밀폐형 압축기

밀폐형 압축기{HERMETIC COMPRESSOR}

본 발명은, 공기 조화 장치, 냉장고 또는 냉동기 등의 냉동 사이클에 이용되는 밀폐형 압축기에 관한 것이다.

압축기 효율을 향상하는 수법의 하나로서, 흡입구멍의 지름을 확대하여 흡입 압력 손실을 저감하는 것을 들 수 있다. 그렇지만, 압축기의 배제(排除) 용적의 확대를 위해, 흡입구멍은 실린더에 마련된 베인 홈 및 스프링 구멍에 근접하여 마련되기 때문에, 흡입구멍의 지름의 확대에는 한계가 있다.

특허 문헌 1에는, 흡입 저항을 저감시키기 위해, 실린더의 내주측에서의 흡입구멍의 구경(口徑)을 실린더의 외주측에서의 흡입구멍의 구경보다도 크게 한 구성이 기재되어 있다.

특허 문헌 2에는, 흡입 가스의 유동 저항을 저감시키기 위해, 흡입구멍의 중심축이 실린더실 내주면(內周面)의 접선에 근접하는 방향으로 경사하도록 흡입구멍을 마련한 구성이 기재되어 있다. 또한, 동 문헌에는, 흡입관 접속측에서의 흡입구멍의 중심축이 실린더의 중심을 향하고, 또한 실린더실측에서의 흡입구멍의 중심축이 실린더실 내주면의 접선에 근접하는 방향으로 경사하도록, 흡입구멍을 굴곡시킨 구성이 기재되어 있다.

특허 문헌 1에 기재된 구성에서는, 흡입구멍의 구경이 실린더의 내주측으로 확대되어 있기 때문에, 실린더 외주측부터의 천공 가공만으로는 흡입구멍을 형성할 수가 없어서, 생산성이 저하되어 버린다는 문제점이 있다.

또한, 특허 문헌 2에 기재된 구성에서는, 흡입구멍의 중심축이 실린더 외주면과 직교하지 않기 때문에, 천공 가공이 곤란해짐과 함께 밀폐 용기와의 용접부에 특수한 조인트가 필요해지고, 생산성이 저하되어 버린다는 문제점이 있다. 또한, 동 문헌에 기재된 흡입구멍을 굴곡시킨 구성에서는, 통상의 천공 가공으로는 흡입구멍을 형성할 수가 없기 때문에 생산성이 저하되어 버린다는 문제점이 있다.

본 발명은, 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 생산성의 저하를 막으면서 압축기 효율을 향상할 수 있는 밀폐형 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 밀폐형 압축기는, 밀폐 용기 내에 수용된 실린더와, 상기 실린더의 내주면에 따라 편심 회전하는 롤링 피스톤과, 상기 실린더의 내부를 흡입실과 압축실로 구획하는 베인과, 상기 베인을 상기 롤링 피스톤측으로 가세하는 베인 스프링과, 상기 실린더에 마련되고, 상기 베인 스프링을 수용하는 스프링 구멍과, 상기 실린더에 마련되고, 유체(流體)를 외부로부터 상기 흡입실로 흡입하는 흡입구멍을 가지며, 상기 흡입구멍은, 상기 실린더의 외주측부터 내주측을 향하여, 직경이 다른 복수의 부분을 갖고 있고, 상기 복수의 부분은, 상기 실린더의 내주측일수록 작은 직경으로 형성되어 있고, 상기 복수의 부분 중 상기 실린더의 최외주측 부분의 중심축은, 상기 실린더의 중심축과 교차하고 있고, 상기 복수의 부분 중 다른 부분의 중심축은, 상기 최외주측 부분의 중심축과 평행하며, 또한 당해 중심축에 대해 상기 스프링 구멍이 있는 방향과 반대측의 방향으로 편심하여 있는 것이다.

