KR101014257B1

KR101014257B1 - 압축기 흡입 리드 밸브

Info

Publication number: KR101014257B1
Application number: KR1020030091887A
Authority: KR
Inventors: 슐츠스콧디.; 슐츠브래드에이.; 드래퍼도날드씨.; 게렛케빈제이.
Original assignee: 코우프랜드 코포레이션 엘엘씨
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2023-12-16
Also published as: EP1452737A1; CA2452450A1; TWI311622B; BRPI0400059B1; US6823891B2; AU2004200754A1; DE602004000553D1; KR20040076573A; TW200506253A; MXPA04001516A; CN100353064C; US20040163713A1; AR042535A1; CN1525069A; EP1452737B1; ES2258754T3; DE602004000553T2; JP2004257376A; BRPI0400059A; AU2004200754B2

Abstract

흡입 리드 밸브는 반경방향 외측으로 뻗어 있는 한 쌍의 탭을 가지고 있는 중앙의 링 형상 보디를 포함한다. 한 쌍의 탭중의 하나는 밸브 플레이트에 고정되고 다른 탭은 이동이 자유롭다. 흡입 리드 밸브의 굽힙/편향을 용이하게 하기 위해서 고정 탭과 중앙의 링 형상 보디 사이에는 넥 다운 영역이 위치한다.

실린더 하우징, 압축 챔버, 배출 챔버, 흡입 챔버, 밸브 플레이트, 압력 반응식 배출 밸브 부재, 중앙의 링 형상 보디, 고정 탭, 넥 다운 영역, 압력 반응식 밸브 조립체

Description

압축기 흡입 리드 밸브{COMPRESSOR SUCTION REED VALVE}

도 1은, 각각의 실린더가 중심축에 대하여 90°회전한 상태의, 본 발명에 따른 독특한 형상의 리드를 포함하는 밸브 조립체의 부분 단면도;

도 2는, 점선으로 흡입 리드를 나타내고 있는 상태의, 하나의 실린더를 갖춘 도 1에 도시된 밸브 조립체로부터 밸브 플레이트 및 리드의 (실린더 챔버 내부로부터의) 저면도;

도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 리드의 평면도.

본 발명은 압력 반응식 밸브 조립체에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 흡입 리드 밸브를 포함하는 압력 반응식 밸브 조립체에 관한 것이다. 이 밸브 조립체는, 냉장 타입 압축기와 같은 왕복 피스톤 타입 압축기에 사용하기에 적합하다.

전형적으로, 왕복 피스톤 타입 압축기는, 실린더 하우징의 끝에 장착된 흡입 및 배출 압력으로 작동되는 밸브를 채용하고 있다. 이러한 밸브 조립체를 설계할 때, 소정의 시간 내에 그리고 용인가능한 작은 압력 강하 상태로 최대의 가스량 유 동을 허용하기 위해서 충분한 크기의 포트 영역을 제공하는 것은 전반적인 시스템의 작동에 아주 중요하다. 일반적으로 공기 조화 시스템에는 높은 질량 유동율이 요구되기 때문에, 공기 조화 시스템에 채용되는 냉장 시스템에 있어서는 특히 중요하다.

소정의 실린더 크기에 대하여 포트 영역을 최대화하는 것이 바람직하지만, 이와 관련하여 또한 이와 충돌하여 이동 밸브 부재의 중량을 줄일 필요성이 있다. 이동 밸브 부재의 중량의 감소는 밸브의 관성 영향의 감소 및 밸브의 개폐와 관련한 소음 레벨의 감소로 이어진다.

또 다른 중요한 설계상의 목적은 실린더의 재팽창 또는 클리어런스 체적을 최소화하는 것이다. 밸브 시스템 및 실린더 끝의 정상부 끝벽은 피스톤이 가스 유동을 제한하지 않는 상태로 스트로크의 상사점에 위치할 때 압축 챔버의 체적을 최소한으로 줄이기 위하여 피스톤의 형상과 상보적인 형상을 가져야 한다. 복잡한 피스톤 헤드 형상을 설계함으로써 이러한 목적을 달성하는 것이 가능하기는 하지만, 이러한 복잡한 형상의 제작은 비용이 높아지게 되고, 조립이 더욱 어렵게 되고 피스톤이 상사점에 도달할 때 스로틀 손실이 일반적으로 발생하게 된다. 이것은 밸브 시스템을 위한 설계가 재팽창 체적을 최소화하는 높은 유동 밸브 시스템을 설계하는 유일한 수단이 되게 한다.

