈(97,97')에서 상기 피스톤(90)의 축방향 외측으로 복수 개의 연통홈(99,99')이 오목하게 형성된다. 즉, 전방 헤드부(91)에 형성된 연통홈(99)는 전방 압축면(95)쪽(도면상 좌측방향)으로 형성되고, 후방 헤드부(91')에 형성된 연통홈(99')는 후방 압축면(95') 쪽(도면상 우측방향)으로 형성된다.

본 발명의 실시예에서는 상기 연통홈(99,99')이 상기 피스톤(90)의 왕복운동의 길이방향으로 형성되어 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 원주홈(97,97')과 연통홈(99,99')에 담겨진 오일이 상기 실린더보어의 내벽으로 원활히 이동할 수 있는 여타의 구성도 가능할 것이다.

상기 연통홈(99,99')이 형성됨으로 인해 상기 원주홈(97,97')과 연통홈(99,99')에 담겨진 모든 오일이 상기 실린더보어(32)의 내면에 유막을 형성함으로써, 상기 헤드부(91)와 상기 실린더보어(32)의 내면과의 마모를 방지하고 효과적으로 윤활작용을 하게 된다.

물론 상기 원주홈(97)과 상기 연통홈(99)에는 오일뿐만 아니라 냉매가 안착 될 수도 있다. 마찬가지로 상기 원주홈(97)과 상기 연통홈(99)에 안착된 냉매에 의해서도 상기 실린더보어(32)의 내면에 유막이 형성될 수 있다.

상기 원주홈(97) 및 상기 연통홈(99)과 상기 실린더보어(32)의 내벽에 의해 형성되는 체적은(이하 '오일홈체적'이라 함)은, 상기 피스톤(90)의 흡입과정에서 상기 원주홈(97)과 상기 연통홈(99)으로 유입되는 전체 오일의 체적(이하 '오일체적'이라 함)보다 큰 것이 바람직하다. 만약 오일체적이 오일홈체적보다 큰 경우에는 오일의 유입과정에서 상기 원주홈(97)과 상기 연통홈(99)으로 유입되고 남는 잔여오일이 반대쪽의 헤드부(99') 및 실린더보어 측으로 연통될 수 있어, 압축기의 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

그리고 상기 전방실린더블럭(30a)의 전방에는 전방하우징(10)이 결합된다. 상기 전방하우징(10)의 후면은 오목하게 형성되고, 상기 전방하우징(10)과 결합하여 그 오목한 부분이 토출실(12)을 형성하게 된다. 또한 상기 후방실린더블럭(30b)의 후방에는 후방하우징(20)이 결합된다. 상기 후방하우징(20)의 전면은 오목하게 형성되고, 그 가장자리 부분에는 토출실(22)이 형성되어 있다. 상기 전후방실린더블럭(30a,30b), 전방하우징(10), 그리고 후방하우징(20)은 체결볼트에 의해 결합되어 전체적인 압축기를 이루게 된다.

상기 전방하우징(10)과 상기 실린더블럭(30)을 관통하여 엔진의 회전력을 전달하는 회전축(50)이 회전 가능하게 설치된다. 상기 회전축(50)은 상기 전방하우징(10)의 중앙부분에 형성된 축공(14)과 실린더블럭(30)의 중앙부분에 형성된 축지지공(28,28')을 관통하는 상태로 설치되어 있다.

상기 회전축(50)의 중간 부분에는 상기 회전축(50)에 대하여 일정한 경사각을 가지는 사판(70)이 설치되어 있고, 상기 사판(70)은 회전축(50)의 회전에 따라 같이 회전하도록 결합되어 있다. 상기 사판(70)은 전후방실린더블럭이 서로 결합되는 중심부분의 내측에 형성되는 사판실(34)에 위치하도록 조립되어 있다.

상기 회전축(50)의 내부에는 길이 방향으로 작동유체가 흐를 수 있는 유로(56)가 형성되어 있다. 그리고 상기 유로(56)는 사판실(34)로부터 작동유체가 유입될 수 있도록 연통하는 입구(52)와, 사판실(34)로부터 유입된 작동유체가 실린더보어(32)로 공급될 수 있도록 출구(54)가 형성된다.

또한 상기 압축기의 전방에는 엔진으로부터 회전력을 전달받기 위한 클러치어셈블리(88)가 설치되어 있다. 상기 클러치어셈블리(88)는 상기 회전축(50)의 전방 일단에 결합되는 디스크(80)와 전원을 온오프시켜 전자기력을 발생시키는 코일(84), 그리고 엔진의 동력원으로부터 동력을 전달받는 풀리(82)를 포함하여 구성된다. 상기 풀리(82)와 코일(84)은 전방하우징(10)의 전방부위에 베어링을 통하여 일체로 결합된다.

이하 본 발명의 실시예에 의한 사판식 압축기에 의해 작동유체가 압축되는 과정에 대해 도 1과 도 3을 참고하여 상세하게 설명한다.

클러치어셈블리(88)를 통해 엔진으로부터 동력이 전달되면, 상기 회전축(50)이 회전하게 되고, 상기 회전축(50)에 결합된 사판(70)이 회전하게 된다. 상기 사판(70)의 회전은 상기 슈(74)를 통해 상기 피스톤(90)으로 전달되어 피스톤(90)의 직선왕복운동으로 전환된다. 상기 피스톤(90)이 직선왕복운동함에 따라 상기 실린더보어(32) 내의 작동유체를 압축한다.

