KR102102377B1 - 왕복동식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 흡입밸브의 개폐부가 복수 개로 분리되어 각각의 흡입통공에 독립적으로 대응하도록 형성됨에 따라 흡입밸브의 개폐부 무게가 감소되어 밸브의 응답성이 향상되고, 이에 따라 고주파수로 운전시에도 냉매가스가 원활하게 흡입될 수 있다. 또, 흡입밸브의 개폐부 무게가 감소함에 따라 그 개폐부가 피스톤의 선단면에 충돌을 하더라도 충돌력이 감소되어 흡입밸브가 파손되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

Description

왕복동식 압축기{RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 왕복동식 압축기의 흡입밸브에 관한 것이다.

일반적으로 왕복동식 압축기는 피스톤이 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 흡입 압축하여 토출하는 방식이다. 왕복동식 압축기는 피스톤의 구동방식에 따라 연결형과 진동형으로 구분할 수 있다.

연결형 왕복동식 압축기는 피스톤이 회전모터의 회전축에 컨넥팅 로드로 연결되어 실린더에서 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 방식이다. 반면, 진동형 왕복동식 압축기는 피스톤이 왕복동 모터의 무버(mover)에 연결되어 진동하면서 실린더에서 왕복운동을 하여 냉매를 압축하는 방식이다. 본 발명은 진동형 왕복동식 압축기에 관한 것으로 이하에서는 진동형 왕복동식 압축기를 왕복동식 압축기라고 약칭한다.

도 1 및 도 2에서와 같이, 종래의 왕복동식 압축기는 피스톤(1)의 내부에 흡입유로(1a)가 관통 형성되고, 흡입유로(1a)의 출구단, 즉 피스톤(1)의 선단면에는 흡입유로(1a)를 개폐하기 위한 흡입밸브(2)가 설치되어 있다.

흡입유로(1a)는 입구단을 이루는 한 개의 흡입구멍(1b) 및 그 흡입구멍(1b)에서 연결되어 출구단을 이루는 복수 개의 흡입통공(1c)으로 이루어질 수 있다. 흡입통공(1c)은 밸브의 형상에 따라 원주방향으로 한 쪽에 편중되게 형성되어 있다.

흡입밸브(2)는 피스톤(1)에 볼트(3)로 고정되는 고정부(2a)가 중앙에 형성되고, 고정부(2a)에서 양팔모양으로 절개 연장되어 탄성부(2b)가 형성되며, 양쪽 탄성부(2b)의 사이에 연결 형성되어 흡입통공(1c)을 개폐하는 개폐부(2c)가 형성되어 있다.

개폐부(2c)는 복수 개의 흡입통공(1c)을 일괄 개폐할 수 있도록 일체로 형성되어 있다.

도면중 미설명 부호인 5는 실린더, 5a는 압축공간, 6은 토출밸브이다.

상기와 같은 종래의 왕복동식 압축기에서는, 피스톤(1)이 실린더(5)의 내부에서 왕복운동을 하는 과정에서 흡입밸브(2)의 탄성부(2b)가 고정부(2a)를 중심으로 하여 휘어졌다가 펴지기를 반복하면서 개폐부(2c)가 흡입통공(1c)을 개폐하게 된다. 이때, 탄성부(2b)는 개폐부(2c)에서 가장 먼 반대쪽 끝단까지 탄성력을 축적하게 되므로 개폐 동작시 흡입밸브(2)의 외주면 전체가 움직이거나 탄성력을 받게 된다.

그러나, 종래의 왕복동식 압축기에서는, 고유진동수가 대략 164Hz 정도인 흡입밸브(2)는 피스톤(1)이 대략 80Hz 이상의 고주파수로 왕복운동을 하는 경우에는 흡입밸브(2)의 응답성이 떨어지게 되고, 이로 인해, 흡입밸브(2)의 개폐동작이 원활하게 이루어지지 않아 냉매가 압축공간(5a)으로 원활하게 흡입되지 못하는 문제점이 있었다.

또, 흡입유로(1a)와 연통되는 복수 개의 흡입통공(1c)이 피스톤(1)의 한 쪽에만 편중되어 형성됨에 따라 그 흡입통공(1c)을 개폐하는 흡입밸브(2)의 개폐부(2c) 넓이가 넓어지게 되고, 이로 인해 개폐부(2c)의 무게가 증가하면서 고주파 운전시 충격에너지가 크게 증가하여 흡입밸브(2)가 파손될 우려가 있었다.

