KR101698086B1 - 밀폐형 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀폐형 압축기에 관한 것으로, 본 발명의 일측면에 의하면, 밀폐용기; 상기 밀폐용기의 내부공간에 설치되는 회전 구동부; 상기 회전 구동부에 결합되며, 길이 방향으로 관통되게 형성되는 오일 유로를 갖는 크랭크축; 상기 크랭크축에 결합되어 냉매를 흡입 압축하는 압축 기구부; 상기 압축 기구부에 고정되어 상기 크랭크축을 지지하는 제1 베어링; 및 상기 밀폐용기에 고정되며, 상기 크랭크축 상에서 상기 제1 베어링과 먼 쪽의 단부를 지지하는 제2 베어링;을 포함하고, 상기 크랭크축에는 상기 오일 유로와 연통되며, 상기 제2 베어링과 마주하는 오일 통공이 형성되는 밀폐형 압축기가 제공된다.

Description

밀폐형 압축기{HERMETIC COMPRESSOR}

본 발명은 밀폐형 압축기에 관한 것으로, 구체적으로 크랭크축 내부를 통해 오일이 공급될 수 있는 밀폐형 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 밀폐형 압축기는 밀폐용기의 내부공간에 구동력을 발생하는 구동모터와, 그 구동모터에 결합되어 작동하면서 냉매를 압축하는 압축 기구부가 함께 설치되어 있다. 그리고 상기 밀폐형 압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 왕복동식, 스크롤식, 로터리식, 진동식 등으로 구분할 수 있다. 상기 왕복동식과 스크롤식 그리고 로터리식은 구동모터의 회전력을 이용하는 방식이고, 상기 진동식은 구동모터의 왕복운동을 이용하는 방식이다.

상기와 같은 밀폐형 압축기 중에서 회전력을 이용하는 밀폐형 압축기의 구동모터에는 크랭크축이 구비되어 그 구동모터의 회전력을 압축 기구부에 전달하도록 구성되어 있다. 예컨대, 상기 로터리식 밀폐형 압축기(이하, 로터리 압축기)의 구동모터는 상기 밀폐용기에 고정되는 고정자와, 상기 고정자에 일정 공극을 두고 삽입되어 상기 고정자와의 상호작용으로 회전하는 회전자와, 상기 회전자에 결합되어 그 회전자의 회전력을 상기 압축 기구부에 전달하는 크랭크축으로 이루어져 있다. 그리고 상기 압축 기구부는 상기 크랭크축에 결합되어 실린더의 내부에서 회전운동을 하면서 냉매를 흡입,압축,토출시키는 압축 기구부과, 상기 압축 기구부를 지지하는 동시에 상기 실린더와 함께 압축공간을 형성하는 복수 개의 베어링부재로 이루어져 있다. 상기 베어링부재는 통상 구동모터의 일측에 배치되어 상기 크랭크축을 지지하고 있다. 하지만, 최근에는 압축기가 고성능화되면서 상기 크랭크축의 상하 양단에 각각 베어링을 설치하여 압축기 진동을 최소화하는 기술이 소개되고 있다.

이렇게 상부에 추가된 베어링은 크랭크축의 회전에 대한 마찰을 증가시키는 원인이 된다. 특히, 크랭크축 상단은 하단부에 비해서 오일이 원활하게 공급되기가 어려워 원활한 윤활이 이루어지기 어렵다. 이를 해소하기 위해서는, 상단부에 설치되는 베어링의 일부를 절개하여 오일 포켓을 형성하여 오일이 포집될 수 있는 구조를 형성하는 방법도 고려할 수 있지만, 크랭크축 상단에 위치하는 베어링의 경우 마찰을 최소화하기 위해서 베어링의 면적을 최소화하여야 하므로 이러한 오일 포켓을 형성하는 것도 사실상 불가능하다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 크랭크축 상단부에 설치되는 베어링으로 원활하게 오일이 공급될 수 있는 밀폐형 압축기를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 밀폐용기; 상기 밀폐용기의 내부공간에 설치되는 회전 구동부; 상기 회전 구동부에 결합되며, 길이 방향으로 관통되게 형성되는 오일 유로를 갖는 크랭크축; 상기 크랭크축에 결합되어 냉매를 흡입 압축하는 압축 기구부; 상기 압축 기구부에 고정되어 상기 크랭크축을 지지하는 제1 베어링; 및 상기 밀폐용기에 고정되며, 상기 크랭크축 상에서 상기 제1 베어링과 먼 쪽의 단부를 지지하는 제2 베어링;을 포함하고, 상기 크랭크축에는 상기 오일 유로와 연통되며, 상기 제2 베어링과 마주하는 오일 통공이 형성되는 밀폐형 압축기가 제공된다.

