KR100419590B1

KR100419590B1 - 압축기

Info

Publication number: KR100419590B1
Application number: KR10-2001-0044687A
Authority: KR
Inventors: 고오노다께시; 고오소까베히로까쯔; 하야세이사오; 오오시마겐이찌; 이시야마아끼히꼬
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 2000-07-26
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2004-02-19
Also published as: CN1157538C; US20020012595A1; JP2002039070A; US6905318B2; CN1334405A; KR20020010500A

Abstract

본 발명은 토출 포트부의 간극 용적을 저감하고 성능을 향상시킨 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

작동 유체가 그 내측에서 압축되는 압축실과, 이 압축실로부터 상기 작동 유체가 유출되는 토출 포트와, 이 토출 포트를 개폐하는 밸브 수단을 구비한 압축기에 있어서, 상기 토출 포트에 설치되고 상기 토출 포트의 단면적이 압축실측으로부터 커지는 곡면 형상을 구비한 밸브 시트부와, 이 밸브 시트부의 상기 곡면과 접촉하는 곡면을 갖는 볼록부를 구비한 밸브 부재와, 상기 밸브 시트부와 일체의 부재로 형성되고 상기 밸브 부재를 상기 밸브 시트부에 대하여 위치 결정하는 수단을 구비했다.

Description

압축기{A COMPRESSOR}

본 발명은 주로 냉각, 냉동, 공기 조화 장치에 사용되는 압축기에 관한 것이다.

종래, 냉각, 냉동ㆍ공기 조절용의 왕복 압축기나 회전 압축기에 있어서 냉매가 유입 또는 유출되는 통로를 개폐하는 밸브, 특히 냉매가 토출되는 토출 포트에 사용되는 밸브는 박판형의 밸브판이 포트를 개폐하는 소위 리드 밸브 형식의 밸브가 일반적으로 사용되고 있다.

상기의 밸브에서는, 이 밸브판의 일단부는 압축된 작동 유체가 유출되는 토출 포트의 출구부를 폐색하도록 배치되고, 밸브판의 타단부는 압축기의 압축 요소측(포트측)에 고정되어 있으며, 밸브의 개폐는 토출 포트 내외측의 압력차에 의해서 자동적으로 행해지게 되어 있다. 또, 밸브판은 밸브 변위를 규제하는 스톱퍼를 거쳐서 압축 요소에 고정되어 있는 것도 있다.

압축기의 성능을 향상시키는 데 있어서, 토출 포트부의 용적, 즉 간극 용적은 이 부분에 존재하는 작동 유체(냉매)가 압축기의 토출 행정 종료 시에도 배출되지 않고 남아 있게 된다. 즉, 이 부분의 냉매는 압축기의 작용에 의해 배출되어 열교환되지 않은 냉매로 되고, 이 냉매량이 커지면 압축기의 일의 효율이 낮아진다.

이 간극 용적에 잔류한 고온ㆍ고압의 작동 유체는 결국 저압의 흡입실 내로 팽창하고, 왕복 압축기의 경우는 이 팽창에 의해 흡입 용적이 감소하므로, 체적 효율의 저하로 된다. 또, 회전 압축기의 경우는 이 팽창 에너지가 유효하게 회수되지 않으므로, 동력 손실(이후, 재팽창 손실이라고 함)로 되어 압축기의 성능 저하를 일으키고 있었다. 이 재팽창에 따른 손실은 압축기의 행정 용적에 차지하는 간극 용적의 비율이 클수록, 또는 흡입 압력과 토출 압력의 비로 나타내어지는 압축기의 운전 압력비가 높을수록 커진다. 예를 들어, 발명자의 검토에서는 가정용 냉장고용으로 사용되고 있는 회전 압축기의 경우에는 이 재팽창에 의해서 약 5% 단열 효율이 저하하고 있었다.

이러한 리드 밸브의 문제에 대하여, 두께가 두꺼운 밸브 부재가 토출 포트부에 삽입되는 포핏 밸브 형식의 토출 밸브에서 간극 용적을 대략 제로로 한 토출 밸브 장치로서, 미국 특허 공보 USP4,543,989호, 및 미국 특허 공보 USP5,346,373호가 있다.

상기 USP4,543,989호 공보(종래 기술 1)에는 원뿔 형상 및 구면 형상으로 이루어지는 밸브 부재와 원뿔 형상으로 움푹 들어간 밸브 시트부를 갖는 토출 포트를 구비하고, 밸브 부재가 밸브 시트의 오목부 내에 끼워 맞춰짐으로써 간극 용적을 없애려고 하는 왕복식 압축기가 개시되어 있다. 이러한 종래 기술에서는 밸브 부재와 밸브 시트는 원뿔 형상끼리가 면접촉함으로써 밸브의 포트 전후의 공간을 밀봉하는 구성으로 하고 있다. 그리고, 토출 포트의 하류측에서 포트를 피복하도록 포트 입구에 걸쳐서 설치된 브리지 부재에 끼워 맞춰진 리테이너의 원통형 빈 공간에 의해 밸브 부재의 종방향의 변위와 횡방향의 편심이 규제되고, 이 빈 공간에 삽입되는 만곡된 판 스프링에 의해 밸브 부재를 밸브 시트에 압박하고 있다.

그리고, 상기 USP5,346,373호 공보(종래 기술 2)에는 밸브 부재와 밸브 시트를 동일한 구면 형상으로 하여 밸브 부재가 밸브 시트에 대하여 경사져도 밀봉 가능하게 하고, 또한 박판형의 판 스프링에 의해 밸브 부재를 밸브 시트에 압박하는 토출 밸브 장치가 개시되어 있다.

상기 종래 기술 1에 있어서는, 상기 리테이너는 상기 브리지 부재에 끼워 맞춰지고 이 브리지 부재를 밸브 플레이트에 나사 고정하여 압축 요소(실린더측)에 고정되어 있으며, 리테이너가 밸브 시트에 대하여 편심하여 부착되었을 때, 즉 밸브 부재가 밸브 시트에 대하여 편심하여 조립된 경우에, 밸브 부재가 착좌시에 경사져서 충분히 면접촉하지 못해 밀봉이 불가능해지며, 흡입실 내로 고온ㆍ고압의 작동 유체가 역류하여 체적 효율을 저하시켜 버린다. 이에 따라, 리테이너와 밸브 시트는 높은 정밀도로 동심이 되도록 고정할 필요가 있고, 조립에 공정수가 많아지거나 또는 비용이 드는 문제가 발생한다. 또한, 토출 밸브 장치를 구성하는 부품 개수가 많고 구조도 복잡하므로, 생산성이 저하된다.

또, 대형 압축기에서는 조정은 용이해도, 압축기가 소형화될수록 조정이 곤란해지고, 또한 고정밀도가 요구되어 비용이 상승하는 등의 문제가 발생하는데, 이들 문제점에 대하여 이 종래 기술은 고려되어 있지 않았다.

또, 밸브 폐쇄시, 밸브 부재의 바닥면과 밸브 플레이트의 바닥면이 동일 평면상에 있고 밸브 부재가 경사졌을 때, 압축기의 작동실 내로 밸브 부재가 돌출하여 피스톤과 충돌하므로, 예를 들어 회전 압축기와 같은 밸브 부재의 개폐 운동 방향과 롤러의 운동 방향이 수직인 경우에는 양자가 충돌해 버리는 등의 문제가 발생하게 된다. 이 종래 기술에서는 이들 문제점에 대하여 고려되어 있지 않았다.

