KR0162392B1 - 리니어 압축기의 축방향 밸브장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리니어 압축기의 축방향 밸브장치에 관한 것으로, 토출 밸브를 제1 토출 밸브와, 제2 토출 밸브의 이중 구조로 구성하되, 상기 제2 토출 밸브의 후방에 스토퍼를 배치하여, 밸브의 응답성을 보다 신속하게 하면서 밸브 개폐 동작의 신뢰성을 향상 시키며, 또한 흡입 밸브의 축방향 유동을 방지하여, 피스톤의 윤활 성능을 위한 오일에 의하여 흡입 밸브가 달라 붙거나, 흡입 밸브의 마찰 현상을 배제함으로써 리니어 압축기의 효율을 보다 향상시키도록 한 것이다.

Description

리니어 압축기의 축방향 밸브장치

제1도는 일반적인 리니어 압축기의 구성을 보인 단면도.

제2도 내지 제4도는 종래 기술에 의한 리니어 압축기에 적용된 축방향 밸브장치의 일례를 보인 것으로,

제2도는 부분 분해 단면도.

제3도는 압축 행정시의 단면도.

제4도는 흡입 행정시의 단면도.

제5도 내지 제8도는 종래 기술에 의한 리니어 압축기에 적용된 축방향 밸브장치의 다른 예를 보인 것으로,

제5도는 전체 구조를 설명하기 위한 단면도.

제6도는 압축 행정시의 단면도.

제7도는 제1 토출 밸브의 사시도.

제8도는 제2 토출 밸브의 사시도.

제9도는 본 발명에 의한 리니어 압축기의 축방향 밸브장치를 보인 단면도.

제10도 내지 제13도는 본 발명에 의한 리니어 압축기의 축방향 밸브장치에 적용되는 부품 구성도로서,

제10도는 흡입 밸브의 정면도.

제11도의 (a) 및 (b)는 제1 토출 밸브의 배면도 및 단면도

제12도는 제2 토출 밸브의 정면도.

제13도의 (a) 및 (b)는 스토퍼의 정면도 및 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : 실린더 22 : 피스톤

22a : 피스톤공 23 : 피스톤핀

24 : 흡입 밸브 24a : 고정공

24b : 흡입 개폐부 25 : 헤드 커버

25a : 내부 수납홈 26 : 제1 토출 밸브

27 : 제2 토출 밸브 28 : 스토퍼

28a : 요입부 28b : 냉매 토출공

29 : 탄성부재

본 발명은 리니어 압축기(Linear Compressor)의 축방향 밸브장치(Axial Flow Valve System)에 관한 것으로, 특히 밸브의 응답성을 보다 신속하게 하면서 밸브 개폐 동작의 신뢰성을 향상시킴으로써 전체적인 효율의 향상에 기여할 수 있게 한 리니어 압축기의 축방향 밸브장치에 관한 것이다.

최근 들어, 크랭크샤프트를 적용한 압축기의 여러 단점을 해결하기 위하여, 크랭크샤프트의 사용을 배제하는 대신에 마그네트 및 코일을 이용하여 피스톤을 직접 왕복 이동시킴으로써 부품 수의 감소로 제조원가를 절감시키고, 생산성을 향상시키는 동시에 모터 효율을 90% 이상으로 상승시키며, 소비 전력을 저감시킬 수 있도록 한 개선된 형태의 리니어 압축기가 알려지고 있다.

제1도는 종래 기술에 의한 전형적인 리니어 압축기의 일례를 보인 것으로, 소정의 형상을 갖는 밀폐 용기(1)와, 상기 밀폐 용기(1)의 내부에 바닥면으로부터 소정의 높이를 두고 설치되는 실린더(2)와, 상기 실린더(2)의 내부에 일체로 조립되는 코일 조립체(3)(3')와, 상기 실린더(2)의 일측 단부에 고정되는 피스톤 스프링(4)과, 상기 피스톤 스프링(4)의 내측 중간부에 고정되어 실린더(2)에 직선 왕복 이동이 가능하도록 결합되는 피스톤(5)과, 상기 피스톤(5)의 외주면에 부착 고정되는 마그네트(6)와, 상기 피스톤 스프링(4)과 밀폐 용기(1)의 사이에 연결 설치되어 피스톤 스프링(4)을 탄력 지지하는 수개의 마운팅 스프링(7)과, 상기 실린더(2)의 일측면 중간부에 고정 설치되는 밸브 조립체(8)와, 상기 밸브 조립체(7)의 양측에 설치되는 흡입측 소음기(9) 및 토출측 소음기(10) 등으로 구성되어 있다.

