KR100531829B1 - 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치에 관한 것으로, 본 발명은 왕복동모터의 가동자에 피스톤을 연결하고 이 피스톤이 실린더의 압축실 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매가스를 흡입 압축하여 토출하는 왕복동식 압축기에 있어서, 소정의 토출실을 형성하여 실린더의 토출측 선단면을 복개하고 냉동사이클장치와 가스토출관으로 연결하는 토출커버와, 토출커버의 토출실 내부에서 실린더의 토출측 선단면에 착탈하면서 압축실을 개폐하는 토출밸브와, 토출밸브의 압축배면과 이에 대향하는 토출커버에 고정 결합하여 상기 토출밸브가 왕복운동을 하도록 탄력 지지하는 밸브지지스프링과, 토출밸브의 압축배면쪽에 소정의 여유간격을 두고 토출커버에 고정 설치하여 상기 토출밸브가 일정거리 이상으로 열릴 때 이를 탄력적으로 지지하는 밸브스토퍼로 구성함으로써, 토출밸브의 열림속도와 닫힘속도를 모두 높일 수 있을 뿐만 아니라 토출밸브의 거동을 안정시켜 압축기 성능을 높일 수 있다. 또, 토출밸브의 열림량을 제한하여 토출커버와 충돌하는 것을 방지할 뿐만 아니라 밸브스토퍼가 토출밸브와 일정거리 이상에서는 이격된 상태로 닫히도록 함으로써 토출밸브와 실린더 사이의 출돌소음을 줄여 압축기의 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치{DISCHARGE VALVE SUPPORTING DEVICE FOR RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기의 토출밸브에 관한 것으로, 특히 토출밸브의 열림속도와 닫힘속도를 높이면서도 열림량을 제한할 수 있는 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치에 관한 것이다.

일반적으로 왕복동식 압축기는 피스톤이 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 가스를 흡입 압축하여 토출하는 것으로, 도 1은 종래 왕복동식 압축기의 압축기구부를 보인 종단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 종래의 왕복동식 압축기는, 프레임(1)에 고정하는 선형 실린더(2)와, 이 실린더(2)에 미끄러지게 삽입하고 직선왕복운동을 하는 왕복동모터(미도시)의 가동자에 연결하여 상기한 실린더(2)의 내부에서 전후로 미끄럼운동을 하면서 전방측에 압축실(P)을 형성하는 피스톤(3)과, 피스톤(3)의 전방면에 설치하여 흡입측을 개폐하는 흡입밸브(4)와, 실린더(2)의 전방측을 복개하여 소정의 토출실(S1)(S2)을 형성하는 토출커버(5)와, 토출커버(5)의 내부에서 실린더(2)의 압축실(P)을 개폐하는 토출밸브(6)와, 토출밸브(6)의 압축배면을 토출커버(5)에 대해 지지하는 밸브지지스프링(7)과, 토출커버(5)의 일측에 연통 설치하여 압축가스를 냉동사이클장치로 안내하는 가스토출관(8)을 포함하고 있다.

피스톤(3)은 그 내부에 피스톤 운동방향으로 흡입유로(F)를 관통 형성하고, 흡입밸브(4)는 상기한 피스톤(3)의 흡입유로(F)를 개폐할 수 있도록 그 피스톤(3)의 선단면에 설치하고 있다.

토출커버(5)는 소정의 제1 토출실(S1)을 구비하는 내측커버(5A)와, 내측커버(5A)의 제1 토출실(S1)에 연통하는 제2 토출실(S2)을 구비하여 상기한 내측커버(5A)의 바깥쪽에 설치하는 외측커버(5B)로 이루어져 있다.

내측커버(5A)는 그 제1 토출실(S1)에 상기한 토출밸브(6)와 밸브지지스프링(7)을 수용하고, 측벽면과 바닥면에 수 개의 가스통공(5a)을 형성하고 있다.

외측커버(5B)는 그 제2 토출실(S2)에 상기한 내측커버(5A)를 수용하고, 일측 벽면에 상기한 가스토출관(8)을 연통하여 설치하고 있다.

