KR100491602B1 - 왕복동식 압축기의 이중 실린더장치 - Google Patents

Abstract

양단이 개방된 실린더본체와; 실린더본체의 양단에 각각 설치되며, 각각 냉매토출공이 형성된 한 쌍의 밸브플레이트 유닛과; 실린더본체 내에 왕복이동 가능하게 설치되는 한 쌍의 피스톤과; 일단이 커넥팅로드에 연결되어 피스톤을 지지한 채 왕복이동되게 각 밸브플레이트 유닛에 슬라이딩 가능하게 지지되며, 외부와 피스톤들 사이로부터 외부로 냉매를 토출시키는 냉매토출공을 가지는 피스톤바와; 각 피스톤들 사이에 이동가능하게 설치되며, 피스톤의 전후진 위치에 따라 한 쌍의 피스톤들 중 어느 하나와 실린더본체 사이를 개방시키고, 나머지는 폐쇄시키는 토출밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 이중 실린더장치가 개시된다.

Description

왕복동식 압축기의 이중 실린더장치{Dual cylinder apparatus for Hermetic compressor}

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 왕복동식 압축기의 이중 실린더장치에 관한 것이다.

일반적으로, 왕복동식 압축기는 도 1에 도시된 바와 같이, 스테이터(2)와 그 스테이터(2)의 주변에 회전가능하게 설치되는 로터(4)를 가지는 모터부(1)와, 크랭크축(6)과, 커넥팅로드(8)와, 실린더장치(10) 등을 포함하여 구성된다.

상기 크랭크축(6)은 로터(4)에 결합되어 일체로 회전되며, 하부에는 편심부(6a)를 가진다. 상기 편심부(6a)에는 상기 커넥팅로드(8)의 일단에 마련된 대경부(8a)가 연결된다. 상기 커넥팅로드(8)의 타측에 마련된 소경부(8b)는 상기 피스톤(9)이 연결된다.

상기 실린더장치(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 피스톤(9)이 왕복이동 가능하게 삽입되는 실린더본체(11)와, 그 실린더본체(11)의 일측에 마련되는 실린더헤드(13) 및 실린더본체(11)와 실린더헤드(13) 사이에 설치되는 밸브 플레이트(15)를 구비한다. 상기 밸브 플레이트(15)에는 토출밸브(16)에 의해 개폐되는 냉매토출공(15a)과, 흡입밸브(17)에 의해 개폐되는 냉매흡입공(15b) 각각이 형성된다.

상기 구성에 의하면, 피스톤(9)이 커넥팅로드(9)에 연동되어 왕복이동되면서 실린더실(11a) 내의 냉매를 압축/팽창시킨다. 즉, 피스톤(9)의 후진시 흡입밸브(17)가 열리고, 토출밸브(16)가 닫히면서 실린더실(11a)로 냉매가 흡입된다. 반대로, 피스톤(9)이 전진시 흡입밸브(17)가 닫히고, 토출밸브(16)가 열리면서 실린더실(11a)의 냉매가 압축 및 토출된다.

이와 같은 실린더장치는 일반적인 구조로서, 크랭크축(6)의 1회전당 1행정의 흡입 및 토출이 이루어진다. 따라서, 효율이 낮고 진동 및 흡입/토출에 의한 언벨런싱에 의한 소음이 증가하는 원인이 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 크랭크축의 1회전시 토출과 흡입이 동시에 2번 이루어지도록 구조가 개선된 왕복동식 압축기의 실린더장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 실린더장치는, 양단이 개방된 실린더본체와; 상기 실린더본체의 양단에 각각 설치되며, 상기 실린더 본체의 양단을 개폐시킬 수 있도록 각각 냉매흡입공이 형성된 한 쌍의 밸브플레이트 유닛과; 상기 실린더본체 내에 왕복이동 가능하게 설치되는 한 쌍의 피스톤과; 일단이 커넥팅로드에 연결되어 상기 피스톤을 지지한 채 왕복이동되게 상기 각 밸브플레이트 유닛에 슬라이딩 가능하게 지지되며, 외부와 상기 피스톤들 사이로부터 외부로 냉매를 토출시키는 냉매토출공을 가지는 피스톤바와; 상기 각 피스톤들 사이에 이동가능하게 설치되며, 상기 피스톤의 전후진 위치에 따라 상기 한 쌍의 피스톤들 중 어느 하나와 상기 실린더본체 사이를 개방시키고, 나머지는 폐쇄시키는 토출밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 한 쌍의 피스톤은 상기 피스톤바에 소정 간격 이격되게 결합되며, 상기 실린더본체의 내경보다 작은 직경을 가지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 벨브 플레이트 유닛은, 상기 실린더본체의 양단 각각을 폐쇄시키도록 결합되며 냉매흡입공을 가지는 밸브 플레이트와; 상기 피스톤의 전후진 운동에 따라 상기 냉매토출공을 선택적으로 개폐시키도록 상기 밸브 플레이트의 상기 실린더본체의 실린더실에 마주하는 내측에 설치되는 흡입밸브;를 포함하는 것이 좋다.