전형적인 흡입 리드는 밸브 플레이트의 원형 흡입 포트를 커버하는데 사용되는 원형 보디를 포함한다. 흡입 리드를 밸브 플레이트에 부착하기 위한 수단을 제공하기 위하여 원형 섹션으로부터 반경방향 외측으로 한 쌍의 탭이 뻗어 있다. 피 스톤이 실린더 보어 내에서 하강할 때, 실린더의 체적은 증가하고 이에 따라 보어 내에서 진공을 야기한다. 이러한 진공은 흡입 리드를 당겨 내리고 이는 흡입 포트를 개방하기 위해 흡입 리드가 절곡 또는 편향되게 한다. 흡입 리드가 이러한 절곡 또는 편향된 위치에 있을 때, 가스는 실린더 내로 유동한다. 전형적으로, 탭 중의 하나는 밸브 플레이트에 리벳결합 또는 고정되어 고정측을 형성하는 반면 또 다른 탭은 압축기가 작동할 때 이동이 자유로워서 자유단측을 형성한다.

리드의 형상 또는 구성은 리드가 얼마나 많이 편향하는가에 영향을 끼친다. 리드는 리드에 대하여 최대 가요성을 제공하도록 설계될 수 있고, 이는 최대 가스 유동을 허용하도록 더욱 개방되기 때문에 최선의 성능을 발생시킨다. 이러한 최대 가요성 설계가 갖는 문제점은 리드가 보다 더 이동함에 따라 리드에는 보다 많은 응력이 발생하기 때문에 최악의 응력을 발생시킨다는 것이다. 역으로, 리드는 최선의 응력 저항을 제공하도록 설계될 수 있지만, 이는 압축기 성능에 있어서의 감소를 야기한다.

본 발명은 최선의 유동 특성을 제공하는 동시에 굽힙 및 충격 응력에 대한 양호한 저항을 가지는데 최적화된 리드 설계를 종래 기술에 제공한다. 리드 외경(outside diameter:OD), 내경(inside diameter:ID)의 크기, 두께, 넥(neck) 형상, 넥 다운 반경 및 클램프 라인 위치는 리드에 낮은 응력을 제공하는 동시에 리드가 압축기의 양호한 성능을 허용하도록 충분한 가요성을 제공하는 독특한 리드를 형성하도록 설계되었다.

본 발명의 리드에 대한 가요성 및 굽힘 응력 설계 고려에 추가하여, 본 발명의 독특한 리드 설계는 충격 응력도 고려하여 설계되었다. 리드의 OD/ID 비가 너무 크면(즉, 리드의 링부가 너무 넓으면), 리드는 너무 강성이고 적당한 가스 유동을 제공하기에 충분하게 편향될 수 없다. 리드의 OD/ID 비가 너무 작으면(즉, 리드의 링부가 너무 좁으면), 리드 상에서의 충격 응력이 너무 높고 리드가 파괴될 수 있다. 본 발명의 독특한 리드는 적절한 OD/ID 비를 가지도록 설계되어 뛰어난 성능을 가지는 리드를 형성한다.

또 다른 본 발명의 응용 영역은 이하의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다. 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 실시예는, 단지 예시를 위한 것이지 본 발명의 범위를 거기에 한정하고자 하는 것은 아니다.

(바람직한 실시예의 상세한 설명)

바람직한 실시예의 이하의 설명은 당연히 예시적인 것이고, 본 발명, 적용 또는 용도를 제한하는 것이 아니다.