토출밸브(6)는 압축배면이 볼록하고 압축면이 편평한 반구모양으로 형성하여 실린더(2)의 압축실(P)과 토출커버(5)의 각 토출실(S1)(S2) 간 압력차에 따라 압축면이 실린더(2)의 선단면에 착탈하도록 직선으로 이동 가능하게 설치하고 있다.

밸브지지스프링(7)은 압축실(P)의 냉매가스가 모두 토출된 후에 각 토출실(S1)(S2)의 압력과 함께 토출밸브(6)를 밀어 복귀시키도록 절두원추형의 압축코일스프링으로 이루어져 있다.

상기와 같은 종래 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 왕복동모터(미도시)의 고정자에 전원을 인가하면 그 왕복동모터의 가동자가 고정자의 플럭스 방향에 따라 직선 왕복운동을 하고, 이 가동자에 결합한 피스톤(3)이 실린더(2)의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매가스를 피스톤(3)의 흡입유로(F)를 통해 실린더(2)의 압축실(P)로 흡입하며, 이 냉매가스는 피스톤(3)이 전진운동을 할 때 압축되었다가 토출밸브(6)를 밀고 내측커버(5A)의 제1 토출실(S1)로 토출된다.

이후, 제1 토출실(S1)의 냉매가스는 가스통공(5a)을 통해 외측커버(5B)의 제2 토출실(S2)로 토출되었다가 다시 가스토출관(8)을 통해 냉동사이클장치로 토출되는 일련의 과정을 반복하는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기에 있어서는, 토출밸브(6)가 열릴 때는 빨리 열리고 닫힐 때는 빨리 닫히는 것이 압축기 성능을 높이는데 유리하다. 예컨대, 토출밸브(6)가 빨리 열리기 위하여는 밸브지지스프링(7)의 탄성력이 약해야 하나 이런 경우에는 밸브의 복원력도 낮아져 토출밸브(6)의 닫힘속도가 저하되는 요인이 되므로 이를 고려하여 열림속도와 닫힘속도를 적절하게 조절할 수 있는 탄성계수의 밸브지지스프링(7)을 선택한다. 하지만, 종래와 같이 토출밸브(6)가 한 개의 밸브지지스프링(7)에 의해 지지되는 경우에는 항상 동일한 스프링 반발력을 받게 되어 열림속도와 닫힘속도를 조절하는데 제약이 뒤따르는 것은 물론 피스톤(3)의 오버스트로크시 이에 적절하게 대응하지 못하여 자칫 토출밸브(6)가 내측커버(5A)의 바닥면에 부딪히면서 밸브타음을 유발하는 한편 정상운전시에는 토출밸브(6)가 실린더(2)에 강하게 부딪혀 역시 밸브타음을 가중시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 토출밸브의 개폐속도를 높여 압축기 성능을 높일 수 있을 뿐만 아니라 토출밸브와 토출커버 또는 토출밸브와 실린더 사이의 충돌소음을 낮춰 압축기의 신뢰성을 높일 수 있는 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 왕복동모터의 가동자에 피스톤을 연결하고 이 피스톤이 실린더의 압축실 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매가스를 흡입 압축하여 토출하는 왕복동식 압축기에 있어서, 소정의 토출실을 형성하여 실린더의 토출측 선단면을 복개하고 냉동사이클장치와 가스토출관으로 연결하는 토출커버와, 토출커버의 토출실 내부에서 실린더의 토출측 선단면에 착탈하면서 압축실을 개폐하는 토출밸브와, 토출밸브의 압축배면과 이에 대향하는 토출커버에 고정 결합하여 상기 토출밸브가 왕복운동을 하도록 탄력 지지하는 밸브지지스프링과, 토출밸브의 압축배면쪽에 소정의 여유간격을 두고 토출커버에 고정 설치하여 상기 토출밸브가 일정거리 이상으로 열릴 때 이를 탄력적으로 지지하는 밸브스토퍼로 이루어지는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치를 제공한다.

