KR20050018154A - 왕복동식 압축기의 공진스프링 지지구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 공진스프링 지지구조에 관한 것으로서, 본 발명은 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터와, 왕복동모터와 함께 상기 프레임에 고정 설치하는 실린더와, 실린더의 내주면에 미끄러지게 삽입하고 상기 왕복동모터의 가동자에 결합하여 직선 왕복운동을 하면서 냉매가스를 압축하는 피스톤과, 왕복동모터의 가동자와 피스톤을 연결하는 연결부의 전후 양측을 탄력지지하여 상기 가동자와 피스톤의 공진운동을 유도하는 복수 개의 공진스프링과, 피스톤에 볼트 체결하는 몸체부 및 이 몸체부의 외주면에 원주방향을 따라 방사상으로 연장 형성하여 공진스프링의 일단을 지지하는 지지부를 가지는 스프링지지대를 포함한 왕복동식 압축기에 있어서, 스프링지지대는 서로 이웃하는 지지부 간 사이의 몸체부에 볼트 체결을 위한 볼트구멍을 형성함으로써, 각 지지부 사이의 잔류면적을 넓혀 강도를 보강하고 이를 통해 스프링지지대의 휨현상을 막아 피스톤의 스트로크 길이를 안정화시키고 이를 통해 압축기의 성능 저하를 미연에 방지할 수 있다.

Description

왕복동식 압축기의 공진스프링 지지구조{SPRING SUPPORTING STRUCTURE FOR RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기의 공진스프링 지지구조에 관한 것으로서, 특히 스프링지지대의 꺾임을 방지할 수 있는 왕복동식 압축기의 공진스프링 지지구조에 관한 것이다.

일반적으로 왕복동식 압축기는 피스톤이 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 가스를 흡입 압축하여 토출시키는 것으로, 도 1은 종래 입형 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도이다.

도 1은 종래 왕복동식 압축기의 내부를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 종래의 왕복동식 압축기는, 케이싱(10)의 내부에 탄력 지지하여 설치하는 프레임유니트(20)와, 프레임유니트(20)에 고정하여 직선 구동력을 발생하는 왕복동모터(30)와, 프레임유니트(20)에 지지하여 유체를 흡입 압축하는 압축유니트(40)와, 프레임유니트(20)와 왕복동모터(30)의 가동자(33) 사이에 결합하여 상기 가동자(33)와 압축유니트(40)의 피스톤(42)이 함께 공진 운동을 하도록 유도하는 공진스프링유니트(50)를 포함하고 있다.

프레임유니트(20)는 왕복동모터(30)의 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 일측면을 함께 지지함과 아울러 압축유니트(40)의 실린더(41)를 삽입하여 지지하는 전방프레임(21)과, 전방프레임(21)에 결합하여 왕복동모터(30)의 외측고정자(31) 타측면을 지지하고 후술할 전방측 공진스프링(51)을 지지하는 중간프레임(22)과, 중간프레임(22)에 결합하여 외측고정자(31)와 내측고정자(32)의 타측면을 함께 지지하고 후술할 후방측 공진스프링(52)을 지지하는 후방프레임(23)으로 이루어져 있다.

왕복동모터(30)는 전방프레임(21)과 중간프레임(22) 사이에 고정 설치하는 외측고정자(31)와, 외측고정자(31)의 내측에 일정 공극을 두고 압축유니트(40)의 실린더(41)에 결합하는 내측고정자(32)와, 압축유니트(40)의 피스톤(42)에 결합하여 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이의 공극(Air gap)에서 상기 피스톤(42)과 함께 직선으로 왕복운동을 하는 가동자(33)로 이루어져 있다.

압축유니트(40)는 전방프레임(21)에 삽입하여 고정하는 실린더(41)와, 왕복동모터(30)의 가동자(33)에 결합하여 실린더(41)의 압축공간(P)에서 왕복운동을 하는 피스톤(42)과, 피스톤(42)의 선단에 장착하여 상기 피스톤(42)의 흡입유로(F)를 개폐하면서 냉매가스의 흡입을 제한하는 흡입밸브(43)와, 실린더(41)의 토출측에 장착하여 압축공간(P)을 개폐하면서 압축가스의 토출을 제한하는 토출밸브조립체(44)로 이루어져 있다.

공진스프링유니트(50)는 왕복동모터(30)의 가동자(33)와 압축유니트(40)의 피스톤(42)에 함께 결합한 스프링지지대(51)와, 스프링지지대(51)의 일측면과 이에 대응하는 왕복동모터(30)의 측면 또는 상기 왕복동모터(30)의 측면에 밀착한 중간프레임(22)의 일측면 사이에 복수 개로 구비하는 전방측 공진스프링(52)과, 스프링지지대(51)의 타측면과 이에 대응하는 후방프레임(23)의 내측면 사이에 복수 개로 구비하는 후방측 공진스프링(53)으로 이루어져 있다.