또한, 상기 토출밸브는, 상기 한 쌍의 피스톤 사이에 이동 가능하게 설치되며, 상기 실린더본체의 내주에 밀착되어 이동 가능한 한 쌍의 링형 밸브와; 상기 링형 밸브가 외부의 압력에 의해 서로 접근 및 이격되도록 연결하는 스프링;을 포함하여, 상기 피스톤의 전후진시 상기 링형 밸브들이 압축되면서 상기 피스톤들과 실린더 내주 사이 중 어느 한쪽은 개방시키고, 다른 한 쪽은 폐쇄시키도록 된 것이 좋다.

또한, 상기 링형 밸브의 폭은 적어도 상기 피스톤과 상기 실린더의 내주 사이의 간격보다 큰 것이 좋다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 왕복동식 이중 실린더장치를 자세히 설명하기로 한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 왕복동식 이중 실린더장치는 크랭크축(20)의 1회전시 압축 및 팽창이 동시에 두번 일어나게 한다. 이러한 실린더장치는, 양단이 개방된 실린더본체(30)와, 실린더 본체(30)의 양단에 각각 설치되는 한 쌍의 밸브 플레이트 유닛(40)(50)과, 상기 실린더본체(30) 내에 설치되는 한 쌍의 피스톤(61,62)과, 상기 피스톤들(61,62)을 소정 간격 이격되에 지지하며 왕복이동시키는 피스톤바(70) 및 상기 피스톤들(61,62) 사이에 설치되는 토출밸브(80)를 구비한다.

상기 한 쌍의 밸브 플레이트 유닛(40,50)은 실린더본체(30)의 양단 각각에 결합되는 밸브 플레이트(41,51)와, 흡입밸브(43,53)를 구비한다. 상기 밸브 플레이트(41,51)에는 실린더본체(30) 내부로 냉매가 흡입되는 냉매흡입공(41a,51a)을 구비한다. 상기 흡입밸브(43,53) 각각은 냉매흡입공(41a,51a)을 선택적으로 개폐시키도록 밸브플레이트(40,50)의 내측 즉, 실린더본체(30)의 내부에 마주하는 밸브플레이트(40,50)의 내측에 각각 설치된다. 상기 각 흡입밸브(43,53)는 피스톤들(61,62)의 전진 또는 후진시에 어느 한쪽 냉매흡입공(41a,51a)을 개방시키고, 나머지 한 쪽은 폐쇄시키도록 개별적으로 동작된다. 또한, 상기 밸브 플레이트(41,51) 각각에는 피스톤바(70)가 슬라이딩 가능하게 끼워지는 가이드공(41b,51b)이 각각 형성된다.

상기 한 쌍의 피스톤(61,62)은 원판형으로서, 실린더본체(30)의 내경보다 작은 직경을 가진다. 따라서, 피스톤(61,62)과 실린더본체(30)의 내주 즉, 실린더실 내벽 사이에는 소정 갭이 발생한다. 이 갭을 통해 냉매의 이동이 가능하게 된다. 또한, 피스톤들(61,62)은 도 4에 도시된 바와 같이, 소정 간격 이격되도록 나란하게 배치되어, 상기 피스톤바(70)에 지지된다.

상기 피스톤바(70)는, 일단이 크랭크축(20)의 회전운동을 직선운동으로 변환하는 커넥팅로드(21)에 연결된다. 이 피스톤바(70)는 피스톤본체(30)를 통과하도록 각 밸브플레이트(41,51)에 슬라이딩 가능하게 지지된다. 이 피스톤바(70)에 상기 한 쌍의 피스톤(61,62)이 소정 간격 이격되에 설치된다. 그리고, 피스톤바(70)에는 실린더본체(30) 외부와 내부를 연결하는 냉매토출공(71)이 형성된다. 이 냉매토출공(71)은 피스톤바(70)의 단부로부터 중심부까지 형성된 냉매경로로서, 각 피스톤들(61,62) 사이의 공간과 연결된다. 따라서, 피스톤들(61,62) 사이의 냉매를 냉매토출공(71)을 통해 외부로 토출할 수 있다.

