KR20030040889A - 대향형 왕복동식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대향형 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 본 발명은 흡입압 영역에 연통하는 흡입관과 토출압 영역에 연통하는 토출관을 양측에 연통 설치한 케이싱과, 케이싱의 내부 양측에 각각 설치하여 서로 반대방향으로 왕복운동을 발생하는 제1 왕복동식 모터 및 제2 왕복동식 모터와, 제1 왕복동식 모터와 제2 왕복동식 모터의 사이에 관통구멍을 구비하여 장착하는 실린더와, 제1 왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 실린더의 관통구멍에 미끄러지게 삽입하고 그 내부에 압축공간 및 압축공간과 케이싱의 내부를 연통하는 제1 가스유로를 구비하는 제1 피스톤과, 제2 왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 상기한 제1 피스톤의 압축공간에 삽입하고 그 내부에 제2 가스유로를 구비하는 제2 피스톤과, 제1 피스톤의 제1 가스유로를 개폐하도록 장착하는 제1 밸브 조립체와, 제2 피스톤의 제2 가스유로를 개폐하도록 장착하는 제2 밸브 조립체를 포함함으로써, 동일한 압축용량 대비 압축기의 전체 길이가 축소되고 이를 통해 대향형 왕복동식 압축기의 소형화를 실현할 수 있다.

Description

대향형 왕복동식 압축기{OPPOSED TYPE RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 대향형 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 압축기의 길이를 줄여 소형화를 실현할 수 있는 대향형 왕복동식 압축기에 관한 것이다.

일반적인 대향형 왕복동식 압축기(Opposed Type Reciprocating Compressor)는 한 개의 케이싱 내부에 두 개의 압축유니트를 각각의 왕복동식 모터에 결합하여 서로 마주보도록 배치한 고효율 저진동 압축기이다.

이러한 종래의 대향형 왕복동식 압축기는 도 1에 도시된 바와 같이, 두 개의 흡입관(SP1)(SP2)과 한 개의 토출관(DP)을 구비한 케이싱(10)과, 케이싱(10)의 내부 양측에 각각 장착하는 제1 왕복동식 모터(21) 및 제2 왕복동식 모터(22)와, 두 왕복동식 모터(21,22)의 사이에 장착하는 한 개의 실린더(30)와, 실린더(30) 양측에 각 선단면이 마주보도록 하여 미끄러지게 삽입하고 상기한 왕복동식 모터(21)(22)의 각 가동자(21B)(22B)에 결합하는 제1 피스톤(41) 및 제2 피스톤(42)과, 각 피스톤(41)(42)의 선단면에 서로 마주보도록 각각 결합하는 제1 흡입밸브 조립체(51) 및 제2 흡입밸브 조립체(52)와, 실린더(30)의 토출구멍(32)에 개폐 가능하게 장착하는 한 개의 토출밸브 조립체(60)를 포함하고 있다.

실린더(30)는 양쪽 피스톤(41)(42)이 미끄러지게 삽입하여 압축공간(S1)을 이루도록 그 피스톤(41)(42)의 왕복방향으로 관통구멍(31)을 구비하는 환형 모양으로 형성하고, 실린더(30)의 외주면은 케이싱(10)의 중간부 내주면에 밀착하여 용접이나 볼팅으로 후조립하여 고정하도록 이루어져 있다. 또, 실린더(30)의 관통구멍(31) 중간부에는 압축공간(S1)에 연통하여 실린더(30)의 반경방향으로 관통하는 토출구멍(32)을 형성하고 있다.

제1 피스톤(41)과 제2 피스톤(42)은 각각 제1 왕복동식 모터(21)와 제2 왕복동식 모터(22)의 각 가동자(21B)(22B)에 결합하고, 각각의 피스톤(41)(42) 중앙부에는 왕복방향으로 흡입유로(41a)(42a)를 관통 형성하고 있다.

제1 흡입밸브 조립체(51)와 제2 흡입밸브 조립체(52)는 도 2 및 도 3에서 같이, 각 피스톤(41)(42)의 흡입유로(41a)(42a)와 연통하는 흡입구멍(51a)(52a)을 각각 구비하여 각 피스톤(41)(42)의 선단면 쪽에 압입 고정하는 제1 밸브 하우징(51A) 및 제2 밸브 하우징(52A)과, 각 밸브 하우징(51A)(52A)의 왕복공간(미부호)에 삽입하여 각 피스톤(41)(42)의 왕복운동에 따라 각 피스톤(41)(42)의 흡입유로(41a)(42a)와 각 밸브 하우징(51A)(52A)의 흡입구멍(51a)(52a)을 차별적으로 개폐하는 제1 흡입밸브(51B) 및 제2 흡입밸브(52B)로 이루어져 있다.

