KR20050051486A - 왕복동식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 본 발명은 프레임에 고정 설치하고 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터와, 왕복동모터와 함께 프레임에 고정하는 실린더와, 왕복동모터의 가동자에 결합하여 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하는 피스톤과, 피스톤의 흡입유로를 개폐하도록 그 선단면에 설치하는 흡입밸브와, 실린더의 선단면에 착탈 가능하게 배치하는 토출밸브와, 토출밸브를 수용하여 실린더의 토출측을 복개하는 토출커버와, 토출밸브와 토출커버 사이에 설치하여 상기한 토출밸브를 탄력적으로 지지하는 밸브스프링을 포함한 왕복동식 압축기에 있어서, 실린더의 선단면과 내주면 사이의 경계영역에 미끄럼안내면을 경사지게 형성하고, 실린더의 선단면에 접하는 토출밸브의 압축면에는 상기한 실린더의 미끄럼안내면에 면접촉하도록 미끄럼개폐면을 형성함으로써, 냉매가스의 토출시 유로저항을 낮춰 냉매가스의 토출을 신속하고 원활하게 할 수 있을 뿐만 아니라 토출밸브의 마모나 변형을 막아 냉매가스의 누설을 미연에 방지하여 압축기 성능을 높일 수 있다. 또, 토출밸브를 복수 개의 밸브스프링으로 지지하되 각 밸브스프링과 토출밸브는 귀맞춤으로 결합함으로써, 밸브스프링의 측힘을 서로 상쇄시켜 토출밸브의 거동을 안정시키고 이를 통해 토출밸브의 개폐시 이상 충돌소음이나 냉매가스의 누설을 막아 압축기의 신뢰성과 성능을 함께 높일 수 있다.

Description

왕복동식 압축기{RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 실린더와 토출밸브의 접촉면을 경사지게 형성하여 밀봉력을 높이면서 유로저항은 낮추고 복수 개의 밸브스프링으로 토출밸브를 지지하여 안정성을 높인 왕복동식 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 왕복동식 압축기는 피스톤이 선형으로 움직이면서 가스를 흡입 압축하는 것으로, 이러한 왕복동식 압축기는 크게 구동모터의 회전운동을 피스톤의 왕복운동으로 전환시켜 가스를 흡입 압축하는 방식과 구동모터가 직선으로 왕복운동을 하면서 피스톤을 왕복운동시켜 가스를 흡입 압축하는 방식이 있다.

도 1은 종래 왕복동식 압축기의 일례를 보인 단면도이고, 도 2는 종래 왕복동식 압축기의 토출밸브조립체를 분해하여 보인 사시도이다.

이에 도시한 바와 같이 종래의 왕복동식 압축기는, 케이싱(10)과, 케이싱(10)의 내부에 탄력적으로 설치하는 프레임유니트(20)와, 프레임유니트(20)에 고정하여 가동자(33)가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터(30)와, 왕복동모터(30)의 가동자(33)에 결합하여 상기한 프레임유니트(20)로 지지하는 압축유니트(40)와, 왕복동모터(30)의 가동자(33)를 운동방향으로 탄력 지지하여 공진운동을 유도하는 공진스프링유니트(50)로 구성하고 있다.

프레임유니트(20)는 왕복동모터(30)의 외측고정자(31)와 내측고정자(32)의 전방측을 지지함과 아울러 압축유니트(40)를 지지하는 전방프레임(21)과, 전방프레임(21)에 결합하여 왕복동모터(30)의 외측고정자(31) 후방측을 지지하고 공진스프링유니트(50)의 전방측 공진스프링(52)을 지지하는 중간프레임(22)과, 중간프레임(22)에 결합하여 공진스프링유니트(50)의 후방측 공진스프링(53)을 지지하는 후방프레임(23)으로 이루어져 있다.