상기 종래 기술 2에서는 밸브가 폐쇄된 상태에서는 밸브 부재에의 스프링력에 의한 압박이 없고, 또한 밸브 부재의 횡방향을 규제하는 수단이 없으므로, 밸브 부재의 밸브 시트에 착좌했을 때의 튀어오름이나 밸브 부재가 밸브 시트에 대하여 크게 편심하여 착좌했을 때의 밸브 부재의 경사에 따른 폐쇄 지연이 발생하게 되고, 흡입실 내로 고온ㆍ고압의 작동 유체가 역류하여 체적 효율이 저하되는 등의 문제가 발생해 버린다.

또, 조립시 토출 밸브 장치의 구성 부품인 리테이너, 스프링, 밸브 부재 등을 개별로 취급해야 하므로, 소용량의 압축기, 예를 들어 가정용 냉장고나 룸 에어컨 등의 압축기에 적용하는 경우, 부품이 작아지므로 취급이 어려워지고 조립 작업성이나 생산성이 저하하는 등의 문제가 있었다.

또, 밸브 부재를 압축기의 작동실 내로 돌출시키고 피스톤의 상부에 그 도피부를 형성하고 있으므로 간극 용적이 커지는 동시에, 회전 압축기와 같은 밸브 부재의 개폐 운동 방향과 롤러의 운동 방향이 수직인 경우에는 밸브 부재와 롤러가 충돌하므로 적용할 수 없었다. 종래 기술 2에서는 이러한 문제점에 대하여 고려되어 있지 않았다.

본 발명의 목적은, 조립이 용이하고 또한 압축 효율을 향상시키고 성능을 향상시킨 압축기를 제공하는 데 있다.

도1은 본 발명의 압축기의 일부 종단면도 및 횡단면도.

도2는 도1에 도시한 압축기의 토출 밸브 폐쇄 상태의 설명도.

도3은 도1에 도시한 압축기의 토출 밸브 개방 상태의 설명도.

도4는 도1에 도시한 압축기의 토출 밸브의 밸브 부재의 곡면 형상의 설명도.

도5는 도1에 도시한 압축기의 토출 밸브를 구성하는 부품의 사시도.

도6은 도1에 도시한 압축기의 토출 밸브의 조립 방법의 설명도.

도7은 도1에 도시한 압축기의 토출 밸브의 코일 스프링의 억지 끼워 맞춤 상태를 설명하는 도면.

도8은 도1에 도시한 압축기의 토출 밸브의 밸브 부재의 착좌시의 경사에 대한 설명도.

도9는 도1에 도시한 압축기의 토출 밸브가 착좌하는 밸브 시트부의 가공 순서를 도시한 종단면도.

도10은 도1에 도시한 압축기의 토출 밸브가 착좌하는 밸브 시트부의 가공 순서를 도시한 종단면도.

도11은 본 발명의 압축기와 종래 기술에 의한 압축기의 성능 비교도.

도12는 본 발명의 압축기의 토출 밸브에 있어서 밸브 폐쇄시의 스프링력을압박하는 경우와 압박하지 않는 경우의 성능 비교도.

도13은 본 발명의 압축기의 다른 실시예를 도시한 확대 종단면도.

도14는 도13에 도시한 압축기의 상면도.

도15는 본 발명의 압축기의 다른 실시예를 도시한 확대 종단면도.

도16은 도15에 도시한 압축기의 상면도.

도17은 본 발명의 압축기의 다른 실시예를 도시한 확대 종단면도.

도18은 본 발명의 압축기의 조립 방법을 설명하는 도면.

도19는 본 발명의 압축기의 다른 실시예를 도시한 확대 종단면도.

도20은 도19에 도시한 압축기의 B-B 단면도.

도21은 본 발명의 압축기의 다른 실시예의 종단면도.

도22는 도21에 도시한 압축기의 토출 밸브 장치의 확대도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 밀폐 용기

2 : 전동 요소

2a : 고정자

2b : 회전자

2c : 전동 요소(왕복)

3 : 압축 요소

3a : 압축 요소(왕복)

4 : 실린더

4a : 원통 구멍부

5 ; 주 베어링

6 : 부 베어링

6a : 리테이너 삽입부

6b : 나사

7 : 크랭크축

7a : 편심부

7b : 크랭크축(왕복)

7c : 편심부(왕복)

8 : 요동 피스톤

8a : 베인부

9 : 슈우

10 : 윤활유

11 : 흡입 파이프

12 : 토출 파이프

13 : 토출 밸브 장치

14 : 토출 포트

15 : 토출 덮개

16 : 토출실

17 : 밸브 부재

17a : 밀봉부

17b : 바닥면

17c : 상면

17d : 오목부

18 : 밸브 시트

19 : 코일 스프링

19a : 시트 감김부

19b : 최소 시트 감김부

19c : 최대 시트 감김부

19d : 판 스프링

19e : 슬릿

19f : 중앙부

20 : 리테이너

20a : 시트면

20b : 리테이너(다른 제1 실시 형태)

20c : 스프링 수용부

20d : 외주부

20e : 리테이너(다른 제2 실시 형태)

20f : 가이드부

20g : 절결부

20h : 리테이너(왕복)

20i : 관통 구멍

21 : 작동실

22 : 토출 가스 통로

23 : 압입 지그

23a : 조립 보조 부재

24 : 칼라

25 : 실린더 블록

25a : 보어부

26 : 프레임

27 : 피스톤

28 : 실린더 헤드

29 : 헤드 덮개

30 : 슬라이더

31 : 사이렌서

32 : 흡입 밸브

33 : 가이드 구멍

33 : 가이드 핀

상기 목적은, 작용 유체가 그 내측에서 압축되는 압축실과, 이 압축실로부터 상기 작동 유체가 유출되는 토출 포트와, 이 토출 포트를 개폐하는 밸브 수단을 구비한 압축기에 있어서, 상기 토출 포트에 설치되고 상기 토출 포트의 단면적이 압축실측으로부터 커지는 곡면 형상을 구비한 밸브 시트부와, 이 밸브 시트부의 상기 곡면과 접촉하는 곡면을 갖는 볼록부를 구비한 밸브 부재와, 상기 밸브 시트부와 일체의 부재로 형성되고 상기 밸브 부재를 상기 밸브 시트부에 대하여 위치 결정하는 수단을 구비함으로써 달성된다.

또한, 작동 유체가 그 내측에서 압축되는 압축실과, 이 압축실로부터 상기 작동 유체가 유출되는 토출 포트와, 이 토출 포트를 개폐하는 밸브 수단을 구비한 압축기에 있어서, 상기 토출 포트에 설치되고 상기 토출 포트의 단면적이 압축실측으로부터 커지는 곡면 형상을 구비한 밸브 시트부와, 이 밸브 시트부의 상기 곡면과 접촉하는 곡면을 갖는 볼록부를 구비한 밸브 부재와, 상기 밸브 시트부와 일체의 부재로 형성되고 상기 밸브 시트부에 연통한 구멍과, 이 구멍의 내측에 삽입되어 위치 결정되고 상기 밸브 부재를 상기 밸브 시트에 대향시켜 보유 지지하는 보유 지지 수단을 구비함으로써 달성된다.

