KR100464078B1 - 토출 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 토출 밸브는 실린더내 피스톤의 압축 공정에 의하여 압축된 유체가 토출되는 토출 밸브에 있어서,

상기 실린더의 토출구를 개폐하며, 나선형으로 형성되어 있는 나선형 리드 밸브와; 상기 나선형 리드 밸브의 토출구 개폐를 원활히 하는 전자석을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 토출 밸브는 나선형 리드 밸브와 전자석으로 구성하여 압축된 유체의 압력이 아닌 전자석의 자력에 의하여 밸브가 개방되도록 함으로써, 토출 밸브가 늦게 열려 발생되는 오버 슈팅(overshooting) 현상이 없어 압축 효율이 향상되며, 판형상의 밸브와 달리 밸브 손실이 적음으로써, 밸브 손실로 인한 압축 효율 저하 방지 및 진동 소음 저감의 효과가 있다.

Description

토출 밸브{Exhaust valve}

본 발명은 토출 밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 압축 효율을 떨어뜨리며 진동 소음의 원인이 되는 밸브 손실을 저감시킬 수 있는 토출 밸브에 관한 것이다.

도 1은 종래의 토출 밸브가 사용되는 왕복동식 압축기를 나타낸 개략도이다.

도면을 참조하면, 종래 왕복동식 압축기는 양측이 개방되어 있는 원통형의 실린더(11)와, 상기 실린더(11)의 일측에서 삽입되어져 상기 실린더(11) 내부를 왕복 운동하며 유체를 압축시키는 피스톤(12)과, 상기 실린더(11)의 개방된 양측 중에 상기 피스톤(12)이 삽입되는 측의 반대측에서 유체의 흐름을 제어하는 밸브 플레이트(13), 흡입 밸브(14), 토출 밸브(15)와, 상기 실린더(11)로 유입되고 상기 실린더(11)에서 토출되는 유체의 유로가 형성되어 있는 헤드 커버(16)와; 상기 피스톤(12)의 후면에 연결되는 커넥팅 로드(17)와; 상기 커넥팅 로드(17)가 연결되어 있으며 모터(미도시)에 의해서 회전 운동하게 되는 크랭크축(18)으로 이루어져 있다.

동작을 간략하게 살펴보면, 먼저 모터(미도시)의 구동에 의하여 상기 크랭크축(18)이 회전하게 되고 이에 따라 끝단에 연결되어 있는 커넥팅 로드(17)도 원을 그리면서 움직이게 된다. 상기 커넥팅 로드(17)는 실린더(11)내에 위치하는 피스톤(12)에 연결되어 있으므로 상기 커넥팅 로드(17)의 원운동은 상기 피스톤(12)을 직선 왕복 운동시키게 된다. 이러한 피스톤(12)의 왕복 운동을 이용하여 유체를 흡입 압축하여 토출하게 되는 것이다.

이러한 과정에서 상기의 흡입, 토출은 상기 흡입 밸브(14)와 토출 밸브(15)가 담당하게 되는데, 그 구조와 동작은 다음과 같다.

도 2는 종래의 왕복동식 압축기를 이루는 밸브 플레이트, 흡입 밸브, 토출 밸브 및 헤드 커버를 나타낸 개략도이다.

상기 밸브 플레이트(13)는 상기 실린더로 흡입 및 토출되는 유체의 흐름을 제어하는 상기 흡입 밸브(14)와 토출 밸브(15)를 지지하는 부재로서 유체의 흡입을 위한 흡입홀(13a)과, 유체의 토출을 위한 토출홀(13b)을 포함하고 있다.

상기 흡입 밸브(14)는 상기 밸브 플레이트(13)와 실린더(11) 사이에 위치하는 부재로서 상기 밸브 플레이트의 흡입홀(13a)에 대응되는 위치에 흡입판(14a)이 형성되어 있다.

