KR20180035611A - 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축기에 관한 것이다. 일 측면에 따른 압축기는 냉매를 압축하기 위한 압축 공간이 구비되는 실린더; 상기 압축 공간에 직선 왕복 운동 가능하게 제공되는 피스톤; 상기 압축 공간에서 압축된 냉매가 토출되는 토출 공간이 구비되는 토출 머플러; 상기 실린더의 일단에 구비되는 토출 밸브 어셈블리; 및 상기 토출 머플러와 상기 토출 밸브 어셈블리 사이에 개재되어 상기 토출 밸브 어셈블리를 가압하는 밸브 스프링을 포함하고, 상기 토출 밸브 어셈블리는, 상기 압축 공간의 냉매가 토출되는 토출구가 구비되는 밸브 플레이트; 상기 압축 공간과 상기 토출 공간의 압력 차이에 따라, 상기 토출구를 선택적으로 개폐하는 플랩이 구비되는 토출 밸브; 및 상기 플랩의 개도를 제한하기 위한 밸브 스토퍼를 포함한다.

Description

압축기{Compressor}

본 발명은 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기(Compressor)는 전기모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축하여 압력을 높여주는 기계장치로서, 냉장고와 에어컨 등과 같은 가전기기 또는 산업전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.

상기 압축기는 작동 유체의 압축 방식에 따라 왕복동식 압축기(Reciprrocating compressor)와, 회전식 압축기(Rotary compressor), 및 스크롤 압축기(Scroll compressor)로 구분된다.

상세히, 상기 왕복동식 압축기는, 실린더와, 실린더 내부에 직선 왕복 운동 가능하게 제공되는 피스톤을 포함한다. 그리고, 피스톤 헤드와 실린더 사이에 압축 공간이 형성되며, 상기 피스톤의 직선 왕복 운동에 의하여 상기 압축 공간이 증감되면서 상기 압축 공간 내의 작동 유체가 고온 고압으로 압축된다.

또한, 상기 회전식 압축기는, 실린더와, 상기 실린더 내부에서 편심 회전하는 롤러를 포함한다. 그리고, 상기 실린더 내부에서 상기 롤러가 편심 회전하면서 압축 공간에 공급된 작동 유체를 고온 고압으로 압축한다.

또한, 상기 스크롤 압축기는, 고정 스크롤과, 상기 고정 스크롤을 중심으로 회전하는 선회 스크롤을 포함한다. 그리고, 상기 선회 스크롤이 회전하면서 압축 공간에 공급된 작동 유체를 고온 고압으로 압축한다.

최근에는 상기 왕복동식 압축기 중에서, 직선 왕복 운동하는 리니어 모터에 피스톤이 직접 연결되도록 하는 리니어 압축기의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

종래의 로터리 압축기의 경우, 모터의 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 전환하는 과정에서 기계적인 손실이 발생할 수 밖에 없는 단점을 안고 있는 반면, 상기 리니어 압축기는 이러한 기계적 손실이 발생하지 않기 때문에 압축 효율이 좋은 장점이 있다.

상세히, 상기 리니어 압축기는, 밀폐된 쉘 내부에서 피스톤이 리니어 모터에 의해 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축 공간으로 흡입하여 압축시킨 다음 토출시키도록 구성된다.

상기 리니어 모터는 이너 스테이터 및 아우터 스테이터 사이에 영구자석이 위치되도록 구성되며, 영구자석은 전자기력에 의하여 상기 인너 스테이터와 아우터 스테이터 사이에서 직선 왕복 운동한다. 그리고, 상기 영구자석이 피스톤과 연결된 상태에서 구동됨에 따라, 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음 토출시키도록 한다.

종래의 리니어 압축기, 특허 아래 선행 기술 1에 개시되는 리니어 압축기의 경우, 실린더의 일단을 개폐하는 토출 밸브와 상기 토출 밸브를 지지하는 토출 스프링이 장착되는 머플러를 포함한다.

상기 선행 기술 1에 개시되는 리니어 압축기는 실린더 내부의 압력이 머플러 내부 압력보다 큰 경우 토출 밸브가 실린더를 개방하며, 이에 따라 실린더에서 압축된 냉매가 머플러로 토출된다. 한편, 상기 선행 기술 1에 개시되는 리니어 압축기는 토출 밸브가 실린더를 개폐하는 과정에서 토출 밸브와 실린더 사이의 충돌에 의해 소음이 증가하는 문제가 있다.

선행기술 1 : 한국공개특허 제10-2006-0039180호(2006년05월08일)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 실린더에서 압축된 냉매를 머플러로 토출하는 과정에서 발생하는 소음을 저감시킬 수 있는 토출 밸브 어셈블리가 구비된 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제는 토출구를 개폐하는 토출 밸브의 플랩의 개도를 제한하며, 토출 밸브를 안정적으로 지지할 수 있는 압축기를 제공하는 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 압축기는, 실린더와, 피스톤과, 토출 머플러와, 토출 밸브 어셈블리 및 상기 토출 밸브 어셈블리를 가압하는 밸브 스프링를 포함하고, 상기 토출 밸브 어셈블리는 압축 공간의 냉매가 토출되는 토출구가 구비되는 밸브 플레이트; 상기 압축 공간과 상기 토출 공간의 압력 차이에 따라 상기 토출구를 선택적으로 개폐하는 플랩이 구비되는 토출 밸브; 및 상기 플랩의 개도를 제한하기 위한 밸브 스토퍼를 포함한다.