토출밸브 조립체(60)는 실린더(30)의 토출공간(S2) 입구에 설치하여 토출구멍(32)을 개폐하는 토출밸브(61)와, 토출밸브(61)의 압력배면을 탄력적으로 지지하는 밸브스프링(62)으로 이루어져 있다.

도면중 미설명 부호인 21A 및 22A는 제1 고정자 및 제2 고정자, 71 및 72는 제1 공진스프링 및 제2 공진스프링이다.

상기와 같은 종래 대향형 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 각 왕복동식 모터(21,22)에 전원을 인가하여 각 피스톤(41,42)이실린더(30)의 관통구멍(31) 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면, 냉매가스가 각 흡입관(SP1,SP2)을 통해 케이싱(10)의 외부에서 실린더(30) 양쪽의 흡입압 영역으로 흡입하고, 이후 제1 피스톤(41)과 제2 피스톤(42)의 지속적인 왕복운동에 의해 냉매가스가 각 피스톤(41)(42)의 흡입유로(41a)(42a)를 따라 실린더(30)의 압축공간(S1)으로 유입되어 압축되었다가 토출구멍(32)을 통해 케이싱(10) 외부의 시스템으로 토출되는 것이었다.

이를 보다 상세히 살펴 보면, 먼저 도 2에서와 같이 양쪽 피스톤(41)(42)이 서로 먼 쪽으로 이동하는 과정에서 케이싱(10)의 각 흡입압 영역에 채워져 있던 냉매가스가 각 피스톤(41)(42)의 흡입밸브(51B)(52B)를 밀면서 흡입유로(41a)(42a)를 통해 실린더(30)의 압축공간(S1)으로 흡입하는데, 이때 압축공간(S1)의 압력이 토출공간(S2)의 압력에 비해 낮아 토출밸브(61)를 토출구멍을 닫는다.

이후, 도 3에서와 같이 양쪽 피스톤(41)(42)이 서로 가까운 쪽으로 이동하는 과정에서 압축공간(S1)의 압력이 토출공간(S2)의 압력에 비해 높아지면서 실린더(30)의 토출구멍(32)을 막고 있던 토출밸브(61)가 열리고, 이 열린 토출구멍(32)을 통해 냉매가스가 압축기 외부로 토출하는데, 이때 흡입밸브(51B)(52B)는 압축공간(S1)의 압력이 케이싱(10) 내부의 압력 보다 높아 각 피스톤(41)(42)의 흡입유로(41a)(42a)를 막게 되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 대향형 왕복동식 압축기는, 제1 피스톤(41)과 제2 피스톤(42)의 각 선단면이 서로 대면하도록 배치함에 따라 실린더(30)의 길이가 적어도 두 피스톤(41)(42)의 왕복거리를 합한 길이 보다는 길게 형성하여야 하므로압축기가 길이방향으로 길어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 대향형 왕복동식 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 동일한 용량 대비 압축기의 길이를 줄일 수 있는 대향형 왕복동식 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 대향형 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2 및 도 3은 종래 대향형 왕복동식 압축기에서 흡입행정과 토출행정을 각각 보인 개략도.

도 4는 본 발명 대향형 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 5 및 도 6은 본 발명 대향형 왕복동식 압축기에서 흡입행정과 토출행정을 각각 보인 개략도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

110 : 케이싱 121,122 : 제1,제2 왕복동식 모터

130 : 실린더 131 : 관통구멍

141,142 : 제1,제2 피스톤 141a: 제1 가스유로

142a : 제2 가스유로 150 : 제1 밸브 조립체

160 : 제2 밸브 조립체 161 : 밸브 하우징

161a : 가스통공 162 : 흡입밸브

171,172 : 제1,제2 공진스프링 SP : 흡입관

DP : 토출관 S1 : 흡입압 영역

S2 : 압축공간 S3 : 토출압 영역

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 흡입압 영역에 연통하는 흡입관과 토출압 영역에 연통하는 토출관을 양측에 연통 설치한 케이싱과, 케이싱의 내부 양측에 각각 설치하여 서로 반대방향으로 왕복운동을 발생하는 제1 왕복동식 모터 및 제2 왕복동식 모터와, 제1 왕복동식 모터와 제2 왕복동식 모터의 사이에 관통구멍을 구비하여 장착하는 실린더와, 제1 왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 실린더의 관통구멍에 미끄러지게 삽입하고 그 내부에 압축공간 및 압축공간과 케이싱의 내부를 연통하는 제1 가스유로를 구비하는 제1 피스톤과, 제2 왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 상기한 제1 피스톤의 압축공간에 삽입하고 그 내부에 제2 가스유로를 구비하는 제2 피스톤과, 제1 피스톤의 제1 가스유로를 개폐하도록 장착하는 제1 밸브 조립체와, 제2 피스톤의 제2 가스유로를 개폐하도록 장착하는 제2 밸브 조립체를 포함한 대향형 왕복동식 압축기를 제공한다.

