KR100511330B1 - 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치에 관한 것으로, 본 발명은 프레임에 고정 설치하고 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터와, 왕복동모터의 가동자에 결합하고 공진스프링으로 탄력 지지하여 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하는 피스톤과, 피스톤의 흡입유로를 개폐하도록 그 선단면에 설치하여 냉매가스의 흡입을 제한하는 흡입밸브와, 실린더의 선단면에 배치하여 냉매가스의 토출을 제한하는 토출밸브와, 토출밸브를 수용하여 실린더의 토출측을 복개하는 토출커버와, 토출밸브와 토출커버 사이에 설치하여 상기한 토출밸브를 탄력적으로 지지하는 밸브스프링을 포함한 왕복동식 압축기에 있어서, 밸브스프링은 스프링선재를 소정의 피치간 간격을 두고 감는 압축코일스프링으로 형성하되, 이 밸브스프링의 양단 사이에는 적어도 한 개 이상의 변곡점을 가지도록 형성함으로써, 밸브스프링이 압축과 팽창을 할 때 반대방향의 측힘이 중앙에서 양측으로 또는 양측에서 중앙으로 동시에 발생하면서 서로 상쇄되도록 하고 이를 통해 밸브스프링이 측힘에 의해 어느 한 쪽으로 기울어지는 것을 방지하여 실린더와 토출밸브 사이의 이상소음을 줄이고 냉매가스의 흡토출을 균일하게 하여 압축기 효율을 높일 수 있다.

Description

왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치{DISCHARGE VALVE SUPPORT APPARATUS FOR RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치에 관한 것으로, 특히 토출밸브가 개폐동작을 할 때 밸브스프링이 측힘(side force)에 의해 기울어지는 것을 방지할 수 있는 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치에 관한 것이다.

일반적으로 왕복동식 압축기는 피스톤이 선형으로 움직이면서 가스를 흡입 압축하는 것으로, 이러한 왕복동식 압축기는 크게 구동모터의 회전운동을 피스톤의 왕복운동으로 전환시켜 가스를 흡입 압축하는 방식과 구동모터가 직선으로 왕복운동을 하면서 피스톤을 왕복운동시켜 가스를 흡입 압축하는 방식이 있다.

도 1은 후자에 속하는 종래 왕복동식 압축기의 일례를 보인 단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 종래의 왕복동식 압축기는 케이싱(10)과, 케이싱(10)의 내부에 탄력적으로 설치하는 프레임유니트(20)와, 프레임유니트(20)에 고정하여 가동자(33)가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터(30)와, 왕복동모터(30)의 가동자(33)에 결합하여 상기한 프레임유니트(20)로 지지하는 압축유니트(40)와, 왕복동모터(30)의 가동자(33)를 운동방향으로 탄력 지지하여 공진운동을 유도하는 공진스프링유니트(50)로 구성하고 있다.

프레임유니트(20)는 왕복동모터(30)의 외측고정자(31)와 내측고정자(32)의 전방측을 지지함과 아울러 압축유니트(40)를 지지하는 전방프레임(21)과, 전방프레임(21)에 결합하여 왕복동모터(30)의 외측고정자(31) 후방측을 지지하고 공진스프링유니트(50)의 전방측 공진스프링(52)을 지지하는 중간프레임(22)과, 중간프레임(22)에 결합하여 공진스프링유니트(50)의 후방측 공진스프링(53)을 지지하는 후방프레임(23)으로 이루어져 있다.

왕복동모터(30)는 전방프레임(21)과 중간프레임(22) 사이에 설치하는 외측고정자(31)와, 외측고정자(31)와 일정 간격을 두고 결합하여 전방프레임(21)에 고정하는 내측고정자(32)와, 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이에 설치하여 직선으로 왕복운동을 하는 가동자(33)로 이루어져 있다.

압축유니트(40)는 내측고정자(32)의 내주면에 압입 고정하는 실린더(41)와, 왕복동모터(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 흡입밸브조립체(43)와, 실린더(41)의 토출측에 장착하여 압축공간(P)을 개폐하면서 압축가스의 토출을 제한하는 토출밸브 조립체(44)로 이루어져 있다.

토출밸브조립체(44)는 도 2에서와 같이 실린더(41)의 단부를 복개하도록 결합하는 토출커버(44A)와, 그 토출커버(44a)의 내부에 삽입하여 실린더(41)의 압축공간(P)을 개폐하는 토출밸브(44B)와, 그 토출밸브(44B)를 탄성적으로 지지하도록 압축코일스프링을 원추형으로 형성하는 밸브스프링(44C)으로 이루어져 있다.