상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 압축기에 의하면, 실린더를 개폐하며 토출구가 형성된 밸브 플레이트와, 토출구를 개폐하는 토출 밸브를 구비함으로써 압축된 냉매가 토출구를 통해 머플러로 토출된다. 이에 따라, 냉매 토출 시 발생하는 소음을 저감시킬 수 있다.

또한, 밸브 스토퍼의 제1바디가 플랩의 상측에 구비됨으로써 플랩이 과도하게 휘어지는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 플랩이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 토출 밸브에는 걸림단이 구비되고, 스토퍼에는 걸림단이 삽입되는 걸림홈이 구비됨으로써 토출 밸브의 위치를 잡아주는 효과가 있다.

압축 공간에 예압을 제공하기 위하여 토출 밸브 어셈블리는 밸브 스프링에 의해 실린더 측으로 가압되어야 하나, 토출 밸브가 밸브 스프링에 직접 접촉할 경우 토출 밸브가 손상되는 문제가 있다. 그러나, 본 발명의 밸브 스토퍼는 밸브 스프링과 토출 밸브 사이에 개재되어 밸브 스프링의 탄성력을 토출 밸브로 전달하므로, 토출 밸브가 밸브 스프링에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압축기의 내부 구조를 보여주는 종단면도.
도 2는 도 1의 A 부분의 확대도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압축기의 토출계의 구성을 보여주는 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 압축기를 구성하는 피스톤과 흡입 밸브의 결합체를 보여주는 사시도.
도 5는 상기 피스톤과 흡입 밸브의 분해 사시도.
도 6은 토출 밸브의 사시도.
도 7은 스토퍼의 사시도.
도 8은 토출 밸브와 스토퍼가 결합된 모습을 보여주는 도면.
도 9는 도 8의 Ⅰ-Ⅰ`를 따라 절개한 단면도.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 압축기의 구조 및 기능에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압축기의 내부 구조를 보여주는 종단면도이고, 도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압축기의 토출계의 구성을 보여주는 분해 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압축기(10), 즉 리니어 압축기는, 하부쉘(111)과 상부쉘(112)로 이루어지는 밀폐 용기(11)와, 상기 밀폐 용기(11) 내부에 제공되는 압축 유닛, 및 상기 압축 유닛을 지지하는 지지 스프링(104)을 포함할 수 있다. 상기 지지 스프링(104)은 상기 압축 유닛의 저면과 상기 하부쉘(111)의 바닥을 연결하여, 상기 압축 유닛이 상기 밀폐 용기(11)의 내주면으로부터 이격된 상태로 지지되도록 한다. 그리고, 상기 압축기(10)는 모터 마운트(103)에 안착된다.

상세히, 상기 밀폐 용기(11)를 구성하는 상기 하부쉘(111)의 일 측면에는 유입관(101)이 관통 결합되고, 타 측면에는 토출관(102)이 결합된다. 냉동 사이클을 구성하는 증발기의 출구측 배관이 상기 유입관(101)에 연결되고, 응축기의 입구측 배관이 상기 토출관(102)에 연결된다. 따라서, 상기 증발기로부터 유입되는 저온 저압의 기상 냉매는 상기 압축기(10)에서 고온 고압의 기상 냉매로 압축된 후 상기 토출관(102)을 통하여 응축기로 보내진다.

또한, 상기 압축 유닛은, 프레임(12)과, 상기 프레임(12)에 고정되는 실린더(13)와, 상기 실린더(13)의 내부에 수용된 상태에서 직선 왕복 운동하는 피스톤(15)과, 상기 피스톤(15) 내부에 장착되는 흡입 머플러(40)와, 상기 피스톤에 직접 연결되어 상기 피스톤(15)을 직선 왕복 운동시키는 모터 어셈블리(20)와, 상기 모터 어셈블리(20)를 지지하는 모터 커버(24)와, 상기 모터 어셈블리(20)와 상기 실린더(13)를 연결하는 마그넷 프레임(53)과, 상기 마그넷 프레임(53)의 후측에서 상기 모터 커버(24)에 고정되는 백커버(17)와, 상기 피스톤(15)을 축방향으로 탄성 지지하여, 피스톤(15)을 공진 운동시키는 공진 스프링(16)을 포함할 수 있다.

그리고, 하부쉘(111)의 바닥부에는 오일 공급 장치(oil feeder)(19)가 제공되어, 상기 실린더(13)의 내주면으로 유활 오일을 공급한다. 상세히, 상기 오일 공급 장치(19)의 토출구는 상기 프레임(12)의 내부에 형성된 오일 공급 유로(121)와 연통한다. 그리고, 상기 오일 공급 유로(121)는 상기 실린더(13)에 형성된 오일 공급 유로(131)와 연통한다. 상기 오일 공급 유로(131)는 상기 실린더(13)의 외주면과 내주면을 연결하는 통로로서, 상기 오일 공급 장치(19)에서 공급되는 윤활용 오일이 상기 실린더(13)의 내주면에 도포되도록 한다.

한편, 상기 프레임(12)은 상기 실린더(3)를 고정시키는 부분으로써, 상기 실린더(13)와 일체로 구성될 수 있다. 그러나, 상기 실린더(13)가 별도의 부품으로 제공되어 체결 부재에 의하여 상기 프레임(12)에 고정될 수도 있다.