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

도 4는 본 발명 대향형 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 5및 도 6은 본 발명 대향형 왕복동식 압축기에서 흡입행정과 토출행정을 각각 보인 개략도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명의 대향형 왕복동식 압축기는, 좌우 양측에 흡입관(SP)과 토출관(DP)을 각각 한 개씩 연통 설치하는 한 개의 케이싱(110)과, 케이싱(110)의 내부 양측에 각각 설치하여 그 가동자(121B)(122B)가 서로 반대방향으로 왕복운동을 하는 제1 왕복동식 모터(121) 및 제2 왕복동식 모터(122)와, 제1 왕복동식 모터(121)와 제2 왕복동식 모터(122) 사이에 장착하고 그 왕복동식 모터(121)(122)와 동축상에 관통하여 관통구멍(131)을 구비하는 한 개의 실린더(130)와, 제1 왕복동식 모터(121)의 가동자(121B)에 결합하여 실린더(130)의 관통구멍(131)에 미끄러지게 삽입하는 제1 피스톤(141)과, 제2 왕복동식 모터(122)의 가동자(122B)에 결합하여 상기한 제1 피스톤(142)의 압축공간(S2)에 삽입하는 제2 피스톤(142)과, 케이싱(110)의 토출압 영역(S3)과 제1 피스톤(141)의 압축공간(S2) 사이를 개폐하는 제1 밸브 조립체(151)와, 케이싱(110)의 흡입압 영역(S1)과 제1 피스톤(141)의 압축공간(S2) 사이를 개폐하는 제2 밸브 조립체(152)를 포함한다.

실린더(130)는 피스톤(141)(142)이 미끄러지게 삽입하는 관통구멍(131)을 구비하여 환형 모양으로 형성하고, 케이싱(110)의 내부를 흡입관(SP)이 연통하는 흡입압 영역(S1)과 토출관(DP)이 연통하는 토출압 영역(S3)으로 구획하도록 그 외주면이 케이싱(110)의 내주면에 밀착하여 케이싱(110)과 일체로 성형하거나 또는 별도로 제작하여 케이싱(110)의 중간부 내주면에 밀착하고 용접이나 볼팅으로 후조립하여 고정할 수도 있다.

또, 실린더(130)의 관통구멍(131) 내주면에는 피스톤(141)(142)과의 미끄럼 접촉시 마모를 방지할 수 있도록 윤활성이 좋은 윤활부재(미도시)를 삽입 고정할 수도 있다.

제1 피스톤(141)은 그 내부에 일정 깊이의 압축공간(S2)을 형성하고, 압축공간(S2)의 바닥면에는 그 압축공간(S2)과 케이싱(110)의 토출압 영역(S3)을 연통하는 제1 가스유로(141a)를 형성한다.

제2 피스톤(142)은 그 내부에 제1 피스톤(141)의 압축공간(S2)과 케이싱(110)의 흡입압 영역(S1)을 연통하는 제2 가스유로(142a)를 길게 형성한다.

제1 밸브 조립체(150)는 제1 피스톤(141)의 제1 가스유로(141a) 끝단에 장착하는 토출밸브(151)와, 토출밸브(151)의 열림정도를 제한하는 리테이너(152)로 이루어질 수 있으나 이 외에도 다양하게 구현할 수 있다.

제2 밸브 조립체(160)는 제2 가스유로(142a)와 연통하는 가스통공(151a)을 구비하여 제2 피스톤(142)의 선단면에 왕복공간을 두고 장착하는 밸브 하우징(151)과, 밸브 하우징(151)의 왕복공간에 삽입하여 제2 가스유로(142a)와 가스통공(151a)을 번갈아 개폐하는 흡입밸브(152)로 이루어진다.

밸브 하우징(151)과 흡입밸브(152)는 제2 피스톤(142)의 왕복운동시 냉매가스의 흡입을 원활하게 구분할 수 있도록 상기한 가스통공(151a)의 직경이 제2 피스톤(142)의 가스유로(142a) 직경이 보다 크게 형성함과 아울러 흡입밸브(152)의 외주면에는 가스통홈(미부호)을 복수 개 형성하되, 그 가스통홈의 내측면을 잇는 최대 직경이 가스통공(151a)의 직경 보다는 작으나 가스유로(142a)의 직경 보다는 크게 형성한다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명 대향형 왕복동식 압축기의 작용 효과는 다음과 같다.

