KR100486567B1 - 왕복동식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 케이싱의 내부에 설치하여 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식모터와, 왕복동식모터의 가동자에 결합하여 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하는 피스톤과, 피스톤의 전후 양측을 피스톤방향으로 지지하여 그 피스톤의 공진운동을 유도하는 전방측 공진스프링 및 후방측 공진스프링과, 전방측 공진스프링의 일단을 지지하는 스프링장착부와 후방측 공진스프링의 일단을 지지하는 스프링장착부가 상호 직교하도록 형성하여 상기한 피스톤에 결합하는 스프링지지대와, 왕복동식모터를 지지하고 전방측 공진스프링의 타단을 지지하는 제1 프레임과, 후방측 공진스프링의 타단을 지지하고 전방측 공진스프링을 지지하는 스프링지지대의 스프링장착부가 노출되도록 주벽부를 개방 형성하여 상기 제1 프레임에 결합하는 제2 프레임을 포함함으로써, 스프링지지대를 용이하게 형성할 수 있고, 후방프레임의 상반부와 하반부 일부를 절개할 수 있어 후방프레임의 크기를 줄여 재료비용을 절감함과 아울러 케이싱의 크기를 줄여 압축기를 소형화할 수 있을 뿐만 아니라 전동기구부와 압축기구부에서 발생하는 열을 용이하게 방출하여 압축기 효율을 높일 수 있다.

Description

왕복동식 압축기{RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 공진스프링을 한 쌍씩 배치하여 스프링지지대의 구조를 단순화한 왕복동식 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 왕복동식 압축기는 피스톤이 실린더의 내부에서 왕복운동을 하면서 가스를 흡입 압축하여 토출시키는 것으로, 도 1은 본 출원인이 선출원(출원번호)한 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 선출원한 왕복동식 압축기는, 케이싱(10)의 내부에 탄력 지지하여 설치하는 프레임유니트(20)와, 프레임유니트(20)에 고정하여 직선으로의 구동력을 발생하는 왕복동식모터(30)와, 프레임유니트(20)에 지지하여 유체를 흡입 압축하는 압축유니트(40)와, 프레임유니트(20)와 왕복동식모터(30)의 가동자(33) 사이에 결합하여 그 가동자(33)와 압축유니트(40)의 피스톤(42)이 함께 공진운동을 하도록 유도하는 공진스프링유니트(50)를 포함하여 구성하고 있다.

프레임유니트(20)는 왕복동식모터(30)의 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 일 측면을 함께 지지함과 아울러 압축유니트(40)의 실린더(41)를 삽입하여 지지하는 전방프레임(21)과, 전방프레임(21)에 결합하여 왕복동식모터(30)의 외측고정자(31) 타 측면을 지지하고 후술할 전방측 공진스프링(51)을 지지하는 중간프레임(42)과, 중간프레임(42)에 결합하여 왕복동식모터(30)의 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 타 측면을 함께 지지하고 후술할 후방측 공진스프링(52)을 지지하는 후방프레임(23)으로 이루어진다.

후방프레임(23)은 후술할 스프링지지대(51)와 후방측 공진스프링(53)을 함께 수용할 수 있는 원통모양의 스프링수용부(23a)를 구비하여 "모자"모양으로 형성하고 있다. 스프링수용부(23a)의 내측후방면에는 후방측 공진스프링(53)의 후방단을 지지할 수 있도록 스프링장착홈 또는 스프링장착돌기(미도시)를 형성하고 있다.

왕복동식모터(30)는 전방프레임(21)과 중간프레임(22) 사이에 고정 설치하는 외측고정자(31)와, 외측고정자(31)의 내측에 일정 공극을 두고 압축유니트(40)의 실린더(41)에 결합하는 내측고정자(32)와, 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이의 공극(air gap)에 개재하여 압축유니트(40)의 피스톤(42)에 결합하고 그 피스톤(42)과 함께 직선으로 왕복운동을 하는 가동자(33)로 이루어진다.

압축유니트(40)는 전방프레임(21)에 삽입하여 고정하는 실린더(41)와, 왕복동식모터(30)의 가동자(33)에 결합하여 실린더(41)의 압축공간(P)에서 왕복운동을 하는 피스톤(42)과, 피스톤(42)의 선단에 장착하여 그 피스톤(42)의 흡입유로(F)를 개폐하면서 냉매가스의 흡입을 제한하는 흡입밸브(43)와, 실린더(41)의 토출측에 장착하여 압축공간(P)을 개폐하면서 압축가스의 토출을 제한하는 토출밸브조립체(44)로 이루어진다.