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

도 3은 본 발명 왕복동식 압축기의 압축기구부를 보인 종단면도이고, 도 4는 본 발명 토출밸브 조립체에서 밸브스토퍼의 일례를 보인 평면도이며, 도 5는 본 발명 토출밸브 조립체에서 밸브스토퍼의 변형예를 보인 평면도이고, 도 6은 본 발명 토출밸브 조립체의 동작상태를 보인 개략도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 프레임(1)에 고정하는 실린더(2)와, 이 실린더(2)에 미끄러지게 삽입하고 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터(미도시)의 가동자에 연결하여 상기한 실린더(2)의 압축실(P) 내부에서 전후방향으로 미끄럼운동을 하면서 냉매가스를 흡입 압축하는 피스톤(3)과, 피스톤(3)의 전방면에 설치하여 흡입측을 개폐하는 흡입밸브(4)와, 실린더(2)의 전방측을 복개하여 소정의 토출실(S)을 형성하는 토출커버(10)와, 토출커버(10)의 내부에서 실린더(2)의 압축실(P)을 개폐하는 토출밸브(20)와, 토출밸브(20)의 압축배면과 토출커버(10)에 고정 설치하여 토출밸브(20)의 왕복운동을 탄력적으로 지지하는 밸브지지스프링(30)과, 토출밸브(20)의 압축배면에 착탈 가능하도록 토출커버(10)에 고정 설치하여 토출밸브(20)의 열림정도를 제한하는 밸브스토퍼(40)를 포함한다.

피스톤(3)은 그 내부에 피스톤 운동방향으로 흡입유로(F)를 관통 형성하고, 흡입밸브(4)는 상기한 피스톤(3)의 흡입유로(F)를 개폐할 수 있도록 그 피스톤(3)의 선단면에 설치한다.

토출커버(10)는 소정의 제1 토출실(S1)을 구비하는 내측커버(11)와, 내측커버(11)의 제1 토출실(S1)에 연통하는 제2 토출실(S2)을 구비하여 상기한 내측커버(11)의 바깥쪽에 설치하는 외측커버(12)로 이루어진다.

내측커버(11)는 그 제1 토출실(S1)에 상기한 토출밸브(20)와 밸브지지스프링(30)을 수용하고, 측벽면과 바닥면에 수 개의 가스통공(11a)을 형성한다. 또, 내측커버(11)의 측벽에는 상기한 밸브스토퍼(40)의 외주연을 피스톤 방향으로 지지하도록 스프링지지턱(11b)을 단차지게 형성한다.

외측커버(12)는 그 제2 토출실(S2)에 상기한 내측커버(11)를 수용하고, 일측 벽면에 상기한 가스토출관(8)을 연통하여 설치한다.

토출밸브(20)는 실린더(2)의 압축실(P)과 토출커버(10)의 각 토출실(S1)(S2) 간 압력차에 따라 압축면이 실린더(2)의 선단면에 착탈하도록 직선으로 이동 가능하도록 원판형 또는 도면에서와 같이 압축배면이 볼록하고 압축면이 편평한 반구모양으로 형성한다.

또, 토출밸브(20)의 압축배면에는 밸브스토퍼(40)와 착탈하면서 그 밸브스토퍼(40)의 내주연을 지지하도록 안착돌부(21)를 환형 또는 돌기모양으로 형성한다.

밸브지지스프링(30)은 압축실(P)의 냉매가스가 모두 토출된 후에 각 토출실(S1)(S2)의 압력과 함께 토출밸브(20)를 밀어 복귀시키도록 원통형 또는 도면에서와 같이 절두원추형의 압축코일스프링으로 이루어진다.

밸브스토퍼(40)는 도 4에서와 같이 그 외주연이 상기한 내측커버(11)의 스프링지지턱(11b)에 체결 또는 용접으로 고정하는 반면 내주연은 상기한 토출밸브(20)의 안착돌부(21)에 소정의 간격(t)만큼 떨어졌다가 착탈하여 탄력을 지니도록 나선형의 탄성부(42)를 가지는 판스프링으로 이루어진다.

