KR100455200B1 - 왕복동식 압축기의 사체적 저감 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 사체적 저감 구조에 관한 것으로, 본 발명은 왕복동식 모터의 가동자에 연결하여 실린더의 내부에서 왕복운동을 하는 피스톤의 선단면에 체결볼트로 체결하여 피스톤 내부에 형성한 가스유로를 개폐하도록 하는 흡입밸브와, 실린더의 압축공간을 개폐하면서 압축유체의 토출을 조절하도록 상기 흡입밸브의 전방에 배치하고 그 압축면에 상기한 체결볼트의 머리부가 삽입될 수 있는 볼트머리피난홈을 형성하는 토출밸브를 포함한 왕복동식 압축기에 있어서, 체결볼트의 머리부는 평면투영시 적어도 한 개 이상의 직선부를 가지는 원형체로 형성하고, 이에 대응하는 토출밸브의 볼트머리피난홈 내경은 상기한 체결볼트 머리부의 직경과 거의 동일하게 형성함으로써, 흡입밸브의 체결력은 거의 비슷하게 유지하면서도 볼트머리피난홈의 체적을 줄여 그만큼 압축기의 사체적을 줄일 수 있고 이를 통해 압축기 효율을 높일 수 있다.

Description

왕복동식 압축기의 사체적 저감 구조{STRUCTURE FOR REDUCING DEAD VOLUME OF RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 흡입밸브를 피스톤에 고정하는 체결볼트의 머리부 형상을 변경하여 사체적을 줄일 수 있는 왕복동식 압축기의 사체적 저감 구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기(Compressor)는 공기나 냉매가스 등의 유체를 압축시키는 기계이다. 압축기는 보통 밀폐용기의 내부에 설치하여 구동력을 발생하는 전동기구부와, 전동기구부의 구동력을 전달받아 가스를 흡입하여 압축하는 압축기구부를 포함한다.

이러한 압축기는 전동기구부 및 압축기구부의 가스 압축 매카니즘에 따라 로터리식 압축기(Rotary Compressor), 왕복동식 압축기(Reciprocating Compressor), 스크롤 압축기(Scroll Compressor) 등으로 나누어진다.

왕복동식 압축기는 전동기구부의 구동력을 피스톤에 전달하여 그 피스톤이 실린더 내부를 직선으로 왕복운동하면서 냉매가스를 흡입하고 압축하여 토출하는 것이다.

도 1 및 도 2는 종래 왕복동식 압축기의 압축기구부에 대한 일례를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이 왕복동식 압축기의 압축기구부는 내부에 압축공간(P)을 이루는 관통구멍(11)을 형성한 실린더(10)와, 실린더(10)의 관통구멍(11)에 직선 운동 가능하도록 삽입하고 그 내부에 가스유로(F)를 관통 형성하는 피스톤(20)과, 피스톤(20)의 선단면에 체결하여 가스유로(F)를 개폐하는 흡입밸브(30)와, 실린더(10)의 단부에 결합하여 그 관통구멍(11)을 복개하는 토출밸브조립체(40)를 포함하고 있다.

피스톤(20)은 소정 길이의 환봉체 형상을 갖는 몸통부(21)의 일 측에는 헤드부(22)를 형성하고 몸통부(21)의 타 측에는 전동기구부와 연결하는 연결부(미도시)를 형성하고 있다. 그리고 피스톤(20)을 통과하여 냉매가스가 유동할 수 있도록 가스유로(F)를 관통 형성하되 그 가스유로(F)는 몸통부(21)의 가운데 소정의 깊이를 갖도록 형성하는 제1 가스통로(23)와 그 제1 가스통로(23)와 편심지게 연통하도록 헤드부(22)내에 관통 형성하는 제2 가스통로(24)로 이루어져 있다. 그리고 피스톤 헤드부(22)의 선단면은 평면으로 밸브 접촉면(S)을 이루고 그 밸브 접촉면(S)의 중앙에는 제2 가스통로(24)를 개폐하는 흡입밸브(30)를 체결볼트(50)로 결합하기 위한 체결홈(25)을 형성하고 있다.

