KR20020091633A - 왕복동식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 본 발명은 밀폐용기의 내부에 서로 마주보게 고정 설치되는 두 개의 실린더와, 그 중 제1 실린더에 미끄러지게 삽입됨과 아울러 왕복동식 모터의 가동자에 결합되어 직선으로 왕복운동을 하는 제1 피스톤과, 다른 제2 실린더에 역시 미끄러지게 삽입됨과 아울러 상기한 제1 피스톤으로부터 연장된 피스톤 로드에 결합되어 그 제1 피스톤과 반대방향으로 왕복운동을 실시하는 제2 피스톤과, 상기 제1 피스톤 및 제2 피스톤의 선단면에 각각 장착되어 그 각각의 피스톤에 구비된 냉매유로를 개폐하는 제1 흡입밸브 및 제2 흡입밸브와, 상기 제1 실린더의 토출구멍과 제2 실린더의 토출구멍을 공유하도록 복개됨과 아울러 상기한 토출관이 연통되는 한 개의 토출커버와, 상기 제1 실린더의 선단면 및 제2 실린더의 선단면에 각각 착탈되도록 배치되어 그 각 실린더의 토출구멍을 개폐하는 제1 토출밸브 및 제2 토출밸브와, 상기 제1 토출밸브와 제2 토출밸브 사이에 개재되어 각각의 토출밸브가 번갈아 가면서 개폐되도록 지지하는 한 개의 밸브스프링으로 구성함으로써, 모터의 1회 왕복운동에 대해 2회의 토출행정이 실시되어 압축기효율이 2배 향상되고, 제1 피스톤과 제2 피스톤이 연결되어 동일한 부하를 받게 되므로 두 피스톤이 항상 일정한 범위내에서만 왕복운동을 하게 되고 이로 인해 모터의 부하가 항상 일정하게 되어 압축기의 전체적인 신뢰성이 향상된다.

Description

왕복동식 압축기{RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 피스톤의 행정거리가 일정하게 유지될 수 있는 왕복동식 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 왕복동식 압축기는 크랭크축을 대신하여 왕복동식 모터의 가동자를 이루는 마그네트 조립체에 피스톤을 결합시켜 그 피스톤이 마그네트 조립체와 함께 직선으로 왕복운동을 하면서 유체를 흡입 압축하여 토출시키는 압축기로서, 도 1은 종래 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 종래의 왕복동식 압축기는, 밀폐용기(V)의 내부에 설치되는 환형의 프레임(1)과, 그 프레임(1)의 후방측에 고정 설치되는 백커버(2)와, 상기 프레임(1)의 중앙에 횡방향으로 고정되는 한 개의 실린더(3)와, 그 실린더(3)를 지지하는 프레임(1)의 외주면에 고정되어 왕복동식 모터(M)의 고정자를 이루는 내측 고정자 조립체(4A) 및 외측 고정자 조립체(4B)와, 상기 양측 고정자 조립체(4A,4B) 사이의 공극에 개재되어 왕복동식 모터의 가동자를 이루는 마그네트 조립체(5)와, 그 마그네트 조립체(5)에 일체로 고정되어 실린더(3)의 내부에서 미끄럼운동을 하면서 냉매가스를 흡입 압축시키는 한 개의 피스톤(6)과, 상기 마그네트 조립체(5)가 내 외측 고정자 조립체(4A,4B) 사이의 공극에서 지속적으로 공진운동을 하도록 유도하는 내측 공진스프링(7A) 및 외측 공진스프링(7B)과, 상기 실린더(3)의 선단에 장착되어 피스톤(6)의 왕복운동시 압축가스의 토출을 제한하는 토출밸브 조립체(8)를 포함하여 이루어져 있다.

도면중 미설명 부호인 6a는 냉매유로, 8A는 토출밸브, 8B는 밸브스프링 ,8C는 토출커버, 9는 흡입밸브, C는 압축기구부, DP는 토출관, SP는 흡입관이다.

상기한 바와 같은 종래 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 내,외측 고정자 조립체(4A,4B)에 전류가 인가되어 마그네트 조립체(5)가 직선으로 왕복운동을 하게 되면, 이 마그네트 조립체(5)에 결합된 피스톤(6)이 실린더(3)의 내부를 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매가스를 흡입하여 압축 토출시키는 일련의 과정을 반복하게 된다.

먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이 상기 피스톤(6)이 도면의 우측인 하사점으로 이동하게 되면, 상기 밀폐용기(V)에 채워져 있던 냉매가스가 피스톤(6)의 냉매유로(6a)를 거쳐 흡입밸브(9)를 통과하여 실린더(3)로 흡입되고, 이어서 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 피스톤(6)이 도면의 좌측인 상사점으로 이동하는 과정에서 실린더(3)내의 냉매가스는 일정압력까지 압축되다가 어느 순간 토출밸브 조립체(8)를 통과하여 토출관(DP)으로 토출되는 일련의 과정을 반복하게 되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기에 있어서는, 상기 피스톤(6)이 지속적인 압축행정을 실시하는 반면 토출커버(8C)로 토출된 압축가스가 원활하게 토출되지 못하는 경우 그 토출커버(8C)의 압력이 점차 상승하여 피스톤(6)의 상사점을 밀어내게 되고, 이로 인해 상기 피스톤(6)을 운동시키는 모터의 부하가 증가하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 상기 피스톤의 장시간 운전시키더라도 그 피스톤이 토출커버의 내부 압력에 의해 밀려나가는 것을 방지할 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2a 및 도 2b는 종래 왕복동식 압축기의 동작상태를 보인 종단면도.

도 3은 본 발명 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 4는 본 발명 왕복동식 압축기에서 피스톤과 피스톤 로드를 분해하여 보인 사시도.

도 5a 및 도 5b는 본 발명 왕복동식 압축기의 동작상태를 보인 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

4A,4B : 내,외측 고정자 조립체 5 : 마그네트 조립체

11,12 : 제1,제2 실린더 21,22 : 제1,제2 피스톤

21a,22a : 냉매구멍 30 : 피스톤 로드

31,32 : 피스톤로드 체결볼트 41,42 : 제1,제2 흡입밸브

50 : 토출밸브 조립체 51 : 토출커버

52A,52B : 제1,제2 토출밸브 53 : 밸브스프링

SP : 흡입관 DP : 토출관

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 흡입관과 토출관을 갖는 밀폐용기의 내부에 서로 마주보게 고정 설치되는 두 개의 실린더와, 그 중 제1 실린더에 미끄러지게 삽입됨과 아울러 왕복동식 모터의 가동자에 결합되어 직선으로 왕복운동을 하는 제1 피스톤과, 다른 제2 실린더에 역시 미끄러지게 삽입됨과 아울러 상기한 제1 피스톤으로부터 연장된 피스톤 로드에 결합되어 그 제1 피스톤과 반대방향으로 왕복운동을 실시하는 제2 피스톤과, 상기 제1 피스톤 및 제2 피스톤의 선단면에 각각 장착되어 그 각각의 피스톤에 구비된 냉매유로를 개폐하는 제1 흡입밸브 및 제2 흡입밸브와, 상기 제1 실린더의 토출구멍과 제2 실린더의 토출구멍을 공유하도록 복개됨과 아울러 상기한 토출관이 연통되는 한 개의 토출커버와, 상기 제1 실린더의 선단면 및 제2 실린더의 선단면에 각각 착탈되도록 배치되어 그 각 실린더의 토출구멍을 개폐하는 제1 토출밸브 및 제2 토출밸브와, 상기 제1 토출밸브와 제2 토출밸브 사이에 개재되어 각각의 토출밸브가 번갈아 가면서 개폐되도록 탄력 지지하는 한 개의 밸브스프링을 포함한 왕복동식 압축기가 제공된다.

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

도 3은 본 발명 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 4는 본 발명 왕복동식 압축기에서 피스톤과 피스톤 로드를 분해하여 보인 사시도이며, 도 5a 및 도 5b는 본 발명 왕복동식 압축기의 동작상태를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 흡입관(SP)과 토출관(DP)을 갖는 한 개의 밀폐용기(V) 내부에 장착되어 직선형의 구동력을 발생시키는 한 개의 왕복동식 모터(M)와, 그 전동기구부인 왕복동식 모터(M)에 결합되어 모터(M)의 1회 왕복운동에 대해 2회의 토출행정이 실시되는 두 개의 압축기구부(C1)(C2)로 구성된다.

상기 흡입관(SP)은 밀폐용기(V)의 내부 전체에 연통되도록 그 밀폐용기(V)의 일측에 삽입 장착되고, 상기 토출관(DP)은 후술할 토출밸브 조립체(50)의 토출커버(51)에 함께 연통되도록 역시 밀폐용기(V)를 관통하여 삽입 장착된다.

상기 왕복동식 모터(M)는 프레임(1)에 고정되는 내측 고정자 조립체(4A)와 외측 고정자 조립체(4B)그리고 그 내측 고정자 조립체(4A)와 외측 고정자 조립체(4B) 사이에 일정공극을 두고 삽입되어 좌우로 직선 왕복운동을 하는 가동자인 마그네트 조립체(5)로 이루어진다.

