KR100548284B1 - 왕복동식 압축기의 흡입밸브 고정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 흡입밸브 고정장치에 관한 것으로, 본 발명은 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터의 가동자에 결합하고 그 내부에 냉매가스를 흡입할 수 있도록 가스유로를 구비하여 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하는 피스톤과, 피스톤의 선단면에 장착하여 그 피스톤의 왕복운동에 따라 가스유로를 개폐하는 흡입밸브와, 봉 모양으로 길게 형성하는 제1 몸통부 및 이 제1 몸통부의 안쪽 끝단에 확장 형성하여 상기 피스톤에서의 이탈을 방지하는 제1 머리부로 이루어져 상기한 피스톤에 축방향으로 미끄러지게 결합하는 제1 스토퍼와, 상기 제1 스토퍼의 끝단 사이에 상기한 흡입밸브를 개재하여 고정하는 제2 몸통부 및 이 제2 몸통부의 끝단에 확장 형성하여 상기 흡입밸브의 이탈을 방지하는 제2 머리부로 이루어져 상기한 제1 스토퍼에 결합하는 제2 스토퍼로 된 밸브고정부재;를 포함함으로써, 흡입밸브가 잦은 굽힘으로 인해 누적될 수 있는 피로를 미연에 방지하여 흡입밸브의 수명과 신뢰성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 피스톤의 면적 대비 포트 유로의 체적을 넓혀 냉매가스의 흡입량을 높임에 따라 압축기 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

왕복동식 압축기의 흡입밸브 고정장치{SUCTION VALVE FIXING APPARATUS FOR RECIPROCATING COMPRESSOR}

도 1은 종래 왕복동식 압축기의 일례를 보인 단면도,

도 2 및 도 3은 종래 왕복동식 압축기에서 흡입밸브의 고정장치를 보인 단면도 및 분해 사시도,

도 4 및 도 5는 본 발명 왕복동식 압축기에서 흡입밸브 고정장치를 보인 단면도 및 분해 사시도,

도 6은 도 5의 "Ⅰ-Ⅰ"선단면도로서, 본 발명 왕복동식 압축기에서 피스톤의 정면도,

도 7 및 도 8은 본 발명 왕복동식 압축기에서 흡입밸브의 동작상태를 보인 단면도,

도 9는 본 발명 왕복동식 압축기에서 흡입밸브 고정장치의 변형예를 보인 단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

110 : 피스톤 111 : 흡입유로

112 : 흡입통구 113 : 스토퍼안내구

114 : 플랜지삽입홈 120 : 흡입밸브

121 : 고정부 121a : 밸브고정구멍

122 : 연결부 123 : 개폐부

130 : 밸브고정부재 131 : 제1 스토퍼

131a : 제1 몸통부 131b : 제2 머리부

131c : 암나사부 131d : 플랜지부

132 : 제2 스토퍼 132a : 제2 몸통부

132b : 제2 머리부 132c : 수나사부

본 발명은 왕복동식 압축기의 흡입밸브 고정장치에 관한 것으로, 특히 흡입밸브가 잦은 굽힘 동작으로 파손되는 것을 방지하거나 포트 유로를 확대할 수 있는 왕복동식 압축기의 흡입밸브 고정장치에 관한 것이다.

일반적으로 왕복동식 압축기는 피스톤이 선형으로 움직이면서 가스를 흡입 압축하는 것으로, 이러한 왕복동식 압축기는 크게 구동모터의 회전운동을 피스톤의 왕복운동으로 전환시켜 가스를 흡입 압축하는 방식과 구동모터가 직선으로 왕복운동을 하면서 피스톤을 왕복운동시켜 가스를 흡입 압축하는 방식이 있다.

도 1은 후자에 속하는 종래 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도로서, 이에 도시된 바와 같이 종래의 왕복동식 압축기는 가스흡입관(SP) 및 가스토출관(DP)을 연통 설치하는 케이싱(10)과, 케이싱(10)의 내부에 탄력적으로 설치하는 프레임 유니트(20)와, 프레임 유니트(20)에 고정하여 가동자(33)가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터(30)와, 왕복동식 모터(30)의 가동자(33)에 결합하여 상기한 프레임 유니트(20)로 지지하는 압축 유니트(40)와, 왕복동식 모터(30)의 가동자(33)를 운동방향으로 탄력 지지하여 공진운동을 유도하는 공진스프링 유니트(50)로 구성하고 있다.