그리고, 상기 프레임(12)과, 상기 실린더(13) 및 상기 피스톤(15) 중 적어도 어느 하나는 비자성체인 알루미늄 소재로 성형될 수 있다. 상기 프레임(12)과, 상기 실린더(13) 및 상기 피스톤(15) 중 어느 하나가 비자성체로 이루어짐으로써, 상기 모터 어셈블리(20)로부터 누설되는 자속에 의하여 상기 프레임(12)과 실린더(13) 및 피스톤(15)이 자화되는 것을 방지할 수 있다.

특히, 상기 피스톤(15)이 비자성체인 알루미늄 소재로 이루어짐으로써, 주물로 성형되는 경우에 비하여 질량 산포가 적기 때문에, 밸런스 웨이트의 사용을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

상기 실린더(13)는 내부에 압축 공간(P)이 구비될 수 있는 원통 형상으로 이루어질 수 있고, 압출봉 가공 방법에 의하여 성형될 수 있다.

상기 피스톤(15)은 상기 실린더(13)와 같이 동일한 소재인 알루미늄 소재로 성형되어, 열팽창 계수가 같아지게 된다. 그리고, 열팽창 계수가 동일하므로, 상기 피스톤(15)과 실린더(13)는 동일한 양만큼 열변형될 수 있다. 상기 피스톤(15)과 실린더(13)가 동일한 양으로 열변형됨으로써, 상기 피스톤(15)이 실린더(13)의 내주면과 간섭되는 현상을 방지할 수 있다.

상기 유입관(101)을 통하여 상기 밀폐 용기(11) 내부로 유입되는 작동 유체, 즉 냉매는 상기 흡입 머플러(40)를 통과하여 상기 피스톤(15) 내부로 유입된다. 상기 피스톤(15) 내부로 유입된 냉매는, 상기 피스톤(15)의 직선 왕복 운동에 의하여 발생하는 상기 압축 공간(P) 내부의 압력 변화에 의하여, 상기 압축 공간(P)으로 안내된다.

그리고, 상기 흡입 머플러(40)는 플라스틱과 같은 비자성 물질로 성형될 수 있고, 내부에는 각종 소음 공간 및 소음관이 형성되어, 흡입 밸브(후술함)의 개폐 소음을 비롯한 다양한 주파수를 가지는 소음을 감쇄시킨다.

또한, 상기 흡입 머플러(40)의 내부 구조가 매우 복잡하기 때문에, 단일체로 가공 또는 성형하기에는 어려움이 있어서, 다수의 부재가 결합된 형태로 성형될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 흡입 머플러(40)가 제 1 내지 제 3 머플러(41 ~ 43)로 이루어지는 것이 제시된다.

한편, 상기 모터 어셈블리(20)는, 아우터 스테이터(21)와, 상기 아우터 스테이터(21)의 내측에 제공되는 인너 스테이터(22)와, 상기 아우터 스테이터(21)와 인너 스테이터(22) 사이에 개재되는 마그넷(23)을 포함할 수 있다.

상세히, 상기 아우터 스테이터(21)와 인너 스테이터(22)는 상기 실린더(13)의 외주면을 감싸는 형태로 제공된다. 상기 아우터 스테이터(21)는, 한 쌍의 블록으로 이루어지는 스테이터 코어(211)와, 상기 스테이터 코어(211)의 내측에 구비되는 코일 권선체를 포함한다. 상기 코일 권선체는, 보빈(212)가 상기 보빈(212)의 원주 방향으로 권선된 코일(213)을 포함한다.

상기 아우터 스테이터(21)의 축방향 일단은 상기 프레임(12)에 고정되고, 축방향 타단은 상기 모터 커버(24)에 고정되며, 상기 모터 커버(24)는 체결 부재에 의하여 상기 프레임(12)에 고정된다.

상기 인너 스테이터(22)는 상기 실린더(13)의 외주면을 감싸는 원통 형상으로 이루어지고, 일단이 상기 프레임(12)에 맞닿고, 타단은 고정링(14)에 의하여 상기 실린더(13)의 외주면에 고정된다. 그리고, 상기 아우터 스테이터(21)와 인너 스테이터(22) 사이에는 에어갭(air gap)이 형성되며, 상기 에어갭에 상기 마그넷(23)이 개재되어 직선 왕복 운동한다.

상기 마그넷(23)은 상기 피스톤(15)의 축 방향으로 다수의 영구 자석이 배열되는 형태로 제공되고, 상기 인너 스테이터(22) 및 아우터 스테이터(21)와 마주보는 면에 자극(N-S)이 형성된다. 그리고, 상기 마그넷(23)은 마그넷 프레임(53)에 연결되고, 상기 피스톤(15)의 단부도 상기 마그넷 프레임(53)에 연결되어, 상기 피스톤(15)이 상기 마그넷(23)과 한 몸으로 직선 왕복 운동하게 된다.

그리고, 상기 아우터 스테이터(21)를 구성하는 상기 코일 권선체에 전원이 입력되면, 상기 아우터 스테이터(21)와 인너 스테이터(22) 간에 전자기력이 발생하고 상기 마그넷(23)이 가지는 자속이 상호 작용하여, 인력과 척력을 발생시킨다. 그 결과, 상기 마그넷(23)은 상기 피스톤(15)과 한 몸으로 직선 왕복 운동하게 된다.