그리고, 상기 밸브 부재를 상기 밸브 시트면에 접촉 또는 떨어진 상태로 지지하는 압박 수단을 구비함으로써 달성된다. 또한, 상기 압박 수단은 상기 밸브 부재와 결합되어 대략 원뿔 형상으로 형성된 코일 스프링으로써 달성된다. 또는 상기 압박 수단은 슬릿이 형성되고, 그 중앙부에 있어서 상기 밸브 부재를 압박하는 판 스프링으로써 달성된다.

이하, 본 발명의 제1 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도1의 (a)는 본 발명에 관한 토출 밸브를 구비한 압축기의 일 실시예인 횡형 요동 피스톤 압축기의 구조를 도시한 종단면도이고, (b)는 (a)의 A-A 단면에 상당하는 횡단면도이다. 도2 및 도3은 도1의 토출 밸브 부분의 확대도로, 도2는 토출 밸브가 폐쇄된 상태이고, 도3은 토출 밸브가 완전히 개방된 상태이다. 도4는 도1에 도시한 토출 밸브의 밸브 부재의 곡면 형상을 설명하는 도면이다. 도5는 도1에 도시한 토출 밸브를 구성하는 부품의 사시도이다. 도6은 도1에 도시한 토출 밸브의 조립을 설명하는 설명도이다.

우선, 도1 내지 도3을 참조하여 설명한다.

도면 부호 1은 밀폐 용기이며, 고정자(2a) 및 회전자(2b)를 갖는 전동 요소(모터)(2)와, 이 전동 요소(2)에 의해서 구동되는 압축 요소(3)가 수납되어 있다. 압축 요소(3)는 실린더(4)와, 이 실린더(4)의 양단부 개구를 폐색하는 주 베어링(5) 및 부 베어링(6)과, 이 부 베어링(6)에 형성된 리테이너 삽입부(6a)를 갖고 있다. 이 리테이너 삽입부(6a)는 후술하는 바와 같이, 이 압축기의 토출 밸브를 토출 포트에 대하여 위치 설정하기 위한 리테이너가 삽입되는 부분이다.

그리고, 상기 전동 요소(2)에 접속된 크랭크축(7)의 편심부(7a)에 회전 가능하게 끼워 맞춰진 요동 피스톤(8)과, 이 요동 피스톤(8)의 베인부(8a)에 미끄럼 이동 가능하게 접촉하는 평면부와 상기 실린더(4)의 원통 구멍부(4a)에 미끄럼 이동 가능하게 접촉하는 원통면부를 갖는 슈우(9)를 구비하고 있다. 10은 밀폐 용기(1)의 바닥부에 저장되어 있는 윤활유이고, 11은 냉매가 흡입되는 흡입 파이프, 12는 냉매가 토출되는 토출 파이프, 13은 부 베어링(6)의 단부판에 배치된 토출 밸브이고, 14는 토출 포트, 15는 토출실(16)을 형성하는 토출 덮개이다.

또, 토출 밸브(13)는 밸브 부재(17), 밸브 시트(18), 밸브 부재(17)를 밸브 시트(18)에 압박하는 코일 스프링(19), 밸브 부재(17)의 변위를 규제하고 밸브를 밸브 시트 또는 토출 포트에 대하여 위치 설정하는 리테이너(20)로 구성되어 있다. 밸브 부재(17)는 예를 들어 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르 에테르케톤, 폴리에테르이미드 등의 내열성 합성 수지재 또는 티탄계 합금 등의 비교적 경량의 합금 재료에 의해 형성되어 있고, 토출 포트(14)의 내측에 삽입되어 상기 밸브 시트(18)의 표면과 접촉하며 토출 포트(14)를 폐색하는 구면 형상의 밀봉부(17a)를 갖고 있다.

밸브 시트(18)는 토출 포트(14)의 주위에 일체적으로 형성되어 있고, 대략 원뿔대 형상을 갖고 있다. 또, 코일 스프링(19)은 본 실시예에 있어서는 동일한 직경으로 형성된 강선, 즉 소선(素線)으로 형성되어 있고, 코일 스프링(19)이 압축되어도 소선끼리 접촉하지 않는 피치, 예를 들어 등피치의 원뿔 형상으로 되어 있다.

본 실시예에 있어서, 요동 피스톤형 압축기의 압축 동작은 이하와 같이 행해진다. 전동 요소(2)의 회전자(2b)가 회전함으로써 크랭크축(7)이 구동되고, 크랭크축(7) 상의 편심부(7a)에 끼워 맞춰진 요동 피스톤(8)이 실린더(4) 내를 요동 운동한다. 베인부(8a)에 의해서 실린더(4) 내의 작동실(21)이 흡입실과 압축실로 구획되어 있고, 흡입 파이프(11)로부터 흡입실 내로 흡입된 작동 유체는 압축실에서 압축된다. 압축된 작동 유체(냉매)는 토출 포트(14)로부터 토출 밸브(13)를 거쳐서 토출실(16)로 유입되고, 그 후 밀폐 용기(1) 내로 토출되며, 여기서 외부로 토출된다.

다음에, 본 실시예의 토출 밸브(13)의 동작에 대하여 설명한다. 도2는 토출 밸브가 폐쇄된 상태, 즉 흡입 행정 및 압축 행정에 있어서의 토출 밸브의 상태를 나타내고 있다. 이 때, 밸브 부재(17)의 상부는 토출실(16)과 연결되어 있어 토출된 냉매 가스의 분위기로 되어 있고, 고압의 토출 압력이 가해지고 있다. 한편, 밸브 부재(17) 하부의 토출 포트(14)의 내부는 흡입 행정 및 압축 행정에 있는 작동실(21)에 연통하고 있으므로, 토출 압력보다도 낮은 압력으로 되어 있다.

따라서, 밸브 부재(17)에는 양자의 압력차에 의해서 하방으로 압박되는 힘이 작용하고 있다. 이 힘에 의해 밸브 부재(17)의 곡면 형상을 한 밀봉부(17a)는 밸브 시트(18)에 압박되고, 이들의 접촉부는 마치 대략 원형으로 이루어지는 선 형상의 접촉부가 되는 소위 선접촉으로 되어 밀봉이 유지되어 있다.

압축 행정이 진행되어 작동실(21) 내의 압력이 상승하여 토출 압력보다도 큰 압력이 되면, 이번에는 밸브 부재(17)에는 압력차에 의해서 토출 포트의 출구측(도면상에서는 상방측)으로 밀어올리는 힘이 작용한다. 이 상태에 대하여, 도3을 참조하여 설명한다.

상기 냉매(작동 유체)의 압력차에 따른 힘에 의해, 밸브 부재(17)는 도3과 같이 토출 포트 출구측(상방측)으로 밀어올려지고, 이 때 밸브 부재(17)와 밸브 시트(18) 사이에 간극이 발생한다. 작동실(21)에서 압축된 작동 유체는 토출 포트(14)로부터 상기 간극, 코일 스프링(19)의 소선 사이에 형성된 공간과 리테이너(20)에 형성된 토출 가스 유로(22)를 거쳐서 토출실(16)로 토출된다. 즉, 리테이너(20)가 삽입되어 있는 삽입부(6a)는 작동 유체의 토출 포트, 또는 작동 유체의 토출 통로의 일부를 이루고 있다.