또, 밸브스토퍼(40)는 토출밸브(20)가 밸브지지스프링(30)의 탄성력을 이기고 과도하게 열리는 것을 차단할 수 있도록 그 밸브지지스프링(30)의 탄성계수 보다는 큰 탄성계수를 가지도록 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 밸브스토퍼(140)는 도 6에서와 같이 그 내주연이 토출밸브(20)의 안착돌부(21)에 착탈할 수 있도록 환형의 판스프링으로 형성할 수도 있다. 이 경우 밸브스토퍼(140)의 외경은 토출밸브(20)를 통과한 냉매가스가 내측커버(11)의 바닥면에 구비한 가스통공(11a)으로도 토출될 수 있도록 내측커버(11)의 스프링지지턱(11b) 내경 보다는 작게 형성하는 반면 내경은 토출밸브(20)의 안착돌부(21)에 얹히도록 그 안착돌부(21)의 외경 보다는 작게 지지부(141)를 환형으로 형성하고, 그 지지부(141)의 외주면에는 상기한 내측커버(11)의 스프링지지턱(11b)에 지지될 수 있도록 탄성부(142)를 방사상으로 돌출 형성하는 것이 바람직하다.

또, 도면으로 도시하지는 않았으나, 밸브스토퍼는 고무와 같은 탄성계수가 낮은 재질을 이용하여 소정의 높이, 즉 토출밸브가 내측커버에 접촉하지 못하도록 하는 높이로 환상지게 형성할 수도 있다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 41은 고정부이다.

상기와 같은 본 발명 왕복동식 압축기는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 왕복동모터(미도시)의 고정자에 전원을 인가하면 그 왕복동모터의 가동자가 피스톤(3)과 함께 고정자의 플럭스 방향에 따라 직선 왕복운동을 하고, 이 가동자에 결합한 피스톤(3)이 실린더(2)의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 흡입유로(F)를 통해 냉매가스를 실린더(2)의 압축실(P)로 흡입하여 압축하였다가 토출밸브(20)를 밀어내면서 내측커버(11)의 제1 토출실(S1)로 토출한다. 제1 토출실(S1)의 냉매가스는 내측커버(11)의 가스통공(11a)을 통해 외측커버(12)의 제2 토출실(S2)로 토출되었다가 다시 가스토출관(8)을 통해 냉동사이클장치로 토출되는 일련의 과정을 반복한다.

여기서, 토출밸브가 열리는 과정을 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.

즉, 도 5에서와 같이 피스톤(3)이 전진운동을 할 때에는 압축실(P)에 채워진 냉매가스의 압력이 각 토출실(S1)(S2)에 채워진 냉매가스의 압력과 밸브지지스프링(30)의 탄성력을 합한 합력 보다 높게 상승하여 토출밸브(20)를 밀게 되는데, 이때 밸브지지스프링(30)의 탄성력이 압축실(P)의 압력에 비해 상대적으로 미약하여 토출밸브(20)는 빠른 속도로 열리게 된다.

다음, 토출밸브(20)가 일정길이 이상으로 밀리면 그 토출밸브(20)의 압축배면쪽에 위치하고 있던 밸브스토퍼(40)가 상기 토출밸브(20)의 안착돌부(21)와 접촉하면서 토출밸브(20)의 열림동작을 탄력적으로 제한하게 되는데, 이 과정에서 밸브스토퍼(40) 역시 복원력을 축적하였다가 압축실(P)의 냉매가스가 대부분 토출되어 압축실(P)의 압력이 토출실(S1)(S2)의 압력과 각 스프링(30)(40)의 탄성력 보다 상대적으로 낮아지는 시점에서 토출밸브(20)를 닫는 방향으로 강하게 밀어 토출밸브(20)가 빠른 속도로 닫히도록 하는 것이다.

이렇게 하여, 토출밸브가 열릴 때 이를 지지하는 스프링의 탄성력을 낮춰 보다 빠른 속도로 열리도록 하는 반면 닫힐 때는 탄성력을 보강하여 보다 빠른 속도로 닫히도록 함으로써 냉매가스의 토출량은 늘리면서 역류량은 줄일 수 있어 압축기 성능을 높일 수 있다.

또, 피스톤이 오버스트로크를 일으킬 때에도 토출밸브가 내측커버에 부딪히는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 토출밸브가 닫힐 때 밸브스토퍼가 닫히는 중간에서 토출밸브와 이격되면서 밸브지지스프링만으로 지지하여 실린더와 토출밸브 사이의 충돌소음을 낮출 수 있다.