스프링지지대(51)는 도 2 및 도 3에서와 같이 측면투영시 환형으로 몸체부(51A)를 형성하고, 그 몸체부(51A)의 외주면에는 "+"자 모양으로 배열하여 각각 복수 개씩의 전방측 공진스프링(52)과 후방측 공진스프링(53)을 지지하는 수직측 지지부(51B)와 수평측 지지부(51C)를 형성하며, 그 중 수직측 지지부(51B)는 상기한 전방측 공진스프링(52)과 후방측 공진스프링(53)이 서로 중첩구간을 갖도록 후방측으로 절곡하여 형성하고 있다.

몸체부(51A)는 그 중앙에 피스톤(42)의 흡입유로(F)와 연통하도록 흡입통공(51a)을 형성하고, 흡입통공(51a)의 주변에는 스프링지지대(51)의 왕복운동시 전후 간 가스통로를 이루는 가스통공(51b)을 형성하며, 가스통공(51b) 사이에는 스프링지지대(51)를 피스톤(42)에 볼트 체결하기 위한 볼트구멍(51c)을 형성하고 있다.

수직측 지지부(52B)와 수평측 지지부(52C)는 도 3에서와 같이 각 지지부(52B)(52C)에 대한 스프링지지점의 중심을 잇는 제1 사잇각(α1)과 어느 한 쪽 지지부(52B)에 대한 스프링지지점의 중심과 이에 인접한 다른 지지부(52C)의 스프링지지점의 중심 사이를 잇는 제2 사잇각(α2)을 상이하게 형성하고 있다.

상기와 같은 종래 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 왕복동모터(30)에 전원을 인가하여 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이에 플럭스(flux)가 형성되면, 가동자(33)와 피스톤(42)이 함께 플럭스의 방향에 따라 움직이면서 공진스프링유니트(50)에 의해 직선으로 왕복운동을 하고, 이와 함께 피스톤(42)이 실린더(41)의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 실린더(41)의 압축공간(P)에 압력차를 발생시킴으로써 냉매가스를 흡입하여 일정 압력까지 압축하였다가 토출하는 일련의 과정을 반복한다.

이때, 스프링지지대(51)의 수직측 지지부(51B)와 수평측 지지부(51C)에는 각각 복수 개씩의 전방측 공진스프링(52)과 후방측 공진스프링(53)으로 지지하되 전방측 공진스프링(52)과 후방측 공진스프링(53)의 스프링선 끝단이 상호 대칭하도록 배열하여 가동자(23)와 피스톤(42)이 측력에 의해 기울어지지 않으면서 안정적으로 왕복운동을 할 수 있게 되는 것이었다.

그러나, 상기와 같이 종래 왕복동식 압축기에 있어서는, 공진스프링을 강한 압력으로 압축하여 스프링지지대(51)로 지지함에도 불구하고 도 3에서와 같이 스프링지지대(51)의 수직측 지지부(52)와 수평측 지지부(53) 사이에 비교적 폭이 넓고 길이가 긴 가스통공(51b)을 형성할 뿐만 아니라 각 지지부(52B)(52C) 사이의 간격이 상이함에 따라 각 지지부(51B)(51C) 사이의 강도가 약해져 공진스프링(52)(53)의 탄성력에 의해 상기한 스프링지지대(51)의 각 지지부(51B)(51C)가 휘어지면서 피스톤(42)의 스트로크 길이를 불균일하게 하여 결국 압축기의 성능을 저하시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 스프링지지대의 수직측 지지부와 수평측 지지부 간 강도를 높여 각 지지부가 휘어지는 것을 방지할 수 있는 왕복동식 압축기의 스프링 지지구조를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터와, 왕복동모터와 함께 상기 프레임에 고정 설치하는 실린더와, 실린더의 내주면에 미끄러지게 삽입하고 상기 왕복동모터의 가동자에 결합하여 직선 왕복운동을 하면서 냉매가스를 압축하는 피스톤과, 왕복동모터의 가동자와 피스톤을 연결하는 연결부의 전후 양측을 탄력지지하여 상기 가동자와 피스톤의 공진운동을 유도하는 복수 개의 공진스프링과, 피스톤에 볼트 체결하는 몸체부 및 이 몸체부의 외주면에 원주방향을 따라 방사상으로 연장 형성하여 공진스프링의 일단을 지지하는 지지부를 가지는 스프링지지대를 포함한 왕복동식 압축기에 있어서, 스프링지지대는 서로 이웃하는 지지부 간 사이의 몸체부에 볼트 체결을 위한 볼트구멍을 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 공진스프링 지지구조를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 공진스프링 지지구조를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 왕복동식 압축기에서 스프링지지대를 포함한 요부를 보인 사시도이고, 도 5는 본 발명 왕복동식 압축기에서 스프링지지대를 보인 배면도이며, 도 6은 본 발명 왕복동식 압축기에서 스프링지지대의 규격을 설명하기 위하여 보인 개략도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명의 왕복동식 압축기는, 왕복동식 모터(도 1에 도시)(30)의 가동자(33)에 결합하는 피스톤(도 1에 도시)(42)을 공진스프링(52)(53)으로 지지하여 실린더(도 1에 도시)(41)에서 직선으로 왕복운동을 하도록 유도하되 이 공진스프링(52)(53)을 지지하는 스프링지지대(100)에 피스톤(42)에 볼트체결을 위한 볼트구멍의 위치를 조절하여 상기한 스프링지지대(100)가 스프링력에 의해 휘어지는 것을 방지하도록 하는 것이다.