공진스프링유니트(50)는 가동자(33)와 피스톤(42)의 연결부에 결합하는 스프링 지지대(51)와, 스프링 지지대(51)를 중심으로 그 전방측을 지지하는 전방측 공진스프링(52)과, 스프링 지지대(51)의 후방측을 지지하는 후방측 공진스프링(53)으로 이루어져 있다.

도면중 미설명 부호인 DP는 가스토출관, RP는 루프파이프, SP는 가스흡입관이다.

상기와 같은 종래 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 왕복동모터(30)에 전원을 인가하여 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이에 플럭스(flux)를 형성하면, 그 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이의 공극에 놓인 가동자(33)가 플럭스의 방향에 따라 움직이면서 공진스프링유니트(50)에 의해 지속적으로 왕복운동을 하고, 이와 함께 피스톤(42)이 실린더(41)의 내부에서 왕복운동을 하면서 압축공간(P)의 체적을 변화시켜 냉매가스를 흡입 압축하였다가 토출하는 일련의 과정을 반복한다.

이때, 토출밸브(44B)는 피스톤(42)이 하사점으로 이동할 때는 밸브스프링(44C)의 탄성에 의해 실린더(41)의 선단면에 밀착하여 압축공간(P)을 닫았다가 피스톤(42)이 상사점으로 이동할 때 냉매가스의 압력에 밀려 밸브스프링(44C)의 탄성을 이기고 토출커버(44A)의 안쪽으로 이동하여 실린더(42)의 압축공간(P)을 여는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기에 있어서는, 토출밸브(44B)를 지지하는 밸브스프링(44C)을 원추형으로 형성함에 따라 상기 토출밸브(44B)가 열릴 때 밸브스프링(44C)의 선재가 겹겹이 끼워지면서 압축되어 선재간 충돌소음은 방지할 수 있으나 원추형 압축코일스프링의 특성상 직경이 넓은 쪽에서 좁은 쪽으로 변형됨에 따라 토출커버(44A)의 내주면에 접하는 끝단에서 과도한 측힘(side force)이 발생하면서 도 3에서와 같이 밸브스프링(44C)이 휘어져서 열닫히고 이로 인해 토출밸브(44B)의 거동이 불안정하여 이상소음을 야기함과 아울러 냉매가스의 흡 토출이 불균일한 유동손실을 일으켜 압축기 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 토출밸브의 개폐동작을 안정시켜 이상소음을 미연에 방지하고 냉매가스의 흡토출을 안정시켜 압축기 효율을 향상시킬 수 있는 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 프레임에 고정 설치하고 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터와, 왕복동모터의 가동자에 결합하고 공진스프링으로 탄력 지지하여 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하는 피스톤과, 피스톤의 흡입유로를 개폐하도록 그 선단면에 설치하여 냉매가스의 흡입을 제한하는 흡입밸브와, 실린더의 선단면에 배치하여 냉매가스의 토출을 제한하는 토출밸브와, 토출밸브를 수용하여 실린더의 토출측을 복개하는 토출커버와, 토출밸브와 토출커버 사이에 설치하여 상기한 토출밸브를 탄력적으로 지지하는 밸브스프링을 포함한 왕복동식 압축기에 있어서, 밸브스프링은 스프링선재를 소정의 피치간 간격을 두고 감는 압축코일스프링으로 형성하되, 이 밸브스프링의 양단 사이에는 적어도 한 개 이상의 변곡점을 가지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 왕복동식 압축기의 일례를 보인 단면도이고, 도 5는 본 발명 왕복동식 압축기에서 토출밸브조립체를 분해하여 보인 사시도이며, 도 6은 본 발명 왕복동식 압축기에서 토출밸브의 동작상태를 보인 개략도이고, 도 7은 본 발명 왕복동식 압축기에서 토출밸브조립체의 밸브스프링에 대한 변형예를 분해하여 보인 사시도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 케이싱(10)의 내부에 탄력 설치하는 프레임유니트(20)와, 이 프레임유니트(20)에 고정하여 가동자(33)가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터(30)와, 이 왕복동모터(30)의 가동자(33)와 함께 피스톤(42)이 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매가스를 압축하는 압축유니트(40)와, 이 압축유니트(40)의 피스톤(42)이 공진운동을 하도록 유도하는 공진스프링유니트(50)를 포함한다.

