KR100548437B1 - 왕복동식 압축기의 피스톤 초기위치 가변 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 초기위치 가변 장치에 관한 것으로서, 케이싱 내부에 탄력적으로 지지되어 고정되는 복수 개의 프레임과, 상기 프레임에 지지되어 가동자가 직선 왕복운동을 하는 왕복동식 모터와, 상기 프레임에 고정되는 실린더의 압축실 내부를 직선왕복 운동하면서 냉매를 압축하도록 상기 왕복동식 모터의 가동자에 연결되는 피스톤과, 상기 피스톤의 후단부에 구비되는 스프링 지지대의 전후 양측과 이에 대향하는 프레임 사이에 고정되어 상기 피스톤의 공진 운동을 유도하는 복수 개의 공진 스프링과, 상기 왕복동식 모터에 의해 가변되는 피스톤의 스트로크 길이만큼 스트로크 위치를 보상하도록 상기 공진 스프링의 끝단과 그 지지면 사이에 고정 설치하는 길이가변부재를 포함함으로써, 왕복동식 압축기의 냉력 가변 운전시 피스톤의 스트로크 길이가 줄어들어 발생하는 사체적을 감소시켜 압축효율을 증가시키는 효과를 갖도록 한다.

Description

왕복동식 압축기의 피스톤 초기위치 가변 장치{VARIABLE DEVISE OF PISTON INITIAL POSITION FOR LINER COMPRESSOR}

도 1은 종래 왕복동식 압축기의 종단면도,

도 2는 종래 왕복동식 압축기의 정상 운전시 피스톤 가동 상태를 도시한 개략 단면도,

도 3은 종래 왕복동식 압축기의 냉력 가변시 피스톤 가동 상태를 도시한 개략 단면도,

도 4는 본 발명의 왕복동식 압축기의 종단면도,

도 5는 본 발명이 왕복동식 압축기의 정상 운전시 피스톤 가동 상태를 도시한 단면도,

도 6은 본 발명의 왕복동식 압축기의 냉력 가변시 피스톤 가동 상태를 도시한 단면도,

*도면의 주요부분에 대한 설명*

21: 전방 프레임 23: 후방 프레임

41: 실린더 42: 피스톤

51: 스프링 지지대 52: 전방측 공진스프링

53: 후방측 공진스프링 60: 길이 가변부재

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 왕복동식 압축기의 냉력 가변 운전시 피스톤의 스토로크의 변화에 의한 실린더 내부의 사체적을 감소시키도록 피스톤의 초기위치를 가변시키기 위한 왕복동식 압축기의 초기위치 가변 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 왕복동식 압축기는 부하에 대응하여 냉력 가변 시 인버터형 왕복동식 모터의 출력을 제어하고, 그 왕복동식 모터의 가동자와 연동하여 실린더 내부를 직선 왕복운동하는 피스톤의 스트로크를 증감시켜 부하에 대응하는 냉매가스의 압축량을 조절하도록 한다.

이하, 종래의 왕복동식 압축기를 첨부한 도면에 따라 상세히 기술하면 다음과 같다. 도 1 내지 도 4는 종래 왕복동식 압축기에 관한 것으로서, 도 1은 종단면도이고, 도 2는 피스톤 체결구조를 보인 부분 절개 사시도이며, 도 3 왕복동식 압축기의 정상 운전시 피스톤 가동 상태를 도시한 개략 단면도이고, 도 4는 왕복동식 압축기의 냉력 가변시 피스톤 가동 상태를 도시한 개략 단면도이다.

이에 도시한 바와 같이, 종래 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 가동 자(133) 사이에 결합하여 그 가동자(133)와 압축유니트(140)의 피스톤(142)이 함께 공진운동을 하도록 유도하는 공진스프링유니트(150)를 포함하여 구성되어져 있다.

