KR20030042816A - 왕복동식 압축기의 가스 압축구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 가스 압축구조에 관한 것으로, 본 발명은 소정 형상으로 내부에 압축공간을 이루는 관통구멍이 구비되어 프레임에 장착되는 실린더와, 그 실린더 관통구멍의 내경과 상응하는 외경과 일정 두께를 갖는 환봉체의 내부에 흡입유로가 구비되어 상기 실린더의 관통구멍에 움직임 가능하도록 삽입되는 피스톤과, 상기 프레임에 장착되어 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터의 가동자와 상기 피스톤을 연결시키는 연결부재와, 상기 피스톤에 결합되어 그 피스톤의 흡입유로를 개폐하는 흡입 밸브와, 상기 실린더의 압축공간을 복개하도록 그 실린더에 결합되어 압축 가스를 토출시키는 토출 밸브유닛을 포함하도록 구성하여 상기 왕복동식 모터의 직선 왕복 구동력을 전달받아 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 가스를 압축시키는 피스톤과 상기 실린더와의 접촉면적을 감소시킴으로써 상기 피스톤과 실린더의 마모 및 마찰 손실을 최소화시켜 부품의 수명을 연장시키고 효율을 높일 수 있도록 한 것이다.

Description

왕복동식 압축기의 가스 압축구조{STRUCTURE FOR COMPRESSING GAS IN RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기의 가스 압축구조에 관한 것으로, 특히 왕복동식 모터의 직선 왕복 구동력을 전달받아 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 가스를 압축시키는 피스톤과 상기 실린더와의 마모 및 마찰 손실을 최소화할 수 있도록 한 왕복동식 압축기의 가스 압축구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 유체를 압축하는 기기이다. 상기 압축기는 가스를 압축하는 방식에 따라 회전식 압축기, 스크롤 압축기, 왕복동식 압축기 등 여러 종류가 있다.

도 1은 본 출원인이 연구 개발 중인 왕복동식 압축기의 일예를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 용기(10)와 그 용기(10)의 내부에 장착되는 전방 프레임(20)과, 상기 전방 프레임(20)에 장착되어 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터(30)와, 상기 왕복동식 모터(30)의 타측에 장착되어 그 왕복동식 모터(30)를 지지하는 중간 프레임(40)과, 상기 전방 프레임(20)의 내부에 삽입되어 결합됨과 아울러 상기 왕복동식 모터(30)의 내부에 위치하는 실린더(50)와, 상기 왕복동식 모터(30)와 연결됨과 아울러 상기 실린더(50)에 삽입되어 그 왕복동식 모터(30)의 직선 왕복 구동력을 전달받아 상기 실린더(50) 내부에서 직선 왕복 운동하는 피스톤(60)과, 상기 실린더(50) 및 피스톤(60)에 결합되어 그 피스톤(60)의 왕복 운동에 의해 발생되는 압력 차에 의해 상기 실린더(50) 내부로 가스를 흡입시키고 토출시키는 밸브유닛(70)과, 상기 왕복동식 모터(30) 및 피스톤(60)을 커버하도록 상기 중간 프레임(40)에 결합되는 후방 프레임(80)과, 상기 왕복동식 모터(30) 및 피스톤(60)의 직선 왕복 운동을 탄성 지지하는 공진 스프링유닛(90)을 포함하여 구성되어 있다.

상기 왕복동식 모터(30)는 원통 형태로 형성되어 전방 프레임(20)과 중간 프레임(40)에 고정 결합되는 아우터 스테이터(31) 및 그 아우터 스테이터(31)와 일정 간격을 두고 삽입되는 이너 스테이터(32)와 상기 아우터 스테이터(31)에 결합되는 권선 코일(33)과 상기 아우터 스테이터(31)와 이너 스테이터(32)사이에 직선 왕복 운동 가능하게 삽입되는 가동자(A)를 포함하여 구성되어 있다.

상기 가동자(A)는 원통 형태로 형성되는 자석 홀더(34)와 그 자석 홀더(34)에 일정 간격을 두고 결합되는 다수개의 영구자석(35)으로 구성되어 있다.

상기 이너 스테이터(32)의 내부에 상기 실린더(50) 및 피스톤(60)이 위치하게 되고 그 피스톤(60)은 상기 가동자(A)를 구성하는 자석 홀더(34)와 연결되어 있다. 상기 실린더(50)는 소정의 길이를 갖는 실린더 몸체부(51)의 내부에 일정 내경을 갖도록 형성되어 압축공간(P)을 이루는 관통구멍(52)이 구비되며, 상기 피스톤(60)은 상기 실린더 관통구멍(52)과 상응하는 외경과 소정의 길이를 갖는 몸통부(61)의 내부에 가스가 흡입되는 가스 흡입유로(F)가 관통 형성되고 그 몸통부(61)의 일측에 상기 왕복동식 모터 가동자의 자석 홀더(34)에 연결되는 플랜지부(62)가 구비된다.

