KR20210111439A - 오일 분리기를 구비하는 사판식 압축기 - Google Patents

Abstract

사판식 압축기는 실린더 보어를 형성하는 하우징, 상기 하우징에 회전 가능하게 설치되며 오일 통로를 형성하는 구동 샤프트, 상기 구동 샤프트와 함께 회전하도록 상기 구동 샤프트에 체결되는 상태로 상기 하우징 내에 배치되는 사판, 상기 사판의 회전에 대응하여 왕복 운동을 하도록 상기 사판에 연결되는 상태로 상기 실린더 보어에 배치되는 복수의 피스톤, 상기 하우징의 후방에 체결되며 배출 포트를 형성하는 후방 헤드, 그리고 상기 후방 헤드의 배출 포트에 설치되어 냉매에 혼합된 오일을 분리하는 오일 분리기를 포함한다. 상기 오일 통로는 상기 오일 분리기에서 분리된 오일이 유입될 수 있도록 상기 구동 샤프트의 일측 단으로 노출되는 상태로 상기 구동 샤프트의 길이방향으로 연장된다. 상기 구동 샤프트는 상기 오일 통로의 오일이 상기 사판의 양 측면으로 배출될 수 있도록 상기 오일 통로에 연통되게 형성되는 오일 배출 홀을 구비한다.

Description

오일 분리기를 구비하는 사판식 압축기{Swash plate compressor with oil separator}

본 발명은 차량용 사판식 압축기에 관한 것이다.

차량의 에어 컨디셔닝 장치에 사판식 압축기가 널리 사용되고 있다. 통상적으로 사판식 압축기는 구동 샤프트와 함께 회전하는 사판(swash plate)을 포함하며, 사판의 회전에 의해 사판에 맞물린 피스톤이 왕복 운동을 하면서 냉매의 흡입 및 압축이 이루어진다.

사판식 압축기에서 윤활을 위해 냉매에 오일이 혼합되는데, 냉매에 혼합된 오일은 윤활 기능을 하나 냉각 성능을 저하시키는 요인이 된다. 따라서 사판식 압축기에서 토출되는 냉매에 섞여 있는 오일을 분리하기 위한 오일 분리기(oil separator)를 설치하는 기술이 소개된 바 있다.

이와 같은 오일 분리기를 구비하는 사판식 압축기에서 분리된 오일을 압축기 내의 작동 요소에 분사시키기 위해 구동 샤프트에 오일 이동 통로를 형성하는 방법이 소개되었다. 오일 분리기에 의해 분리된 오일이 작동 요소에 효과적으로 도달되도록 하여 원활한 윤활이 이루어지도록 하는 것이 필요하다.

대한민국 등록특허공보 10-0282042 (공고일자: 2001년 02월 15일) 대한민국 등록특허공보 10-1811390 (공고일자: 2017년 12월 21일)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 오일 분리기에서 분리된 오일이 압축기 내의 작동 요소에 효과적으로 도달되도록 하여 우수한 윤활 성능을 가지는 사판식 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 사판식 압축기는 실린더 보어를 형성하는 하우징, 상기 하우징에 회전 가능하게 설치되며 오일 통로를 형성하는 구동 샤프트, 상기 구동 샤프트와 함께 회전하도록 상기 구동 샤프트에 체결되는 상태로 상기 하우징 내에 배치되는 사판, 상기 사판의 회전에 대응하여 왕복 운동을 하도록 상기 사판에 연결되는 상태로 상기 실린더 보어에 배치되는 복수의 피스톤, 상기 하우징의 후방에 체결되며 배출 포트를 형성하는 후방 헤드, 그리고 상기 후방 헤드의 배출 포트에 설치되어 냉매에 혼합된 오일을 분리하는 오일 분리기를 포함한다. 상기 오일 통로는 상기 오일 분리기에서 분리된 오일이 유입될 수 있도록 상기 구동 샤프트의 일측 단으로 노출되는 상태로 상기 구동 샤프트의 길이방향으로 연장된다. 상기 구동 샤프트는 상기 오일 통로의 오일이 상기 사판의 양 측면으로 배출될 수 있도록 상기 오일 통로에 연통되게 형성되는 오일 배출 홀을 구비한다.