상기와 같은 리니어 압축기는, 실린더(2)에 고정된 코일 조립체(3)(3') 및 피스톤(5)에 고정된 마그네트(6)가 리니어 모터(linear motor)의 기능을 수행하는 것으로, 전자기 에너지 및 탄성 에너지에 의하여 피스톤(5)이 실린더(2)의 내부에서 계속 직선 왕복 운동을 하면서 밸브 조립체(8)에 형성된 흡입 밸브를 통하여 냉매를 흡입하고 압축 공간(C)에서 압축한 후, 토출 밸브를 통하여 토출시키는 동작을 반복적으로 수행하게 된다.

상기와 같은 리니어 압축기는 냉매의 흐름을 조절하는 밸브의 개폐 동작을 보다 확실하게 하는 것이 효율을 향상시키는 기본적인 요인으로 작용하게 되는 바, 이를 위하여 냉매의 흐름 방향을 피스톤의 이동 방향과 동일하도록 구성한 축방향 밸브장치(Axial Flow Valve System)가 알려지고 있다.

제2도는 리니어 압축기에 적용되는 종래 기술에 의한 이너셔(inertia) 방식 축방향 밸브장치의 일례를 보인 것으로, 실린더(2A)의 내주면 소정 부위에 실린더홈(2a)이 형성되어 있고, 그 실린더홈(2a)에 외부와 통하는 냉매 흡입공(2b)이 형성되어 있으며, 상기 실린더(2A)의 내부 수납되는 피스톤(5A)의 선단부 외주면에 전면과 통하는 피스톤홈(5a)이 형성되어 있고, 상기 피스톤(5A)의 선단면 중앙부에 흡입 밸브(11)가 피스톤핀(12)으로 코킹(caulking)으로 고정되어 있으며, 그 흡입 밸브(11)는 좌,우 유동이 가능하도록 결합되어 있어, 피스톤(5A)의 이동 방향에 따라 냉매의 흐름을 조절하게 된다.

또한, 상기 실린더(2A)의 일측면에 헤드 커버(13)가 설치되어 있고, 그 헤드 커버(13)의 내부에 토출 밸브(14) 및 스프링(15)이 삽입되어 있어, 실린더(2A)의 압축 공간(C)에서 압축된 냉매 가스가 스프링(15)의 탄성을 이기고 토출 밸브(14)를 밀면서 헤드 커버(13)틀 통하여 토출되도록 되어 있다.

도면중 미설명 부호 5b는 나사체결공, 11a는 흡입 밸브(11)의 핀공을 보인 것이다.

상기한 리니어 압축기의 축방향 밸브장치는, 냉매가 실린더(2A)의 냉매 흡입공(2b) 및 피스톤홈(5a)을 통하여 피스톤(5A)의 내부로 흡입되며, 피스톤(5A)이 흡입 행정을 위하여 토출 밸브(14)의 반대 방향으로 이동하게 되면, 흡입 밸브(11)가 관성에 의하여 열리게 되므로, 냉매가 흡입 밸브(11)와 피스톤(5A) 사이의 틈새로 흘러 압축 공간(C)을 채우게 된다. 이때, 흡입 밸브(11)는 피스톤핀(12)에 의하여 소정의 길이 이상으로 나오지 않는다.

이후, 제3도에 도시한 바와 같이, 냉매의 압축 행정시에는 압축 공간(C)의 냉매가 압축되어 스프렁(15)의 탄성을 이기고 토출 밸브(14)를 밀면서 헤드 버버(13)를 통하여 토출되며, 이때 실린더(2A)의 전면에 흡입 밸브(11)가 긴밀하게 접촉하여 간극 체적(clearance volume)을 최소로 유지하게 된다.

다시, 상기한 피스톤(5A)의 압축 행정 후에는 제4도에 도시한 바와 같이, 피스톤(5A)이 그 피스톤(5A)의 전면으로부터 이격된 흡입 밸브(11)를 끌고 이동하게 되어 흡입 과정을 반복하게 되며, 이때 토출 밸브(14)는 스프링(15)의 복원력에 의하여 초기의 상태로 복귀된다.