왕복동모터(30)는 전방프레임(21)과 중간프레임(22) 사이에 설치하는 외측고정자(31)와, 외측고정자(31)와 일정 간격을 두고 결합하여 전방프레임(21)에 고정하는 내측고정자(32)와, 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이에 설치하여 직선으로 왕복운동을 하는 가동자(33)로 이루어져 있다.

압축유니트(40)는 소정의 압축공간(S1)을 구비하여 전방프레임(21)에 고정하는 실린더(41)와, 실린더(41)의 압축공간(S1)에서 왕복운동을 하면서 냉매가스를 흡입 압축하는 피스톤(42)과, 피스톤(42)의 선단에 장착하여 그 피스톤(42)의 흡입유로(F)를 개폐하면서 냉매가스의 흡입을 제한하는 흡입밸브(43)와, 실린더(41)의 토출측에 장착하여 압축공간(S1)을 개폐하면서 압축된 냉매가스의 토출을 제한하는 토출밸브 조립체(44)로 이루어져 있다.

실린더(41)는 후술할 토출밸브(44B)의 압축면과 면접촉하는 선단면이 편평한 단순 원통모양으로 형성하고 있다.

토출밸브 조립체(44)는 실린더(41)의 압축공간(S1)에 연통하도록 토출공간(S2)을 구비하여 실린더(41)의 토출측에 장착하는 토출커버(44A)와, 토출커버(44A)의 내부에서 피스톤(42)의 운동방향으로 움직일 수 있도록 구비하여 압축공간(S1)과 토출공간(S2)을 구분하는 토출밸브(44B)와, 토출밸브(44B)의 압력배면에 지지하여 그 토출밸브(44B)가 실린더(41)의 압축공간(S1)을 탄력적으로 개폐하는 한 개의 밸브스프링(44C)으로 이루어져 있다.

토출밸브(44B)는 엔지니어 플라스틱과 같은 소정의 강도를 가지는 비금속 재질을 이용하여 실린더(41)의 압축공간(S1)과 접하는 압축면(44a)은 편평하게 형성하는 반면 압축배면(44b)은 반구형 단면 형상으로 형성하고 있다.

밸브스프링(44C)은 압축코일스프링으로 이루어져 원통형 또는 원추형으로 형성하고 있다. 또, 이 밸브스프링(44C)은 그 일단은 토출커버(44A)의 내측면에 고정하는 반면 타단은 토출밸브(44B)의 압축배면(44b)에 고정하고 있다.

공진스프링유니트(50)는 가동자(33)와 피스톤(42)의 연결부에 결합하는 스프링 지지대(51)와, 스프링 지지대(51)를 중심으로 그 전방측을 지지하는 전방측 공진스프링(52)과, 스프링 지지대(51)의 후방측을 지지하는 후방측 공진스프링(53)으로 이루어져 있다.

도면중 미설명 부호인 61 및 62는 전방측 지지스프링 및 후방측 지지스프링, SP는 가스흡입관, RP는 루프 파이프, DP는 가스토출관이다.

상기와 같은 종래 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 왕복동모터(30)에 전원을 인가하면, 피스톤(42)이 도 3a에서와 같이 전진운동을 할 때 토출밸브(44B)가 밸브스프링(44C)의 탄성력을 이기면서 후퇴하여 압축공간(S1)의 냉매가스가 토출공간(S2)으로 토출되는 반면 도 3b에서와 같이 피스톤(42)이 후진운동을 할 때 압축공간(S1)의 압력이 토출공간(S2)의 압력과 밸브스프링(44C)의 탄성력을 합한 힘 보다 낮아지면서 토출밸브(44B)가 밸브스프링(44C)의 탄성력에 의해 복귀하여 실린더(41)의 압축공간(S1)을 차단하는 일련의 과정을 반복하는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기는, 실린더(41)의 선단면과 이에 접하는 토출밸브(44B)의 압축면(44a)이 모두 편평하게 형성됨에 따라 토출밸브(44B)가 지속적으로 실린더(41)의 선단면과 평면 충돌하면서 상대적으로 연질인 토출밸브(44B)의 가장자리가 원형 띠 모양으로 마멸되거나 변형되면서 실린더의(41) 압축공간(S1)을 긴밀하게 밀봉하지 못하여 냉매가스의 누설을 야기시킬 우려가 있었다.