프레임유니트(20)는 왕복동모터(30)의 외측고정자(31)와 내측고정자(32)의 전방측을 지지함과 아울러 압축유니트(40)를 지지하는 전방프레임(21)과, 전방프레임(21)에 결합하여 왕복동모터(30)의 외측고정자(31) 후방측을 지지하고 공진스프링유니트(50)의 전방측 공진스프링(52)을 지지하는 중간프레임(22)과, 중간프레임(22)에 결합하여 공진스프링유니트(50)의 후방측 공진스프링(53)을 지지하는 후방프레임(23)으로 이루어진다.

왕복동모터(30)는 전방프레임(21)과 중간프레임(22) 사이에 설치하는 외측고정자(31)와, 외측고정자(31)와 일정 간격을 두고 결합하여 전방프레임(21)에 고정하는 내측고정자(32)와, 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이에 설치하여 직선으로 왕복운동을 하는 가동자(33)로 이루어진다.

압축유니트(40)는 내측고정자(32)의 내주면에 압입 고정하는 실린더(41)와, 왕복동모터(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.

토출밸브조립체(44)는 도 4에서와 같이 실린더(41)의 토출측을 복개하는 토출커버(44A)와, 이 토출커버(44A)의 내부에 수용하여 상기한 실린더(41)의 토출측에 착탈 가능하게 배치하도록 반구형상으로 형성하는 토출밸브(44B)와, 토출밸브(44B)의 압축배면에 일단을 압입 고정하고 토출커버(44A)에 타단을 고정하는 밸브스프링(44C)으로 이루어진다.

밸브스프링(44C)은 도 5에서와 같이 스프링선재를 소정의 피치간 간격을 두고 감는 압축코일스프링으로 형성하되, 정면투영시 각 턴수의 스프링선재가 겹겹이 접히면서 압축되도록 정중앙에 변곡점을 가지는 '마름모'형상으로 형성한다.

또, 밸브스프링(44C)은 전술한 바와 같이 양단 사이의 중앙을 중심으로 양측이 대칭되도록 선재의 두께나 선경 그리고 피치간 간격이나 턴수 등을 동일하게 제작하여 '정마름모'형상으로 형성할 수도 있으나, 경우에 따라서는 양측 선재의 두께나 선경 그리고 피치간 간격이나 턴수 등을 달리하여 비대칭적으로 형성할 수도 있다.

또, 밸브스프링(44C)은 도 7에서와 같이 양단의 직경이 크고 중앙으로 갈수록 좁아지게 제작하여 '모래시계'형상으로 형성할 수도 있다.

또, 밸브스프링(44C)는 양단이 일직선상에 위치하도록 턴수를 정수배로 형성하는 것이 균일한 지지력을 유지하는데 바람직하다.

한편, 공진스프링유니트(50)는 가동자(33)와 피스톤(42)의 연결부에 결합하는 스프링 지지대(51)와, 스프링 지지대(51)를 중심으로 그 전방측을 지지하는 전방측 공진스프링(52)과, 스프링 지지대(51)의 후방측을 지지하는 후방측 공진스프링(53)으로 이루어진다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 DP는 가스토출관, RP는 루프파이프, SP는 가스흡입관이다.

상기와 같은 본 발명 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치는 다음과 같은 작용 효과를 갖는다.

즉, 왕복동모터(30)에 전원을 인가하여 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이에 플럭스(flux)를 형성하면, 가동자(33)가 플럭스의 방향에 따라 움직이면서 공진스프링유니트(50)에 의해 지속적으로 왕복운동을 하고, 이와 함께 피스톤(42)이 실린더(41)의 내부에서 왕복운동을 하면서 냉매가스를 압축공간(P)으로 흡입 압축하였다가 토출한다.

여기서, 도 6에서와 같이 냉매가스를 흡입하는 과정을 보다 상세히 살펴보면 피스톤(42)이 하사점으로 이동할 때 토출밸브(44B)는 밸브스프링(44C)의 탄성에 의해 실린더(41)의 선단면에 밀착하여 압축공간(P)을 닫았다가 피스톤(42)이 상사점으로 이동할 때 냉매가스의 압력에 밀려 밸브스프링(44C)의 탄성을 이기고 토출커버(44A)의 안쪽으로 이동하여 실린더(41)의 압축공간(P)을 열게 된다.