한편, 제5도 내지 제8도는 종래 기술에 의한 다른 형태의 축방향 밸브장치를 보인 것으로, 그 구성을 살펴 보면, 헤드 커버(13)의 내부에 제1 토출 밸브(14A)와 제2 토출 밸브(14B)를 개재하여 구성하였다.

상기 제1 토출 밸브(14A)의 중앙부에 냉매 토출공(14a)이 형성되어 있으며, 상기 제2 토출 밸브(14B)는 제1 토출 밸브(14A)의 냉매 토출공(14a)을 개폐시킬 수 있는 형상의 나선 형태로 형성되어 있다.

도면중 제2도와 실질적으로 동일한 부분에 대하여는 동일 부호를 부여하였다.

상기와 같은 리니어 압축기의 축방향 밸브장치는, 냉매가 실린더(2A)의 냉매 흡입공(2b) 및 실린더홈(2a)을 통하여 피스톤(5A)의 내부로 흡입된 후, 피스톤(5A)의 피스톤홈(5a)을 통하켜 실린더(2A)와 흡입 밸브(11) 사이의 틈새로 흘러 압축 공간(C)을 채우게 된다. 이때, 흡입 밸브(11)는 피스톤핀(12)에 의하여 소정의 길이 이상으로 나오지 않는다.

이후, 피스톤(5A)이 압축 행정을 위하여 제1 토출 밸브(14A)의 방향으로 이동하게 되면, 압축 냉매는 제1 토출 밸브(14A)의 토출공(14a)으로 흘러 가고, 제6도에 도시한 바와 같이, 피스톤핀(12)이 제1 토출 밸브(14A)의 토출공(14a)에 끼워진 상태에서 계속 압축 공정이 진행되면, 제2 토출 밸브(14B)가 자체적으로 밀려나 개방됨으로써 냉매가 헤드 커버(13)를 통해 토출되는 것이다. 즉, 제2 토출 밸브(14B)는 자체적인 강성에 의하여 개폐되므로 밸브의 응답성이 향상된다.

한편, 피스톤(5A)의 선단부가 제1 토출 밸브(14A)가 충돌될 경우에는, 그 제1 토출 밸브(14A)와 함께 제2 토출 밸브(14B)도 스프링(15)의 탄성력에 의하여 밀려나게 되므로 밸브의 작동이 안정화된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술에 의한 리니어 압축기의 축방향 밸브장치에 있어서, 전자의 경우에는 토출 밸브(14)가 스프링(15)에 의하여 탄력적으로 지지되어있으므로, 냉매의 토출 행정시 토출 밸브(14)의 응답성이 느릴 뿐만 아니라, 피스톤(5A)의 윤활 성능을 향상시키기 위한 오일에 의하여 흡입 밸브(11)가 피스톤(5A)의 전면에 들러 붙거나, 흡입 밸브(11)와 피스톤핀(12)의 사이에서 마찰이 발생되거나, 또는 피스톤핀(12)이 결합되는 흡입 밸브(11)의 핀공(11a)이 흡입 밸브(11)의 반복되는 이동에 의하여 직경이 커지게 되므로, 흡입 밸브(11)의 동작이 불안정하여 리니어 압축기의 효율이 저하되는 단점이 있었다.

또한, 후자의 경우에는 제1 토출 밸브(14A)와 제2 토출 밸브(14B)의 이중 토출 밸브 구조를 채택하여, 토출 밸브의 응답성을 신속하게 하는 잇점이 있으나, 흡입 밸브(11)가 축방향으로 이동되는 구조를 채택하여, 오일에 의한 여러 단점을 해소하기 못하였으며, 뿐만 아터라, 제2 토출 밸브(14B)가 탄성들 갖는 얇은 박판 형상이므로 냉매의 토출시 변위가 과다하여 장시간 동안 사용할 경우, 밸브의 동작에 따른 신뢰성이 저하되는 등의 여러 문제점이 있었다.