한편, 상기 압축기(10)의 효율을 최적화하기 위해서는 상기 피스톤(15)과 마그넷(23)을 포함하는 이동 부재의 질량(M)과, 이들을 지지하는 상기 공진 스프링(16)의 복원력에 의하여 얻어지는 기계 스프링 상수(K_mechanical), 압축 공간(P) 내부로 유입되는 작동 유체의 압력에 의하여 얻어지는 가스 스프링 상수(K_gas) 및 자기 스프링 상수(K_magnet)에 의하여 정의되는 M-K 공진 주파수가 산출된다. 그리고, 상기 모터 어셈블리(20)에 인가되는 전원 주파수가 상기 M-K 공진 주파수를 추종하도록 설계함으로써, 상기 압축기(10)의 효율을 최적화할 수 있다.

상기 자기 스프링 상수(K_magnet)는 자기 스프링(magnet spring)의 스프링 상수이고, 상기 자기 스프링은, 상기 마그넷(23)이 상기 인너 스테이터(22)와 아우터 스테이터(21) 사이에 위치하도록 하는 전자기적 복원력을 의미한다. 상기 전자기적 복원력은 상기 공진 스프링(16)의 의 복원력과 같은 방향으로 작용하는 힘이기 때문에 자기 스프링으로 정의할 수 있다.

상기 M-K 공진 주파수를 산출하기 위한 식은 상기 선행 기술 2의 상세 설명에 개시되어 있으므로, 이에 대한 추가적인 설명은 생략한다.

한편, 상기 공진 스프링(16)은, 상기 실린더(13)의 단부와 상기 피스톤(15)의 플랜지(후술함) 사이에 놓이는 제 1 스프링(또는 프런트 스프링)(161)과, 상기 마그넷 프레임(53)과 상기 백커버(17) 사이에 놓이는 제 2 스프링(또는 리어 스프링)(162)을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제 1 스프링(161)과 제 2 스프링(162)은 일렬 배치될 수 있다.

여기서, 상기 자기 스프링 상수값이 의미를 가지기 때문에, 상기 기계 스프링 상수값을 작게 할 수 있다. 그리고, 상기 기계 스프링 상수값을 작게 하기 위하여, 상기 선행 기술 1에 개시되는 압축기에 적용되는 메인 스프링들 중 일부와 서포터 등을 생략하고, 본 발명과 같이 일렬 배치되는 두 개의 스프링만 적용하는 것이 가능하게 된다. 그 결과 압축기의 소형화 및 경량화를 달성할 수 있게 되었다.

상기 제 1 스프링(161)과 상기 제 2 스프링(162)은 서로 반대 방향으로 거동한다. 즉, 상기 피스톤(15)이 하사점(BDC:Bottom Dead Center)에 가까워지는 방향, 즉 상기 압축 공간(P)이 팽창하는 방향으로 이동할 때, 상기 제 1 스프링(161)은 신장되면서 원래 상태로 복원되고, 상기 제 2 스프링(162)은 수축되면서 복원력을 축적한다. 반대로, 상기 피스톤(15)이 상사점(TDC:Top Dead Center)에 가까워지는 방향, 즉 상기 압축 공간(P)이 축소되는 방향으로 이동할 때, 상기 제 1 스프링(161)은 수축되면서 복원력을 축적하고, 상기 제 2 스프링(162)은 신장되면서 원래 상태로 복원된다.

또한, 상기 제 1 스프링(161)과 상기 제 2 스프링(162)의 바닥부는 스프링 시트(18)에 안착된다.

상기 실린더(13)의 일단부에는 상기 토출 밸브 어셈블리(30)가 결합된다. 구체적으로, 상기 토출 밸브 어셈블리(30)는 상기 실린더(13)의 헤드부에 결합되어, 상기 압축 공간(P)을 차폐한다.

상세히, 상기 실린더(13)의 양 단부는, 상기 피스톤(15)이 삽입되기 위하여 개구되는 말단부와, 상기 말단부의 반대 쪽 단부로 정의되고, 상기 토출 밸브 어셈블리(30)가 안착되는 헤드부로 정의될 수 있다.

그리고, 상기 실린더(13)의 헤드부에는 원통형 슬리브(132)가 연장 형성되고, 상기 슬리브(132) 내측에 상기 토출 밸브 어셈블리(30)가 안착된다. 그리고, 상기 슬리브(132)의 외측에 해당하는 상기 실린더(13)의 헤드부에는 토출 커버(51) 및 토출 머플러(52)가 안착되어 상기 토출 밸브 어셈블리(30)를 덮는다. 상기 토출 커버(51)는 상기 토출 머플러(52)의 구성으로 포함된다. 상기 토출 커버(51)와 상기 실린더(13)의 헤드부 사이에는 커버 가스켓(136)이 개재될 수 있다.

또한, 상기 토출 커버(51)는, 내부에 토출 공간(D1)이 형성되도록 볼록하게 라운드지게 형성되는 캡부(512)와, 상기 캡부(512)의 하단에서 절곡 연장되는 플랜지부(511)로 이루어진다. 그리고, 상기 캡부(512)의 중심에는 토출구(513)가 형성된다. 상기 토출 밸브 어셈블리(30)로부터 토출되는 고온 고압의 냉매는 상기 캡부(512)의 내부에 형성되는 토출 공간(D1)으로 토출된다. 즉, 상기 토출 밸브 어셈블리(30)는 상기 압축 공간(P)과 상기 캡부(512)의 내부에 형성되는 토출 공간(D1)을 구획할 수 있다.

