KR20180090519A - 왕복동식 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 따른 왕복동식 압축기는 내부 공간을 형성하는 실린더와, 상기 실린더의 내부 공간에 삽입되어, 냉매를 압축하는 압축 공간을 형성하는 피스톤, 상기 실린더의 일 측에 결합되어, 상기 압축 공간에서 압축된 냉매가 유입되는 토출 공간을 형성하는 토출커버, 상기 압축 공간과 상기 토출 공간을 구획하도록, 상기 실린더의 일 측에 설치되는 밸브 플레이트를 포함하고, 상기 밸브 플레이트는, 상기 압축 공간과 상기 토출 공간을 연통하도록, 상기 압축 공간 측에 마련된 입구부와 상기 토출 공간 측에 마련된 출구부로 구성된 토출구를 포함하며, 상기 입구부와 상기 출구부는 서로 다른 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

왕복동식 압축기{RECIPROCATING COMPRESSOR}
본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 압축기(Compressor)는 전기 모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동 유체를 압축하여 압력을 높여주는 기계장치로서, 냉장고와 에어컨 등과 같은 가전기기 또는 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.
상기 압축기는 작동 유체의 압축 방식에 따라 왕복동식 압축기(Reciprocating 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.
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 인너 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, 특히 아래 선행 기술 1에 개시되는 리니어 압축기의 경우, 실린더의 일단을 개폐하는 토출 밸브와 상기 토출 밸브를 지지하는 토출 스프링이 장착되는 머플러를 포함한다.
1. 공개번호 : 10-2006-0039180 (공개일자 : 2006년 5월 8일)
2. 발명의 명칭 : 리니어 압축기의 토출 어셈블리
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.
이러한 선행문헌에 따른 리니어 압축기에 의하면, 아래와 같은 문제점이 발생한다.
(1) 종래의 리니어 압축기는 토출 밸브가 실린더를 개폐하는 과정에서 토출 밸브와 실린더 사이의 충돌에 의해 소음이 증가하는 문제가 있다.
(2) 또한, 압축공간에 사체적이 존재하여, 사체적 내부에 존재하는 고압냉매는 피스톤 후진시 재팽창하여 압축공간 내로 냉매의 흡입을 지연시켜 냉력을 감소시키는 문제가 있었다.
(3) 또한, 토출구의 유로단면적이 좁고 그에 따라 유로저항이 커져 압축기의 효율이 줄어드는 문제가 있었다.
본 실시 예는 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 새로운 형태의 토출 밸브 어셈블리가 구비된 왕복동식 압축기를 제안하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 사상에 따른 왕복동식 압축기는 내부 공간을 형성하는 실린더, 상기 실린더의 내부 공간에 삽입되어, 냉매를 압축하는 압축 공간을 형성하는 피스톤, 상기 실린더의 일 측에 결합되어, 상기 압축 공간에서 압축된 냉매가 유입되는 토출 공간을 형성하는 토출커버, 상기 압축 공간과 상기 토출 공간을 구획하도록, 상기 실린더의 일 측에 설치되는 밸브 플레이트;를 포함하고, 상기 밸브 플레이트는, 상기 압축 공간과 상기 토출 공간을 연통하도록, 상기 압축 공간 측에 마련된 입구부와 상기 토출 공간 측에 마련된 출구부로 구성된 토출구를 포함하며, 상기 입구부와 상기 출구부는 서로 다른 형상을 갖는다.
서로 다른 형상을 갖는 상기 입구부와 상기 출구부의 일 예로, 상기 입구부는 하나의 개구로 마련되고, 상기 출구부는 복수의 토출 포트로 마련될 수 있다. 그에 따라, 상기 사체적을 줄임과 동시에 냉력을 확보할 수 있다.
상기 출구부에는 상기 토출구를 개폐하는 토출 밸브가 배치되고, 상기 토출 밸브는 상기 복수의 토출 포트에 대응하는 복수의 플랩(flap)을 포함할 수 있다.
상기 토출 밸브의 일 측에는 상기 복수의 플랩의 가동범위를 제한하는 밸브 스토퍼가 결합될 수 있다.
상기 플랩과 상기 밸브 스토퍼는 상기 토출포트의 형상에 대응하도록 각각 마련될 수 있다. 따라서, 상기 토출포트의 형상이 변경됨에 따라 상기 플랩과 상기 밸브스토퍼의 형상도 변경된다.
상기 피스톤은, 상기 압축 공간을 형성하는 상기 피스톤의 일 면에 마련되는 흡입밸브와, 상기 흡입밸브를 고정하는 볼트를 포함하고, 상기 볼트의 헤드 부분은 상기 토출구에 인입될 수 있다.
상기 입구부는 상기 볼트의 헤드 부분에 대응하는 형상으로 마련될 수 있다.
상기 밸브 플레이트는, 상기 압축 공간을 형성하는 후면과, 상기 토출 공간을 형성하는 전면을 갖는 평판의 형태로 마련될 수 있다.
상기 입구부는 상기 후면에서 연장되어 상기 출구부와 연결되고, 상기 출구부는 상기 전면까지 연장될 수 있다.
