KR20070061787A - 냉매 압축기 - Google Patents

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KR20070061787A
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도시히코 오타
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마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
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Abstract

토출밸브장치를 포함하는 냉매 압축기는, 토출밸브장치가 실린더의 압축실과 소통하는 토출구멍(125)을 갖고 바닥면에 개방하는 오목부(124)와, 토출구멍을 덮는 토출 리드(130)와, 토출 리드 상에 배열된 판스프링으로 형성된 스톱퍼(132)를 포함하는 방식으로 구성되고, 토출 리드(130)와 스톱퍼(132)의 일단이 오목부의 바닥면에 고정되고 스톱퍼(132)의 타단이 접촉부(128)와 접촉하므로 스톱퍼(132)와 오목부(124)의 바닥면은 그 사이에 공간을 형성하며, 토출 리드(130)는 이 공간에 배열된다. 높은 압축 효율과 소음 레벨이 낮은 편차를 갖는 냉매 압축기가 제공될 수 있다.

Description

냉매 압축기{REFRIGERANT COMPRESSOR}
본 발명은 냉장고에 사용되는 냉매 압축기에 관한 것이다.
지금까지의 냉매 압축기는 작동중에 소음의 변동을 감소하면서 냉매 압축기의 토출 리드(discharge reed)의 개폐시 손실을 저감시킴으로써 에너지 효율을 향상시키는 토출밸브장치를 구비한 압축기로서, 일본국 특개 2004-218537호(이하 특허문헌 1)에 개시되어 있다.
이제 도면을 참조하면서 종래 기술의 냉매 압축기를 이하에 설명한다.
도 9는 특허문헌 1에 기술된 종래기술에서의 냉매 압축기의 종단면도이고, 도 10은 특허문헌 1에 개시된 종래기술에서의 냉매 압축기의 평면 단면도이며, 도 11은 특허문헌 1에 개시된 종래기술의 냉매 압축기의 주요부의 확대도이다.
도 9 내지 도 11에서, 냉내 압축기는 밀폐용기(1)에 저장된 오일(2), 밀폐용기(1)로 개방하는 흡입관(3)과 밀폐용기(1)에 장착된 토출관(15)을 포함한다. 밀폐용기(1)는 전동모터(4)와 전동모터에 의해 구동되는 압축요소(5)를 수용한다.
압축요소(5)는 피스톤(8), 실린더(9), 밸브판(12), 흡입머플러(13), 토출밸브장치(10)를 기밀하는 실린더헤드(14), 및 실린더헤드(14)와 토출관(15)을 소통하는 토출소통관(16)을 포함한다.
이 경우의 피스톤(8)은 커넥팅로드(6)를 통해 샤프트(7)에 연결되고 실린더(9)에서 왕복운동한다. 밸브판(12)은 실린더(9)의 내부와 소통하는 토출밸브장치(10)와 흡입밸브(11)를 구비하고 있다. 토출밸브장치(10)는 실린더(9)의 개방단부에 배치되며, 실린더(9)의 외부면에 설치되어 있다. 흡입 머플러(13)의 차음부(17)의 단부는 흡입밸브(11)와 소통되며, 그 타단은 그 부근의 밀폐용기(1)에 장착된 흡입관(3)을 향해 개방되어 있다. 여기서, 차음부(17)는 흡입 머플러(13)의 차음공간을 구성하는 부분이다.
이어서, 이제 도 11을 참조하면서, 토출밸브장치(10)를 상세히 설명한다. 토출밸브장치(10)는 토출밸브시트(20), 토출밸브시트(20)로부터 오목부(19)의 반대측에 형성된 토대(21), 토출 리드(23), 및 스톱퍼(25)를 포함한다.
토출밸브시트(20)는 밸브판(12)에 형성된 흡입포트(18)의 외주를 에워싸는 돌기로서 밸브판(12)의 실린더(9)의 외부측(도 11에서 바깥측) 상의 오목부(19)에 설치되어 있다. 토출 리드(23)는 토대(21)의 일단에 고정되어 있고 토출밸브시트(20)를 개폐하는 개폐부(22)를 포함한다. 스프링 리드(24)와 토출 리드(23)가 스톱퍼(25)와 토대(21) 사이에 유지되도록 스톱퍼(25)를 토대(21)에 고정하고 있다.
스프링 리드(24)는 스프링 리드 고정부(26) 부근에 굽힘부(27)에 의해 스톱퍼(25)와 토출 리드(23) 각각에 관해서 소정 공간을 유지하면서 고정되고 있다. 스톱퍼(25)는 일단에서 토대(21)에 고정되고 타단에서 밸브판(12)의 접촉부(28)에 대항하여 접촉하며, 소정 공간이 스프링 리드(24)에 관해서 유지된다.
전술한 바와 같이 구성된 냉매 압축기의 운동은 이하에 설명한다.
전동모터(4)가 회전할 때, 샤프트(7)는 회전하고, 샤프트(7)의 회전은 커넥팅로드(6)로 전달되며, 즉 피스톤(8)은 왕복운동한다. 외부냉각회로(도시생략)로부터 유입한 냉매는 흡입관(3)을 통해 밀폐용기(1)에 일단 방출되며, 피스톤(8)이 왕복운동될 때, 냉매는 밀폐용기(1)로부터 흡입머플러(13)로 흡입되며, 흡입밸브(11)를 통해 간헐적으로 실린더(9)로 흡입된다.