본 발명의 실시예에 따른 사판식 압축기는 상기 사판의 양 측면을 지지하는 쓰러스트 베어링을 더 포함할 수 있고, 상기 오일 배출 홀은 출구가 상기 사판의 측면과 상기 쓰러스트 베어링 사이에 위치하도록 형성될 수 있다.

상기 오일 배출 홀은 상기 오일 통로와 상기 구동 샤프트의 외주면을 연결하도록 반경방향으로 연장될 수 있다.

상기 사판의 측면에는 상기 오일 배출 홀에 이어지며 반경방향으로 연장되는 오일 그루브가 형성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 오일 분리기에 의해 분리된 오일이 구동 샤프트의 오일 통로 및 오일 배출 홀을 통해 사판식 압축기 내의 사판의 양 측면으로 배출될 수 있어 쓰러스트 베어링과 같은 작동 요소로 효과적으로 공급될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 사판식 압축기의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사판식 압축기의 구동 샤프트, 사판 및 피스톤의 일부 절개 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 사판식 압축기의 구동 샤프트와 사판의 정면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 절개한 단면도이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예는 사판식 압축기에 관한 것이며, 사판의 경사각이 변하면서 압축이 용량이 가변되는 가변 용량식 사판식 압축기 및 사판의 경사각이 일정하게 유지되는 고정 용량식 사판식 압축기에 모두 적용될 수 있다. 이하에서는 고정 용량식 사판식 압축기를 예를 들어 설명한다.

도 1을 참조하면, 하우징(10)은 그 내부에 실린더 블록(11)을 구비하며, 실린더 블록(11)은 하우징(10)의 외부를 형성하는 부분과 일체로 형성될 수도 있고 별도의 부재로 형성된 후 조립될 수도 있다. 실린더 블록(11)은 그 내부에 길이방향, 즉 도 1에서 횡방향으로 연장되는 복수의 실린더 보어(13)를 형성한다.

구동 샤프트(15)는 하우징(10)에 회전 가능하게 장착된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 구동 샤프트(15)는 일부가 하우징(10)의 전방으로 노출되는 상태로 하우징(10)에 장착될 수 있다. 구동 샤프트(15)는 선택적으로 동력을 전달받을 수 있도록 형성되는 동력 전달 유닛(20)에 연결될 수 있다.

사판(17)은 구동 샤프트(15)와 함께 회전하도록 구동 샤프트(15)에 체결된다. 사판(17)의 양 측면은 쓰러스트 베어링(thrust bearing)(18)에 의해 지지될 수 있다.

한편, 복수의 피스톤(23)이 사판(17)에 체결되며, 복수의 피스톤(23)은 왕복 이동 가능하게 복수의 실린더 보어(13) 내에 각각 배치된다. 피스톤(23)은 피스톤 슈(piston shoe)(24)에 의해 사판(17)에 연결될 수 있다. 복수의 피스톤(23)은 사판(17)의 회전에 대응하여 길이방향으로 왕복 운동을 하며, 복수의 피스톤(23)의 왕복 운동에 의해 냉매의 흡입, 압축 및 토출이 이루어진다.

전방 헤드(25) 및 후방 헤드(27)가 하우징(10)의 전방 및 후방에 각각 체결된다. 이때, 밀봉을 위해 전방 헤드(25)와 하우징(10) 사이에 전방 밸브 플레이트(29)와 가스켓(31)이 각각 배치될 수 있으며, 마찬가지로 하우징(10)과 후방 헤드(27) 사이에 후방 밸브 플레이트(33)와 가스켓(35)이 각각 배치될 수 있다. 이때, 도1에는 가스켓(31)이 전방 밸브 플레이트(29)의 양 측에 각각 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 가스켓(31)은 전방 밸브 플레이트(29)의 한 쪽에만 배치될 수도 있다. 마찬가지로, 도 1에는 가스켓(35)이 후방 밸브 플레이트(33)의 양 측에 각각 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 가스켓(35)은 후방 밸브 플레이트(33)의 한 쪽에만 배치될 수도 있다.