도면을 참조하면, 도면을 통해서 동일한 부재 또는 상응하는 부재에는 동일한 참조번호가 부여되어 있고, 도 1 및 도 2에는, 본 발명에 따른 밸브 조립체가 참조 번호 10으로 도시되어 있다. 밸브 조립체(10)는 밸브 플레이트 조립체(12)를 포함하고 있고, 이 밸브 플레이트 조립체(12)는, 밸브 플레이트 조립체(12)의 하부 표면(16) 내로 뻗어 있는 비교적 크고 불규칙 형상이며 대체로 환형인 오목부 또는 흡입 챔버(14)를 가지고 있다. 또한, 절두 원추형의 배출 챔버(18)가 또한 구비되 어 있고, 이것은 밸브 플레이트 조립체(12)의 상부 표면(22)과 하부 표면(16) 사이에 뻗어 있는 반경방향 내측으로 경사진 즉 기울어진 측벽(20)에 의해 형성된다. 측벽(20)의 표면(24)은, 밸브 부재(26)와 브리지형상 리테이너(30) 사이에 뻗어 있는 디스크 스프링(28) 또는 가스 압력에 의해 측벽(20)의 표면(24)과 밀봉식으로 맞물림되도록 가압되는 배출 밸브 부재(26)를 위한 밸브 시트를 제공한다.

도시된 바와 같이, 배출 챔버(18)에 대한 배출 밸브 부재(26)의 크기 및 형상은, 배출 밸브 부재(26)의 하부 표면(32)이 밸브 플레이트 조립체(12)의 하부 표면(16)과 대체로 동일평면 관계로 위치하도록 되어 있다. 스프링(28)은 리테이너(30)내에 구비된 오목부(36)내에 위치한다. 배출 밸브 부재(26)는 압력으로 작동되는 밸브 부재이고 스프링(28)은 주로 안정성을 제공하고 또한 초기 폐쇄 가압 또는 예압을 제공하여 초기 밀봉을 달성하도록 선택된다. 물론, 디스크 스프링 외의 다른 타입의 스프링이 이 목적을 위해 사용될 수도 있다. 밸브 부재(26)의 개방 이동을 제한하는 스톱부로서 또한 작용하는 리테이너(30)는 한 쌍의 적당한 파스너(38)에 의해 밸브 플레이트 조립체(12)에 체결된다.

밸브 플레이트 조립체(12)는, 압축기 헤드(46), 밸브 플레이트 조립체(12)를 관통하여 압축기 보디(42)내에 나사식으로 수용되는 복수의 볼트(44)를 사용하여 압축기 보디(42)에 체결된다. 밸브 플레이트 조립체(12)와 압축기 보디(42) 사이에는 밸브 플레이트 개스킷(48)이 배치되고 밸브 플레이트 조립체(12)와 압축기 헤드(46) 사이에는 헤드 개스킷(50)이 배치된다.

밸브 플레이트 조립체(12)는 환형의 밸브 시트(52)를 형성하고 측벽(20)은 그 끝에서 환형의 밸브 시트(54)를 형성한다. 밸브 시트(52)와 밸브 시트(54) 사이에는 흡입 입구 통로(56)가 배치된다.

측벽(20)의 밸브 시트(54)는 밸브 플레이트 조립체(12)의 밸브 시트(52)와 동일평면 관계로 위치한다. 환형 링 형태의 흡입 리드 밸브 부재(60)는, 폐쇄 위치에서, 측벽(20)의 밸브 시트(54) 및 밸브 플레이트 조립체(12)의 밸브 시트(52)와 밀봉식으로 맞물려서 압축 챔버(62)로부터 입구 통로(56)를 경유하여 흡입 챔버(14)까지 가스의 통과를 방지한다. 배출 챔버 부재(26)의 하부 표면(32)과 압축 챔버(62) 사이에 직접적인 가스 유동 연통을 허용하기 위해 배출 챔버(18)와 동축으로 배열된 중앙의 개구(64)가 흡입 리드 밸브 부재(60)에 구비된다. 또한, 흡입 리드 밸브 부재(60)는, 직경방향으로 대향하고 반경방향 외측으로 뻗어 있는 한 쌍의 탭(66 및 68)을 포함한다. 탭(66)은, 이하에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 한 쌍의 드라이브 스터드(70), 볼트 또는 리벳을 사용하여 리브 밸브 부재(60)를 밸브 플레이트 조립체(12)에 체결하기 위해 사용된다.

