KR100446768B1 - 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌방지장치에 관한 것으로, 본 발명은 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터의 직선 왕복 구동력을 전달받아 실린더의 압축공간에서 상사점과 하사점사이를 직선 왕복 운동하는 피스톤과, 상기 피스톤의 양측에 각각 위치하여 그 피스톤의 직선 왕복 운동을 탄성 지지하는 전방 스프링 및 후방 스프링과, 상기 피스톤이 초기 위치한 상태에서 그 피스톤과 일정 거리를 유지하도록 상기 하사점측에 장착되어 상기 피스톤의 압축시 그 피스톤에 작용하는 가스 스프링력을 보정하는 밀림 보정용 스프링을 포함하도록 구성하여 상기 왕복동식 모터의 구동력을 전달받아 실린더의 압축공간에서 직선 왕복 운동하면서 가스를 압축하는 피스톤이 그 압축공간에서 압축되는 가스의 가스 스프링력에 의해 최대 하사점측으로 밀리면서 운전되는 것을 최소화시킴으로써 그 피스톤의 스트로크 제어가 보다 정확하게 이루어지게 될 뿐만 아니라 피스톤이 최대 하사점측에 위치하는 타부품과 충돌하는 것을 방지하여 압축기의 운전 효율 및 신뢰성을 높일 수 있도록 한 것이다.

Description

왕복동식 압축기의 피스톤 충돌방지장치{APPARATUS FOR PREVENTING COLLISION OF PISTON IN RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌방지장치에 관한 것으로, 특히 왕복동식 모터의 직선 왕복 구동력을 전달받아 실린더의 압축공간에서 직선 왕복 운동하면서 가스를 압축하는 피스톤이 그 압축공간에서 압축되는 가스의 가스 스프링력에 의해 최대 하사점측으로 밀리는 것을 보정할 뿐만 아니라 타부품과 충돌하는 것을 방지할 수 있도록 한 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌방지장치에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 유체를 압축하는 기기이다. 상기 압축기는 가스를 압축하는 방식에 따라 회전식 압축기, 스크롤 압축기, 왕복동식 압축기 등 여러 종류가 있다.

도 1은 본 출원인이 연구 개발 중인 왕복동식 압축기의 일예를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 용기(10)와 그 용기(10)의 내부에 장착되어 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터(20)와, 상기 모터(20)의 양측을 각각 지지하는 후방 프레임(30) 및 중간 프레임(40)과, 상기 중간 프레임(40)에 이어 결합되는 전방 프레임(50)과, 상기 왕복동식 모터와 소정의 거리를 두도록 상기 전방 프레임(50)에 고정 결합되는 실린더(60)와, 상기 왕복동식 모터(20)와 연결됨과 아울러 상기 실린더(60)에 삽입되어 그 왕복동식 모터(20)의 직선 왕복 구동력을 전달받아 상기 실린더(60) 내부에서 직선 왕복 운동하는 피스톤(70)과, 상기 실린더(60) 및 피스톤(70)에 결합되어 그 피스톤(70)의 왕복 운동에 의해 발생되는압력 차에 의해 상기 실린더(60) 내부로 가스를 흡입시키고 토출시키는 밸브유닛(80)과, 상기 왕복동식 모터(20) 및 피스톤(70)의 직선 왕복 운동을 탄성 지지하는 공진 스프링유닛(90)을 포함하여 구성되어 있다.

상기 왕복동식 모터(20)는 원통 형태로 형성되어 후방 프레임(30) 및 중간 프레임(40)에 고정 결합되는 아우터 스테이터(21)와 상기 아우터 스테이터(21)에 일정 간격을 두고 삽입되는 이너 스테이터(22)와 상기 아우터 스테이터(21)에 결합되는 권선 코일(23)과 상기 아우터 스테이터(21)와 이너 스테이터(22)사이에 직선 왕복 운동 가능하게 삽입되는 가동자( A)를 포함하여 구성되어 있다.

상기 가동자(A)는 원통 형태로 형성되는 자석 홀더(24)와 그 자석 홀더(24)에 일정 간격을 두고 결합되는 다수개의 영구자석(25)으로 구성되며 그 자석 홀더(24)는 상기 피스톤(70)과 연결되어 있다.

