KR20030090001A - 왕복동식 압축기의 피스톤 마모 방지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 피스톤 마모 방지 장치에 관한 것으로서, 실린더의 내부에 슬라이딩 가능하게 삽입 결합되어 직선 왕복 운동하면서 냉매 가스를 흡입하여 압축 후 토출하는 피스톤을 포함하는 왕복동식 압축기에 있어서, 상기 실린더의 내주면에 대향하는 피스톤의 외주면에 냉매가스의 일부를 수용하도록 하는 와류홈이 축방향으로 다수개 형성하여 그 냉매가스에 의하여 상기 피스톤 조립 시 발생하는 누적오차를 보상함과 아울러 상기 피스톤의 마모를 방지하여 그 마모로 인한 냉매가스의 누설을 방지함으로서 압축효율을 향상시키는 효과를 갖는다.

Description

왕복동식 압축기의 피스톤 마모 방지 장치{APPARATUS PROTECTING WEAR OF PISTON FOR RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉매를 흡입하여 압축 후 토출하기 위해 실린더의 내부를 직선 왕복 운동하도록 결합된 피스톤이 상기 실린더와의 동심원상에서 직선 왕복 운동하도록 하여 상기 피스톤이 실린더의 마찰에 의해 마모되는 것을 방지하기 위한 왕복동식 압축기의 피스톤 마모 방지 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 왕복동식 압축기는 피스톤이 실린더의 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매 가스를 흡입, 압축하여 토출시키는 것으로, 도 1은 종래 왕복동식 압축기의 종단면도를 도시한 것이다.

종래의 왕복동식 압축기는, 도 1에서 도시한 바와 같이, 밀폐용기(10)와 그 밀폐용기(10)의 내부에 장착되어 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터(20)와, 상기 왕복동식 모터(20)의 양측을 각각 지지하는 후방 프레임(30) 및 중간 프레임(40)과, 상기 중간 프레임(40)에 이어 결합되는 전방 프레임(50)과, 상기 왕복동식 모터(20)와 소정의 거리를 두도록 상기 전방 프레임(50)에 고정 결합되는 실린더(60)와, 상기 왕복동식 모터(20)와 연결됨과 아울러 상기 실린더(60)에 삽입되어 그 왕복동식 모터(20)의 직선 왕복 구동력을 전달받아 상기 실린더(60) 내부에서 직선 왕복 운동하는 피스톤(70)과, 상기 실린더(60) 및 피스톤(70)에 결합되어 그 피스톤(70)의 왕복 운동에 의해 발생되는 압력 차에 의해 상기실린더(60) 내부로 가스를 흡입시키고 토출시키는 밸브유닛(80)과, 상기 왕복동식 모터(20) 및 피스톤(70)의 직선 왕복 운동을 탄성 지지하는 공진 스프링유닛(90)을 포함하여 구성되어 있다.

상기 왕복동식 모터(20)는 고정자(21)와 상기 고정에 의하여 발생되는 자력플럭스에 의하여 직선왕복 운동하는 가동자(25)로 이루어진다.

상기 고정자(21)는 원통 형태로 형성되어 후방 프레임(30) 및 중간 프레임(40)에 고정 결합되는 아우터 스테이터(22)와 상기 아우터 스테이터(22)에 일정 간격을 두고 삽입되는 이너 스테이터(23)와 상기 아우터 스테이터(22)에 결합되는 권선 코일(24)로 이루어진다.

상기 가동자(25)는 상기 고정자(21)의 아우터 스테이터(22)와 이너 스테이터(23)사이에 직선 왕복 운동 가능하게 삽입되는 원통 형태로 형성되는 자석 홀더(26)와, 그 자석 홀더(26)에 일정 간격을 두고 원주를 따라 결합되는 다수개의 영구자석(27)으로 이루어진다.