또, 토출밸브(44B)를 한 개의 압축코일형 밸브스프링(44C)으로 지지함에 따라 밸브스프링(44C)의 측힘(side force)으로 인해 토출밸브(44B)의 거동이 불안정하여 이상소음을 야기하거나 냉매가스의 흡입과 토출이 불균일하게 되어 유동손실을 유발시키는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기의 압축유니트가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 토출밸브가 실린더의 선단면에 접촉하면서 마멸되거나 변형되는 것을 방지하여 냉매가스의 누설을 차단할 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

또, 토출밸브의 개폐동작을 안정시켜 이상소음을 미연에 방지하고 냉매가스의 흡토출을 안정시킬 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 프레임에 고정 설치하고 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터와, 소정의 압축공간을 구비하여 왕복동모터와 함께 프레임에 고정하는 실린더와, 왕복동모터의 가동자에 결합하고 공진스프링으로 탄력 지지하여 상기 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하는 피스톤과, 피스톤의 흡입유로를 개폐하도록 그 선단면에 설치하여 냉매가스의 흡입을 제한하는 흡입밸브와, 실린더의 선단면에 배치하여 냉매가스의 토출을 제한하는 토출밸브와, 토출밸브를 수용하도록 토출공간을 구비하여 실린더의 토출측을 복개하는 토출커버와, 토출밸브와 토출커버 사이에 설치하여 상기한 토출밸브를 탄력적으로 지지하는 밸브스프링을 포함한 왕복동식 압축기에 있어서, 실린더의 선단면과 내주면 사이의 경계영역에 미끄럼안내면을 경사지게 형성하고, 실린더의 선단면에 접하는 토출밸브의 압축면에는 상기한 실린더의 미끄럼안내면에 면접촉하도록 미끄럼개폐면을 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기를 제공한다.

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

도 4는 본 발명 왕복동식 압축기에서 압축유니트의 일례를 보인 단면도이고, 도 5는 본 발명 왕복동식 압축기에서 토출밸브조립체를 분해하여 보인 사시도이며, 도 6은 본 발명 왕복동식 압축기에서 실린더와 토출밸브의 요부를 보인 개략도이고, 도 7a 및 도 7b는 본 발명 왕복동식 압축기에서 토출밸브의 동작상태를 보인 단면도이며, 도 8 및 도 9는 본 발명 왕복동식 압축기에서 토출밸브조립체의 밸브스프링에 대한 변형예를 보인 단면도 및 평면도이고, 도 10 및 도 11은 본 발명 왕복동식 압축기에서 토출밸브조립체의 밸브스프링에 대한 다른 변형예를 보인 단면도 및 평면도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명 왕복동식 압축기는 도 1을 참조하면, 케이싱(10)과, 케이싱(10)의 내부에 탄력적으로 설치하는 프레임유니트(20)와, 프레임유니트(20)에 고정하여 가동자(33)가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터(30)와, 왕복동모터(30)의 가동자(33)에 결합하여 상기한 프레임유니트(20)로 지지하는 압축유니트(100)와, 왕복동모터(30)의 가동자(33)를 운동방향으로 탄력 지지하여 공진운동을 유도하는 공진스프링유니트(50)로 구성한다.

압축유니트(100)는 소정의 압축공간을 구비하여 전방프레임(21)에 고정하는 실린더(110)와, 실린더(110)의 압축공간(S1)에서 왕복운동을 하면서 냉매가스를 흡입 압축하는 피스톤(120)과, 피스톤(120)의 선단에 장착하여 그 피스톤(120)의 흡입유로(F)를 개폐하면서 냉매가스의 흡입을 제한하는 흡입밸브(130)와, 실린더(110)의 토출측에 장착하여 압축공간(S1)을 개폐하면서 압축된 냉매가스의 토출을 제한하는 토출밸브 조립체(140)로 이루어진다.

