KR20060041041A - 왕복동식 압축기의 토출밸브 결합체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 토출밸브 결합체에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면 케이싱 내부에 탄성 지지된 프레임 유니트에 고정 설치하는 실린더의 압축 공간을 개폐하는 토출 밸브와, 상기 토출 밸브의 위치를 구속하도록 탄성 지지하는 밸브 스프링과, 상기 실린더의 끝단에 덮어 씌워 상기 토출밸브와 밸브 스프링을 수용함과 아울러 밸브 스프링의 지지면이 구비된 압축된 냉매 가스의 토출 공간을 형성하는 토출 커버로 구성되는 왕복동식 압축기의 토출 밸브 결합체에 있어서, 상기 실린더의 안착면에 부착되어 상기 토출 밸브가 실린더의 압축 공간을 폐쇄하기 위하여 실린더와 접촉하기 전에 미리 충격을 완화시키는 완충 부재를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 토출 밸브 결합체가 제공된다.

왕복동식 압축기, 토출밸브, 스프링, 충격완화구조

Description

왕복동식 압축기의 토출밸브 결합체{DISCHARGE VALVE ASSEMBLY OF RECIPROCATING COMPRESSOR}

도 1은 왕복동식 압축기의 일예를 도시한 단면도,

도 2는 상기 왕복동식 압축기의 토출밸브 결합체에 대한 종래 구조의 일예를 도시한 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 토출밸브 결합체의 제1 실시예를 도시한 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 토출밸브 결합체의 제2 실시예를 도시한 단면도.

20: 프레임 유니트 60: 피스톤

61: 가스유로 90: 흡입밸브

150: 실린더 200: 토출밸브 결합체

201: 토출커버 202: 토출밸브

203: 밸브 스프링 223: 압축 평면

250: 접촉 부재 300: 완충 부재

S1: 접촉면 S2: 안착면

일반적으로 왕복동식 압축기는 실린더 내부에서 피스톤이 직선 왕복 운동하면서 냉매 가스를 흡입하고 압축하는 기계이다. 이와 같은 왕복동식 압축기는 구동 매카니즘에 따라 크게 두 가지 방식으로 나누어진다. 하나는 모터의 회전 운동이 직선 왕복 운동으로 변환되어 피스톤에 전달되는 방식이고, 다른 하나는 모터의 직선 왕복 운동이 직접 피스톤에 전달되는 방식이다.

도 1은 모터의 직선 왕복 운동이 직접 피스톤에 전달되는 방식으로 운전되는 왕복동식 압축기의 일예를 도시한 것이다. 이에 도시한 바와 같이, 상기 왕복동식 압축기는 가스 흡입관(1)과 가스 토출관(2)이 결합된 케이싱(10)과, 상기 케이싱(10)의 내부에 서로 소정의 간격을 두고 탄력 지지되어 설치되는 전방 프레임(20) 및 중간 프레임(30)과, 상기 전방 프레임(20)과 중간 프레임(30)사이에 장착되어 직선 왕복 구동력을 발생시키는 구동 모터(40)와, 상기 전방 프레임(20)에 삽입되는 실린더(50)와, 상기 구동 모터(40)의 구동력을 전달받아 상기 실린더(50)내부에서 직선 왕복 운동하는 피스톤(60)과, 상기 피스톤(60)을 복개하는 후방 프레임(70)과, 상기 피스톤(60)을 탄성 지지하여 공진을 유도하는 공진 스프링(80)과, 상기 피스톤(60)의 선단면에 결합되어 상기 피스톤(60)의 직선 왕복 운동에 따라 상기 실린더(50)의 내부로 유입되는 가스의 흐름을 제어하는 흡입밸브(90)와, 상기 실린더(50)의 일측에 설치되어 상기 피스톤(60)의 직선 왕복 운동에 따라 그 실린더(50) 내부에서 압축되는 압축가스의 토출을 제어하는 토출밸브 결합체(100)를 포 함하여 구성된다.