밸브 부재(17)의 위치는 리테이너(20)에 의해서 규제되어 있고, 밸브 부재(17)가 밀어올려져서 코일 스프링(19)이 압축된 상태로 리테이너(20)의 밸브 부재(17)측 면과 밸브 부재(17)의 리테이너(20)측 면이 접촉한다. 토출 행정이 종료하면, 밸브 부재(17)는 코일 스프링(19)의 스프링력에 의해서 되돌려 보내져서 밸브 시트(18)에 착좌하고, 다시 도2의 토출 밸브 폐쇄 상태가 된다.

다음에, 도4를 참조하여 밸브 부재의 곡면 형상을 설명한다.

본 실시예에 있어서의 밸브 부재에는 편심해도 밸브 부재 표면 전방 주위와 접촉 가능한 범위에 밸브 부재 표면에 곡면을 형성하고 있다. 즉, 밸브 부재(17)는 도4에 도시한 바와 같이, 예를 들어 부 베어링(6)의 삽입부(6a)와 리테이너(20) 사이의 직경 방향의 부착(조립) 간극(δ1), 리테이너(20)와 코일 스프링(19) 사이의 간극(δ2), 코일 스프링(19)과 밸브 부재(17) 사이의 간극(δ3)에 의해서 밸브 부재(17)가 밸브 시트(18)에 대하여 편심했다고 해도, 밸브 부재(17)가 경사진 상태에서도 밸브 시트(18)에 밸브 부재의 표면이 그 전체 주위에 걸쳐서 접촉할 수 있도록, 밸브 부재(17)의 밸브 시트(18)와 접촉하는 곡면 형상의 구간(ab)을 밸브 부재(17)가 편심하고 있지 않은 경우의 밀봉부(17a)를 중심으로 ε(≥ δ1 + δ2 + δ3)의 범위로 설정하고 있다.

다음에, 밸브 부재(17)의 형상에 대하여 상세하게 설명한다. 도4에 있어서, 밸브 부재(17)의 측면은 구면부(ab 사이)와 원뿔 형상부(bc 사이)를 갖고 있다.밸브 부재(17)는 상술한 바와 같이, 그 형상 전체로 토출 포트(14)의 간극 용적을 감소시키는 것인데, 특히 상기 구면부(ab 사이)는 밸브 시트(18)의 표면과 접촉하여 토출 포트(14) 내의 압축 기구부(3)의 실린더(4)측과 토출실(16)측 사이를 밀봉하는 부분이며, 한편 원뿔 형상부(bc 사이)는 토출 포트(14) 내에 밸브 시트(18)의 형상에 맞추어 간극 용적을 저감하는 부분이다. 구면부(ab 사이)의 수평 방향 길이는 대략 축대칭 형상을 하고 있는 밸브 부재(17)의 중심축과 구면부의 구의 중심(O)과 점(a)을 잇는 직선의 각도(α)와, 밸브 부재(17)의 중심축과 구면부의 구의 중심(O)과 밸브 부재(17)가 밸브 시트(18)에 동심으로 착좌한 경우의 접촉부(17a)를 잇는 직선의 각도(β1)와, 밸브 부재(17)의 중심축과 구면부의 구의 중심(O)과 점(b)을 잇는 직선의 각도(β2)와, 구면부의 구형체 반경(SR)으로부터 다음식으로 표시된다.

ε = SR (sinα - sinβ1) = SR (sinβ1 - sinβ2)

그리고, 구면부의 원호 각도(α-β1), (β1-β2)와 원뿔부의 각도(θ1) 및 밸브 시트(18)의 각도(θ2)는 다음식의 관계로 된다.

(α-β1) ≥ (β1-β2)

(β1-β2) ≥ (θ1-θ2) / 2

이상과 같은 구성의 밸브 부재로 함으로써, 예를 들어 상술한 간극(δ1 내지 δ3)에 의해서 밸브 부재가 밸브 시트(18)에 대하여 편심하여 밸브 부재(17)가 경사져도, 구면부(ab 사이)에서 전체 주위 선접촉이 가능해지고, 밸브 부재(17)에 의한 밀봉이 가능해지며, 간극 용적도 저감된다.

다음에, 본 실시예의 토출 밸브(13)의 조립에 대하여 도5, 도6, 도7을 참조하여 설명한다. 도5는 본 실시예의 토출 밸브를 구성하는 부품의 사시도이다. 도5에 도시된 각 부품이 조립되는 순서는 도6에 도시되어 있다. 도6의 (a)에 도시한 바와 같이, 리테이너(20)와 코일 스프링(19)과 밸브 부재(17)는 코일 스프링(19)을 구성하는 소선이 최대 직경으로 되는 시트 감김부(19c)가 리테이너의 시트면(20a)에, 그리고 밸브 부재(17)가 코일 스프링의 소선의 최소 직경이 되는 시트 감김부(19b)에 각각 체결 여백을 구비하여 억지 끼워 맞춤되어 고정된다. 본 실시예에 있어서는 이 도면에 도시한 바와 같이, 리테이너(20)와 밸브 부재(17)가 코일 스프링(19)에 각각 끼워 맞춰짐으로써, 이들 세 개의 부품이 일체적으로 취급되고 하나의 부품으로서 토출 포트(14)에 조립된다.

상기 코일 스프링(19)은 도7에 도시한 이점 쇄선의 상태로 리테이너(20) 및 밸브 부재(17)와 일체로 되어 있다. 사선부는 감김 시트부(19a)이고, 여기서는 최소 직경 및 최대 직경이 모두 0.6 회전이며, 각각의 시트 감김부의 범위는 최소 직경의 시트 감김부(19b)와 최대 직경의 시트 감김부(19c)에서 선대칭으로 되어 있다. 최소 직경의 시트 감김부(19b)에 밸브 부재(17)를 억지 끼워 맞춤함으로써 반경 R1이 R1'가 되고, 그 중심은 O에서 O'로 된다.

이어서, 리테이너(20)에 최대 직경의 시트 감김부(19c)를 억지 끼워 맞춤함으로써 반경 R2가 R2'가 되고, 최소 직경 및 최대 직경이 모두 동일한 체결 여백으로 억지 끼워 맞춤되어 있으므로, 상기 반경(R2)의 중심은 O'가 되고, 상기 R1'의 중심과 일치한다. 그 결과, 리테이너(20)와 밸브 부재(17)를 코일 스프링(19)을거쳐서 동심으로 일체화할 수 있다. 또, 코일 스프링(19)의 유효 권취수를 적게 하여(본 실시예에서는 1.5 회전) 원뿔 형상으로 함으로써 코일 스프링(19)의 직경 방향의 강성이 강해지고, 밸브 운동시의 밸브 부재의 편심을 억제할 수 있다.

그리고, 이 일체로 조립된 부품은 도6의 (b)에 도시한 바와 같이, 리테이너(20)가 압입 지그(23)에 의해 밸브 시트(18)와 동심으로 형성된 부 베어링(6)의 삽입부(6a)에 압입됨으로써 고정된다. 또, 도6의 (c)에 도시한 바와 같이 코일 스프링(19)은 자유 길이보다 압축된 상태로 부착되고, 밸브 폐쇄 상태에 있어서도 밸브 부재(17)에 스프링력이 가해지도록 압박하고 있다. 이와 같이 밸브가 폐쇄된 상태에서 스프링력이 가해지도록 함으로써, 밸브 부재(17)의 밸브 시트(18)에의 착좌시의 충돌에 따른 튀어오름을 억제하고, 밸브의 폐쇄 지연을 방지하는 효과가 있다.