또한, 상기 토출 커버(51)의 플랜지부(511)가 놓이는 상기 실린더(13)의 헤드부에는 실링(seal ring)(130)이 장착된다. 상기 실링(130)에 의하여 상기 토출 커버(51)의 캡부(512)로 토출된 냉매가 상기 토출 커버(51)의 외부로 누설되는 것을 방지한다. 상기 밀폐 용기(11) 내부는 저압 상태이기 때문에, 상기 토출 커버(51)로부터 누설되는 고압의 냉매가 상기 밀폐 용기(11) 내부의 저압 공간으로 누설되지 않도록 하여야 한다.

한편, 상기 토출 머플러(52)는 상기 토출 커버(51)의 캡부를 둘러싸는 형태로 상기 실린더(13)에 결합된다. 상세히, 상기 토출 머플러(52)는, 하나 또는 다수 개가 제공될 수 있으며, 각각의 머플러는 루프 파이프(55)에 의하여 연결된다. 그리고, 상기 토출 머플러(52)의 내부에도 토출 공간(D2)이 형성된다. 구체적으로, 상기 토출 커버(51)와 상기 토출 머플러(52) 사이에는 상기 토출구(513)를 통과하는 고온 고압의 냉매가 모이는 토출 공간(D2)이 형성된다.

상기 토출 밸브 어셈블리(30)로부터 토출되는 고온 고압의 냉매는 상기 캡부(512)의 내부에 형성되는 토출 공간(D1)으로 1차적으로 토출된 후 상기 캡부(512)에 형성된 토출구(513)를 통해 상기 토출 머플러(52)와 상기 토출 커버(51) 사이의 토출 공간(D2)으로 2차적으로 토출된다. 냉매가 상기 캡부(512)에서 상기 토출 머플러(52) 토출 공간(D2)으로 이동하면서 유동 소음이 감소된다. 상기 캡부(512)의 내부에 형성되는 토출 공간(D1)을 제1토출 공간(D1)이라 하고, 상기 토출 머플러(52)와 상기 토출 커버(51) 사이의 토출 공간(D2)을 제2토출 공간(D2)이라 이름할 수 있다.

또한, 상기 토출 머플러(52)와 상기 토출 커버(51)는 동일한 체결 부재에 의하여 상기 실린더(13)의 헤드부에 한 몸으로 고정된다.

상기 토출 머플러(52)의 일측에는 토출 포트가 형성되는데, 본 실시예에서는 상기 서브 토출 머플러(522)의 일측에 토출 포트(522a)가 형성되는 것으로 제시된다. 상기 토출 포트(522a)도 상기 루프 파이프(55)와 동일한 루프 파이프가 연결되고, 상기 토출 포트(522a)에 연결되는 루프 파이프의 출구는 상기 토출관(102)에 연결된다.

본 실시예에서는 상기 토출 머플러(52)가 메인 토출 머플러(521)와 서브 토출 머플러(522)를 포함하는 것으로 제시되어 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 즉, 상기 토출 머플러(52)는 다수의 토출 머플러를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 캡부(512)의 내측에는 밸브 스프링(54)이 놓이고, 상기 밸브 스프링(54)은 상기 토출 밸브 어셈블리(30)를 가압한다. 이에 따라, 상기 실린더(15) 내부의 압축 공간(P)에 소정의 예압을 가할 수 있다.

한편, 상기 토출 밸브 어셈블리(30)는, 상술한 바와 같이, 상기 실린더(13)의 슬리브(132) 내부에 안착된다. 상기 슬리브(132)의 내주면 단턱부(132a)가 형성된다. 상기 토출 밸브 어셈블리(30)가 수용되는 상기 슬리브(132)의 내부 공간의 직경은, 상기 피스톤(15)이 수용되는 상기 실린더(13)의 내부 공간의 직경보다 크게 형성되어, 상기 단턱부(132a)가 형성된다. 그리고, 상기 단턱부(132a)에 상기 토출 밸브 어셈블리(30)가 안착된다.

또한, 상기 압축 공간(P)은, 상기 피스톤(15)의 헤드부를 지나는 면(S2)과 상기 단턱부를 지나는 면(S1) 사이에 형성되는 공간으로 정의될 수 있다. 그리고, 상기 압축 공간은, 상기 피스톤(15)의 직선 왕복 운동에 의하여 증가 또는 감소하게 된다.

상세히, 상기 토출 밸브 어셈블리(30)는, 상기 단턱부에 안착되는 원형의 밸브 플레이트(31)와, 상기 밸브 플레이트(31)의 측면에 둘러지는 실링(seal ring)(32)과, 상기 밸브 플레이트(31)의 전면(또는 상면)에 놓이는 토출 밸브(33)와, 상기 토출 밸브(33)의 전후면(또는 상하면) 가장자리에 각각 배치되는 가스켓(34)과, 상기 토출 밸브(33)의 전면(또는 상면)에 놓이는 밸브 스토퍼(35)를 포함할 수 있다.

상기 실링(32)는 사아기 밸브 플레이트(31)와 상기 슬리브(132) 사이로 냉매가 누설되는 것을 방지하기 위하여 상기 슬리브(132)의 내주면과 밀착될 수 있다.

상기 밸브 플레이트(31)의 중심에는 토출구(311)가 관통 형성되고, 상기 토출구(311)는 입구단에서 출구단으로 갈수록 폭이 좁아지게 형성될 수 있다. 상기 밸브 플레이트(31)는 냉매가 압축 및 토출되는 과정에서는, 상기 실링(32)과 상기 슬리브(132) 내주면에 사이에 발생하는 마찰력에 의하여 고정된 상태로 유지된다. 그러나, 상기 피스톤(14)의 상사점 위치를 확인하는 소위 "상사점 서칭(TDC searching)" 과정에서 상기 피스톤(14)의 가압력에 의하여 상기 단턱부(132a)로부터 분리된다.

