KR101238202B1 - 왕복동식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 왕복동식 압축기에 관한 것으로서, 케이싱; 상기 케이싱에 왕복 운동가능하게 설치된 실린더; 상기 실린더 내부에 왕복 운동가능하게 삽입된 피스톤; 및 상기 피스톤을 왕복운동시키는 왕복동모터;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 압축기의 크기를 줄이는 동시에 피스톤의 가진에 의한 진동을 판스프링에 의해 지지된 실린더의 진동으로 상쇄하여 진동을 방지할 수 있는 왕복동식 압축기가 제공된다.

Description

왕복동식 압축기{RECIPROCATING COMPRESSOR}

도 1은 종래 왕복동식 압축기의 구조를 보인 단면도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 왕복동식 압축기의 구조를 보인 단면도,

도 3은 85Hz의 가진주파수에서 피스톤과 실린더의 진동 정도를 도시한 그래프,

도 4는 85Hz의 가진주파수에서 피스톤과 실린더의 위상을 도시한 그래프이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

100 : 케이싱 110 : 고정판

300 : 왕복동모터 310 : 외측고정자

320 : 내측고정자 330 : 가동자

400 : 압축유니트 410 : 실린더

420 : 피스톤 500 : 공진부

510 : 지지판 520 : 제1공진스프링

530 : 제2공진스프링 600 : 지지부

610 : 판스프링

본 발명은, 왕복동식 압축기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 압축기의 크기를 줄이는 동시에 피스톤의 가진에 의한 진동을 판스프링에 의해 지지된 실린더의 진동으로 상쇄하여 진동을 방지할 수 있는 왕복동식 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 왕복동식 압축기는 피스톤이 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 가스를 흡입 압축하여 토출시키는 것으로, 도 1은 종래 왕복동식 압축기의 구조를 보인 단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 왕복동식 압축기는, 소정의 내부공간을 구비한 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 피스톤(42)을 결합하여 상기한 프레임유니트(20)로 지지하는 압축유니트(40)와, 왕복동모터(30)의 가동자(33)와 압축유니트의 피스톤(42)을 운동방향으로 탄력 지지하여 공진운동을 유도하는 공진스프링유니트(50)와, 프레임유니트(20)에 장착하여 케이싱(10)의 윤활유를 압축유니트(40)의 미끄럼부로 펌핑하는 윤활유 공급유니트(60)로 구성되어 있다.

프레임유니트(20)는 후술할 압축유니트(40)의 실린더(41)와 왕복동모터(30)의 전방측을 지지하는 전방프레임(21)과, 전방프레임(21)에 결합하여 왕복동모터(30)의 후방측을 지지하는 중간프레임(22)과, 중간프레임(22)에 결합하여 공진스 프링유니트(60)를 지지하는 후방프레임(23)으로 이루어져 있다.

왕복동모터(30)는 전방프레임(21)과 중간프레임(22) 사이에 설치되는 외측고정자(31)와, 외측고정자(31)와 일정 간격을 두고 결합하여 전방프레임(21)에 고정된 실린더(41)에 삽입 설치되는 내측고정자(32)와, 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이에 설치되어 직선으로 왕복운동을 하는 가동자(33)로 이루어져 있다.

압축유니트(40)는 전방프레임(21)에서 고정 설치되는 실린더(41)와, 왕복동모터(30)의 가동자(33)에 결합되어 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 토출밸브(44)와, 토출밸브(44)를 탄력적으로 지지하는 밸브스프링(45)과, 토출밸브(44)와 밸브스프링(45)을 수용하도록 실린더(42)의 토출측을 복개하여 전방프레임(21)에 고정되는 토출커버(46)로 이루어져 있다.

밸브스프링(45)은 원통형 또는 원추형의 압축코일스프링으로 이루어져 그 일단은 상기 토출밸브(44)의 압축배면에 고정되는 반면 타단은 상기 토출커버(46)의 내측면에 고정된다. 밸브스프링(45)이 원추형인 경우에는 상대적으로 넓은 쪽이 토출커버(46)에 고정되도록 설치되는 것이 토출밸브(44)의 안정성 측면에서 바람직하다.