이를 위해, 스프링지지대(100)는 피스톤(42)의 후면에 볼트 고정하는 몸체부(110)와, 이 몸체부(110)의 외주면에 상기한 공진스프링(52)(53)을 지지하는 수직측 지지부(120) 및 수평측 지지부(130)를 도 5에서와 같이 동일한 간격과 동일한 폭으로 형성하여 이루어진다.

예컨대, 각 지지부(120)(130)에 복수 개씩의 공진스프링(52)(53)을 지지한다고 할 때 각 지지부(120)(130)에 대한 스프링지지점의 중심을 잇는 제1 사잇각(β1)과 어느 한 쪽 지지부(120)에 대한 스프링지지점의 중심과 이에 인접한 다른 지지부(130)의 스프링지지점의 중심 사이를 잇는 제2 사잇각(β2)을 동일하게 형성하여 이루어진다.

몸체부(110)는 환형으로 형성하여 그 중앙에 피스톤(42)의 가스유로(F)와 연통하도록 흡입통공(111)을 관통 형성하고, 흡입통공(111)의 주변에는 몸체부(110)의 전후 간 냉매가스의 통로를 이루는 복수 개의 가스통공(112)을 형성하며, 가스통공(112)의 사이에는 상기한 스프링지지대(100)를 피스톤(42)에 볼트 체결하기 위한 볼트구멍(113)을 형성한다.

가스통공(112)은 도 6에서와 같이 원호모양으로 길게 형성하되 대략 몸체부(110)의 중심에서 수직측 지지부(120) 또는 수평측 지지부(130)의 중심을 잇는 가상선을 기준으로 좌우 대칭되도록 상기 각 지지부(120)(130)의 중심을 기준으로 좌우 양측이 동일한 원호길이(L1)(L1)로 형성하는 것이 각 지지부(120)(130)의 강도를 균일하게 유지하는데 바람직하다.

또, 가스통공(112)은 몸체부(110)의 중심에서 각 지지부(120)(130)의 양단을 잇는 가상선 사이에 위치하도록 형성하는 것이 각 지지부(120)(130)의 강도를 높이는데 바람직하다.

볼트구멍(113)은 도 6에서와 같이 진원형으로 형성하되 그 내경(D)은 대략 가스통공(112)의 단축 길이(h) 보다 작게 형성하는 것이 각 지지부(120)(130) 사이의 몸체부(110) 면적을 넓힐 수 있어 바람직하다. 또, 볼트구멍(113)은 서로 이웃하는 지지부(120)(130)의 사이에 위치하도록 형성하되, 몸체부(110)의 중심에서 이웃하는 양쪽 지지부(120)(130)의 끝단을 잇는 가상선 사이에 위치하도록 형성하는 것이 상기한 수직측 지지부(120)와 수평측 지지부(130) 사이의 여유폭을 유지할 수 있어 바람직하다.

한편, 볼트구멍(113)은 가급적이면 각 지지부(120)(130)의 중심을 기준으로 좌우 양측의 동일한 원호길이(L2)(L2)로 형성하는 것이 스프링지지대(100)에 고른 체결력을 발생하여 강도를 더욱 높일 수 있는데, 이를 위하여는 각 수직측 지지부(120)와 수평측 지지부(130)의 폭과 간격을 동일하게 형성하고, 각각의 지지부(120)(130)에 지지하는 전방측 공진스프링(52)과 후방측 공진스프링(53)의 간격을 동일하게 배치하는 것이 바람직하다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명 왕복동식 압축기의 공진스프링 지지구조가 가지는 작용 효과는 다음과 같다.