실린더(9)로 흡입된 냉매는 피스톤(8)에 의해 압축되며, 밸브판(12)의 토출구멍(18)을 통해 '외부'측을 향해 토출 리드(23)의 개폐부(22)를 가압하고 개방함으로써 실린더 헤드(14)로 일단 방출된다. 실린더 헤드(14)로 방출된 냉매는 토출소통관(16)과 토출관(15)을 통해 다시 외부냉각 회로(도시생략)로 토출된다.
스톱퍼(25)는 고정 밸브시트(21)와 반대 단부에서 밸브판(12)의 접촉부(28)와 접촉한다. 스톱퍼(25)는 스프링 리드(24)의 굽힘부(27)의 굽힘각도를 조절함으로써 스프링 리드(24), 스톱퍼(25)와 토출 리드(23) 사이에 공간을 높은 정밀도로 일정하게 유지한다.
전술한 종래기술의 구성에서, 스톱퍼(25), 스프링 리드(24), 및 토출 리드(23)가 밸브판(12)의 토대(21)에 고정될 때, 스톱퍼(25)의 단부를 밸브판(12)의 접촉부(28)에 접촉하도록 한다. 스톱퍼(25)의 단부와 접촉부(28)가 간섭할 때 스톱퍼(25)를 변형함으로써 스톱퍼(25)의 단부와 접촉부(28) 사이에 공간이 발생되지 않는 방식으로 구성되어 있다. 이 구성에서, 스톱퍼(25)의 전술한 변형을 유발하고, 고정됨으로써 발생하는 유지력의 성분력이 스톱퍼(25)로부터 밸브판(12)의 접촉부(28)로 작용하기 때문에, 토출 리드(23)는 토대(21)에 균일하게 가압되지 않는 다.
그 결과, 토출 리드(23)의 상승이 발생하고 토출 리드(23)의 개폐부(22)와 토출밸브(20) 사이에 공간이 발생하고, 냉매 가스의 역 흐름에 의한 압축 효율의 저하가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 냉매 압축기는 토출밸브장치를 구비한 밸브판을 포함하고 토출밸브장치는 바닥면에 개방된 실린더의 압축실과 소통하는 토출구멍을 갖는 오목부와, 토출구멍을 덮는 토출 리드와, 토출 리드 상에 배열된 판 스프링으로 형성된 스톱퍼를 포함한다. 토출 리드와 스톱퍼의 일단은 오목부의 바닥면에 고정되며, 스톱퍼의 타단은 밸브판에 설치된 접촉부에 접촉시킴으로써, 오목부의 바닥면과 스톱퍼가 서로에 대한 공간을 갖고, 토출 리드는 공간에 배열된다. 높은 조립 정밀도, 높은 압축 효율 및 낮은 소음 변동을 갖는 냉매 압축기가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 냉매 압축기의 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 냉매 압축기의 평면 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 냉매 압축기의 주요부를 도시하는 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 냉매 압축기의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 냉매 압축기의 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 냉매 압축기의 평면 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 냉매 압축기의 주요부를 도시하는 확대 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 냉매 압축기의 분해 사시도이다.
도 9는 종래 냉매 압축기의 종단면도이다.
도 10은 종래 냉매 압축기의 종단면도이다.
도 11은 종래 냉매 압축기의 주요부를 도시하는 확대 단면도이다.
본 발명은 전동모터와, 전동모터에 의해 구동된 압축요소와, 상기 전동모터와 압축요소를 수용하고 내부에 오일을 저장하는 밀폐용기를 포함하는 냉매 압축기이다. 상기 압축요소는 피스톤을 수용하는 실린더와, 실린더의 외측에 토출밸브장치가 설치되고 실린더의 개방 단부를 밀폐하는 밸브판을 포함한다. 토출밸브장치는 밸브판에 형성된 토출 구멍과, 상기 토출구멍을 에워싸도록 상기 실린더의 외측의 밸브판 상에 형성된 토출밸브시트와, 실린더의 외측에 밸브판 상에 형성된 토대(pedestal)와, 상기 토출밸브시트를 개폐하는 토대에 일단이 고정된 개폐부를 갖는 토출 리드와, 상기 토출 리드의 개폐부에 관해 소정 공간을 유지하기 위한 스톱퍼를 포함한다. 판 스프링으로 형성되는 스톱퍼는 일단이 단부를 고정하는 토출 리드를 갖는 밸브판의 토대에 고정되며, 타단이 밸브판에 형성된 접촉부와 접촉한다.
스톱퍼와 토출 리드가 밸브판의 토대에 고정될 때, 스톱퍼의 단부는 밸브판의 접촉부와 접촉하므로, 스톱퍼와 토출 리드 사이에 고정밀도를 갖는 소정 공간이 확보된다.
스톱퍼는 판 스프링으로 제조된다. 판 스프링에 대한 재료로서, 스텐인레스스틸 판 스프링(JIS G4313), 예컨대 스프링 스틸(JIS G4810)이 적합하다. 스톱퍼에 대한 판 스프링의 두께는 0.2 mm - 1.5 mm가 바람직하다. 전술한 바와 같이 이런 밸브 스프링은 본 발명의 양호한 스톱퍼로 기능할 수 있다.
