KR20030072330A - Piston stroke limiting device for a reciprocating compressor - Google Patents
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Abstract
실린더 헤드(4)에 의해서 폐쇄되며 실린더 헤드(4)와 피스톤(2)의 상단 사이에서 압축 챔버(5)를 정의하는 실린더(3) 내부에서 왕복 운동하는 피스톤(2)을 갖는 왕복 압축기의 피스톤 행정 제한 장치는 피스톤(2) 및 실린더 헤드(4)에 의해서 정의되는 부분들 중 한 부분에 제공되며 압축 챔버(5)의 내부로 돌출하여, 피스톤(2)이 압축 행정이 끝나서 소정의 위치를 초과할 때 상기 부분들 중 다른 부분과 접촉하기 위한 구동 요소(40); 및 압축 챔버(5)를 실질적으로 더 낮은 구동 압력을 필요로 하는 압축기의 일 영역과 소통시키는 릴리프 통로(50)에 정의되는 밸브 시트(51) 각각에 안착되어, 개방 상태에서 피스톤(2)이 압축 행정이 끝나서 상기 소정의 위치를 초과할 때 구동 요소(40)의 작동에 의해서 폐쇄 상태로부터 선택적으로 위치 설정되는 릴리프 밸브(60)를 포함한다.Piston of the reciprocating compressor having a piston 2 closed by the cylinder head 4 and reciprocating inside the cylinder 3 defining the compression chamber 5 between the cylinder head 4 and the top of the piston 2. The stroke limiting device is provided in one of the portions defined by the piston 2 and the cylinder head 4 and protrudes into the compression chamber 5 so that the piston 2 ends the compression stroke to set a predetermined position. A drive element (40) for contacting another of said parts when exceeded; And valve seats 51 defined in the relief passage 50 which communicate the compression chamber 5 with a region of the compressor that requires substantially lower drive pressure, so that the piston 2 in the open state. And a relief valve 60 which is selectively positioned from the closed state by the actuation of the drive element 40 when the compression stroke ends and exceeds the predetermined position.
Description
리니어 모터를 갖는 냉장 압축기에 있어서, 가스 압축 메커니즘은 실린더 일단에 실장되며 실린더 내부의 가스 입구 및 출구를 제어하기 위한 흡입 및 배출 밸브들이 설치되는 실린더 내부의 피스톤이 축방향으로 실린더 헤드에 근접하고 실린더 헤드로부터 멀어지는 움직임에 의해서 일어난다.In a refrigeration compressor having a linear motor, the gas compression mechanism is mounted at one end of the cylinder, and the piston inside the cylinder, in which the inlet and outlet valves are installed to control the gas inlet and outlet inside the cylinder, is axially close to the cylinder head and the cylinder It is caused by the movement away from the head.
피스톤은 리니어 모터에 의해서 구동되는 자기 요소를 이송하는 작동기(actuator)에 의해서 구동된다. 피스톤은 공진 스프링(resonant spring)에 연결되며, 공진 스프링과 자기 요소를 가지고 압축기의 공진 어셈블리를 형성한다. 리니어 모터에 의해서 구동되는 이러한 공진 어셈블리는 선형 왕복 운동을 실행하는 기능을 갖게 되어, 가스가 배출 밸브를 통하여 압축기가 실장된 냉장 시스템의 고압 측에 배출될 때까지, 실린더 내부의 피스톤의 운동이 흡입 밸브에 의해서 가스에 압축을 가하도록 한다.The piston is driven by an actuator that carries a magnetic element driven by a linear motor. The piston is connected to a resonant spring and has a resonant spring and a magnetic element to form the resonant assembly of the compressor. This resonant assembly, driven by a linear motor, has the function of performing linear reciprocating motion, so that the movement of the piston inside the cylinder is sucked in until the gas is discharged through the discharge valve to the high pressure side of the refrigeration system in which the compressor is mounted. Compress the gas by means of a valve.
압축기의 작동 상태의 변화 또는 압축기의 전압 공급의 변화는 공진 어셈블리가 소정의 제한 범위를 초과하여 위치하도록 야기할 수 있다. 이 때, 상기한 소정의 제한 범위에서부터 압축 챔버 내부에 여전히 존재하는 낭비 압축 용적 (dead compression volume)의 가스 덩어리가 피스톤에 대한 여분의 임펠러(impeller)로서 작동하기 시작하여, 작동 사이클의 진폭을 증가시키며 피스톤의 상단을 실린더 헤드와 충돌시켜 압축기에 손상을 야기한다.A change in the operating state of the compressor or a change in the voltage supply of the compressor can cause the resonant assembly to be positioned beyond a certain limit. At this time, from the above predetermined limits, a gas mass of dead compression volume still existing inside the compression chamber starts to operate as an extra impeller for the piston, thereby increasing the amplitude of the operating cycle. The top of the piston collides with the cylinder head, causing damage to the compressor.