압축 유니트(40)는 프레임 유니트(20)에 고정 설치하는 실린더(41)와, 왕복동식 모터(30)의 가동자(33)에 결합하여 실린더(41)의 압축공간(P)에서 왕복운동을 하는 피스톤(42)과, 피스톤(42)의 선단에 장착하여 그 피스톤(42)의 흡입유로(F)를 개폐하면서 냉매가스의 흡입을 제한하는 흡입밸브(43)와, 실린더(41)의 토출측에 장착하여 압축공간(P)을 개폐하면서 압축가스의 토출을 제한하는 토출밸브 조립체(44)로 이루어져 있다.

피스톤(42)은 그 내부에 케이싱(10)의 가스흡입관(SP)과 연통하도록 흡입유로(42a)를 피스톤운동 방향으로 관통 형성하고, 흡입유로(42a)의 출구측 끝단에는 흡입밸브(43))에 의해 개폐하는 흡입통구(42b)를 한 쪽으로 편향되게 한 개 또는 두 세 개 형성하고 있다.

또, 피스톤(42)의 선단면 중앙에는 흡입밸브(43)를 피스톤(42)에 고정하기 위한 체결볼트(B)가 상기한 흡입밸브(43)를 눌러 고정하도록 체결홈(42c)을 형성하고 있다.

흡입밸브(43)는 태극모양으로 절개 형성하여 그 일측은 피스톤(42)의 흡입통구(42b)를 개폐하도록 실링부(43a)를 이루는 한편 중앙부위는 상기한 체결볼트(B) 에 의해 피스톤에 고정하는 고정부(43b)를 이루고 있다.

고정부(43b)의 중앙에는 체결볼트(B)가 관통하는 관통구멍(43c)을 피스톤의 체결홈(42c)에 대응하도록 형성하고 있다.

도면중 미설명 부호인 21은 전방 프레임, 22는 중간 프레임, 23은 후방 프레임, 31 및 32는 외측 고정자 및 내측 고정자, 51 및 52는 전방측 공진스프링 및 후방측 공진스프링이다.

상기와 같은 종래 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 왕복동식 모터(30)에 전원을 인가하여 외측 고정자(31)와 내측 고정자(32) 사이에 플럭스(flux)를 형성하면, 그 외측 고정자(31)와 내측 고정자(32) 사이의 공극에 놓인 가동자(33)가 플럭스의 방향에 따라 움직이면서 공진스프링 유니트(50)에 의해 지속적으로 왕복운동을 하고, 이와 함께 피스톤(42)이 실린더(41)의 내부에서 왕복운동을 하면서 압축공간(P)의 체적이 변화하여 냉매가스를 압축공간으로 흡입 압축하였다가 토출하는 일련의 과정을 반복한다.

이때, 흡입밸브(43)는 피스톤(42)의 운동방향에 따라 그 양측(흡입유로와 압축공간)간 압력차에 의해 흡입통구(42b)를 개폐하면서 냉매가스가 압축공간(P)으로 흡입되도록 하는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기에 있어서는, 흡입밸브(43)를 피스톤(42)의 선단면에 고정함에 따라 흡입밸브(43)의 개폐시 고정점 주변에서 피로에 의한 파손으로 압축기의 신뢰성이 저하될 우려가 있을 뿐만 아니라, 피스톤(420의 흡입통구(42b)가 편심지게 형성됨에 따라 전체 포트의 체적과 유로가 작아지면 서 냉매가스의 흡입량이 제한되어 압축기 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기의 흡입밸브 고정장치가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 흡입밸브의 피로에 의한 파손을 방지하고 포트 유로를 넓힐 수 있는 왕복동식 압축기의 흡입밸브 고정장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터의 가동자에 결합하고 그 내부에 냉매가스를 흡입할 수 있도록 가스유로를 구비하여 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하는 피스톤과, 피스톤의 선단면에 장착하여 그 피스톤의 왕복운동에 따라 가스유로를 개폐하는 흡입밸브와, 봉 모양으로 길게 형성하는 제1 몸통부 및 이 제1 몸통부의 안쪽 끝단에 확장 형성하여 상기 피스톤에서의 이탈을 방지하는 제1 머리부로 이루어져 상기한 피스톤에 축방향으로 미끄러지게 결합하는 제1 스토퍼와, 상기 제1 스토퍼의 끝단 사이에 상기한 흡입밸브를 개재하여 고정하는 제2 몸통부 및 이 제2 몸통부의 끝단에 확장 형성하여 상기 흡입밸브의 이탈을 방지하는 제2 머리부로 이루어져 상기한 제1 스토퍼에 결합하는 제2 스토퍼로 된 밸브고정부재;를 포함한 왕복동식 압축기의 흡입밸브 고정장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 흡입밸브 고정장치를 첨부도면에 도시한 제1 실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4 및 도 5는 본 발명 왕복동식 압축기에서 흡입밸브 고정장치를 보인 단면도 및 분해 사시도이고, 도 6은 도 5의 "Ⅰ-Ⅰ"선단면도로서, 본 발명 왕복동식 압축기에서 피스톤의 정면도이며, 도 7 및 도 8은 본 발명 왕복동식 압축기에서 흡입밸브의 동작상태를 보인 단면도이고, 도 9는 본 발명 왕복동식 압축기에서 흡입밸브 고정장치의 변형예를 보인 단면도이다.

