KR0121993B1 - 유체압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 예를 들어 냉동사이클의 냉매를 압축하는 유체압축기에 관한 것으로써, 세로놓기형을 전제로 하고, 회전부품의 중량총계와 거의 동일한 스러스트력이 회전부품에 대하여 위방향으로 작용하도록 하여 피스톤과 축받이구 사이에 있어서의 마찰손실을 대폭 줄임을 도모하고, 모터의 회전수에 관계없이 전기입력의 증대를 억제하며, 이상음의 발생을 억제하며, 신뢰성이 높은 유체압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 피스톤(6)에 걸리는 위방향의 스러스트력(F)이 피스톤 및 실린더 등 회전부품의 중량총계(W)와 거의 동일하거나 조금 상회하도록 피스톤의 하부축부(D1)와 상부축부(D2)의 직경을 설정했다. 즉 피스톤에 설치되는 홈은 피스톤 하부측에서 상부측에 걸쳐서 점차 피치가 작아지도록 형성된 압축기에서, 피스톤의 하부축부(D1)와 상부축부(D2)의 직경 및 실린더 내부직경(øDc)의 관계를 (D1²+D2²)Dc²으로 설정한 것을 특징으로 한다.

Description

유체압축기

제1도는 본 발명의 한 실시예인 유체압축기의 개략단면도.

제2도는 변형예를 나타내는 유체압축기의 개략단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

5 : 실린더 6 : 피스톤

6a : 상부축부(주축부) 6b : 하부축부(부축부)

6c : 피스톤본체 7 : 주축받이

8 : 부축받이 11 : 구멍

12 : 블레이드 13 : 작동실

본 발명은 냉동사이클의 냉매를 압축하는 유체압축기에 관한 것이다.

예를 들면 본 출원인에 의한 일본 특허출원 90-228000호 명세서에 기재되어 있는 바와 같은 유체압축기(이하 압축기라 칭한다)가 제안되어 있다.

이것은 밀폐케이스 내에 압축기구를 구성하는 실린더와 피스톤이 편심배치되어 있고, 피스톤에는 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 서서히 피치를 작게 하는 나선형상의 홈이 형성된다. 이 홈에는 마찬가지로 나선형상의 블레이드(blade)가 출입자유롭게 끼워 넣어져 있다.

피스톤과 실린더 사이의 공간은 상기 블레이드에 의해 복수로 구분되어져 있고, 실린더 내에는 이 한쪽 끝에서 다른쪽 끝, 즉 흡입부에서 토출구로 서서히 그 용적을 작게 하는 작동실이 형성되어 있다.

실린더 외부에는 회전자가 장착되어 있고, 또 회전자의 바깥둘레면과 협소간격을 갖는 고리형상의 고정자가 밀폐케이스의 내벽에 고정되며 이것으로 모터가 구성된다.

이 모터에 전기를 통하게 함으로써 회전자와 실린더가 일체로 회전한다.

실린더의 회전력은 회전력 전달 기구부를 통하여 피스톤에 전달되고, 실린더와 피스톤이 위치관계를 유지한채 상대적이고 동기적으로 회전한다.

이 회전에 따라 블레이드가 홈에 대하여 출입하며, 피스톤의 직경방향으로 나오거나 들어간다. 또 냉동사이클 중의 냉매가 실린더 내에 흡입되어, 각 작동실 가운데서 가장 흡입부쪽에 위치하는 흡입실로부터, 가장 투출부쪽에 위치하는 토출실로 이송되고, 또 이송되는 사이에 서서히 압축된다.

냉매는 소정압까지 상승한 상태에서 토출구멍을 통과하여 밀폐케이스 내로 토출되며 일단 여기서 충만하고 밀페케이스에 접속된 토출관을 통하여 압축기 외부로 되돌아간다.

그런데 이와 같은 유체압축기에 있어서 피스톤이나 실린더 등의 회전부품은 축방향을 수평방향으로 향하게, 즉 가로배치형의 것이 많이 사용되는 경향이 있지만 공기조화기 등에서는 관련부품과의 배치공간의 관계로 세로배치형으로 하지 않을 수 없는 경우도 있다.

