KR20090041735A - 리니어 압축기의 토출밸브 - Google Patents

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양윤석
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Abstract

본 발명은 토출밸브 스프링에 의해 축방향으로 탄성 지지되고, 실린더와 피스톤 사이에 형성된 압축 공간을 개폐시키는 리니어 압축기의 토출밸브에 있어서, 금속 재질의 본체; 그리고, 본체를 감싸도록 코팅된 플라스틱 재질의 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 토출밸브를 제공하기 때문에 강도를 확보하는 동시에 재료를 절감시킬 수 있는 이점이 있다.
리니어 압축기, 실린더, 피스톤, 압축공간, 토출밸브, 본체, 코팅층

Description

리니어 압축기의 토출밸브 {DISCHARGE VALVE FOR LINEAR COMPRESSOR}
본 발명은 리니어 압축기의 토출밸브에 관한 것으로서, 특히 강도를 확보하는 동시에 재료를 절감시킬 수 있는 리니어 압축기의 토출밸브에 관한 것이다.
일반적으로 왕복동식 압축기는 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키도록 구성된다.
최근에는 왕복동식 압축기는 구동모터의 회전력을 피스톤의 왕복 직선 운동력으로 전환하기 위하여 크랭크 축 등과 같은 구성부품을 포함하기 때문에 운동전환에 의한 기계적인 손실이 크게 발생되는 문제점이 있는데, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 리니어 압축기가 많이 개발되고 있다.
이러한 리니어 압축기는 특히 피스톤이 왕복 직선 운동하는 리니어 모터에 직접 연결되도록 하여 운동전환에 의한 기계적인 손실이 없어 압축효율을 향상시킬 뿐 아니라 구조가 간단하고, 이러한 리니어 모터로 입력되는 전원을 제어하여 그 작동을 제어할 수 있기 때문에 다른 압축기에 비해 소음이 작아 실내에서 사용되는 냉장고 등과 같은 가전기기에 많이 적용된다.
도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 일예가 도시된 도면이다.
종래의 리니어 압축기는 쉘(미도시) 내측에 프레임(1), 실린더(2), 피스톤(3), 흡입밸브(4), 토출밸브 어셈블리(5), 리니어 모터(6), 모터 커버(7), 서포터(8), 본체 커버(9), 메인 스프링들(S1,S2), 머플러 어셈블리(10)로 이루어진 구조체가 탄성 지지되도록 설치된다.
실린더(2)가 프레임(1)에 끼움 고정되고, 토출밸브(5a), 토출캡(5b), 토출밸브 스프링(5c)으로 이루어진 토출밸브 어셈블리(5)가 실린더(2)의 일단을 막아주도록 설치되는 반면, 피스톤(3)이 실린더(2) 내측에 삽입되고, 박형의 흡입밸브(4)가 피스톤(2)의 출구(3a)를 개폐시키도록 설치된다.
리니어 모터(6)는 이너스테이터(6a)와 아우터스테이터(6b) 사이에 간극을 유지하면서 영구자석(6c)이 왕복 직선 운동 가능하도록 설치되되, 영구자석(6c)이 연결부재(6d)에 의해 피스톤(3)과 연결되도록 설치되고, 이너스테이터(6a)와 아우터스테이터(6b) 및 영구자석(6c) 사이에 상호 전자기력에 의해 영구자석(6c)이 왕복 직선 운동하면서 피스톤(3)을 작동시킨다.
모터 커버(7)는 아우터스테이터(6b)를 고정시키기 위하여 아우터스테이터(6b)를 축방향으로 지지하는 동시에 프레임(1)에 볼트 고정되고, 본체 커버(9)는 모터 커버(7)에 결합되되, 모터 커버(7)와 본체 커버(9) 사이에는 피스톤(3)의 다른 일단과 연결된 서포터(8)가 메인 스프링들(S1,S2)에 의해 축방향으로 탄성 지지되도록 설치되고, 냉매를 흡입시키는 머플러 어셈블리(10) 역시 서포터(8)와 같이 체결된다.