이에 도시한 바와 같은 본 발명은, 왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 실린더의 내부에서 왕복운동을 하면서 냉매가스를 흡입 압축하는 피스톤과, 피스톤에 장착하여 그 피스톤의 가스유로를 개폐하는 흡입밸브와, 흡입밸브를 고정하여 피스톤에 미끄러지게 결합하는 밸브고정부재로 구성한다.

도 4 및 도 5에서 110은 피스톤을 보인 것으로, 피스톤(110)은 일정 두께를 갖는 금속판을 프레스로 눌러 주벽부와 선단부의 두께가 서로 동일한 원통 모양으로 형성한다.

또, 피스톤(110)은 그 내부에 가스유로의 일부를 이루도록 축방향으로 관통하는 흡입유로(111)를 형성하고, 흡입유로(111)의 출구측 끝단에는 역시 가스유로의 나머지 일부를 이루면서 흡입밸브(120)로 개폐되는 흡입통구(112)를 형성한다.

흡입유로(111)는 중앙부를 관통하도록 단수 개로 형성하고, 흡입통구(112)는 흡입유로(111)와 모두 연통하도록 선단부 가장자리의 동일 원주상에 등간격으로 다수 개(도면에선 6개)를 형성한다.

또, 흡입통구(112)의 한 가운데인 선단부의 중앙에는 후술할 밸브고정부재(130)의 제2 스토퍼(132)를 미끄러지게 삽입하는 스토퍼안내구(113)를 형성한다.

스토퍼안내구(113)는 상기한 밸브고정부재(130)와 흡입밸브(120)가 회전하지 못하도록 정면투영시 각진 형상(도면에선 사각모양)으로 형성하는 것이 바람직하다.

도 4 및 도 5에서 120은 흡입밸브를 보인 것으로, 흡입밸브(120)는 강탄성 재질을 판금 가공하여 '꽃잎' 또는 '별' 모양으로 형성한다. 이를 위해, 그 중앙부에는 밸브고정부재(130)에 결합하는 고정부(121)를 원판 모양으로 형성하고, 고정부(121)의 외주면에는 각각의 흡입통구(112)를 향해 방사상으로 연장하여 연결부(122)를 형성하며, 연결부(122)의 끝단에는 그 연결부(122) 보다 확장하여 상기한 흡입통구(112)를 개폐하는 개폐부(123)를 형성한다.

고정부(121)의 중앙에는 후술할 제2 스토퍼(132)의 제2 몸통부(132)가 삽입되도록 진원형의 밸브고정구멍(121a)을 형성한다. 여기서, 밸브고정구멍(121a)과 제2 몸통부(132a)는 도면으로 도시하지는 않았으나 각진 형상으로 형성하여 흡입밸브(120)를 더욱 견고하게 고정할 수도 있다.

도 4 및 도 5에서 130은 밸브고정부재를 보인 것으로, 밸브고정부재(130)는 피스톤(110)에 미끄러지게 삽입하는 제1 스토퍼(131)와, 제1 스토퍼(131)의 끝단에 흡입밸브(120)를 개재하여 압착하도록 상기 제1 스토퍼(131)에 고정하는 제2 스토퍼(132)로 이루어진다.

제1 스토퍼(131)는 봉 모양으로 길게 형성하는 제1 몸통부(131a)와, 이 제1 몸통부(131a)의 안쪽 끝단에 확장 형성하여 피스톤(110)에서의 이탈을 방지하는 제1 머리부(131b)로 이루어진다.

제1 몸통부(131a)는 그 외주면을 피스톤(110)의 스토퍼안내구(113)와 형합하도록 각진 모양으로 형성하고, 전방측 끝단에는 후술할 제2 스토퍼(132)의 수나사부(132c)를 체결할 수 있도록 암나사부(131c)를 형성한다.