스톱퍼가 스프링 특성을 갖기 때문에, 스톱퍼로부터 접촉부로 인가된 고정력의 성분력은 스톱퍼의 미세한 변형으로 흡수될 수 있다. 따라서, 토대에 관한 고정력이 균일하게 되기 때문에, 토출 리드는 토출밸브시트로부터 상부로 상승하는 것을 방지하며, 실린더로부터 토출된 냉매 가스의 역 흐름이 발생하지 않는다. 이 구성에서, 높은 압축 효율을 갖는 냉매 압축기가 제공될 수 있다.
본원에서, 스톱퍼는 토출 리드에 관해 스페이서의 중간에 고정될 수 있다. 그리고, 스페이서는 스톱퍼와 토출 리드 사이에 배치된다. 따라서, 굽힙 과정에 인가되지 않고 스톱퍼가 밸브판의 접촉부와 접촉할 수 있기 때문에, 토출 리드에 관한 소정 공간은 고정밀도로 확보될 수 있으며, 또한 굽힙 과정이 생략될 수 있다. 따라서, 압축 효율과 소음의 요동이 적으며, 저렴한 냉매 압축기가 제공될 수 있다.
본원에서, 소결금속의 밸브판과 소결 금속의 재료 표면으로 밸브판에 설치된 접촉부와 토대를 형성하는 것이 또한 가능하다. 따라서, 고정밀도를 갖는 금속 금형의 형상이 토대와 접촉부 사이에 계단(step)으로 반영될 수 있으므로, 토출 리드와 스톱퍼 사이에 소정 공간이 고정밀도로 확보될 수 있다. 따라서, 압축효율과 소음의 요동이 적은 냉매 압축기가 제공될 수 있다.
본원에서, 압축요소는 실린더와 소통하는 차음부를 구비한 흡입 머플러를 포함할 수 있고 흡입 머플러 반대에 흡입포트를 설치하고 밀폐용기에 장착된 흡입관의 개방단부로 개방하거나, 흡입관의 개방 단부와 소통하도록 한다. 따라서, 외부냉각회로(도시생략)로부터 유입한 냉매는 열을 수용하지 않고 실린더로 흡입된다. 따라서, 압축효율이 추가로 증가된다. 한편, 외부냉각회로부터 다시 복귀된 액체 냉매의 압축이 발생하기 위한 구조이지만, 토출구멍으로부터 분사된 액체 냉매에 의해 일단 변형된 스톱퍼는 그 스프링 특성에 의해 초기 형상으로 바로 복귀한다. 따라서, 오작동 없고 고내구성을 갖는 냉매 압축기가 제공될 수 있다.
본원에서, 탄화수소가 압축되는 냉매로 사용될 수 있으며, 광유 또는 알킬 벤젠이 오일로 사용될 수 있다. 통상적으로, 오일과 발포 현상을 유발하기 쉬운 냉매의 결합에 의해 액체 압축이 매우 빈번히 발생하는 경우에도, 토출구멍으로부터 상당한 힘으로 분사된 오일과 액체 냉매의 혼합에 의해 일단 변형된 스톱퍼는 스프링 특성에 의해 초기 형상으로 복귀되므로, 따라서 오작동 없고 높은 내구성을 갖는 냉매 압축기가 제공될 수 잇다.
이제 도면을 참조하면서, 본 발명에 따른 냉매 압축기의 실시형태를 기술한다. 본 발명은 실시형태에 제한되지 않는다.
(제1 실시형태)
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 냉매 압축기의 종단면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 냉매 압축기의 평면 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 냉매 압축기의 주요부를 도시하는 확대 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 냉매 압축기의 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 4에서, 밀폐용기(101)는 외부냉각회로(도시생략)에 연결된 토출관(102)과 흡입관(103)을 포함한다. 광유로 형성된 오일(104)은 밀폐용기(101)의 바닥부에 저장되며, 밀폐용기(101)의 내부는 R600a와 같은 탄화수소로 형성된 냉매(105)로 채워져 있다. 밀폐용기(101)는 고정자(106)와 회전자(107)를 포함하는 전동모터(108)와 이 전동모터에 의해 구동된 압축요소(109)를 수용한다.
이어서, 압축요소(109)의 구성을 설명한다.
압축요소(109)는 전동모터(108)의 회전자(107)에 삽입 고정되는 샤프트(110)와, 실린더 블록(113)을 포함한다. 실린더 블록(113)은 샤프트(110)를 회전가능하게 지지하는 동시에 압축실(111)을 형성하는 실린더(112)를 포함한다. 피스톤(114)은 실린더(112) 내로 삽입되며, 샤프트(110)와 피스톤(114)은 커넥팅로드(115)에 의해 연결된다.
실린더(112)의 개방 단부에 배치되고 소결 금속으로 형성된 밸브판(116)은 실린더(112)의 내부와 소통하는 흡입밸브(117)와 토출밸브장치(119)를 포함한다. 토출밸브장치(119)는 실린더(112)의 외측(도 1에서 우측) 상의 밸브판(116)에 설치되며, 실린더 헤드(118)에 의해 밀폐된다.
차음부(121)의 단부는 수지로 형성된 흡입 머플러(120)를 통해 흡입밸브(117)와 소통한다. 차음부(121)와 소통하는 흡입부(122)는 밀폐용기(101)에 장착된 흡입관(103)의 개방 단부(123)를 향해 근접하게 개방된다.
이어서, 토출밸브장치(119)의 구성은 도 3 및 도 4를 이용하여 상세히 설명 한다. 도 3 및 도 4에서 "외부" 은 압축실(111)에 관해 실린더(112)의 외측을 도시하며, "내부"는 실린더의 내측을 도시한다.