상기 공진 스프링유닛(90)은 상기 전방 프레임(20)과 피스톤(60)의 일측면사이에 결합되는 전방 스프링(91)과, 상기 피스톤(60)의 타측면과 상기 후방 프레임(100)사이에 결합되는 후방 스프링(92)을 포함하여 구성되어 있다.

상기 밸브유닛(70)은 상기 실린더(50)의 압축공간(P)을 복개하는 토출커버(71)와 그 토출커버(71)의 내부에 위치하여 상기 실린더(50)의 압축공간(P)을 개폐하는 토출밸브(72)와 상기 토출밸브(72)를 탄성 지지하는 밸브스프링(73)과 상기 피스톤(60)의 단부에 결합되어 그 피스톤(60) 내부에 형성된 흡입유로(F)를 개폐하는 흡입밸브(74)를 포함하여 구성되어 있다.

미설명 부호 1은 흡입관이고, 100은 오일피더이다.

상기한 바와 같은 왕복동식 압축기의 작동은 다음과 같다.

상기 왕복동식 모터(30)에 전원이 공급되어 권선 코일(33)에 전류가 흐르게 되면 그 권선 코일(33)에 흐르는 전류에 의해 상기 아우터 스테이터(31)와 이너 스테이터(32)에 형성되는 플럭스와 영구자석(35)의 상호작용에 의해 그 영구자석(35)을 포함하는 가동자(A)가 직선 왕복 운동하게 된다.

상기 가동자(A)의 직선 왕복 구동력이 상기 피스톤(60)에 전달되어 그 피스톤(60)이 실린더 압축공간(P)에서 직선 왕복 운동함과 동시에 상기 밸브유닛(70)이 작동하면서 상기 흡입관(1)을 통해 흡입되는 냉매 가스가 상기 피스톤(60)의 내부에 형성된 흡입유로(F)를 통해 실린더 압축공간(P)으로 흡입되고 압축되어 상기 토출커버(71)에 결합된 토출관(미도시)을 통해 토출되는 과정을 반복하게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 구조는 왕복동식 모터(30)의 직선 왕복 구동력을 전달받아 상기 피스톤(60)이 실린더의 관통구멍(52)에서 직선 왕복 운동하면서 가스를 압축하는 과정에서 상기 피스톤의 몸통부(61) 외주면 전체와 상기 실린더의 관통구멍(52) 내주면 전체가 접촉을 이루게 됨으로써 상기 피스톤(60)과 그 피스톤(60)과 상대 운동하는 실린더(50)와의 접촉면적이 크게 되어 부품의 마모를 발생시킬 뿐만 아니라 마찰 손실을 발생시키게 되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 왕복동식 모터의 직선 왕복 구동력을 전달받아 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 가스를 압축시키는 피스톤과 상기 실린더와의 마모 및 마찰 손실을 최소화할 수 있도록 한 왕복동식 압축기의 가스 압축구조를 제공함에 있다.

도 1은 현재 개발진행 중인 왕복동식 압축기를 도시한 단면도,

도 2는 본 발명의 왕복동식 압축기 가스 압축구조가 구비된 왕복동식 압축기의 단면도,

도 3은 본 발명의 왕복동식 압축기의 가스 압축구조를 구성하는 연결부재의 다른 실시예를 도시한 단면도,

도 4,5는 본 발명의 왕복동식 압축기의 가스 압축구조의 작동상태를 각각 도시한 단면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

20 ; 전방 프레임 30 ; 왕복동식모터

50 ; 실린더 52 ; 실린더 관통구멍

70 ; 토출 밸브유닛 120 ; 피스톤

121 ; 환봉체 122 ; 흡입유로

130 ; 연결부재 133 ; 축부

134 ; 제1 결합부 135 ; 제2 결합부

140 ; 흡입 밸브 A ; 가동자

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여

소정 형상으로 내부에 압축공간을 이루는 관통구멍이 구비되어 프레임에 장착되는 실린더와, 상기 실린더의 관통구멍에 움직임 가능하도록 삽입되는 피스톤과, 상기 프레임에 장착되어 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터의 가동자와 상기 피스톤을 연결시키는 연결부재와, 상기 실린더의 압축공간으로 가스가 흡입되는 흡입유로를 개폐하는 흡입 밸브와, 상기 실린더의 압축공간을 복개하도록 그 실린더에 결합되어 압축 가스를 토출시키는 토출 밸브유닛을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 가스 압축구조가 제공된다.