또, 도 9에서와 같이 제1 몸통부(131a)의 전방측 끝단에는 흡입밸브(120)의 고정부(121)를 넓게 지지할 수 있도록 플랜지부(131d)를 확장 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우 피스톤(110)의 선단면에는 스토퍼안내구(113) 주변에 플랜지삽입홈(114)을 형성하는 것이 흡입밸브(120)의 개폐부(123)가 흡입통구(112)를 긴밀하게 닫을 수 있어 바람직하다.

제1 머리부(131b)는 그 외경이 스토퍼안내구(113)를 수용할 수 있도록 넓게 형성한다.

한편, 제2 스토퍼(132)는 흡입밸브(120)를 삽입하여 상기한 제1 몸통부(131a)에 체결하는 제2 몸통부(132a)와, 제2 몸통부(132a)의 끝단에 확장 형성하여 흡입밸브(120)의 이탈을 방지하는 제2 머리부(132b)로 이루어진다.

제2 몸통부(132a)는 그 끝단에 제1 몸통부(131a)의 암나사부(131c)가 체결될 수 있도록 수나사부(132c)를 형성한다.

제2 머리부(132b)는 흡입밸브(120)의 밸브고정구멍(121a)의 직경 보다 넓게 형성하여 상기 흡입밸브(120)를 사이에 두고 제1 몸통부(131a)의 끝단에 밀착되도록 고정하는 것이 바람직하다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 41은 실린더, 44는 토출밸브, P는 압축공간이다.

상기와 같은 본 발명 흡입밸브 조립체는 다음과 같이 조립한다.

즉, 피스톤(110)의 선단면에 구비한 스토퍼안내구(113)에 제1 스토퍼(131)의 제1 몸통부(131a)가 통과하도록 피스톤(110)의 가스유로 안쪽에서 바깥쪽으로 삽입한 상태에서 제2 스토퍼(132)의 수나사부(132c)를 상기한 제1 스토퍼(131)의 암나 사부(131c)에 체결 고정한다. 이때, 제2 스토퍼(132)의 제2 몸통부(132a)에는 흡입밸브(120)의 밸브고정구멍(121a)을 끼워 이 흡입밸브(120)의 고정부(121)가 상기한 제1 스토퍼(131)와 제2 스토퍼(132) 사이에서 긴밀하게 밀착 고정되도록 한다.

여기서, 스토퍼안내구(113)의 내주면과 제1 스토퍼(131)의 외주면은 각각 서로 형합하도록 각진 모양으로 형성함에 따라 이 제1 스토퍼(131)와 제2 스토퍼(132) 사이에 고정하는 흡입밸브(120) 역시 고정 상태에서는 회전을 하지 않으므로 이를 감안하여 흡입통구(112)와 흡입밸브(120)의 개폐부(123)가 일치되도록 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 흡입밸브가 개폐되는 과정은 다음과 같다.

즉, 도 7에서와 같이 피스톤(110)이 흡입행정을 위해 후진을 하면 흡입밸브(120)는 가스유로의 압력과 압축공간(P)의 압력 사이에서 압력차에 따라 상기 가스유로를 통해 유입되는 냉매가스에 밀려 피스톤(110)의 운동방향과 반대방향으로의 가스력을 받고, 이 냉매가스의 가스력에 의해 흡입밸브(120)는 밸브고정부재(130)와 함께 피스톤(110)과 반대로 이동하면서 흡입밸브(120)의 개폐부(123)가 가스유로의 흡입통구(113)를 열어 냉매가스가 실린더(41)의 압축공간(P)으로 급속하게 이동 흡입된다.

이때, 밸브고정부재(130)는 제1 머리부(131b)가 피스톤(110)의 스토퍼안내구(113) 주변에 걸릴 때까지 이동을 한다. 또, 흡입밸브(120)가 열리는 과정에서 밸브고정부재(130)의 제1 스토퍼(131)는 그 몸통부(131a)의 외주면을 스토퍼안내구(113)의 내주면과 함께 각진 모양으로 형성함에 따라 밸브고정부재(130) 의 회전은 제한되고 직선으로만 이동을 하게 되어 흡입밸브(120)의 개폐부(123)가 항상 제위치를 유지하게 된다.

다음, 도 8에서와 같이 피스톤(110)이 압축행정을 위해 전진을 하면 흡입밸브(120)는 상기한 두 공간(가스유로와 압축공간) 사이의 압력차와 밸브고정부재(130)의 관성에 의해 피스톤(110)의 반대방향으로 이동을 하면서 상기한 흡입밸브(120)의 개폐부(123)가 피스톤(110)의 흡입통구(112)를 차단하게 된다.