다음에, 도8을 참조하여 밸브 부재의 운동에 대하여 설명한다. 이 도면에 도시한 바와 같이, 밸브 부재(17)가 밸브 시트(18)에 대하여 편심하여 착좌한 경우에는 처음에 밸브 부재(17)의 점(c)이 밸브 시트(18)에 착좌하고, 그 후 늦게 반대측 점(d)이 착좌한다. 이 시간차가 밸브의 폐쇄 지연의 원인이 되는데, 밸브가 폐쇄된 상태에서 스프링력이 가해지도록 함으로써, 점(c)으로부터 점(d)까지의 신속한 착좌가 가능해져서 이 폐쇄 지연을 방지할 수 있다.

또, 밸브 부재(17)가 경사지게 착좌해도 밸브 부재(17)가 압축실 내로 돌출하지 않도록 밸브 부재(17)의 바닥면(17b)을 형성하고 있으므로, 본 실시예에서 제시한 요동 피스톤 압축기와 같은 밸브 부재의 운동 방향과 피스톤의 운동 방향이수직인 압축기에도 적용할 수 있다.

다음에, 밸브 시트(18)의 가공 방법에 대하여 도9 및 도10을 참조하여 설명한다. 도9, 도10은 본 발명에 관한 토출 밸브를 구비한 압축기의 토출 밸브가 착좌하는 밸브 시트부의 가공 순서를 도시한 종단면도이다.

상술한 바와 같이, 종래에 토출 밸브로서 널리 사용되었던 리드 밸브는 도9에 도시한 바와 같이 토출 포트(14)를 얇은 판 형상의 밸브판(35)이 피복하는 구조로 되어 있었다. 이 리드 밸브에서는 밸브판(35)이 밸브 시트(18)에 대하여 다소 위치가 어긋나더라도, 판 형상의 밸브판(35)이 포트 출구 전체를 피복하는 것은 가능하므로, 밸브판(35)은 포트(14)를 밀봉할 수 있고, 압축기의 압축 성능에 대하여 중대한 영향을 미치는 경우는 적었다. 이에 비해, 본 실시예와 같이 토출 밸브의 밸브 부재가 토출 포트의 내측을 매립하는 형상을 구비하고 있는 것에서는 밸브 부재(17)가 밸브 시트(18)에 대하여 편심하여 착좌하면, 상술한 바와 같이 밀봉 성능이 저하하거나 또는 폐쇄 지연이 발생하여 압축기의 성능이 저하되어 버린다.

그래서, 밸브 부재(17)와 밸브 시트를 가능한 한 동심으로 하여 배치하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서는 밸브 부재(17)는 코일 스프링(19) 및 리테이너(20)와 조합하여 일체로 하여, 삽입부(6a)에 삽입된다. 즉, 본 실시예에 있어서의 토출 밸브(13)는 삽입부(6a)와 리테이너(20)의 위치 관계가 밸브 부재(17)의 밸브 시트(18)에 대한 위치 관계에 의해서 규정되는 구성으로 되어 있다. 그래서, 상기와 같이 밸브 부재(17)와 밸브 시트(18)를 동심으로 배치하는 데 있어서는삽입부(6a)와 밸브 시트(18)를 동심으로 배치하는 것이 중요해진다.

본 실시예에서는 도9에 도시한 바와 같이, 절삭 공구(36)에 의해 밸브 시트(18)와 리테이너 삽입부(6a)를 가공하는 구성으로 하고 있다. 이 도9에 있어서, 절삭 공구(36)는 부 베어링(6)을 절삭하여 삽입부(6a) 및 그 내측면을 형성하는 제1 부분(36a)과, 이 제1 부분(36a)의 선단측에 배치되고 부 베어링(6)을 절삭하여 경사진 밸브 시트(18)의 표면을 형성하는 제2 부분(36b)을 갖고 있다. 본 실시예의 절삭 공구(36)에서는 제1, 제2 부분의 축심을 맞춰서 형성되어 있고, 절삭 공구(36)가 부 베어링(6)을 절삭해 나가면서 삽입부(6a)와 밸브 시트(18)가 동심으로 형성된다.

이러한 구성의 절삭 공구(36)에 의해, 부 베어링(6)에 대하여 삽입부(6a)를 형성하는 작업과 동시에, 밸브 시트(18)를 형성하는 작업을 행할 수 있게 된다. 이에 따라, 이들을 별개의 공정으로서 행하는 경우에 비해, 작업 공정이 적어지고 생산 비용이 저하된다. 또한, 나중에 행해지는 공정에 있어서 앞서 행해진 공정에서 만들어진 형상에 위치 맞춤하여 작업을 행할 필요가 없고, 공정의 정밀도는 절삭 공구(36)의 형상의 정밀도에 의존하게 되므로, 상기와 같이 별개의 공정으로서 행하는 경우에 비해 정밀도 높게 형상을 형성할 수 있다.

또, 도9에 도시한 밸브 시트(18)의 형상에서는 엣지부(6c) 부근의 부 베어링 부재의 두께가 작게 되어 있어, 가공할 때 얇아진 부분이 파선으로 도시한 엣지부(6d)와 같이 변형될 우려가 있다. 이러한 엣지부(6c)가 실린더 내측으로 돌출되어 있으면, 피스톤, 로터, 스크롤과 접촉하여 이를 손상시켜 버린다. 피스톤이 이 엣지부(6c)의 돌출 부분을 피하도록 하면, 압축기의 체적 효율이 저하되어 버린다.

또, 이러한 변형이 발생하면, 지금까지 절삭되어 형성되어 온 밸브 시트(18) 면의 경사가 변화되어 버린다. 이 상태에서 밸브 시트(18)의 면이 절삭 공구(36)에 의해 절삭되면, 적정한 각도로 밸브 시트(18)의 경사가 형성되지 못한다. 즉, 절삭 공구(36)를 없애고, 절삭 공구(36)로부터의 압박력이 없어지고, 밸브 시트(18)의 변형이 다소 이전으로 되돌아간 상태에서는 밸브 시트(18)는 절삭 공구(36)에 의해 필요 이상으로 절삭되어 있기 때문이다.

그래서, 밸브 시트(18)의 엣지부(6c)의 변형이 가능한 한 작아지도록 해야 한다. 본 실시예에서는 도10에 도시한 바와 같이, 부 베어링(6)에 배치된 밸브 시트(18)의 실린더(4)측에 원통부(6d')를 형성하고 있다. 이 때, 절삭 공구(36)에는 제2 부분(36b)의 선단측에, 상기 원통부(6d')를 절삭 가공하기 위한 제3 부분(36c)을 배치하고 있다. 이러한 절삭 공구(36)에 의하면, 삽입부(6a) 또는 밸브 시트(18)와 동시에 밸브 시트(18)의 실린더(4)측에 원통부(6d')가 형성된다.