실린더(110)는 원통 모양으로 형성하되 후술할 토출밸브(142)의 압축면(142a)과 면접촉하는 선단면과 내주면 사이의 경계구역을 이루는 내측 모서리는 모따기하여 미끄럼안내면(110a)을 형성한다.

미끄럼안내면(110a)은 도 6에서와 같이 경사각(α)을 대략 40~50°정도로 형성하는 것이 유효 토출 면적을 가장 크게 할 수 있어 바람직하다.

또, 미끄럼안내면(110a)의 경사면 길이(L1)는 후술할 토출밸브(142)의 미끄럼개폐면(142c)의 경사면 길이(L2) 보다는 길게 형성하는 것이 토출밸브(142)의 마모 또는 변형시에도 밀봉력을 높이는데 바람직하다.

한편, 토출밸브 조립체(140)는 실린더(110)의 압축공간(S1)에 연통하도록 토출공간(S2)을 구비하여 상기 실린더(110)의 토출측에 장착하는 토출커버(141)와, 토출커버(141)의 내부에서 피스톤(120)의 운동방향으로 움직일 수 있도록 구비하여 압축공간(S1)과 토출공간(S2)을 구분하는 토출밸브(142)와, 토출밸브(142)의 압력배면에 지지하여 그 토출밸브(142)가 실린더(110)의 압축공간(S1)을 탄력적으로 개폐하는 밸브스프링(143)으로 이루어진다.

토출밸브(142)는 엔지니어 플라스틱과 같은 소정의 강도를 가지는 비금속 재질을 이용하여 실린더(110)의 압축공간(S1)과 접하는 압축면(142a)은 편평하게 형성하는 반면 압축배면(142b)은 반구형 단면 형상으로 형성하되 압축면(142a)과 압축배면(142b) 사이의 경계부근에는 상기한 실린더(110)의 미끄럼안내면(110a)에 대응하도록 미끄럼개폐면(142c)을 대략 40~50°정도의 경사각(α)으로 형성한다.

또, 미끄럼개폐면(142c)이 경사면 길이(L2)는 전술한 바와 같이 상기한 미끄럼안내면(110a)의 경사면 길이(L1) 보다 짧게 형성하는 것이 바람직하다.

또, 토출밸브(142)의 압축배면(142b)은 앞서 언급한 바와 같이 대략 반구 모양으로 형성하여 도 4 및 도 5에서와 같이 한 개의 밸브스프링으(143)로 지지할 수도 있으나, 경우에 따라서는 도 8 및 도 9에서와 같이 압축배면(142b)을 편평하게 형성하고 그 편평한 압축배면(142b)에 원주방향으로 배치한 수 개(도면에선 3개)의 압축코일형 밸브스프링(143)(143)(143)으로 병렬 지지할 수도 있다.

이 경우 각각의 밸브스프링(143)(143)(143)은 도 9에서와 같이 토출밸브(142)의 중심에서 동일한 원주상에 각 밸브스프링(143)(143)(143)의 중심이 놓이도록 배치하는 것이 토출밸브(142)의 거동을 안정시키는데 바람직하다.

또, 이 경우 각 밸브스프링(143)(143)(143)에서 발생하는 측힘을 상쇄시키기 위하여는 토출밸브(142)의 중심을 기준으로 상호 대칭되게 배치하는 것이 바람직한데, 이를 위하여는 도 10 및 도 11에서와 같이 상기 토출밸브(142)의 압축배면(142b)에는 그 토출밸브(142)의 중심에서 동일한 거리와 동일한 각도에 귀맞춤홈(142d)(142d)(142d)을 형성함과 아울러 각 귀맞춤홈(143d)(143d)(143d)에 삽입하도록 각각의 밸브스프링(143)(143)(143) 끝단에는 감는 방향으로 수직하게 절곡하여 귀맞춤돌기(143a)(143a)(143a)를 형성한다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 작용 효과는 다음과 같다.

