KR100253237B1 - 리니어 압축기의 축방향 밸브장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리니어 압축기의 축방향 밸브장치에 관한 것으로, 종래에는 토출밸브의 토출행정시 그 밸브 양측간의 압력차에 의해 발생되는 미는 힘이 밸브에 작용하는 강성과 밸브의 무게에 의한 힘보다 크게 작용하여야만 밸브시트가 열리게 됨에도 불구하고, 그 밸브시트의 토출개폐부 길이가 짧아 밸브의 강성이 더욱 커지게 되며, 이에 따라 밸브시트가 원활하게 열리지 않게 되어 재팽창손실의 증가로 인한 압축효율이 저하되는 문제점이 있었던 바, 본 발명에서는 실린더의 일측에 장착되어 토출커버의 내부에서 미끄러지게 개재되며 냉매토출구가 형성되는 밸브헤드와, 그 밸브헤드의 냉매토출구에 독립적으로 얹혀지는 밸브시트와, 그 밸브시트의 이탈을 방지하도록 벨브헤드의 토출측에 고정 설치되며 수개의 냉매통과구가 형성되는 리테이너와, 그 리테이너와 밸브헤드의 사이에 양단이 각각 걸려 밸브시트를 탄성지지하는 밸브스프링으로 구성함으로써, 피스톤의 흡입, 압축행정시 압축공간과 토출공간을 개폐시키는 토출밸브가 원활하게 개방되도록 하여 냉매가스의 흡입량을 증가시킴으로써, 압축효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

리니어 압축기의 축방향 밸브장치

본 발명은 리니어 압축기의 축방향 밸브장치에 관한 것으로, 특히 토출밸브의 응답성이 향상되는 리니어 압축기의 축방향 밸브장치에 관한 것이다.

최근들어 크랭크샤프트를 적용한 압축기의 여러 단점을 해결하기 위하여 크랭크샤프트의 사용을 배제하는 대신에, 마그네트 및 코일을 이용하여 피스톤을 직접 왕복이동시킴으로써, 부품수의 감소로 제조원가를 절감시키고, 생산성을 향상시키는 동시에 모터효율을 90%이상 상승시키며, 소비전력을 저감시킬 수 있도록 한 개선된 형태의 리니어 압축기가 알려지고 있다.

도1은 종래 기술에 의한 전형적인 리니어 압축기의 일례를 보인 것으로, 소정의 형상을 갖는 밀폐용기(1)와, 그 밀폐용기(1)의 내부에 바닥면으로부터 소정의 높이를 두고 설치되는 실린더(2)와, 그 실린더(2)의 내부에 일체로 조립되는 코일조립체(3)(3')와, 상기 실린더(2)의 일측 단부에 고정되는 피스톤 스프링(4)과, 그 피스톤 스프링(4)의 내측 중간부에 고정되어 실린더(2)에 직선 왕복이동이 가능하도록 결합되는 피스톤(5)과, 그 피스톤(5)의 외주면에 부착 고정되는 마그네트(6)와, 상기 피스톤 스프링(4)과 밀폐용기(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, 그 밸브 조립체(8)의 양측에 설치되는 흡입측 소음기(9) 및 토출측 소음기(10) 등으로 구성되어 있다.

상기와 같은 종래의 리니어 압축기는, 실린더(2)에 고정된 코일 조립체(3)(3') 및 피스톤(5)에 고정된 마그네트(6)가 리니어 모터의 기능을 수행하는 것으로, 전자기에너지 및 탄성 에너지에 의하여 피스톤(5)이 실린더(2)의 내부에서 계속 직선 왕복운동을 하면서 밸브 조립체(8)에 형성된 흡입밸브(도2에 도시)를 통하여 냉매를 흡입하고 압축공간에서 압축한 후, 토출밸브(도2에 도시)를 통하여 토출시키는 동작을 반복적으로 수행하게 되는 것이었다.

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

도2는 리니어 압축기에 적용되는 종래의 이너셔(inertia; 피스톤의 관성을 이용하여 흡입밸브를 여닫음)방식 축방향 밸브장치에 대한 일례를 보인 종단면도이고, 도3은 상기의 축방향 밸브장치에서 흡입밸브를 분해하여 도시한 사시도로, 실린더(2)의 내주면 소정 부위에 실린더홈(2a)이 형성되어 있고, 그 실린더홈(2a)에 외부와 통하는 냉매흡입공(2b)이 형성되어 있으며, 상기 실린더(2)의 내부에 수납되는 피스톤(5)의 선단부 외주면에 그 전면(前面)과 통하는 피스톤홈(5a) 및 냉매흡입공(5b)이 형성되어 있고, 그 피스톤(5)의 선단면에는 수개(도면에선 4개)의 냉매통과구(5c)가 형성되어 있으며, 상기 피스톤(5)의 선단면 중앙부에 흡입밸브(11)가 피스톤핀(12)으로 코킹으로 고정되어 있고, 그 흡입밸브(11)는 피스톤핀(12)을 중심으로 가장자리가 젖혀질 수 있는 재질로 형성되어 있다.