압축 챔버(62)내에 배치된 왕복 피스톤(72)이 흡입 스트로크 동안 밸브 조립체(10)로부터 멀어지는 방향으로 이동할 때, 압축 챔버(62)와 흡입 챔버(14) 사이의 압력 차이는 흡입 리드 밸브 부재(60)가 압축 챔버(62)에 대하여 내측으로, 도 1에 점선으로 도시된 바와 같이, 그 개방 위치까지, 편향되게 하고, 이것에 의해, 밸브 시트(52 및 54) 사이에 배치된 입구 통로(56)를 통하여 압축 챔버(62)내로 흡입 챔버(14)로부터의 가스 유동을 가능하게 한다. 흡입 리드 밸브 부재(60)의 탭(66 및 68)만이 압축 챔버(62)의 측벽(62)을 넘어 외측으로 뻗어 있기 때문에, 흡입 가스 유동은 흡입 리드 밸브 부재(60)의 대체로 전체 내주 및 외주 둘레에서 압축 챔버(62)내로 쉽게 유동한다. 피스톤(72)의 압축 스트로크가 시작될 때, 흡입 리드 밸브 부재(60)는 밸브 시트(54) 및 밸브 시트(52)와 밀봉 맞물림 상태로 된다. 배출 밸브 부재(26)는, 배출 챔버(18) 내부의 압력을 초과하는 압축 챔버(62) 내부의 압력 및 스프링(28)에 의해 가해지는 힘으로 인해 개방되기 시작한다. 압축된 가스는 중앙의 개구(64)를 통과하고, 배출 밸브 부재(26)를 지나서 배출 챔버(18) 내로 유동한다. 밸브 플레이트 조립체(12)와 리드 밸브 부재(60)의 동심 배열은 압축 챔버(62)를 덮고 있는 대체로 전체 유효 표면적이 흡입 및 배출 밸브 및 포트에 활용될 수 있는 것을 허용하여, 압축 챔버(62) 내외로 최대 가스 유동을 허용한다.

압축 챔버(62) 내부에서의 피스톤(72)의 연속되는 스트로크는 흡입 리드 밸브 부재(60)가 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동하는 것을 계속해서 야기한다. 그래서, 탭(66 및 68)의 굽힘 또는 구부러짐이 일정하다. 압축기 보디(42)는, 흡입 리드 밸브 부재(60)의 탭(68)이 굽혀지는 양호한 표면을 제공하여 탭 내부에서 발생되는 굽힘 응력을 상당히 줄이기 위해서, 압축기 챔버(62)의 외부 에지에 각이 진 부분 또는 만곡된 부분(74)을 포함한다. 또한, 밸브 플레이트 조립체(12)는 리드 밸브 부재(60)의 편향 동안 탭(68)의 상향 이동을 허용하는 오목부(76)를 포함한다.

본 발명은 리드 밸브 부재(60)의 성능과 내구성을 최적화시킨 독특한 형상의 리드 밸브 조립체(60)에 관한 것이다.

리드 밸브 부재(60)는 리드 내경(64) 및 리드 외경(86)을 형성하는 중앙의 링 형상 보디(82)를 포함한다. 중앙의 링 형상 보디(82)의 중심은 리드 밸브 부재(60)의 중심(60A)을 형성한다. 고정 탭(66)은 링 형상 보디(82)로부터 반경방향 외측으로 뻗어 있고 고정 탭(66)은 한 쌍의 드라이브 스터드, 볼트 또는 리벳(70) 또는 종래 알려져 있는 다른 파스너를 이용하여 리드 밸브 부재(60)를 밸브 플레이트 조립체(12)에 체결하기 위한 한 쌍의 구멍(90)을 형성한다. 고정 탭(66)과 링 형상 보디(82) 사이의 영역은 넥 다운 영역(necked down region)(94)을 형성하고, 그 치수는, 압축기의 작동 동안 리드 밸브 부재(60)에 대한 변위를 희생 하지 않으면서, 리드 밸브 부재(60)에 대한 응력 레벨을 균형잡는데 최적화되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 클램프 라인(96)은 리드 밸브 부재(60)의 중심에 대하여 특정적으로 위치한다. 클램프 라인은 밸브 플레이트 개스킷(48)의 에지에 접하는 라인이고 그래서 압축기의 작동 동안 구부러질 때 리드 밸브 부재가 굽혀지는 에지를 형성한다.