상기 공진 스프링유닛(90)은 소정의 면적을 갖도록 절곡 형성되어 상기 전방 프레임(50)과 중간 프레임(40)사이에 위치하도록 그 일 측이 상기 피스톤(70)의 일 축 또는 가동자(24)에 결합되는 스프링 지지대(91)와, 상기 전방 프레임(50)과 스프링 지지대(91)사이에 위치하는 전방 스프링(92)과, 상기 스프링 지지대(91)와 중간 프레임(40)사이에 위치하는 후방 스프링(93)을 포함하여 구성되어 있다.

상기 피스톤(70)은 상기 왕복동식 모터에 연동하도록 상기 가동자(25)의 자석 홀더(26)에 체결됨과 아울러 상기 공진 스프링유닛(90)의 스프링 지지대(91)에체결 고정된다.

도시한 도면중 미 설명 부호 1은 흡입관이고, 2는 토출관이며, 81은 토출커버이고, 82는 토출밸브이며, 83은 밸브 스프링이고, 84는 흡입밸브이며, F는 흡입유로이고, P는 압축공간이다.

상기한 바와 같은 종래 왕복동식 압축기의 작동 및 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 왕복동식 모터(20)에 전원이 공급되어 권선 코일(23)에 전류가 흐르게 되면 그 권선 코일(24)에 흐르는 전류에 의해 상기 아우터 스테이터(22)와 이너 스테이터(23)에 형성되는 플럭스와 영구자석(27)의 상호작용에 의해 그 영구자석(27)을 포함하는 가동자(25)가 직선 왕복 운동하게 된다.

상기 가동자(25)의 직선 왕복 구동력이 상기 피스톤(70)에 전달되고, 그 직선왕복 구동력이 상기 스프링유닛(90)에 탄성에너지로 저장 방출함으로서 공진 운동을 유발시키게 되어 상기 피스톤(70)이 실린더 압축공간(P)에서 직선 왕복 운동함과 동시에 상기 밸브유닛(80)이 작동하면서 가스가 실린더 압축공간(P)으로 흡입되고 압축되어 토출되는 과정을 반복하게 된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 왕복동식 압축기는 상기 실린더(60)와, 그 내부의 압축공간(P) 내주면을 따라 직선왕복 운동하는 상기 피스톤 각각의 마찰면이 높은 정밀도로 가공해야 한다.

또한, 상기 전방 프레임(50)에 체결 고정된 실린더(60)와, 상기 왕복동식 모터(20)에 연동하도록 상기 가동자(25)의 자석 홀더(26)에 체결됨과 아울러 상기 공진 스프링유닛(90)의 스프링 지지대(91)에 체결 조립되는 상기 피스톤(70)의 조립과정 중 누적되는 조립 오차가 발생하게 되고, 이로 인하여 상기 실린더(70)의 압축공간 내부를 직선왕복 운동하는 상기 피스톤(70)이 상기 실린더(60)가 마찰하여 마모가 발생하고, 이러한 마모로 인해 압축가스가 누설되어 압축효율이 저하하는 문제점이 있다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명에 따르면, 상기 실린더의 내부를 직선 왕복 운동하는 피스톤의 조립 시 누적 오차로 인하여 발생되는 실린더와의 마찰로 인한 마모를 방지하기 위한 왕복동식 압축기의 피스톤 마모 방지 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 종래의 왕복동식 압축기의 피스톤 마모 방지 장치를 도시한 종단면도.

도 2는 도 1의 A부분 확대 단면도,

도 3은 본 발명의 왕복동식 압축기의 피스톤 마모 방지 장치를 도시한 종단면도,

도 4는 도 3의 B부분 확대 단면도,

도 5는 본 발명의 왕복동식 압축기의 피스톤 마모 방지 장치의 와류홈을 도시한 부분확대 단면도,

도 6은 본 발명의 왕복동식 압축기의 피스톤 마모 방지 장치의 와류홈을 변형예를 도시한 부분확대 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 설명*

110: 밀폐용기120: 왕복동식 모터

130: 후방프레임140: 중간프레임

150: 전방프레임160: 실린더

170: 피스톤171: 와류홈

상기 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명에 따르면, 실린더의 내부에 슬라이딩 가능하게 삽입 결합되어 직선 왕복 운동하면서 냉매 가스를 흡입하여 압축 후 토출하는 피스톤을 포함하는 왕복동식 압축기에 있어서, 상기 실린더의 내주면에 대향하는 피스톤의 외주면에 냉매가스의 일부를 수용하도록 하는 와류홈이 축방향으로 다수개 형성됨을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 마모 방지 장치에 의해 달성된다.