이 과정에서도 밸브고정부재(130)는 스토퍼안내구(113)를 따라 회전은 제한되면서 직선으로만 이동을 하므로 상기 흡입밸브(120)의 개폐부(123)가 피스톤(110)의 흡입통구(112)를 정확하게 닫을 수 있다.

또, 흡입밸브(120)가 닫힐 때 도 9에서와 같이 밸브고정부재(130)의 제1 스토퍼(131)에 플랜지부(131d)를 확장 형성하는 경우에는 이 플랜지부(131d)가 흡입밸브(120)의 고정부(121) 배면을 폭넓게 지지함에 따라 흡입밸브(120)를 보다 안정적으로 지지할 수 있다.

이렇게 하여, 흡입밸브가 냉매가스의 압력에 의해 이동을 하면서 피스톤의 가스유로를 개폐함에 따라 흡입밸브가 잦은 굽힘으로 인해 누적될 수 있는 피로를 미연에 방지하여 흡입밸브의 수명과 신뢰성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 피스톤의 가스유로를 편심되지 않고 고르게 형성할 수 있어 제한된 피스톤의 면적 대비 포트 유로의 체적을 넓혀 냉매가스의 흡입량을 높임에 따라 압축기 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 흡입밸브 고정장치는, 흡입밸브를 고정한 밸브고정부재를 피스톤에 미끄러지도록 결합함으로써, 흡입밸브가 잦은 굽힘으로 인해 누적될 수 있는 피로를 미연에 방지하여 흡입밸브의 수명과 신뢰성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 피스톤의 면적 대비 포트 유로의 체적을 넓혀 냉매가스의 흡입량을 높임에 따라 압축기 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

1. 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터의 가동자에 결합하고 그 내부에 냉매가스를 흡입할 수 있도록 가스유로를 구비하여 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하는 피스톤과;

   상기 피스톤의 선단면에 장착하여 그 피스톤의 왕복운동에 따라 상기 가스유로를 개폐하는 흡입밸브와;

   봉 모양으로 길게 형성하는 제1 몸통부 및 이 제1 몸통부의 안쪽 끝단에 확장 형성하여 상기 피스톤에서의 이탈을 방지하는 제1 머리부로 이루어져 상기한 피스톤에 축방향으로 미끄러지게 결합하는 제1 스토퍼와, 상기 제1 스토퍼의 끝단 사이에 상기한 흡입밸브를 개재하여 고정하는 제2 몸통부 및 이 제2 몸통부의 끝단에 확장 형성하여 상기 흡입밸브의 이탈을 방지하는 제2 머리부로 이루어져 상기한 제1 스토퍼에 결합하는 제2 스토퍼로 된 밸브고정부재;를 포함한 왕복동식 압축기의 흡입밸브 고정장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 가스유로는 상기 피스톤의 일측 끝단에서 타측으로 소정 깊이만큼 중공 모양으로 형성하는 흡입유로와, 상기 흡입유로의 안쪽에서 상기 피스톤의 선단면으로 원주방향을 따라 대략 등간격으로 형성하는 복수 개의 흡입통구로 이루어지는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 흡입밸브 고정장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 흡입밸브는 상기 밸브고정부재에 결합하는 고정부와, 상기 고정부의 외주면에서 각각의 흡입통구를 향해 방사상으로 연장하는 연결부와, 상기 연결부의 끝단에 확장 형성하여 상기한 복수 개의 흡입통구를 각각 독립적으로 개폐하는 복수 개의 개폐부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 흡입밸브 고정장치.
4. 삭제
5. 제3항에 있어서,

   상기 피스톤의 선단측 중앙에는 상기 제1 스토퍼의 제1 몸통부가 미끄러지게 결합하는 스토퍼안내구를 각진 형상으로 형성하고, 이에 결합하는 상기 제1 스토퍼의 제1 몸통부를 상기한 스토퍼안내구와 상응하도록 각지게 형성하는 것을 특징으로 왕복동식 압축기의 흡입밸브 고정장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 제1 스토퍼의 제1 몸통부 끝단과 이에 대향하는 제2 스토퍼의 제2 몸통부 끝단에는 각각 나사부를 형성하여 서로 나사 결합하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 흡입밸브 고정장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 제1 스토퍼의 끝단에는 상기 흡입밸브를 지지하는 플랜지부를 확장 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 흡입밸브 고정장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 피스톤의 선단면에는 상기한 제1 스토퍼의 플랜지부가 삽입되도록 플랜지삽입홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 흡입밸브 고정장치.

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