KR930006370B1 - 냉매압축기에서의 피스톤용 피스톤링 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

냉매압축기에서의 피스톤용 피스톤링

제1a도는 본 발명의 피스톤 및 실린더의 단면도.

제1b도는 제1a도의 부분(A)의 확대도.

제2도는 본 발명에 의한 만곡면이 있는 원추형 피스톤링의 확대 단면도.

제3도는 본 발명에 의한 만곡면이 있는 또다른 실시예의 피스톤링의 확대 단면도.

제4도는 본 발명에 의한 피스톤링의 작동을 나타내는 확대 단면도.

제5도는 본 발명에 의한 피스톤링 냉매압축기의 단면도.

제6도는 종래의 피스톤과 실린더의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 실린더 케이싱 2 : 실린더

3 : 밸브판 4 : 흡입실

5 : 배출실 6 : 실린더헤드

7 : 구동축 16 : 피스톤

16a,16b : 홈부 17a,17b : 원추형 피스톤링

21 : 경사부

본 발명은 냉매압축기에 관한 것으로서, 특히 개량된 피스톤링을 갖고 있는 피스톤형 냉매압축기에 관한 것이다.

종래의 피스톤형 냉매압축기에서는, 피스톤이 철주물로 제조된 실린더내에서 왕복운동되었다. 철주물은 철이 내구력 및 내마모성이 있기 때문에 사용되었다. 이러한 철의 특성은 자동차 공기조화시스템용 압축기의 경우에 특히 중요한 것이다. 일반적으로, 철실린더 및 철주물로 제조된 실린더 라이너는 알루미늄 합금으로 제조된 케이싱내에 삽입되게 된다.

철주물로 제조된 실린더 라이너나 실린더를 압축기에 사용할 때는 실린더나 실린더 라이너의 중량을 일정량 이하로 감소시킬 수가 없다. 실린더나 실린더 라이너는 실린더 라이너가 케이싱에 삽입될 때 어떠한 변형도 일어나지 않도록 충분한 강도를 갖기 위해 일정 두께 이상의 두께를 가져야만 한다. 실린더나 실린더 라이너는 또한 실린더 라이너가 열변형을 받지 않게 충분히 두꺼워야만 한다. 그러나, 실린더 라이너가 상기한 바와같은 요건을 만족시키기에 충분한 두께로 제조된다면, 실린더 라이너를 포함하는 케이싱의 하중이 필요이상으로 커지게 된다. 또한, 상기한 형태의 실린더 라이너는 2단계 제조 즉, 분리된 철주조 실린더 라이너를 제조하여 실린더 라이너와 케이싱을 조립하는 단계를 거치므로 그 제조 비용이 높다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 케이싱에 사용된 동일한 알루미늄 합금으로 실린더 라이너를 제조하여 왔다. 그러나, 실린더 라이너에 알루미늄 합금을 사용하므로써 압축기에서 피스톤링을 사용하기가 곤란하게 되었다. 일반적으로 피스톤 링은 피스톤의 외측면에 놓여져서 압축기의 실린더실과 크랭크실 사이를 밀폐하는 작용을 한다. 그러나, 알루미늄 합금으로 제조된 실린더에서는 일반적으로 피스톤 링을 사용할 수가 없는데, 왜냐하면 통상적으로 피스톤링의 경도가 알루미늄 주조 실린더 라이너의 경도보다 높기 때문이다. 따라서 경한 피스톤링이 연한 알루미늄 실린더 라이너를 손상시키게 된다.