상기 밸브유닛(80)은 상기 실린더(60)의 압축공간(P)을 복개하는 토출커버(81)와 그 토출커버(81)의 내부에 위치하여 상기 실린더(60)의 압축공간(P)을 개폐하는 토출밸브(82)와 상기 토출밸브(82)를 탄성 지지하는 밸브스프링(83)과 상기 피스톤(70)의 단부에 결합되어 그 피스톤(70) 내부에 형성된 흡입유로(F)를 개폐하는 흡입밸브(84)를 포함하여 구성되어 있다.

상기 공진 스프링유닛(90)은 소정의 면적을 갖도록 절곡 형성되는 스프링 지지대(91)가 상기 전방 프레임(50)과 중간 프레임(40)사이에 위치하도록 상기 피스톤(70)의 일측에 결합되고 상기 전방 프레임(50)과 스프링 지지대(91)사이에 전방 스프링(92)이 삽입되고 상기 스프링 지지대(91)와 중간 프레임(40)사이에 후방 스프링(93)이 삽입되어 이루어진다.

상기 전방 스프링(92)과 후방 스프링(93)의 탄성 계수는 서로 같고, 상기 전방 스프링(92)과 후방 스프링(93)은 결합시 각각 일정 길이 압축된 상태로 결합되며, 이때 상기 피스톤(70)의 끝면의 초기 위치가 최대 상사점(b)과 최대 하사점(a)사이의 중간 위치(c)에 위치하도록 상기 전방 스프링(92)과 후방 스프링(93)이 결합된다.

미설명 부호 1은 흡입관이고, 2는 토출관이다.

상기한 바와 같은 왕복동식 압축기의 작동은 다음과 같다.

상기 왕복동식 모터(20)에 전원이 공급되어 권선 코일(23)에 전류가 흐르게 되면 그 권선 코일(23)에 흐르는 전류에 의해 상기 아우터 스테이터(21)와 이너 스테이터(22)에 형성되는 플럭스와 영구자석(25)의 상호작용에 의해 그 영구자석(25)을 포함하는 가동자(A)가 직선 왕복 운동하게 된다.

상기 가동자(A)의 직선 왕복 구동력이 상기 피스톤(70)에 전달되어 그 피스톤(70)이 실린더 압축공간(P)에서 하사점과 상사점사이의 거리, 즉 스트로크(Stroke)로 직선 왕복 운동함과 동시에 상기 밸브유닛(80)이 작동하면서 가스가 실린더 압축공간(P)으로 흡입되고 압축되어 토출되는 과정을 반복하게 된다.

그리고 상기 공진 스프링유닛(90)은 상기 왕복동식 모터(20)의 직선 왕복 운동력을 탄성에너지로 저장 방출함과 아울러 공진 운동을 유발시키게 된다.

상기 공진 스프링유닛(90)의 작동을 보다 상세하게 설명하면 상기피스톤(70)이 상사점으로 움직일 경우 상기 전방 스프링(92)은 수축되는 상태가 되고 이와 동시에 상기 후방 스프링(93)은 이완되는 상태가 되며, 상기 피스톤(70)이 하사점으로 움직일 경우 상기 전방 스프링(92)은 이완되는 상태가 되고 이와 동시에 상기 후방 스프링(93)은 수축되는 상태가 되며 이와 같은 과정이 반복되면서 상기 가동자(A) 및 피스톤(70)을 탄성 지지하게 된다. 이때, 압축기의 초기 구동시 상기 피스톤(70)의 행정거리가 짧은 상태에서 점점 커지면서 최대 행정거리로 운전되며 아울러 시스템에 작용하는 부하에 따라 상기 피스톤(70)의 행정거리가 가변적으로 운전된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 구조는, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 피스톤(70)이 상기 실린더의 압축공간(P)에서 상사점과 하사점사이를 직선 왕복 운동하면서 가스를 압축하는 과정에서 상기 실린더 압축공간(P)에서 압축되는 가스의 가스 스프링력이 상기 피스톤(70)에 작용하여 그 피스톤(70)의 초기 위치에서 최대 하사점(a)쪽으로 이동되는 상태에서 상사점과 하사점사이를 직선 왕복하게 됨은 물론 그 피스톤(70)의 행정거리가 커질수록 상기 피스톤(70)에 작용하는 가스 스프링력이 크게 되어 그 피스톤(70)이 최대 하사점쪽으로 이동하는 편심거리, 즉 밀림거리가 점점 증가하게 됨으로써 상기 피스톤(70)의 스트로크 제어가 제대로 이루어지지 않게 될 뿐만 아니라 상기 피스톤(70)이 최대 하사점측에 위치하는 부품 즉, 왕복동식 모터와 충돌하게 되어 부품의 파손을 유발시키게 되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 왕복동식 모터의직선 왕복 구동력을 전달받아 실린더의 압축공간에서 직선 왕복 운동하면서 가스를 압축하는 피스톤이 그 압축공간에서 압축되는 가스의 가스 스프링력에 의해 최대 하사점측으로 밀리는 것을 보정할 뿐만 아니라 타부품과 충돌하는 것을 방지할 수 있도록 한 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌방지장치를 제공함에 있다.