밸브판(116)은 실린더(112)의 외측에 토출밸브장치(119)를 구성하는 오목부(124)를 포함한다. 오목부(124) 바닥에는 토출구멍(125)이 형성되며, 토출구멍(125)을 에워싸는 돌기로 형성된 토출밸브시트(126)가 형성되어 있다. 오목부(124)의 바닥에는 토출밸브시트(126)와 동일 높이를 갖는 토대(127)가 형성되어 있다. 접촉부(128)는 토출구멍(125)을 중간에 토대(127)의 반대측에 형성되어 있다. 오목부(124)의 바닥으로부터의 높이와 비교할 때, 접촉부(128)는 토대(127)보다 높게 형성되어 있다.
토출밸브장치(119)를 구성하는 토대(127)와 접촉부(128)는 동일한 소결금속금형으로 형성되며, 표면은 추가로 가공되지 않은 소결금속의 재료표면으로 유지된다. 토대(127)는 돌출된 핀 구멍(129)이 형성된다. 토출 리드(130), 스프링 리드(131), 및 스톱퍼(132)는 이 순서로 토대(127)에 적층되며, 핀 구멍(129)에 코킹 핀(133)에 의해 고정된다.
판 스프링으로 형성된 토출 리드(130)는 개폐부(134)를 포함하며, 개폐부(134)는 토출밸브시트(126)를 개폐한다. 또한 스프링 리드(131)는 판 스프링 재료로 형성되어 있다. 스프링 리드(131)는 스프링 리드 고정부(135) 부근의 스프링 리드 굽힘부(136)에서 굽힘 형성되며, 소정의 공간이 스프링 리드(131)와 토출 리드(130) 사이, 및 스프링 리드(131)와 스톱퍼(132) 사이에 각각 확보된다.
판 스프링 재료로 형성된 스톱퍼(132)는 굽힘에 의해 대략 크랭크 형상으로 형성된 스톱퍼 굽힘부(137), 스톱퍼 고정부(138) 및 조절부(139)를 포함한다. 코킹 핀(133)을 이용하여 스톱퍼 고정부(138)에서 스톱퍼(132)를 토대(127)에 고정함으로써, 조절부(139)의 단부는 접촉부(128)에 접촉하고, 스톱퍼(132)와 오목부(124)의 바닥면 사이에 소정 공간이 확보된다.
이어서, 전술한 바와 같이 구성된 냉매 압축기의 동작과 작용을 설명한다.
전동모터(108)에 의해 압축요소(109)가 구동될 때, 샤프트(110)는 전동모터(108)의 회전자(107)와 함께 회전한다. 샤프트(110)의 회전은 커넥팅로드(115)를 통해 피스톤(114)을 왕복운동한다. 피스톤(114)이 실린더(112) 내에서 왕복운동할 때, 외부냉각회로(도시생략)로부터 유입한 탄화수소로 구성된 냉매(105)는 흡입관(103)을 통해 흡입 머플러(120)로 직접적으로 흡입되며, 흡입밸브(117)를 통해 차음부(121)로부터 실린더(112)의 압축실(111)로 유입된다.
압축실(111) 내로 유입한 냉매(105)는 실린더(112) 내를 왕복운동하는 피스톤(114)에 의해 압축되고, 토출밸브장치(119)를 통과하고, 실린더 헤드(118)로 일단 방출된 후 토출관(102)으로부터 다시 외부냉각회로(도시생략)로 토출된다. 이 경우, 흡입관(103)으로부터 유입한 냉매(105)는 흡입 머플러(102)로 직접적으로 흡입되도록 채택된다. 즉, 이들 단계는 직접 흡입장치이므로, 전동모터(108)로부터 상당한 열을 받지 않고 냉매가 압축실(111)에 도달하므로, 압축 효율이 증가될 수 있다.
냉매(105)는 압축실(111)로부터 실린더헤드(118)로 토출된다. 즉, 압축실(111) 내부의 압력 증가로 인해, 냉매(105)가 압축되고 외부 방향으로 토출 리드 (130)를 개방하며, 냉매(105)는 실린더 헤드(118)로 간헐적으로 유입한다.
토출 리드(130)가 개방하기 시작하는 압축 과정의 초기에는, 토출 리드(130)와 스프링 리드(131) 사이에 소정 공간이 확보되기 때문에, 토출 리드(130)만이 개방된다. 이 운동에서, 압축실(111)에서 저압으로 개방될 수 있으므로, 압축과 연관된 입력 손실이 감소될 수 있다.
압축 과정의 중기에는, 토출 리드(130) 및 스프링 리드(131)가 압축실(111)로부터 분사된 냉매(105)에 의해 부착 상태에서 외부 방향으로 변형되며, 스톱퍼(132)와 접촉한다. 부착 상태에서 스톱퍼(132)와 접촉하는 토출 리드(130)와 스프링 리드(131)에 의해, 토출구멍(125)의 개방 면적을 최대로 하면서, 토출 리드(130)와 스프링 리드(131)의 굽힘 손상이 방지될 수 있다.
압축 과정이 종료되고, 토출 리드(130)가 폐쇄될 때, 스프링 리드(131)의 복원력이 토출 리드(130)의 복원력에 추가되므로, 토출 리드(130)는 내부 방향으로 복원되고 토출밸브시트(126)와 접촉하므로, 토출구멍(125)을 폐쇄한다. 따라서, 토출 리드(130)의 폐쇄하는 시간 지연을 경감함으로써, 실린더 헤드(118)로 토출된 냉매(105)가 압축실(111)로 역류하는 것을 방지한다.