상기 토출밸브(80)는 한 쌍의 피스톤들(61,62) 사이에 이동가능하게 설치되는 한 쌍의 제1 및 제2링형밸브(81,82)와, 상기 제1 및 제2링형밸브(81,82)를 외부의 압력에 의해 접근 및 복원되게 연결하는 복수의 스프링(83)을 구비한다.

상기 각 링형밸브(81,82)는, 실린더본체(30)의 내주에 밀착되어 이동되도록 그 실린더본체(30) 내경에 대응되는 외경을 갖는다. 또한, 링형밸브(81,81)의 폭은 피스톤(61,62)과 실린더본체(30) 내주 사이의 갭보다 크게 형성됨으로써, 냉매의 흐름을 선택적으로 차단할 수 있게 된다. 상기 스프링(83)은 링형밸브들(81,82)이 탄력적으로 접근 및 위치복원 가능하도록 각 링형밸브들(81,82)을 연결 지지한다.

상기 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 왕복동식 이중 실린더장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 설명의 편의를 위해 도 3에서 실린더본체(30)의 내부 즉, 실린더실을 피스톤(61,62)을 기준으로 좌측을 제1실린더실(31)이라 하고, 우측을 제2실린더실(32)이라 한다. 또한, 각 픽스톤들(61,62) 사이를 냉매토출실(33)이라 칭한다. 도 3에서와 같이, 크랭크샤프트(20)가 A 의 위치에서 B의 위치로 약 180도 회전할 경우, 그 크랭크샤프트(20)에 연결된 커넥팅로드(21)가 크랭크샤프트(20)의 회전운동을 피스톤바(70)의 직선왕복운동으로 변환한다. 이 때, 피스톤바(70)가 왼쪽으로 이동하여 피스톤들(61,62)이 전진한다. 그러면, 제1실린더실(31)의 체적이 감소하면서 압력이 증가한다. 그 압력에 의해 제1링형밸브(61)가 뒤로 밀리면서 스프링(83)이 압축된다. 따라서, 피스톤(61)과 실린더본체(30) 내주 사이가 개방되어 제1실린더실(31)의 압축냉매가 토출실(33)로 이동하고, 토출실(33)로 이동된 냉매는 토출공(71)을 통해 외부로 토출된다. 이와 동시에, 제2실린더실(32)의 체적이 증가하면서 압력이 떨어진다. 따라서, 흡입밸브(43)는 제2실린더실(33)과 외부와의 압력차에 이해 개방되면서 제2실린더(33)로 냉매가 흡입된다. 물론, 이때에는 제2링형밸브(33)는 제1실린더실(31)에서 토출실(33)로 밀려들어오는 냉매의 압력에 의해 피스톤(62)에 밀착된 상태이므로, 피스톤(62)과 실린더본체(30) 내주와의 사이는 밀폐되며, 따라서 제2실린더실(32)로 유입되는 저압의 냉매가 토출실(33)로 유입되지는 않는다. 이상에서 설명한 바와 같이, 크랭크 축(20)이 1/2회전하는 동안 실런더본체(30) 내에서는 냉매의 압축 및 팽창행정이 동시에 일어나게 된다.

또한, 크랭크축(20)이 B의 위치에서 A의 위치로 180도를 더 회전하게 되면, 피스톤바(70)가 오른쪽으로 이동하면서 피스톤들(61,62)을 오른쪽으로 이동시킨다. 그러면, 도 3과는 반대로 제1실린더실(31)이 팽창하면서 흡입밸브(53)가 개방되어 냉매흡입공(51a)을 통해 냉매가 제1실린더실(31)로 유입된다. 이와 동시에 제2실리더실(32)의 체적이 줄어들면서 냉매가 압축되어 압력이 높아진다. 고압의 냉매에 의해 제2링형밸브(82)가 스프링(83)을 압축시키면서 이동함으로서, 제2실린더실(32)의 압축냉매가 토출실(33)로 이동된다. 그러면, 토출실(33)로 이동되는 압축냉매는 토출공(71)을 통해 외부로 토출된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 크랭크축(20)이 B의 위치에서 다시 A 위치로 복귀하는 동안에도 실린더본체(30) 내에서는 냉매의 압축 및 팽창행정이 동시에 일어난다. 즉, 도 3 및 도 4를 통해 알 수 있듯이, 크랭크축(20)의 1회전시 냉매의 압축 및 팽창행정이 두번 발생하게 된다. 따라서, 종래와 같이 1회전시 1번의 압축 및 팽창행정이 발생하는 실린더장치에 비해 두배의 효율을 얻을 수 있다.