또한, 상기 실린더(2)의 일측명에 헤드커버(13)가 설치되어 있고, 그 헤드커버(13)의 내부에 토출밸브(14) 및 스프링(15)이 삽입되어 있어, 실린더(2)의 압축공간에서 압축된 냉매가스가 스프링(15)의 탄성을 이기고 토출밸브(14)를 밀면서 헤드커버(13)를 통하여 토출되도록 되어 있다.

여기서 상기 토출밸브는 도3a 및 도3b에 도시된 바와 같이, 실린더의 측면에 밀착되도록 걸침과 아울러 피스톤의 압축행정시 스프링을 이기고 후방측으로 밀려나며 중앙에 냉매토출구(14a)가 형성된 밸브헤드(14A)와, 그 밸브헤드(14A)의 후측면에 일체되며 수개(도면에서 4개)의 냉매통과구(14b)이 방사상으로 형성되는 리테이너(14B)와, 그 밸브헤드(14A)와 리테이너(14B)의 사이에 고정되어 밸브헤드(14A)의 냉매통과구(14a)를 차별적으로 개폐하는 밸브시트(14C)로 이루어져 있다.

상기 밸브시트(14C)는 환형으로 형성되어 그 일측에서 중앙으로 토출개폐부(14c)가 연장 형성되어 있다.

상기한 리니어 압축기의 축방향 밸브장치는, 냉매가 실린더(2)의 냉매흡입공(2b) 및 피스톤홈(2a)을 통하여 피스톤(5)의 내부로 흡입되며, 피스톤(5)이 흡입행정을 위하여 토출밸브(14)의 반대방향으로 이동하게 되면, 흡입밸브(11)가 관성에 의하여 열리게 되므로, 냉매가 흡입밸브(11)와 피스톤(5) 사이의 틈새로 흘러 압축공간을 채우게 된다.

다음, 냉매의 압축행정시에는 압축공간의 냉매가 압축되어 그 압축공간의 압력이 밸브시트(14C)의 토출개폐부(14c) 강성보다 크게 되면, 상기 토출개폐부(14c)가 젖혀지면서 밸브헤드(14A)의 냉매토출구(14a)를 개방시키게 되어 압축된 냉매가스를 토출공간으로 배기시키게 된다.

이후, 상기한 피스톤(5)의 압축행정 이후에는, 피스톤(5)이 그 피스톤(5)의 전면으로부터 이격된 흡입밸브(11)를 끌고 이동하게되어 흡입과정을 반복하게 되면, 상기 압축공간의 압력이 토출공간의 압력에 비해 상대적으로 낮게 되어 밸브시트(14C)의 토출개폐부(14c)가 냉매가스의 압력에 밀리면서 밸브헤드(14A)의 냉매토출구(14a)가 닫히게 되는 것이었다.

이때, 상기 압축공간에서의 흡입가스가 설정압력보다 높아지게 되는 경우에는 토출밸브(14)가 압축코일스프링(15)의 탄성력을 이기면서 밀려났다가 압축공간의 압력이 적정압력을 유지하는 되면 다시 복귀하게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래 리니어 압축기의 축방향 밸브장치에 있어서, 토출밸브(14)의 토출행정시 그 밸브 양측, 즉 압축공간과 토출공간 사이의 압력차에 의해 발생되는 미는 힘이 밸브(14)에 작용하는 강성과 밸브의 무게에 의한 힘보다 크게 작용하여야만 밸브시트(14C)가 열리게 됨에도 불구하고, 그 밸브시트(14C)의 토출개폐부(14c) 길이가 짧아 밸브(14C)의 강성이 더욱 커지게 되며, 이에 따라 밸브시트(14c)가 원활하게 열리지 않게 되는데, 상기 토출밸브(14)가 늦게 열리게 되면, 실린더(2)내의 흡입가스가 과압축되어 피스톤(5)이 상사점 가까이 운동하지 못하게 됨으로써, 재팽창손실의 증가로 인한 압축효율이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 리니어 압축기의 축방향 밸브장치가 가지는 제반 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 피스톤의 흡입, 압축행정시 압축공간과 토출공간을 개폐시키는 토출밸브가 원활하게 개방되도록 하여 냉매가스의 흡입량을 증가시킴으로써, 압축ㅎ율을 향상시킬 수 있는 리니어 압축기의 축방향 밸브장치를 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.