도 1은 현재 개발진행 중인 왕복동식 압축기를 도시한 단면도,

도 2는 상기 왕복동식 압축기의 작동상태를 도시한 단면도,

도 3은 본 발명의 왕복동식 압축기 피스톤 충돌방지장치가 구비된 왕복동식 압축기의 단면도,

도 4는 본 발명의 왕복동식 압축기 피스톤 충돌방지장치의 작동상태를 도시한 단면도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

20 ; 왕복동식 모터 60 ; 실린더

70 ; 피스톤 92 ; 전방 스프링

93 ; 후방 스프링 100 ; 밀림 보정용 스프링

110 ; 접촉판 112 ; 접촉판

P ; 실린더 압축공간

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터의 직선 왕복 구동력을 전달받아 실린더의 압축공간에서 상사점과 하사점사이를 직선 왕복 운동하는 피스톤과, 상기 피스톤의 양측에 각각 위치하여 그 피스톤의 직선 왕복 운동을 탄성 지지하는 전방 스프링 및 후방 스프링과, 상기 피스톤이 초기 위치한 상태에서 그 피스톤과 일정 거리를 유지하도록 상기 하사점측에 장착되어 상기 피스톤의 압축시 그 피스톤에 작용하는 가스 스프링력을 보정하는 밀림 보정용 스프링을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌방지장치가 제공된다.

이하, 본 발명의 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌방지장치를 첨부도면에 도시한 실시례에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌방지장치의 일예가 구비된 왕복동식 압축기를 도시한 것으로, 이를 참조하여 설명하면, 먼저 상기 왕복동식 압축기는 소정의 내부 공간을 갖는 용기(10)의 내부에 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터(20)가 장착되고 그 왕복동식 모터(20)의 양측에 후방 프레임(30)과 중간 프레임(40)이 각각 결합된다.

상기 왕복동식 모터(20)는 원통 형태로 형성되어 후방 프레임(30) 및 중간 프레임(40)에 고정 결합되는 아우터 스테이터(21)와 상기 아우터 스테이터(21)에 일정 간격을 두고 삽입되는 이너 스테이터(22)와 상기 아우터 스테이터(21)에 결합되는 권선 코일(23)과 상기 아우터 스테이터(21)와 이너 스테이터(22)사이에 직선 왕복 운동 가능하게 삽입되는 가동자(A)를 포함하여 구성된다.

상기 가동자(A)는 원통 형태로 형성되는 자석 홀더(24)와 그 자석 홀더(24)에 일정 간격을 두고 결합되는 다수개의 영구자석(25)으로 구성된다.

그리고 상기 중간 프레임(40)에 이어 소정 형상으로 형성된 전방 프레임(50)이 결합되고 그 전방 프레임(50)에 관통 형성된 관통구멍에 실린더(60)가 결합되며 그 실린더(60) 내부에 피스톤(70)이 삽입되고 그 피스톤(70)은 상기 왕복동식 모터(20)를 구성하는 가동자의 자석 홀더(24)와 연결된다.