본 발명의 목적은, 피스톤의 흡입유로를 개폐하는 흡입밸브의 응답성을 높여 냉매가 압축공간으로 원활하게 흡입될 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하려는데 있다.

또, 흡입밸브의 개폐부 넓이를 작게 하여 고주파 운전시 충격에너지를 줄임으로써 흡입밸브의 신뢰성을 높일 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 압축공간을 가지는 실린더; 상기 실린더에 삽입되어 왕복운동을 하면서 압축공간을 형성하며, 상기 압축공간과 연통되도록 흡입유로가 왕복방향으로 관통 형성되는 피스톤; 및 상기 피스톤의 흡입유로를 개폐하도록 상기 피스톤의 선단면에 설치되는 흡입밸브;를 포함하고, 상기 흡입유로는 상기 피스톤의 선단면으로 관통되는 복수 개의 통공을 포함하며, 상기 흡입밸브는 고정부에서 복수 개의 개폐부가 연장되어 상기 복수 개의 통공을 독립적으로 개폐하는 왕복동식 압축기가 제공될 수 있다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 흡입밸브의 개폐부가 복수 개로 분리되어 각각의 흡입통공에 독립적으로 대응하도록 형성됨에 따라 흡입밸브의 개폐부 무게가 감소되어 밸브의 응답성이 향상되고, 이에 따라 피스톤이 80Hz 이상 고주파수로 운전을 하는 경우에도 흡입밸브가 피스톤의 개폐동작에 맞춰 개폐되면서 냉매가스가 원활하게 흡입되어 압축기 성능이 향상될 수 있다.

또, 흡입밸브의 개폐부 무게가 감소함에 따라 그 개폐부가 피스톤의 선단면에 충돌을 하더라도 충돌력이 감소되어 흡입밸브가 파손되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 종래 왕복동식 압축기의 피스톤과 흡입밸브를 분해하여 보인 사시도,
도 2는 도 1에 따른 피스톤과 흡입밸브를 조립하여 흡입밸브의 개폐동작을 보인 종단면도,
도 3은 본 발명에 의한 피스톤과 흡입밸브가 적용된 왕복동식 압축기를 보인 종단면도,
도 4는 도 3에서 "A"부를 확대하여 보인 종단면도,
도 5는 도 3에 따른 피스톤과 흡입밸브를 분해하여 보인 사시도,
도 6은 도 3에 따른 피스톤과 흡입밸브를 조립하여 보인 정면도,
도 7은 도 6에서 피스톤의 선단면에 구비되는 밸브삽입홈의 일례를 보인 분해사시도,
도 8은 도 6에서 흡입밸브를 복수 개의 볼트로 체결하는 흡입밸브의 체결구조에 대한 일례를 보인 분해사시도,
도 9는 도 5에 따른 피스톤과 흡입밸브를 조립하여 흡입밸브의 개폐동작을 보인 종단면도,

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 피스톤과 흡입밸브가 적용된 왕복동식 압축기를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 왕복동식 압축기는, 케이싱(10)의 내부공간에 흡입관(12)이 연결되고, 후술할 토출커버(46)의 토출공간(S2)에 토출관(13)이 연결될 수 있다. 케이싱(10)의 내부공간(11)에 프레임(20)이 설치되고, 프레임(20)에는 왕복동 모터(30)의 스테이터(31)와 실린더(41)가 고정되며, 실린더(41)에는 왕복동 모터(30)의 무버(32)에 결합된 피스톤(42)이 삽입되어 왕복운동을 하도록 결합되고, 피스톤(42)의 운동방향 양측에는 그 피스톤(42)의 공진운동을 유도하는 공진스프링(51)(52)이 각각 설치될 수 있다.

그리고 실린더(41)에는 압축공간(S1)이 형성되고, 피스톤(42)에는 흡입유로(421)가 형성되며, 흡입유로(421)의 끝단에는 그 흡입유로(421)를 개폐하는 흡입밸브(43)가 설치되고, 실린더(41)의 선단면에는 그 실린더(41)의 압축공간(S1)을 개폐하는 토출밸브(44)가 설치될 수 있다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 왕복동식 압축기는, 왕복동 모터(30)에 전원이 인가되면 그 왕복동 모터(30)의 무버(32)가 스테이터(31)에 대해 왕복 운동을 하게 된다. 그러면 무버(32)에 결합된 피스톤(42)이 실린더(41)의 내부에서 직선으로 왕복 운동을 하면서 냉매를 흡입하여 압축한 후 토출하게 된다.