이러한 구성에 따르면, 밸브 시트(18)의 형성 시에, 원통부(6d')의 원통면의 높이만큼 시트 부재의 엣지부(6c) 상당 부분에서의 부재의 두께를 확보할 수 있고, 이에 의해서 시트 부재의 변형을 저감할 수 있으며, 실린더 내측으로의 엣지부(6c)의 돌출이 저감되는 것이다. 또, 밸브 시트(18)를 적정하게 경사지게 하여 형성할 수 있고, 밸브 시트(18)와 밸브 부재(17)의 밀봉 성능을 향상시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 실시예의 토출 밸브(13)는 밸브 시트(18)와 접촉하는 밸브부재(17)의 표면 형상을 곡면 형상으로 하고, 밸브 시트(18)로 형성되는 토출 포트 내에 끼워지도록 형성되어 있어, 토출 포트부의 간극 용적을 저감할 수 있다. 그리고, 밸브 부재(17)와 밸브 시트(18)를 각각 다른 곡면 형상으로 함으로써 양자의 접촉은 원이 되고, 또 이들 사이의 접촉을 대략 선접촉에 가까운 상태로 한다. 이에 따라, 밸브 부재(17)와 밸브 시트(18)의 밀봉을 유지하면서 토출 포트부의 간극 용적을 크게 저감할 수 있고, 재팽창 손실을 저감할 수 있다.

또, 밸브 부재(17)와 밸브 시트(18)가 접촉해서 밀봉하는 구간은 토출 밸브의 각 부품의 간극에 의해서 밸브 부재(17)가 밸브 시트(18)에 대하여 편심하여 경사지게 착좌하더라도 전체 주위가 밀봉되는 범위에 형성되어 있으므로, 밸브 부재(17)와 밸브 시트(18)를 동심으로 조립하기 위한 미세한 조정이 불필요하며 조립을 간단하게 행할 수 있다. 그리고, 밸브가 폐쇄된 상태에서 밸브 부재(17)에 스프링력이 가해지도록 압박하고 있으므로, 밸브 부재(17)의 밸브 시트(18)에의 착좌시의 충돌에 따른 튀어오름이나 밸브 부재(17)가 밸브 시트(18)에 대하여 편심하여 착좌했을 때의 밸브 부재(17)의 경사에 의한 폐쇄 지연을 억제할 수 있다.

또, 리테이너(20)와 코일 스프링(19)과 밸브 부재(17)를 일체화하고, 상기 리테이너(20)를 밸브 시트(18)와 동심으로 형성된 부 베어링(6)의 삽입부(6a)에 압입 고정하고 있으므로, 조립을 한층 더 간단하게 행할 수 있는 동시에, 밸브 부재(17)와 밸브 시트(18)가 대략 동심으로 조립되어 착좌시의 밸브 부재의 경사에 의한 폐쇄 지연을 억제할 수 있다.

다음에, 도1 내지 도7에 도시한 본 실시예에 의한 압축기의 성능을 종래의토출 밸브인 리드 밸브를 사용한 예와 비교했다. 이 예는 토출 밸브가 종래 기술인 리드 밸브인 이외는 도1에 도시한 요동 피스톤형 압축기와 동일하다.

도11에 실험 결과의 일예를 도시한다. 도면은 압축기의 회전 속도와 성적 계수(COP)(= 냉동 능력 / 소비 전력)의 관계를 도시한 본 실시예의 토출 밸브와 리드 밸브의 성능 비교도이다. 여기서, 냉매는 R134a이고, 실험 조건은 냉장고의 실제 운전 상태에 상당하는 흡입 압력(Ps) = 0.101 MPa, 토출 압력(Pd) = 0.837 MPa이다. 압축기의 성적 계수(COP)는 리드 밸브의 COP를 0.1로 했을 때의 비율로 나타내고 있다. 도면으로부터, 본 실시예의 토출 밸브는 리드 밸브보다 COP비가 3 % 내지 6 % 정도 높아져 있고, 간극 용적을 대략 제로로 하여 재팽창 손실을 저감하여 리드 밸브에 비해 성능을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

다음에, 도11에 도시한 실험 조건으로 밸브 폐쇄시에 밸브 부재에 스프링력을 압박하는 경우와 압박하지 않는 경우의 압축기 성능의 비교를 도12에 도시한다. 압축기의 COP는 밸브 폐쇄시에 밸브 부재에 스프링력을 압박하지 않는 경우의 COP를 0.1로 했을 때의 비율로 나타내고 있다. 도면으로부터, 밸브 폐쇄시에 밸브 부재에 스프링력을 압박하는 경우는 스프링력을 압박하지 않는 경우보다 COP비가 3 % 내지 5 % 정도 높아져 있음을 알 수 있다. 밸브 폐쇄시에 스프링력을 압박하는 것은 과잉 압축 손실을 증가시켜 압축기 성능을 저하시키는 원인이 됨을 고려할 수 있다. 그러나, 본 실험 결과로부터 밸브 부재의 두께가 두꺼워져서 질량이 무거워지기 쉬운 포핏형 토출 밸브의 경우, 이 과잉 압축 손실을 저감하는 것보다도 착좌시의 밸브 부재의 튀어오름이나 경사에 의한 폐쇄 지연을 억제하는 것이 중요하다는 사실이 분명해졌다.

이상으로부터 본 실시예에 따르면, 토출 포트부의 간극 용적에 기인하는 손실이 저감되어 압축기의 효율이 향상된다. 또, 압축기의 조립성과 생산성이 향상된다. 또, 본 실시 형태에서는 밸브 부재를 구면 형상, 밸브 시트를 원뿔 형상으로 했지만, 이에 한정하지 않고 예를 들어 구면 형상끼리 등의, 밸브 부재가 경사져도 전체 주위를 밀봉할 수 있는 형상이면 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또, 본 실시예에서는 부 베어링(6)의 단부판에 토출 밸브(13)를 배치했지만, 주 베어링(5)의 단부판 또는 실린더(4)의 측벽에 토출 밸브(13)를 배치해도 본 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또, 요동 피스톤 압축기로서 하나의 실린더를 갖는 압축기를 예로 들어 설명했지만, 본 실시예는 이 이외에 두 개 이상의 실린더를 갖는 요동 피스톤 압축기나 하나 또는 두 개 이상의 실린더를 갖는 회전 압축기에도 적용할 수 있다.

도13, 도14를 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 이하에 설명한다. 도13은 본 발명에 관한 토출 밸브를 구비한 압축기의 다른 실시예에 관한 것이며, 토출 밸브 근방을 확대하여 도시한 종단면도이다. 도14는 도11에 도시한 압축기의 상면도이다. 이 실시예의 토출 밸브의 동작은 도2, 도3에서 도시한 토출 밸브의 경우와 동일하지만, 리테이너의 고정 방법이 다르다.

도13 및 도14에 있어서, 리테이너(20b)는 코일 스프링(19)을 수용하는 스프링 수용부(20c)의 외주부(20d)가 밸브 시트(18)와 동심으로 형성된 부 베어링(6)의 리테이너의 삽입용 구멍인 삽입부(6a)의 내측면과 50 ㎛ 정도의 미소한 간극을 유지하여 삽입되고, 부 베어링(6)에 나사(6b)에 의해 고정되어 있다. 이에 의해, 리테이너(20b)가 나사 고정될 때, 상기 나사(6b)의 체결에 수반하여 회전하지 않고 밸브 부재(17)와 밸브 시트(18)가 대략 동심으로 조립된다.