피스톤 행정의 진폭을 제어하는 몇몇의 형태들이 이미 개시되어 있다. 즉, 미국 특허 번호 제 5,156,005 호, 제 5,342,176 호, 제 5,496,153 호, 제 5,450,521 호, 제 5,592,073 호에는 모터에 공급된 전류를 제어하는 피스톤 위치의 기능을 하는 전자적 방식이 개시된다. 또한, 릴리프 가스 채널(relief gas channel), 또는 기계 또는 공압 스프링을 포함하는 일반적으로 교반 장치에 채택되는 기계적 방식이 개시되어 있기도 하다. 피스톤의 위치를 정확하게 제어할 수 있는 전자 제어법들은 시스템 고유의 탄성을 나타내는 것 이외에도 기계적 해결책들을 가지고 발생하기 때문에 상당히 비싸다. 이러한 관성은 때때로 충격을 나타내기도 한다.Several forms of controlling the amplitude of the piston stroke have already been disclosed. That is, US Pat. Nos. 5,156,005, 5,342,176, 5,496,153, 5,450,521, and 5,592,073 disclose electronic systems that function as piston positions for controlling the current supplied to the motor. There is also disclosed a mechanical scheme employed in generally agitating devices, including relief gas channels, or mechanical or pneumatic springs. Electronic controls that can accurately control the position of the piston are quite expensive because they occur with mechanical solutions in addition to exhibiting the inherent elasticity of the system. This inertia is sometimes shocking.
본 발명은 왕복 압축기의 피스톤 행정 제한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리니어 모터(linear motor)에 의해서 구동되며 냉장고, 냉동고, 냉수기 등과 같은 소형의 냉장 기기에 사용되는 왕복 압축기의 피스톤 행정 제한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a piston stroke limiting device of a reciprocating compressor, and more particularly, to a piston stroke limiting device of a reciprocating compressor which is driven by a linear motor and used in a small refrigeration machine such as a refrigerator, a freezer, a water cooler, and the like. It is about.
도 1은 리니어 모터를 구비하는 종래 왕복 압축기의 부분의 개략적인 직경 종단면도이다.1 is a schematic radial longitudinal cross-sectional view of a portion of a conventional reciprocating compressor having a linear motor.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 리니어 모터를 구비하는 왕복 압축기의 부분의 개략적인 직경 종단면도이다.Fig. 2 is a schematic diameter longitudinal sectional view of a part of a reciprocating compressor having a linear motor according to the first embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 리니어 모터를 구비하는 왕복 압축기의 부분의 개략적인 직경 종단면도이다.3 is a schematic diameter longitudinal sectional view of a portion of a reciprocating compressor having a linear motor according to a second embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 리니어 모터를 구비하는 왕복 압축기의 부분의 개략적인 직경 종단면도이다.4 is a schematic longitudinal longitudinal cross-sectional view of a portion of a reciprocating compressor with a linear motor according to a third embodiment of the invention.
그러므로, 본 발명의 목적은 왕복 압축기의 피스톤 행정 제한 장치, 특히, 압축이 끝나면 배출 챔버에 도달하지 않는 압축 챔버 내부의 가스 덩어리로부터 얻어지는 피스톤에 대한 추진 효과들을 최소화하기 위하여, 리니어 모터(linearmotor)에 의해서 구동되는 형태의 왕복 압축기의 피스톤 행정 장치를 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to reduce the propulsion effects on the piston stroke limiting device of a reciprocating compressor, in particular the piston obtained from a gas mass inside the compression chamber that does not reach the discharge chamber after compression. It is to provide a piston stroke device of the reciprocating compressor of the type driven by.