흡입밸브(30)는 도 2에 도시한 바와 같이, 피스톤(20)의 밸브 접촉면(S)과 상응하도록 얇은 평판인 원형판으로 형성하고, 그 원형판의 중앙부를 절개하여 고정부(31)를 형성하며, 원형판의 가장자리에는 피스톤(20)의 제2 가스통로(24)를 개폐할 수 있도록 양팔 모양의 개폐부(32)를 고정부(31)에 연결하여 형성하고 있다. 고정부(31)에는 상기한 피스톤(20)의 체결홈(25)에 상응하도록 관통공(33)을 관통 형성하고 있다.

체결볼트(34)는 일정 길이를 갖는 몸체부(34a)에 수나사산을 형성하고 그 몸체부(34a)의 일 측에 도 3에서와 같이 일정 두께와 육각 형태를 갖는 볼트머리부(34b)를 형성하고 있다.

토출밸브조립체(40)는 실린더(10)의 단부를 복개하도록 결합하는 토출커버(41)와 그 토출커버(41)의 내부에 삽입하여 실린더(10)의 관통구멍(11)과 피스톤(20) 사이의 압축공간(P)을 개폐하는 토출밸브(42)와 그 토출밸브(42)를 탄성적으로 지지하는 밸브스프링(43)으로 이루어져 있다.

토출밸브(42)는 반구형으로 형성하여 편평한 일 측면은 압축공간(P)을 이루는 압축면으로, 구형 타 측면은 압축배면으로 이루어진다. 압축면 중앙에는 흡입밸브(30)를 피스톤(20)에 고정하기 위한 체결볼트(34)의 머리부(34b)가 충돌을 피할 수 있도록 한 볼트머리피난홈(42a)을 원통형 모양으로 형성한다.

상기한 바와 같은 종래 왕복동식 압축기의 압축기구부는 다음과 같이 동작한다.

즉, 피스톤(20)이 전동기구부의 구동력을 전달받아 실린더(10)의 관통구멍(11) 내부에서 직선으로 왕복운동을 한다. 이 과정에서 피스톤(20)이 하사점 방향으로 이동하면 토출밸브(42)는 실린더(10)의 단부에 접촉하여 압축공간(P)을 막고 이와 동시에 피스톤(20)에 결합한 흡입밸브(30)의 개폐부(32)가 압력차에 의해 휘어지면서 피스톤(20) 내부의 가스유로(F)를 연다. 이때 냉매가스가 피스톤(20)의 가스유로(F)를 통해 실린더(10)의 압축공간(P) 내부로 흡입된다.

이후, 피스톤(20)이 하사점에서 상사점으로 이동하면 압축공간(P)과 흡입공간인 가스유로(F)의 압력차와 흡입밸브(40)의 자체 탄성력에 의해 휘어졌던 흡입밸브(30)의 개폐부(32)가 펴지면서 피스톤(20)의 가스유로(F)를 막고 이와 동시에 실린더(10)의 압축공간(P)으로 흡입된 냉매가스를 압축한다. 이어 피스톤(20)이 상사점에 거의 도달하면 토출밸브(42)가 열리면서 압축된 냉매가스를 토출한다. 이와 같은 과정이 반복되면서 냉매가스를 지속적으로 압축하는 것이었다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 압축기의 압축기구부에 있어서는, 흡입밸브(30)를 체결볼트(34)로 체결하는 경우 그 체결볼트(34)의 머리부(34b)를 수용할 수 있는 볼트머리피난홈(42a)을 토출밸브(42)의 압축면에 형성하여야 하므로 그만큼 사체적이 증가하는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 압축기용 밸브 조립체가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 흡입밸브를 체결볼트로 고정할 때 이로 인해 발생하는 사체적을 줄일 수 있는 왕복동식 압축기의 사체적 저감 구조를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 왕복동식 압축기의 압축기구부를 도시한 단면도.