이때, 메인 스프링들(S1,S2)은 서포터(8)를 기준으로 상하 및 좌우 대칭되는 위치에 4개의 전방 스프링(S1) 및 4개의 후방 스프링(S2)을 포함하되, 리니어 모터(6)가 작동됨에 따라 전방 스프링들(S1)과 후방 스프링들(S2)이 반대로 거동하면서 피스톤(3) 및 서포터(8)를 완충시킨다. 그 외에도 압축공간(P) 측의 냉매가 일종의 가스 스프링으로 작용하여 피스톤(3) 및 서포터(8)를 완충시킨다.
따라서, 리니어 모터(6)가 작동되면, 피스톤(3) 및 이와 연결된 머플러 어셈블리(10)가 왕복 직선 운동하게 되고, 압축공간(P)의 압력이 가변됨에 따라 흡입밸브(4) 및 토출밸브 어셈블리(5)의 작동이 자동적으로 조절되며, 이와 같은 작동에 의해 냉매가 쉘 측의 흡입관, 본체 커버(9)의 개구부, 머플러 어셈블리(10), 피스톤(3)의 흡입구들(3a)을 지나 압축공간(P)으로 흡입되어 압축된 다음, 토출캡(5b), 루프 파이프 및 쉘 측의 유출관을 통하여 외부로 빠져나간다.
도 2는 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 토출밸브 일예가 도시된 도면이다. 종래의 토출밸브(5a) 일예는 압축공간(P : 도 1에 도시) 내부의 고압에도 견딜 수 있도록 고강도의 엔지니어 플라스틱 일종인 피크(Peek) 재질로 제작되며, 그 형상 역시 중심으로 갈수록 더 두껍게 형성된다. 토출밸브(5a)는 일면이 평평하게 형성된 반면, 반대 방향의 일면이 중앙으로 갈수록 볼록하도록 형성되어 과도한 압력이 가해지더라도 휘는 것이 방지할 수 있다. 물론, 토출밸브(5a)의 평평한 일면이 압축공간(P : 도 1에 도시) 측의 실린더(2 : 도 1에 도시) 일단과 맞닿도록 설치되는 반면, 토출밸브(5a)의 볼록한 일면이 토출밸브 스프링(5b : 도 1에 도시)에 의 해 탄성 지지된다.
도 3은 일반적으로 리니어 압축기의 토출밸브 중량에 따른 효율 및 소음이 도시된 그래프를 참고하면, 토출밸브의 중량이 증가할수록 토출밸브와 실린더가 부딪히는 충격력이 커지는 동시에 소음이 커지는 반면, 압축 효율이 떨어지는 것을 알 수 있다. 따라서, 토출밸브의 중량이 작을수록 재료비가 절감되는 동시에 소음 성능도 좋아지는 반면, 고압의 압축공간과 맞닿는 토출밸브의 강도를 보장하기 위하여 토출밸브의 중량을 과도하게 줄일 수 없기 때문에 소정의 강도를 보장하는 범위 내에서 토출밸브의 중량을 저감시키는 것이 바람직하다.
그러나, 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 토출밸브는 고가의 엔지니어 플라스틱으로 제작하더라도 강도를 보장하기 위하여 중심으로 갈수록 두껍게 형성되기 때문에 중량이 늘어남에 따라 생산 비용이 높아지고, 중량에 비례하여 작동 시 발생되는 소음도 늘어날 뿐 아니라 압축 효율이 저하되는 문제점이 있으며, 최근 리니어 압축기의 용량이 커질수록 토출밸브 역시 커지면서 상기와 같은 문제점이 더욱 커지고 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 이종의 재질을 사용하여 강도를 보장하는 동시에 중량을 저감시킬 수 있는 리니어 압축기의 토출밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은 토출밸브 스프링에 의해 축방향으로 탄성 지지되고, 실린더와 피스톤 사이에 형성된 압축 공간을 개폐시키는 리니어 압축기의 토출밸브에 있어서, 금속 재질의 본체; 그리고, 본체를 감싸도록 설치된 플라스틱 재질의 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 토출밸브를 제공한다.