본 발명에 의하면, 흡입구멍의 최외주측 부분의 중심축을 실린더의 외주면과 직교시킬 수 있기 때문에, 흡입구멍의 천공 가공을 용이하게 행할 수 있고, 압축기의 생산성의 저하를 막을 수 있다. 또한, 흡입구멍의 다른 부분의 중심축을 스프링 구멍과 반대측의 방향으로 편심시킴에 의해, 압축기의 실린더 높이를 유지한 채로 흡입 압력 손실을 저감할 수 있기 때문에, 압축기의 압축기 효율을 향상할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 압축기(1)의 구성을 도시하는 종단면도.
도 2는 본 발명의 실시의 형태 1의 전제가 되는, 실린더 높이를 유지한 채로 배제 용적을 확대 가능한 실린더(21)의 구성을 도시하는 상면도.
도 3은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 압축기(1)의 실린더(21)의 구성을 도시하는 상면도.
도 4는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 압축기(1)의 실린더(21)에 형성되어 있는 흡입구멍(23)의 구성을 도시하는 상면도.

실시의 형태 1.

본 발명의 실시의 형태 1에 관한 밀폐형 압축기(이하, 단지 「압축기」라고 한다)에 관해 설명한다. 도 1은, 본 실시의 형태에 관한 압축기(1)(롤링 피스톤형 압축기)의 구성을 도시하는 종단면도이다. 압축기(1)는, 예를 들면, 공기 조화 장치, 냉장고, 냉동기, 자동 판매기, 급탕기 등에 이용되는 냉동 사이클의 구성 요소의 하나가 되는 것이다. 또한, 도 1을 포함하는 이하의 도면에서는, 각 구성 부재의 치수의 관계나 형상 등이 실제의 것과는 다른 경우가 있다.

도 1에 도시하는 압축기(1)는, 유체(예를 들면, 냉동 사이클을 순환하는 냉매)를 흡입하고, 그 유체를 압축하여 고온 고압의 상태로 하여 토출하는 것이다. 압축기(1)는, 압축 기구부(10)와, 압축 기구부(10)를 구동하는 전동기부(50)를 갖고 있다. 압축 기구부(10) 및 전동기부(50)는, 밀폐 용기(60) 내에 수용되어 있다. 밀폐 용기(60)의 저부에는, 부도시의 냉동기유가 저류(貯留)되어 있다.

전동기부(50)는, 고정자(51)와 회전자(52)를 구비하고 있다. 고정자(51)의 외주부는, 밀폐 용기(60)의 내주면에 고정되어 있다. 회전자(52)에는, 크랭크축(53)이 감입(嵌入)되어 있다. 크랭크축(53)에는, 서로 반대 방향(위상이 180°어긋난 방향)으로 편심한 상하 2개의 편심부(54a, 54b)가 형성되어 있다.

압축 기구부(10)는, 2개의 실린더(21, 31)와, 실린더(21) 및 실린더(31)의 사이를 구획하는 사절판(仕切板)(40)과, 실린더(21), 사절판(40) 및 실린더(31)가 축적된 적층체의 상하 양단에 배치되고, 당해 적층체의 단판(端板)을 겸하는 주축받이(11) 및 부축받이(12)와, 실린더(21) 내에 수용되고, 편심부(54a)를 감입(嵌入)시킨 롤링 피스톤(22)과, 실린더(31) 내에 수용되고, 편심부(54b)를 감입시킨 롤링 피스톤(32)을 갖고 있다. 또한, 도 1에서는 도시를 생략하고 있지만, 실린더(21, 31)의 각각의 베인 홈에는, 실린더(21, 31)의 내주측의 공간을 흡입실과 압축실(고압실)로 구획하는 베인이 삽입되어 있다.