상기 압축기구부(C1)(C2)는 밀폐용기(V)의 좌우 양측에 토출구멍이 서로 마주보도록 고정 설치되는 제1 실린더(11) 및 제2 실린더(12)와, 상기 왕복동식 모터(M)의 마그네트 조립체(5)에 결합되는 동시에 제1 실린더(11)에 미끄러지게 삽입되고 그 내부에 제1 냉매유로(21a)가 형성되는 제1 피스톤(21)과, 그 제1 피스톤(21)에 연동되도록 피스톤 로드(30)로 결합되어 상기 제2 실린더(12)에 미끄러지게 삽입되고 그 내부에 제2 냉매유로(22a)가 형성되는 제2 피스톤(22)과, 상기 제1 피스톤(21) 및 제2 피스톤(22)의 선단면에 각각 장착되어 그 각각의 냉매유로(21a)(22a)를 개폐하는 제1 흡입밸브(41) 및 제2 흡입밸브(42)와, 상기 제1 실린더(11)의 선단면과 제2 실린더(12)의 선단면 사이에 장착되고 상기한 토출관(DP)에 연통되는 한 개의 토출밸브 조립체(50)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1 피스톤(21)과 제2 피스톤(22)은 각각의 선단면이 서로 마주보도록 배치되어 그 선단면 중앙에 후술할 각각의 토출밸브(52A)(52B)를 미끄럼접촉 되도록 관통하는 피스톤 로드(30)의 양단이 압착되고, 이 상태에서 각각의 피스톤(21)(22)을 후방에서 전방측으로 관통하는 고정볼트(31)(32)에 의해 체결되어 두 피스톤(21)(22)이 연동되도록 결합된다. 여기서, 상기 피스톤 로드(30)의 양단은 보다 정확하게는 각 피스톤(21)(22)의 선단면에 고정된 제1 흡입밸브(41)와 제2 흡입밸브(42)의 중앙부에 밀착된다.

상기 토출밸브 조립체(50)는 제1 실린더(11)의 토출구멍(미부호)과 제2 실린더(12)의 토출구멍(미부호)을 공유하도록 복개됨과 아울러 상기한 토출관(DP)이 연통되는 한 개의 토출커버(51)와, 상기 제1 실린더(11)의 선단면 및 제2 실린더(12)의 선단면에 각각 착탈가능하게 배치되어 그 각 실린더(11)(12)의 토출구멍을 번갈아 개폐하는 제1 토출밸브(52A) 및 제2 토출밸브(52B)와, 상기 제1 토출밸브(52A)와 제2 토출밸브(52B) 사이에 개재되어 각각의 토출밸브(52A)(52B)를 탄력 지지하는 압축코일스프링으로 된 한 개의 밸브스프링(53)으로 이루어진다.

상기 토출커버(51)는 제1 실린더(11)의 선단면과 제2 실린더(12)의 선단면사이에 개재되어 방사상 어느 한쪽에 토출관(DP)이 연통되는 환형부재로 형성되고, 상기 토출커버(51)는 어느 한 쪽의 실린더(12)에서 다른 쪽의 실린더(11)까지 관통되어 그 다른쪽의 실린더(11) 후면에서 너트(미부호)로 체결되는 체결볼트(54)에 의해 고정된다.

상기 제1 토출밸브(52A)와 제2 토출밸브(52B)는 모두 '반구'형상으로 형성되어 그 정중앙에 상기한 피스톤 로드(30)가 미끄럼접촉 되도록 관통되는 미끄럼 구멍(52a)(52b)이 각각 형성된다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 2는 백커버, 7A 및 7B는 공진스프링, 31 및 32는 피스톤로드 체결볼트, 21b 및 22b는 볼트관통공, 30a 및 30b는 체결공, 41a 및 42a는 볼트관통공이다.

상기와 같은 본 발명 왕복동식 압축기의 작용효과는 다음과 같다.

먼저, 상기 왕복동식 모터(M)에 전원이 인가되어 마그네트 조립체(5)가 제1 피스톤(21)과 함께 직선으로 왕복운동을 하게 되면, 그 제1 피스톤(21)이 제1 실린더(11)의 내부에서 미끄럼운동을 하면서 냉매가스를 흡입 압축하여 토출시키는 동시에 상기 제1 피스톤(21)에 연동되는 제2 피스톤(22) 역시 제2 실린더(12)의 내부에서 미끄럼운동을 하면서 냉매가스를 흡입 압축하여 토출시키는 일련의 과정을 반복하게 된다.

이를 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이 상기 제1 피스톤(21)이 도면의 우측인 하사점 방향으로 이동하게 되면, 상기 밀폐용기(V) 내부에 채워져 있던 냉매가스가 제1 피스톤(21)의 제1 냉매유로(21a)를 따라 제1 흡입밸브(41)를 열고 제1 실린더(11)의 압축공간으로 흡입되고, 이와 동시에 상기 제1 피스톤(21)에 피스톤 로드(30)로 결합된 제2 피스톤(22)이 제1 피스톤(21)과 함께 도면의 우측인 상사점 방향으로 이동하여 제2 실린더(12)의 압축공간에 채워져 있던 냉매가스를 압축하면서 토출커버(51)의 내부로 토출시켜 그 토출커버(51)에 채워져 있던 압축가스를 토출관(DP)으로 밀어내게 된다.