본 발명의 상기 측면에서는 크랭크축의 내부에 상기 제2 베어링까지 연장되는 오일 유로 및 상기 오일 유로를 통해 공급된 오일을 상기 제2 베어링의 표면으로 공급하도록 하는 오일 통공을 형성하여 제2 베어링으로 원활하게 오일이 공급될 수 있도록 하고 있다. 상기 오일 유로를 통해 공급된 오일은 크랭크축이 회전하면서 발생되는 원심력에 의해서 상기 통공으로부터 상기 제2 베어링으로 토출되게 된다.

한편, 상기 압축 기구부 내에서 냉매가 압축되는 과정에서 가해지는 압축력으로 인해서, 상기 크랭크축은 작동 과정에서 벤딩되게 된다. 이러한 벤딩은 압축력이 최대인 부분, 즉 상기 크랭크축에 포함되는 편심부 중에서 편심량이 최대인 지점에 최대로 발생되게 되며, 이 경우 상기 제2 베어링의 표면과 상기 크랭크축이 서로 접촉되거나 그 간격이 최소화되게 된다.

이렇게 제2 베어링의 표면과 크랭크축이 서로 접촉되는 접촉부 또는 양자 사이의 간극이 최소가 되는 최소 간극부는 크랭크축의 특정 부위에 위치하게 되며, 이러한 부위에 통공이 형성되는 경우 최대 압축 시에는 오일 공급이 원활하게 이루어지지 않으므로 크랭크축의 마모가 발생될 가능성이 있다. 따라서, 원활한 오일의 공급을 위해서는 이러한 접촉부 또는 최소 간극부에 오일 통공이 형성되지 않도록 할 필요가 있으며, 본 발명자들의 시험 결과 이러한 지점은 상기 크랭크축의 중심을 기준으로 하여 상기 편심부의 중심과 상기 크랭크축의 중심을 연결하는 선으로부터 원주방향으로 12°내지 168°또는 -12°내지 -168°의 범위에 위치하는 것을 확인하였다.

이때, 하나의 통공 만이 형성될 수도 있고, 복수 개의 통공이 상기 범위 내에 형성되도록 할 수 있으며, 일 예로서, 한 쌍의 통공이 상기 크랭크축의 중심을 기준으로 대칭으로 형성되도록 할 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 측면들에 의하면, 크랭크축의 상부에 위치하는 제2 베어링측으로 오일을 원활하게 공급할 수 있어 마찰손실을 줄일 수 있고 그로 인해 운전효율도 상승시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 밀폐형 압축기의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 I-I선에 따른 단면도이다.
도 3은 상기 실시예가 최대 압축 상태인 경우에 발생되는 크랭크축의 벤딩 형태를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 실시예 중 크랭크축을 도시한 평면도이다.
도 5는 오일 통공의 위치에 따른 급유량을 도시한 그래프이다.

이하, 본 발명에 의한 크랭크축 및 이를 구비한 밀폐형 압축기를 첨부도면에 도시된 로터리 압축기의 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 로터리 압축기를 내부를 보인 종단면도이고, 도 2는 도 1의 "Ｉ-Ｉ"선단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 로터리 압축기는, 밀폐용기(100)의 내부공간(101) 상측에 구동력을 발생하는 구동모터(200)가 설치되고, 상기 밀폐용기(100)의 내부공간(101) 하측에는 상기 구동모터(200)에서 발생된 동력으로 냉매를 압축하는 압축 기구부(300)가 설치되며, 상기 구동모터(200)의 하측과 상측에는 후술할 크랭크축(230)을 지지하는 제1 베어링(400)과 제2 베어링(500)이 각각 설치된다.