가동 탭(68)은 고정 탭(66)에 대향하여 배치된다. 가동 탭(68)은 링 형상 보디(82)로부터 반경방향 외측으로 뻗어 있는 대체로 직사각형의 탭이다. 흡입 리드 밸브 부재(60)가 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동할 때, 가동 탭(68)은 압축 챔버(62)의 외측 에지에서 만곡된 부분(74)을 따라서 미끄러져서 편향을 허용하고 그래서 리드 밸브 부재(60)의 개방을 허용한다. 고정 탭(66)은 압축 챔버(62)의 에지를 따라서 미끄러지지 않거나 또는 굽혀지지 않지만, 드라이브 스터드, 볼트 또는 리벳(70)에 의해 고정 탭(66)이 밸브 플레이트 조립체(12)에 체결됨으로 인해 개스킷 클램프 라인(96) 둘레에서 굽혀진다. 그래서, 고정 탭(66)은, 넥 다운 영역(94)의 치수가 압축기의 작동 동안 리드 밸브 부재(60)에 대한 변위를 희생시키지 않으면서 리드 밸브 부재(60)에 대한 응력 레벨을 균형잡게 되어 있는 상태로, 개스킷 클램프 라인(96)을 따라서 굽혀지거나 또는 편향된다.

본 실시예에 있어서, 리드 밸브 부재(60)는 이하의 치수를 가지고 있다:

· 클램프 라인(96)에 대한 리드 밸브 부재(60)의 중심 = 1.771 인치

· 넥 다운 영역(94)의 폭 = 0.610 인치

· 리드 밸브 부재(60)의 중심(60A)으로부터의 넥(94) 위치 = 1.279 인치

· 리드 OD = 2.449 인치

· 리드 ID = 1.628 인치

· 리드 재료 두께 = 0.022 인치

· 에지 반경 = 0.0075 인치

· 넥 다운 반경 = 0.125 인치

· 클램프 라인으로부터 넥 다운 반경 까지의 거리 = 0.084

리드 밸브 부재(60)의 상기의 상세한 실시예는 흡입 입구 통로(56)를 위해 2.342 인치 OD 및 1.746 인치 ID를 가지고 있는 밸브 플레이트로 설계되었다. 이것은 OD에 대해서는 0.0535 인치 및 ID에 대해서는 0.059 인치의 오버랩을 제공한다.

밸브 플레이트 조립체(12)의 상기의 리드 밸브 부재(60)는 적어도 4개의 유리한 점을 제공한다. 첫번째, 클램프 라인(96), 넥 다운 영역(94) 및 중간 길이 위치에서 낮은 굽힘 응력을 가지도록 설계된다. 두번째, 낮은 충격 응력을 가지도록 설계된다. 세번째, 양호한 가스 유동을 제공하여 성능을 향상시키기에 충분한 가요성을 갖도록 설계된다. 마지막으로, 리드 밸브 부재(60)는 이들 긍정적인 특성을 전부 가져서 양호한 가요성을 가지는 동시에 양호한 응력 저항도 가지는데 최적화되도록 설계된다.

본 발명의 설명은 당연히 예시로서만 설명된 것이고, 그래서, 본 발명의 핵심을 일탈하지 않는 변경도 본 발명의 사상내에 있는 것이다. 그와 같은 변경은 본 발명의 사상을 벗어나는 것으로 간주되지 않는다.

본 발명에 의하면, 최선의 유동 특성을 제공하는 동시에 굽힙 및 충격 응력에 대한 양호한 저항을 가지는데 최적화된 리드 설계가 종래 기술에 제공된다. 리드 외경, 내경의 크기, 두께, 넥 형상, 넥 다운 반경 및 클램프 라인 위치는 리드에 낮은 응력을 제공하는 동시에 리드가 압축기의 양호한 성능을 허용하도록 충분한 가요성을 제공하는 독특한 리드를 형성하도록 설계된다.