상기 피스톤(70)이 삽입되는 실린더(60)의 내부는 압축공간(P)을 형성하게 되고 상기 실린더(60)는 상기 왕복동식 모터(20)와 일정 간격을 두고 위치하게 된다.

그리고 상기 전방 프레임(50)과 중간 프레임(40)사이에 상기 왕복동식 모터(20)의 가동자(A)와 피스톤(70)의 움직임을 탄성 지지하는 공진 스프링유닛(90)이 구비된다.

상기 공진 스프링유닛(90)은 소정의 면적을 갖도록 절곡 형성되어 상기 전방 프레임(50)과 중간 프레임(40)사이에 위치하도록 그 일측이 상기 피스톤(70)에 결합되는 스프링 지지대(91)와, 상기 전방 프레임(50)과 스프링 지지대(91)사이에 위치하는 전방 스프링(92)과, 상기 스프링 지지대(91)와 중간 프레임(40)사이에 위치하는 후방 스프링(93)을 포함하여 구성된다.

상기 전방 스프링(92)과 후방 스프링(93)은 결합시 각각 소정 길이로 압축된 상태로 결합되되 상기 피스톤(70)의 초기 위치가 최대 상사점(b)과 최대 하사점(a)사이의 중간 위치(c)에 위치하게 된다. 상기 피스톤(70)의 초기 위치는 경우에 따라 최대 상사점(b)과 최대 하사점(a)사이의 중간 위치(c)에서 가스 압축력을 감안하여 최대 하사점 위치로 이동시켜 위치시킬 수 있다.

그리고 상기 피스톤(70)의 압축시 그 피스톤(70)에 작용하는 가스 스프링력을 보정하는 밀림 보정용 스프링(100)이 상기 최대 하사점측에 위치하도록 장착된다. 상기 밀림 보정용 스프링(100)은 상기 피스톤(70)이 초기 위치한 상태에서 그 피스톤(70)과 일정 거리를 유지하도록 상기 후방 프레임(30)에 장착됨이 바람직하고, 아울러 상기 밀림 보정용 스프링(100)은 압축 코일 스프링으로 이루어짐이 바람직하다. 한편, 상기 밀림 보정용 스프링(100)은 상기 왕복동식 모터의 이너 스테이터(22)측에 고정 결합될 수 있다.

그리고 상기 피스톤(70)측에 위치하는 상기 밀림 보정용 스프링(100)의 선단에는 내부에 가스 통공이 구비된 접촉판(110)이 결합된다. 상기 접촉판(110)은 상기 밀림 보정용 스프링(100)의 외경과 상응하는 외경과 일정 두께를 갖는 원판부(111)와 그 원판부(111)의 내부에 관통 형성되는 가스 통공(112)과 그 원판부(112)의 가장자리에 절곡 연장되어 상기 밀림 보정용 스프링(100)의 외경에 끼워지는 테두리부(113)로 이루어진다.

그리고 상기 피스톤(70)이 실린더(60) 내부에서 직선 왕복 운동함에 의해 발생되는 압력 차에 의해 상기 실린더(60) 내부로 가스를 흡입시키고 토출시키는 밸브유닛(80)이 상기 실린더(60)와 피스톤(70)에 결합된다.

상기 밸브유닛(80)은 상기 실린더(60)의 압축공간(P)을 복개하는 토출커버(81)와 그 토출커버(81)의 내부에 위치하여 상기 실린더(60)의 압축공간(P)을 개폐하는 토출밸브(82)와 상기 토출밸브(82)를 탄성 지지하는 밸브스프링(83)과 상기 피스톤(70)의 단부에 결합되어 그 피스톤(70) 내부에 형성된 흡입유로(F)를 개폐하는 흡입밸브(84)를 포함하여 구성된다.

미설명 부호 1은 흡입관이고, 2는 토출관이다.