상사점의 정확한 위치를 파악하기 위한 상기 상사점 서칭 과정에서는, 상기 피스톤(14)이 상기 밸브 플레이트(31)를 밀어내는 위치까지 이동한다. 그리고, 상기 밸브 플레이트(31)가 상기 피스톤(14)에 의하여 밀리면, 상기 단턱부(132a)로부터 분리되어 전방으로 이동하게 된다. 그러면, 상기 밸브 스프링(54)이 압축되고, 이와 동시에 상기 압축 공간(P)의 체적이 증가하면서, 상기 압축 공간(P) 내부의 압력이 순간적으로 급격히 떨어지게 된다. 그러면, 압축기의 제어부에서는 상기 압축 공간(P) 내부의 압력이 급격히 떨어지는 시점에서의 상기 피스톤(15)의 위치를 상사점으로 판단하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 토출 밸브 어셈블리(30)의 구조적 특징에 의하면, 상기 토출 밸브(33)가 개방될 때 발생하는 상기 압축 공간(P) 내부의 압력 강하 정도에 비하여, 상기 밸브 플레이트(31)가 움직일때 발생하는 상기 압축 공간(P) 내부의 압력 강하 정도가 현저히 크기 때문에, 상사점의 위치 확인이 용이하게 이루어질 수 있다.

한편, 상기 토출 밸브(33)는, 원판 형태의 밸브 바디(332)와, 상기 밸브 바디(332)의 내측에 형성되는 플랩(flap)(331)으로 이루어지는 플렉시블 플랩 첵밸브(flexible flap check valve)일 수 있다. 상기 토출 밸브(33)는 상기 밸브 플레이트(31)의 전면에 안착되어, 상기 플랩(331)이 상기 밸브 플레이트(31)의 토출구(311)를 폐쇄하는 형태로 제공된다. 그리고, 상기 압축 공간(P)의 압력이 상기 토출 커버(51)의 토출 공간(D1) 압력보다 높아지는 순간, 상기 플랩(331)이 휘어지면서 상기 토출구(311)가 개방된다.

상기 가스켓(34)은 원형의 띠 형태로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 가스켓(34)은, 상기 토출 밸브(33)의 전면 가장자리에 둘러지는 전면 가스켓(342)과, 상기 토출 밸브(33)의 배면 가장자리에 둘러지는 후면 가스켓(341)을 포함할 수 있다. 상기 가스켓(34)에 의하여, 상기 토출 밸브(33)가 상기 밸브 플레이트(31)에 안착된 상태에서 원주 방향으로 헛도는 현상을 방지할 수 있다.

상기 밸브 스토퍼(35)는 상기 토출 밸브(33)와 상기 밸브 플레이트(21)의 가장자리를 눌러주고, 상기 플랩(331)의 과동한 휘어짐을 제한하는 기능이 수행되도록 형성된다. 그리고, 상기 밸브 스프링(54)은 상기 밸브 스토퍼(35)의 가장자리를 가압하여, 상기 밸브 플레이트(31)가 실린더(13)의 슬리브(132)를 벗어나지 않도록 기능한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 압축기를 구성하는 피스톤과 흡입 밸브의 결합체를 보여주는 사시도이고, 도 5는 상기 피스톤과 흡입 밸브의 분해 사시도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압축기(10)를 구성하는 피스톤(15)은 상기 실린더(13) 내부에서 전후 방향으로 직선 왕복 운동 가능하게 제공되며, 알루미늄 소재의 비자성체로 이루어질 수 있다.

상세히, 상기 피스톤(15)은, 내부에 중공부가 형성되는 원통 형상의 피스톤 몸체(151)와, 상기 피스톤 몸체(151)의 일 단부에 형성되는 피스톤 헤드(153)와, 상기 피스톤 몸체(151)의 타 단부에 형성되는 플랜지(155)를 포함할 수 있다.

상기 피스톤 몸체(151)의 외주면은, 표면 처리부(152)와 표면 미처리부(153)로 구분될 수 있다. 상기 표면 처리부(152)에는 테프론 코팅 처리되는 부분을 의미하는 것으로서, 표면 처리부에 의하여 상기 피스톤(15)과 실린더(13)가 마찰에 의하여 발생하는 열로 인하여 피스톤(15)이 급격하게 열팽창하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 실린더(13) 내부로 인입되지 않는 영역 및 상기 압축 공간(P)으로부터 상대적으로 먼 영역에 해당하는 상기 피스톤(15)의 외주면에는 표면 처리가 되지 않도록 하여, 피스톤이 불균일하게 팽창하는 것을 최소화할 수 있다.

한편, 상기 피스톤 헤드(154)의 중앙부에는 볼트홈(154a)이 형성되고, 상기 볼트홀(154a)로부터 이격되는 지점에는 하나 또는 다수의 흡입구(154b)가 형성될 수 있다. 상기 흡입구(154b)를 통하여 상기 피스톤 몸체(151)의 중공부로 유입된 냉매가 상기 압축 공간(P)으로 안내된다.