이하, 본 발명의 왕복동식 압축기는 피스톤 마모 방지 장치를 도시한 도면에 따라 그 구성 및 작동을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 왕복동식 압축기의 피스톤 마모 방지 장치를 도시한 종단면도이고, 도 4는 도 3의 B부분 확대 단면도이며, 도 5는 도 본 발명의 왕복동식 압축기의 피스톤 마모 방지 장치를 도시한 부분확대 단면도이다.

본 발명의 왕복동식 압축기의 피스톤 마모 방지 장치는, 도 3에서 도시한 바와 같이, 밀폐용기(110)와 그 밀폐용기(110)의 내부에 장착되어 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터(120)와, 상기 왕복동식 모터(120)의 양측을 각각 지지하는 후방 프레임(130) 및 중간 프레임(140)과, 상기 중간 프레임(140)에 이어 결합되는 전방 프레임(150)과, 상기 왕복동식 모터(120)와 소정의 거리를 두도록 상기 전방 프레임(150)에 고정 결합되는 실린더(160)와, 상기 왕복동식 모터(120)와 연결됨과 아울러 상기 실린더(160)에 삽입되어 그 왕복동식 모터(120)의 직선 왕복 구동력을 전달받아 상기 실린더(160) 내부에서 직선 왕복 운동하는 피스톤(170)과, 상기 실린더(160) 및 피스톤(170)에 결합되어 그 피스톤(170)의 왕복 운동에 의해 발생되는 압력차에 의해 상기 실린더(160) 내부로 가스를 흡입시키고 토출시키는 밸브유닛(180)과, 상기 왕복동식 모터(120) 및 피스톤(170)의 직선 왕복 운동을 탄성 지지하는 공진 스프링유닛(190)을 포함하여 구성되어 있다.

상기 왕복동식 모터(120)는 고정자(121)와 상기 고정에 의하여 발생되는 자력플럭스에 의하여 직선왕복 운동하는 가동자(25)로 이루어진다.

상기 고정자(21)는 원통 형태로 형성되어 후방 프레임(30) 및 중간 프레임(40)에 고정 결합되는 아우터 스테이터(122)와 상기 아우터 스테이터(122)에 일정 간격을 두고 삽입되는 이너 스테이터(123)와 상기 아우터 스테이터(122)에 결합되는 권선코일(124)로 이루어진다.

상기 가동자(125)는 상기 아우터 스테이터(122)와 이너 스테이터(123)사이에 직선 왕복 운동 가능하게 삽입되는 원통 형태의 자석 홀더(126)와, 그 자석 홀더(125)에 일정 간격을 두고 결합되는 다수개의 영구자석(127)으로 구성되어 상기 피스톤(170)과 연동하도록 결합되어 있다.

상기 공진 스프링유닛(190)은 소정의 면적을 갖도록 절곡 형성되어 상기 전방 프레임(150)과 중간 프레임(140)사이에 위치하도록 그 일측이 상기 피스톤(170)의 일 축 또는 가동자(124)에 결합되는 스프링 지지대(191)와, 상기 전방 프레임(150)과 스프링 지지대(191)사이에 위치하는 전방 스프링(192)과, 상기 스프링 지지대(191)와 중간 프레임(140)사이에 위치하는 후방 스프링(193)을 포함하여 구성되어 있다.

상기 피스톤(170)은 상기 왕복동식 모터(120)에 연동하도록 상기 가동자(125)의 자석 홀더(126)에 체결됨과 아울러 상기 공진 스프링유닛(190)의 스프링 지지대(191)에 체결 조립된다.

또한, 상기 피스톤(170)은, 도 4 또는 도 5에서 도시한 바와 같이, 그 외주면의 원주를 따라 다수열의 와류홈(171)이 형성된다.