상기 구동 모터(40)는 상기 전방 프레임(20)과 중간 프레임(30)사이에 장착되는 외측 고정자(41)와, 상기 외측 고정자(41)의 내부에 삽입되어 상기 전방 프레임(20)에 장착되는 내측 고정자(42)와, 상기 외측 고정자(41)에 결합되는 권선 코일(43)과, 상기 외측 고정자(41)와 내측 고정자(42)사이에 직선 움직임 가능하게 삽입되는 가동자(44)를 포함하여 구성된다. 상기 가동자(44)는 원통 형상의 홀더(45)와 그 홀더(45)에 결합되는 다수개의 마그네트(46)로 구성되며, 그 홀더(45)는 상기 피스톤(60)과 연결된다.

상기 토출밸브 결합체(100)는 상기 실린더(50)의 내부 공간을 복개하는 토출커버(101)와 상기 토출커버(101) 내부에 위치하여 상기 실린더의 내부 공간을 개폐하는 토출밸브(102)와, 상기 토출밸브(102)를 탄성적으로 지지하는 밸브 스프링(103)을 포함하여 구성된다. 상기 가스 토출관(2)은 상기 토출커버(101)에 연결된다.

미설명 부호 104는 체결볼트이고, 105는 너트이다.

상기한 바와 같은 왕복동식 압축기의 작동을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 압축기에 전원이 인가되면 상기 구동 모터(40)에서 직선 왕복 구동력이 발생되어 그 구동 모터의 가동자(44)가 직선 왕복 운동하게 되고 그 가동자(44)의 직선 왕복 구동력이 상기 피스톤(60)에 전달되어 그 피스톤(60)이 실린더(50) 내부 공간에서 직선 왕복 운동하게 된다. 상기 피스톤(60)이 실린더(50) 내부 공간에서 직선 왕복 운동함에 따라 그 실린더(50)내부에서 발생되는 압력차에 의해 흡 입밸브(90)와 토출밸브 결합체(100)가 가스 유로를 개폐하면서 가스가 실린더(50) 내부로 흡입되고 압축되어 토출된다. 상기 실린더(50) 내부 공간에서 토출된 압축 가스는 토출커버(101)의 내부를 거쳐 가스 토출관(2)을 통해 빠져 나간다. 이와 같은 과정이 지속적으로 반복되면서 가스를 압축시키게 된다.

한편, 상기 왕복동식 압축기에서 상기 피스톤(50)의 직선 왕복 운동에 따라 압축된 가스를 토출시키는 토출밸브 결합체(100)에 의해 소음 발생의 정도를 좌우하게 되고, 또한 토출밸브 결합체(100)의 작동에 따라 토출 가스의 유동 저항을 좌우하게 되어 가스 토출 유량에 영향을 미치게 된다. 따라서, 상기 토출밸브 결합체(100)에 대한 연구는 신뢰성과 효율을 높이는데 중요한 요소로 작용하며 또한, 많은 연구가 진행중이다.

도 2는 상기 왕복동식 압축기의 토출밸브 결합체에 대한 종래 구조의 일예를 도시한 것이다. 이에 도시한 바와 같이, 종래 왕복동식 압축기 토출밸브 결합체(100)는 상기 실린더(50)의 내부 공간을 복개하는 토출커버(101)와, 상기 토출커버(101)내에 삽입되어 그 실린더(50)의 내부 공간을 개폐하는 토출밸브(102)와, 상기 토출밸브(102)를 탄성적으로 지지하는 밸브 스프링(103)으로 구성되며, 상기 토출커버(101)는 일정 두께를 갖는 캡 형태로 형성되어 있다. 즉, 상기 토출커버(101)는 일정 길이와 외경을 갖는 원통부(111)의 일측에 절곡 연장되어 상기 전방 프레임(20)에 결합되는 고정부(112)가 형성되어 있고 그 원통부(111)의 일측에 상기 가스 토출관(2)이 결합되는 토출공(113)이 형성되어 있다.