또한, 상기 토출 밸브(15)는 상기 밸브 플레이트(13)와 헤드 커버(16) 사이에 위치하는 부재로서 상기 밸브 플레이트의 토출홀(13b)에 대응되는 위치에 토출판(15a)이 형성되어 있다.

상기 헤드 커버(16)는 상기 실린더 내로 흡입 또는 토출되는 유체의 유로를 결정짓는 부재로서 상기 밸브 플레이트의 흡입홀(13a)에 대응되는 위치에 형성되어있는 흡입관(16a)과, 토출홀(13b)에 대응되는 위치에 형성되어 있는 토출관(16b)을 포함하고 있다.

이와 같은 구성을 갖는 종래의 체크 밸브인 흡입 밸브(14)와, 토출 밸브(15)를 포함하는 왕복동식 압축기의 동작을 살펴보면, 상기 피스톤(12)이 모터(미도시)의 회전에 의하여 상기 실린더(11)의 내부에서 후퇴하게 되면 압력이 낮아져 유체가 상기 흡입 밸브의 흡입판(14a)을 젖히며 상기 헤드 커버의 흡입관(16a)으로부터 흡입된다. 이렇게 흡입된 유체는 상기 모터의 회전에 의한 상기 피스톤(12)의 전진에 따라서 압축이 되며, 이렇게 압축된 유체는 스프링 등에 의하여 지지되는 상기 토출 밸브의 토출판(15a)을 젖히며 상기 헤드 커버의 토출관(16b)을 통하여 외부로 빠져나가게 된다.

도 3은 종래의 왕복동식 압축기에서 토출 밸브의 동작을 나타낸 개략도이다.

먼저 유체가 실린더에서 토출되는 과정을 살펴보면, 피스톤의 전진에 의하여 상기 밸브 플레이트의 토출홀(13b)로 토출되는 유체는 상기 토출 밸브의 토출판(15a)을 젖히며 실린더 밖으로 토출된다.

상기 피스톤은 유체의 토출 후 흡입 공정을 위해 후진하게 되고, 상기 토출판(15a)은 자체의 탄성에 의하여 닫히게 된다.

이러한 과정은 상기 피스톤의 전후진에 따라서 지속적으로 발생된다.

그런데, 여기서 살펴보면 체크 밸브인 상기 토출 밸브의 토출판(15a)이 토출 과정에서 완전히 젖혀지지 않고 일정 정도만 젖혀지는 것을 알 수 있다. 이처럼 완전하게 젖혀지지 않은 토출판(15a)으로 인하여 토출되는 유체는 진로에 방해를 받아 원활한 토출이 이루어지지 않게 된다. 또한, 이러한 밸브의 개방은 실린더 내부의 유체 압력에 의하여 이루어지므로, 원하는 시점보다 토출 밸브가 늦게 열려 오버 슈팅(overshooting) 손실이 발생하고 있다.

또한, 흡입 과정에서 닫히게 되는 상기 토출판(15a)이 상기 밸브 플레이트(13)와 맞닿는 부분 전체로 상기 밸브 플레이트(13)를 타격하게 되어 심한 소음이 발생하게 되며, 토출시 젖혀지는 밸브에 의해 형성된 틈으로 빠져나가는 유체와 밸브의 진동에 의하여도 심한 소음이 발생하게 된다.

이러한 현상은 왕복동식 압축기 전체의 효율을 저하시키는 것을 물론이고 심한 소음으로 인하여 사용자에게 불쾌감을 주고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 왕복동식 압축기에 적용된 토출밸브에서의 압축 효율의 저감 및 진동 소음의 원인이 되는 밸브의 손실을 저감시킬 수 있는 토출 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래의 토출 밸브가 사용되는 왕복동식 압축기를 나타낸 개략도.

도 2는 종래의 왕복동식 압축기를 이루는 밸브 플레이트, 흡입 밸브, 토출 밸브 및 헤드 커버를 나타낸 개략도.

도 3은 종래의 왕복동식 압축기에서 토출 밸브의 동작을 나타낸 개략도.

도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 토출 밸브를 나타낸 개략도.