공진스프링유니트(50)는 왕복동식모터(30)의 가동자(33)와 압축유니트(40)의 피스톤(42)에 함께 결합한 스프링지지대(51)의 일 측면과 이에 대응하는 왕복동식모터(30)의 측면 또는 그 왕복동식모터(30)의 측면에 밀착한 중간프레임(22)의 일 측면 사이에 복수 개로 구비하는 전방측 공진스프링(52)과, 상기 스프링지지대(51)의 타측면과 이에 대응하는 후방프레임(23)의 내측면 사이에 복수 개로 구비하는 후방측 공진스프링(53)으로 이루어진다.

스프링지지대(51)는 도 2 및 도 3에서와 같이 환형으로 형성하되 외주면에서 내주연으로 절개하여 다수 개의 스프링장착부(51A)(51B)를 갖되 각 스프링장착부(51A)(51B) 중에서 전방측 공진스프링(52)을 지지하는 스프링장착부(51A)는 후방측으로 절곡 형성하고 전방측 스프링장착부(51A) 사이사이에 배열하여 후방측 공진스프링(53)을 지지하는 후방측 스프링장착부(51B)는 직선으로 형성하여 상기한 전방측 공진스프링(52)과 후방측 공진스프링(53)이 서로 중첩구간을 갖도록 피스톤 방향으로 평행하게 배열하고 있다.

상기와 같은 선출원한 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 왕복동식모터(30)의 외측고정자(31)에 전원을 인가하면, 그 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이에 플럭스(flux)가 형성되어 가동자(33)와 피스톤(42)이 함께 플럭스의 방향에 따라 움직이면서 공진스프링유니트(50)에 의해 직선으로 왕복운동을 하고, 이와 함께 피스톤(42)이 실린더(41)의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 실린더(41)의 압축공간(P)에 압력차를 발생시킴으로써 냉매가스를 흡입하여 일정 압력까지 압축하였다가 토출하는 일련의 과정을 반복하는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 선출원한 왕복동식 압축기에 있어서 스프링지지대(51)는 스프링장착부(51A)(51B)를 방사상으로 형성하고 각 스프링장착부(51A)(51B)들의 전후 양측을 번갈아 가면서 전방측 공진스프링(52)과 후방측 공진스프링(53)을 원주방향을 따라 장착하는 것이었으나, 이는 스프링지지대(51)의 구조가 복잡하여 제작이 난해하다는 문제점이 있었다.

또, 후방프레임(23)의 조립시 후방프레임(23)이 원주방향을 따라 등간격으로 배열한 후방측 공진스프링(53)을 모두 지지하여야 하므로 상기한 후방프레임(23)의 체적이 넓어져 재료비 부담이 크고 이에 따라 케이싱(10)도 함께 커져 압축기가 비대해질 뿐만 아니라 후방프레임(23)의 함몰부(또는, 스프링수용부)(23a)를 막힌 구조로 형성함에 따라 전동기구부에서 발생하는 열이 방출되지 못하면서 모터가 과열되거나 흡입가스가 미리 가열되어 흡입손실을 유발할 우려가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 선출원한 왕복동식 압축기들이 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 스프링지지대를 용이하게 제작할 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