상기 토출밸브(102)는 일측에 스프링이 결합되고 타측에 실린더(50)의 내부 공간을 막는 원형의 압축평면(123)으로 형성되어 있다.

상기 밸브 스프링(103)은 일정 길이를 갖는 코일 스프링이다.

상기 밸브 스프링(103)은 그 일측이 상기 토출밸브와 결합되어 있고 타측이 상기 토출커버의 내측면에 접촉 지지되어 있다. 이때, 상기 토출밸브의 압축평면(123)은 상기 실린더(50)의 끝면인 접촉면(S1)에 접촉되고 상기 밸브 스프링(103)과 접촉되는 토출커버의 내측면은 상기 토출밸브의 압축평면(123)과 접촉되는 실린더(50)의 접촉면(S1)과 평행한 평면이다.

상기한 바와 같은 종래 왕복동식 압축기 토출밸브 결합체의 작동을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 피스톤(60)이 상사점에서 하사점으로 이동하게 되면 상기 실린더(50) 내부 공간의 압력차에 의해 상기 토출밸브의 압축평면(123)이 실린더(50)의 접촉면(S1)에 밀착됨과 동시에 상기 흡입밸브(90)가 열리면서 가스가 피스톤(60) 내부에 형성된 유로를 통해 실린더(50) 내부 공간으로 유입된다.

그리고 상기 피스톤(60)이 하사점에서 상사점으로 이동하게 되면 상기 흡입밸브(90)가 피스톤(60)의 가스 유로를 막게 되면서 실린더(50) 내부 공간에 흡입된 가스가 점점 압축되고 그 가스가 설정된 압축 상태가 되면 상기 밸브 스프링(103)에 지지되는 토출밸브(102)가 열리면서 압축된 가스가 토출된다. 이와 같은 과정이 지속적으로 반복되면서 가스를 압축하게 된다.

상기한 바와 같은 토출밸브 결합체는 가스가 압축되는 실린더의 내부 공간의 단면이 원형이고 그를 개폐하는 토출밸브가 원형으로 형성되어 실린더(50)의 내부 공간의 형상 및 그 내부 공간을 개폐하는 토출밸브(102)의 형상이 최대의 토출 면적을 갖도록 형성되므로 토출 가스의 흐름이 원활하게 될 뿐만 아니라 많은 양의 토출가스가 한번에 유출되어 효율이 우수한 장점이 있다. 반면, 상기 토출밸브(102)의 움직임을 원활하게 하기 위하여 그 토출밸브(102)를 탄성 지지하는 밸브 스프링(103)의 강성이 약하게 설계되므로 상기 토출밸브(102)의 움직임 시 그 움직임 폭이 크게 되어 상기 실린더(50)와 접촉되는 충격량이 증가하게 됨으로써 고주파 성분의 밸브 접촉 소음이 크게 발생하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 접촉면에서 오일의 접착력, 밸브 스프링에 의한 힘 및 토출 커버 내의 압력에 의한 힘의 합보다 피스톤과 토출 밸브에 의해 형성되는 압축실의 압력에 의한 힘이 더 높아져야 토출 밸브가 열리게 되는데, 이는 피스톤이 유체에 불필요한 일을 하게 되어 과압축 손실을 유발하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 소음 발생 및 접촉 충격량을 최소화할 수 있도록 한 왕복동식 압축기의 토출 밸브 결합체를 제공함에 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 왕복동식 압축기의 토출밸브 결합체는 케이싱 내부에 탄성 지지된 프레임 유니트에 고정 설치하는 실린더의 압축 공간을 개폐하는 토출 밸브와, 상기 토출 밸브의 위치를 구속하도록 탄성 지지하는 밸브 스프링과, 상기 실린더의 끝단에 덮어 씌워 상기 토출밸브와 밸브 스프 링을 수용함과 아울러 밸브 스프링의 지지면이 구비된 압축된 냉매 가스의 토출 공간을 형성하는 토출 커버로 구성되는 왕복동식 압축기의 토출 밸브 결합체에 있어서, 상기 실린더의 안착면에 부착되어 상기 토출 밸브가 실린더의 압축 공간을 폐쇄하기 위하여 실린더와 접촉하기 전에 미리 충격을 완화시키는 완충 부재를 더 포함하여 구성된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다. 종래의 기술과 동일한 사항은 설명을 생략하기로 한다.