이를 상세히 살펴보면, 피스톤(42)이 후퇴하면 케이싱(10)의 냉매가 피스톤(42)의 흡입유로(421)를 통해 압축공간(S1)으로 흡입되고, 피스톤(42)이 전진하면 흡입유로(421)가 폐쇄되면서 압축공간(S1)의 냉매가 압축된다. 그리고 피스톤(42)이 더 전진을 하게 되면, 압축공간(S1)에서 압축되는 냉매가 토출밸브(44)를 열면서 토출되어 외부의 냉동사이클로 이동하게 된다.

여기서, 왕복동 모터(30)는 스테이터(31)에 코일(35)이 삽입되어 결합되고, 코일(35)을 중심으로 한쪽에만 공극(air gap)이 형성될 수 있다. 그리고 무버(32)에는 스테이터(31)의 공극에 삽입되어 피스톤의 운동방향으로 왕복운동을 하는 마그네트(36)가 구비될 수 있다.

스테이터(31)는 복수 개의 스테이터 블록(31a)과, 스테이터 블록(31a)의 일측에 각각 결합되어 각각의 스테이터 블록(31a)과 함께 공극부(31c)를 형성하는 복수 개의 폴 블록(31b)으로 이루어질 수 있다.

스테이터 블록(31a)과 폴 블록(31b)은 다수 장의 얇은 스테이터 코어를 겹겹이 적층하여 축방향 투영시 원호 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 스테이터 블록(31a)은 축방향 투영시 요홈(ㄷ) 모양으로 형성되고, 상기 폴 블록(31b)은 축방향 투영시 장방형(ㅣ)으로 형성될 수 있다.

무버(32)는 원통모양으로 형성되는 마그네트 홀더(32a)와, 마그네트 홀더(32a)의 외주면에 원주방향을 따라 결합되어 코일(35)과 함께 자속을 형성하는 복수 개의 마그네트(36)로 이루어질 수 있다.

마그네트 홀더(32a)는 비자성체로 형성되는 것이 자속누설을 방지하는데 바람직하나, 굳이 비자성체로 한정할 필요는 없다. 그리고 마그네트 홀더(32a)의 외주면은 마그네트(36)가 선접촉되어 부착될 수 있도록 원형으로 형성될 수 있다. 그리고 마그네트 홀더(32a)의 외주면에는 마그네트(36)가 삽입되어 운동방향으로 지지될 수 있도록 띠 모양으로 마그네트 장착홈(미도시)이 형성될 수 있다.

마그네트(36)는 육면체 모양으로 형성되어 마그네트 홀더(32a)의 외주면에 낱개씩 부착될 수도 있다. 그리고 마그네트(36)가 낱개씩 부착될 경우 그 마그네트(36)의 외주면에는 별도의 고정링이나 복합재료로 된 테이프 등과 같은 지지부재(미도시)로 감싸 고정시킬 수 있다.

그리고 마그네트(36)는 마그네트 홀더(32a)의 외주면에 원주방향을 따라 연이어 부착될 수도 있지만, 스테이터(31)가 복수 개의 스테이터 블록(31a)으로 이루어지고 그 복수 개의 스테이터 블록(31a)이 원주방향을 따라 소정의 간격을 가지도록 배열됨에 따라 마그네트(36) 역시 마그네트 홀더(32a)의 외주면에서 원주방향을 따라 소정의 간격, 즉 스테이터 블록간 간격을 가지도록 부착되는 것이 마그네트의 사용량을 최소화할 수 있어 바람직할 수 있다.

그리고 마그네트(36)는 그 운동방향 길이가 공극부(31c)의 운동방향 길이보다는 작지 않게, 정확하게는 공극부(31c)의 운동방향 길이보다는 크게 형성되고, 초기위치 또는 운전시 적어도 운동방향의 한쪽 끝단이 공극부(31c)의 내부에 위치하도록 배치되는 것이 안정적인 왕복운동을 위해 바람직할 수 있다.

그리고 마그네트(36)는 운동방향으로 한개씩만 배치될 수도 있으나, 경우에 따라서는 운동방향을 따라 복수 개씩 배치될 수도 있다. 그리고 마그네트는 운동방향을 따라 N극과 S극이 대응되도록 배치될 수 있다.

상기와 같은 왕복동 모터는 스테이터가 한 개의 공극부(31c)을 가지도록 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 코일을 중심으로 길이방향 양측에 각각 공극부(미도시)를 가지도록 형성될 수도 있다. 이 경우에도 무버는 전술한 실시예와 동일하게 형성될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 공진스프링은 무버(32)와 피스톤(42)에 결합되는 스프링서포터(53)의 전후방향 양측에 각각 설치되는 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)으로 이루어진다.