또, 후방프레임에 대한 재료비용을 절감할 수 있고 이를 통해 압축기를 소형화할 수 있으며 전동기구부에서 발생하는 열을 용이하게 방출할 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱의 내부에 설치하여 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식모터와, 왕복동식모터의 가동자에 결합하여 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하는 피스톤과, 피스톤의 전후 양측을 피스톤방향으로 지지하여 그 피스톤의 공진운동을 유도하는 전방측 공진스프링 및 후방측 공진스프링과, 전방측 공진스프링의 일단을 지지하는 스프링장착부와 후방측 공진스프링의 일단을 지지하는 스프링장착부가 상호 직교하도록 형성하여 상기한 피스톤에 결합하는 스프링지지대와, 왕복동식모터를 지지하고 전방측 공진스프링의 타단을 지지하는 제1 프레임과, 후방측 공진스프링의 타단을 지지하고 전방측 공진스프링을 지지하는 스프링지지대의 스프링장착부가 노출되도록 주벽부를 개방 형성하여 상기 제1 프레임에 결합하는 제2 프레임을 포함한 왕복동식 압축기를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 5는 본 발명 왕복동식 압축기에서 후방프레임을 분해하여 보인 사시도이며, 도 6은 본 발명 왕복동식 압축기에서 후방프레임이 차지하는 공간을 후방에서 보인 단면도이고, 도 7 및 도 8은 본 발명 왕복동식 압축기에서 양쪽 공진스프링의 배열상태를 설명하기 위해 보인 개략도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 케이싱(110)의 내부에 탄력 지지하여 설치하는 프레임유니트(120)와, 프레임유니트(120)에 고정하여 직선으로의 구동력을 발생하는 왕복동식모터(130)와, 프레임유니트(120)에 지지하여 유체를 흡입 압축하는 압축유니트(140)와, 프레임유니트(120)와 왕복동식모터(130)의 가동자(133) 사이에 결합하여 그 가동자(133)와 압축유니트(140)의 피스톤(142)이 함께 공진운동을 하도록 유도하는 공진스프링유니트(150)를 포함한다.

프레임유니트(120)는 왕복동식모터(130)의 외측고정자(131)와 내측고정자(132) 일측면을 함께 지지함과 아울러 압축유니트(140)의 실린더(141)를 삽입하여 지지하는 전방프레임(121)과, 전방프레임(121)에 결합하여 왕복동식모터(130)의 외측고정자(131) 타측면을 지지하고 후술할 전방측 공진스프링(152)을 지지하는 중간프레임(142)과, 중간프레임(142)에 결합하여 왕복동식모터(130)의 외측고정자(131)와 내측고정자(132) 타측면을 함께 지지하고 후술할 후방측 공진스프링(153)을 지지하는 후방프레임(123)으로 이루어진다.

후방프레임(123)은 후술할 스프링지지대(151)와 후방측 공진스프링(153) 일부를 함께 수용할 수 있는 스프링수용부(123a)를 함몰지게 형성하여 구비하되 스프링수용부(123a)는 상반부와 하반부를 절개하여 후면 투영시 좌우로 긴 직사각형 모양(좌우는 원호 묘양)으로 형성한다. 즉, 스프링지지대(151)의 스프링장착부(151A)(151B)를 "+"자 모양으로 형성하고 그 중 전방측 공진스프링(152)은 수직측 스프링장착부(151A)로만 지지함에 따라 후방프레임(123)으로 지지하는 후방측 공진스프링(153)은 좌우에만 배치되어 스프링수용부(123a)의 상반부와 하반부를 절개 형성할 수 있다.

왕복동식모터(130)는 전방프레임(121)과 중간프레임(122) 사이에 고정 설치하는 외측고정자(131)와, 외측고정자(131)의 내측에 일정 공극을 두고 압축유니트(140)의 실린더(141)에 결합하는 내측고정자(132)와, 외측고정자(131)와 내측고정자(132) 사이의 공극(air gap)에 개재하여 압축유니트(140)의 피스톤(142)에 결합하고 그 피스톤(142)과 함께 직선으로 왕복운동을 하는 가동자(133)로 이루어진다.

내측고정자(132)는 도 4 또는 도 5에 도시한 바와 같이 그 내주면이 실린더(141)의 외주면에 직접 압입하여 압축기의 횡방향 길이를 줄이는 것이 바람직하다.

압축유니트(140)는 전방프레임(121)에 삽입하여 고정하는 실린더(141)와, 왕복동식모터(130)의 가동자(133)에 결합하여 실린더(141)의 압축공간(P)에서 왕복운동을 하는 피스톤(142)과, 피스톤(142)의 선단에 장착하여 그 피스톤(142)의 흡입유로(F)를 개폐하면서 냉매가스의 흡입을 제한하는 흡입밸브(143)와, 실린더(141)의 토출측에 장착하여 압축공간(P)을 개폐하면서 압축가스의 토출을 제한하는 토출밸브조립체(144)로 이루어진다.