상기 출구부는 3개의 흡입 포트로 마련되고, 각각의 흡입 포트는 상기 입구부와 연통될 수 있다.
상기 토출 플레이트의 일 측에는 토출 밸브가 결합되고, 상기 토출 밸브는 각각의 흡입 포트를 개폐하도록 상기 흡입 포트에 대응하는 3개의 플랩을 가질 수 있다.
상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시 예에 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, 본 발명의 실시 예에 의하면, 밸브 플레이트가 열저항값이 높은 금속 재질로 이루어짐으로써 고온 고압의 냉매에 의해 변형되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 밸브 플레이트에 단열 코팅을 함으로써 압축 공간으로부터 머플러로 전달되는 열량을 최소화할 수 있다.
또한, 밸브 플레이트에 구비된 토출구의 입구부와 출구부를 다른 형상으로 마련하여, 입구부에는 피스톤에 구비된 볼트의 헤드 부분이 인입되도록 함으로서 사체적을 줄이고, 출구부에는 복수의 토출 포트를 형성하여 유로저항을 최소화할 수 있다.
이와 같이, 압축기는 전면(출구부)과 후면(입구부)이 서로 다른 형상을 갖는 상기 토출 플레이트를 통해 냉력을 확보함과 동시에 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 압축기의 내부 구조를 보여주는 종단면도이다.
도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 압축기의 토출계의 구성을 보여주는 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 압축기를 구성하는 피스톤과 흡입 밸브의 결합체를 보여주는 사시도이다.
도 5는 도 4의 피스톤과 흡입 밸브의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 플레이트의 후면부를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 플레이트의 전면부를 도시한 도면이다.
도 8은 도 7의 A-A'단면도이다.
도 9은 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 플레이트가 실린더의 헤드부에 장착된 모습을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 플레이트의 토출구에 피스톤의 볼트가 삽입된 모습을 보여주는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시 예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.
본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 이하 왕복동식 압축기 중 리니어 압축기를 일 예로 들어 설명한다. 이는 예시적인 것으로 본 발명은 리니어 압축기가 아닌 다른 종류의 왕복동식 압축기에도 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 압축기의 내부 구조를 보여주는 종단면도이고, 도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 압축기의 토출계의 구성을 보여주는 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 압축기(10), 즉 리니어 압축기에는, 외관을 형성하는 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 밀폐용기(11)는 내부에 밀폐 공간을 형성하며, 이러한 밀폐 공간 내에 압축기(10)를 이루는 각종 부품들을 수용한다. 상기 밀폐용기(11)는 금속 재질로 이루어지며, 하부 쉘(111) 및 상부 쉘(112)을 포함한다.
상기 하부 쉘(111)은 대략 반구 형상으로서, 상기 상부 쉘(112)과 함께 압축기(10)를 이루는 각종 부품들을 수용하는 수용 공간을 형성한다. 상기 하부 쉘(111)을 "압축기 본체", 상기 상부 쉘(112)을 "압축기 커버"라고 이름할 수도 있다.
상세히, 상기 밀폐 용기(11)를 구성하는 상기 하부쉘(111)의 일 측면에는 유입관(101)이 관통 결합되고, 타 측면에는 토출관(102)이 결합된다. 상기 유입관(101)과 상기 토출관(102)은 상기 하부쉘(111)에 별도로 장착되거나 상기 하부 쉘(111)에 일체로 형성될 수 있다.
냉동 사이클을 구성하는 증발기의 출구 측 배관이 상기 유입관(101)에 연결되고, 응축기의 입구 측 배관이 상기 토출관(102)에 연결된다. 따라서, 상기 증발기로부터 상기 유입관(101)을 통해 유입되는 저온 저압의 기상 냉매는 상기 압축기(10)에서 고온 고압의 기상 냉매로 압축된 후 상기 토출관(102)을 통하여 응축기로 보내진다.
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. 상기 모터 마운트(103)는 상기 하부쉘(111)의 하부와 결합되어, 상기 압축기(10)를 안정적으로 지지한다.
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)을포함한다.
상기 프레임(12)은 상기 실린더(13)를 고정시키는 부분으로써, 상기 실린더(13)와 일체로 구성될 수 있다. 또한, 상기 실린더(13)가 별도의 부품으로 제공되고, 체결 부재에 의하여 상기 프레임(12)에 고정될 수도 있다.
상기 실린더(13)의 내부에는, 상기 피스톤(15)에 의하여 냉매가 압축되는 압축 공간(P)이 형성될 수 있다. 상기 실린더(13)는 내부에 상기 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 소재(알루미늄)로 성형될 수 있다. 압축기(10)의 운전 동안, 내부는 고온(약 100℃)의 환경이 조성되는데, 상기 피스톤(15)과 실린더(13)가 동일한 소재로 성형됨에 따라 열팽창 계수가 동일하므로, 상기 피스톤(15)과 실린더(13)는 동일한 양만큼 열변형 될 수 있다.
결국, 피스톤(15)과 실린더(13)가 서로 다른 크기 또는 방향으로 열변형 됨으로써, 피스톤(15)의 왕복운동 시 상기 실린더(13)와 간섭이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 하부쉘(111)의 바닥부에는 상기 실린더(13)의 내주면으로 유활 오일을 공급하는 오일 공급 장치(oil feeder)(19)가 마련된다. 상기 프레임(12)과 상기 실린더(13)의 내부에는 오일 공급 유로(121, 131)가 각각 마련된다.