또, 토출밸브를 밸브지지스프링과 밸브스토퍼로 지지함에 따라 토출밸브의 거동을 안정시켜 밸브타음이나 냉매가스의 불규칙한 유동을 방지하여 압축기 성능을 높일 수 있다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치는, 토출밸브를 밸브지지스프링과 밸브스토퍼로 지지함으로써, 토출밸브의 열림속도와 닫힘속도를 모두 높일 수 있을 뿐만 아니라 토출밸브의 거동을 안정시켜 압축기 성능을 높일 수 있다.

또, 토출밸브의 열림량을 제한하여 토출커버와 충돌하는 것을 방지할 뿐만 아니라 밸브스토퍼가 토출밸브와 일정거리 이상에서는 이격된 상태로 닫히도록 함으로써 토출밸브와 실린더 사이의 출돌소음을 줄여 압축기의 신뢰성을 높일 수 있다.

도 1은 종래 왕복동식 압축기의 압축기구부를 보인 종단면도,

도 2는 종래 왕복동식 압축기에서 토출밸브의 거동을 보인 개략도,

도 3은 본 발명 왕복동식 압축기의 압축기구부를 보인 종단면도,

도 4는 본 발명 토출밸브 조립체에서 밸브스토퍼의 일례를 보인 평면도,

도 5는 본 발명 토출밸브 조립체에서 밸브스토퍼의 변형예를 보인 평면도,

도 6은 본 발명 토출밸브 조립체의 동작상태를 보인 개략도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

2 : 실린더 3 : 피스톤

4 : 흡입밸브 10 : 토출커버

11 : 내측커버 11a : 가스통공

11b : 스프링지지턱 12 : 외측커버

20 : 토출밸브 21 : 안착돌부

30 : 밸브지지스프링 40,140 : 밸브스토퍼

41 : 고정부 42 : 탄성부

141 : 지지부 142 : 탄성부

S1,S2 : 제1,제2 토출실

Claims (7)

1. 왕복동모터의 가동자에 피스톤을 연결하고 이 피스톤이 실린더의 압축실 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매가스를 흡입 압축하여 토출하는 왕복동식 압축기에 있어서,

   소정의 토출실을 형성하여 실린더의 토출측 선단면을 복개하고 냉동사이클장치와 가스토출관으로 연결하는 토출커버와,

   토출커버의 토출실 내부에서 실린더의 토출측 선단면에 착탈하면서 압축실을 개폐하는 토출밸브와,

   토출밸브의 압축배면과 이에 대향하는 토출커버에 고정 결합하여 상기 토출밸브가 왕복운동을 하도록 탄력 지지하는 밸브지지스프링과,

   토출밸브의 압축배면쪽에 소정의 여유간격을 두고 토출커버에 고정 설치하여 상기 토출밸브가 일정거리 이상으로 열릴 때 이를 탄력적으로 지지하는 밸브스토퍼로 이루어지는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치.
2. 제1항에 있어서,

   밸브스토퍼는 그 외주연이 토출커버에 고정되는 반면 내주연은 토출밸브의 압축배면에 착탈되는 나선형의 판스프링인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치.
3. 제1항에 있어서,

   밸브스토퍼는 토출밸브에 착탈하여 지지하는 지지부를 환형으로 형성하고, 그 지지부의 외주면에는 토출커버에 고정하여 탄성을 가지는 복수 개의 탄성부를 방사상으로 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치.
4. 제1항에 있어서,

   밸브스토퍼는 소정의 높이를 가지도록 환형으로 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치.
5. 제2항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서,

   토출밸브는 그 압축배면에 상기한 밸브스토퍼와 착탈하도록 안착돌부를 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치.
6. 제1항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서,

   토출커버는 실린더의 압축실과 연통되어 그 사이에 토출밸브와 밸브지지스프링 그리고 밸브스토퍼가 위치하도록 제1 토출실을 구비한 내측커버와, 내측커버의 가스통공과 연통되는 제2 토출실을 구비하여 가스토출관을 연결하는 외측커버로 이루어지는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치.
7. 제6항에 있어서,

   내측커버는 밸브스토퍼를 지지하도록 측벽을 단차지게 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 토출밸브 지지장치.