또한, 압축기(1)는, 밀폐 용기(60)의 외측에 인접하여 마련되고, 외부(예를 들면, 냉동 사이클의 증발기측)로부터 유입한 저압 냉매를 저류하여 당해 냉매를 기액 분리하는 어큐뮬레이터(61)와, 어큐뮬레이터(61) 내의 냉매 가스를 밀폐 용기(60) 내로 흡입하는 흡입관(62, 63)과, 흡입관(62)을 통하여 흡입된 냉매 가스를 실린더(21) 내의 흡입실로 유도하는 흡입구멍(23)과, 흡입관(63)을 통하여 흡입된 냉매 가스를 실린더(31) 내의 흡입실로 유도하는 흡입구멍(33)과, 각 압축실에서 압축된 고압의 냉매 가스를 밀폐 용기(60) 내의 공간에 토출하는 토출구멍(도 1에서는 도시 생략)과, 밀폐 용기(60) 내의 공간에 토출된 고압의 냉매 가스를 외부(예를 들면, 냉동 사이클의 응축기측)으로 토출하는 토출관(64)을 갖고 있다.

이와 같이 구성된 압축기(1)에서는, 회전자(52)가 회전함으로써 회전자(52)에 감입된 크랭크축(53)이 회전하고, 크랭크축(53)의 회전에 수반하여 편심부(54a, 54b)가 회전한다. 편심부(54a)가 회전함으로써, 실린더(21)의 내부에서 롤링 피스톤(22)이 회전 활주한다. 또한, 편심부(54b)가 회전함으로써, 실린더(31)의 내부에서 롤링 피스톤(32)이 회전 활주한다. 즉, 롤링 피스톤(22, 32)은, 각각 실린더(21, 31)의 내주면에 따라 편심 회전한다.

이에 의해, 실린더(21, 31) 내의 흡입실에는 흡입관(62, 63)으로부터 냉매 가스가 흡입됨과 함께, 실린더(21, 31) 내의 압축실에서는 냉매 가스가 압축된다. 압축실에서 압축된 고압 냉매 가스는 밀폐 용기(60) 내로 토출되고, 토출관(64)으로부터 밀폐 용기(60)의 외부로 토출된다.

도 2는, 본 실시의 형태의 전제(前提)가 되는, 실린더 높이를 유지한 채로 배제 용적을 확대 가능한 실린더(21)의 구성을 도시하는 상면도이다. 또한, 실린더(31)에 관해서는, 실린더(21)와 같은 구성을 갖고 있기 때문에 도시 및 설명을 생략한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 실린더(21)는, 내주면부터 지름 방향 외측을 향하여 형성된 베인 홈(24)과, 외주면부터 지름 방향 내측(중심측)을 향하여 베인 홈(24)과 평행하게 형성된 스프링 구멍(26)을 갖고 있다. 베인 홈(24)에는, 베인(25)이 활주 자유롭게 삽입되어 있다. 스프링 구멍(26)에는, 베인(25)을 롤링 피스톤(22)측으로 가세하는 베인 스프링(30)이 수용되어 있다. 베인 스프링(30)의 가세력에 의해, 베인(25)의 선단은 롤링 피스톤(22)의 외주면에 당접(當接)한다.

또한, 실린더(21)는, 베인 홈(24) 및 스프링 구멍(26)을 둘레 방향으로 끼우고 양측에 배치된 흡입구멍(23) 및 토출구멍(27)을 갖고 있다. 흡입구멍(23)은, 실린더(21)의 내주면과 외주면의 사이를 지름 방향에 따라 관통하고 있다. 토출구멍(27)은, 실린더(21)의 내주면부터 지름 방향 외측을 향하여 형성되어 있고, 주축받이(11)(단판)에 마련된 토출구멍 및 토출 머플러를 통하여 밀폐 용기(60) 내의 공간과 연통하고 있다. 실린더(21) 내의 공간은, 베인(25)에 의해, 흡입구멍(23)에 통하는 흡입실(28)과, 토출구멍(27)에 통하는 압축실(29)로 구획된다.