상세히, 상기 오일 공급 장치(19)의 토출구는 상기 프레임(12)의 오일 공급 유로(121)와 연통되고, 상기 오일 공급 유로(121)는 상기 실린더(13)의 오일 공급 유로(131)와 연통된다. 상기 오일 공급 유로(131)는 상기 실린더(13)의 외주면과 내주면을 연결하도록 마련되어, 상기 오일 공급 장치(19)에서 공급되는 윤활용 오일은 상기 실린더(13)의 내주면에 도포될 수 있다.
또한, 압축유닛은 상기 피스톤(15) 내부에 장착되는 흡입 머플러(40)를 포함한다. 상기 흡입 머플러(40)는 플라스틱과 같은 비자성 물질로 성형될 수 있고, 내부에는 각종 소음 공간 및 소음관이 형성되어, 후술하는 흡입 밸브의 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 실시 예에서는 상기 흡입 머플러(40)가 제 1 내지 제 3 머플러(41 ~ 43)로 이루어지는 것이 제시된다.
상기 제 1 머플러(41)는 상기 피스톤(15)의 내부에 위치하고, 상기 제 2 머플러(42)는 상기 제 1 머플러(41)와 연결되어 상기 피스톤(15)의 일 측면에 위치한다. 또한, 상기 제 3 머플러(43)는 일 측이 상기 제 2 머플러(42)와 연결되고, 타측이 상기 유입관(101)과 연결된다.
그에 따라, 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. 상세히, 냉매는 상기 유입관(101), 상기 제 3 머플러(43), 상기 제 2 머플러(42) 및 상기 제 1 머플러(41)를 통과하여 상기 피스톤(15)으로 유입된다.
또한, 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. 이에 관하여는 자세히 후술한다.
또한, 압축기(10)는 상기 피스톤(15)에 구동력을 제공하는 모터 어셈블리(20)를 포함한다. 상기 모터 어셈블리(20)는 피스톤(15)에 직접 연결되어 상기 피스톤(15)을 직선 왕복 운동시킨다.
상기 모터 어셈블리(20)는, 아우터 스테이터(21), 상기 아우터 스테이터(21)의 내측에 제공되는 인너 스테이터(22) 및 상기 아우터 스테이터(21)와 인너 스테이터(22) 사이에 개재되는 마그넷(23)을 포함한다. 상세히, 상기 아우터 스테이터(21)와 상기 인너 스테이터(22)는 상기 실린더(13)의 외주면을 감싸는 형태로 제공된다.
또한, 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)과, 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 모터 커버(24)에 고정되며, 상기 모터 커버(24)는 체결 부재에 의하여 상기 프레임(12)에 고정된다. 즉, 상기 모터 커버(24)는 상기 아우터 스테이터(21)의 일 측을 지지하도록 마련된다.
상기 인너 스테이터(22)는 상기 실린더(13)의 외주면을 감싸는 원통 형상으로 이루어진다. 상기 인너 스테이터(22)의 일 단은 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.
상세하게는, 상기 마그넷(23)은 상기 피스톤(15)의 축 방향으로 다수의 영구 자석이 배열되는 형태로 제공되고, 상기 인너 스테이터(22) 및 상기 아우터 스테이터(21)와 마주보는 면에 자극(N-S)이 형성된다.
그리고, 상기 아우터 스테이터(21)를 구성하는 상기 코일 권선체에 전원이 입력되면, 상기 아우터 스테이터(21)와 상기 인너 스테이터(22) 간에 전자기력이 발생하고 상기 마그넷(23)이 가지는 자속이 상호 작용하여, 인력과 척력을 발생시킨다. 그에 따라, 상기 마그넷(23)은 직선 왕복 운동을 수행할 수 있다.
상기 마그넷(23)은 상기 실린더(13)와 마그넷 프레임(53)을 통해 연결된다. 상세하게는, 상기 마그넷(23)은 마그넷 프레임(53)에 연결되고, 상기 피스톤(15)의 단부도 상기 마그넷 프레임(53)에 연결되어, 상기 피스톤(15)과 상기 마그넷(23)이 한 몸으로 직선 왕복 운동을 할 수 있다.
그리고, 상기 프레임(12), 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.
또한, 압축기(10)는 상기 피스톤(15)을 축방향으로 탄성 지지하여, 상기 피스톤(15)을 공진 운동시키는 공진 스프링(16)을 포함할 수 있다. 상기 공진 스프링(16)의 일 측은 상기 마그넷 프레임(53)의 후측, 냉매의 유입측에 마련된 백커버(17)에 고정된다.