이때, 상기 제1 토출밸브(52A)는 닫힘상태를 유지하는 반면 제2 토출밸브(52B)는 밸브스프링(53)을 압축시키면서 열리게 된다.

다음, 도 5b에 도시된 바와 같이 상기 제1 피스톤(21)이 도면의 좌측인 상사점 방향으로 이동하게 되면, 상기 제1 실린더(11)에 채워져 있던 냉매가스가 압축되면서 토출커버(51)의 내부로 토출되어 그 토출커버(51) 내부의 압축가스를 토출관(DP)으로 밀어내게 되고, 이와 동시에 상기 제1 피스톤(21)에 피스톤 로드(30)로 결합된 제2 피스톤(22)이 제1 피스톤(21)과 함께 도면의 좌측인 하사점 방향으로 이동하여 밀폐용기(V) 내부에 채워져 있던 냉매가스를 제1 실린더(11)의 압축공간으로 흡입하게 된다.

이때, 상기 제1 토출밸브(52A)가 열리면서 밸브스프링(53)을 압축시키는 반면 제2 토출밸브(52B)는 닫힘상태를 유지하게 된다.

이렇게 하여, 상기 가동자가 1회 왕복운동을 할 때마다 압축가스는 2회 토출되므로 모터의 동일용량의 경우 압축기의 출력이 2배 정도 향상된다.

또한, 상기 제1 피스톤(21)과 제2 피스톤(22)이 피스톤 로드(30)에 의해 연동되도록 결합됨에 따라 양쪽 피스톤(21)(22)이 토출압에 대해 동일한 부하를 받게 되고 이로 인해 제1 피스톤(21) 및 제2 피스톤(22)이 항상 일정한 범위에서만 왕복운동을 하게 되므로 왕복동식 모터에 가해지는 부하가 일정하여 압축기가 안정적으로 동작되게 된다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 한 개의 왕복동식 모터가 구비된 밀폐용기의 내부에 제1 실린더와 제2 실린더의 각 토출구멍이 서로 마주보도록 배치하고, 그 각 실린더의 내부에서 왕복운동을 하는 제1 피스톤과 제2 피스톤을 별도의 피스톤 로드로 연결하며, 상기 각 실린더의 토출구멍을 개폐하는 제1 토출밸브와 제2 토출밸브를 한 개의 밸브스프링으로 지지시켜 한 개의 토출커버 내에 배치함으로써, 상기 왕복동식 모터의 1회 왕복운동에 대해 2회의 토출행정이 실시됨에 따라 압축기 효율이 2배 향상되는 것은 물론, 상기 제1 피스톤과 제2 피스톤이 서로 연결되어 두 피스톤이 토출압에 대해 동일한 부하를 받게 되므로 항상 일정한 범위내에서만 왕복운동을 하게 되고 이로 인해 모터의 부하가 항상 일정하게 되어 압축기의 전체적인 신뢰성이 향상된다.

Claims (1)

1. 흡입관과 토출관을 갖는 밀폐용기의 내부에 서로 마주보게 고정 설치되는 두 개의 실린더와,

   그 중 제1 실린더에 미끄러지게 삽입됨과 아울러 왕복동식 모터의 가동자에 결합되어 직선으로 왕복운동을 하는 제1 피스톤과,

   다른 제2 실린더에 역시 미끄러지게 삽입됨과 아울러 상기한 제1 피스톤으로부터 연장된 피스톤 로드에 결합되어 그 제1 피스톤과 반대방향으로 왕복운동을 실시하는 제2 피스톤과,

   상기 제1 피스톤 및 제2 피스톤의 선단면에 각각 장착되어 그 각각의 피스톤에 구비된 냉매유로를 개폐하는 제1 흡입밸브 및 제2 흡입밸브와,

   상기 제1 실린더의 토출구멍과 제2 실린더의 토출구멍을 공유하도록 복개됨과 아울러 상기한 토출관이 연통되는 한 개의 토출커버와,

   상기 제1 실린더의 선단면 및 제2 실린더의 선단면에 각각 착탈되도록 배치되어 그 각 실린더의 토출구멍을 개폐하는 제1 토출밸브 및 제2 토출밸브와,

   상기 제1 토출밸브와 제2 토출밸브 사이에 개재되어 각각의 토출밸브가 번갈아 가면서 개폐되도록 탄력 지지하는 한 개의 밸브스프링을 포함한 왕복동식 압축기.