도 3는 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 토출밸브 결합체의 제1 실시예를 도시한 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 왕복동식 압축기의 토출밸브 결합체(200)는 케이싱 내부에 탄성 지지된 프레임 유니트(20)에 고정 설치하는 상기 실린더(150)의 압축 공간을 개폐하는 토출 밸브(202)와, 상기 토출 밸브(202)의 위치를 구속하도록 탄성 지지하는 밸브 스프링(203)과, 상기 실린더(150)의 끝단에 덮어 씌워 상기 토출밸브(202)와 밸브 스프링(203)을 수용함과 아울러 밸브 스프링(203)의 지지면이 구비되어 압축된 냉매 가스의 토출 공간을 형성하는 토출 커버(201)로 구성되는 왕복동식 압축기에 있어서, 상기 실린더(150)의 안착면(S2)에 부착되어 상기 토출 밸브(202)가 실린더(150)의 압축 공간을 폐쇄하기 위하여 실린더(150)와 접촉하기 전에 미리 충격을 완화시키는 완충 부재(300)를 더 포함하여 구성된다.

상기 실린더(150)는 내부에 피스톤(60)이 삽입되며, 상기 피스톤(60)은 상기 실린더(150)의 압축공간 안에서 왕복동식 구동 모터의 가동자에 결합한다.

상기 실린더(150)의 일측면에는 단이 지게 형성되어 상기 토출밸브(202)가 접촉되는 접촉면(S1)과 후술하는 완충부재가 안착하는 안착면(S2)이 형성된다. 상기 실린더(150)는 프레임(20)에 결합되고 그 실린더의 내부 공간에 피스톤(60)이 직선 왕복 운동 가능하게 삽입된다.

상기 피스톤(60)은 내부에 가스 유로(61)가 관통 형성되고 그 일측단에 그 가스 유로(61)를 개폐하는 흡입밸브(90)가 장착된다.

상기 토출커버(201)는 내부에 수용 공간을 갖고 일측이 개방된 원통 모양으로 일정 두께와 소정의 길이를 갖는 원통부(211)와 그 원통부(211)의 타측에 절곡 연장 형성되는 고정부(212)가 구비된다. 상기 토출커버(201)는 상기 실린더의 접촉면(S1)측을 포함하여 복개하도록 그 고정부(212)가 상기 프레임(20)에 결합된다. 상기 원통부(211)의 일측에는 압축된 냉매를 배출하는 토출공(213)이 형성되어 있다. 상기 토출공(213)은 가스 토출관(미도시)과 연결되어 있는 것은 종래 기술과 같다.

상기 토출밸브(202)는 그 일측에 상기 실린더의 접촉면(S1)에 접촉되는 압축평면(223)이고, 그 압축평면(223)의 타측에 밸브스프링(203)이 결합되어 형성된다. 상기 토출밸브(202)는 그 압축평면(223)이 상기 실린더(150)의 내부 공간을 밀봉시키도록 그 실린더의 접촉면(S1)에 접촉된다.

상기 밸브 스프링(203)은 일정 길이를 갖는 코일 스프링이다.

상기 밸브 스프링(203)은 그 일측이 상기 토출밸브(202)와 결합되어 있고 타측이 상기 토출커버(201)의 내측면에 접촉 지지되어 있다. 이때, 상기 토출밸브의 압축평면(223)은 상기 실린더(150)의 끝면인 접촉면(S1)에 접촉되고 상기 밸브 스프링(203)과 접촉되는 토출커버의 내측면은 상기 토출밸브의 압축평면(223)과 접촉되는 실린더(150)의 접촉면(S1)과 평행한 평면이다.