도 2는 종래 왕복동식 압축기의 압축기구부를 구성하는 피스톤과 흡입밸브 그리고 토출밸브를 분해하여 보인 사시도.

도 3은 종래 왕복동식 압축기의 압축기구부에서 흡입밸브를 체결볼트로 피스톤 고정한 상태를 보인 정면도.

도 4는 본 발명 왕복동식 압축기에서 압축기구부를 보인 종단면도.

도 5는 본 발명 왕복동식 압축기의 압축기구부를 구성하는 피스톤과 흡입밸브 그리고 토출밸브를 분해하여 보인 사시도.

도 6은 본 발명 왕복동식 압축기에서 흡입밸브를 체결볼트로 피스톤에 고정한 상태를 보인 정면도.

도 7은 본 발명 왕복동식 압축기에서 체결볼트와 토출밸브의 변형예를 확대하여 보인 개략도.

도 8은 본 발명 왕복동식 압축기에서 사체적의 감소를 설명하기 위하여 종래와 비교하여 보인 개념도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

100 : 체결볼트 110 : 몸체부

120 : 머리부 121 : 직선부

200 : 토출밸브조립체 220 : 토출밸브

221 : 볼트머리피난홈

본 발명의 목적을 달성하기 위하여 왕복동식 모터의 가동자에 연결하여 실린더의 내부에서 왕복운동을 하는 피스톤의 선단면에 체결볼트로 체결하여 피스톤 내부에 형성한 가스유로를 개폐하도록 하는 흡입밸브와, 실린더의 압축공간을 개폐하면서 압축유체의 토출을 조절하도록 상기 흡입밸브의 전방에 배치하고 그 압축면에 상기한 체결볼트의 머리부가 삽입될 수 있는 볼트머리피난홈을 형성하는 토출밸브를 포함한 왕복동식 압축기에 있어서, 체결볼트의 머리부는 평면투영시 적어도 한 개 이상의 직선부를 가지는 원형체로 형성하고, 이에 대응하는 토출밸브의 볼트머리피난홈 내경은 상기한 체결볼트 머리부의 직경과 거의 동일하게 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 사체적 저감 구조를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 사체적 저감 구조를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명 왕복동식 압축기에서 압축기구부를 보인 종단면도이고, 도 5는 본 발명 왕복동식 압축기의 압축기구부를 구성하는 피스톤과 흡입밸브 그리고 토출밸브를 분해하여 보인 사시도이며, 도 6은 본 발명 왕복동식 압축기에서 흡입밸브를 체결볼트로 피스톤에 고정한 상태를 보인 정면도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 압축기구부는, 내부에 압축공간(P)을 이루는 관통구멍(11)을 형성하는 실린더(10)와, 실린더(10)의 관통구멍(11)에 직선 운동 가능하도록 삽입하고 내부에 가스유로(F)를 관통 형성하는 피스톤(20)과, 피스톤(20)의 선단면에 체결 고정하여 가스유로(F)를 개폐하는 흡입밸브(30)와, 실린더(10)의 단부에 결합하여 그 관통구멍(11)을 복개하는 토출밸브조립체(200)를 포함한다.

피스톤(20)은 소정 길이의 환봉체 형상을 갖는 몸통부(21)와, 몸통부(21)의 일 측에 형성하여 실린더(10)의 관통구멍(11)에 미끄럼 접촉하는 헤드부(22)와, 헤드부(22)의 타단에 결합하여 전동기구부와 연결하는 연결부(미도시)로 이루어진다. 그리고 피스톤(20)은 몸통부(21)에서 헤드부(22)로 관통하여 냉매가스를 실린더(10)의 압축공간(P)으로 유도하는 가스유로(F)를 형성한다.