도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 토출 밸브가 적용된 왕복동식 압축기를 나타낸 구조도.

도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 토출 밸브가 적용된 왕복동식 압축기를 나타낸 구조도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11, 110...실린더 12, 120...피스톤

13........밸브 플레이트 13a.......흡입홀

13b.......토출홀 14........흡입 밸브

14a.......흡입판 15........토출 밸브

15a.......토출판 16........헤드 커버

16a.......흡입관 190.......토출관

170.......커넥팅 로드 180.......크랭크축

210.......나선형 리드 밸브 220.......전자석

230.......플레넘

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 토출 밸브는 실린더내 피스톤의 압축 공정에 의하여 압축된 유체가 토출되는 왕복동식 압축기의 토출 밸브에 있어서,

상기 실린더의 토출구를 개폐하며, 나선형으로 형성되어 있는 나선형 리드 밸브와; 상기 나선형 리드 밸브의 토출구 개폐를 원활히 하는 전자석을 포함하는 것을 특징으로 한다.

부가적으로 상기 나선형 리드 밸브를 감싸는 일정 공간으로서, 토출구에서토출되는 유체의 열손실을 저감시키며 상기 나선형 리드 밸브의 작동 범위를 제공하는 플레넘을 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 토출 밸브를 나타낸 개략도이다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 토출 밸브는 실린더(110)의 토출구를 개폐하며, 나선형으로 형성되어 있는 나선형 리드 밸브(210)와; 상기 나선형 리드 밸브(210)의 토출구 개폐를 원활히 하는 전자석(220)으로 이루어져 있다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 나선형 리드 밸브(210)는 상기 실린더(110)의 토출구를 개폐하는 부재로서, 스프링과 유사한 탄성을 가지고 있어 일반적으로 원래의 형태, 즉 상기 실린더(110)의 토출구를 폐쇄하는 형태로 있게 된다.

이러한 나선형 리드 밸브(210)는 상기 실린더(110)의 내부를 직선 왕복 운동하게 되는 피스톤(120)의 상사점으로의 이동시 압축된 유체에 의하여 힘을 받게 되는데, 그 힘이 일정 이상되어 그 압력에 의하여 개방되는 경우에는 밸브 손실이 발생하므로 일정 정도 유체가 압축된 후에는 강제로 개방시켜 밸브 손실을 저감시킬 필요가 있다.

이러한 역할을 하는 부재가 상기 전자석(220)이며, 이를 위해 전자석(220)은 상기 피스톤(120)과의 연동을 고려하여 설계되어야 한다. 즉, 상기 피스톤(120)이 일정 위치에 도달했을 때 상기 전자석(220)을 동작시켜, 또는 교류입력의 경우에는자력이 최대가 되도록 하여 상기 나선형 리드 밸브(210)가 압축된 유체의 압력이 아닌 전자석의 자력에 의하여 개방되도록 한다.

이렇게 하여 토출된 유체는 토출관(190)을 통하여 이를 필요로 하는 부재로 유입되게 된다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 토출 밸브가 적용된 왕복동식 압축기를 나타낸 구조도로서, 내부에 일정 공간이 형성되어 있는 실린더(110)와; 상기 실린더(110)의 내부에서 직선 왕복 운동을 하는 피스톤(120)과; 모터의 구동에 의하여 상기 피스톤(120)을 구동시키는 크랭크축(180)과; 상기 크랭크축(180)과 피스톤(120)을 연결시키는 커넥팅 로드(170)와; 상기 실린더(110)의 토출구의 개폐를 결정짓는 나선형 리드 밸브(210), 전자석(220)으로 구성된 토출 밸브로 이루어져 있다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 실린더(110)는 일반적으로 원통형의 내부 공간을 가진 부재로서, 내부 공간의 끝에는 유체의 흡입을 위한 흡입구와, 토출을 위한 토출구가 구비되어 있다.