상기 완충 부재(300)는 상기 실린더(150)의 안착면(S2)에 장착된다.

상기 완충 부재(300)가 전혀 하중을 받지 않았을 때의 높이는 상기 실린더(150)의 일측면에 돌출 형성된 상기 안착면(S2)에서 실린더(150)의 접촉면(S1)까지의 높이(H)보다 약 1mm 더 높게 형성되어 돌출되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 토출 밸브(202)가 닫힐 때 토출밸브(202)와 실린더(150)와의 거리가 1mm 전에 상기 완충 부재(300)와 접촉을 시작하는 것이 바람직하다.

상기 완충 부재(300)는 하나의 코일 스프링으로서 안착면(S2)의 둘레에 안착되어 있는 것이 바람직하다.

상기 완충 부재(300)는 웨이브 스프링으로 형성될 수도 있다.

또한, 상기 완충 부재(300)는 스펀지와 같은 신축성이 있는 재질을 사용하여 형성될 수도 있다.

상기 안착면(S2)은 상기 실린더(150)의 일측면에 단이 지게 형성된 곳에 위치하며, 자세하게는 실린더(150)의 단이 진 부분중 돌출 부분은 토출밸브(202)와 접촉하는 접촉면(S1)이 형성되고, 접촉면(S1)과 수직한 미돌출 부분은 상기 완충부재(300)가 안착되는 안착면(S2)을 이룬다. 상기 안착면(S2)과 접촉면(S1)사이의 높이(H)는 일정 값을 가질 수도 있으나, H값이 0일수도 있다. 즉, 안착면(S2)과 접촉면(S1)이 같은 평면에 존재할 수도 있는 것이다. 이 경우, 완충 부재(300)가 하중 을 전혀 받지 않았을 때의 높이를 1mm로 하면, 본 발명과 같은 효과를 가질 수 있을 것이다. 다만, 완충 부재(300)를 실린더(150) 일측에 고정할 별도의 수단이 있어야 함은 물론이다.

이하, 본 발명의 왕복동식 압축기 토출밸브 결합체의 작용효과를 설명한다.

구동모터의 구동력을 전달받아 상기 피스톤(60)이 실린더(150)에서 직선 왕복 운동하게 된다. 이때, 상기 피스톤(60)이 하사점에서 상사점으로 움직이게 되면 상기 흡입밸브(90)가 피스톤(60)의 가스 유로를 막게 되면서 실린더(150) 내부 공간에 흡입된 가스가 점점 압축되고 그 가스가 설정된 압축 상태가 되면 상기 밸브 스프링(203)에 지지되는 토출밸브(202)가 열리면서 압축된 가스가 토출된다.

그리고 상기 피스톤(230)이 상사점에서 하사점으로 움직이게 되면 상기 실린더(150) 내부 공간의 압력차에 의해 상기 토출밸브(202)의 압축평면(223)이 실린더의 접촉면(S1)에 밀착됨과 동시에 상기 흡입밸브(90)가 열리면서 가스가 피스톤(90)의 가스 유로를 통해 실린더(150) 내부 공간으로 유입된다. 이 때, 상기 완충 부재(300)는 상기 안착면(S2)에 위치하고 있으며, 그 높이는 실린더의 일측이 상기 안착면(S2)에서 접촉면(S1)까지 돌출된 높이(H)보다 더 높게 형성되어 있으므로 상기 토출밸브(202)가 상기 접촉면(S1)과 충돌하기 전에 접촉되어 그 충격량을 분배하게 된다. 즉, 토출밸브(202)의 압축 평면(223)이 실린더의 접촉면(S1)과 접촉하기 전에 충격을 완화해 주는 역할을 하는 것이다.

이와 같은 과정이 지속적으로 반복되면서 가스를 흡입하고 압축하여 토출시키게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 토출밸브 결합체의 제2 실시예를 도시한 단면도를 도시한 것이다.