한편, 상기 피스톤(15)과 상기 마그넷(23)을 포함하는 이동 부재의 질량(M), 이들을 지지하는 상기 공진 스프링(16)의 복원력에 의하여 얻어지는 기계 스프링 상수(Kmechanical), 상기 압축 공간(P) 내부로 유입되는 작동 유체의 압력에 의하여 얻어지는 가스 스프링 상수(Kgas) 및 자기 스프링 상수(Kmagnet)에 의하여 정의되는 M-K 공진 주파수를 산출할 수 있다. 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(Kmagnet)는 자기 스프링(magnet spring)의 스프링 상수이다. 상기 자기 스프링은, 상기 마그넷(23)이 상기 인너 스테이터(22)와 상기 아우터 스테이터(21) 사이에 위치하도록 하는 전자기적 복원력을 의미한다. 상기 전자기적 복원력은 상기 공진 스프링(16)의 복원력과 같은 방향으로 작용하는 힘이기 때문에 자기 스프링으로 정의할 수 있다.
한편, 상기 공진 스프링(16)은, 상기 실린더(13)의 단부와 상기 피스톤(15)의 플랜지(155, 도 4 참조) 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 있다.
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 스프링 시트(18)는 상기 제 1 스프링(161) 및 상기 제 2 스프링(162)을 지지하도록 상기 피스톤(15)의 플랜지(155) 및 상기 백커버(17)에 각각 마련된다.
한편, 상기 실린더(13)의 양 단부는, 상기 피스톤(15)이 삽입되기 위하여 개구되는 말단부와, 상기 말단부의 반대 쪽 단부로 냉매가 토출되는 헤드부로 정의될 수 있다.
또한, 상기 압축기(10)의 압축유닛은 상기 실린더(13)의 헤드부에 안착되는 토출 밸브 어셈블리(30)와, 토출 머플러(52) 및 토출 커버(51)를 포함한다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 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 외측에는 상기 토출 커버(51) 및 상기 토출 머플러(52)가 안착되어 상기 토출 밸브 어셈블리(30)를 덮는다.
상기 밸브 어셈블리(30)는 상기 실린더(13)의 헤드부에 결합되어 상기 압축 공간(P)을 차폐한다. 자세하게는, 상기 슬리브(132)의 내부면에 형성된 단턱부(132a)에 상기 토출 밸브 어셈블리(30)가 안착된다.
상기 슬리브(132)에는, 상기 단턱부(132a)를 기준으로 일 측에는 상기 토출 밸브 어셈블리(30)가 수용되고, 타 측에는 압축 공간(P)이 형성되어 상기 피스톤(15)의 헤드부가 수용된다. 상기 토출 밸브 어셈블리(30)가 수용되는 상기 슬리브(132)의 내측 직경은, 상기 피스톤(15)이 수용되는 상기 실린더(13)의 내측 직경보다 크게 형성되어 상기 단턱부(132a)가 마련될 수 있다.
따라서, 상기 압축 공간(P)은, 상기 피스톤(15)의 헤드부를 지나는 면(S2)과 상기 단턱부(132a)를 지나는 면(S1) 사이에 형성되는 공간으로 정의될 수 있다. 그리고, 상기 압축 공간(P)은, 상기 피스톤(15)의 직선 왕복 운동에 의하여 팽창 또는 축소된다.
이때, 상기 압축 공간(P)이 가장 팽창되었을 때 상기 피스톤(15)의 헤드부를 지나는 면(S2)의 위치를 하사점(BDC)이라 하고, 상기 압축 공간(P)이 가장 축소되었을 때 상기 피스톤(15)의 헤드부를 지나는 면(S2)의 위치를 상사점(TDC)이라 한다.
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 머플러(52)와 상기 토출 커버(51)는 동일한 체결 부재에 의하여 상기 실린더(13)의 헤드부에 한 몸으로 고정될 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.
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.
또한, 상기 토출 커버(51)의 플랜지부(511)가 놓이는 상기 실린더(13)의 헤드부에는 실링(seal ring)(130)이 장착된다. 상기 밀폐 용기(11)의 내부는 상대적으로 저압 상태이기 때문에, 상기 토출 커버(51)로부터 누설되는 고압의 냉매가 상기 밀폐 용기(11) 내부의 저압 공간으로 누설되지 않도록 하여야 한다. 그에 따라, 상기 실링(130)을 장착하여 상기 토출 커버(51)의 캡부(512)로 토출된 냉매가 상기 토출 커버(51)의 외부로 누설되는 것이 방지할 수 있다.
한편, 상기 토출 머플러(52)는 상기 토출 커버(51)의 캡부(512)를 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 토출커버(51)의 토출구(513)를 통과하는 고온 고압의 냉매가 모이는 토출 공간(D2)이 형성된다.
즉, 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 감소될 수 있다.
또한, 상기 캡부(512)의 내부에 형성되는 토출 공간(D1)을 제 1 토출 공간(D1)이라 하고, 상기 토출 머플러(52)와 상기 토출 커버(51) 사이의 토출 공간(D2)을 제 2 토출 공간(D2)이라 이름할 수 있다.
도 3 에 도시된 바와 같이 상기 토출 머플러(52)는 메인 토출 머플러(521)와 서브 토출 머플러(522)를 포함한다. 다만, 이는 예시적인 것으로 토출 머플러(52)의 형태는 이에 제한되지는 않는다. 즉, 상기 토출 머플러(52)는 다수의 토출 머플러를 포함하는 등 다양한 형태로 마련될 수 있다.