이하, 본 발명의 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌방지장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 왕복동식 압축기의 작동은 전원이 공급되어 상기 왕복동식 모터(20)가 구동하게 되면 그 왕복동식 모터(20)의 직선 왕복 구동력이 가동자(A)를 통해 상기 피스톤(70)에 전달되어 그 피스톤(70)이 실린더 압축공간(P)에서 하사점과 상사점사이의 거리, 즉 스트로크(Stroke)로 직선 왕복 운동하게 되며, 그 피스톤(70)의 스트로크는 상기 왕복동식 모터(20)의 제어에 의해 이루어진다.

상기 피스톤(70)이 실린더의 압축공간(P)에서 직선 왕복 운동하게 되면 그 피스톤(70)의 직선 왕복 운동과 함께 상기 밸브유닛(80)이 작동하면서 상기 흡입관(1)으로 흡입되는 가스가 실린더 압축공간(P)으로 흡입되고 압축되어 토출되는 과정을 반복하게 된다.

이와 동시에, 상기 왕복동식 모터(20)의 직선 왕복 구동력을 전달받아 상기 피스톤(70)이 실린더 압축공간(P)에서 직선 왕복 운동함에 따라 전방 스프링(92)과 후방 스프링(93)이 각각 수축 이완되면서 상기 왕복동식 모터(20)의 직선 왕복 운동력을 탄성에너지로 저장 방출함과 아울러 그 가동자(A) 및 피스톤(70)의 공진 운동을 유발시키게 된다.

상기 과정에서, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 압축기의 초기 구동시 상기 피스톤(70)의 행정거리가 짧게 되며 이때 상기 실린더 압축공간(P)에서 가스가 압축되면서 그 피스톤(70)에 작용되는 가스 스프링력이 작게 된다. 이때, 상기 피스톤(70)은 최대 하사점측에 위치하는 밀림 보정용 스프링과 접촉되지 않고 움직이게 된다. 이어, 상기 피스톤(70)이 정상상태로 운전되면서 그 피스톤(70)의 행정거리가 점점 길어지게 되면 상기 실린더 압축공간(P)에서 가스가 압축되면서 그 피스톤(70)에 작용하는 가스 스프링력이 증가하게 되면서 피스톤(70)이 최대 하사점측으로 밀리게 되며 이때, 최대 하사점측에 위치하는 밀림 보정용 스프링(100)에 의해 상기 피스톤(70)이 탄성 지지되면서 그 피스톤(70)의 밀림이 억제된다.

이로 인하여, 상기 피스톤(70)이 최대 하사점측으로 밀리는 상태에서 운전되는 것을 최소화시켜 그 피스톤(70)의 스트로크 제어가 보다 정확하게 이루어지게 될 뿐만 아니라 그 피스톤(70)이 상기 최대 하사점측에 위치하는 타부품과 충돌하는 것을 방지하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌방지장치는 왕복동식 모터의 직선 왕복 구동력을 전달받아 실린더의 압축공간에서 직선 왕복 운동하면서 가스를 압축하는 피스톤이 그 압축공간에서 압축되는 가스의 가스 스프링력에 의해 최대 하사점측으로 밀리면서 운전되는 것을 최소화시켜 그 피스톤의 스트로크 제어가 보다 정확하게 이루어지게 될 뿐만 아니라 피스톤이 최대 하사점측에 위치하는 타부품과 충돌하는 것을 방지하게 됨으로써 불필요한 피스톤의 움직임을 억제하여 효율을 높일 수 있고 또한 부품의 손상을 방지하여 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터의 직선 왕복 구동력을 전달받아 실린더의 압축공간에서 상사점과 하사점사이를 직선 왕복 운동하는 피스톤과, 상기 피스톤의 양측에 각각 위치하여 그 피스톤의 직선 왕복 운동을 탄성 지지하는 전방 스프링 및 후방 스프링과, 상기 피스톤이 초기 위치한 상태에서 그 피스톤과 일정 거리를 유지하도록 상기 하사점측에 장착되어 상기 피스톤의 압축시 그 피스톤에 작용하는 가스 스프링력을 보정하는 밀림 보정용 스프링을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌방지장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 피스톤측에 위치하는 상기 밀림 보정용 스프링의 선단에는 내부에 가스 통공이 구비된 접촉판이 결합된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌방지장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 밀림 보정용 스프링은 압축 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지장치.