제6도에는 종래의 요동판식(wobble plate type) 압축기의 피스톤이 도시되어 있고, 연결봉(15')에 연결된 피스톤(16')과, 피스톤링(17') 및 실린더 라이너(19')가 나타나 있다. 요동판식 압축기에서는, 제6도에서 피스톤이 약간 경사진 위치로 도시된 바와같이, 피스톤(16')이 완전한 왕복운동을 할 수 없는데, 왜냐하면 피스톤(16')에 연결된 연결봉(15')이 그 공정동안 실린더 라이너(19')의 중심선과 평행을 유지할 수 없기 때문이다. 측압 F는 피스톤(16')의 외측면(18')상에서 발생되어 피스톤(16')의 하단부를 실린더 라이너(19')쪽으로 향하게 한다. 따라서, 피스톤(16')의 측면이 실린더 라이너와 접촉하게 되어 피스톤의 라이너가 손상을 입게 된다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 미합중국 특허출원제 684,332호에 대응하는 일본국 실용신안등록출원제 58-197942호에서 개량된 피스톤 구조가 제안되었다. 상기 출원에서는 피스톤 상부 및 그 하부에서 그 외면에 두 개의 홈부를 형성시키고 있다. 원추형의 플라스틱으로 만들어진 피스톤링이 이들 홈부에 놓여진다. 상기한 구조로서 피스톤의 경사문제는 해결될지라도, 피스톤링의 모서리는 여전히 실린더 라이너의 표면상에서 미끄러져 피스톤링과 실린더 라이너 사이의 마멸을 유도하는 문제가 남아 있게 된다.

따라서 본 발명의 주목적은 특정 만곡형태로 인해 마모를 피할 수 있는 피스톤링을 가진, 냉매압축기용 피스톤을 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 밀폐를 개량시킨 냉매압축기용 피스톤의 피스톤링을 제공함에 있으며, 특히 저속과 중간 속도 사이의 범위로 속도를 변화시킬 수 있는 압축기에 있어서, 특정 만곡 형태가 있는 피스톤링을 제공하여 압축기 용량을 향상시키도록 피스톤링의 밀폐효율을 개량시킴에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 냉매압축기 특히, 고속고압으로 작동하는 속도 가변형 압축기에 이러한 고속 및 고압상태에 대응할 수 있는 만곡형태를 갖는 개량된 피스톤링을 구비시켜 압축기의 성능을 향상시킴에 있다. 이러한 점에서, 고속고압으로 작동하는 모터 구동 냉매압축기에 있어서는 모터에 대한 마력손실을 감소시키기 위함이 본 발명의 또다른 목적이라 할 수 있다.

본 발명의 또다른 목적은 종래의 피스톤링과 비교하여 매우 얇아 그 비용이 감소될 수 있는, 피스톤형 압축기의 피스톤용 피스톤링을 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 플라스틱재로부터 그 제조를 용이하게 하고 그 유연성으로 인해 피스톤링의 설치를 용이하게 하는, 만곡형태를 갖고 있는 피스톤링을 제공함에 있다.

냉매압축기는 피스톤의 외면상에 두 개의 원추형 홈부가 있는 피스톤을 포함하고 있는데, 하나의 홈부는 상부 근처에 있고 다른 하나는 하부 근처에 있다. 플라스틱으로 제조된 원추형 피스톤링은 홈부에 놓여지게 된다. 피스톤의 외부직경 보다 더 큰 외부직경을 갖고 있는 피스톤링은 만곡면 형태를 갖고 있어서 피스톤링의 한 축방향 단부에서 만곡면의 외부 직경이 다른 직경 다른 축방향 단부에서의 외부직경보다 작다.

본 발명의 또다른 목적 및 특징들은 첨부되는 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 상세하게 설명하는 이하로부터 명백해질 것이다.

제5도에는, 알루미늄 합금으로 제조된 실린더형 케이싱(1), 밸브판(3)을 통해 케이싱(1)의 한 단부에 연결된 실린더헤드(6), 또 케이싱(1)의 다른 단부에 연결된 전방하우징(8)을 포함하는 요동판형 압축기가 도시되어 있다. 다수의 실린더(2)는 동일한 각도로 압축기의 축주위에 방사형으로 배치되어 있다. 밸브판(3)은 실린더내의 실린더(2)의 개방 단부와 인접해 있다. 흡입실(4)과 배출실(5)은 실린더헤드(6)내에 형성된다. 구동축(7)은 실린더(2)의 개방 단부에 마주하는 케이싱(1)의 전방 단부에 부착된 전방하우징(8)에 의해 중앙에 지지된다. 쐐기형 로우터(9)는 구동축(7)의 내부 단부에 부착되며 트러스트 베어링(21)에 의해 하우징(8)에 대해 축방향으로 지지된다. 요동판(11)은 트러스트 베어링(10)을 통하여 쐐기형 로우터(9)의 경사면상에 배치된다. 베벨기어(12)는 요동판(11)의 중심에 부착된다. 베벨기어(12)는 강구(steel ball)(13)를 통해 케이싱(1)의 중심에서 구멍(1a)에 설치된 베벨기어(14)로 기어링되어 있다. 연결봉(15)의 한 단부는 요동판의 외부면에서 요동판(11)에 연결되고, 연결봉(15)의 다른 단부는 실린더(2)에 배치된 피스톤(16)에 연결된다. 제5도에는 도시되어 있지 않지만, 다수의 피스톤(16)과 연결봉(15)은 요동판(11)에 연결되어 실린더(2)내에 놓여진다.