제 2실시예의 경우는 토출 밸브(202)가 단이 지도록 형성한 것으로, 제 1실시예의 토출 밸브(202)에 접촉 부재(250)를 피스톤(60)이 있는 방향으로 부착시킨 것이다. 상기 접촉 부재(250)의 외경은 접촉면(S1)의 외경과 일치하도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 실시예에서는 압축 평면(223)은 접촉 부재(250)위에 형성되고 완충 부재(300)는 접촉 부재(250)가 위치한 부분을 제외한 토출 밸브(202) 부분과 접촉하게 된다. 접촉 부재(250)는 완충 부재(300)와의 접촉 길이를 조절하기 위하여 그 두께를 조절하여 토출 밸브(202) 위에 덧씌우는데 사용할 수 있다.

압축 평면(223)이 형성된 접촉 부재(250)와 완충 부재(300)와 접촉하는 그 외의 토출 밸브(202) 부분은 각 역할에 따른 알맞는 강도로 각각 다른 부재로 이용할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 왕복동식 압축기 토출밸브 결합체는 토출밸브(202)가 실린더와 접촉하기 전에 미리 접촉하여 그 충격량을 흡수하는 완충 부재(300)를 설치함으로서 피스톤(60)의 왕복 운동에 의해 발생되는 압력차에 의해 상기 실린더(150) 내부 공간을 개폐시 그 토출밸브(202)와 실린더(150)사이의 충격량을 감소시킴으로써 토출밸브(202)의 접촉 소음 발생이 줄어들게 되어 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다. 실험에 의하면 접촉 소음이 약 4dB 정도 저감되는 효과가 있다.

또한, 접촉면에서 오일의 접착력, 밸브 스프링에 의한 힘 및 토출 커버 내의 압력에 의한 힘의 합보다 피스톤과 토출 밸브에 의해 형성되는 압축실의 압력에 의한 힘이 더 높아져야 토출 밸브가 열리게 되는데, 이는 피스톤이 유체에 불필요한 일을 하게 되어 과압축 손실을 유발하게 된다. 그러나 본 발명에 의하면 완충 부재로 인하여 토출 밸브가 보다 쉽게 열리게 되므로 이러한 과압축 손실을 줄여주는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 케이싱 내부에 탄성 지지된 프레임 유니트에 고정 설치하는 실린더의 압축 공간을 개폐하는 토출 밸브와, 상기 토출 밸브의 위치를 구속하도록 탄성 지지하는 밸브 스프링과, 상기 실린더의 끝단에 덮어 씌워 상기 토출밸브와 밸브 스프링을 수용함과 아울러 밸브 스프링의 지지면이 구비된 압축된 냉매 가스의 토출 공간을 형성하는 토출 커버로 구성되는 왕복동식 압축기의 토출밸브 결합체에 있어서, 상기 실린더의 안착면에 부착되어 상기 토출 밸브가 실린더의 압축 공간을 폐쇄하기 위하여 실린더와 접촉하기 전에 미리 충격을 완화시키는 완충 부재를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 토출 밸브 결합체.
2. 제 1항에 있어서, 상기 완충 부재는 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 토출밸브 결합체.
3. 제 1항에 있어서, 상기 완충 부재는 상기 토출 밸브가 닫힐 때 토출밸브와 실린더와의 거리가 1mm 전에 상기 완충 부재와 접촉하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 토출밸브 결합체.
4. 제 1항에 있어서, 상기 완충 부재는 웨이브 스프링인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 토출밸브 결합체.
5. 제 1항에 있어서, 상기 토출 밸브는 피스톤이 있는 방향으로 부착된 접촉 부재를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 토출밸브 결합체.
6. 제 5항에 있어서, 상기 접촉 부재는 그 외경이 토출 밸브와 실린더가 접촉하는 접촉면의 외경과 일치하도록 형성된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 토출밸브 결합체.

Images