상기 토출 머플러(52)의 일측에는 토출 포트가 형성되는데, 본 실시 예에서는 상기 서브 토출 머플러(522)의 일측에 토출 포트(522a)가 형성되는 것으로 제시된다. 상기 토출 포트(522a)에도 상기 루프 파이프(55)와 동일한 루프 파이프가 연결되고, 상기 토출 포트(522a)에 연결되는 루프 파이프의 출구는 상기 토출관(102)에 연결된다.
상기 토출 밸브 어셈블리(30)는, 상기 단턱부(132a)에 안착되는 밸브 플레이트(31)와, 상기 밸브 플레이트(31)의 전면(또는 상면)에 놓이는 토출 밸브(33)를 포함한다.
상기 밸브 플레이트(31)는 원형의 전면 및 후면을 갖는 판 형태로 제공되고, 측면에는 실링(seal ring)(32)이 결합된다. 상기 실링(32)는 상기 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 형성된다. 상기 토출구(311)에 대하여는 자세히 후술한다.
상기 밸브 플레이트(31)는 냉매가 압축 및 토출되는 과정에서는, 상기 실링(32)과 상기 슬리브(132) 내주면 사이에 발생하는 마찰력에 의하여 고정된 상태로 유지된다. 그러나, 상기 피스톤(15)의 상사점(TDC) 위치를 확인하는 소위 "상사점 서칭(TDC searching)" 과정에서, 상기 밸브 플레이트(31)는 상기 피스톤(14)의 가압력에 의하여 상기 단턱부(132a)로부터 분리된다.
상세하게는, 상사점의 정확한 위치를 파악하기 위한 상기 상사점 서칭 과정에서는, 상기 피스톤(15)이 상기 밸브 플레이트(31)를 밀어내는 위치까지 이동한다. 그리고, 상기 밸브 플레이트(31)가 상기 피스톤(15)에 의하여 밀리면, 상기 단턱부(132a)로부터 분리되어 전방으로 이동하게 된다.
그에 따라, 상기 밸브 플레이트(31)의 전방에 위치하는 상기 밸브 스프링(54)이 압축된다. 이와 동시에 상기 압축 공간(P)의 체적이 증가하면서, 상기 압축 공간(P) 내부의 압력이 순간적으로 급격히 떨어지게 된다. 이때, 제어부에서는 상기 압축 공간(P) 내부의 압력이 급격히 떨어지는 시점에서의 상기 피스톤(15)의 위치를 상사점으로 판단한다.
본 발명의 실시 예에 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 움직일 때 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)(311)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.
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. 즉, 상기 플랩(331)은 상기 토출구(311)의 형상에 대응하도록 마련되며, 상기 플랩(311)의 형상에 대하여는 자세히 후술한다.
또한, 상기 토출 밸브(33)의 전면(또는 상면)에는 밸브 스토퍼(35)가 마련된다. 상기 밸브 스토퍼(35)는 상기 토출 밸브(33)와 상기 밸브 플레이트(31)의 가장자리를 눌러주고, 상기 플랩(331)의 과도한 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 실시 예에 따른 압축기를 구성하는 피스톤과 흡입 밸브의 결합체를 보여주는 사시도이고, 도 5는 도 4의 피스톤과 흡입 밸브의 분해 사시도이다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 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), 상기 피스톤 몸체(151)의 일 단부에 형성되는 피스톤 헤드(154) 및 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)는 테프론 코팅 처리되는 부분을 의미하는 것으로서, 상기 표면 처리부(152)에 의하여 상기 피스톤(15)과 실린더(13)가 마찰에 의하여 발생하는 열로 인하여 피스톤(15)이 급격하게 열팽창하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 표면 미처리부(153)는 상기 실린더(13) 내부로 인입되지 않는 영역 및 상기 압축 공간(P)으로부터 상대적으로 먼 영역에 해당하고, 상기 표면 미처리부(153)에는 테프론 코팅 처리가 되지 않도록 하여 피스톤(15)이 불균일하게 팽창하는 것을 최소화할 수 있다.
한편, 상기 피스톤 헤드(154)는 상기 압축 공간(P)을 형성하는 헤드면(154c)을 포함한다. 상기 헤드면(154c)의 중앙부에는 볼트홈(154a)이 형성되고, 상기 볼트홀(154a)로부터 이격되는 상기 헤드면(154c)의 가장자리 부근에는 적어도 하나의 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 헤드면(154c)에는 흡입 밸브(50)가 안착되고, 상기 흡입 밸브(50)는 볼트(150)에 의하여 상기 헤드면(154c)에 고정될 수 있다. 상기 볼트(150)는 상기 흡입 밸브(50)의 중심을 관통하여 상기 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. 이에 대하여는 자세히 후술한다.
상기 흡입 밸브(50)는 상기 토출 밸브(33)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. 또한, 상기 피스톤(15)이 전진할 때는 상기 압축 공간(P)의 압력에 의해 상기 흡입구(154b)를 폐쇄한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 플레이트의 후면부를 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 플레이트의 전면부를 도시한 도면이며, 도 8은 도 7의 A-A'의 단면도이다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 밸브 플레이트(31)는 원형의 후면(312) 및 전면(314)을 갖는 판의 형태로 마련된다. 이때, 상기 후면(312)은 냉매가 유입되는 방면, 즉 압축 공간(P)을 형성하는 면이고, 상기 전면(314)은 냉매가 토출되는 방면, 즉 제 1 토출공간(D1)을 형성하는 면이다.