제1a 및 b도에서, 각 홈부(16a,16b)는 피스톤(16)의 외부 원주면상에 형성된다. 이들 홈부중 하나는 피스톤의 상부 근처에 위치하고, 다른 하나는 하부 근처에 위치한다. 외부만곡면을 가진 원추형 피스톤링(17a)은 피스톤(16)의 가장 가까운 축단부에 면하는 큰 직경의 축단부를 가지고 홈부(16a)내에 있게 된다. 원추형 피스톤링(17b)은 원추형 피스톤링(17a)에 의해 향해진 단부와 마주하는, 피스톤(16)의 가장 가까운 축단부에 면하는 큰 직경의 축단부를 가지고 홈부(16b)내에 있게 된다. 즉, 피스톤링(17a,17b)의 보다 큰 직경의 축단부가 피스톤(16)의 반대 단부를 향하게 된다. 또한, 피스톤링(17a,17b)의 외부직경이 정상온도에서는 피스톤(16)의 외부직경보다 크다.

제2도에는 피스톤링(17a,17b)의 형태가 도시되어 있다. 이 피스톤링(17a,17b)은 외부에 만곡면이 있는 원추형이다. 이 외부만곡면은 요면(concave) 이며 다른쪽보다 한쪽 축단부의 직경이 커서 피스톤링이 측면으로 돌출되어 있다. 바람직한 실시예에서, 피스톤링은 플라스틱 예를들어, 폴리테트라플루오로에틸렌 수지로 만들어진다.

제3도에는 원추형 피스톤링(17a,17b)용 사전조립형태가 나타나 있다. 이러한 사전조립형태에서는 피스톤링(17a,17b)의 내부 직경이 피스톤(16)의 홈부(16a,16b)의 내부면의 내부직경 보다 작다. 원추형 피스톤링(17a,17b)을 홈부(16a,16b)에 설치할 때는, 원추형 피스톤링(17a,17b)의 내부직경이 홈부(16a,16b)의 내부면의 직경에 적합하도록 학대되게 힘을 받는다. 예를들어, 원추형 피스톤링(17a,17b)은 내부직경이 확대되어 링이 제2도에 도시된 형태에 유사한 형태를 취할 때까지 제3도는 화살표에 반대되는 방향으로 테이퍼(taper)진 면을 먼저 누르게 된다. 다음에 제3도의 확대된 링은 중간의 실린더형 홀더에 놓여지고 여기에서 화살표 방향으로 피스톤 상에 삽입된다. 따라서, 원추형 피스톤링(17a,17b)은 제2도의 피스톤링과 아주 유사하게 외측으로 돌출하는 만곡면이 있는 거의 원추형태로 홈부(16a,16b)에 놓여지게 된다.

양자 모두 외부만곡면을 갖고 있는 상기 제2, 3도의 실시예의 어느 하나의 원추형 피스톤링(17a,17b)이 홈부(16a,16b)내에 놓여지면, 이들 원추형 피스톤링의 외부만곡면은 제4도에서와 같이 실린더(2)의 내부면과 접촉하게 된다. 따라서, 원추형 피스톤링(17a,17b)의 모서리가 실린더(2)의 내부면에 접촉하지 않게되고, 한정된 접촉점의 매끄러운 면이 실린더(2)의 벽과 접촉하게 되어 실린더(2)의 내부면과 원추형 피스톤링(17a,17b)간의 마모를 방지하게 된다.