이어서, 토출밸브장치(119)의 작용을 설명한다.
토출밸브장치(119) 조립시, 스톱퍼(132)의 일단은 코킹 핀(133)에 의해 밸브판(116)에 고정되고 스톱퍼(132)의 타단은 밸브판(116)의 접촉부(128)와 접촉한다. 이 구성에서, 스프링 리드(131)와 스톱퍼(132)의 조절부(139) 사이에 소정 공간이 확보된다.
토대(127)와 접촉부(128) 사이의 위치에 공간이 형성된다. 토대(127)와 접촉부(128)는 동일한 소결 금속 금형에 의해 형성되며, 표면은 추가로 가공되지 않은 소결 금속의 재료 표면으로 유지된다. 따라서, 고정밀도로 소결 금속 금형의 치수가 스톱퍼(132)와 밸브판(116) 사이에 공간으로 반영되기 때문에, 치수의 편차가 작고 매우 높은 치수 정밀도가 확보된다.
그 결과, 토출 리드(130)의 개방량 또는 폐쇄하는 시간 지연의 편차가 상당히 감소되므로, 최적 개방량 또는 폐쇄하는 시간 지연이 달성될 수 있다. 따라서, 압축 효율의 향상 뿐만 아니라, 소음 수준의 편차의 최소화가 달성될 수 있다.
한편, 스톱퍼(132)의 일단은 코킹 핀(133)에 의해 토대(127)에 고정되며, 타단이 접촉부(128)와 간섭하므로, 접촉부(128)에 관한 공간은 스톱퍼(132)를 변형하면서 제거될 수 있다. 이 경우, 스톱퍼(132)가 판 스프링으로 형성되기 때문에, 강성이 낮다. 따라서, 코킹 핀(133)에 의해 발생된 스톱퍼(132)를 변형하는 코킹력의 성분력이 접촉부(128)에 인가되는 경우에도, 스톱퍼(132)에는 미세한 탄성 변형이 발생되므로, 밸브판(116)의 접촉부(128)로 인가된 코킹력의 성분력은 경감된다. 그 결과, 코킹 핀(133)의 가압력은 스톱퍼 고정부(138)에 균일하게 작용하므로, 코킹 핀(133)의 상방으로 상승 또는 토출 리드(130) 또는 스프링 리드(131)의 상방으로 상승을 거의 제거할 수 있다.
토출 리드(130)가 토출밸브시트(126)로부터 상방으로 상승되지 않기 때문에, 실린더 헤드(118)로부터 냉매(105)의 역류가 방지되므로, 고성능의 냉매 압축기가 제공될 수 있다. 스프링 리드(131)의 상방으로 상승이 사실상 제거되기 때문에, 스프링 리드(131)와 스톱퍼(132)의 조절부(139) 사이에 설정된 소정 공간이 확보될 수 있으므로, 압축 효율이 향상되며, 소음 레벨의 편차가 제거될 수 있다.
이어서, 냉매 압축기가 본 실시형태에서 냉매 압축을 유발하는 케이스를 설명한다.
차음부(121)와 소통하는 흡입 머플러(120)의 흡입포트(122)는 밀폐용기(101)에 장착된 흡입관(103)의 개방 단부(123)를 향해 근접하게 개방된다. 따라서, 냉동 사이클 시스템으로부터 냉매(105)가 미증발 액체 상태로 복귀될 때, 액체 상태의 냉매(105)가 압축실(111)로 흡입되고 압축되는 케이스가 될 수 있다.
탄화수소와 같은 냉매(105)는 광유와 같은 오일(104)과 큰 융화성을 갖는다. 따라서, 냉매 압축기의 정지시 오일(104)에 혼합된 냉매(105)가 냉매 압축기의 기동 초기 단계에서 갑자기 거품이 발생하는 것과 같은 현상이 발생할 수 있다. 거품 오일(104)은 냉매(105)와 함께 흡입 머플러(120)로 직접적으로 흡입되며, 흡입밸브(117)를 통해 차음부(121)로부터 실린더(112)의 압축실(111)로 유입하고, 압축된다.
그 결과, 액체 상태의 냉매(105) 또는 오일(104)을 함유하는 냉매(105)는 토출구멍(125)으로부터 강한 힘으로 분사되고 외부측을 향해 스톱퍼(132)를 상당히 변형시킨다.
그러나, 스톱퍼(132)는 판 스프링으로 형성되기 때문에, 스톱퍼(132)의 변형은 탄성 변형이다. 따라서, 액체의 압축이 종료되고 압축 가스 냉매의 정상 상태가 복귀될 때, 스톱퍼(132)는 초기 형상으로 동시에 복귀한다. 따라서, 액체 압축 이 발생될 때에도 거의 파손되지 않으므로 높은 내구성을 갖는 냉매 압축기가 제공된다.
본 실시형태에서, 흡입 머플러(120)는 밀폐용기(101)에 장착된 흡입관(103)의 개방 단부(123)를 향해 근접하게 개방되는 차음부(121)와 소통하는 흡입포트(122)를 갖는 구조가 실시예로 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 흡입포트(122)와 흡입관(103)의 개방 단부(123)가 직접적으로 소통하는 구조에서도 동일한 효과가 또한 얻어질 수 있다.