공진스프링유니트(150)는 왕복동식모터(130)의 가동자(133)와 압축유니트(140)의 피스톤(142)에 함께 결합한 스프링지지대(160)의 일측면과 이에 대응하는 왕복동식모터(130)의 측면 또는 그 왕복동식모터(130)의 측면에 밀착한 중간프레임(122)의 일측면 사이에 복수 개로 구비하는 전방측 공진스프링(151)과, 상기 스프링지지대(151)의 타측면과 이에 대응하는 후방프레임(123)의 내측면 사이에 복수 개로 구비하는 후방측 공진스프링(153)으로 이루어진다.

스프링지지대(151)는 전술한 바와 같이 수직측 스프링장착부(151A)와 수평측 스프링지지부(151B)를 직교하여 "+"자 모양으로 형성한다. 이 중 수직측 스프링장착부(151A)의 상반부와 하반부에는 각각 전방측 공진스프링(152)을 배치하는 반면 수평측 스프링장착부(151B)의 좌측부와 우측부에는 각각 후방측 공진스프링(153)을 배치한다.

전방측 공진스프링(152)과 후방측 공진스프링(153)은 도 7에서와 같이 2개를 한 쌍으로 하여 각각 감긴 방향을 동일하게 배치하되 전방측 공진스프링(152)과 후방측 공진스프링(153)을 상호 반대로 감긴 방향으로 배치할 수도 있으나, 경우에 따라서는 도 8에서와 같이 각각의 공진스프링(152)(153)을 서로 반대 감긴 방향으로 배치하되 상호 공진스프링(152)(153)을 동일 감긴 방향으로 배치할 수도 있다. 또, 이웃하는 스프링장착부(151A)(151B) 끼리 그 전방측 공진스프링(152)과 후방측 공진스프링(153)의 감긴 방향을 반대로 형성하는 것이 압축스프링인 공진스프링(152)(153)의 측힘을 줄여 피스톤의 비틀림모멘트를 줄이는데 바람직하다.

또, 각 전방측 공진스프링(152)과 후방측 공진스프링(153)의 끝단이 접하는 스프링지지대(151)에는 그 각각의 공진스프링(152)(153)을 삽입하여 고정하기 위한 고정돌기(미도시)를 형성하는 것이 바람직하다.

도면중 미설명 부호인 123b는 개구부, SP는 흡입관, DP는 토출관이다.

상기와 같은 본 발명 왕복동식 압축기의 작용 효과는 다음과 같다.

즉, 왕복동식모터(130)에 전원을 인가하여 외측고정자(131)와 내측고정자(132) 사이에 플럭스(flux)가 형성되면, 가동자(133)와 피스톤(142)이 함께 플럭스의 방향에 따라 움직이면서 공진스프링유니트(150)에 의해 직선으로 왕복운동을 하고, 이와 함께 피스톤(142)이 실린더(141)의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 실린더(141)의 압축공간(P)에 압력차를 발생시킴으로써 냉매가스를 흡입하여 일정 압력까지 압축하였다가 토출하는 일련의 과정을 반복한다.

이때, 전방측 공진스프링(152)과 후방측 공진스프링(153) 사이에 위치하여 두 공진스프링(152)(153)을 지지하는 스프링지지대(151)는 도 5 및 도 6에서와 같이 "+"자 모양으로 형성하여 수직측 스프링장착부(151A)와 수평측 스프링장착부(151B)에 각각 복수 개씩의 공진스프링((152)(152))((153)(153))을 지지하도록 함에 따라 동일한 공진스프링 개수를 기준으로 할 때 각 공진스프링을 낱개로 지지하는 스프링장착부를 형성하는 것에 비해 스프링장착부(151A)(151B)의 개수가 절반으로 줄어 결국 스프링지지대(151)를 용이하게 제작할 수 있다.

또, 도 6에서와 같이 스프링장착부(151)를 수직측과 수평측으로 양분하고 그 중 수평측에 장착하는 후방측 공진스프링(153)의 타단은 후방프레임(123)에 지지하는 반면 수직측에 장착하는 전방측 공진스프링(152)의 타단은 중간프레임(122)에 지지함에 따라 수직측 스프링장착부(151A)에 대응하는 후방프레임(123)의 상반부와 하반부 일부를 각각 제거할 수 있어 후방프레임(123)을 제작하는데 필요한 재료비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 후방프레임(123)의 상반부와 하반부를 절개한 만큼 케이싱(10)의 크기를 줄일 수 있어 압축기를 그만큼 소형화할 수 있다.