본 발명의 주 목적은 밸브의 응답성을 보다 신속하게 하면서 밸브 개폐 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한 리너어 압축기의 축방향 밸브장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 피스톤의 윤활 성능을 위하여 공급되는 오일에 의하여 흡입밸브가 달라 붙거나, 흡입 밸브의 마찰 현상을 배제하여, 효율을 향상시킬 수 있도록 한 리니어 압축기의 축방향 밸브장치를 제공함에 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 실린더의 내부에 수납되는 피스톤의 선단면 숭앙부에 피스톤핀으로 유동됨이 없이 긴밀하게 면 접촉으로 고정되어 흡입 냉매 를 통과시키기 위하여 중앙부에 피스톤 핀의 체결을 위한 고정공이 형성되고, 주변부에 피스톤의 피스톤 공을 개폐하기 위한 흡입 개폐부를 구비하며, 상기 실린더의 일측면에 고정되는 헤드 커버의 내부 수납홈에 장착되는 제1 토출 밸브 및 제2 토출 밸브와, 상기 제2 토출 밸브의 후방에 배치되어 그 제2 토출 밸브의 밀림을 규제하는 스토퍼와, 상기 헤드 커버의 수납홈과 스토퍼 사이에 개재되어, 제1 토출 밸브, 제2 토출 밸브, 및 스토퍼를 탄력적으로 지지하는 탄성부재로 구성함을 특징으로 하는 리니어 압축기의 축방향 밸브장치가 제공된다.

상기 흡입 개폐부는 자체 탄성을 갖는다.

이하, 본 발명에 의한 리니어 압축기의 축방향 밸브장치를 첨부 도면에 도시한 실시례에 따라서 설명하면 다음과 같다.

제9도는 본 발명에 의한 리니어 압축기의 축방향 밸브장치를 보인 단면도이고, 제10도 내지 제13도는 본 발명에 의한 리니어 압축기의 축방향 밸브장치에 적용되는 부품 구성도로서, 제10도는 흡입 밸브의 정면도이며, 제11도의 (a) 및 (b)는 제1 토출 밸브의 배면도 및 단면도이고, 제12도는 제2 토출 밸브의 정면도이며, 제13도의 (a) 및 (b)는 스토퍼의 정면도 및 단면도이다.

이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 리니어 압축기의 축방향 밸브장치는, 실린더(21)의 내부에 수납되는 피스톤(22)의 선단면 중앙부에 피스톤핀(23)으로 유동됨이 없이 긴밀하게 면 접촉으로 고정되어 흡입 냉매를 통과시키는 흡입 밸브(24)와, 상기 실린더(21)의 일측면에 고정되는 헤드 커버(25)의 내부 수납홈(25a)에 장착되는 제1 토출 밸브(26) 및 제2 토출 밸브(27)와, 상기 제2 토출 밸브(27)의 후방에 배치되어 그 제2 토출 밸브(27)의 밀림을 규제하는 스토퍼(28)와, 상기 헤드 커버(25)의 수납홈(25a)과 스토퍼(28) 사이에 개재되어, 제1 토출 밸브(26), 제2 토출 밸브(27), 및 스토퍼(28)를 탄력적으로 지지하는 압축스프링 등의 탄성부재(29)로 구성되어 있다.

상기 흡입 밸브(24)는, 제10도에 도시한 바와 같이, 중앙부에 고정공(24a)이 형성되어 있고, 양측에 피스톤(22)의 전면에 형성된 피스톤공(22a)(22a)을 개폐하기 위한 자체 탄성을 갖는 흡입 개폐부(24b)(24b)가 각각 형성되어 있다.

상기 제1 토출 밸브(26)는, 제11도의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 배면에 소정의 깊이를 갖는 원형상의 요입부(26a)가 형성되어 있고, 중앙부에 제1 냉매 토출공(26b)이 형성되어 있다.

상기 제2 토출 밸브(27)는, 제12도에 도시한 바와 같이, 중앙부에 제1 토출 밸브(26)의 제1 냉매 토출공(26a)을 개폐시키는 토출 개폐부(27a)가 구비된 나선 형태로 형성되어 있다.

또한, 상기 스토퍼(28)는, 제13도의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 전면에 소정 깊이, 예를 들어, 0.4 ∼ 0.5mm 깊이로 원형상의 요입부(28a)가 형성되어 있으며, 제2 토출 밸브(27)의 토출 개폐부(27a)와 일치되지 않는 변부에 수개의 제2 냉매 토출공(28b)이 형성되어 있다.

도면중 미설명 부호 30은 냉매 토출관을 보인 것이다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 축방향 밸브장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

제9도에 도시한 바와 같이, 피스톤(22)의 후방측에서 공급되는 냉매는 도시한 화살표의 방향으로 진행하여 피스톤(22)의 피스톤공(22a)(22a)을 지나 흡입 밸브(24)의 양 흡입 개폐부(24b)(24b)를 밀면서 압축 공간(C)으로 흡입된다.