피스톤(16)의 실린더(2)에서 왕복운동할 때는, 홈부(16a)에 배치된 만곡형 피스톤링(17a)의 형태와 위치가 실린더(2)의 내부에서 크랭크실(20)의 외부로 냉매가 누출되는 것을 방지한다. 제1b도에서와 같이 피스톤링(17a)은 외부를 향해 개방되도록 위치되거나 피스톤(16)의 축단부에 아주 가깝도록 위치되어진다. 피스톤(16) 홈부(16a)의 최외부측을 따라서는 경사부(bevel)(21)가 있다. 따라서, 압축행정중 실린더(2)내의 가스압력이 피스톤링(17a)의 후면을 향해 작용해서 피스톤링(17a)의 외부만곡면이 실린더(2)의 내부벽(19)을 향하게 한다. 이것은 피스톤의 작동중, 특히 저속과 중간속도사이의 범위에서 피스톤(16)과 실린더(2)간의 밀폐를 상당히 향상시키게 된다. 피스톤링(17b)은 피스톤(16)이 경사지는 것을 억제시켜 실린더(2)의 내부면(19)과 피스톤(16)의 외부면이 접촉하는 것을 방지시킨다.

제4도에는 피스톤링(17a)의 작동이 보다 상세하게 나타나고 있고, 이하에서는 중간속도에서 고속까지의 범위와 관련하여 설명한다. 도면에는 경사부(21)가 있는 피스톤(16)과 피스톤링(17a)이 도시되어 있다. 압축된 유체는 화살표(a) 방향으로 흘러서 피스톤링(17a)의 만곡 형태로 인해 피스톤링(17a)의 상부 테두리에서 화살표(b)와 (c) 방향으로 분할된다. 피스톤(16)의 활주 속도가 중간속도에서 고속으로 변해지면, 화살표(b)의 방향으로 흐르는 압축 유체의 용적이 증가되어 블루우 바이(blow-by)가스의 용적이 점진적으로 증가된다. 따라서, 압축기의 압축 용량은 중간 속도와 고속 사이의 범위에서 최대화되고, 과도한 고압이 발생되지 않아 마력 손실이 방지된다.

본 발명을 바람직한 실시예를 통해 상세하게 기술하였지만, 상기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것 뿐이지 본 발명을 이에 국한하려는 것은 아니다. 본 발명의 기술분야의 당업자들은 본 발명의 범위내에서 또다른 변형과 수정이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. 다수의 실린더와 이 실린더에 인접한 크랭크실을 갖춘 압축기 하우징, 상기 각각의 실린더내에 활주할 수 있게 설치된 왕복운동할 수 있는 피스톤, 상기 피스톤을 왕복운동으로 움직이게 상기 피스톤에 연결된 구동수단, 상기 실린더의 한 단부를 덮는 밸브개방부가 있는 밸브판 및, 상기 밸브판을 덮으며 상기 밸브개방부와 중심이 맞는 흡입실 및 배출실을 포함하는 실린더헤드를 포함하는 냉매압축기에 있어서, 상기 각 피스톤의 외부주변면 상에서 마주보는 단부쪽으로 갖춰진 두 개의 환형홈부와, 상기 각 환형홈부내에 배치되며 정상온도에서는 상기 피스톤의 외부직경보다 큰 외부직경을 갖는 원추형 피스톤링을 포함하고, 상기 원추형 피스톤링은 만곡면을 갖고 있어서 상기 피스톤의 한 단부에서 상기 만곡면의 외부직경이 다른 단부에서의 외부직경보다 더 작음을 특징으로 하는 냉매압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 각 피스톤링의 베이스가 외부로 면하거나 상기 피스톤의 축단부에 최대 밀착되도록 상기 원추형 피스톤링이 배치됨을 특징으로 하는 냉매압축기.
3. 제1항에 있어서, 상기 각 원추형 피스톤링은 이 링이 상기 홈부에 놓여지기 전에는 상기 홈부의 저부면의 직경 보다 더 작은 내부직경을 갖고 있음을 특징으로 하는 냉매압축기.
4. 제1항에 있어서, 상기 밸브판 쪽으로 상기 피스톤의 외측부분상에 배치된 환형 홈부가 실린더를 향하는 경사진 립(lip)부분을 갖고 있음을 특징으로 하는 냉매압축기.
5. 제1항에 있어서, 상기 피스톤링이 수지로 만들어짐을 특징으로 하는 냉매압축기.

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