상기 밀폐용기(100)는 상기 구동모터(200)와 압축 기구부(300)가 설치되는 용기본체(110)와, 상기 용기본체(110)의 상측 개구단(이하, 제1 개구단)(111)을 복개하는 상부캡(이하, 제1 캡)(120)과, 상기 용기본체(110)의 하측 개구단(이하, 제2 개구단)(112)을 복개하는 하부캡(이하, 제2 캡)(130)으로 이루어진다.

상기 용기본체(110)는 원통모양으로 형성되고, 그 용기본체(110)의 하반부 주면에는 흡입관(140)이 관통 결합되며, 상기 흡입관은 후술할 실린더(310)에 구비된 흡입구(미도시)에 직접 연결된다.

상기 제1 캡(120)은 그 가장자리가 절곡되어 상기 용기본체(110)의 제1 개구단(111)에 용접 결합된다. 그리고 상기 제1 캡(120)의 중앙에는 상기 압축 기구부(300)에서 상기 밀폐용기(100)의 내부공간(101)으로 토출되는 냉매를 냉동사이클로 안내하는 토출관(150)이 관통 결합된다.

상기 제2 캡(130)은 그 가장자리가 절곡되어 상기 용기본체(110)의 제2 개구단(112)에 용접 결합된다.

상기 구동모터(200)는 상기 밀폐용기(100)의 내주면에 열박음되어 고정되는 고정자(210)와, 상기 고정자(210)의 내부에 회전 가능하게 배치되는 회전자(220)와, 상기 회전자(220)에 열박음 되어 함께 회전을 하면서 상기 구동모터(200)의 회전력을 압축 기구부(300)으로 전달하는 크랭크축(230)으로 이루어진다.

상기 고정자(210)는 다수 장의 스테이터시트가 소정의 높이만큼 적층되고, 그 내주면에 구비되는 티스에는 코일(240)이 권선된다.

상기 회전자(220)는 상기 고정자(210)의 내주면에 일정 공극을 두고 배치되며 그 중앙에 상기 크랭크축(230)이 열박음으로 압입되어 일체로 결합된다.

상기 크랭크축(230)은 상기 회전자(220)에 결합되는 축부(231)와, 그 축부(231)의 하단부에 편심지게 형성되어 후술할 롤링피스톤이 결합되는 편심부(232)로 이루어진다. 그리고 상기 크랭크축(230)의 내부에는 상기 밀폐용기(100)의 오일이 흡상되도록 오일 유로(233)가 축방향으로 관통 형성된다. 또한, 상기 크랭크축(230)의 상부 중 상기 제2 베어링과 마주하는 부분에는 상기 오일 유로(233)와 연통되는 오일 통공(235)이 형성된다. 상기 오일 통공(235)에 대해서는 후술한다.

상기 압축 기구부(300)는 상기 밀폐용기(100)의 내부에 설치되는 실린더(310)와, 상기 크랭크축(230)의 편심부(232)에 회전 가능하게 결합되고 상기 실린더(310)의 압축공간(V1)에서 선회하면서 냉매를 압축하는 롤링피스톤(320)과, 상기 실린더(310)에 반경방향으로 이동 가능하게 결합되어 그 일측의 실링면이 상기 롤링피스톤(320)의 외주면에 접촉되고 상기 실린더(310)의 압축공간(미부호)을 흡입실과 토출실로 구획하는 베인(330)과, 상기 베인(330)의 후방측을 탄력 지지하도록 압축스프링으로 된 베인스프링(340)으로 이루어진다.

상기 실린더(310)는 환형으로 형성되고, 상기 실린더(310)의 일측에는 상기 흡입관과 연결되는 흡입구(미도시)가 형성되며, 상기 흡입구의 원주방향 일측에는 상기 베인(330)이 미끄러지게 결합되는 베인슬롯(311)이 형성되고, 상기 베인슬롯(311)의 원주방향 일측에는 후술할 상부베어링(410)에 구비되는 토출구(411)에 연통되는 토출안내홈(미도시)이 형성된다.

상기 제1 베어링(400)은 상기 실린더(310)의 상측을 복개하는 동시에 상기 밀폐용기(100)에 용접 결합되어 상기 크랭크축(230)을 축방향과 반경방향으로 지지하는 상부베어링(410)과, 상기 실린더(310)의 하측을 복개하여 상기 크랭크축(230)을 축방향과 반경방향으로 지지하는 하부베어링(420)으로 이루어진다.