이하, 본 발명의 왕복동식 압축기의 가스 압축구조를 첨부도면에 도시한 실시례에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 2는 상기 왕복동식 압축기 가스 압축구조의 실시예가 구비된 왕복동식 압축기를 도시한 것으로, 이를 참조하여 설명하면, 먼저 상기 왕복동식 압축기는 내부 공간을 갖는 용기(10)의 내부에 소정 형상의 전방 프레임(20)이 장착되고 그 전방 프레임(20)에 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터(30)가 장착되고 그 왕복동식 모터(30)의 타측에 중간 프레임(40)이 고정 결합된다.

상기 왕복동식 모터(30)는 원통 형태로 형성되어 상기 전방 프레임(20) 및 중간 프레임(40)에 고정 결합되는 아우터 스테이터(31)와 상기 아우터 스테이터(31)에 일정 간격을 두고 삽입되는 이너 스테이터(32)와 상기 아우터 스테이터(31)에 결합되는 권선 코일(33)과 상기 아우터 스테이터(31)와 이너 스테이터(32)사이에 직선 왕복 운동 가능하게 삽입되는 가동자(A)를 포함하여 구성된다.

상기 가동자(A)는 단면이 디귿자 형상을 이루는 원통형으로 형성되는 자석 홀더(110)와 그 자석 홀더(110)에 일정 간격을 두고 결합되는 다수개의 영구자석(35)으로 구성된다. 상기 자석 홀더(110)의 평면부(111)에 다수개의 가스 통공(112)이 형성된다.

그리고 상기 전방 프레임(20)에 상기 실린더(50)가 관통 결합되며 그 실린더(50)의 내부에 형성된 관통구멍(52)에 일정 길이를 갖는 피스톤(120)이 삽입된다. 그리고 상기 피스톤(120)은 소정 형상의 연결부재(130)에 의해 상기 왕복동식 모터(30)를 구성하는 가동자의 자석 홀더(110)와 연결된다. 이때, 상기 실린더(50)와 피스톤(120)은 상기 이너 스테이터(32)의 내부에 위치하게 된다.

상기 실린더(50)는 소정의 길이를 갖는 실린더 몸체부(51)의 내부에 일정 내경을 갖도록 형성되어 압축공간(P)을 이루는 관통구멍(52)이 구비되어 이루어진다. 상기 피스톤(120)은 그 실린더 관통구멍(52)의 내경과 상응하는 외경과 일정 길이를 갖는 환봉체(121)의 내부에 흡입유로(122)가 구비되어 이루어지며 그 피스톤(120)은 상기 실린더의 관통구멍(52)에 움직임 가능하도록 삽입된다. 상기 연결부재(130)는 소정의 길이를 갖는 환봉 형태의 축(131) 양단에 나사산(132)이 각각 구비되어 이루어지며, 그 축(131)의 양단에 형성되는 나사산(132)이 상기 피스톤(120)의 환봉체(121)에 형성되는 암나사산(123)과 상기 가동자의 자석 홀더(110)에 형성되는 암나사산(113)에 각각 체결되어 결합된다.

상기 연결부재(130)의 다른 실시예로서, 도 3에 도시한 바와 같이, 일정 길이를 갖는 환봉 형태의 축부(133)와 그 축부(133)의 일측이 상기 피스톤(120)에 고정 결합되는 제1 결합부(134)와, 상기 축부(133)의 타측이 상기 왕복동식 모터(30)의 가동부(A)에 움직임 가능하게 고정 결합되는 제2 결합부(135)가 구비되어 이루어진다. 상기 제1 결합부(134)는 나사산으로 형성되며 상기 피스톤(120)의 일측에 암나사산이 형성되어 그 나사산이 암나사산에 체결되어 고정 결합된다. 그리고 상기 제2 결합부(135)는 구 형태로 형성되며 상기 자석홀더의 평면부(111)에 반구 형태의 반구홈(113)이 형성되고 그 구 형태 부분이 상기 반구홈(113)에 삽입된 상태에서 반구홈(113)이 구비된 복개판(114)이 상기 제2 결합부(135)의 구 형태 부분을 복개하도록 상기 자석 홀더(110)에 고정 결합된다.

그리고 상기 피스톤(120)의 일면에 그 피스톤(120)의 흡입유로(122)를 개폐하는 흡입 밸브(140)가 고정 결합되고 상기 실린더의 압축공간(P)에서 압축되는 압축 가스를 토출시키는 토출 밸브유닛(70)이 상기 실린더 압축공간(P)을 복개하도록 그 실린더(50)에 결합된다.

상기 토출 밸브유닛(70)은 상기 실린더(50)의 압축공간(P)을 복개하는 토출커버(71)와 그 토출커버(71)의 내부에 위치하여 상기 실린더(50)의 압축공간(P)을 개폐하는 토출밸브(72)와 상기 토출밸브(72)를 탄성 지지하는 밸브스프링(73)을 포함하여 구성된다.