(제2 실시형태)
도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 냉매 압축기의 종단면도이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 냉매 압축기의 평면 단면도이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 냉매 압축기의 주요부를 도시하는 확대 단면도이고, 도 8은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 냉매 압축기의 분해 사시도이다.
도 5 내지 도 8에서, 밀폐용기(201)에는 외부냉각회로(도시생략)에 연결된 토출관(202)과 흡입관(203)이 설치되어 있다. 밀폐용기(201)는 그 바닥부에 광유로 형성된 오일(204)을 저장하고 밀폐용기(201)의 내부는 R600a와 같은 탄화수소로 형성된 냉매(205)로 채워져 있다. 밀폐용기(201)는 고정자(206)와 회전자(207)를 포함하는 전동모터(208), 및 전동모터에 의해 구동된 압축요소(209)를 수용한다.
이어서, 압축요소(209)의 주요 구성을 상세히 설명한다.
압축요소(209)는 전동모터(208)의 회전자(207)에 삽입 고정되는 샤프트(210)와 실린더 블록(213)을 포함한다. 실린더 블록(213)은 샤프트(210)를 회전가능하 게 지지하며, 압축실(211)을 형성하는 실린더(212)를 포함한다. 피스톤(214)은 실린더(212)의 내부에 삽입되며, 샤프트(210)와 피스톤(214)은 커넥팅 로드(215)에 의해 연결되어 있다.
실린더(212)의 개방 단부에 배치되고 소결금속으로 형성된 밸브판(216)에는 실린더(212)의 내부와 소통하는 흡입밸브(217)와 토출밸브장치(219)를 갖는다. 토출밸브장치(219)는 실린더(212)의 외측(외부측)에 밸브판(216)을 구비하며, 실린더 헤드(218)에 의해 밀폐된다.
소음공간을 구성하는 차음부(221)의 단부는 수지로 형성된 흡입 머플러(220)를 통해 흡입밸브(217)와 소통한다. 차음부(221)와 소통하는 흡입포트(222)는 밀폐용기에 장착된 흡입관(203)의 개방 단부(223)를 향해 근접하게 개방된다.
이어서, 토출밸브장치(219)의 구성을 도 7 및 도 8을 이용하여 상세히 설명한다. 도 7 및 도 8의 "외부"는 실린더(212)의 외측을 도시하고 "내부"는 실린더의 내측을 도시한다.
밸브판(216)은 실린더(212)의 외측에 오목부(224)를 포함한다. 오목부(224) 바닥에는 토출구멍(225)이 형성되며, 토출구멍(225)을 에워싸는 돌기의 상태의 토출밸브시트(226)가 형성되어 있다. 오목부(224) 바닥에는 토출밸브시트(226)와 동일한 높이를 갖는 토대(227)가 형성되어 있다. 접촉부(228)는 토대(227)보다 얕은 토출구멍(225) 중간에 토대(227)의 반대측에 형성되어 있다. 즉, 오목부(224)의 바닥과의 높이를 비교할 때, 접촉부(228)는 토대(227)보다 높게 형성되어 있다.
토출밸브장치(229)를 구성하는 토대(227) 및 접촉부(228)는 동일한 소결 금 속 금형으로 형성되며, 그 표면은 추가적으로 가공되지 않은 소결 금속의 재료 표면으로 유지된다. 토대(227)에는 핀 구멍(229)이 형성되어 있다. 토출 리드(230), 스프링 리드(231), 스페이서(232) 및 스톱퍼(234)는 이 순서로 토대(227)에 적층되며, 코킹 핀(235)에 의해 핀 구멍(229)에 고정된다.
판 스프링으로 형성된 토출 리드(230)는 토출밸브시트(226)를 개폐하는 개폐부(236)를 포함한다. 스프링 리드(231)는 또한 판 스프링 재료로 형성되어 있다. 스프링 리드(231)는 스프링 리드 고정부(237) 근방의 스프링 리드 굽힘부(238)에서 굽혀지고 형성되며, 토출 리드(230)와 스톱퍼(234)에 소정 공간이 각각 확보된다.
판 스프링 재료로 제조된 스톱퍼(234)는 스톱퍼 고정부(239)와 조절부(240)를 포함한다. 스톱퍼(234)는 스톱퍼 고정부(239)에서 코킹 핀(235)에 의해 토대(227)에 고정된다. 이 때, 스톱퍼 고정부(239)와 스프링 리드 고정부(237) 사이에 스페이서(232)를 개재하기 위해서 이들 사이에 배치되어 있다. 스페이서(232)는 스톱퍼(234)와 오목부(224)의 바닥면 사이에 소정 공간을 확보할 수 있다. 스톱퍼(234)의 조절부(240)의 단부는 접촉부(228)와 접촉한다.
전술한 바와 같이 구성된 냉매 압축기의 동작과 작용을 설명한다.
압축요소(209)가 전동모터(208)에 의해 구동될 때, 샤프트(210)는 전동모터(208)의 회전자(207)를 회전한다. 샤프트(210)의 회전은 커넥팅로드(215)를 통해 피스톤(214)을 왕복운동한다. 피스톤(214)이 실린더(212)의 내부에서 왕복운동할 때, 외부냉각회로(도시생략)로부터 유입한 탄화수소로 형성된 냉매(205)는 흡입관(203)을 통해 흡입 머플러(220)로 직접적으로 흡입되며, 흡입밸브(217)를 통해 차 음부(221)로부터 실린더(212)의 압축실(211)로 유입한다.