상기 프레임유니트(120)는 왕복동식모터(130)의 외측고정자(131)와 내측고정자(32) 일 측면을 함께 지지하고 아울러 압축유니트(140)의 실린더(141)를 삽입하여 지지하며 후술하는 전방측 공진스프링((152)을 지지하는 전방프레임(121)과, 전방프레임(121)에 결합하여 왕복동식모터(130)의 외측고정자(131) 타 측면을 지지하는 중간프레임(142)과, 중간프레임(142)에 결합하여 왕복동식모터(130)의 외측고정자(131)와 내측고정자(132) 타 측면을 함께 지지하고 후술할 후방측 공진스프링(152)을 지지하는 후방프레임(123)으로 이루어져 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 이루져 있다.

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, 그 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 제 한하는 토출밸브조립체(144)로 이루어져 있다.

공진스프링유니트(150)는 왕복동식모터(130)의 가동자(133)와 압축유니트(140)의 피스톤(142)에 함께 결합한 스프링지지대(151)의 일 측면과 이에 대응하는 전방프레임 일 측면 사이에 복수 개로 구비하는 전방측 공진스프링(152)과, 상기 스프링지지대(151)의 타측면과 이에 대응하는 후방프레임(123)의 내측면 사이에 복수 개로 구비하는 후방측 공진스프링(153)으로 이루어져 있다.

상기와 같은 종래의 왕복동식 압축기는 동작을 살펴보면 다음과 같다. 즉, 왕복동식모터(130)의 외측고정자(131)에 전원을 인가하면, 그 외측고정자(131)와 내측고정자(132) 사이에 플럭스(flux)가 형성되어 가동자(33)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 반복하는 것이었다.

이와 같이 왕복동식 압축기의 정상 운전 시에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 피스톤(142)이 전방측 공진스프링(152)과 후방측 공진스프링(153)에 의해 실린더(141) 내부의 초기위치에 고정되고, 가동자(133)에 의해 직선왕복 운동하면서 전방측 공진스프링(152)과 후방측 공진스프링(153)에 의하여 가진되어 그 선단부가 실린더 내부의 하사점(B.P)으로부터 상사점(T.P)까지 직선왕복운동 스크로크(S)를 갖도록 운전된다.

그러나, 공조 냉동 시스템의 안정화에 따른 왕복동식 압축기의 냉력 가변시, 도 3에 도시한 바와 같이, 왕복동식 모터(130)의 출력을 제한함에 따라 가동자(133)의 가진 폭이 감소된다. 따라서 상기 가동자와 연동하는 피스톤(142)이 상기 공진 스프링(150)에 의하여 실린더(141) 내부에 고정되는 초기위치(S.P)로부터 폭이 감소된 스트로크(S')를 가지고 하사점(B.P')으로부터 상사점(T.P')까지 직선왕복 운동하도록 한다.

따라서, 감소된 스트로크(S')에 따라 상사점(T.P')으로부터 실린더(141)의 선단부까지의 압축공간 상에 사체적(D.V)이 발생하게 되고 이에 따라 압축된 냉매가스가 재 팽창하게 되어 압축효율이 저하시키게 되는 문제점이 발생한다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명에 따르면 왕복동식 압축기의 냉력 가변 시 감소된 피스톤의 스트로크에 의해 발생하는 실린더 내부의 사체적을 감소시켜 압축효율을 향상시키기 위한 왕복동식 압축기의 피스톤 초기위치 고정 장치의 제공을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 케이싱 내부에 탄력적으로 지지되어 고정되는 복수 개의 프레임과, 상기 프레임에 지지되어 가동자가 직선 왕복운동을 하는 왕복동식 모터와, 상기 프레임에 고정되는 실린더의 압축실 내부를 직선왕복 운동하면서 냉매를 압축하도록 상기 왕복동식 모터의 가동자에 연결되는 피스톤과, 상기 피스톤의 후단부에 구비되는 스프링 지지대의 전후 양측과 이에 대향하는 프레임 사이에 고정되어 상기 피스톤의 공진 운동을 유도하는 복수 개의 공진 스프링과, 상기 왕복동식 모터에 의해 가변되는 피스톤의 스트로크 길이만큼 스트로크 위치를 보상하도록 상기 공진 스프링의 끝단과 그 지지면 사이에 고정 설치하는 길이가변부재를 포함한 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 초기위치 가변 장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 길이 가변 부재는 상기 공진 스프링의 일 단이 대향하여 고정되는 상기 프레임의 일 측면 가설됨이 바람직하다.