이로써, 밸브 부재(17)의 밸브 시트(18)에의 착좌시의 경사가 방지되므로, 밸브의 폐쇄 지연을 억제할 수 있다. 그리고, 리테이너(20b)와 부 베어링(6)의 압입에 의한 리테이너(20b)와 토출 포트(14) 및 밸브 시트(18)의 변형이 없어지고, 조립성 및 생산성이 양호하며, 밀봉성이 우수한 압축기의 토출 밸브를 제공할 수 있다.

다음에, 본 발명의 또 다른 실시예를 도15, 도16을 참조하여 설명한다.

도15는 본 발명의 토출 밸브를 구비한 압축기의 다른 실시예에 관한 것이며, 토출 밸브 근방을 확대하여 도시한 종단면도이다. 도16은 도15에 도시한 압축기의 상면도이다. 이 실시예의 토출 밸브는 도13 및 도14에서 도시한 토출 밸브와 리테이너의 토출 통로 형상이 다르다.

도15 및 도16에 있어서, 리테이너(20e)에는 스프링 수용부(20c)로부터 방사형으로 돌출한 복수의 가이드부(20f)가 형성되어 있다. 이 가이드부(20f)의 선단(외주)부가 밸브 시트(18)와 동심으로 형성되고, 리테이너가 삽입되는 부 베어링(6)의 삽입 구멍인 삽입부(6a)의 측벽면과의 사이에 50 ㎛ 정도의 미소한 간극을 유지하여 삽입되어 있다. 여기서, 밸브 부재(17)를 통과한 작동 유체(냉매)는 스프링 수용부(20c)의 외측에 형성되는 절결부(20g)를 거쳐서 토출된다.

이에 따라, 밸브 부재(17)를 통과한 후의 토출 통로 면적을 크게 취할 수 있고, 또한 밸브 부재(17)로부터 외측 방향을 향하게 하여 토출한 작동 유체를, 스프링 수용부(20c)의 외측에 있는 절결부(20g)로부터 순조롭게 토출할 수 있으므로 압력 손실을 저감할 수 있고, 유량이 많은 압축기에도 적합한 토출 밸브를 제공할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예를 도17을 참조하여 설명한다. 도17은 본 발명에 관한 토출 밸브를 구비한 압축기의 다른 실시예의 토출 밸브 근방을 확대하여 도시한 종단면도이다.

이 실시예의 토출 밸브의 동작은 도2, 도3에서 도시한 토출 밸브의 경우와 동일하지만, 리테이너의 고정 방법이 다르다. 도17에 있어서, 리테이너(20)는 밸브 시트(18)와 동심으로 형성되고, 리테이너가 삽입되는 부 베어링(6)의 삽입 구멍인 삽입부(6a)의 측벽면과의 사이에 50 ㎛ 정도의 미소한 간극을 유지하여 삽입되어 있으며, 그 상방으로부터 칼라(24)를 삽입부(6a)에 압입하여 리테이너(20)를 상기 칼라(24)에 의해 부 베어링(6)의 삽입부(6a)에 압박 고정하고 있다.

이에 의해, 밸브 부재(17)와 밸브 시트(18)가 대략 동심으로 조립되어 착좌시의 밸브 부재의 경사에 의한 폐쇄 지연을 억제할 수 있고, 리테이너(20) 자신을 압입하고 있지 않으므로, 리테이너(20)와 토출 포트(14) 및 밸브 시트(18)의 변형을 방지할 수 있다. 이러한 구성에 의해, 조립성 및 생산성이 양호해지고, 또 밸브와 밸브 시트의 밀봉성이 향상되며, 효율이 우수한 압축기를 제공할 수 있다.

다음에, 리테이너(20)와 코일 스프링(19)과 밸브 부재(17)를 도6에 도시한 것과는 다른 구성에 의한 조립 방법에 대하여 도18을 참조하여 설명한다.

본 실시예의 토출 밸브의 구성에서는 도18의 (a)에 도시한 바와 같이, 리테이너(20)의 중앙부에는 관통 구멍(20i)이, 그리고 밸브 부재(17)의 중앙부에는 오목부(17d)가 형성되어 있다. 이러한 상기 관통 구멍(20i)과 오목부(17d)에, 예를 들어 고무나 수지재 등의 탄성을 갖는 조립 보조 부재(23a)를 삽입함으로써, 리테이너(20)와 코일 스프링(19)과 밸브 부재(17)를 일체화하고 있다. 이 일체적으로 조립된 부품은 도18의 (b)에 도시한 바와 같이, 리테이너(20)가 압입 지그(23)에 의해 밸브 시트(18)와 동심으로 형성된 부 베어링(6)의 삽입부(6a)에 압입됨으로써 고정되고, 압입 후 도18의 (c)에 도시된 바와 같이 조립 보조 부재(23a)를 빼내고 토출 밸브가 설치된다.

이와 같이 함으로써, 조립 보조 부재(23a)의 탄성 변형에 의한 힘으로 리테이너(20)와 코일 스프링(19)과 밸브 부재(17)를 일체화할 수 있고, 조립을 간단하게 행할 수 있다.

다음에, 본 발명의 또 다른 실시예를 도19, 도20을 참조하여 설명한다. 도19는 본 발명에 관한 토출 밸브를 구비한 압축기의 다른 실시예에 관한 것이며, 토출 밸브의 근방을 확대하여 도시한 종단면도이다. 도20은 도19에 도시한 압축기의 토출 밸브 근방의 B-B면의 도면이다. 이 실시예의 토출 밸브의 동작은 도2 및 도3에서 도시한 토출 밸브의 경우와 동일하지만, 밸브 부재(17)를 압박하는 스프링이 판 스프링으로 되어 있다.

본 실시예에서는 도17 및 도18에 도시한 바와 같이, 밸브 부재(17)는 판 스프링(19d)에 의해 밸브 시트에 압박되어 있다. 이 판 스프링(19d)은 평판형의 판재에, 도18에 도시한 바와 같이 밸브 부재(17)가 보유 지지되는 중앙부에 대하여 대상적으로 슬릿(19e)을 형성함으로써, 중앙부(19f)가 밸브 부재(17)의 상면(17c)과 평행하게 이동 가능하게 되어 있다. 또, 이 판 스프링(19d)은 외주부가, 삽입 구멍인 삽입부(6a)에 압입된 리테이너(20)에 의해 삽입부 내에 고정되어 있다.

이에 의해, 스프링이 배치되는 공간 체적을 저감하여 토출 밸브 전체의 소형화가 가능해진다.

또, 밸브 부재(17)를 경량화할 수 있는 동시에, 코일 스프링보다 횡방향의 강성이 강해지므로, 밸브 부재(17)의 밸브 시트(18)에 대한 편심을 보다 작게 할 수 있으며, 밸브 부재(17)의 경사에 의한 폐쇄 지연을 한층 더 억제할 수 있다.

다음에, 상기 실시예에서 설명한 토출 밸브를 탑재한 왕복식 압축기에 대하여 도21, 도22를 참조하여 설명한다.