공진스프링유니트(50)는 가동자(33)와 피스톤(42)에 함께 결합되는 스프링지지대(51)와, 스프링지지대(51)의 전방측을 지지하는 전방측 공진스프링(52)과, 스 프링지지대(51)의 후방측을 지지하는 후방측 공진스프링(53)으로 이루어져 있다.

프레임유니트(20)와 케이싱(10) 사이에는 왕복동모터(30)가 구동시에 발생하는 진동이 케이싱(10)으로 전달되는 것을 방지할 수 있도록 복수의 지지스프링(70)이 설치되어 있다.

상기와 같은 종래 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작한다.

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 체적이 변화하여 냉매가스를 압축공간(P)으로 흡입 압축하였다가 토출하는 일련의 과정을 반복한다.

그런데, 이러한 종래의 왕복동식 압축기에 있어서는, 왕복동 모터(30)의 작동시에 왕복동 모터(30)에서 발생되는 진동이 케이싱(10)으로 전달되지 않도록 하기 위하여 왕복동모터(30)는 지지스프링(70)에 의하여 케이싱(10)에 지지되므로 케이싱(10)의 부피가 필요 이상으로 커지게 되며 실린더(41)가 외측고정자(31)에 대하여 고정되어 있으므로 피스톤(42)의 진동이 실린더(41) 측으로 그대로 전달되어 진동을 효율적으로 상쇄하지 못한다고 하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 압축기의 크기를 줄이는 동시에 피스톤의 가진에 의한 진동을 판스프링에 의해 지지된 실린더의 진동으로 상쇄하여 진동을 방지할 수 있도록 한 왕복동식 압축기를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 케이싱; 상기 케이싱에 왕복 운동가능하게 설치된 실린더; 상기 실린더 내부에 왕복 운동가능하게 삽입된 피스톤; 및 상기 피스톤을 왕복운동시키는 왕복동모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기에 의해 달성된다.

여기서, 상기 케이싱과 상기 실린더 사이에는 상기 케이싱에 대하여 상기 실린더가 왕복 운동가능하도록 상기 실린더를 지지하는 지지부가 설치되는 것이 바람직하다.

이는, 상기 실린더가 동흡진기의 역할을 하여 상기 왕복동모터가 구동시에 발생하는 진동을 상쇄하기 위함이다.

또한, 상기 지지부는, 그 단부가 상기 실린더의 외면 일측과 접촉되도록 상기 케이싱의 내측 벽에서 상기 케이싱의 원주 방향을 따라 연장 형성되며 상기 케이싱의 길이 방향을 따라 적층 배치되는 복수의 판스프링으로 구성되며 상기 판스프링의 단부는 상기 실린더의 외면 일측과 고정 결합되는 것이 효과적이다.

이는, 실린더가 상기 케이싱의 원주 방향을 따라 유동하는 것을 방지하여 외측고정자와 내측고정자 사이의 공극을 일정하게 유지하기 위함이다.

아울러, 상기 케이싱과 상기 피스톤 사이에는 상기 피스톤의 왕복운동력을 보강할 수 있는 공진부가 더 설치되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 공진부는, 상기 피스톤의 단부에서 상기 피스톤의 원주 방향을 따라 소정의 길이로 연장 형성된 지지판과 상기 케이싱 사이에 설치되는 제1공진스프링과, 상기 지지판과 상기 케이싱의 내측 벽에서 상기 케이싱의 원주 방향을 따라 소정의 길이로 연장 형성된 고정판 사이에 설치되는 제2공진스프링으로 구성되는 것이 효과적이다.

또한, 상기 제1공진스프링과 제2공진스프링은 동일한 탄성계수와 동일한 길이를 갖는 압축코일스프링인 것이 바람직하다.

이는, 상기 피스톤에 왕복운동력이 동일하게 가해지도록 하여 피스톤이 일방으로 치우치는 것을 방지하기 위함이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 왕복동식 압축기의 구조를 보인 단면도이고, 도 3은 85Hz의 가진주파수에서 피스톤과 실린더의 진동 정도를 도시한 그래프이며, 도 4는 85Hz의 가진주파수에서 피스톤과 실린더의 위상을 도시한 그래프이다.