즉, 도 1을 참고하면 왕복동모터(30)에 전원을 인가하여 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이에 플럭스(flux)가 형성되면, 가동자(33)와 피스톤(42)이 함께 플럭스의 방향에 따라 움직이면서 공진스프링유니트(150)에 의해 직선으로 왕복운동을 하고, 이와 함께 피스톤(42)이 실린더(41)의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 실린더(41)의 압축공간(P)에 압력차를 발생시킴으로써 냉매가스를 흡입하여 일정 압력까지 압축하였다가 토출하는 일련의 과정을 반복한다.

여기서, 공진스프링을 조립할 때에나 또는 압축기를 기동할 때 전방측 공진스프링(52)이나 후방측 공진스프링(53)에는 강한 반발력이 생겨 이 각각의 공진스프링(52)(53)을 지지하는 프레임(22)(23)이나 스프링지지대(100)에 큰 응력이 발생하게 되나, 프레임(22)(23)과 같은 고정체의 경우에는 그 형상이나 강도보강 측면에서 다소 자유로운 측면이 있는 반면 가동체인 스프링지지대(100)의 경우에는 그 형상이나 강도보강이 압축기 효율과 밀접하게 관련됨에 따라 일정 정도 제약이 뒤따르게 된다.

이를 감안하여 본 발명에서는 스프링지지대(100)의 전체적인 형상이나 두께 등은 그대로 유지한 상태에서 볼트구멍(113)과 가스통공(112)의 위치를 바꿔 상대적으로 강도가 약한 양쪽 지지부(120)(130) 사이의 강도를 보강한 것이다. 예컨대, 가스통공(112)은 가급적 넓게 형성하는 것이 전후 통풍을 위해 바람직한 반면 볼트구멍(113)은 가스통공(112)에 비해 상대적으로 직경이나 면적이 작아 가스통공(112)을 각 지지부(120)(130)의 반경방향 범위에 위치시키고 볼트구멍(113)을 양쪽 지지부(120)(130) 사이에 위치시킴으로써 스프링지지대의 강도를 현저하게 개선하는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 공진스프링 지지구조는, 공진스프링을 지지하는 지지부의 사이에 볼트구멍을 위치시키고 상기 지지부의 범위에 넓은 가스통공을 위치시킴으로써, 각 지지부 사이의 잔류면적을 넓혀 강도를 보강하고 이를 통해 스프링지지대의 휨현상을 막아 피스톤의 스트로크 길이를 안정화시키고 이를 통해 압축기의 성능 저하를 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 종래 왕복동식 압축기의 내부를 보인 종단면도,

도 2 및 도 3은 종래 왕복동식 압축기에서 스프링지지대를 분리하여 보인 사시도 및 배면도,

도 4는 본 발명 왕복동식 압축기에서 스프링지지대를 포함한 요부를 보인 사시도,

도 5는 본 발명 왕복동식 압축기에서 스프링지지대를 보인 배면도,

도 6은 본 발명 왕복동식 압축기에서 스프링지지대의 규격을 설명하기 위하여 보인 개략도.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

52 : 전방측 공진스프링 53 : 후방측 공진스프링

100 : 스프링지지대 110 : 몸체부

111 : 흡입통공 112 : 가스통공

113 : 볼트구멍 120 : 수직측 지지부

130 : 수평측 지지부

Claims (5)

1. 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터와, 왕복동모터와 함께 상기 프레임에 고정 설치하는 실린더와, 실린더의 내주면에 미끄러지게 삽입하고 상기 왕복동모터의 가동자에 결합하여 직선 왕복운동을 하면서 냉매가스를 압축하는 피스톤과, 왕복동모터의 가동자와 피스톤을 연결하는 연결부의 전후 양측을 탄력지지하여 상기 가동자와 피스톤의 공진운동을 유도하는 복수 개의 공진스프링과, 피스톤에 볼트 체결하는 몸체부 및 이 몸체부의 외주면에 원주방향을 따라 방사상으로 연장 형성하여 공진스프링의 일단을 지지하는 복수 개의 지지부를 가지는 스프링지지대를 포함한 왕복동식 압축기에 있어서,

   스프링지지대는 서로 이웃하는 지지부 간 사이의 몸체부에 볼트 체결을 위한 볼트구멍을 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 공진스프링 지지구조.
2. 제1항에 있어서,

   볼트구멍은 몸체부의 중심에서 이웃하는 공진스프링의 중심을 잇는 가상선 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 공진스프링 지지구조.
3. 제1항에 있어서,

   볼트구멍의 사이에는 스프링지지대의 전후 통풍을 위해 가스통공을 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 공진스프링 지지구조.
4. 제3항에 있어서,

   가스통공은 몸체부의 중심에서 각 지지부의 중심을 잇는 가상선을 기준으로 대칭되게 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 공진스프링 지지구조.
5. 제1항에 있어서,

   지지부는 공진스프링을 지지하는 스프링지지점의 중심간 사잇각을 동일하게 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 공진스프링 지지구조.