또한, 상기와 같이 효율이 높은 실린더장치를 압축기 등에 적용시 압축기의 배기량증가에 따른 효율을 개선할 수 있다.

또한, 실린더본체의 좌측 및 우측 양쪽으로 동시에 압축 및 팽창이 일어나므로 실린더동작의 언밸런스를 개선하여 소음 및 진동을 줄일 수 있는 이점이 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 왕복동식 이중 실린더장치에 따르면, 크랭크축의 1회전시 압축 및 팽창행정을 두번 반복할 수 있으므로 효율을 높일 수 있다.

또한, 압축 및 팽창에 따른 냉매의 흡입 및 토출이 실린더본체의 좌우에서 반복해서 발생하므로 언밸런스를 개선하여 진동 및 소음을 줄일 수 있는 이점이 있다.

도 1은 일반적인 밀폐형 왕복동식 압축기를 나타내 보인 개략적인 부분 단면도.

도 2는 일반적인 실린더장치를 나타내 보인 도면.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 왕복동식 이중 실린더장치를 나타내 보인 단면도.

도 4는 도 3의 요부를 발췌하여 나타내 보인 사시도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 왕복동식 이중 실린더장치의 동작을 설명하기 위한 도면.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

20..크랭크축 21..커넥팅로드

30..실린더본체 31,32..제1 및 제2실린더실

40,50..밸브플레이트 유닛 41,51..밸브 플레이트

43,53..흡입밸브 61,62..피스톤

70..피스톤바 80..토출밸브

81,82..링형밸브 83..스프링

Claims (5)

1. 양단이 개방된 실린더본체와;

   상기 실린더본체의 양단에 각각 설치되며, 상기 실린더 본체의 양단을 개폐시킬 수 있도록 각각 냉매흡입공이 형성된 한 쌍의 밸브플레이트 유닛과;

   상기 실린더본체 내에 왕복이동 가능하게 설치되는 한 쌍의 피스톤과;

   일단이 커넥팅로드에 연결되어 상기 피스톤을 지지한 채 왕복이동되게 상기 각 밸브플레이트 유닛에 슬라이딩 가능하게 지지되며, 외부와 상기 피스톤들 사이로부터 외부로 냉매를 토출시키는 냉매토출공을 가지는 피스톤바와;

   상기 각 피스톤들 사이에 이동가능하게 설치되며, 상기 피스톤의 전후진 위치에 따라 상기 한 쌍의 피스톤들 중 어느 하나와 상기 실린더본체 사이를 개방시키고, 나머지는 폐쇄시키는 토출밸브;를 포함하며,

   상기 토출밸브는,

   상기 한 쌍의 피스톤 사이에 이동 가능하게 설치되며, 상기 실린더본체의 내주에 밀착되어 이동 가능한 한 쌍의 링형 밸브와;

   상기 링형 밸브가 외부의 압력에 의해 서로 접근 및 이격되도록 연결하는 스프링;을 포함하여,

   상기 피스톤의 전후진시 상기 링형 밸브들이 압축되면서 상기 피스톤들과 실린더 내주 사이 중 어느 한쪽은 개방시키고, 다른 한 쪽은 폐쇄시키도록 된 것을 특징으로 하는 왕복동식 이중 실린더장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 피스톤은 상기 피스톤바에 소정 간격 이격되게 결합되며, 상기 실린더본체의 내경보다 작은 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 왕복동식 이중 실린더장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 벨브 플레이트 유닛은,

   상기 실린더본체의 양단 각각을 폐쇄시키도록 결합되며 냉매흡입공을 가지는 밸브 플레이트와;

   상기 피스톤의 전후진 운동에 따라 상기 냉매토출공을 선택적으로 개폐시키도록 상기 밸브 플레이트의 상기 실린더본체의 실린더실에 마주하는 내측에 설치되는 흡입밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 이중 실린더장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 링형 밸브의 폭은 적어도 상기 피스톤과 상기 실린더의 내주 사이의 간격보다 큰 것을 특징으로 하는 왕복동식 이중 실린더장치.