제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)은 각각 복수 개씩 구비되어 각각 원주방향을 따라 배열된다. 하지만, 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52) 중에서 어느 한쪽 공진스프링만 복수 개로 구비되고 다른 쪽 공진스프링은 한 개만 구비될 수도 있다.

제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)은 전술한 바와 같이 압축코일스프링으로 이루어짐에 따라 공진스프링(51)(52)들이 신축운동을 할 때 측힘(side force)이 발생될 수 있다. 따라서 공진스프링(51)(52)은 그 공진스프링(51)(52)들의 측힘(side force) 또는 토션모멘트(torsion moment)를 상쇄시킬 수 있도록 배열될 수 있다.

예를 들어, 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)이 원주방향을 따라 2개씩 번갈아 배열되는 경우에는 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)은 그 끝단이 상기 피스톤(42)의 중심을 기준으로 할 때 동일한 위치에서 모두 반시계방향으로 감기는 동시에, 각각의 대각선 방향에 위치하는 같은 쪽 공진스프링끼리는 서로 반대방향으로 측힘과 토션모멘트가 발생될 수 있도록 서로 대칭되게 귀맞춤되어 배열될 수 있다.

그리고 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)은 원주방향을 따라 서로 반대방향으로 측힘과 토션모멘트가 발생될 수 있도록 각 공진스프링의 끝점을 서로 대칭되게 귀맞춤하여 배열할 수도 있다.

여기서, 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)의 단부가 고정되는 프레임이나 스프링 서포터(53)에는 공진스프링(51)(52)이 압입되어 고정될 수 있도록 스프링 고정돌부(531)(532)가 각각 형성되는 것이 귀맞춤된 공진스프링의 회전을 방지할 수 있어 바람직하다.

제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)은 서로 동일한 개수로 구비될 수 있고, 서로 다른 개수로 구비될 수도 있다. 다만, 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)은 각각 동일한 탄성력을 가지도록 구비되면 족하다.

상기와 같이 압축코일스프링으로 된 공진스프링(51)(52)이 적용되는 경우에는 그 압축코일스프링의 특성상 신축되는 과정에서 측힘이 발생되어 피스톤(42)의 직진성이 틀어질 수 있으나, 본 실시예와 같이 복수 개씩의 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)이 서로 반대방향으로 감기도록 배열됨에 따라 각각의 공진스프링(51)(52)에서 발생되는 측힘과 토션모멘트가 대각선 방향으로 대칭되는 공진스프링에 의해 상쇄됨으로써 피스톤(42)의 직진성을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 공진스프링(51)(52)과 접하는 면이 마멸되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

또, 공진스프링(51)(52)이 피스톤(42)의 횡방향을 구속하지 않고 종변형이 작은 압축코일스프링을 적용함에 따라 압축기를 횡형은 물론 입형으로도 설치할 수 있을 뿐만 아니라 무버(32)와 피스톤(42)을 별도의 커넥팅바 또는 링크로 연결할 필요가 없어 그만큼 재료비용과 조립공수를 줄일 수 있다.

한편, 상기와 같은 왕복동식 압축기에서는, 실린더(41)와 피스톤(42) 사이에오일을 공급하지 않음에 따라 실린더(41)와 피스톤(42) 사이에서의 마찰손실을 줄여야 압축기의 성능을 높일 수 있다. 이를 위해, 압축가스의 일부를 실린더(41)의 내주면과 피스톤(42)의 외주면 사이로 바이패스시켜 가스력으로 실린더(41)와 피스톤(42) 사이를 윤활하는 가스베어링이 알려져 있다.

도 4는 도 3에서 "A"부를 확대하여 보인 도면으로서, 가스베어링의 일실시예를 보인 단면도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 가스베어링(100)은 프레임(20)의 내주면에 소정의 깊이만큼 형성되는 가스포켓(110)과, 가스포켓(110)에 연통되어 실린더(41)의 내주면으로 관통 형성되는 복수 열의 가스구멍(120)으로 이루어질 수 있다. 여기서, 가스구멍의 열이라 함은 실린더의 끝단에서 길이방향으로 같은 길이에 위치하는, 즉 동일 원주상에 형성되는 베어링구멍(123)들을 지칭한다.

가스포켓(110)은 프레임(20)의 내주면 전체에 환형으로 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 프레임(20)의 원주방향을 따라 소정의 간격을 가지고 복수 개로 형성될 수도 있다.