흡입구멍(23)은, 실린더(21)의 외주면측에 형성된 외주측 흡입구멍(23a)과, 실린더(21)의 내주면측에 형성된 내주측 흡입구멍(23b)을 갖고 있다. 외주측 흡입구멍(23a) 및 내주측 흡입구멍(23b)의 단면(斷面) 형상은 모두 원형상(圓形狀)이다. 외주측 흡입구멍(23a)의 직경은 φD이고, 내주측 흡입구멍(23b)의 직경은, φD보다도 작은 φd(φd<φD)이다. 즉, 흡입구멍(23)은, 실린더(21)의 외주측부터 내주측을 향하여(당해 흡입구멍(23)의 중심축 방향으로), 직경이 다른 복수의 부분을 갖고 있다. 흡입구멍(23)의 복수의 부분은, 실린더(21)의 내주측일수록 작은 직경으로 형성되어 있다. 도 2에 도시하는 구성에서는, 외주측 흡입구멍(23a)의 중심축과 내주측 흡입구멍(23b)의 중심축은 동축(同軸)이고, 양 중심축은, 지면(紙面)에 수직하게 연신하는 실린더(21)의 중심축과 교차하고 있다. 스프링 구멍(26) 및 베인 홈(24)에 대한 외주측 흡입구멍(23a) 및 내주측 흡입구멍(23b)의 경사각도는 φ이다. 압축 시작을 빠르게 하고(압축 시작 각도를 작게 하고), 압축기의 체적 효율을 향상시키기 위해서는, 각도(φ)를 작게 할 필요가 있다. 이 때문에, 각도(φ)는, 내주측 흡입구멍(23b)이 스프링 구멍(26) 및 베인 홈(24)에 간섭하지 않는 범위에서 가능한 한 작은 값으로 설정된다.

도 3은, 본 실시의 형태에 관한 압축기(1)의 실린더(21)의 구성을 도시하는 상면도이다. 도 3에서는, 실린더(21) 중 도 2의 좌상(左上) 부분에 대응하는 부분만을 도시하고 있다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 본 실시의 형태의 흡입구멍(23)은, 도 2에 도시한 구성과 마찬가지로, 직경(φD)을 갖는 외주측 흡입구멍(23a)과, 직경(φD)보다도 작은 직경(φd)을 갖는 내주측 흡입구멍(23b)을 갖고 있다. 단, 본 실시의 형태에서는, 내주측 흡입구멍(23b)의 중심축(C2)은, 외주측 흡입구멍(23a)의 중심축(C1)과 평행하지만 중심축(C1)에 대해 편심하여 있다. 외주측 흡입구멍(23a)의 중심축(C1)은 실린더(21)의 중심축(C3)과 교차하고 있고, 내주측 흡입구멍(23b)의 중심축(C2)은 실린더(21)의 중심축(C3)에 대해 비틀린 위치에 있다. 중심축(C1)에 대한 중심축(C2)의 편심 방향은, 실린더(21)의 중심축(C3)에 수직한 평면 내로서, 스프링 구멍(26) 및 베인 홈(24)과는 반대측의 방향이다. 또한, 중심축(C1)에 대한 중심축(C2)의 편심량(e)은, 외주측 흡입구멍(23a)의 직경(φD)과 내주측 흡입구멍(23b)의 직경(φd)과의 차(差)의 반분 이하이다(e≤(φD-φd)/2). 즉, 외주측 흡입구멍(23a) 및 내주측 흡입구멍(23b)을 중심축(C1) 방향(실린더(21)의 지름 방향)에서 본 때, 내주측 흡입구멍(23b)의 내벽면은, 외주측 흡입구멍(23a)의 내벽면과 접하든지 또는 그것보다 내측에 위치하고 있다.

본 실시의 형태의 구성에서는, 흡입구멍(23) 중 최외주에 위치하는 외주측 흡입구멍(23a)의 중심축(C1)이 실린더(21)의 중심축(C3)과 교차하고 있다. 이 때문에, 외주측 흡입구멍(23a)의 중심축(C1)을 실린더(21)의 외주면과 직교시킬 수가 있어서, 흡입구멍(23)의 천공 가공을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 편심량(e)은, 외주측 흡입구멍(23a)의 직경(φD)과 내주측 흡입구멍(23b)의 직경(φd)과의 차의 반분 이하이다. 이 때문에, 흡입구멍(23)을 형성할 때, 1회의 워크 고정으로 실린더(21)의 외주측부터 천공 가공을 순차적으로 행할 수 있다. 따라서 압축기(1)의 생산성의 저하를 막을 수 있다.