이후, 피스톤(22)이 압축 행정을 위하여 제1 토출 밸브(26)의 방향으로 이동하게 되면, 압축 공간(C)에서 냉매가 압축되므로 흡입 밸브(24)가 피스톤(22)의 전면에 긴밀하게 면 접촉되어 피스톤(22)의 피스톤공(22a)(22a)을 폐쇄시키게 됨으로써 냉매는 더 이상 흡입되지 않으며, 상기 압축 공간(C)에서 압축된 냉매는 제1 토출 밸브(26)의 제1 냉매 토출공(26a)을 지나고 제2 토출 밸브(27)의 토출 개폐부(27a)를 밀어 스토퍼(28)의 제2 냉매 토출공(28b)을 통해 헤드 커버(25)의 내부 수납홈(25a)으로 토출된 후, 냉매 토출관(29)을 따라 외부로 토출되는 것이다.

이때, 제2 토출 밸브(27)의 토출 개폐부(27a)는, 스토퍼(28)에 걸리게 되므로 그 이동 변위가 크지 않게 된다.

한편, 피스톤(22)의 선단부가 제1 토출 밸브(26)에 충돌될 경우에는 피스톤(22)의 전면에 고정된 흡입 밸브(24)가 제1 토출 밸브(26)에 부딪히게 되므로, 제1 토출 밸브(26), 제2 토출 밸브(27), 및 스토퍼(28)가 탄성부재(29)의 탄성을 이기며 밀려나 결국 제1 토출 밸브(26)의 완충 작용으로 밸브의 작동을 보다 안정하게 한다

이때, 피스톤핀(23)의 머리부가 제1 토출 밸브(26)의 제1 냉매 토출공(26a)으로 삽입되면서 흡입 밸브(24)가 제1 토출 밸브(26)를 밀게 된다.

또한, 피스톤(22)이 흡입 행정을 위하여 압축 행정시의 반대 방향으로 이동하게 되면, 제2 토출 밸브(27)에 형성된 토출 개폐부(27a)의 자체 복원력에 의하여 제1 토출 밸브(26)의 제1 냉매 토출공(26a)을 폐쇄시켜, 냉매의 토출을 방지하는 동시에, 피스톤(22)의 후방측에서 공급되는 냉매가 피스톤(22)의 피스톤공(22a)(22a)을 지나 흡입 밸브(24)의 양 흡입 개폐부(24b)(24b)를 밀면서 압축 공간(C)으로 흡입되는 것이다.

상기와 같이, 피스톤(22)의 반복적인 직선 왕복 운동에 의하여 냉매의 흡입, 압축, 및 토출 작용을 수행하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 리니어 압축기의 축방향 밸브장치는,토출 밸브를 제1 토출 밸브와 제2 토출밸브의 이중구조로 구성하되, 제2 토출 밸브의 후방에 스토퍼를 배치하여, 밸브의 응답성을 보다 신속하게 하면서 밸브 개폐 동작의 신뢰성을 향상시키며, 또한 흡입 밸브의 축방향 유동을 방지하여, 피스톤의 윤활 성능을 위한 오일에 의하여 흡입 밸브가 달라 붙거나, 흡입 밸브의 마찰 현상을 배제함으로써 리니어 압축기의 효율을 향상시키는 등의 효과가 있다.

Claims (2)

1. 실린더의 내부에 수납되는 피스톤의 선단면 중앙부에 피스톤핀으로 유동됨이 없이 긴밀하게 면 접촉으로 고정되어 흡입 냉매를 통과시키기 위하여 중앙부에 피스톤 핀의 체결을 위한 고정공이 형성되고, 주변부에 피스톤의 피스톤 공을 개폐하기 위한 흡입 개폐부를 구비하며, 상기 실린더의 일측면에 고정되는 헤드 커버의 내부 수남홈에 장착되는 제1 토출 밸브 및 제2 토출 밸브와, 상기 제2 토출 밸브의 후방에 배치되어 그 제2 토출 밸브의 밀림을 규제하는 스토퍼와, 상기 헤드 커버의 수납홈과 스토퍼 사이에 개재되어, 제1 토출 밸브, 제2 토출 밸브, 및 스토퍼를 탄력적으로 지지하는 탄성부재로 구성함을 특징으로 하는 리니어 압축기의 축방향 밸브장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 흡입 개폐부는 자체 탄성을 갖는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 축방향 밸브장치