즉, 상기 후면(312)은 상기 실린더(13) 슬리브(132)의 단턱부(132a)에 안착되어 상기 피스톤(15)과 인접하게 위치하는 면이며, 상기 전면(314)은 상기 토출 밸브(33)가 설치되며 상기 밸브 스프링(54) 및 상기 토출커버(51)와 인접하게 위치하는 면이다.
한편, 상기 밸브 플레이트(31)가 상기 압축 공간(P)의 고온 고압의 냉매 가스에 의해 변형되는 것을 방지하기 위하여, 상기 밸브 플레이트(31)는 열저항값이 높은 금속 재질로 이루어질 수 있다. 일 예로, 상기 밸브 플레이트(31)는 냉간강판으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 압축 공간(P)과 접하는 상기 밸브 플레이트(31)의 후면(312)에는 단열 코팅층이 형성될 수 있다. 상기 단열 코팅은 테프론 코팅 처리에 의해 형성될 수 있다. 이에 따라, 고온 고압의 냉매에 의해 상기 밸브 플레이트(31)가 변형 또는 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 상기 압축 공간(P)의 열이 상기 토출 공간(D1, D2)으로 전달되는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이 상기 밸브 플레이트(31)의 측면에는 상기 실링(32)이 결합된다. 따라서, 상기 밸브 플레이트(31)의 측면에는 상기 실링(32)이 결합되는 실링홈(316)이 구비될 수 있다. 상기 실링홈(316)은 상기 밸브 플레이트(31)의 측면부를 따라 형성될 수 있다.
상기 밸브 플레이트(31)의 전면부(314)에는, 상기 토출구(311)의 외측에 형성되는 홈부(3143)가 구비될 수 있다. 상기 홈부(3143)는 소정의 폭으로 상기 밸브 플레이트(31)의 전면부(314)에 함몰되어 형성된다. 상기 홈부(3143)에는 냉매 중에 혼합된 오일이 유입될 수 있으며, 상기 홈부(3143)는 오일을 머금은 상태를 유지할 수 있다.
상기 토출 밸브(33)의 플랩(331)은 상기 토출구(311)를 개폐하는 과정에서 상기 밸브 플레이트(31)와 충돌한다. 이때, 상기 홈부(3143)에 고인 오일이 상기 플랩(331)과 상기 밸브 플레이트(31)에 가해지는 충격을 완화하는 완충기능을 할 수 있다. 이에 따라, 상기 플랩(331)에 연속적으로 가해지는 충격이 감소되므로, 소음이 감소되며 상기 플랩(331)의 수명이 연장될 수 있다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 밸브 플레이트(31)에 구비된 상기 토출구(311)는 상기 후면(312)과 상기 전면(314)을 관통하여 형성된다. 상기 토출구(311)는 상기 토출 밸브(33)에 의해 개폐되고, 상기 토출구(311)가 개방된 경우 상기 압축 공간(P)의 냉매가 상기 제 1 토출공간(D1)으로 이동할 수 있다.
이처럼, 본 발명의 압축기(10)는 압축 냉매 토출 시 상기 토출 밸브(33)가 상기 토출구(311)를 개방함으로써 상기 압축 공간(P)의 냉매가 상기 토출구(311)를 통해 상기 토출 공간(D1, D2)으로 토출되도록 한다. 따라서, 상기 밸브 플레이트(31)는 실린더(13)의 헤드부에 안착된 상태로 유지되기 때문에 냉매 토출 시의 소음이 저감되는 장점이 있다.
상기 토출 밸브(33)가 개방되었다 상기 토출구(311)를 폐쇄할 때, 상기 토출구(311) 내부 공간에 위치된 압축냉매는 토출되지 못한다. 이러한 압축냉매가 토출되지 못하는 공간을 사체적(dead volume)이라 한다. 사체적에 위치한 압축냉매는 상기 피스톤(15)이 후진함에 따라 다시 압축 공간(P)에서 팽창된다. 이는 압축 공간(P)의 압력을 높이고 압축 공간(P)으로 냉매가 유입되는 것을 방해하기 때문에 냉력이 감소하는 결과를 가져온다. 즉, 냉력을 확보하기 위해서는 사체적을 최소화하는 것이 필요하다.
또한, 냉매가 통과하는 유로, 즉 상기 토출구(311)의 단면적이 넓을수록 유로저항이 적어짐으로 효율(EER, energy efficiency ratio)을 높일 수 있다. 다만, 밸브신뢰성의 문제로 상기 토출구(311)의 크기를 일정 이상 키울 수 없기 때문에, 복수 개로 마련하여 단면적을 넓일 수 있다.
즉, 냉력을 확보하기 위해서는 상기 토출구(311)의 체적을 최소화해야 하고, 효율을 높이기 위해서는 상기 토출구(311)를 여러개 형성할 필요가 있다. 이를 모두 만족하기 위하여 본 발명의 밸브 플레이트(31)는 서로 다른 형상의 입구부(3111)와 출구부(3113)를 포함한다.