또한, 상기 길이 가변 부재는 형상 기억 합금으로 구성됨이 바람직하다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 왕복동식 압축기의 피스톤 초기위치 가변 장치를 첨부 도면에 따라 그 구성 및 작용 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 왕복동식 압축기의 종단면도이고, 도 5는 본 발명이 왕복동식 압축기의 정상 운전시 피스톤 가동 상태를 도시한 단면도이며, 도 6은 본 발명의 왕복동식 압축기의 냉력 가변시 피스톤 가동 상태를 도시한 단면도이다.

도 2에 도시한 바와 같이. 본 발명의 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 공진운동하도록 유도하는 공진스프링유니트(50)와, 상기 공진 스프링 유니트의 일측 고정단에 구비되어 상기 피스톤(42)의 초기위치(S.P)를 가변시키기 위한 초기위치 가변수단을 포함하여 구성된다.

상기 프레임유니트(20)는 왕복동식모터(30)의 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 일 측면을 함께 지지하고 아울러 압축유니트(40)의 실린더(41)를 삽입하여 지지하며 후술하는 전방측 공진스프링(52)을 지지하는 전방프레임(21)과, 전방프레임(21)에 결합하여 왕복동식모터(30)의 외측고정자(31) 타 측면을 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.

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 왕복동식 모터(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.

상기 초기위치 가변수단은 왕복동식 압축기의 냉력 가변시 왕복동식 모터(30)의 출력 제어에 따라 감소된 피스톤(42)의 스트로크(S')로 의해 발생되는 사체적(D.V)을 줄이도록 피스톤(42)을 고정하여 초기위치(S.P)를 결정하는 전방측 공진스프링(52)과 후방측 공진스프링(53)의 각 고정면에 구비되어 가변길이(L)에 따라 전방측 공진스프링(52) 및 후방측 공진스프링(53)을 밀거나 당겨 피스톤의 초기위치를 가변시키기 위한 길이 가변부재(60)로 이루어진다.

상기 길이 가변부재(60)는 케이스(10) 내부의 설정 온도에 따라 길이가 가변되어 피스톤(42)의 초기위치(S.P->S.P')를 가변시킬 수 있는 형상기억합금으로 이루어지고, 그 가설 위치는 각 전방측 공진스프링(52)의 양단이 지지 고정되는 전방 프레임(21) 또는 스프링 지지대(51)의 일 측면 및 각 후방측 공진스프링(53)의 양단이 지지 고정되는 스프링 지지대(51) 또는 후방 프레임(23)의 일 측면에 모두 가설 가능하다.

또한, 가장 바람직한 길이 가변부재(60)는 케이스(10) 내부로 유입되는 냉매가스의 온도에 의해 형상기억합금의 복원이 이루어지도록 하여 길이를 가변시키도록 후방측 공진스프링(53)과 이에 대향하는 후방 프레임(23)의 일 측면에 가설하는 것이다.

그리고, 왕복동식 압축기를 채용하는 공조/냉동 시스템의 냉력 가변에 따라 피스톤의 초기위치를 가변시키기 위한 본 발명의 기술적 사상은 형상기억 합금을 이용하는 것에 국한되지 않으며 다양한 형태의 길이 가변부재 및 그 길이 가변 부재를 신축시키기 위한 제어수단으로 교체 사용이 가능하다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 왕복동식 압축기의 피스톤 초기위치 가변 장치의 작동 및 그에 따른 효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 왕복동식 압축기의 정상 운전시, 도 5에 도시한 바와 같이, 왕복동식모터(30)에 인가된 전원에 의해 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 가진되여 지속적인 직선왕복운동 한다.