또한, 본 발명의 리니어 압축기의 토출밸브에서, 토출밸브 스프링이 안착되는 중심부; 중심부의 반경 방향으로 두께가 균일하게 확장되고, 복수개의 보강용 리브를 구비하는 확장부; 그리고, 확장부의 원주 방향을 따라 두께가 일정하게 형성된 테두리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 리니어 압축기의 토출밸브에서, 보강용 리브들은 확장부에 원주 방향으로 균일하게 배열된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 리니어 압축기의 토출밸브에서, 보강용 리브들은 중심부로부터 테두리부로 갈수록 높이가 낮아지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 리니어 압축기의 토출밸브에서, 보강용 리브들은 직선 형태인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 리니어 압축기의 토출밸브에서, 보강용 리브들은 중심부로부터 테두리부로 갈수록 분지된 'Y'자 형태인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 리니어 압축기의 토출밸브에서, 본체는 알루미늄 재질이고, 코팅층은 피크(PEEK) 재질인 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 토출밸브는 강도는 떨어지더라도 비교적 가벼운 금속 재질의 본체에 고강도의 플라스틱 재질의 코팅층을 입히기 때문에 토출밸브의 전체적인 두께를 줄일 수 있어 강도를 보장하는 동시에 중량을 저감시킬 수 있으므로, 생산 비용을 절감시킬 수 있고, 작동 시 소음을 줄이는 동시에 압축 효율을 보다 높일 수 있으며, 나아가 토출밸브의 설치 공간을 줄일 수 있어 냉매의 토출 공간을 보다 증대시킬 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 일예가 도시된 도면이다. 본 발명에 따른 리니어 압축기(100)의 일예는 밀폐 용기인 쉘(110) 내에 실린더(200), 피스톤(300), 이너스테이터(420)와 아우터스테이터(440) 및 영구자석(460)을 포함하는 리니어 모터(400)를 포함하되, 영구자석(460)이 이너스테이터(420) 및 아우터스테이터(440) 사이에서 상호 전자기력에 의해 직선 왕복 운동하면, 영구자석(460)과 연결된 피스톤(300)이 영구자석(460)과 함께 직선 왕복 운동하게 된다.
이너스테이터(420)는 실린더(200)의 외주에 고정되고, 아우터스테이터(440)는 축방향으로 프레임(520)과 모터 커버(540)에 의해 고정되되, 프레임(520)과 모터 커버(540)가 볼트와 같은 체결 부재에 의해 체결되어 서로 결합되어, 프레임(520)과 모터 커버(540) 사이에서 아우터스테이터(440)가 고정된다. 프레임(520)은 실린더(200)와 일체로 형성될 수도 있으며, 실린더(200)와 별도로 제조되어 실린더(200)와 결합될 수도 있다. 도 4에 도시된 실시예에서는 프레임(520)과 실린 더(200)가 일체로 형성된 예가 도시되어 있다.
피스톤(300)의 후방에는 서포터(320)가 연결된다. 네 개의 전방 메인 스프링(820)은 서포터(320)와 모터 커버(540)에 의해 양단이 지지된다. 또한, 네 개의 후방 메인 스프링(840)은 서포터(320)와 백 커버(560)에 의해 양단이 지지되며, 백 커버(560)는 모터 커버(540)의 후방에 결합된다. 피스톤(300)의 후방에는 또한 흡입 머플러(700)가 구비되며, 흡입 머플러(700)를 통해 피스톤(300)으로 냉매가 유입되면서, 냉매 흡입시의 소음을 저감한다.