후방 헤드(27)는 압축된 냉매가 토출되는 배출 포트(37)를 형성한다. 피스톤(23)의 작동에 의해 압축된 냉매는 하우징(10)의 후방으로 이동하여 배출 포트(37)를 통해서 외부로 배출된다.

오일 분리기(41)가 배출 포트(37) 내에 배치된다. 오일 분리기(41)는 배출 포트(37)를 통해서 배출되는 냉매에 혼합된 오일을 분리하도록 작동한다. 오일 분리기(41)는 연결 통로(38)를 통해 토출실에 연결될 수 있으며, 연결 통로(38)를 통해 배출되는 오일과 냉매의 혼합물이 오일 분리기(41)에 부딪히면서 냉매와 오일의 분리가 일어난다. 오일 분리기(41)는 배출 포트(37)를 통해서 배출되는 냉매가 통과하는 서로 다른 폭을 가지는 부분으로 이루어지는 관 부재로 구현될 수 있으며, 오일 분리기(41)는 고압으로 토출되는 냉매가 오일 분리기(41)를 통과하는 과정에서 냉매에 함유된 오일이 원심력에 의해 오일 분리기(41)의 벽에 부딪히면서 오일이 분리되도록 구성될 수 있다. 이러한 오일 분리기(41)는 기존에 스크롤 압축기 등에서 사용되는 오일 분리기와 형태 및 작용 방식이 동일할 수 있으므로 이에 대한 더욱 상세한 설명은 생략한다.

오일 분리기(41)에서 분리된 오일이 저장되는 오일 레저버(oil reservoir)(43)가 구비된다. 예를 들어, 오일 레저버(43)는 도 1에 도시된 바와 같이 후방 헤드(27) 내에 배치될 수 있다. 이때, 오일 레저버(43)는 오일 분리기(41)의 하부에 배치됨으로써, 오일 분리기(41)에서 분리된 오일이 중력에 의해 오일 레저버(43)로 쉽게 이동할 수 있다.

오일 챔버(50)는 오일 이동 통로(60)를 통해서 오일 레저버(43)에 연결되며, 오일 레저버(43)의 오일이 오일 이동 통로(60)를 통해서 오일 챔버(50)로 공급된다.

오일 챔버(50)는 후방 헤드(27)에 형성되며, 구동 샤프트(15) 내에 길이방향으로 형성된 오일 통로(16)에 대응하는 위치에 형성된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 오일 챔버(50)는 후방 헤드(27)의 중심부에 형성될 수 있으며 구동 샤프트(15)의 후방 단과 마주하도록 배치된다. 이때, 구동 샤프트(15)는 길이방향으로 연장되는 오일 통로(16)를 구비하도록 중공 축으로 형성될 수 있으며, 오일 챔버(50)를 마주하는 오일 통로(16)의 일단(도 1에서 우측 단)은 개방된다. 개방된 오일 통로(16)를 통해서 오일이 유입된다.

이때, 도1에 도시된 바와 같이, 오일 레저버(43)의 하단은 오일 챔버(50)의 하단보다 낮게 위치할 수 있으며, 오일 이동 통로(60)는 오일 레저버(43)의 하단에서 횡방향으로 전방으로 연장되는 상류 통로(61), 그리고 상류 통로(61)에서 경사진 상방향으로 연장되어 오일 챔버(50)에 연결되는 하류 통로(65)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상류 통로(61)는 상하 방향으로 연장되는 오일 레저버(43)와 대략 수직을 이루는 횡방향을 따라 연장되며 하우징(10)을 마주하는 후방 헤드(27)의 전면까지 연장될 수 있다.

하류 통로(65)는 연결 통로(63)의 끝단에서 하우징(10)으로부터 멀어지는 방향으로 경사지는 상태로 상방향으로 연장될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 하류 통로(65)는 상단이 하우징(10)으로부터 멀어지도록 경사지게 연장될 수 있다. 하류 통로(65)의 끝단은 오일 챔버(50)의 후방 부분의 바닥에 연결될 수 있다.