가스포켓(110)의 입구에는 압축공간에서 토출공간(S2)으로 토출된 압축가스의 일부를 그 토출공간에서 가스베어링(100)으로 안내하기 위한 가스안내부(미도시)가 결합될 수 있다.

여기서, 가스포켓((110)은 프레임(20)과 실린더(41) 사이에 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 실린더(41)의 선단면에서 실린더의 길이방향으로 형성될 수도 있다. 이 경우에는 가스포켓(110)이 토출커버(46)의 토출공간(S2)과 직접 연통되도록 형성되므로 별도의 가스안내부가 필요 없어 조립공정이 간소화되고 제조비용이 절감될 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 피스톤이 실린더의 길이보다 길게 형성되어 피스톤의 자중이 증가함에도 불구하고 공진스프링이 압축코일스프링으로 구비됨에 따라 압축코일스프링의 특성상 피스톤의 처짐이 발생될 수 있고 이로 인해 피스톤과 실린더 사이에 마찰손실이나 마모가 발생될 수 있다. 특히 실린더와 피스톤 사이에 오일을 공급하지 않고 가스를 공급하여 피스톤을 지지하는 경우에는 베어링구멍을 적절하게 배치하여야 피스톤의 처짐을 방지할 수 있고 이를 통해 실린더와 피스톤 사이의 마찰손실이나 마모를 방지할 수 있다.

예를 들어, 실린더(41)의 내주면으로 관통되는 가스구멍(120)이 피스톤(42)의 길이방향으로 전 영역에 걸쳐 일정 간격을 두고 형성될 수 있다. 즉, 피스톤(42)의 길이가 실린더(41)의 길이보다 길고 횡방향으로 왕복운동을 하는 경우 실린더(41)와 피스톤(42) 사이로 가스를 주입하는 가스구멍(120)의 위치가 압축공간(S1)과 근접된 피스톤(42)의 전방영역과 중앙영역은 물론 피스톤(42)의 후방영역에도 고르게 형성될 수 있다. 이에 따라, 가스베어링(100)이 피스톤(41)을 안정적으로 지지할 수 있고 이를 통해 실린더(41)와 피스톤(42) 사이에서의 마찰손실이나 마모가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

특히, 피스톤(42)의 공진운동을 유도하는 공진스프링(51)(52)으로 압축코일스프링이 적용되는 경우, 압축코일스프링의 특성상 횡변형이 커서 피스톤의 처짐이 증가할 수 있으나, 가스구멍(120)이 피스톤의 길이방향을 따라 전 영역에 걸쳐 고르게 형성됨에 따라 피스톤(42)이 처지지 않고 원활하게 왕복운동을 하여 실린더(41)와 피스톤(42) 사이의 마찰손실과 마모를 효과적으로 방지할 수 있다.

한편, 본 실시예에 의한 왕복동식 압축기는 실린더(41)의 하반부에 배치되는 베어링구멍(123)의 총단면적이 상반부에 배치되는 베어링구멍(123)의 총단면적보다 크게 형성되어야 피스톤(42)의 처짐을 방지할 수 있고 이를 통해 실린더(41)와 피스톤(42) 사이의 마찰손실이나 마모를 방지할 수 있다.

이를 위해, 가스구멍(120)들 중에서 하반부에 위치하는 베어링구멍(123)의 개수가 상반부에 위치하는 베어링구멍(123)의 개수보다 많게 형성되거나 또는 하반부에 위치하는 베어링구멍(123)의 단면적이 상반부에 위치하는 베어링구멍(123)의 단면적 보다 크게 형성될 수 있다. 그리고 베어링구멍(123)은 실린더(41)의 최상점에서 최하점으로 갈수록 개수가 많아지거나 또는 단면적이 커지도록 형성함으로써 가스베어링의 하측 지지력을 높일 수 있다.

그리고, 가스구멍(120)들의 입구에는 가스포켓(110)으로 유입된 압축가스를 각각의 가스구멍(120)으로 안내하는 동시에 일종의 버퍼 역할을 할 수 있도록 가스안내홈(125)이 형성될 수 있다. 가스안내홈(125)은 각 열마다의 베어링구멍(123)이 서로 연통되도록 환형으로 형성될 수도 있고, 각 열마다의 각 베어링구멍(123)이 서로 독립되도록 복수 개가 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 형성될 수도 있다. 하지만, 가스안내홈(125)이 가스구멍(120)마다 개별적으로 구비되도록 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 형성하는 것이 압축가스를 균압시키는 동시에 실린더(41)의 강도도 보상할 수 있어 바람직할 수 있다.