또한, 상기 피스톤 헤드(154)의 헤드면(154c)에는 상기 흡입 밸브(50)가 안착되고, 상기 흡입 밸브(50)는 볼트(150)에 의하여 상기 헤드면에 고정될 수 있다. 상기 볼트(150)는 상기 흡입 밸브(50)의 중심을 관통하여 상기 피스톤 헤드(154)의 볼트홈(154a)에 삽입된다. 그리고, 상기 볼트(150)의 헤드 부분은 절단된 원추 형상(truncated cone)으로 이루어질 수 있다. 상기 피스톤(15)이 냉매를 압축하기 위해 전진하는 경우, 상기 볼트(150)의 헤드 부분이 상기 밸브 플레이트(31)의 토출구(311)에 인입될 수 있다. 상기 볼트(150)의 헤드 부분이 상기 토출구(311)에 인입됨으로써, 상기 토출구(311) 영역에 남아있는 냉매를 효과적으로 토출시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 상기 볼트(150)의 헤드 부분이 상기 토출구(311)에 인입된 경우, 상기 볼트(150)의 헤드 부분과 상기 토출구(311)의 내주면 사이에 공간의 냉매는 토출되기 어려우므로, 상기 공간을 사체적(dead volume)이라 한다. 사체적을 줄이기 위해 상기 볼트(150)의 헤드 부분은 상기 밸브 플레이트(31)의 내주면 형상에 대응되도록 형성될 수 있다.

상기 흡입 밸브(50)는 상기 토출 밸브(32)와 마찬가지로, 플렉시블 플랩 체크 밸브일 수 있다. 즉, 상기 피스톤(15)이 후퇴할 때 발생하는, 상기 압축 공간(P)과 상기 피스톤(15) 내부의 중공부 간의 압력 차에 의하여, 상기 흡입 밸브(50)가 휘어져서 상기 흡입구(154b)가 개방된다.

도 6은 토출 밸브의 사시도이고, 도 7은 스토퍼의 사시도이고, 도 8은 토출 밸브와 스토퍼가 결합된 모습을 보여주는 도면이다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 토출 밸브(33)는 상기 밸브 플레이트(31)의 토출구(311)를 선택적으로 개폐하는 플랩(331)과 상기 플랩(331)을 지지하는 밸브 바디(332)를 포함한다.

상기 토출 밸브(33)의 하측에는 상기 밸브 플레이트(31)가 구비되고, 상기 토출 밸브(33)의 상측에는 상기 밸브 스토퍼(35)가 구비될 수 있다. 상기 토출 밸브(33)와 상기 밸브 플레이트(31) 사이에는 후면 가스켓(341)이 개재되고, 상기 토출 밸브(33)와 상기 밸브 스토퍼(35) 사이에는 전면 가스켓(342)이 개재될 수 있다. 상기 전면 가스켓(342)이 구비됨으로써 상기 토출 밸브(33)와 상기 밸브 스토퍼(35)가 서로 밀착될 수 있다.

상기 토출 밸브(33)는 상기 밸브 스토퍼(35)와 결합하기 위한 걸림단(334, 335)를 더 포함할 수 있다. 상기 걸림단(334, 335)는 상기 밸브 바디(332)의 일부가 절개되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 걸림단(334, 335)는 상기 밸브 바디(332)와 소정 각도를 이루도록 상측으로 휘어질 수 있다.

상기 걸림단(334, 335)는 복수 개로 구비될 수 있으며, 각각의 걸림단(334, 335)는 상기 밸브 스토퍼(35)의 일측에 삽입될 수 있다. 도시된 것과 같이 상기 복수의 걸림단(334, 335)이 한 쌍으로 제공되는 경우에는 서로 대향되도록 배치될 수 있다. 상기 밸브 스토퍼(35)에는 상기 각각의 걸림단(334, 335)가 삽입되는 복수의 걸림홈(354, 355, 356, 357)이 형성될 수 있다.

상기 밸브 스토퍼(35)는 제1바디(351)와 제2바디(352)를 포함할 수 있다.

상기 제1바디(351)는 상기 플랩(331)의 개방되는 정도를 제한한다. 이를 위하여, 상기 제1바디(351)는 상기 플랩(331)의 상측에 구비된다. 상기 압축 공간(P)의 압력이 증가하여 상기 플랩(331)이 상측으로 휘어져 상기 토출구(311)를 개방할 때, 상기 플랩(331)은 상기 제1바디(351)의 저면에 충동함으로써 일정 각도 이상으로 휘어지는 것이 제한된다.

상기 제2바디(352)는 상기 제1바디(351)를 지지하며, 상기 토출 밸브(33)의 토출 바디(332)에 안착된다. 상기 제2바디(352)는 도시된 것과 같이 고리 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 전면 가스켓(342)은 상기 제2바디(352)에 대응되는 형상으로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 밸브 스프링(54)은 상기 제2바디(352)에 접촉하여 상기 토출 밸브 어셈블리(30)를 상기 실린더(15) 측으로 가압함으로써, 상기 제2바디(352)가 상기 밸브 스프링(54)의 탄성력을 상기 토출 밸브(33)로 전달할 수 있다. 상기 토출 밸브(33)는 두께가 얇아 상기 밸브 스프링(54)에 접촉되어 직접적 가압될 경우 찢어지거나 쉽게 손상될 우려가 있으므로, 상기 밸프 스토퍼(35)는 상기 토출 밸브(33)가 상기 밸브 스프링(54)에 의해 손상되는 것을 방지하는 기능을 갖는 것으로 볼 수 있다.