상기 입구부(3111)는 상기 압축 공간(P)의 냉매가 유입되도록 상기 후면(312) 쪽에 마련된다. 상기 출구부(3113)는 상기 밸브 플레이트(31)를 통과한 냉매가 상기 제 1 토출공간(D1)으로 토출되도록 상기 전면(314) 쪽에 마련된다.
즉, 상기 입구부(3111)의 일 단은 상기 후면(312)에 마련되며 타 단은 상기 출구부(3113)와 연결되고, 상기 출구부(3113)의 일 단은 상기 전면(314)에 마련되며 타 단은 상기 입구부(3111)와 연결된다.
상기 입구부(3111)에는 상기 피스톤(15) 볼트(150)의 헤드 부분이 인입될 수 있다. 상기 볼트(150)의 헤드 부분이 상기 입구부(3111)에 인입되는 만큼 사체적을 줄일 수 있어 냉력을 확보할 수 있다.
또한, 사체적을 더 줄이기 위해 상기 입구부(3111)의 내주면 형상은 상기 볼트(150)의 헤드 부분과 대응되도록 형성될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 볼트(150)의 헤드 부분은 절단된 원추 형상으로 이루어진다. 그에 따라, 상기 입구부(3111)는 일 방향으로 갈수록 직경이 감소하는 경사부(318)로 이루어질 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 경사부(318)는 상기 후면(312)에서 상기 전면(314)으로 향할수록 상기 입구부(3111)의 면적이 줄어들도록 형성된다.
상기 볼트(150)의 헤드 부분 형상은 예시적인 것이며 상기 입구부(3111)의 내주면 형상 또한 예시적이다. 즉, 상기 입구부(3111)의 내주면 형상은 상기 볼트(150)의 헤드 부분 형상과 대응하도록 다양하게 마련될 수 있다.
상기 출구부(3113)는 복수의 출구포트(3113a, 3113b, 3113c)를 갖도록 마련된다. 도 7에 도시된 바와 같이 3개의 출구포트를 예시적으로 도시하였고, 도 8은 그 중 2개의 출구포트(3113a, 3113b)가 보이도록 자른 단면이다. 또한, 각각의 출구포트(3113a, 3113b, 3113c)에는 상기 홈부(3143)가 구비될 수 있다.
상기 밸브 플레이트(31)는 상기 입구부(3111)가 형성되고 상기 후면(312)에서 연장되는 후면판과, 상기 출구부(3113)가 형성되고 상기 전면(314)에서 연장되는 전면판의 결합으로 제작될 수 있다. 또한, 하나의 평판에서 양 측에 상기 입구부(3111)와 출구부(3113)를 각각 형성하도록 제작될 수 있다.
도 9은 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 플레이트가 실린더의 헤드부에 장착된 모습을 보여주는 도면이다.
도 9을 참조하면, 상기 밸브 플레이트(31)는 상기 실린더(13)의 헤드부에 장착된다. 구체적으로, 상기 밸브 플레이트(31)는 상기 실링(32)이 결합된 상태로 상기 실린더(13)의 헤드부에 구비된 슬리브(132)에 삽입된다. 그리고, 상기 슬리브(132)의 내주면에는 단턱부(132a)가 구비되며, 상기 밸브 플레이트(31)는 상기 단턱부(132a)에 안착된다.
상기 밸브 플레이트(31)에 결합되는 실링(32)은 냉매의 누설을 방지하기 위해 상기 슬리브(132)의 내주면과 밀착된다. 따라서, 제작 과정에서 상기 실링(32)이 결합된 밸브 플레이트(31)를 상기 슬리브(132)에 삽입하기 어려운 문제가 있다. 따라서, 상기 실링(136)이 결합된 밸브 플레이트(31)가 상기 슬리브(132)에 용이하게 삽입되도록, 상기 슬리브(132)의 내주면의 단부(132b)는 소정 각도로 경사진 형상으로 이루어진다. 이에 따라, 상기 슬리브(132)의 내주면은 단부(132b)에서 가장 큰 내경을 갖는다.
또한, 상기 슬리브(132)에 장착된 상기 밸브 플레이트(31)의 상부에는 상기 토출 밸브(33)가 장착된다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 토출 밸브(33)는 상기 밸브 바디(332)와 상기 플랩(331)을 포함한다.
상기 플랩(331)은 각각의 상기 토출 포트(3113a, 3113b, 3113c)를 폐쇄하도록 상기 토출 포트(3113a, 3113b, 3113c)와 대응되는 형상으로 마련된다. 즉, 예시적으로 3개로 마련된 상기 토출 포트(3113a, 3113b, 3113c)에 대응하여 상기 플랩(331)은 3개로 마련된다(도 3 참조). 또한, 이는 예시적인 형상이며 상기 플랩(331)을 포함하는 상기 토출 밸브(33)의 형상은 상기 토출 포트의 형상과 대응하도록 다양하게 마련될 수 있다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이 상기 토출 밸브(33)의 상부에는 상기 플랩(331)의 과도한 휘어짐을 제한하는 상기 밸브 스토퍼(35)가 설치된다. 상기 밸브 스토퍼(35)는 상기 플랩(331)의 형상에 대응하도록 마련된다(도 3 참조).