또한, 본 실시의 형태의 구성에서는, 도 2에 도시한 구성과 동등한 각도(φ)를 유지하면서, 도 2에 도시한 구성과 비교하여, 내주측 흡입구멍(23b)의 직경(φd)을 편심량(e)의 2배분(倍分)만큼 확대할 수 있다. 즉, 압축기(1)의 실린더 높이를 유지한 채로, 흡입 압력 손실을 저감할 수 있다. 이 점에 관해 도 4를 이용하여 설명한다.

도 4는, 본 실시의 형태에 관한 압축기(1)의 실린더(21)에 형성되어 있는 흡입구멍(23)의 구성을 도시하는 상면도이다. 도 4에서는, 도 2에 도시한 구성에서의 내주측 흡입구멍(23b)의 내벽면을 파선으로 도시하고 있다. 여기서, 도 2에 도시한 구성에서의 내주측 흡입구멍(23b)의 직경을 φd1로 하고, 본 실시의 형태의 내주측 흡입구멍(23b)의 직경을 φd2로 한다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 본 실시의 형태에서는, 내주측 흡입구멍(23b)의 중심축(C2)을 외주측 흡입구멍(23a)의 중심축(C1)에 대해 스프링 구멍(26) 및 베인 홈(24)과 반대측(도 4에서는 좌하 방향)으로 편심시키고 있다. 이에 의해, 내주측 흡입구멍(23b)에서의 스프링 구멍(26) 및 베인 홈(24)측(도 4에서는 우측)의 내벽면의 위치를 유지한 채로, 즉 각도(φ)를 실질적으로 유지한 채로, 내주측 흡입구멍(23b)의 직경(φd2)을 직경(φd1)보다도 편심량(e)의 2배분(倍分)만큼 확대할 수 있다(φd2=φd1+2e). 따라서 실린더 높이를 유지한 채로 배제 용적을 확대 가능한 압축기(1)에 있어서, 더욱 흡입 압력 손실을 저감할 수 있기 때문에, 압축기 효율을 더욱 향상할 수 있다. 이에 의해, 압축기(1)의 능력을 유지하면서 소형 경량화를 도모할 수 있음과 함께, 압축기(1)를 이용한 공기 조화 장치, 냉장고 또는 냉동기 등에서 에너지 절약화를 실현할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시의 형태에 관한 압축기(1)는, 밀폐 용기(60) 내에 수용된 실린더(21)와, 실린더(21)의 내주면에 따라 편심 회전하는 롤링 피스톤(22)과, 실린더(21)의 내부를 흡입실(28)과 압축실(29)로 구획하는 베인(25)과, 베인(25)을 롤링 피스톤(22)측에 가세하는 베인 스프링(30)과, 실린더(21)에 마련되고, 베인 스프링(30)을 수용하는 스프링 구멍(26)과, 실린더(21)에 마련되고, 유체를 외부로부터 흡입실(28)로 흡입하는 흡입구멍(23)을 갖고 있다. 흡입구멍(23)은, 실린더(21)의 외주측부터 내주측을 향하여, 직경이 다른 복수의 부분을 갖고 있다. 흡입구멍(23)의 복수의 부분은, 실린더(21)의 내주측일수록 작은 직경으로 형성되어 있다. 복수의 부분 중 실린더(21)의 최외주측 부분(본 예에서는, 외주측 흡입구멍(23a))의 중심축(C1)은, 실린더(21)의 중심축(C3)과 교차하고 있다. 복수의 부분 중 다른 부분(본 예에서는, 내주측 흡입구멍(23b))의 중심축(C2)은, 최외주측 부분의 중심축(C1)과 평행하며, 또한 당해 중심축(C1)에 대해 스프링 구멍(26)이 있는 방향과 반대측의 방향으로 편심하여 있다.