한편, 본 실시예와 같이 가스베어링이 적용되는 경우에는 냉매에 섞인 이물질이 가스베어링으로 유입되는 경우 그 이물질이 미세구멍인 베어링구멍(123)을 막아 실린더(41)와 피스톤(42) 사이로 냉매가스가 원활하게 유입되는 것을 방해할 수 있다. 특히 냉매에 오일이 섞여 가스베어링으로 유입되면 오일의 점도에 의해 이물질이 베어링구멍(123)을 단단히 막아 냉매가스의 유입을 방해하는 한편 실린더(41)와 피스톤(42) 사이의 마모 또는 마찰손실을 가중시킬 수 있다. 따라서 가스베어링으로 오일이나 이물질이 유입되는 것을 차단하는 것이 압축기의 신뢰성을 높이는데 중요할 수 있다.

이를 감안하여, 베어링구멍으로 이물질이 유입되는 것을 방지하도록 베어링구멍의 단면적을 작게 형성할 수 있다. 하지만, 베어링구멍의 단면적이 너무 작으면 오히려 이물질에 의해 베어링구멍이 막힐 가능성이 커져 바람직하지 않을 수 있다. 반면, 베어링구멍의 단면적을 크게 하여 이물질에 의해 베어링구멍이 막히는 것을 방지할 수 있지만, 가스베어링으로 다량의 냉매가스가 유입되어 압축손실이 증가하면서 압축기 효율이 저하될 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 도 4에서와 같이 베어링구멍(123)의 크기를 적당히 크게 하면서도 그 입구측에 유로저항부(300)를 구비하여 오일이나 이물질이 베어링구멍(123)으로 유입되는 것을 차단하는 동시에 압축가스의 유입을 제한함으로써 압축기 성능을 높일 수 있다. 유로저항부(300)는 가스안내홈(125)에 직물이나 철선과 같은 얇은 선을 다수 회 감아 형성하거나, 다공재질을 삽입하거나, 가스안내홈(125)과 일정 간격을 두고 블록을 삽입하거나, 실린더(41)의 외주면에 가스분산홈(미도시)을 형성하여 구성할 수 있다. 이로써, 오일이 베어링 구멍으로 유입되는 것을 차단하거나 냉매가 베어링 구멍으로 과도하게 유입되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기와 같이 왕복동식 압축기에서 가스베어링이 적용되는 경우에는 피스톤을 80Hz 이상 높은 주파수로 운전시키는데 유리할 수 있다. 물론, 오일베어링을 적용하면서도 피스톤을 높은 주파수로 운전시킬 수는 있으나, 이 경우 오일의 점성으로 인해 실린더와 피스톤 사이에서의 마찰손실이 증가할 수 있으므로 고속운전을 하는 왕복동식 압축기에는 가스베어링이 더 유리할 수 있다.

본 실시예와 같이 왕복동식 압축기의 피스톤(42)이 왕복동 모터(30)의 가동자(33)와 함께 고주파수로 운전을 하는 경우에는 피스톤(42)의 흡입밸브(43)를 개폐하는 흡입밸브(43)의 응답성이 좋아야 냉매가 압축공간(S1)으로 원활하게 흡입될 수 있다. 만약 흡입밸브(43)의 응답성이 좋지 못하면 그 흡입밸브(43)의 개폐동작이 피스톤(42)의 왕복운동과 조응하지 못하면서 오히려 흡입손실이 발생되어 압축기 성능이 저하될 수 있다.

흡입밸브(43)의 응답성이 좋아지도록 하기 위해서는 무게를 줄이는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 본 실시예에는 흡입밸브(43)의 실질적인 밸브 역할을 하는 개폐부(433)를 복수 개로 형성하여 그 개폐부(433)의 무게를 낮출 수 있다. 이에 따라 개폐부(433)는 피스톤(42)의 각 흡입통공(426)과 독립적으로 대응할 수 있다.

도 5는 본 실시예에 따른 피스톤과 흡입밸브를 설명하기 위해 보인 분해 사시도이고, 도 6은 도 3에 따른 피스톤과 흡입밸브를 조립하여 보인 정면도이며, 도 7은 도 6에서 피스톤의 선단면에 구비되는 밸브삽입홈의 일례를 보인 분해사시도이고, 도 8은 도 6에서 흡입밸브를 복수 개의 볼트로 체결하는 흡입밸브의 체결구조에 대한 일례를 보인 분해사시도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 피스톤(42)의 흡입유로(421)는 그 피스톤(42)의 후방단에서 전방단 방향으로 형성되는 한 개의 흡입구멍(425)과, 흡입구멍(425)에 연통되어 피스톤(42)의 선단면으로 관통 형성되는 복수 개의 흡입통공(426)으로 이루어질 수 있다.