즉, 상기 토출 밸브(33) 및 상기 밸브 스토퍼(35)는 상기 토출 포트(3113a, 3113b, 3113c)의 형상에 따라 변경될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 플레이트의 토출구에 피스톤의 볼트가 삽입된 모습을 보여주는 도면이다.
도 10은 상기 압축 공간(P)가 최소화된 때, 즉, 상기 피스톤(15)이 상사점에 위치한 때를 도시한 것이다. 이는 이상적인 압축기(10)의 운전상황을 도시한 것으로 실제 압축기(10)의 운전상황은 이와 다를 수 있다.
이때, 상기 볼트(150)의 헤드 부분은 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 냉매까지를 효과적으로 토출시킬 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 입구부(3111)는 상기 볼트(150)의 헤드 부분과 대응하는 경사부(318)로 형성된다. 상기 경사부(318)와 상기 볼트(150)의 헤드 부분은 동일한 각도로 경사질 수 있다.
또한, 상기 후면(312)측의 상기 입구부(3111)에는 단차부(319)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 단차부(319)는 상기 입구부(3111)에서 소정의 깊이(d)와 폭으로 함몰되어 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 단차부(319)의 깊이(d)는 0.2mm로 형성될 수 있다.
상기 입구부(3111)에 단차부(319)가 형성됨으로써 상기 입구부(3111)로 유입되는 냉매의 유로는 넓어져 유로저항이 줄어드는 반면, 상기 토출구(311) 내의 사체적의 증가량은 최소화할 수 있다.
즉, 상기 토출구(311)에 상기 볼트(150)의 헤드 부분이 인입되고, 상기 입구부(3111)가 상기 볼트(150)의 헤드 부분과 대응하는 형상을 가지며 상기 후면(312)측에 단차부(319)를 가짐으로 인해, 사체적을 줄이고 냉력을 확보할 수 있다.
또한, 하나의 상기 입구부(3111)를 통해 유동하는 냉매가 상기 출구부(3113)에서 복수의 토출 포트(3113a, 3113b, 3113c)를 통해 토출됨에 따라 유로저항이 적어지고 효율을 확보할 수 있다.
결론적으로, 본 발명의 압축기(10)는 전면(314)과 후면(312)이 서로 다른 형상을 갖는 상기 토출 플레이트(31)를 통해 냉력을 확보함과 동시에 효율을 높일 수 있다.
10 : 압축기 12 : 프레임
13: 실린더 15 : 피스톤
30 : 토출 밸브 어셈블리 31 : 밸브 플레이트
33 : 토출 밸브 35 : 밸브 스토퍼
132 : 슬리브 150 : 볼트
311 : 토출구 3111 : 입구부
3113 : 출구부

Claims (10)

  1. 내부 공간을 형성하는 실린더;
    상기 실린더의 내부 공간에 삽입되어, 냉매를 압축하는 압축 공간을 형성하는 피스톤;
    상기 실린더의 일 측에 결합되어, 상기 압축 공간에서 압축된 냉매가 유입되는 토출 공간을 형성하는 토출커버;
    상기 압축 공간과 상기 토출 공간을 구획하도록, 상기 실린더의 일 측에 설치되는 밸브 플레이트;를 포함하고,
    상기 밸브 플레이트는, 상기 압축 공간과 상기 토출 공간을 연통하도록, 상기 압축 공간 측에 마련된 입구부와 상기 토출 공간 측에 마련된 출구부로 구성된 토출구를 포함하며,
    상기 입구부와 상기 출구부는 서로 다른 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입구부는 하나의 개구로 마련되고,
    상기 출구부는 복수의 토출 포트로 마련되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 출구부에는 상기 토출구를 개폐하는 토출 밸브가 배치되고,
    상기 토출 밸브는 상기 복수의 토출 포트에 대응하는 복수의 플랩(flap)을 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 토출 밸브의 일 측에는 상기 복수의 플랩의 가동범위를 제한하는 밸브 스토퍼가 결합되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 피스톤은, 상기 압축 공간을 형성하는 상기 피스톤의 일 면에 마련되는 흡입밸브와, 상기 흡입밸브를 고정하는 볼트를 포함하고,
    상기 볼트의 헤드 부분은 상기 토출구에 인입되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 입구부는 상기 볼트의 헤드 부분에 대응하는 형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 플레이트는, 상기 압축 공간을 형성하는 후면과, 상기 토출 공간을 형성하는 전면을 갖는 평판의 형태로 마련되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 입구부는 상기 후면에서 연장되어 상기 출구부와 연결되고, 상기 출구부는 상기 전면까지 연장되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 출구부는 3개의 흡입 포트로 마련되고,
    각각의 흡입 포트는 상기 입구부와 연통되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 토출 플레이트의 일 측에는 토출 밸브가 결합되고,
    상기 토출 밸브는 각각의 흡입 포트를 개폐하도록 상기 흡입 포트에 대응하는 3개의 플랩을 갖는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
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