이 구성에 의하면, 최외주측 부분의 중심축(C1)을 실린더(21)의 외주면과 직교시킬 수 있기 때문에, 흡입구멍(23)의 천공 가공을 용이하게 행할 수 있고, 압축기(1)의 생산성의 저하를 막을 수 있다. 또한, 압축기(1)의 실린더 높이를 유지한 채로 흡입 압력 손실을 저감할 수 있기 때문에, 압축기(1)의 압축기 효율을 더욱 향상할 수 있다.

또한, 복수의 부분 중 최외주측부터 2번째 부분(본 예에서는, 내주측 흡입구멍(23b))의 중심축(C2)의, 최외주측 부분의 중심축(C1)에 대한 편심량(e)은, 최외주측 부분의 직경(φD)과 2번째 부분의 직경(φd)과의 차의 반분 이하이다.

또한, 복수의 부분 중 실린더(21)의 최내주측 부분(본 예에서는, 내주측 흡입구멍(23b))의 중심축(C2)의, 최외주측 부분의 중심축(C1)에 대한 편심량(e)은, 최외주측 부분의 직경(φD)과 최내주측 부분의 직경(φd)과의 차의 반분 이하이다.

이 구성에 의하면, 흡입구멍(23)을 형성할 때, 1회의 워크 고정으로 실린더(21)의 외주측부터 천공 가공을 순차적으로 행할 수 있기 때문에, 압축기(1)의 생산성의 저하를 막을 수 있다.

그 밖의 실시의 형태.

본 발명은, 상기 실시의 형태로 한하지 않고 여러가지의 변형이 가능하다.

예를 들면, 상기 실시의 형태에서는, 직경이 다른 2개의 부분(외주측 흡입구멍(23a), 내주측 흡입구멍(23b))을 구비한 흡입구멍(23)을 예로 들었지만, 흡입구멍(23)은, 직경이 다른 3개 이상의 부분(내주측일수록 직경이 작아지는 3개 이상의 부분)을 구비하고 있어도 좋다. 이 경우, 흡입구멍(23) 중 실린더(21)의 최외주측부터 2번째에 위치하는 부분의 중심축과, 흡입구멍(23) 중 실린더(21)의 최외주측에 위치하는 부분의 중심축과의 사이의 편심량은, 상기 최외주측 부분의 직경과 상기 2번째 부분의 직경과의 차의 반분 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 흡입구멍(23) 중 실린더(21)의 최내주측에 위치하는 부분의 중심축과, 흡입구멍(23) 중 실린더(21)의 최외주측에 위치하는 부분의 중심축 사이의 편심량은, 상기 최외주측 부분의 직경과 상기 최내주측 부분의 직경과의 차의 반분 이하로 되도록 한 것이 바람직하다.

또한, 상기 실시의 형태에서는, 2개의 실린더(21, 31)를 구비한 압축기(1)를 예로 들었지만, 본 발명은, 하나 또는 3개 이상의 실린더를 구비한 압축기에도 적용할 수 있다.

또한, 상기한 각 실시의 형태나 변형례는, 서로 조합시켜서 실시하는 것이 가능하다.

1 : 압축기
10 : 압축 기구부
11 : 주축받이
12 : 부축받이
21, 31 : 실린더
22, 32 : 롤링 피스톤
23, 33 : 흡입구멍
23a : 외주측 흡입구멍
23b : 내주측 흡입구멍
24 : 베인 홈
25 : 베인
26 : 스프링 구멍
27 : 토출구멍
28 : 흡입실
29 : 압축실
30 : 베인 스프링
40 : 사절판
50 : 전동기부
51 : 고정자
52 : 회전자
53 : 크랭크축
54a, 54b : 편심부
60 : 밀폐 용기
61 : 어큐뮬레이터
62, 63 : 흡입관
64 : 토출관
C1, C2, C3 : 중심축