그리고 상기 중간 프레임(40)에 이어 소정 형상으로 형성된 후방 프레임(80)이 결합된다.

그리고 상기 왕복동식 모터의 가동자(A)와 피스톤(120) 그리고 연결부재(130)의 움직임을 탄성 지지하는 공진 스프링유닛(90)이 구비된다.

상기 공진 스프링유닛(90)은 상기 전방 프레임(20)과 자석 홀더(110)사이에 위치하는 전방 스프링(91)과, 상기 후방 프레임(80)과 자석 홀더(110)사이에 위치하는 후방 스프링(92)을 포함하여 구성된다.

미설명 부호 1은 흡입관이고, 100은 오일피더이다.

이하, 본 발명의 왕복동식 압축기 가스 압축구조의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 왕복동식 압축기의 작동은 상기 왕복동식 모터(30)에 전원이 공급되어 권선 코일(33)에 전류가 흐르게 되면 그 권선 코일(33)에 흐르는 전류에 의해 상기 아우터 스테이터(31)와 이너 스테이터(32)에 형성되는 플럭스와영구자석(35)의 상호작용에 의해 그 영구자석(35)을 포함하는 가동자(A)가 직선 왕복 운동하게 된다.

상기 가동자(A)의 직선 왕복 구동력이 연결부재(130)를 통해 피스톤(120)에 전달되어, 도 4, 5에 도시한 바와 같이, 그 피스톤(120)이 실린더 압축공간(P)에서 직선 왕복 운동함과 동시에 상기 흡입 밸브(140) 및 토출 밸브유닛(70)이 작동하면서 상기 흡입관(1)을 통해 흡입되는 가스가 자석 홀더의 가스 통공(112)과 피스톤(120)의 흡입유로(122)를 통해 상기 실린더 압축공간(P)으로 흡입되고 압축되어 토출되는 과정을 반복하게 된다.

그리고 상기 공진 스프링유닛(90)을 구성하는 전방 스프링(91)과 후방 스프링(92)은 상기 피스톤(120)이 직선 왕복 운동함에 따라 인장과 압축이 반복되면서 상기 왕복동식 모터(30)의 직선 왕복 운동력을 탄성에너지로 저장 방출함과 아울러 공진 운동을 유발시키게 된다.

본 발명은 상기 왕복동식 모터(30)의 직선 왕복 구동력을 전달받아 실린더의 압축공간(P)에서 직선 왕복 운동하면서 가스를 압축하는 피스톤(120)의 길이가 상대적으로 짧기 때문에 상기 실린더의 압축공간(P)을 이루는 관통구멍(52)의 내주벽과 접촉면적이 작게 된다. 즉, 종래에는 상기 실린더(50)에 삽입되는 피스톤(60)이 상기 왕복동식 모터의 가동자(A)와 직접 연결되므로 그 피스톤(60)의 길이가 길어지게 되어 상기 실린더의 관통구멍(52)과 접촉되는 접촉면적이 크게되나, 본 발명은 상기 피스톤(120)의 길이를 짧게 하고 상기 연결부재(130)에 의해 상기 피스톤(120)과 왕복동식 모터의 가동자(A)를 연결하게 하게 되므로 상기피스톤(120)과 실린더의 관통구멍(52) 내주벽과의 접촉면적이 작게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 가스 압축구조는 왕복동식 모터의 직선 왕복 구동력을 전달받아 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 가스를 압축시키는 피스톤과 상기 실린더와의 접촉면적을 감소시키게 됨으로써 상기 피스톤과 실린더의 마모 및 마찰 손실을 최소화시켜 부품의 수명을 연장시킬 뿐만 아니라 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 소정 형상으로 내부에 압축공간을 이루는 관통구멍이 구비되어 프레임에 장착되는 실린더와, 상기 실린더의 관통구멍에 움직임 가능하도록 삽입되는 피스톤과, 상기 프레임에 장착되어 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터의 가동자와 상기 피스톤을 연결시키는 연결부재와, 상기 실린더의 압축공간으로 가스가 흡입되는 흡입유로를 개폐하는 흡입 밸브와, 상기 실린더의 압축공간을 복개하도록 그 실린더에 결합되어 압축 가스를 토출시키는 토출 밸브유닛을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 가스 압축구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 연결부재는 일정 길이를 갖는 환봉 형태의 축부와 그 축부의 일측이 상기 피스톤에 고정 결합되는 제1 결합부와, 상기 축부의 타측이 상기 왕복동식 모터의 가동부에 움직임 가능하게 고정 결합되는 제2 결합부가 구비되어 이루어진 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 가스 압축구조.