압축실(211)로 유입한 냉매(205)는 실린더(212)의 내부에서 왕복운동하는 피스톤(214)에 의해 압축되고, 토출밸브장치(219)를 통과하고, 실린더 헤드(218)로 일단 방출된 후 다시 외부냉각회로(도시생략)로 토출된다. 이 경우, 흡입관(203)으로부터 유입한 냉매(205)는 흡입 머플러(220)로 직접적으로 흡입된다. 즉, 이들 단계는 직접 흡입 시스템이므로 전동모터(208)로부터 상당한 열을 받지 않고 압축실(211)에 도달하므로, 압축 효율이 증가될 수 있다.
냉매(205)는 압축실(211)로부터 실린더 헤드(218)로 토출된다. 즉, 압축실(211) 내부의 압력 증가는 냉매(205)에 의해 외부 방향으로 토출 리드(230)를 가압하고 개방하며, 냉매(205)는 실린더 헤드(218)로 간헐적으로 유입한다.
토출 리드(230)가 개방하기 시작하는 압축 과정의 초기 기간에서, 토출 리드(230)와 스프링 리드(231) 사이에 소정 공간이 확보되기 때문에, 토출 리드(230)만이 개방된다. 이 운동에서, 압축실(211)에서 저압으로 개방될 수 있으므로, 압축에 연관된 입력 손실이 감소될 수 있다.
압축 과정의 중간 범위에서, 압축실(211)로부터 분사된 냉매(205)에 의해, 토출 리드(230)와 스프링 리드(231)는 부착 상태에서 스톱퍼(234)와 접촉한다. 부착 상태에서 스톱퍼(234)와 접촉하는 토출 리드(230)와 스프링 리드(231)에 의해, 토출 구멍(225)의 개방 영역이 최대화되는 동시에, 토출 리드(230)와 스프링 리드(231)의 굽힘 손상이 방지될 수 있다.
압축 과정이 종료되고, 토출 리드(230)가 밀폐될 때, 토출 리드(230)의 복원 력과 스프링 리드(231)의 복원력이 토출 리드(230)를 밀폐하도록 부가된다. 따라서, 토출 리드(230)의 밀폐하는 시간 지연을 경감함으로써, 실린더 헤드(218)로 토출된 냉매(205)는 압축실(211)에 반대로 흐르는 것이 방지된다.
이어서, 토출밸브장치(219)의 작용을 설명한다.
토출밸브장치(219) 조립시, 스톱퍼(234)의 단부는 스페이서(232)를 통해 코킹 핀(235)에 의해 밸브판(216)에 고정되는 동시에 스톱퍼(234)의 타단은 밸브판(216)의 접촉부(228)와 접촉한다. 이 구성에서, 스프링 리드(231)와 스톱퍼(234)의 조절부(240) 사이에 소정 공간이 확보된다.
공간은 토대(227)와 접촉부(228) 사이의 위치에 형성된다. 토대(227)와 접촉부(228)는 동일한 소결 금속 금형으로 형성되고 표면은 추가로 가공되지 않은 소결 금속의 재료 표면으로 유지된다. 따라서, 고정밀도로 소결 금속 금형의 치수가 스톱퍼(234)와 밸브판(216) 사이의 공간으로 반영되기 때문에, 치수의 편차가 작고 매우 높은 치수 정밀도가 확보된다. 스톱퍼(234)와 스프링 리드(231) 사이에 스페이서(232)를 개재하기 위해서 이들 사이에 스페이서(232)를 배치함으로써, 스톱퍼(234)와 오목부(224)의 바닥면 사이에 소정 공간이 확보될 수 있다. 평판 스프링 재료가 사용되기 때문에, 치수를 제어하는 것이 어려운 판 스프링 재료의 굽힘 형성이 생략될 수 있으며, 토출밸브장치(219) 조립시 고정밀도가 유지될 수 있다.
그 결과, 토출 리드(230)의 개방량 또는 폐쇄하는 시간 지연의 편차가 매우 감소되므로, 최적 개방량 또는 폐쇄 시간 지연이 달성될 수 있다. 따라서, 압축 효율의 증가 뿐만 아니라, 소음 레벨 편차의 최소화가 달성될 수 있다.
한편, 스톱퍼(234)는 일단에서 코킹 핀(235)에 의해 토대(227)에 고정되며, 타단에서 접촉부(228)와 접촉함으로써, 접촉부(228)에 관한 공간은 스톱퍼(234)를 변형하면서 제거될 수 있다. 이 경우, 스톱퍼(234)가 판 스프링으로 형성되기 때문에, 강성이 낮다. 따라서, 코킹 핀(235)에 의해 발생된 스톱퍼(234)를 변형하는 코킹력의 성분력이 접촉부(228)에 인가되는 경우에도, 미소한 탄성 변형이 스톱퍼(234)에 발생되므로, 밸브판(216)의 접촉부(228)로 인가된 코킹력의 성분력이 경감된다. 그 결과, 핀(235)의 코킹 가압력이 스톱퍼 고정부(239)에 균일하게 작용하므로, 코킹 핀(235)의 상방으로 상승 또는 토출 리드(230)의 상승 또는 스프링 리드(231) 상방 상승은 사실상 제거될 수 있다.