블리드 플러그(bleed plug)(70)가 오일 챔버(50)에 배치된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 블리드 플러그(70)의 전방 부분은 후방 밸브 플레이트(33)을 관통하도록 설치될 수 있으며 후방 부분은 오일 챔버(50) 내에 배치될 수 있다. 플러그 부재(7)는 오일 통로로 작용하는 블리드 홀(bleed hole)(71)을 형성하며, 블리드 홀(71)이 오일 챔버(50)와 구동 샤프트(15)의 오일 통로(16)를 연통시킨다. 한편, 블리드 플러그(70)의 후방 단에는 오일에 함유된 불순물의 제거를 위한 스크린(80)이 설치될 수 있다. 이러한 구조에 의해 오일 분리기(41)에 의해 분리된 오일이 구동 샤프트(15)의 오일 통로(16)로 유입될 수 있다.

오일 통로(16)는 구동 샤프트(15)의 길이방향을 따라 연장되며, 구동 샤프트(15)은 내부의 오일 통로(16)와 외주면을 연결하는 오일 배출 홀(30)을 형성한다. 오일 배출 홀(30)은 출구, 즉 반경방향 외측단이 사판(17)과 쓰러스트 베어링(18) 사이에 위치하도록 형성될 수 있다. 오일 배출 홀(30)은 반경방향으로 연장될 수 있으며, 복수의 오일 배출 홀(30)이 방사상으로 배열될 수 있다. 또한 사판(17)의 양측 면에는 오일 배출 홀(30)에 이어지며 사판(17)의 반경방향 외측으로 연장되는 오일 그루브(21)가 형성될 수 있다. 이러한 구조에 의해 오일이 윤활이 특히 필요한 작동 요소인 쓰러스트 베어링(18)에 효과적으로 도달할 수 있고, 오일 그루브(21)를 통해 사판(17)의 반경방향 외측으로 이동하여 사판(17)의 회전에 의해 반경방향 외측으로 비산되어 여러 작동 요소로 골고루 뿌려질 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.

10: 하우징
11: 실린더 블록
13: 실린더 보어
15: 구동 샤프트
16: 오일 통로
17: 사판
18: 쓰러스트 베어링
23: 피스톤
25: 전방 헤드
27: 후방 헤드
37: 배출 포트
41: 오일 분리기
43: 오일 레저버
50: 오일 챔버
60: 오일 이동 통로
70: 블리드 플러그
71: 블리드 홀
30: 오일 배출 홀
21: 오일 그루브

Claims (4)

1. 실린더 보어를 형성하는 하우징,
   상기 하우징에 회전 가능하게 설치되며 오일 통로를 형성하는 구동 샤프트,
   상기 구동 샤프트와 함께 회전하도록 상기 구동 샤프트에 체결되는 상태로 상기 하우징 내에 배치되는 사판,
   상기 사판의 회전에 대응하여 왕복 운동을 하도록 상기 사판에 연결되는 상태로 상기 실린더 보어에 배치되는 복수의 피스톤,
   상기 하우징의 후방에 체결되며 배출 포트를 형성하는 후방 헤드, 그리고
   상기 후방 헤드의 배출 포트에 설치되어 냉매에 혼합된 오일을 분리하는 오일 분리기
   를 포함하고,
   상기 오일 통로는 상기 오일 분리기에서 분리된 오일이 유입될 수 있도록 상기 구동 샤프트의 일측 단으로 노출되는 상태로 상기 구동 샤프트의 길이방향으로 연장되며,
   상기 구동 샤프트는 상기 오일 통로의 오일이 상기 사판의 양 측면으로 배출될 수 있도록 상기 오일 통로에 연통되게 형성되는 오일 배출 홀을 구비하는
   사판식 압축기.
2. 제1항에서,
   상기 사판의 양 측면을 지지하는 쓰러스트 베어링을 더 포함하고,
   상기 오일 배출 홀은 출구가 상기 사판의 측면과 상기 쓰러스트 베어링 사이에 위치하도록 형성되는
   사판식 압축기.
3. 제2항에서,
   상기 오일 배출 홀은 상기 오일 통로와 상기 구동 샤프트의 외주면을 연결하도록 반경방향으로 연장되는 사판식 압축기.
4. 제1항에서,
   상기 사판의 측면에는 상기 오일 배출 홀에 이어지며 반경방향으로 연장되는 오일 그루브가 형성되는 사판식 압축기.
   

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