상기한 목적 및 이외의 다른 목적들을 달성하기 위하여, 실린더 헤드에 의해서 폐쇄되며 실린더 헤드와 피스톤의 상단 사이에서 압축 챔버를 정의하는 실린더 내부에서 왕복 운동하는 피스톤을 갖는 왕복 압축기의 피스톤 행정 제한 장치에 있어서, 피스톤 및 실린더 헤드에 의해서 정의되는 부분들 중 한 부분에 제공되며 압축 챔버의 내부로 돌출하여, 피스톤이 압축 행정이 끝나면 소정의 위치를 초과할 때 상기 부분들 중 다른 부분과 접촉하는 구동 요소; 밸브 시트를 구비하며 피스톤 및 실린더 헤드에 의해서 정의되는 부분들 중 한 부분 내부에 위치하여, 압축 챔버를 실질적으로 더 낮은 구동 압력을 필요로 하는 압축기의 일 영역과 소통시키는 적어도 하나의 릴리프 통로; 및 폐쇄 상태로 항상 유지되며 밸브 시트 각각에 안착되어, 피스톤이 압축 행정이 끝나면 상기 소정의 위치를 초과할 때 구동 요소의 작동에 의해서 개방 상태로 선택적으로 설정되는 릴리프 밸브(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치가 제공된다.In order to achieve the above and other objects, in the piston stroke limiting device of a reciprocating compressor having a piston closed by a cylinder head and reciprocating inside a cylinder defining a compression chamber between the cylinder head and the top of the piston. A drive element provided in one of the portions defined by the piston and the cylinder head and projecting into the compression chamber to contact the other portion of the portion when the piston exceeds a predetermined position at the end of the compression stroke; At least one relief passage having a valve seat and located inside one of the portions defined by the piston and the cylinder head to communicate the compression chamber with a region of the compressor that requires a substantially lower drive pressure; And a relief valve 60 which is always kept in the closed state and is seated on each of the valve seats, the piston being selectively set in the open state by the operation of the drive element when the piston exceeds the predetermined position after the compression stroke. Characterized by a device is provided.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예들에 의해서 냉장 시스템에 사용되며 리니어 모터에 의해서 구동되는 냉장 압축기가 설명되며, 이러한 모터-압축기 어셈블리는 압축기를 냉장 시스템 등에 연결하는 밀폐 셸(1; hermetic shell) 내부에 실장된다. 이러한 구조에 있어서, 압축기는 실린더 헤드(4)에 의해서 폐쇄되며 실린더 헤드(4)와 피스톤(2)의 상단 사이에 압축 챔버(5)를 정의하는 실린더(3) 내부에 제공되는 피스톤(2)을 포함한다.Embodiments of the present invention describe a refrigeration compressor used in a refrigeration system and driven by a linear motor, which motor-compressor assembly is mounted inside a hermetic shell (1) connecting the compressor to a refrigeration system or the like. . In this structure, the compressor is closed by the cylinder head 4 and is provided inside the cylinder 3 which defines the compression chamber 5 between the cylinder head 4 and the top of the piston 2. It includes.
압축기가 리니어 모터에 의해 구동되는 형태인 상기한 구조에 있어서, 피스톤(2)은 실린더(3) 외부의 일반적으로 관 모양이며 리니어 모터의 구동에 의해서 축방향으로 추진되는 자기 요소(7)를 이송하는 작동 수단(6)에 결합된다. 실린더(3) 내부의 피스톤(2)의 실린더 헤드(4)로 근접하거나 또는 실린더 헤드(4)로부터의 멀어지는 움직임은 압축기의 압축 사이클에서의 가스의 흡입 작동과 배출 작동을 각각 결정한다. 피스톤(2)의 압축 행정의 최종 상태는 압축 챔버(5) 내부의 피스톤(4)의 소정의 위치에 의해서 정의된다. 도 2 내지 도 4에 도시된 점선에 의해서 표시되는 피스톤(4)의 상기 위치를 초과하는 경우에는, 상기한 바와 같은결함들을 야기한다.In the above-described structure, in which the compressor is driven by a linear motor, the piston 2 carries a magnetic element 7 which is generally tubular outside the cylinder 3 and axially propelled by the drive of the linear motor. Coupled to the actuating means 6. Movement toward or away from the cylinder head 4 of the piston 2 inside the cylinder 3 determines the suction and discharge operations of the gas in the compression cycle of the compressor, respectively. The final state of the compression stroke of the piston 2 is defined by the predetermined position of the piston 4 inside the compression chamber 5. If the position of the piston 4 exceeded by the dotted line shown in Figs. 2 to 4, the above-mentioned defects are caused.
도 1을 참조하면, 실린더 헤드(4) 내부에는 흡입 밸브(8)가 실장되며 압축 챔버(5)의 내부를 흡입 챔버(10) 내부와 선택적으로 소통시키는 흡입구, 및 배출 밸브(9)가 실장되며 압축 챔버(5)의 내부를 배출 챔버(30)와 선택적으로 소통시키는 배출구가 형성된다. 상기한 흡입 밸브(8) 및 배출 밸브(9)는 실린더(3) 내부의 가스 입구 및 가스 출구를 제어한다.Referring to FIG. 1, an intake valve 8 is mounted inside the cylinder head 4, and an inlet port for selectively communicating the inside of the compression chamber 5 with the inside of the suction chamber 10, and an outlet valve 9 are mounted. And an outlet for selectively communicating the interior of the compression chamber 5 with the discharge chamber 30. The intake valve 8 and the discharge valve 9 described above control the gas inlet and the gas outlet inside the cylinder 3.