피스톤(300) 내부는 흡입 머플러(700)를 통해 유입된 냉매가 실린더(200)와 피스톤(300) 사이에 형성되는 압축 공간(P)로 유입되어 압축될 수 있도록 중공되어 있다. 피스톤(300)의 선단에는 흡입밸브(610)가 설치되어 있으며, 흡입밸브(610)는 냉매가 피스톤(300)에서 압축 공간(P)으로 유입되도록 개방되며, 압축 공간(P)에서 다시 피스톤(300)으로 유입되지 않도록 피스톤(300)의 선단을 폐쇄한다.
압축 공간(P)에서 피스톤(300)에 의해 냉매가 소정의 압력 이상으로 압축되면, 실린더(200)의 선단에 위치하는 토출밸브(620)가 개방된다. 토출밸브(620)는 실린더(200) 일단에 고정된 지지캡(640) 내측에 나선형의 토출밸브 스프링(630)에 의해 탄성 지지되도록 설치된다. 압축된 고압의 냉매는 지지캡(640)에 형성된 홀을 통해 토출캡(660) 내로 토출된 뒤, 루프 파이프(L)를 통해 리니어 압축기(100) 외부로 토출되어 냉동 사이클을 순환한다.
상술한 리니어 압축기(100)의 각 부품들은, 조립된 상태에서 전방 지지 스프링(120) 및 후방 지지 스프링(140)에 의해 지지되며, 쉘(110)의 바닥으로부터 이격 되어 있다. 쉘(110)의 바닥에 직접 접촉하고 있지 않으므로, 냉매를 압축하면서 압축기(100)의 각 부품들에서 발생한 진동이 쉘(110)로 직접 전달되지 않는다. 따라서 쉘(100)의 외부로 전달되는 진동 및 쉘(110)의 진동에 의해 발생하는 소음을 저감할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 토출밸브 제1실시예가 도시된 도면이고, 도 6은 도 5의 A-A선에 따른 단면도이다. 제1실시예에 따른 토출밸브(620)는 알루미늄과 같이 비교적 가벼운 금속 재질로 제작된 본체(620A)와, 본체를 감싸도록 피크(Peek)와 같이 고강도의 플라스틱 재질로 코팅된 코팅층(620B)으로 이루어진다. 물론, 고강도의 피크 재질로만 토출밸브(620)를 제작하면, 피크 재질의 토출밸브(620)는 압력차에 의한 변형이 발생되지 않더라도 생산 비용이 높아지는 반면, 알루미늄 재질로만 토출밸브(620)를 제작하면, 알루미늄 재질의 토출밸브(620)는 생산 비용을 저감시키더라도 압력차에 의한 변형이 크게 발생되기 때문에 중량을 줄이는 동시에 강도를 보장할 수 있는 다양한 이종의 재료를 사용하여 제작되는 것이 바람직하다.
이와 같은 토출밸브(620)는 이종의 재료로 제작됨에 따라 비교적 얇은 두께의 원판 형상으로 제작될 수 있되, 토출밸브 스프링(620 : 도 4에 도시)이 안착되도록 중심에 돌출된 안착부(621)와, 안착부(621)의 반경 방향으로 확장되더라도 균일한 두께를 유지하는 동시에 일자 형태의 보강용 리브들(622a)이 원주 방향으로 일정 간격을 두고 배열된 확장부(622)와, 확장부(622)의 원주 방향에 균일한 두께로 형성되어 압축 공간(P) 내/외측의 압력차가 지지되는 테두리부(623)를 구비하도 록 형성된다. 이때, 안착부(621)는 토출밸브 스프링(640 : 도 4에 도시)이 안착될 수 있도록 돌출 형성됨에 따라 그 두께가 가장 두껍게 형성되고, 테두리부(623)는 압축 공간(P) 내/외측의 압력차를 지지할 수 있도록 비교적 두껍게 형성되는 반면, 확장부(622)는 보강용 리브들(622a)이 구비됨에 따라 안착부(621) 및 테두리부(623)에 비해 얇게 형성되더라도 무방하다. 다만, 보강용 리브들(622a)은 안착부(621)로부터 테두리부(623)로 갈수록 그 높이가 낮아지도록 형성된다.