이때, 밸브스프링(44C)은 선재간 접촉을 방지하도록 원추형으로 형성하는 경우 압축과 팽창을 반복할 때 측힘이 발생되어 어느 한 쪽으로 기울어질 우려가 있으나, 본 발명에서와 같이 원추형으로 형성하되 중앙에 변곡점을 두어 양측을 대략 대칭형으로 형성하는 경우에는 원추형 압축코일스프링의 특성상 직경이 넓은 쪽에서 먼저 변형이 일어남에 따라 반대방향의 측힘이 중앙의 변곡점에서 양단으로 또는 양단에서 중앙의 변곡점을 향해 동시에 발생하면서 서로 상쇄되어 결국 밸브스프링(44C)이 측힘에 의해 기울어지지 않으면서 직선으로 압축과 팽창을 반복할 수 있다.

이렇게 하여, 밸브스프링이 압축과 팽창을 할 때 어느 한 쪽으로 기울어지지 않고 직선으로 움직임에 따라 이 밸브스프링으로 지지하는 토출밸브의 거동이 안정되고 이를 통해 실린더와 토출밸브 사이의 이상소음을 줄일 수 있으며 냉매가스의 흡토출을 균일하게 하여 유동손실에 의한 압축기 효율의 저하를 미연에 방지할 수 있다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치는, 토출밸브를 지지하는 밸브스프링을 대칭형 원추모양으로 형성함으로써, 밸브스프링이 압축과 팽창을 할 때 반대방향의 측힘이 중앙에서 양측으로 또는 양측에서 중앙으로 동시에 발생하면서 서로 상쇄되도록 하고 이를 통해 밸브스프링이 측힘에 의해 어느 한 쪽으로 기울어지는 것을 방지하여 실린더와 토출밸브 사이의 이상소음을 줄이고 냉매가스의 흡토출을 균일하게 하여 압축기 효율을 높일 수 있다.

도 1은 종래 왕복동식 압축기의 일례를 보인 단면도,

도 2는 종래 왕복동식 압축기의 토출밸브조립체를 분해하여 보인 사시도,

도 3은 종래 왕복동식 압축기에서 토출밸브의 동작상태를 보인 개략도,

도 4는 본 발명 왕복동식 압축기의 일례를 보인 단면도,

도 5는 본 발명 왕복동식 압축기에서 토출밸브조립체를 분해하여 보인 사시도,

도 6은 본 발명 왕복동식 압축기에서 토출밸브의 동작상태를 보인 개략도,

도 7은 본 발명 왕복동식 압축기에서 토출밸브조립체의 밸브스프링에 대한 변형예를 분해하여 보인 사시도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 케이싱 20 : 프레임유니트

30 : 왕복동모터 40 : 압축유니트

41 : 실린더 42 : 피스톤

43 : 흡입밸브 44 : 토출밸브조립체

44A : 토출커버 44B : 토출밸브

44C : 밸브스프링 50 : 공진스프링유니트

Claims (7)

1. 프레임에 고정 설치하고 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터와, 왕복동모터의 가동자에 결합하고 공진스프링으로 탄력 지지하여 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하는 피스톤과, 피스톤의 흡입유로를 개폐하도록 그 선단면에 설치하여 냉매가스의 흡입을 제한하는 흡입밸브와, 실린더의 선단면에 배치하여 냉매가스의 토출을 제한하는 토출밸브와, 토출밸브를 수용하여 실린더의 토출측을 복개하는 토출커버와, 토출밸브와 토출커버 사이에 설치하여 상기한 토출밸브를 탄력적으로 지지하는 밸브스프링을 포함한 왕복동식 압축기에 있어서,

   밸브스프링은 스프링선재를 소정의 피치간 간격을 두고 감는 압축코일스프링으로 형성하되, 이 밸브스프링의 양단 사이에는 적어도 한 개 이상의 변곡점을 가지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치.
2. 제1항에 있어서,

   밸브스프링의 변곡점은 정중앙에 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치.
3. 제2항에 있어서,

   밸브스프링은 변곡점을 중심으로 양측을 대칭지게 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치.
4. 제2항에 있어서,

   밸브스프링은 변곡점을 중심으로 양측을 비대칭지게 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,

   밸브스프링은 양단의 직경 보다 변곡점 주변의 직경을 크게 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치.
6. 제3항 또는 제4항에 있어서,

   밸브스프링은 양단의 직경을 변곡점 주변의 직경 보다 크게 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치.
7. 제3항 또는 제4항에 있어서,

   밸브스프링은 양단이 일직선상에 위치하도록 턴수가 정수배인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치.