상기 복수의 걸림홈(354, 355, 356, 357)은 상기 제2바디(352)에 구비된다. 제1걸림홈(354)은 한 쌍의 돌기부(3541, 3542)에 의해 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 한 쌍의 돌기부(3541, 3542)는 상기 제2바디(352)의 테두리에서 중심으로 향하여 연장되며, 상기 한 쌍의 돌기부(3541, 3542) 사이의 공간에 상기 제1걸림홈(354)이 형성된다. 나머지 걸림홈(355, 356, 357)도 상기 제1걸림홈(354)와 동일한 형상으로 이루어질 수 있으며 서로 소정 간격 이격되어 구비될 수 있다.

상기 제1걸림단(334)은 제1걸림홈(354)에 끼워지고, 상기 제2바디(352)에 의해 지지될 수 있다. 상기 제2걸림단(335)은 제2걸림홈(355)에 끼워지고, 상기 제2바디(352)에 의해 지지될 수 있다. 이에 따라, 상기 토출 밸브(33)는 상기 플랩(331)이 상기 제1바디(351)의 하단에 놓이도록 위치가 고정될 수 있다.

도 8에서는 걸림단(334, 335)이 2개인 경우를 도시한 것이므로, 제3걸림홈(356) 및 제4걸림홈(357)에 걸림단이 삽입되지 않는다. 다만, 도시된 것과 달리 상기 걸림단은 상기 복수의 걸림홈(354, 355, 356, 357)에 각각 끼워지도록 3개 또는 4개로 구성될 수도 있다.

도 9는 도 8의 Ⅰ-Ⅰ`를 따라 절개한 단면도이다.

도 9는 상기 플랩(331)이 최대로 개방된 상태를 나타낸다. 상기 플랩(331)이 최대로 개방되면, 상기 제1바디(351)의 저면부와 접촉될 수 있다.

상기 제1바디(351)의 저면부에는 상기 플랩(331)과 접촉되는 돌출부(351a)가 형성될 수 있다. 상기 플랩(331)이 압력에 의해 상측(도 9 기준)으로 휘어지면 상기 플립(331)의 단부에서 소정 간격 이격된 지점이 상기 돌출부(351a)와 충돌한다.

상기 제1바디(351)의 저면부는 상기 돌출부(351a)를 제외한 부분에서 상기 플랩(331)과 접촉하지 않도록 상방으로 굴곡진 형상으로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 상기 플랩(331)의 움직임을 방해하지 않도록 한다.

이처럼, 상기 밸브 스토퍼(35)는 상기 토출 밸브(33)의 플랩(331)이 과도하게 휘어지는 것을 방지함으로써 플랩(331)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 토출 밸브(33)에 구비된 복수의 걸림단(334, 335)이 상기 밸브 스토퍼(35)에 구비된 복수의 걸림홈(354, 355)에 끼워짐으로써, 상기 토출 밸브(33)의 위치를 고정시킬 수 있다.

Claims (10)

1. 냉매를 압축하기 위한 압축 공간이 구비되는 실린더;
   상기 압축 공간에 직선 왕복 운동 가능하게 제공되는 피스톤;
   상기 압축 공간에서 압축된 냉매가 토출되는 토출 공간이 구비되는 토출 머플러;
   상기 실린더의 일단에 구비되는 토출 밸브 어셈블리; 및
   상기 토출 머플러와 상기 토출 밸브 어셈블리 사이에 개재되어 상기 토출 밸브 어셈블리를 가압하는 밸브 스프링을 포함하고,
   상기 토출 밸브 어셈블리는,
   상기 압축 공간의 냉매가 토출되는 토출구가 구비되는 밸브 플레이트;
   상기 압축 공간과 상기 토출 공간의 압력 차이에 따라 상기 토출구를 선택적으로 개폐하는 플랩 및 상기 플랩을 지지하는 밸브 바디가 구비되는 토출 밸브; 및
   상기 플랩의 개도를 제한하기 위한 밸브 스토퍼를 포함하는 압축기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 밸브 스토퍼는,
   상기 플랩과 선택적으로 접촉하는 제1바디; 및
   상기 제1바디를 지지하는 제2바디를 포함하는 압축기.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 토출 밸브에는 상기 밸브 스토퍼와 결합하기 위한 복수의 걸림단이 구비되고,
   상기 밸브 스토퍼에는 상기 복수의 걸림단이 각각 끼워지는 복수의 걸림홈이 구비되는 압축기.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 각각의 걸림단은 상기 밸브 바디의 일부분이 절개되어 형성되는 압축기.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 복수의 걸림홈은 상기 제2바디에 구비되며,
   각각의 걸림홈에 끼워진 각각의 걸림단은 상기 제2바디에 의해 지지되는 압축기.
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1바디의 저면부에는 상기 플랩과 선택적으로 접촉하는 돌출부가 형성되는 압축기.
7. 제 2 항에 있어서,
   상기 밸브 스토퍼는 상기 밸브 스프링과 상기 토출 밸브 사이에 배치되는 압축기.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 밸브 스프링의 일측은 상기 토출 머플러 측에 지지되고, 타측은 상기 밸브 스토퍼의 제2바디에 접촉되어 상기 토출 밸브 어셈블리를 상기 실린더 측으로 가압하는 압축기.
9. 제 2 항에 있어서,
   상기 토출 밸브와 상기 제2바디 사이에는 전면 가스켓이 구비되는 압축기.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 토출 밸브와 상기 밸브 플레이트 사이에는 후면 가스켓이 구비되는 압축기.
    

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