도1은 종래 리니어 압축기를 개략적으로 보인 종단면도.

도2는 종래의 리니어 압축기의 축방향 밸브장치의 구성을 보인 종단면도.

도3a는 종래 리니어 압축기의 축방향 밸브장치의 토출밸브를 보인 종단면도.

도3b는 종래 리니어 압축기의 축방향 밸브장치에 있어서, 토출밸브의 밸브시트를 보인 평면도.

도4는 본 발명에 의한 리니어 압축기의 축방향 밸브장치의 토출밸브를 보인 종단면도.

도5는 본 발명에 의한 리니어 압축기의 축방향 밸브장치에 있어서, 토출밸브의 밸브헤드를 보인 평면도.

도6a 및 도6b는 본 발명에 의한 리니어 압축기용 축방향 밸브장치에 있어서, 토출밸브의 리테이너를 각각 보인 평면도 및 종단면도.

도7 및 도8은 본 발명에 의한 리니어 압축기의 축방향 밸브장치에 있어서, 토출밸브의 밸브시트 및 밸브스프링을 각각 보인 사시도.

도9a 및 도9b는 본 발명에 의한 리니어 압축기용 축방향 밸브장치의 동작을 구분하여 보인 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 토출밸브 110 : 밸브헤드

111 : 냉매토출구 120 : 밸브시트

130 : 리테이너 131 : 냉매통과구

133 : 밸브스프링 삽입홈 134 : 밸브시트 가이드

140 : 밸브스프링

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 실린더의 일측에 장착되어 토출커버의 내부에서 미끄러지게 개재되며 냉매토출구가 형성되는 밸브헤드와, 그 밸브헤드의 냉매토출구에 독립적으로 얹혀지는 밸브시트와, 그 밸브시트의 이탈을 방지하도록 밸브헤드의 토출측에 고정 설치되며 수개의 냉매통과구가 형성되는 리테이너와, 그 리테이너와 밸브헤드의 사이에 양단이 각각 걸려 밸브시트를 탄성지지하는 밸브스프링으로 구성한 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 축방향 밸브장치가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 리니어 압축기의 축방향 밸브장치를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도4는 본 발명에 의한 리니어 압축기의 축방향 밸브장치의 토출밸브를 보인 종단면도이고, 도5는 본 발명에 의한 리니어 압축기의 축방향 밸브장치에 있어서, 토출밸브의 밸브헤드를 보인 평면도이며, 도6a 및 도6b는 본 발명에 의한 리니어 압축기용 축방향 밸브장치에 있어서, 토출밸브의 리테이너를 각각 보인 평면도 및 종단면도이고, 도7 및 도8은 본 발명에 의한 리니어 압축기의 축방향 밸브장치에 있어서, 토출밸브의 밸브시트 및 밸브스프링을 각각 보인 사시도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 리니어 압축기의 축방향 밸브장치의 토출밸브(100)는 실린더(미도시)의 일측에 장착되어 토출커버(13)의 내부에서 미끄러지게 개재되며 그 중앙에 냉매토출구(111)가 형성되는 밸브헤드(110)와, 그 밸브헤드(110)의 냉매토출구(111)에 독립적으로 얹혀지며 그 직경이 밸브헤드(110)의 냉매토출구(111) 직경보다 큰 밸브시트(120)와, 그 밸브시트(120)의 이탈을 방지하도록 밸브헤드(110)의 토출측에 고정 설치되며 수개(도면에선 4개)의 냉매통과구(131)가 형성되는 리테이너(130)와, 그 리테이너(130)와 밸브헤드(110)의 사이에 양단이 각각 걸려 밸브시트(120)를 탄성지지하기 위한 박판의 장방체인 밸브스프링(140)으로 구성된다.

상기 리테이너(130)는 원팡형으로 형성되어 그 내측면 가장자리에 소정높이의 단턱부(132)가 형성되고, 그 단턱부(132)의 양측에 밸브스프링 삽입홈(133)이 형성되며, 각 냉매통과구(131)의 사이에는 밸브시트(120)의 이탈을 방지하기 이한 밸브시트 가이드(134)가 형성된다.

상기 밸브시트 가이드(134)는 밸브시트(120)의 직경보다 넓은 원통형으로 형성되어, 그 내주면이 밸브시트(120)의 주면과 미끄러지도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 리테이너(130)의 밸브스프링 삽입홈(133)은 초기 토출시 밸브시트(120)가 순간적으로 자유상태가 되도록 조립틈새를 갖게 형성된다.