도21은 상기 실시예에 있어서의 토출 밸브를 구비한 스코치 요오크형 왕복 압축기의 구조를 도시한 종단면도이고, 도22는 도21에 도시한 압축기의 토출 밸브 근방을 확대하여 도시한 단면도이다. 스코치 요오크형 왕복 압축기의 압축 요소(3a)는 실린더 블록(25), 실린더 블록(25)이 고정되는 프레임(26), 실린더 블록(25)의 보어부(25a)에 삽입되는 피스톤(27), 실린더 블록(25)의 한 쪽 개구부를 폐색하는 실린더 헤드(28)를 갖고 있다. 상기 실린더 헤드(28)에는 코일 스프링(19)이 부착되는 리테이너(20h)가 부착되고, 리테이너(20h)에는 토출실(16)을 형성하는 헤드 덮개(29)가 부착되어 있다. 또, 크랭크축(7b)의 편심부(7c)에 끼워 맞춰지는 슬라이더(30)를 갖고 있다. 그리고, 실린더 헤드(28)에 상기 본 발명의 실시예에 관한 토출 밸브(13)가 배치되어 있다.

스코치 요오크형 왕복 압축기의 압축 동작은 이하와 같이 행해진다. 전동 요소(2c)에 전기가 통전되면, 회전자(2b)의 회전은 크랭크축(7b)을 구동하고, 그에 수반하는 슬라이더(30)의 공전 운동에 연동하여 피스톤(27)이 보어부(25a) 내를 왕복 운동하여 작동실(21)이 그 용적의 증감을 반복한다. 이 피스톤(27)의 왕복 운동에 수반하여 흡입 파이프(11)로부터 흡입된 작동 유체(냉매)는 사이렌서(31)에 유입되고, 박판형의 흡입 밸브(32)를 거쳐서 상기 작동실(21) 내에서 압축된다. 다음에, 압축된 작동 유체는 토출 포트(14)로부터 토출 밸브(13)를 거쳐서 토출실(16)에 유입되고, 토출 파이프(12)로부터 압축기의 외부로 토출된다.

여기서, 리테이너(20h)와 코일 스프링(19)과 밸브 부재(17)는 도5 내지 도7에 도시한 방법으로 일체적으로 조립되어 있다. 상기 리테이너(20h)는 적어도 두 개 이상의, 리테이너(20h) 및 실린더 헤드(28)에 형성된 가이드 구멍(33)과 상기 가이드 구멍(33)에 50 ㎛ 정도의 미소한 간극을 유지하여 삽입되는 가이드 핀(34)에 의해 상기 밸브 부재(17)와 밸브 시트(18)가 동심이 되도록 실린더 헤드(28)에 대하여 위치 결정되어 있다.

이에 의해, 토출 밸브의 조립을 간단하게 행할 수 있는 동시에, 밸브 부재(17)와 밸브 시트(18)가 대략 동심으로 조립되어 착좌시의 밸브 부재의 경사를 방지하여 폐쇄 지연을 억제할 수 있다. 또, 밸브 부재(17)가 경사져도 보어부(25a)의 작동실 내로 돌출하지 않도록 밸브 부재(17)의 바닥면(17b)의 바닥부에 평면부를 마련하고 도피부를 형성하고 있으므로, 피스톤(27)의 상부에 밸브부재(17)의 도피부를 형성하는 경우에 비해 간극 용적을 저감할 수 있다.

이상으로부터, 본 실시예의 왕복 압축기는 본 실시예의 토출 밸브(13)를 구비하고 있으므로, 토출 포트부의 간극 용적 내 가스의 재팽창에 따른 흡입 용적의 감소를 방지하여 체적 효율을 향상시킬 수 있다. 또, 압축기의 조립성 및 생산성을 향상시킬 수 있고, 또한 밸브의 밀봉 성능을 향상시켜 압축기의 압축 효율이 향상될 수 있다.

이상의 실시예에서는 토출 밸브를 요동 피스톤 압축기, 왕복 압축기에 적용한 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니며, 스크롤 압축기에 적용해도 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.

스크롤 압축기에 본 발명의 토출 밸브(13)를 구비함으로써, 운전 압력비보다도 랩의 설계 압력비(랩 권취수에 비례)를 작게 해도 부족 압축 손실이 적고, 토출 포트부의 간극 용적에 기인하는 재팽창 손실을 없앨 수 있다. 따라서, 랩 권취수의 대폭적인 저감이 가능해지고, 제조 공정이 크게 저감되고, 조립성을 향상시키며, 제조 비용을 크게 저감시킨 압축기를 제공할 수 있다. 그러면, 예를 들어 압력비가 4정도인 공기 조화용 스크롤을 2배 이상의 압력비가 되는 냉동용 스크롤로서 고효율적으로 사용하는 것이 가능해진다. 양자의 부품 공용화가 도모되어 대폭적인 비용 저감을 실현할 수 있다. 또한, 압축기의 조립성 및 생산성을 향상시킬 수 있으며, 밸브 부재와 밸브 시트의 밀봉성을 향상시킨 압축기를 제공할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 조립이 용이하고 성능을 향상시킨 압축기를제공할 수 있다.

Claims

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작동 유체가 그 내측에서 압축되는 압축실과, 이 압축실로부터 상기 작동 유체가 유출되는 토출 포트와, 이 토출 포트를 개폐하는 밸브 수단을 구비한 압축기에 있어서,

상기 토출 포트에 설치되고 상기 토출 포트의 단면적이 압축실측으로부터 커지는 곡면 형상을 구비한 밸브 시트부와, 이 밸브 시트부의 상기 곡면과 접촉하는 곡면을 갖는 볼록부를 구비한 밸브 부재와, 상기 밸브 시트부에 연통하고 상기 밸브 시트부와 동심인 구멍과, 이 구멍의 내측에 고정되어 상기 밸브 부재를 상기 밸브 시트부에 대향시켜 보유 지지하는 보유 지지 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 압축기.
제4항에 있어서, 상기 밸브 부재의 상기 압축실측의 단부에 설치된 평면부를 구비한 것을 특징으로 하는 압축기.
제4항에 있어서, 상기 보유 지지 수단에 개구부가 설치된 것을 특징으로 하는 압축기.
제4항에 있어서, 상기 구멍의 내측면이 상기 밸브 시트부에 연결되어 설치된 원통 형상부인 것을 특징으로 하는 압축기.
제4항에 있어서, 상기 보유 지지 수단과 상기 구멍의 내측 측면 사이에 작동 유체가 통과하는 통로를 구비한 것을 특징으로 하는 압축기.
제4항에 있어서, 상기 보유 지지 수단에 설치되고, 밸브 본체를 밸브 시트면에 접촉 또는 떨어진 상태로 지지하는 압박 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 압축기.
제4항에 있어서, 상기 보유 지지 수단에 설치되고, 밸브 본체를 밸브 시트면에 접촉 또는 떨어진 상태로 지지하고, 상기 밸브 부재와 결합되어 대략 원뿔 형상으로 형성된 코일 스프링을 갖는 압박 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 압축기.
제4항에 있어서, 상기 보유 지지 수단에 설치되고, 밸브 본체를 밸브 시트면에 접촉 또는 떨어진 상태로 지지하며, 슬릿을 구비하여 그 중앙부에 있어서 상기 밸브 부재를 압박하는 판 스프링을 갖는 압박 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 압축기.
제4항에 있어서, 상기 보유 지지 수단에 설치되고, 상기 보유 지지 수단에 설치된 개구와, 밸브 본체를 밸브 시트면에 접촉 또는 떨어진 상태로 지지하고, 슬릿이 형성되고 그 중앙부에 있어서 상기 밸브 부재를 압박하는 판 스프링을 갖는 압박 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 압축기.