즉, 왕복동모터(도 1에 도시)(30)에 전원을 인가하면, 그 왕복동모터의 가동자(33)에 결합한 피스톤(120)이 실린더(110)의 내부에서 왕복운동을 하면서 냉매가스를 압축공간(S1)으로 흡입하였다가 토출공간(S2)으로 압축 토출한다.

이를 보다 상세히 살펴보면, 먼저 도 7a에서와 같이 피스톤(120)이 압축행정을 실시하는 경우에는 압축공간(S1)의 압력이 임계압력 이상으로 압축되는 시점에서 토출밸브(142)가 밸브스프링(143)의 탄성력을 이기면서 후퇴하여 압축공간(S1)이 열리고 이 열린 토출밸브(142)를 통과하여 압축공간(S1)의 냉매가스가 토출커버(141)의 토출공간(S2)으로 토출되는데, 이때 실린더(110)의 선단측과 토출밸브(142)의 가장자리에는 각각 미끄럼안내면(110a)과 미끄럼개폐면(142c)이 경사지게 형성됨에 따라 상기한 토출밸브(142)가 동일한 높이로 열리는 경우 유효 토출 면적이 양쪽 모따기한 만큼 증가하여 토출가스에 대한 유로저항이 감소하고 이로 인해 냉매가스가 신속하게 토출되어 압축기의 성능이 향상된다. 또, 도 8 내지 도 11에서와 같이 복수 개의 밸브스프링(143)(143)(143)의 귀맞춤돌기(143a)(143a)(143a)를 토출밸브(142)의 귀맞춤홈(142d)(142d)(142d)에 끼워 서로 귀맞춤하여 병렬로 배열하는 경우에는 토출밸브(142)가 실린더(110)의 선단면에 대해 거의 수직방향으로 열림에 따라 냉매가스의 토출이 보다 신속하게 이루어질 수 있다.

다음, 도 7b에서와 같이 피스톤(120)이 흡입행정을 실시하는 경우에는 압축공간(S1)의 압력이 밸브스프링(143)의 탄성력과 토출공간(S2)의 압력을 합한 힘 보다 낮아지면서 상기한 토출밸브(142)가 실린더(110)의 압축공간(S1)을 차단하는데, 이때 토출밸브(142)의 미끄럼개폐면(142c)이 실린더(110)의 미끄럼안내면(110a)을 따라 미끄러지면서 접촉함으로써 상대적으로 연질인 토출밸브(142)의 마모 또는 변형을 최소화할 수 있고 설사 토출밸브(142)가 장기간 사용으로 상기한 미끄럼개폐면(142c)이 다소 마모되거나 변형된다 하더라도 토출밸브(142)가 쐐기형상으로 실린더(110)의 미끄럼안내면(110a)에 접촉함에 따라 냉매가스의 누설을 최소화할 수 있다. 또, 이 경우에도 복수 개의 밸브스프링(143)(143)(143)을 서로 귀맞춤하여 원주방향을 따라 병렬로 배치함에 따라 토출밸브(142)가 실린더(110)의 선단면에 대해 거의 수직방향으로 닫혀 토출밸브(142)와 실린더(110) 사이의 이상 충돌소음이나 냉매가스의 누설을 효과적으로 방지할 수 있다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 실린더의 선단측 모서리와 이에 대향하는 토출밸브의 가장자리를 경사지게 접촉하도록 형성함으로써, 냉매가스의 토출시 유로저항을 낮춰 냉매가스의 토출을 신속하고 원활하게 할 수 있을 뿐만 아니라 토출밸브의 마모나 변형을 막아 냉매가스의 누설을 미연에 방지하여 압축기 성능을 높일 수 있다.