토출 리드(230)가 토출밸브시트(226)로부터 상방으로 상승되지 않기 때문에, 실린더 헤드(218)로부터의 냉매(205)의 역류가 방지되므로, 고효율의 냉매 압축기가 제공될 수 있다. 스프링 리드(231)의 상방으로 상승이 사실상 제거되기 때문에, 스프링 리드(231)와 스톱퍼(234)의 조절부(240) 사이에 소정 공간 설정이 확보될 수 있고, 압축 효율이 향상되며, 소음 레벨의 편차가 최소화될 수 있다.
다음에, 냉매 압축가가 이 실시형태에서 액체 압축을 유발하는 케이스를 설명한다.
차음부(221)와 소통하는 흡입 머플러(220)의 흡입포트(222)는 밀폐용기(201)에 장착된 흡입관(203)의 개방 단부(223)를 향해 근접하게 개방된다. 따라서, 냉동 사이클 시스템으로부터 냉매(205)가 미증발 액체 상태로 복귀될 때, 액체 상태의 냉매(205)가 압축실(211)로 흡입되어, 압축되는 케이스가 존재할 수 있다.
탄화수소와 같은 냉매(205)는 광유와 같은 오일(204)과 큰 융화성을 갖는다. 따라서, 냉매 압축기가 정지될 때 오일(204)에 혼합된 냉매(205)가 냉매 압축기의 기동 초기에 갑자기 거품이 발생하는 것과 같은 현상이 발생할 수 있다. 거품 오일(204)은 냉매(205)와 함께 흡입 머플러(220)로 직접적으로 흡입되며, 흡입밸브(217)를 통해 차음부(221)로부터 실린더(212)의 압축실(211)로 유입하고 이를 압축한다.
그 결과, 액체 상태의 냉매(205) 또는 오일(204)을 함유하는 냉매(205)는 토출구멍(225)으로부터 강한 힘으로 분사되고 외부측을 향해 스톱퍼(234)를 상당히 변형한다.
그러나, 스톱퍼(234)가 판 스프링으로 형성되기 때문에, 스톱퍼(234)의 변형은 탄성 변형이다. 따라서, 액체의 압축이 종료되고 압축 가스 냉매의 정상 상태가 복귀될 때, 스톱퍼(234)는 초기 형상으로 동시에 복귀한다. 따라서, 액체 압축이 발생될 때에도 거의 파손되지 않으므로 높은 내구성을 갖는 냉매 압축기가 제공된다.
본 실시형태에서, 흡입 머플러(220)가 밀폐용기(220)에 장착된 흡입관(203)의 개방 단부(223)를 향해 근접하게 개방되는 차음부(221)와 소통하는 흡입포트(222)를 갖는 구조가 실시예로 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 흡입포트(222)와 흡입관(203)의 개방 단부(223)가 직접적으로 소통하는 구조에서도 동일한 효과가 또한 얻어질 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 냉매 압축기에 따르면, 외부냉각회로로부터 액체 냉매 또는 오일의 복귀량이 큰 경우에도, 또는 냉매 압축기가 정지될 때 오일에 액체 냉매의 양이 용해된 경우에도, 오동작 없이 높은 신뢰성을 갖는 냉매 압축기가 제공될 수 있으므로, 공조 또는 산업용 대형 냉장고에 적용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 밀폐용기에 압축요소와 오일을 수용하는 냉매 압축기로서,
    상기 압축요소는, 실린더와, 상기 실린더에서 왕복운동하는 피스톤과, 상기 실린더의 개방 단부를 밀봉하는 동시에 상기 실린더의 외측에 토출밸브장치를 구비하는 밸브판을 포함하고,
    상기 토출밸브장치는, 상기 밸브판에 형성된 토출구멍과, 상기 토출구멍 주위에 설치된 토출밸브시트와, 상기 실린더의 외측의 밸브판에 형성된 토대와, 상기 토대에 일단이 고정되고 상기 토출밸브시트를 개폐하는 개폐부를 갖는 토출 리드와, 상기 토출 리드의 외측에 배열되고 상기 토출 리드의 개폐부에 관해 공간을 유지하는 스톱퍼를 가지며,
    상기 스톱퍼는 판 스프링 형태로 형성되고, 상기 스톱퍼는 일단에서 상기 토출 리드로 상기 토대에 고정되며, 상기 스톱퍼는 타단에서 상기 밸브판에 형성된 접촉부에 접촉하는 냉매 압축기.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 스톱퍼는 대략 크랭크 형상으로 절곡된 형상을 갖는 냉매 압축기.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 토출밸브장치는 스페이서를 추가로 포함하고, 판 형상의 스톱퍼는 상기 토출 리드와 함께 고정되며, 상기 스페이서는 상기 스톱퍼와 상기 토출 리드 사이에 배치되는 냉매 압축기.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브판은 소결금속으로 형성되며, 상기 접촉부와 상기 토대는 추가로 처리되지 않은 소결금속재료 표면으로 형성되는 냉매 압축기.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 밀폐용기에 장착되는 흡입관을 추가로 포함하고,
    상기 압축요소는 흡입 머플러를 포함하고,
    상기 흡입 머플러는 상기 실린더와 소통하는 차음부와, 흡입포트를 포함하고,
    상기 흡입포트는 상기 흡입관의 개방 단부를 향해 개방하거나 상기 흡입관의 개방 단부와 소통하는 냉매 압축기.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 냉매는 탄화수소이고, 오일은 광유 또는 알킬 벤젠인 냉매 압축기.
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