피스톤(2)은 공진 스프링(30)에 연결되며, 공진 스프링(30) 및 자기 요소(7)를 가지고 공진 어셈블리를 형성한다.The piston 2 is connected to the resonant spring 30 and forms the resonant assembly with the resonant spring 30 and the magnetic element 7.
본 발명에 따르면, 압축이 끝나서 배출 챔버(20)에 대한 압축되지 아니한 가스의 추진 활동으로부터 얻어지는 효과들을 최소화하기 위하여, 본 발명은 왕복 압축기의 피스톤 행정 제한 장치, 특히, 리니어 모터(linear motor)에 의해서 구동되는 형태의 왕복 압축기의 피스톤 행정 장치가 제공된다. 본 장치는 피스톤(2) 및 실린더 헤드(4)에 의해서 정의되는 부분들 중 한 부분에 제공되며 압축 챔버(5)의 내부로 돌출하여, 피스톤(2)이 압축 행정이 끝나 소정의 위치를 초과할 때 상기 부분들 중 다른 부분과 접촉하는 구동 요소(40); 밸브 시트(51)를 구비하며 피스톤(2) 및 실린더 헤드(4)에 의해서 정의되는 부분들 중 한 부분 내부에 위치하여, 예를 들면, 흡입 챔버(10) 또는 압축기의 밀폐 셸(1) 내부와 같이 흡입 챔버(10)압축 챔버(5)를 더 낮은 구동 압력을 필요로 하는 압축기의 일 영역과 소통시키는 적어도 하나의 릴리프 통로(50); 및 예를 들면 밸브 시트(51)를 정의하는 피스톤(2) 또는 실린더 헤드(4) 의 부분에 안착되는 스프링(7)에 의해서 폐쇄 상태로 항상 유지되며, 상기한 폐쇄 상태에서는 밸브 시트(51) 각각에 안착되어, 피스톤(2)이 압축 행정이 끝나 상기 소정의 위치를 초과할 때 구동 요소(40)의 작동에 의해서 개방 상태로 선택적으로 위치 설정되기 위한 릴리프 밸브(60)를 포함한다. 여기서는 각각의 릴리프 밸브(60) 상에서 작동되는 단 하나의 구동 요소(40)만을 갖는 피스톤 행정 제한 장치의 구조가 설명 및 도시되어 있지만, 이에 나타난 개념은 복수 개의 구동 요소 및 그에 대한 각각의 릴리프 밸브를 제공할 수도 있음은 예견 가능한 바이다.According to the present invention, in order to minimize the effects resulting from the propulsion of the uncompressed gas to the discharge chamber 20 after compression has been completed, the present invention is directed to a piston stroke limiting device of a reciprocating compressor, in particular a linear motor. A piston stroke device of a reciprocating compressor of the type driven by the present invention is provided. The device is provided in one of the parts defined by the piston 2 and the cylinder head 4 and protrudes into the compression chamber 5 so that the piston 2 ends the compression stroke and exceeds a predetermined position. A drive element 40 in contact with the other of said parts; With a valve seat 51 and located inside one of the parts defined by the piston 2 and the cylinder head 4, for example inside the intake chamber 10 or the hermetic shell 1 of the compressor. At least one relief passage 50 which communicates the compression chamber 5 with a region of the compressor requiring a lower drive pressure, such as; And a spring 7 seated on a portion of the cylinder head 4 or piston 2 defining the valve seat 51, for example, and is always kept in the closed state, in which the valve seat 51 is closed. Seated in each, the piston 2 comprises a relief valve 60 for selectively positioning in an open state by the operation of the drive element 40 when the compression stroke ends and exceeds the predetermined position. Although the structure of the piston stroke limiting device having only one drive element 40 actuated on each relief valve 60 is described and illustrated here, the concept shown here is a plurality of drive elements and their respective relief valves. It may be foreseen.
본 발명의 상기한 구조적 형태에 따르면, 구동 요소(40)는 피스톤(2)의 소정의 행정이 말단 위치 및 실린더 헤드(4) 사이의 거리에 해당하는 만큼 신장한다.According to the above structural form of the invention, the drive element 40 extends by a predetermined stroke of the piston 2 corresponding to the distance between the distal position and the cylinder head 4.
본 발명의 상기한 구조적 형태에 따르면, 피스톤(2)은 그의 상단부에서 구동 요소(40)를 이송한다.According to the above structural form of the invention, the piston 2 carries the drive element 40 at its upper end.