상기 피스톤(120)은 상기 실린더(110)의 내부를 직선 왕복 운동하여 상기 실린더 내로 유입된 유체를 압축하는 부재로서, 이를 위하여 그 형상은 상기 실린더(110)의 내부 공간과 맞도록 되어 있으며, 상기 실린더(110)와의 반대편에는 커넥팅 로드(170)가 연결되어 있다.

상기 나선형 리드 밸브(210)는 상기 실린더의 토출구(111)를 직접 개폐하는 부재로서, 흡입시에 실린더 내로 함몰되지 않도록 나선형의 중앙 부분이 상기 토출구(111)보다 크게 되어 있다.

상기 전자석(220)은 평상시에는 자체의 탄성으로 인하여 상기 토출구(111)를 폐쇄하고 있는 상기 나선형 리드 밸브(21)를 당겨서 개방시키는 부재로서, 그 동작은 상기 피스톤(120)이 일정 위치에 도달한 경우에 일어나야 하므로 상기 피스톤의 동작과 연동되도록 전력이 공급되어야 한다.

한편, 본 실시예에는 상기 나선형 리드 밸브(210)를 감싸는 플레넘(Plenum)이 더 구비되어 있는데, 상기 플레넘(230)은 상기 실린더의 토출구에서 토출되는 고압의 유체로 인한 맥동을 저감시키기 위한 부재로서, 나선형 리드 밸브의 개방시에 필요한 공간도 확보하는 역할을 수행하고 있다.

다음으로 동작을 살펴보면, 흡입시에 상기 나선형 리드 밸브는 자체의 탄성에 의하여 원래의 형상대로 있어 결과적으로 실린더의 토출구를 막게 된다. 흡입시에는 이와 반대로 전자석에 의하여 당겨져 토출구를 개방하게 된다. 이렇게 개방된 토출구를 통하여 압축된 유체가 토출되어 토출관(190)을 통하여 빠져나가게 된다.

도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 토출 밸브가 적용된 왕복동식 압축기를 나타낸 구조도이다.

살펴보면, 나선형 리드 밸브(210)가 평상시에 일정 정도 겹쳐지게 구성되어 있음을 알 수 있다. 따라서, 나선형 리드 밸브를 상기 토출구와 유사한 크기로 하여 설치하여도 흡입시에 실린더 내로 함몰되지 않으므로, 공간 활용에 유리하며 또한 생산 원가도 저감된다.

이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 왕복동식 압축기에 적용되는 토출 밸브는 나선형 리드 밸브와 전자석으로 구성하여 압축된 유체의 압력이 아닌 전자석의 자력에 의하여 밸브가 개방되도록 함으로써, 토출 밸브가 늦게 열려 발생되는 오버 슈팅(overshooting) 현상이 없어 압축 효율이 향상되며, 판형상의 밸브와 달리 밸브 손실이 적음으로써, 밸브 손실로 인한 압축 효율 저하 방지 및 진동 소음 저감의 효과가 있다.

Claims (2)

1. 실린더내 피스톤의 압축 공정에 의하여 압축된 유체가 토출되는 왕복동식 압축기의 토출 밸브에 있어서,

   상기 실린더의 토출구를 개폐하며, 상기 실린더 내의 일정 압력에 대해 상기 토출구를 폐쇄할 수 있도록 탄성을 갖는 나선형으로 형성되고, 상기 나선형의 중앙부가 실린더의 흡입시에 실린더의 토출구로 함몰되지 않는 크기로 이루어진 나선형 리드 밸브와;

   상기 피스톤과 연동되며, 상기 나선형 리드 밸브의 토출구 개폐를 원활히 제어하며, 상기 피스톤이 상사점으로 이동시 상기 나선형 리드 밸브의 강제적으로 개방시켜 주는 전자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 토출 밸브.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 나선형 리드 밸브를 감싸는 일정 공간으로서, 토출구에서 토출되는 고압의 유체로 인한 맥동을 저감시키며 상기 나선형 리드 밸브의 작동 범위를 제공하는 플레넘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토출 밸브.