이 타입의 압축기에서는 회전부품이 자체 무게로 하부쪽으로 내려가고, 피스톤의 하부축부를 회전가능하게 지지하는 축받이구에 맞닿는다. 즉 축받이구의 상면쪽이 스러스트(thrust)면이 되어 피스톤본체의 하부측 단면과 미끄럼 접촉한다. 이들 사이에는 피스톤의 회전에 따라 매우 큰 마찰손실이 발생한다.

그 결과 전력소비량이 증대하게 되고, 회전수제어를 가능하게 한 방식의 모터에서는 회전수를 높게 하는 만큼 도리어 전력소비량이 증대하는 문제점이 있었다.

또한 이상음이 발생하게 되어 정숙운전이 저해된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 피스톤이나 실린더 등의 회전부품의 축방향을 수직으로 향한 세로배치형의 유체압축기에 있어서, 회전부품에 대하여 스러스트력이 거의 동일 또는 위방향으로 작용하도록 하고, 피스톤과 축받이구 사이에 있어서의 마찰손실의 대폭감소를 도모하여 모터의 회전수에 관계없이 전력소비량의 증대를 억제하고, 이상음의 발생이 없어, 신뢰성이 높은 유체압축기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 제1발명은, 서서히 작아지는 피치로 형성된 나선형상의 홈 피스톤본체의 바깥둘레부에 설치하고, 이 피스톤을 실린더 내에 편심배치하고, 상기 홈에 나선형상의 블레이드를 출입자유롭게 끼워 넣어, 상기 실린더 내에 상기 블레이드에 의해 구분도고 서서히 용적을 작게 하는 복수의 작동실을 형성하고, 실린더와 피스톤을 상대적으로 회전시켜서 실린더 내에 흡입된 피압축유체를 흡입측부에 토출측부로 서서히 이송하면서 압축하고, 상기 피스톤 및 실린더의 축방향을 수직으로 향하게 한 세로배치형으로써, 하측에 배치된 축받이구에 상방향의 스러스트력이 작용하는 유체압축기이다.

제2의 발명은, 피스톤에 걸리는 상방향의 스러스트력(F)이 피스톤 및 실린더 등 회전부품의 중량총계(W)와 거의 동일하거나 약간 상회하도록 피스톤의 하부측부(øD₁)와 하부축부(øD₂)의 직경을 설정한 것을 특징으로 하는 유체압축기이다.

제3발명은, 상기 피스톤에 설치되는 나선형상 홈은 피스톤 하부측에서 상부측에 걸쳐서 점차 피치가 작아지게 형성되며, 피스톤의 하부축의 직경(øD₁)과 상부축부의 직경(øD₂) 및 실린더 내부직경(øDc)의 관계를 (øD₁ ² ₊øD₂ ²)øDc²으로 설정한 것을 특징으로 하는 유체압축기이다.

제4발명은, 상기 피스톤에 설치된 나선형상 홈은 피스톤 축방향 중앙부를 경계로 상하부에 한 쌍 형성되고, 하부축부의 직경(øD₃)을 상부축부의 직경(øD₄)보다도 작게(øD₃øD₄) 설정한 것을 특징으로 하는 유체압축기이다.

이와 같이 구성함으로써 본 발명은 피스톤과 하측 축받이구와의 사이의 마찰 손실을 대폭 감소시켜 전력 소비량을 감소시키고 이상음의 발생을 방지한다.

이하 본 발명의 한 실시예를 제1도에 기초하여 설명한다.

축방향을 수직으로 향하게 한 세로배치형의 밀페케이스(2) 내에 압축기구부(3)와 모터(4)가 수용된다. 압축기구부(3)에 있어서는 실린더(5) 내에 회전체로서의 피스톤(6)이 편심배치되어 있고, 이 실린더(5)와 피스톤(6)은 모터와 함께 축방향을 밀페케이스(2)에 맞춰 수직방향으로 향하게 된다.