상기 제2 베어링(500)은 상기 고정자(210)의 상측에서 상기 밀폐용기(100)의 내주면에 용접 결합되는 프레임(510)과, 상기 프레임(510)에 결합되어 상기 크랭크축(230)과 회전 가능하게 결합되는 하우징(520)으로 이루어진다.

상기 프레임(520)은 환형으로 형성되고, 그 외주면에 소정의 높이로 돌출되어 상기 용기본체(110)에 용접되는 고정돌부(511)가 형성된다. 상기 고정돌부(511)는 대략 원주방향을 따라 120°의 간격을 두고 소정의 원호각 길이를 갖도록 형성된다.

상기 하우징(520)은 상기 프레임(510)에 3점 지지될 수 있도록 대략 120도의 간격을 두고 지지돌부(521)들이 형성되고, 상기 지지돌부(521)들의 중심에는 상기 크랭크축(230)의 상단이 삽입되어 지지될 수 있도록 베어링돌부(522)가 하향 돌출되도록 형성된다. 상기 베어링돌부(522)에는 베어링부시(530)가 결합되거나 또는 볼베어링이 결합될 수 있다.

도면중 미설명 부호인 250은 오일피더이다.

상기와 같은 본 발명에 의한 로터리 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 구동모터(200)의 고정자(210)에 전원을 인가하여 상기 회전자(220)가 회전하면, 상기 크랭크축(230)이 상기 제1 베어링(400)과 제2 베어링(500)에 의해 양단이 지지되면서 회전을 하게 된다. 그러면 상기 크랭크축(230)이 상기 구동모터(200)의 회전력을 상기 압축 기구부(300)에 전달하고, 상기 압축 기구부(300)에서는 상기 롤링피스톤(320)이 상기 압축공간에서 편심 회전운동을 한다. 그러면, 상기 베인(330)이 상기 롤링피스톤(320)과 함께 압축공간을 형성하면서 냉매를 압축하여 상기 밀폐용기(100)의 내부공간(101)으로 토출하게 된다.

이때, 상기 크랭크축(230)은 고속으로 회전을 하면서 그 하단에 구비된 오일피더(250)가 상기 밀폐용기(100)의 저유부에 채워진 오일을 펌핑하게 되고, 이 오일은 상기 크랭크축(230)의 오일 유로(233)를 통해 흡상되면서 각 베어링면을 윤활하게 된다. 이렇게 흡상된 오일은 상기 오일 통공(235)을 통해서 상기 제2 베어링으로 공급되게 된다.

다만, 상기 크랭크축(230)은 냉매를 압축하는 과정에서 상기 편심부에 압축력에 따른 반력을 받게 된다. 이렇게 적용되는 힘은 상기 크랭크축(230)에 벤딩을 일으키게 되는데, 그 양상이 도 3에 도시되어 있다.

도 3은 압축과정에서 크랭크축에 발생되는 벤딩의 형태를 이해하기 쉽도록 다소 과장하여 도시한 것으로서, 도 3을 참조하면, 상기 압축력에 따른 반력은 냉매를 압축하는 편심부 중 상기 크랭크축으로부터 가장 멀리 이격된 지점에서 최대가 된다. 이로 인해서, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 크랭크축이 벤딩되고, 그 양상은 상기 편심부 중 편심정도가 최대인 지점에서 최대의 변형이 일어나게 되고, 크랭크축과 결합된 나머지 구성요소들과의 상호작용에 의해서 상기 편심정도가 최대인 지점과 동일한 지점에서 상기 제2 베어링과 크랭크축 사이의 간극이 최소화된다.

압축력의 크기에 따라서는 상기 제2 베어링과 크랭크축이 서로 접촉되는 경우도 발생될 수 있다. 따라서, 이러한 지점에 오일 통공이 형성되면 오일 통공을 통한 급유량이 현저하게 저하될 우려가 있다. 도 4는 상기 크랭크축을 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 4를 참조하면, 상기 편심부의 중심과 상기 크랭크축의 중심을 연결하는 직선 A-A가 상기 편심부 중 최대로 편심된 지점을 통과하는 것을 알 수 있다.