그 외에도, 토출밸브(620)는 토출밸브 스프링(630 : 도 4에 도시)이 설치되는 면에 안착부(621), 보강용 리브들(622a)이 구비된 확장부(622), 테두리부(623)를 구비함에 따라 일면이 단차지게 형성되는 반면, 압축 공간(P) 측의 실린더(200 : 도 4에 도시) 일단과 맞닿는 다른 일면이 평평하게 형성되는 동시에 중심에 흡입 밸브(310 : 도 4에 도시)를 고정시키는 볼트 머리가 안착될 수 있는 홈이 구비된다.
도 7은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 토출밸브 제2실시예가 도시된 도면이고, 도 8은 도 7의 B-B선에 따른 단면도이다. 제2실시예에 따른 토출밸브(1620)는 제1실시예와 마찬가지로 가벼운 금속 재질의 본체(1620A) 및 고강도의 플라스틱 재질의 코팅층(1620B)으로 제작되고, 안착부(1621), 확장부(1622), 테두리부(1623)를 구비하도록 형성되되, 제1실시예와 동일하게 구성됨에 따라 자세한 설명은 생략한다. 다만, 확장부(1622)는 'Y'자형 보강용 리브들(1622a)이 원주 방향으로 일정 간격을 두고 배열되되, 안착부(1621)로부터 테두리부(1623)로 갈수록 분지되는 형상으로 배열되어 보강용 리브들(1622a)이 안착부(1621)로부터 테두리부(1623)로 갈 수록 그 높이가 낮아지더라도 강도를 보장할 수 있도록 한다.
이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 예로 들어 상세하게 설명하였다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 일예가 도시된 도면.
도 2는 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 토출밸브 일예가 도시된 도면.
도 3은 일반적인 리니어 압축기의 토출밸브 중량에 따른 효율 및 소음이 도시된 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 일예가 도시된 도면.
도 5는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 토출밸브 제1실시예가 도시된 도면.
도 6은 도 5의 A-A선에 따른 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 토출밸브 제2실시예가 도시된 도면.
도 8은 도 7의 B-B선에 따른 단면도.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
100 : 리니어 압축기 200 : 실린더
300 : 피스톤 400 : 리니어 모터
620 : 토출밸브 630 : 토출밸브 스프링
640 : 지지캡 660 : 토출캡

Claims (7)

  1. 토출밸브 스프링에 의해 축방향으로 탄성 지지되고, 실린더와 피스톤 사이에 형성된 압축 공간을 개폐시키는 리니어 압축기의 토출밸브에 있어서,
    금속 재질의 본체; 그리고,
    본체를 감싸도록 코팅된 플라스틱 재질의 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 토출밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    토출밸브 스프링이 안착되는 중심부;
    중심부의 반경 방향으로 두께가 균일하게 확장되고, 복수개의 보강용 리브를 구비하는 확장부; 그리고,
    확장부의 원주 방향을 따라 두께가 일정하게 형성된 테두리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 토출밸브.
  3. 제2항에 있어서,
    보강용 리브들은 확장부에 원주 방향으로 균일하게 배열된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 토출밸브.
  4. 제3항에 있어서,
    보강용 리브들은 중심부로부터 테두리부로 갈수록 높이가 낮아지는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 토출밸브.
  5. 제3항에 있어서,
    보강용 리브들은 직선 형태인 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 토출밸브.
  6. 제3항에 있어서,
    보강용 리브들은 중심부로부터 테두리부로 갈수록 분지된 'Y'자 형태인 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 토출밸브.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    본체는 알루미늄 재질이고, 코팅층은 피크(PEEK) 재질인 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 토출밸브.
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