또한 실린더(5)와 피스톤(6)은 그 상단부가 밀폐케이스(2)의 내벽에 고정된 주축받이(7)에 의해 지지되고, 하단부가 마찬가지로 밀폐케이스(2)의 내벽에 고정된 부축받이(8)에 의해 지지되어 있다.

실린더(5)의 상하단부는 상기 주축받이(7)와 부축받이(8)에 의해 막혀져 있고, 피스톤(6)의 상부축부인 부축부(6a) 및 하부축부인 부축부(5b)가 각축받이(7,8)에 끼워넣어져 있다.

피스톤(6)의 주축부(6a)와 부축부(5b) 사이에 형성되는 피스톤본체(6c)에는 여기서는 하부측에서 상부측으로 서서히 피치를 작게 하는 나선형상의 홈(11)이 형성되어 있고, 이 홈(11)에는 동일한 나선형상의 블레이드(12)가 홈(11)에 대하여 출입자유롭게 끼워 넣어져 잇다.

또한 피스톤(6)과 실린더 사이의 공간은 상기 블레이드(12)에 의해 복수로 구분되어 있고, 실린더(5) 내에는 실린더(5)의 하단부측에서 상단부측, 즉 흡입부에서 토출부로 서서히 그 용적을 작게하는 작동실(13)이 형성되어 있다.

상기 모터(4)는 밀폐케이스(2)의 내벽에 고정된 고리형상의 고정자(14)와 이 고정자(14)의 내측에 배치된, 같은 고리형상의 마그네트회전자(15)에 의해 구성되어 있다.

마그네트회전자(15)는 실린더(5) 외부 장착되어 있고, 모터(4)에 통전하면 마그네트회전자(15)와 실린더(5)가 일체로 회전한다. 실린더(5)의 회전력은 회전력전달 기구부(16)를 통하여 피스톤(6)으로 전달되고 실린더(5)와 피스톤(6)이 위치관계를 유지한채 상대적이고 동기적으로 회전한다.

실린더(5)와 피스톤(6)의 상대적인 회전에 따라 블레이드(12)가 홈(11)에 대하여 출입하여 피스톤(6)의 직경방향으로 나오고 들어간다. 또한 밀폐케이스(2)에 접속된 흡입관(17)과 주축받이(7)에 형성된 흡입통로(18)를 통하여, 예를 들면 냉동사이클 중의 냉매가 실린더(5) 내에 흡입된다.

그리고 실린더(4) 내에 흡입된 냉매가 각 작동실(13) 가운데서 가장 흡입부측에 위치하는 흡입실(19)에서 가장 토출부측에 위치하는 토출실(20)로 차례로 이송된다. 또한 냉매는 흡입실(19)에서 토출실(20)로 이송되는 사이에 서서히 압축된다.

상기 실린더(5)의 토출실(20)과 연이어 통하는 위치에는 토출구멈(21)이 설치되어 있고, 여기에서 압축된 냉매가 실린더(5) 밖으로 토출된다.

또 상기 마그네트회전자(15)를 유지하는 커버(22)가 실린더 상부까지 연속하여 돌출되어 있고, 압축된 냉매가스는 여기를 통과하여 일단 밀폐케이스(2)내로 토출안내된다. 냉매가스는 상기 주축받이(7)에 설치되는 개구부(23)을 통하여 밀폐케이스(2)에 접속되는 토출관(24)에서 압축기의 외부로 토출하게 된다.

또는 축방향이 수직방향으로 향하게 되는 피스톤(6)은 이 피스톤본체(6)에 설치되는 나선형상의 홈(11)이 여기서는 하부측에서 상부측에 걸쳐 점차 작은 피치가 되도록 형성되어 있다.

그리고 부축받이(8)에 회전 가능하게 지지되는 피스톤(6)의 부축부(6b)의 직경을 øD₁, 주축받이(7)에 회전가능하게 지지되는 피스톤의 주축부(6a)의 직경을 øD₂, 실린더(5)의 내부직경을 øDc라고 했을 때(øD₁ ²+øD₂ ²øDc²)의 관계가 성립하도록 각각의 치수를 설정한다.