소정의 내부공간을 구비한 케이싱(100)과, 케이싱(100)에 대하여 왕복 운동가능하게 설치된 압축유니트(400)와, 압축유니트(400)의 피스톤(420)을 왕복운동시키는 왕복동모터(300)와, 케이싱(100)과 압축유니트(400)의 실린더(410) 사이에 설치되어 케이싱(100)에 대하여 압축유니트(400)가 왕복 운동가능하도록 압축유니트(400)를 지지하는 지지부와, 케이싱(100)과 피스톤(420) 사이에 설치되어 피스톤(420)의 왕복운동력을 보강할 수 있는 공진부(500)를 포함하여 구성되어 있다.

왕복동모터(300)는 케이싱(100)의 내측 벽에서 케이싱(100)의 원주 방향을 따라 소정의 길이로 연장형성된 고정판(110)에 고정결합되는 외측고정자(310)와, 외측고정자(310)와 일정 간격을 두고 이격되도록 실린더(410)에 삽입 설치되는 내측고정자(320)와, 외측고정자(310)와 내측고정자(320) 사이에 설치되어 직선으로 왕복운동을 하는 가동자(330)로 이루어져 있다.

압축유니트(400)는 실린더(410)와, 왕복동모터(300)의 가동자(330)에 결합되어 실린더(410)의 압축공간(P)에서 왕복운동을 하는 피스톤(420)과, 피스톤(420)의 선단에 장착하여 그 피스톤(420)의 흡입유로(F)를 개폐하면서 냉매가스의 흡입을 제한하는 흡입밸브(430)와, 실린더(410)의 토출측에 장착하여 압축공간(P)을 개폐하면서 압축가스의 토출을 제한하는 토출밸브(440)와, 토출밸브(440)를 탄력적으로 지지하는 밸브스프링(450)과, 토출밸브(440)와 밸브스프링(450)을 수용하도록 실린더(420)의 토출측을 복개하는 토출커버(460)로 이루어져 있다.

밸브스프링(450)은 원통형 또는 원추형의 압축코일스프링으로 이루어져 그 일단은 상기 토출밸브(440)의 압축배면에 고정되는 반면 타단은 상기 토출커버(460)의 내측면에 고정된다. 밸브스프링(450)이 원추형인 경우에는 상대적으로 넓은 쪽이 토출커버(460)에 고정되도록 설치되는 것이 토출밸브(440)의 안정성 측면에서 바람직하다.

상기 지지부(600)는, 그 단부가 상기 실린더(410)의 외면 일측과 접촉되도록 상기 케이싱(100)의 내측 벽에서 상기 케이싱(100)의 원주 방향을 따라 연장 형성되며 케이싱(100)의 길이 방향을 따라 적층 배치되는 복수의 판스프링(610)으로 구성되어 있다.

복수의 판스프링(610)은 외측고정자(310)의 일측 단면에서부터 케이싱(100)의 길이 방향을 따라 차례로 적층되며 그 적층 높이는 적어도 진동에 의하여 실린더(410)가 움직이는 거리 이상이 되도록 적층되어 있다.

또한, 외측고정자(310)와 내측고정자(320) 사이의 공극을 일정하게 유지할 수 있도록 복수의 판스프링(610) 중에서 실린더(410)와 접촉되는 가장자리의 판스프링(610)의 단부는 실린더(410)와 고정결합되어 있다.

상기 공진부(500)는, 피스톤(410)의 단부에서 피스톤(410)의 원주 방향을 따라 소정의 길이로 연장 형성된 지지판(510)과 케이싱(100) 사이에 설치되는 제1공진스프링(520)과, 지지판(510)과 케이싱(100)의 내측 벽에서 케이싱(100)의 원주 방향을 따라 소정의 길이로 연장 형성된 고정판(110) 사이에 설치되는 제2공진스프링(530)으로 구성되어 있다.

왕복동모터(300)에 의하여 왕복운동하는 피스톤(420)이 공진부(500)에 의하 여 왕복운동력이 보강될 때, 일측으로 치우치지 않도록 제1공진스프링(520)과 제2공진스프링(530)의 탄성계수와 길이는 동일하게 형성되어 있다.