또, 토출밸브를 복수 개의 밸브스프링으로 지지하되 각 밸브스프링과 토출밸브는 귀맞춤으로 결합함으로써, 밸브스프링의 측힘을 서로 상쇄시켜 토출밸브의 거동을 안정시키고 이를 통해 토출밸브의 개폐시 이상 충돌소음이나 냉매가스의 누설을 막아 압축기의 신뢰성과 성능을 함께 높일 수 있다.

도 1은 종래 왕복동식 압축기의 일례를 보인 단면도,

도 2는 종래 왕복동식 압축기의 토출밸브조립체를 분해하여 보인 사시도,

도 3a 및 도 3b는 종래 왕복동식 압축기에서 토출밸브의 동작상태를 보인 단면도,

도 4는 본 발명 왕복동식 압축기에서 압축유니트의 일례를 보인 단면도,

도 5는 본 발명 왕복동식 압축기에서 토출밸브조립체를 분해하여 보인 사시도,

도 6은 본 발명 왕복동식 압축기에서 실린더와 토출밸브의 요부를 보인 개략도,

도 7a 및 도 7b는 본 발명 왕복동식 압축기에서 토출밸브의 동작상태를 보인 단면도,

도 8 및 도 9는 본 발명 왕복동식 압축기에서 토출밸브조립체의 밸브스프링에 대한 변형예를 보인 단면도 및 평면도,

도 10 및 도 11은 본 발명 왕복동식 압축기에서 토출밸브조립체의 밸브스프링에 대한 다른 변형예를 보인 단면도 및 평면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

110 : 실린더 110a : 미끄럼안내면

120 : 피스톤 130 : 흡입밸브

140 : 토출밸브 조립체 141 : 토출커버

142 : 토출밸브 142a : 압축면

142b : 압축배면 142c : 미끄럼개폐면

142d : 귀맞춤홈 143 : 밸브스프링

143a : 귀맞춤돌기

Claims (5)

1. 프레임에 고정 설치하고 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터와, 소정의 압축공간을 구비하여 왕복동모터와 함께 프레임에 고정하는 실린더와, 왕복동모터의 가동자에 결합하고 공진스프링으로 탄력 지지하여 상기 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하는 피스톤과, 피스톤의 흡입유로를 개폐하도록 그 선단면에 설치하여 냉매가스의 흡입을 제한하는 흡입밸브와, 실린더의 선단면에 배치하여 냉매가스의 토출을 제한하는 토출밸브와, 토출밸브를 수용하도록 토출공간을 구비하여 실린더의 토출측을 복개하는 토출커버와, 토출밸브와 토출커버 사이에 설치하여 상기한 토출밸브를 탄력적으로 지지하는 밸브스프링을 포함한 왕복동식 압축기에 있어서,

   실린더의 선단면과 내주면 사이의 경계영역에 미끄럼안내면을 경사지게 형성하고, 실린더의 선단면에 접하는 토출밸브의 압축면에는 상기한 실린더의 미끄럼안내면에 면접촉하도록 미끄럼개폐면을 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   실린더의 미끄럼안내면 길이가 토출밸브의 미끄럼개폐면 길이 보다 적어도 같거나 길게 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   실린더의 미끄럼안내면과 토출밸브의 미끄럼개폐면의 경사각은 40~50°인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   밸브스프링은 적어도 3개 이상의 압축코일스프링을 원주방향으로 병렬 배치하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
5. 제4항에 있어서,

   토출밸브의 압축배면에는 압축코일스프링의 개수 만큼의 귀맞춤홈을 동일한 원주 상에 동일한 간격으로 형성하고, 밸브스프링의 끝단에는 상기한 토출밸브의 각 귀맞춤홈에 각각 삽입하도록 귀맞춤돌기를 절곡 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.