압축기의 정지상태에서 실린더(5)나 피스톤(6) 등의 회전부품의 자체무게가 아래쪽을 향하여 이 중량총계(W)의 모두가 하부측 축받이인 부축받이(8)에 걸리지만, 압축기의 운전상태에서는 나선형상의 홈(11)의 피치설정과, 부축부(6b), 주축부(6a)의 직경(øD₁,øD₂)과 실린더(5)의 내부직경(øDc)의 관계를 상기한 바와 같이 설정함으로써 상방향을 향한 스러스트력(F)이 발생한다.

또한 스러스트력(F)이 회전부품의 중량총계(W)와 거의 동일해져, 서로 균형을 이룬다. 따라서 피스톤 본체(6c)하부단면과 부축받이(8)의 상부단면 사이에 마찰손실이 발생하는 일이 없고 이상음의 발생도 없다.

또한 스러스트력(F)이 회전부품의 중량총계(W)를 조금 상회하는 정도이어도 하 등의 지장도 없고, 상기 실시예와 같은 작용효과를 나타내지만, 스러스트력(F)이 회전부품의 중량총계(W)를 크게 상회하여 회전부품이 부축받이(8)에 대하여 뜬 상태로 이루어지도록 치수설정 하는 것은 불가하다.

이 경우는 특히 피스톤(6)이 스러스트방향으로 불안정하게 되어 피스톤본체(6c)의 상하부 단면이 주축받이(7) 및 부축받이(8)의 단면에 접촉하거나 이탈하거나 하여, 피스톤(6)이 스러스트방향으로 진동하기 쉽다.

결과적으로 종래와 같은 문제점을 초래한다.

제2도는 트윈타입이라 불리는 유체압축기를 나타낸다. 즉 피스톤(60)의 피스톤본체(60c)에는 이 축방향 중앙부를 경계로 상하부에 한 쌍의 나선형상의 홈(11A)(11B)이 설치된다. 각각에 같은 피치의 블레이브(12A)(12B)가 출입자유롭게 끼워넣어진다. 여기서는 흡입관(17a)이 밀폐케이스(2)의 하부측에 접속되어 있고 부축받이(8a)에 설치되는 회전가능 지지구멍(30)에 연이어 통한다.

한편 피스톤(60)의 축방향을 따라 흡입통로(18a)가 관통하여 설치된다. 보다 구체적으로는 흡입통로(18a)는 하부축부인 부축부(60b) 단면에서 피스톤본체(60c)를 통해서 상부축부인 주축부(60a)단면에 걸쳐서 설치된다. 부축부(60a)의 단면은 주축받이(7a)에 설치되는 회전가능 지지구멍(31)바닥면과 어느 정도 거리를 두고 있어 이들 사이에 공간부가 형성되는 치수로 설정된다.

흡입통로(18a)에 있어서의 피스톤(60)의 축방향의 거의 중간부에는 분기로(32)가 연이어 통하고 있고, 피스톤본체(60c)의 둘레면에 개구한다.

이 분기로(32)의 개구위치는 상기 한 쌍의 나선형상홈(11A),(11B) 사이가 된다.

따라서 흡입관(17a)에서 도입되는 냉매가스는 피스톤(60)의 흡입통로(18a)를 따라 유통하고, 또한 분기로(32)에서 상하부의 블레이드(12A)(12B)에 의해 구분되어지는 상하부의 작동실(13A)(13B)에 도입되어 압축된다.

실린더(5a)의 상하단부에 토출구멍(21a)(21b)이 설치되어 있고, 압축된 냉매가스는 여기에서 밀폐케이스(2a)내로 토출된다.

이와 같은 트윈타입의 압축기에 있어서 피스톤(60)의 부축부(60b)단면과 주축부(60a)단면에 완전히 같은 압력의 흡입압이 걸리도록 구성된다.

피스톤(60)의 부축부(60b)직경과 주축부(60a)직경을 동일하게 하면 피스톤(60)의 양단면에 걸리는 스러스트력은 0이 된다.