도 2에 도시된 선택적 구조에 있어서, 피스톤(2)은 구동 요소(40)에, 예를 들면, 단일 부품과 같이 일체로 부착된다. 이러한 구조에 있어서, 실린더 헤드(4) 내부에 릴리프 통로(50)가 제공되며, 밸브 시트(51)는 흡입 챔버(20)의 내부를 향하는 실린더 헤드(4)의 일면 상에 정의된다. 이러한 구조에 있어서, 릴리프 밸브(60)는 흡입 챔버(10) 내부에 제공되는 안착 면(11)에서부터 흡입 챔버(10) 내부에 실장되며, 릴리프 밸브(60)를 항상 유지하고 있는 스프링(70)을 릴리프 통로(50)의 폐쇄 위치에 부착된다. 도 2에 도시된 선택적 구조에 있어서, 릴리프 밸브(60)는 편평한 디스크 형태를 갖는다.In the optional structure shown in FIG. 2, the piston 2 is integrally attached to the drive element 40, for example as a single part. In this structure, a relief passage 50 is provided inside the cylinder head 4, and the valve seat 51 is defined on one surface of the cylinder head 4 facing the inside of the suction chamber 20. In this structure, the relief valve 60 is mounted in the suction chamber 10 from the seating surface 11 provided inside the suction chamber 10, and the spring 70 always holding the relief valve 60. Is attached to the closed position of the relief passage 50. In the optional structure shown in FIG. 2, the relief valve 60 has the form of a flat disc.
도 3 및 도 4에 도시된 바에 의하면, 구동 요소(40)는 그의 축이 릴리프 밸브(60)의 축과 일치하며 피스톤(2)의 축과 일치하도록, 예를 들면 릴리프 밸브(60)에 포함되도록, 릴리프 밸브(60)에 부착된다. 이러한 구조에 있어서, 릴리프 밸브(60)는 실질적으로 테이퍼진 몸체의 형태를 갖는다.As shown in FIGS. 3 and 4, the drive element 40 is included in the relief valve 60, for example, such that its axis coincides with the axis of the relief valve 60 and coincides with the axis of the piston 2. So as to be attached to the relief valve 60. In this structure, the relief valve 60 has the form of a substantially tapered body.
도 3에 도시된 구조에 있어서, 릴리프 밸브(60)는 흡입 챔버(10)의 내부의 안착 지지대(11) 상에 실장되며, 릴리프 통로(50)는 실린더 헤드(4) 내부에서 이러한 구조로 정의된다.In the structure shown in FIG. 3, the relief valve 60 is mounted on a seating support 11 inside the suction chamber 10, and the relief passage 50 is defined as such a structure inside the cylinder head 4. do.
도 4에 도시된 구조에 있어서, 구동 요소(40)를 이송하는 릴리프 밸브(60)는 스프링(70)을 통하여 피스톤(20) 내부에 부착되거나 결합되며 피스톤의 상단부로부터 소정의 거리만큼 떨어진 지지대(80) 상에 실장되며, 릴리프 밸브(50)용 밸브 시트(51)를 정의하는 릴리프 통로(50)는 피스톤(2)의 상단부에 제공된다. 이러한 구조에 있어서, 폐쇄 상태에서 릴리프 밸브(60)는 피스톤(2)의 상단부 상에 정의되는 밸브 시트(51)에 안착되어 밀폐 셸(1)의 내부로 개방된다.In the structure shown in FIG. 4, the relief valve 60 for conveying the drive element 40 is attached or coupled to the interior of the piston 20 via a spring 70 and is supported by a distance away from the upper end of the piston. A relief passage 50 mounted on 80 and defining a valve seat 51 for relief valve 50 is provided at the upper end of the piston 2. In this structure, in the closed state, the relief valve 60 is seated on the valve seat 51 defined on the upper end of the piston 2 and is opened into the sealed shell 1.
지지대(80)는 피스톤(20)이 압축 행정이 끝나 소정의 위치를 초과하는 상태에서 릴리프 밸브가 스프링(70)의 작용의 반하여 개방될 때, 압축 챔버(5)의 내부를 셸(10)의 내부와 소통시키는 적어도 또 다른 하나의 릴리프 통로(50)를 더 구비한다.The support 80 is configured to open the inside of the compression chamber 5 to the inside of the compression chamber 5 when the relief valve is opened against the action of the spring 70 in a state where the piston 20 ends the compression stroke and exceeds a predetermined position. It is further provided with at least another relief passage 50 in communication with the interior.
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NORF | Unpaid initial registration fee |