이때, 피스톤(42)의 선단부는 실린더(41)의 내부에서 전방측 공진스프링(52)과 후방측 공진스프링(53)에 의하여 결정된 초기위치를 기준으로 하사점(B.P)과 상사점(T.P) 사이의 스트로크(S)를 가지고 직선왕복운동하며 냉매가스를 흡입, 압축한 후 토출하는 일련의 과정을 반복한다.

그러나, 왕복동식 압축기의 냉력 가변 운전시, 도 6에서 도시한 바와 같이, 왕복동식 모터(30)의 출력이 가변됨에 따라 가동자(33)와 연동하는 피스톤(42)의 스트로크(S')가 감소되어지고, 길이 가변부재(60)인 형상기억합금은 케이스(10) 내부로 유입되는 냉매 가스의 온도 저하됨에 따라 설정 복원온도 대역에서 형상 복원력이 발생되어 길이가 신장되어 후방측 공진스프링(53)을 밀어 결국 피스톤의 초기위치를 신장된 길이(L) 만큼 실린더(41)의 선단부 쪽으로 이동시킨다.

따라서, 피스톤(42)은 길이 가변부재(60)에 의해 이동된 새로운 초기위치(S.P')를 기준으로 감소된 스크로크(S')를 가지고 하사점(B.P')과 상사점(T.P') 사이를 직선왕복 운동함으로써, 피스톤(42)의 상사점(T.P')과 실린더(41)의 선단부에 발생되는 사체적(D.V)을 감소시켜 압축효율을 높일 수 있다.

그리고, 왕복동식 압축기가 다시 정상 운전을 개시하게 되면 케이스(10) 내부로 유입되는 냉매가스의 온도 상승 아울러 전방측 공진스프링(52)과 후방측 공진스프링(53)의 지속적인 가압력에 의해 길이 가변부재(60)인 형상기억 합금의 길이가 수축됨에 따라 피스톤(52)의 원래 상태의 초기위치(S.P)로 복원되어 정상 운전된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 피스톤을 고정하는 각 공진 스프링의 일 측 고정면에 길이 가변부재를 가설하여 피스톤의 초기위치를 가변시킴으로써 왕복동식 압축기의 냉력 가변시 피스톤의 스트로크가 감소하는 만큼 스트로크 위치를 보상하여 사체적을 감소시키고 이를 통해 압축효율을 증가시키는 효과를 갖는다.

또한, 길이 가변부재를 형상기억합금을 이용함에 따라 케이스 내부로 유입되는 냉매가스의 온도에 따라 피스톤의 초기위치를 저렴하고 간단하게 가변시킬 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (4)

1. 케이싱 내부에 탄력적으로 지지되어 고정되는 복수 개의 프레임과,

   상기 프레임에 지지되어 가동자가 직선 왕복운동을 하는 왕복동식 모터와,

   상기 프레임에 고정되는 실린더의 압축실 내부를 직선왕복 운동하면서 냉매를 압축하도록 상기 왕복동식 모터의 가동자에 연결되는 피스톤과,

   상기 피스톤의 후단부에 구비되는 스프링 지지대의 전후 양측과 이에 대향하는 프레임 사이에 고정되어 상기 피스톤의 공진 운동을 유도하는 복수 개의 공진 스프링과,

   상기 왕복동식 모터에 의해 가변되는 피스톤의 스트로크 길이만큼 스트로크 위치를 보상하도록 상기 공진 스프링의 끝단과 그 지지면 사이에 고정 설치하는 길이가변부재를 포함한 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 초기위치 가변 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 길이 가변 부재는 상기 공진스프링의 끝단이 대향하는 프레임에 구비됨을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 초기위치 가변 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 길이 가변 부재는 상기 공진스프링의 끝단이 대향하는 스프링 지지대에 구비됨을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 초기위치 가변 장치.
4. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 길이 가변 부재는 형상 기억 합금으로 구성됨을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 초기위치 가변 장치.

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