한편 부축받이(8a)의 스러스트면이 실린더(5a) 및 피스톤(60) 등의 회전부품의 자체무게가 걸리기 때문에 이 자체무게와 균형을 이루는 만큼 스러스트력이 윗쪽으로 발생하도록 하는 구성으로 하면, 부축받이(8a)의 스러스트면에 걸리는 하중이 작게 되어 마찰손실이 감소하게 된다.

즉 부축부(60b)의 직경(øD₃)이 주축부(60a)의 직경(øD₄)보다도 작아지는 øD₃øD₄의 치수로 설정하면 상기의 조건을 만족한다.

또한 본 발명의 유체압축기는 그 용도가 냉동사이클에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 본 발명은 요지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지로 변형하는 것이 가능하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 피스톤 및 실린더의 축방향이 수직으로 향하게 되는 세로배치형의 유체 압축기를 전제로 하여, 피스톤에 걸리는 상 방향의 스러스트력(F)이 피스톤, 실린더 등 회전부품의 중량총계(W)와 거의 동일하거나 조금 상회하도록 피스톤의 하부축부(øD₁, øD₃)와 상부축부(øD₂, øD₄)의 직경을 설정했기 때문에 피스톤과 축받이구 사이에 있어서의 마찰손실을 대폭 감소시킬 수 있고 모터의 회전수에 관계 없이 전력소비량을 감소시킬 수 있다. 덧붙여서 이상음의 발생을 억제하여 신뢰성의 향상을 도모할 수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (3)

1. 종방향으로 배치된 실린더와, 이 실린더 내에 편심배치되고 그 외주면에 하부측으로부터 상부측에 걸쳐서 서서히 작아지는 피치로 형성된 나선형 홈이 설치되어 이 나선형 홈에 출입이 자유롭게 끼워진 블레이드를 갖는 동시에 상하 양단부의 축부가 축받이에 의해 각각 지지되어 상기 실린더와 함께 상대적으로 회전하는 피스톤을 구비하여, 상기 실린더의 내주면과 상기 피스톤의 외주면으로 이루어진 공간을 상기 블레이드에 의해 복수의 작동실로 구획하여 실린더 내로 흡입된 피압축유체를 이송하면서 압축하는 유체압축기에 있어서, 상기 실린더 및 피스톤의 회전 중에 피스톤에 상방향의 스러스트력이 작용하고, 상기 스러스트력이 정지상태에서 하측의 축받이에 걸리는 피스톤의 중량을 포함한 중량총계와 거의 같아지거나 약간 크게 되도록, 피스톤의 하부 축부의 직경 øD₁과 상부 축부의 직경 øD₂의 크기를 설정한 것을 특징으로 하는 유체압축기.
2. 제1항에 있어서, 실린더의 내부직경을 øDc로 했을 때, øD12-øD22øDc2의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 유체압축기.
3. 종방향으로 배치된 실린더와, 이 실린더 내에 편심배치되고, 그 외주면에 중앙부로부터 상하 양측에 걸쳐서 서서히 작아지는 피치로 형성된 나선형홈이 설치되어, 이 나선홈에 출입자유롭게 끼워진 블레이드를 갖는 동시에 상하 양단부의 축부가 축받이에 의해 각각 지지되어 실린더와 함께 상대적으로 회전하는 피스톤을 구비하여, 상기 실린더의 내주면과 상기 피스톤의 외주면으로 이루어진 공간을 상기 블레이드에 의해 복수의 작동실로 구획하여 실린더 내에 흡입된 피압축가스를 이송하면서 압축하는 유체압축기에 있어서, 상기 실린더 및 피스톤의 회전 중에 피스톤에 상방향의 스러스트력이 작용하고, 상기 스러스트력이 정지상태에서 하측의 축받이에 걸리는 피스톤의 중량을 포함한 중량총계와 거의 같아지거나 약간크게 되도록, 피스톤의 하부 축부의 직경 øD₃와 상부 축부의 직경 øD₄의 크기를 øD₃øD₄로 설정한 것을 특징으로 하는 유체압축기.