흡입구멍(425)의 단면적은 각 흡입통공(426)의 단면적보다 작게 형성될 수 있다.

또, 피스톤(42)의 선단면 중앙에는 흡입밸브(43)의 고정부(431)를 볼트(422)로 체결하기 위한 고정홈(423)이 형성될 수 있다. 그리고 고정홈(423)의 주변과 흡입통공(426)의 주변에는 도 7에서와 같이 후술할 흡입밸브(43)의 고정부(431)와 탄성부(432) 그리고 개폐부(433)가 삽입되어 흡입밸브(43)가 체결시 또는 운전시 돌아가는 것을 방지하도록 밸브삽입홈(424)이 형성될 수 있다.

밸브삽입홈(424)은 흡입밸브(43)와 동일한 형상으로 형성될 수도 있지만, 고정부(431)의 주변 또는 고정부(431)의 주변 등 일부만 삽입되도록 형성될 수도 있다.

흡입밸브(43)는 중앙에 고정부(431)가 형성되고, 고정부(431)의 외주면에서 방사상으로 탄성부(432)가 연장 형성되며, 탄성부(432)의 끝단에는 각각의 흡입통공(426)을 개폐하는 개폐부(433)가 연장 형성될 수 있다.

고정부(431)는 볼트(435)로 체결하기 위한 체결구멍(431a)이 형성될 수 있다. 체결구멍(431a)은 도 6에서와 같이 한 개의 볼트(422)로 체결되도록 한 개만 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 도 8에서와 같이 흡입밸브(43)가 피스톤(42)에 복수 개의 볼트(422)로 체결되어 3점에서 지지될 수 있도록 복수 개의 체결구멍(431a)이 형성될 수도 있다.

탄성부(432)는 고정부(431)와 개폐부(433) 사이를 연결하는 것으로, 탄성부(432)의 폭은 개폐부(431)의 폭보다 작게 형성되는 것이 흡입밸브(43)의 무게를 줄일 수 있어 바람직할 수 있다.

개폐부(433)는 탄성부(432)의 외주단에서 원판 모양으로 확장되어 형성될 수 있다. 개폐부(433)는 흡입통공(426)의 직경보다 크게 형성될 수 있다. 그리고 개폐부(431)는 흡입밸브(43)의 응답성을 높일 수 있도록 각각의 흡입통공(426)에 대해 독립적으로 대응할 수 있도록 낱개로 형성될 수 있다.

흡입밸브(43)는 얇은 강판으로 형성될 수도 있지만, 흡입밸브(43)의 무게를 최소한으로 줄이기 위해서는 폴리머 재질, 즉 엔지니어 피크와 같은 소정의 강성을 가지는 플라스틱 재질로 형성하는 것이 바람직할 수 있다.

그리고 흡입밸브(43)는 폴리머 재질로 형성되는 경우 대략 50㎛ 내외의 두께를 가지도록 형성되는 것이 무게를 최소화하면서도 충돌력을 견딜 수 있을 만큼의 강성을 가질 수 있어 바람직할 수 있다.

그리고 흡입밸브(43)가 폴리머 재질로 형성되는 경우에는 그 흡입밸브(43)가 피스톤(42)에 안정적으로 고정될 수 있도록 피스톤(42) 역시 폴리머 재질과 같은 소정의 강성을 가지는 수지 재질로 형성되어 그 흡입밸브(43)를 피스톤(42)에 융착시켜 고정할 수도 있다. 이 경우 피스톤(42)의 무게를 줄여 모터 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 흡입밸브(43)를 피스톤(42)에 융착시켜 고정함에 따라 흡입밸브(43)를 안정적으로 고정하는 동시에 흡입밸브(43)가 돌아가 흡입통공(426)이 개방되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

상기와 같이, 흡입밸브(43)의 개폐부(433)가 복수 개로 분리되어 각각의 흡입통공(426)에 독립적으로 대응하도록 형성되는 경우에는 도 9에서와 같이 피스톤(42)의 흡입행정시 각각의 흡입통공(426)을 통해 압축공간(S1)으로 유입되는 냉매에 의해 흡입밸브(43)의 각 개폐부(433)가 휘어지면서 열렸다가 피스톤(42)이 압축행정시 펴지면서 각각의 흡입통공을 닫게 된다.