따라서, 상기 직선 A-A를 기준으로 하여 상기 크랭크축을 관통하도록 형성되는 한 쌍의 오일 통공(235)의 위치(크랭크축을 중심으로 한 원주방향의 각도)를 달리하여 오일 통공을 통해 급유되는 오일의 급유량을 측정한 결과를 도 5에 도시하였다.

도 5를 참조하면, 상기 한 쌍의 오일 통공이 상기 직선 A-A와 일치되게 배치되는 경우, 즉 각도가 0°인 경우에 오일 급유량이 최소였고, 90°로 교차되도록 배치되는 경우에 오일 급유량이 최대임을 알 수 있다. 여기서, 원활한 급유가 이루어지도록 하기 위해서는 급유량이 최소한 3g/min이어야 하고, 이러한 급유량이 얻어지는 지점은 상기 직선 A-A로부터 12° 내지 168° 또는 -12° 내지 -168°의 범위 내에 상기 오일 통공이 위치하여야 하는 것을 알 수 있다.

한편, 도시된 예에서 상기 오일 통공은 한 쌍이 일직선으로 배치되도록 형성되어 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 하나 또는 3개 이상의 오일 통공이 형성되는 예도 고려할 수 있다.

100 : 밀폐용기 110 : 용기본체
200 : 구동모터 210 : 고정자
230 : 크랭크축 233 : 오일유로
237 : 제1 오일유로부 238 : 제2 오일유로부
239 : 오일통공 300 : 압축유닛
400 : 제1 베어링 500 : 제2 베어링
510 : 프레임 520 : 하우징

Claims (5)

1. 밀폐용기;
   상기 밀폐용기의 내부공간에 설치되는 회전 구동부;
   상기 회전 구동부에 결합되며, 길이 방향으로 관통되게 형성되는 오일 유로 및 하단부에 편심지게 형성되어 냉매를 압축하도록 이루어지는 편심부를 갖는 크랭크축;
   상기 크랭크축에 결합되어 냉매를 흡입 압축하는 압축 기구부;
   상기 압축 기구부에 고정되어 상기 크랭크축을 지지하는 제1 베어링; 및
   상기 밀폐용기에 고정되며, 상기 크랭크축 상에서 상기 제1 베어링과 먼 쪽의 단부를 지지하는 제2 베어링;을 포함하고,
   상기 크랭크축에는 상기 오일 유로와 연통되며, 상기 제2 베어링과 마주하는 오일 통공이 형성되며,
   상기 오일 통공은 상기 크랭크축의 중심을 기준으로 하여 상기 편심부의 중심과 상기 크랭크축의 중심을 연결하는 선으로부터 12°내지 168°또는 -12°내지 -168°의 범위에 위치하는 밀폐형 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 오일 통공은 복수개로 이루어지며, 상기 각 오일 통공은, 상기 크랭크축의 중심을 기준으로 대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
3. 밀폐용기;
   상기 밀폐용기의 내부공간에 설치되는 회전 구동부;
   상기 회전 구동부에 결합되며, 길이 방향으로 관통되게 형성되는 오일 유로 및 하단부에 편심지게 형성되어 냉매를 압축하도록 이루어지는 편심부를 갖는 크랭크축;
   상기 크랭크축에 결합되어 냉매를 흡입 압축하는 압축 기구부;
   상기 압축 기구부에 고정되어 상기 크랭크축을 지지하는 제1 베어링; 및
   상기 밀폐용기에 고정되며, 상기 크랭크축 상에서 상기 제1 베어링과 먼 쪽의 단부를 지지하는 제2 베어링;을 포함하고,
   상기 크랭크축에는 상기 오일 유로와 연통되며, 상기 제2 베어링과 마주하는 오일 통공이 형성되며,
   상기 오일 통공은, 상기 냉매의 압축 과정에서 발생하는 반력으로 벤딩되는 상기 크랭크축과 상기 제2 베어링이 서로 접촉되거나 밀착되는 위치와 이격되게 상기 크랭크축을 관통하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 오일 통공은 상기 크랭크축의 중심을 기준으로 하여 상기 편심부의 중심과 상기 크랭크축의 중심을 연결하는 선으로부터 12°내지 168°또는 -12°내지 -168°의 범위에 위치하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 오일 통공은 복수개로 이루어지며, 상기 각 오일 통공은, 상기 크랭크축의 중심을 기준으로 대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.

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