즉, 제1 왕복동식 모터(121)와 제2 왕복동식 모터(122)에 전원을 인가하면, 제1 피스톤(141)은 실린더(130)의 관통구멍(131) 내부에서 좌우로 왕복운동을 하고 이와 동시에 제2 피스톤(142)은 제1 피스톤(141)의 압축공간(S2)에서 제1 피스톤(141)과 엇갈려 좌우로 왕복운동을 하면서 케이싱(110)의 흡입압 영역(S1)에 채워진 냉매가스를 압축공간(S2)으로 흡입하였다가 토출압 영역(S3)으로 토출하는 일련의 과정을 반복한다.

이를 보다 상세히 살펴 보면, 먼저 도 5에서와 같이 양쪽 피스톤(141)(142)이 서로 먼 쪽으로 이동하는 과정에서 케이싱(110)의 흡입압 영역(S1)에 채워져 있던 냉매가스가 제2 피스톤(142)의 흡입밸브(162)를 밀면서 제2 가스유로(142a)와 가스통공(151a)을 통해 제1 피스톤(141)의 압축공간(S2)으로 흡입된다.

이때, 흡입밸브(162)가 흡입밸브 하우징(161)의 가스통공(151a) 쪽에 밀착하나 흡입밸브(162)의 가스통홈(미부호)을 잇는 직경이 가스통공(151a)의 직경 보다 작아 냉매가스는 상기한 가스통홈을 통해 제1 피스톤(141)의 압축공간(S2)으로 유입하는 반면, 토출밸브(151)는 그 압력면이 제1 가스유로(141a)를 차단하여 냉매가스가 압축공간(S2)에 갇힌다.

이후, 도 6에서와 같이 제1 피스톤(141)과 제2 피스톤(142)이 서로 가까운쪽으로 이동하는 과정에서 제1 가스유로(141a)를 막고 있던 토출밸브(151)가 압력공간(S2)과 토출압 영역(S3)의 압력차에 의해 열려 압축공간(S2)의 냉매가스가 제1 피스톤(141)의 제1 가스유로(141a)를 통해 토출압 영역(S3)으로 토출된다.

이때, 토출밸브(151)는 압축공간(S2)과 토출압 영역(S3)의 압력차에 의해 압력면이 제1 가스유로(141a)의 입구측에서 이격되면서 압축공간(S2)의 냉매가스가 제1 가스유로(141a)를 통해 케이싱(110)의 토출압 영역(S3)으로 원활하게 토출된다.

이렇게, 제1 피스톤과 제2 피스톤이 서로 겹쳐져 왕복운동을 함에 따라 각각의 피스톤이 차지하는 왕복방향 길이가 줄고, 이를 통해 동일한 압축용량 대비 압축기의 전체 길이가 축소되어 대향형 왕복동식 압축기의 소형화를 실현할 수 있다.

본 발명에 의한 대향형 왕복동식 압축기는, 제1 피스톤에 압축공간을 형성하고 제2 피스톤을 제1 피스톤의 압축공간에 삽입하여 서로 겹쳐 왕복운동을 하도록 구성함으로써, 동일한 압축용량 대비 압축기의 전체 길이가 축소되고 이를 통해 대향형 왕복동식 압축기의 소형화를 실현할 수 있다.

Claims (2)

1. 흡입압 영역에 연통하는 흡입관과 토출압 영역에 연통하는 토출관을 양측에 연통 설치한 케이싱과,

   케이싱의 내부 양측에 각각 설치하여 서로 반대방향으로 왕복운동을 발생하는 제1 왕복동식 모터 및 제2 왕복동식 모터와,

   제1 왕복동식 모터와 제2 왕복동식 모터의 사이에 관통구멍을 구비하여 장착하는 실린더와,

   제1 왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 실린더의 관통구멍에 미끄러지게 삽입하고 그 내부에 압축공간 및 압축공간과 케이싱의 내부를 연통하는 제1 가스유로를 구비하는 제1 피스톤과,

   제2 왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 상기한 제1 피스톤의 압축공간에 삽입하고 그 내부에 제2 가스유로를 구비하는 제2 피스톤과,

   제1 피스톤의 제1 가스유로를 개폐하도록 장착하는 제1 밸브 조립체와,

   제2 피스톤의 제2 가스유로를 개폐하도록 장착하는 제2 밸브 조립체를 포함한 대향형 왕복동식 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 밸브 조립체는 제1 피스톤과 제2 피스톤의 흡입행정시 제1 가스유로를 닫는 반면 압축행정시 압축공간과 케이싱의 토출압 영역을 연통하도록 구성하고,

   상기 제2 밸브 조립체는 제1 피스톤과 제2 피스톤의 흡입행정시 압축공간과 케이싱의 흡입압 영역을 연통하도록 제2 가스유로를 여는 반면 압축행정시 제2 가스유로를 닫도록 구성하는 것을 특징으로 하는 대향형 왕복동식 압축기.