다음으로 압축기의 구동에 따라 작동유체가 이동하는 과정에 대해 상세하게 설명한다.

사판실(34)로 유입된 작동유체는 사판(70)에 형성되어 있는 유입구(72)를 거쳐 회전축(50)의 유로(56)로 이동한다. 그리고 상기 회전축(60)의 유로(56)를 따라 이동하는 작동유체는 상기 회전축(50)의 출구(54)를 지나 실린더보어(32)에 형성된 배출구(36)를 통해 실린더보어(32)로 이동한다.

상기 실린더보어(32)로 이동된 작동유체는 상기 피스톤(90)의 왕복운동으로 인해 압축과정을 거치게 되고, 압축된 작동유체는 상기 토출실(22)로 전달되고 압축기의 외부로 전달된다.

한편, 상기 실린더보어(32)로 이동된 작동유체가 상기 피스톤(90)의 왕복운동에 의해 상기 실린더보어(32)의 내면에 유막이 형성되는 과정에 대해 상세하게 설명한다. 도 4는 본 발명에 의한 피스톤의 모습을 부분적으로 보인 사시도이다.

도 4에 도시된 바에 의하면, 상기 피스톤(90)이 작동유체를 압축하는 경우(피스톤이 상사점으로 이동하는 경우)에는 상기 원주홈(97)과 상기 연통홈(99)에 담겨진 오일이 실린더보어(32)의 압력에 의해 상기 실린더보어(32)의 내면으로 뿌려지게 되어 유막을 형성하게 된다. 즉, 도면상 실선으로 표시된 화살표방향으로 오일이 이동하면서 실린더보어(32)의 내면으로 오일이 뿌려지게 된다. 따라서 상기 피스톤(90)이 왕복운동을 하는데 상기 실린더보어(32)의 내면과 상기 피스톤(90)의 헤드부(91)가 접촉하여 왕복운동을 함에 있어 발생하는 마찰에 의한 마모를 감소시킴과 동시에 발열을 억제하여 압축기의 효율을 증대시키는 역할을 한다.

그리고 상기 피스톤(90)이 작동유체를 흡입하는 경우(피스톤이 하사점으로 이동하는 경우)에는 상기 실린더보어(32)로 흡입되는 오일의 일부가 상기 원주홈(97)과 상기 연통홈(99)으로 담기게 된다. 즉 도면상 점선으로 표시된 화살표방향으로 오일이 이동하면서 상기 원주홈(97)과 연통홈(99)으로 담기게 된다.

이때 상기 원주홈(97) 및 상기 연통홈(99)과 상기 실린더보어(32)의 내벽에 의해 형성되는 오일홈체적은, 피스톤의 흡입과정에서 상기 원주홈(97) 및 상기 연통홈(99)으로 유입되는 오일체적보다 크기 때문에, 흡입과정이 일어나고 있는 반대쪽 실린더보어 측으로 오일이 연통되지 않게 되어, 압축기의 효율을 극대화 할 수 있다.

또한 압축과정에서 상기 실린더보어(32)의 내면에 뿌려진 오일이 흡입냉매와 함께 재활용하게 되므로, 전체적으로 오일의 손실은 거의 없다고 볼 수 있다.

물론 상기 원주홈(97)과 상기 연통홈(99)에는 오일뿐만 아니라 냉매가 안착 될 수도 있다. 마찬가지로 상기 원주홈(97)과 상기 연통홈(99)에 안착되는 냉매에 의해서도 상기 피스톤(90)의 외면에 유막이 형성될 수 있다.

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

10:전방하우징 12:토출실
14:축공 20:후방하우징
22:토출실 24:토출구
26:토출판 28:축지지공
30:실린더블럭 30a:전방실린더블럭
30b:후방실린더블럭 32:실린더보어
34:사판실 36:배출구
50:회전축 52:입구
54:출구 56:유로
70:사판 72:유입구
80:디스크 82:풀리
84:코일 88:클러치어셈블리
90:피스톤 91:헤드부
93:연결부 95:압축면
97:원주홈 99:연통홈

Claims (2)

1. 내부에 작동유체의 압축공간을 구비하는 전후방실린더블럭(30a,30b)과,
   상기 전후방실린더블럭(30a,30b)의 전방 및 후방에 결합되어 토출실(12,22)을 형성하는 전방하우징(10) 및 후방하우징(20), 그리고
   상기 전후방실린더블럭(30a,30b)의 압축공간에서 작동유체를 압축하는 피스톤(90)을 포함하는 압축기에 있어서;
   상기 압축공간과 접촉하여 왕복운동하는 상기 피스톤(90)의 전후 헤드부(91,91')에는 원주방향으로 형성된 원주홈(97,97')과,
   상기 원주홈(97,97')에서 상기 피스톤(90)의 축방향 외측으로 복수 개의 연통홈(99,99')이 형성된 것을 특징으로 하는 압축기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 원주홈(97,97') 및 상기 연통홈(99,99')과 상기 압축공간의 내벽에 의해 형성되는 체적은, 상기 피스톤(90)의 흡입과정에 의해 상기 원주홈(97)과 상기 연통홈(99)으로 유입되는 오일의 체적보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
   

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