가스유로(F)는 피스톤 몸통부(21)의 가운데 소정의 깊이를 갖도록 형성하는제1 가스통로(23)와 그 제1 가스통로(23)와 연통하도록 헤드부(22)의 중앙을 관통 형성하는 제2 가스통로(24)로 이루어진다.

또, 피스톤(20)은 그 헤드부(22)의 선단면 중앙에 후술할 흡입밸브(30)의 관통공(33)을 통과한 체결볼트(100)의 몸체부(110)를 체결하기 위한 체결홈(25)을 형성한다.

흡입밸브(30)는 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 피스톤(20)의 밸브 접촉면(S)과 상응하도록 얇은 평판인 원형판으로 형성하고, 그 원형판의 중앙부를 절개하여 고정부(31)를 형성하며, 원형판의 가장자리에는 피스톤(20)의 제2 가스통로(24)를 개폐할 수 있도록 양팔 모양의 개폐부(32)를 고정부(31)에 연결하여 형성하고 있다. 고정부(31)에는 상기한 피스톤(20)의 체결홈(25)에 상응하도록 관통공(33)을 관통 형성한다.

체결볼트(100)는 일정 길이를 갖는 몸체부(110)에 수나사산을 형성하고, 그 몸체부(110)의 일 측에 도 5에서와 같이 평면투영시 양측에 평행한 직선부(121)(121)를 가지는 원평체의 볼트 머리부(120)를 형성한다. 또, 체결볼트(100)의 머리부(120)는 도 7에서와 같이 측면투영시 토출밸브(220)쪽인 끝단으로 갈수록 점차 직경이 작아지는 테이퍼 모양으로 형성하는 것이 사체적을 줄이는데 보다 바람직하다. 이 경우 토출밸브(220)의 볼트머리피난홈(221)도 안쪽으로 갈수록 좁아지는 테이퍼 모양으로 형성하는 것이 바람직하다.

토출밸브조립체(200)는 실린더(10)의 단부를 복개하도록 결합하는 토출커버(210)와, 그 토출커버(210)의 내부에 삽입하여 실린더(10)의 관통구멍(11)과 피스톤(20) 사이의 압축공간(P)을 개폐하는 토출밸브(220)와, 그 토출밸브(220)를 탄성적으로 지지하는 밸브스프링(230)으로 이루어진다.

토출밸브(220)는 반구형으로 형성하여 편평한 일측면은 압축공간을 이루는 압축면으로 구형 타측면은 압축배면으로 이루어진다. 압축면 중앙에는 흡입밸브(30)를 피스톤(20)에 고정하기 위한 체결볼트(100)의 머리부(120)가 충돌을 피할 수 있도록 한 볼트머리피난홈(221)을 형성한다.

볼트머리피난홈(221)은 평면투영시 소정의 깊이(적어도 볼트머리부의 두께 보다 깊은)를 가지는 원형으로 형성하되 그 내경은 체결볼트(100)의 머리부(120) 직경(원형부) 보다 작지 않은 거의 유사한 직경으로 형성한다.

또, 볼트머리피난홈(221)은 앞서 언급한 바와 같이 체결볼트(100)의 머리부(120)가 테이퍼진 형상으로 형성하는 경우 이에 대응하도록 안쪽으로 갈수록 직경이 작아지는 테이퍼진 형상으로 형성할 수도 있다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명 왕복동식 압축기의 사체적 저감 구조는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 피스톤(20)이 전동기구부의 구동력을 전달받아 실린더(10)의 관통구멍(11) 내부에서 하사점 방향으로 이동하면 토출밸브(220)는 실린더(10)의 단부에 접촉하여 압축공간(P)을 막고 이와 동시에 피스톤(20)에 결합한 흡입밸브(30)의 개폐부(32)가 압력차에 의해 휘어지면서 피스톤(20) 내부의 가스유로(F)를 열어 연다. 이때 냉매가스가 피스톤(20)의 가스유로(F)를 통해 실린더(10)의 압축공간(P) 내부로 흡입된다.