이때, 흡입밸브(43)의 각 개폐부(433)가 독립적으로 휘어졌다 펴지게 됨에 따라 흡입밸브(43)의 개폐부(433) 무게가 감소되어 밸브의 응답성이 향상될 수 있다. 이에 따라 피스톤(42)이 80Hz 이상 고주파수로 운전을 하는 경우에도 흡입밸브(43)가 피스톤(42)의 개폐동작에 맞춰 개폐되면서 냉매가스가 원활하게 흡입되어 압축기 성능이 향상될 수 있다.

또, 흡입밸브(43)의 개폐부(433) 무게가 감소함에 따라 그 개폐부(433)가 피스톤(42)의 선단면에 충돌을 하더라도 충돌력이 감소되어 흡입밸브(43)가 파손되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

한편, 전술한 실시예들에서는 왕복동 모터의 스테이터에 실린더가 삽입되는 것이나, 왕복동 모터가 실린더를 포함한 압축유닛과 소정의 간격을 두고 기구적으로 결합되는 경우에도 상기와 같은 베어링구멍의 위치는 동일하게 적용될 수 있다. 이에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다.

또, 전술한 실시예들에서는 피스톤이 왕복운동을 하도록 구성되어 그 피스톤의 운동방향 양측에 공진스프링이 각각 설치되는 것이나, 경우에 따라서는 실린더가 왕복운동을 하도록 구성되어 그 실린더의 양측에 공진스프링이 설치될 수도 있다. 이 경우에도 베어링구멍의 위치는 전술한 실시예들과 같이 배열될 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

20 : 프레임 30 : 왕복동 모터
31 : 스테이터 32 : 무버
41 : 실린더 42 : 피스톤
51,52 : 공진스프링 100 : 가스베어링
110 : 가스포켓 120 : 가스구멍
123: 베어링구멍 125: 가스안내홈
421 : 흡입유로 423 : 고정홈
424 : 밸브삽입홈 425 : 흡입구멍
426 : 흡입통공 431 : 고정부
431a : 체결구멍 432 : 탄성부
433 : 개폐부

Claims (7)

1. 압축공간을 가지는 실린더;
   상기 실린더에 삽입되어 왕복운동을 하면서 압축공간을 형성하며, 상기 압축공간과 연통되도록 흡입유로가 왕복방향으로 관통 형성되는 피스톤;
   상기 피스톤의 흡입유로를 개폐하도록 상기 피스톤의 선단면에 설치되는 흡입밸브;
   상기 실린더의 외주면에 환형으로 형성되는 가스안내홈과, 상기 가스안내홈에서 원주방향을 따라 기설정된 간격을 두고 형성되며 상기 가스안내홈에서 상기 실린더의 내주면으로 관통되고 상기 가스안내홈의 폭보다 작은 직경을 가지도록 형성되어 상기 압축공간에 토출된 냉매의 일부를 상기 실린더와 피스톤 사이로 안내하는 복수 개의 베어링구멍으로 이루어진 가스구멍; 및
   상기 가스안내홈에 얇은 선으로 감겨져 상기 베어링구멍으로 유입되는 냉매를 제한(制限)하는 유로저항부;를 포함하고,
   상기 흡입유로는 상기 피스톤의 선단면으로 관통되는 복수 개의 통공을 포함하며, 상기 흡입밸브는 고정부에서 복수 개의 개폐부가 연장되어 상기 복수 개의 통공을 독립적으로 개폐하는 왕복동식 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 고정부는 상기 흡입밸브의 중앙에 형성되고, 상기 개폐부는 상기 고정부에서 방사상으로 연장되어 형성되며,
   상기 고정부와 개폐부의 사이에는 탄성부가 형성되고, 상기 탄성부의 폭은 상기 개폐부의 폭보다 작게 형성되는 왕복동식 압축기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 흡입밸브는 폴리머 재질로 형성되는 왕복동식 압축기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 피스톤의 선단면에는 상기 흡입밸브가 삽입되도록 상기 흡입밸브의 적어도 일부와 동일한 형상으로 밸브삽입홈이 형성되는 왕복동식 압축기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 흡입밸브는 상기 피스톤의 선단면에 적어도 2점 이상에서 고정되는 왕복동식 압축기.
6. 제1항 내지 제5항의 어느 한 항에 있어서,
   상기 피스톤은 왕복운동을 하는 왕복동 모터의 가동자에 결합되고, 상기 왕복동 모터는 가동자가 80Hz 이상의 주파수로 작동되는 왕복동식 압축기.
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