이러한 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 왕복동식 압축기는, 왕복동모터(300)에 전원을 인가하여 외측고정자(310)와 내측고정자(320) 사이에 플럭스(flux)를 형성하면, 그 외측고정자(310)와 내측고정자(320) 사이의 공극에 놓인 가동자(330)가 플럭스의 방향에 따라 움직이면서 공진부(500)에 의해 지속적으로 왕복운동을 하고, 이와 함께 피스톤(420)이 실린더(410)의 내부에서 왕복운동을 하면서 압축공간(P)의 체적이 변화하여 냉매가스를 압축공간(P)으로 흡입 압축하였다 가 토출하는 과정을 반복하게 된다.

그리고, 왕복동모터(300)를 구동하게 되면 피스톤(420)이 왕복운동함에 따라서 진동이 발생하게 되는데 이러한 진동은 실린더(410) 자체가 동흡진기의 역할을 하면서 상쇄되어 케이싱(100)으로 진동이 전달되는 현상을 방지할 수 있다.

아울러, 도 3과 도 4에 도시한 바와 같이, 왕복동모터(300)에 인가되는 전원의 주파수가 85Hz일 경우에 가장 효율이 높으며 이는 실린더(410)와 피스톤(420)이 갖는 위상이 동일하기 때문이다. 즉, 피스톤(420)이 냉매를 압축시키는 방향으로 이동시에는 실린더(410) 역시 피스톤(420)의 이동방향과 동일한 방향으로 이동하다가 판스프링(610)의 탄성력에 의하여 멈추게 되면서 그 진동이 상쇄되고, 피스톤(420)이 냉매를 압축시키는 반대 방향으로 이동시에는 실린더(410) 역시 피스톤(420)의 이동방향과 동일한 방향으로 이동하다가 판스프링(610)의 탄성력에 의하여 멈추게 되면서 그 진동이 상쇄되게 되는 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 케이싱; 상기 케이싱에 왕복 운동가능하게 설치된 실린더; 상기 실린더 내부에 왕복 운동가능하게 삽입된 피스톤; 및 상기 피스톤을 왕복운동시키는 왕복동모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기을 구비하도록 함으로써, 압축기의 크기를 줄이는 동시에 피스톤부의 가진에 의한 진동을 판스프링에 의해 지지된 실린더부의 진동으로 상쇄하여 진동을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 케이싱;

   상기 케이싱의 내주면에 고정 결합되는 왕복동모터의 외측고정자;

   상기 케이싱의 내측에 소정이 공극을 두고 배치되는 왕복동모터의 내측고정자;

   상기 외측고정자와 내측고정자의 사이에 구비되어 왕복운동을 하는 왕복동모터의 가동자;

   상기 케이싱의 내부에서 상기 내측고정자에 삽입되어 결합되는 실린더;

   상기 실린더에 삽입되고 상기 가동자에 결합되어 그 가동자와 함께 왕복운동을 하는 피스톤;

   상기 케이싱의 내부에서 상기 피스톤의 왕복방향 양측에 설치되어 상기 피스톤을 왕복방향으로 탄력 지지하는 제1 공진스프링 및 제2 공진스프링; 및

   상기 케이싱의 내주면에 일단이 고정 결합되고 상기 실린더의 일측면에 타단이 결합되어 상기 케이싱에 대해 실린더를 탄력 지지하는 판스프링;을 포함하는 왕복동식 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 케이싱의 내주면에는 원주방향을 따라 고정판이 구비되고, 상기 외측고정자는 상기 고정판과 판스프링 사이에 설치되어 피스톤의 왕복방향으로 지지되는 왕복동식 압축기.
3. 제2항에 있어서,

   상기 판스프링은 상기 케이싱의 길이 방향을 따라 복수 개가 적층되어 배치되고, 상기 판스프링의 단부가 상기 실린더의 외면 일측과 접촉되도록 상기 케이싱의 내측 벽에서 상기 케이싱의 원주 방향을 따라 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1공진스프링과 제2공진스프링은 동일한 탄성계수와 동일한 길이를 갖는 압축코일스프링인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.

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