이후, 피스톤(20)이 하사점에서 상사점으로 이동하면 흡입밸브(30)의 개폐부가 펴지면서 피스톤(20)의 가스유로(F)를 막고 이와 동시에 실린더(10)의 압축공간(P)으로 흡입된 냉매가스를 압축한 후 토출밸브(220)를 통해 압축된 냉매가스를 토출한다. 이때 도 6에서와 같이 피스톤(20)의 선단면에 흡입밸브(30)를 고정하기 위한 체결볼트(100)의 머리부(120)가 토출밸브(220)의 압축면 중앙에 구비한 볼트머리피난홈(221)으로 삽입함에 따라 피스톤(20)의 행정거리를 최대한 연장할 수 있다.

여기서, 피스톤(20)은 대체로 체결볼트(100)의 머리부(120)가 볼트머리피난홈(221)으로 삽입되지 않을 정도로 행정거리를 제한하고 있으므로 실제 구동중에 상기한 볼트머리피난홈(221)은 압축가스가 채워졌다가 토출행정후 남는 소위 사체적(dead volume)이 된다. 따라서 가능하면 이 사체적을 줄이기 위하여는 볼트머리피난홈(42a)의 체적을 줄여야 한다.

이러한 점을 감안할 때 도 4와 도 5에서와 같이 체결볼트(100)의 머리부(120) 모양을 원형으로 형성하되 조일 때의 걸림턱 역할을 할 수 있도록 좌우 양측에 직선부(121)(121)를 형성하게 되면 도 8에서와 같이 육각 모양의 체결볼트 머리부(120)와 거의 같은 표면적을 가지면서도 불필요한 모서리부위를 제거할 수 있어 그만큼 체결볼트 머리부(120)가 차지하는 표면적을 줄일 수 있다.

이는 도 8의 빗금영역으로 표시한 만큼 볼트머리피난홈(221)의 직경을 줄일 수 있어 그만큼 압축기의 사체적을 감소시켜 효율을 높일 수 있다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 사체적 저감 구조는, 체결볼트의 머리부는 평면투영시 적어도 한 개 이상의 직선부를 가지는 원형체로 형성하고, 이에 대응하는 토출밸브의 볼트머리피난홈 내경은 상기한 체결볼트 머리부의 직경과 거의 동일하게 형성함으로써, 흡입밸브의 체결력은 거의 비슷하게 유지하면서도 볼트머리피난홈의 체적을 줄여 그만큼 압축기의 사체적을 줄일 수 있고 이를 통해 압축기 효율을 높일 수 있다.

Claims (2)

1. 왕복동식 모터의 가동자에 연결하여 실린더의 내부에서 왕복운동을 하는 피스톤의 선단면에 체결볼트로 체결하여 피스톤 내부에 형성한 가스유로를 개폐하도록 하는 흡입밸브와, 실린더의 압축공간을 개폐하면서 압축유체의 토출을 조절하도록 상기 흡입밸브의 전방에 배치하고 그 압축면에 상기한 체결볼트의 머리부가 삽입될 수 있는 볼트머리피난홈을 형성하는 토출밸브를 포함한 왕복동식 압축기에 있어서,

   체결볼트의 머리부는 평면투영시 적어도 한 개 이상의 직선부를 가지는 원형체로 형성하고, 이에 대응하는 토출밸브의 볼트머리피난홈 내경은 상기한 체결볼트 머리부의 직경과 거의 동일하게 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 사체적 저감 구조.
2. 제1항에 있어서,

   체결볼트머리부는 측면투영시 토출밸브쪽 단부로 갈수록 그 직경이 작아지도록 형성하고, 이에 대응하는 토출밸브의 볼트머리피난홈도 압축면 표면에서 안쪽으로 갈수록 그 직경이 작아지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 사체적 저감 구조.