상기 와류홈(171)은 상기 피스톤(170)의 외주면과 상기 실린더(160)의 내주면 사이의 미소간극으로 냉매가스가 소용돌이치면서 유동하도록 하여, 상기 피스톤(170)이 실린더(160)의 동심원상에서 직선왕복 운동하도록 하여 마모를 방지하도록 한다.

또한, 상기 와류홈(171)은, 도 6에서 도시한 바와 같이, 상기 피스톤(170)의외주면과 상기 실린더(160)의 내주면 사이의 미소간극으로 냉매가스가 보다 용이하게 유동하도록 소용돌이를 유발하기 위해 유체(流體)의 저항을 최소한으로 하기 위하여 앞부분을 곡선으로 둥글게 하고, 뒤쪽으로 갈수록 뾰족하게 하는 유선형 (流線型) 곡면을 갖도록 형성됨이 보다 더 효과적이다.

도시한 도면중 미 설명 부호 101은 흡입관이고, 102는 토출관이며, 181은 토출커버이고, 182는 토출밸브이며, 183은 밸브 스프링이고, 184는 흡입밸브이며, F는 흡입유로이고, P는 압축공간이다.

상기한 바와 같이, 종래 왕복동식 압축기의 피스톤 마모 방지 장치에 대한 작동 및 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 왕복동식 모터(120)에 전원이 공급되어 권선 코일(124)에 전류가 흐르게 되면 그 권선 코일(124)에 흐르는 전류에 의해 상기 아우터 스테이터(122)와 이너 스테이터(123)에 형성되는 플럭스와 영구자석(127)의 상호작용에 의해 가동자(24)가 직선 왕복 운동하게 된다.

상기 피스톤(170)은 상기 가동자(125)의 자석홀더(126)에 연동하도록 체결 조립됨과 아울러 상기 스프링 유닛(190)의 스프링 지지대(191)에 체결 조립되어 직선 왕복 구동력을 탄성에너지로 저장 방출함으로서 공진하도록 하여 상기 실린더(160)의 압축공간에서 직선 왕복 운동하여 냉매가스를 실린더 압축공간(P)으로 흡입 압축 후 토출하는 냉매가스 압축과정을 반복한다.

또한, 상기 피스톤(170)의 외주면을 따라 형성된 다수 열의 와류홈(171)을 따라 냉매가스가 소용돌이치며 흐르는 와류상태로 상기 실린더(160)와의 미소 간극을 유동하면서 유체 베어링 역할을 수행하여 상기 실린더(160)와의 마찰로 인하여 발생되는 마모를 방지한다.

그리고, 상기 피스톤(170)이 상기 실린더(160)와 미소 간극으로 소용돌이치며 유동하는 냉매가스에 의하여 상기 피스톤(170)이 상기 실린더(160) 내부 동심원상에서 직선왕복 운동하도록 함으로서 상기 피스톤(170)이 상기 자석홀더(126)와 스프링 지지대(191)와 연동하도록 체결 조립 시 발생하는 누적 오차를 보상하도록 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 상기 실린더의 내부를 직선왕복 운동하는 피스톤의 마찰로 인한 마모를 방지하여 냉매가스의 누설을 방지함으로써 압축효율을 향상시키고, 상기 피스톤이 상기 실린더와 동심원상에 위치하도록 하여 피스톤 조립 시 발생하는 누적오차를 보상하며, 마찰로 인한 진동, 소음을 저감시켜 신뢰성을 향상시키는 효과를 갖는다.

Claims (2)

1. 실린더의 내부에 슬라이딩 가능하게 삽입 결합되어 직선 왕복 운동하면서 냉매 가스를 흡입하여 압축 후 토출하는 피스톤을 포함하는 왕복동식 압축기에 있어서,

   상기 실린더의 내주면에 대향하는 피스톤의 외주면에 냉매가스의 일부를 수용하도록 하는 와류홈이 축방향으로 다수개 형성됨을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 마모 방지 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 와류홈은 그 내부에서 냉매가스가 소용돌이치도록 유선형(流線型) 단면으로 형성됨을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 마모 방지 장치.