Claims

실린더 하우징에 의해 형성된 압축 챔버를 위한 압력 반응식 밸브 조립체에 있어서, 상기 밸브 조립체는;

배출 챔버 및 흡입 챔버를 형성하는 밸브 플레이트;

상기 배출 챔버와 상기 압축 챔버 사이에 배치된 압력 반응식 배출 밸브 부재;

상기 흡입 챔버와 상기 압축 챔버 사이에 배치된 압력 반응식 흡입 밸브 부재; 를 포함하고 있고,

상기 압력 반응식 흡입 밸브 부재는:

중앙의 링 형상 보디;

상기 중앙의 링 형상 보디로부터 반경방향 외측으로 뻗어 있고, 상기 밸브 플레이트에 고정되어 있는 고정 탭; 및

상기 고정 탭과 상기 중앙의 링 형상 보디 사이에 배치되고, 상기 고정 탭의 대응 폭보다 작은 폭을 가지고 있는 넥 다운 영역; 을 포함하며,

상기 고정 탭은 상기 넥 다운 영역을 향하여 배치되는 클램프 라인을 형성하며,

상기 클램프 라인은 밸브 플레이트 개스킷의 에지에 의해 형성되며 압축기의 작동 동안 상기 흡입 밸브 부재가 굽혀지는 에지를 형성하는 것을 특징으로 하는 압력 반응식 밸브 조립체.
제 1 항에 있어서, 상기 넥 다운 영역 및 중앙의 링 형상 보디 사이의 거리는 상기 넥 다운 영역 및 고정 탭 사이의 거리 보다 작은 것을 특징으로 하는 압력 반응식 밸브 조립체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 중앙의 링 형상 보디로부터 반경방향 외측으로 뻗어 있는 가동 탭을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 반응식 밸브 조립체.
제 3 항에 있어서, 상기 가동 탭은 직사각형인 것을 특징으로 하는 압력 반응식 밸브 조립체.
제 4 항에 있어서, 상기 가동 탭은 상기 고정 탭에 대하여 대향하여 배치되는 것을 특징으로 하는 압력 반응식 밸브 조립체.
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실린더 하우징에 의해 형성된 압축 챔버를 위한 압력 반응식 밸브 조립체에 있어서, 상기 밸브 조립체는;

배출 챔버 및 흡입 챔버를 형성하는 밸브 플레이트;

상기 배출 챔버와 상기 압축 챔버 사이에 배치된 압력 반응식 배출 밸브 부재;

상기 흡입 챔버와 상기 압축 챔버 사이에 배치된 압력 반응식 흡입 밸브 부재; 를 포함하고 있고,

상기 압력 반응식 흡입 밸브 부재는:

중앙의 링 형상 보디;

상기 중앙의 링 형상 보디로부터 반경방향 외측으로 뻗어 있고, 상기 밸브 플레이트에 고정되어 있는 고정 탭;

상기 고정 탭과 상기 중앙의 링 형상 보디 사이에 배치되고, 상기 고정 탭의 대응 폭보다 작은 폭을 가지고 있는 넥 다운 영역; 및

상기 중앙의 링 형상 보디로부터 반경방향 외측으로 뻗어 있고, 상기 고정 탭에 대하여 초기에 대향하여 위치하는 가동 탭;을 포함하며,

상기 고정 탭은 상기 넥 다운 영역을 향하여 배치되는 클램프 라인을 형성하며,

상기 클램프 라인은 밸브 플레이트 개스킷의 에지에 의해 형성되며 압축기의 작동 동안 상기 흡입 밸브 부재가 굽혀지는 에지를 형성하는 것을 특징으로 하는 압력 반응식 밸브 조립체.
삭제
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제 1 항에 있어서,

상기 넥 다운 영역의 폭은 상기 중앙의 링 형상 보디의 환상의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 압력 반응식 밸브 조립체.
제 8 항에 있어서,

상기 넥 다운 영역의 폭은 상기 중앙의 링 형상 보디의 환상의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 압력 반응식 밸브 조립체.