또, 후방프레임(123)의 상반부와 하반부 일부를 절개하여 케이싱(10) 내부와 후방프레임(123)의 스프링수용부(123a) 내부를 넓게 연통함에 따라 왕복동식모터와 압축유니트에서 발생하는 열을 후방프레임(123)의 개구부(123b)를 통해 외부로 용이하게 방출할 수 있어 모터효율을 높이고 흡입가스의 온도를 낮춰 흡입손실을 줄일 수 있다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기는 전방측 공진스프링과 후방측 공진스프링을 서로 직교하도록 배치함으로써, 이를 지지하는 스프링지지대를 용이하게 형성할 수 있다. 또, 이에 따라 전방측 공진스프링을 지지하는 수직측 스프링장착부가 노출되도록 후방프레임의 상반부와 하반부 일부를 절개 형성할 수 있어 상기한 후방프레임의 크기를 줄여 재료비용을 절감하고 케이싱의 크기를 줄여 압축기를 소형화하며 전동기구부와 압축기구부에서 발생하는 열을 용이하게 방출하여 압축기 효율을 높일 수 있다.

도 1은 선출원한 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2는 선출원한 왕복동식 압축기에서 후방프레임을 분해하여 보인 사시도.

도 3은 선출원한 왕복동식 압축기에서 후방프레임이 차지하는 공간을 방에서 보인 단면도.

도 4는 본 발명 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 5는 본 발명 왕복동식 압축기에서 후방프레임을 분해하여 보인 사시도.

도 6은 본 발명 왕복동식 압축기에서 후방프레임이 차지하는 공간을 후방에서 보인 단면도.

도 7 및 도 8은 본 발명 왕복동식 압축기에서 양쪽 공진스프링의 배열상태를 설명하기 위해 보인 개략도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

110 : 케이싱 120 : 프레임유니트

121,122,123 : 전방,중간,후방프레임 123a : 스프링수용부

123b : 개구부 130 : 왕복동식모터

140 : 압축유니트 141 : 실린더

142 : 피스톤 143 : 흡입밸브

144 : 토출밸브조립체 150 : 공진스프링유니트

151 : 스프링지지대 151A : 수직측 스프링장착부

151B : 수평측 스프링장착부

152,153 : 전방측,후방측 공진스프링

Claims (8)

1. 케이싱의 내부에 설치하여 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식모터와,

   왕복동식모터의 가동자에 결합하여 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하는 피스톤과,

   피스톤의 전후 양측을 피스톤방향으로 지지하여 그 피스톤의 공진운동을 유도하는 전방측 공진스프링 및 후방측 공진스프링과,

   전방측 공진스프링의 일단을 지지하는 스프링장착부와 후방측 공진스프링의 일단을 지지하는 스프링장착부가 상호 직교하도록 형성하여 상기한 피스톤에 결합하는 스프링지지대와,

   왕복동식모터를 지지하고 전방측 공진스프링의 타단을 지지하는 제1 프레임과,

   후방측 공진스프링의 타단을 지지하고 전방측 공진스프링을 지지하는 스프링지지대의 스프링장착부가 노출되도록 주벽부를 개방 형성하여 상기 제1 프레임에 결합하는 제2 프레임을 포함한 왕복동식 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   스프링장착부에는 각각 공진스프링을 적어도 한 개 이상씩 지지하도록 배열한 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
3. 제2항에 있어서,

   스프링장착부에는 공진스프링을 삽입하여 고정하기 위한 고정돌기를 적어도 한 개 이상 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
4. 제2항에 있어서,

   전방측 공진스프링과 후방측 공진스프링은 각각 동일한 방향으로 감기도록 배열하되, 전방측 공진스프링과 후방측 공진스프링은 상호 반대방향으로 감기도록 배열하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
5. 제2항에 있어서,

   전방측 공진스프링과 후방측 공진스프링은 각각 반대방향으로 감기도록 배열하되, 전방측 공진스프링과 후방측 공진스프링은 상호 동일한 방향으로 감기도록 배열하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
6. 제1항에 있어서,

   전방측 공진스프링과 후방측 공진스프링은 서로 중첩구간을 갖도록 배열하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
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