상기 밸브스프링(140)은 밸브시트 가이드(134)의 이격된 공간, 즉 리테이너(130)의 냉매통과구(131)를 가로질러 전술한 밸브스프링 삽입홈(133)에 양단이 각각 걸려 개재된다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명부호인 15는 토출밸브를 지지하는 스프링이다.

상기와 같은 본 발명에 의한 리니어 압축기의 토출밸브는 다음과 같이 동작된다.

즉, 리니어 모터에 전원이 인가되어 피스톤(5)이 압축행정을 개시하게 되면, 도9a에 도시된 바와 같이, 압축공간의 냉매가스에 의해 토출밸브(100)가 약간 헤드커버(13)의 내부로 밀려 들어감과 아울러 밸브헤드(110)의 냉매토출구(111)에 얹혀져 있던 밸브시트(120)에 압축력이 전달되고, 그 압축력을 받은 밸브시트(120)는 밸브스프링(140)의 탄성력을 이기면서 밀려나게 되어 냉매토출구(111)가 개방되며, 그 개방된 냉매토출구(111)를 통해 압축가스가 분출디어 리테이너(130)의 냉매통과구(131)를 통해 토출공간으로 유입되는 것이다.

이때, 상기 밸브스프링(140)은 냉매가스의 초기 토출시 조립틈새에서 순간적으로 자유상태가 되어 밸브시트(120)의 응답성이 좋게 되는 것이며, 이후에는 상기 밸브스프링이(140)이 휘어지면서 밸브시트(120)가 완전히 밸브헤드(110)로부터 이격되도록 하여 냉매가스의 토출이 용이하게 된다.

한편, 상기 피스톤(5)이 흡입행정을 개시하게 되면, 도9b에 도시된 바와 같이, 압축공간의 압력이 급격하게 저하되어 토출공간보다 낮게 되고, 이어서 밸브스프링(140)의 복원력에 의해 밸브시트(120)가 밸브헤드(110)의 냉매토출구(111)측으로 당겨지면서 그 냉매토출구(111)를 닫게 하는 것이다.

여기서, 상기 밸브시트(120)의 개폐동작은 리테이너(130)의 내측면에 형성된 밸브시트 가이드(134)에 의해 미끄러짐 운동을 하므로, 밸브시트(120)의 이탈이 방지된다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 의한 리니어 압축기의 축방향 밸브장치는, 실린더의 일측에 장착되어 토출커버의 내부에서 미끄러지게 개재되며 냉매토출구가 형성되는 밸브헤드와, 그 밸브헤드의 냉매토출구에 독립적으로 얹혀지는 밸브시트와, 그 밸브시트의 이탈을 방지하도록 밸브헤드의 토출측에 고정 설치되며 수개의 냉매통과구가 형성되는 리테이너와, 그 리테이너와 밸브헤드의 사이에 양단이 각각 걸려 밸브시트를 탄성지지하는 밸브스프링으로 구성함으로써, 피스톤의 흡입, 압축행정시 압축공간과 토출공간을 개폐시키는 토출밸브가 원활하게 개방되도록 하여 냉매가스의 흡입량을 증가시킴으로써, 압축효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 실린더의 일측에 장착되어 토출커버의 내부에서 미끄러지게 개재되며 냉매토출구가 형성되는 밸브헤드와, 그 밸브헤드의 냉매토출구에 독립적으로 얹혀지는 밸브시트와, 그 밸브시트의 이탈을 방지하도록 밸브헤드의 토출측에 고정 설치되며 수개의 냉매통과구가 형성되는 리테이너와, 그 리테이너와 밸브헤드의 사이에 양단이 각각 걸려 밸브시트를 탄성지지하는 밸브스프링으로 구성한 것을 특징응로 하는 리니어 압축기의 축방향 밸브장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 밸브시트는 밸브헤드의 냉매토출구 직경보다 넓은 원형인 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 축방향 밸브장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 밸브헤드와 대향되는 리테이너의 일면에는 밸브시트의 이탈을 방지하기 위하여 그 밸브시트의 주면과 미끄러지도록 원통형의 밸브시트 가이드가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 축방향 밸브장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 리테이너의 양측에는 초기 토출시 밸브시트가 순간적으로 자유상태가 되도록 조립틈새를 갖는 밸브스프링 장착홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 축방향 밸브장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 밸브스프링은 박판의 장방체로 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 축방향 밸브장치.

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