KR100615800B1 - 리니어 압축기의 토출밸브 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 리니어 압축기의 토출밸브 어셈블리는 피스톤이 내부에서 왕복 직선 운동함에 따라 흡입된 냉매가 압축되는 압축공간이 내부에 형성된 실린더와, 상기 실린더 일단에 개폐 가능하게 설치된 토출커버와, 상기 실린더 일단에 고정 설치되어 상기 압축공간으로부터 냉매가 토출되는 토출공간을 형성하는 토출캡과, 상기 토출커버와 토출캡 사이에 탄성 지지되도록 설치되어 상기 압축공간의 내부압력에 따라 상기 토출커버가 상기 실린더 일단으로부터 개폐되도록 하는 토출밸브 스프링과, 상기 토출캡의 내측 모서리에 안착되어 상기 토출밸브 스프링의 진동을 완충시켜 상기 토출캡으로 전달되도록 하는 링 형상의 토출밸브 서포터와, 상기 토출캡과 맞닿는 상기 토출밸브 서포터의 외주면과 외측 모서리 중의 적어도 어느 하나에 일정 간격을 두고 돌출되도록 형성되어 상기 토출밸브 서포터와 토출캡과의 접촉면적을 줄이는 지지용 돌기로 이루어진다.
리니어 압축기, 실린더, 토출밸브 어셈블리, 토출밸브 서포터, 돌기, 토출캡

Description

리니어 압축기의 토출밸브 어셈블리 {DISCHARGE VALVE ASSEMBLY FOR LINEAR COMPRESSOR}
도 1은 종래의 토출밸브 서포터가 적용된 리니어 압축기의 토출밸브 어셈블리가 도시된 측단면도,
도 2는 종래의 토출밸브 서포터가 도시된 사시도,
도 3은 본 발명의 토출밸브 서포터가 적용된 리니어 압축기의 토출밸브 어셈블 리가 도시된 측단면도,
도 4는 본 발명에 따른 토출밸브 서포터의 제1실시예가 도시된 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 토출밸브 서포터의 제2실시예가 도시된 사시도,
도 6은 종래의 토출밸브 서포터 및 본 발명의 토출밸브 서포터가 각각 적용된 리니어 압축기의 작동 소음이 도시된 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
52 : 피스톤 54 : 실린더
56 : 흡입밸브 62 : 토출커버
64 : 토출밸브 스프링 68 : 토출캡
70 : 토출밸브 서포터 72 : 지지용 돌기
70h : 슬릿홀
본 발명은 피스톤이 실린더 내부에서 왕복 직선 운동함에 따라 압축공간으로 흡입된 냉매를 압축하고, 압축된 냉매를 토출공간으로 토출하도록 실린더 일단에 토출커버가 토출밸브 스프링에 의해 개폐 가능하게 설치된 리니어 압축기의 토출밸브 어셈블리에 관한 것으로서, 특히 피스톤 및 실린더 사이의 진동이 토출밸브 스프링을 통하여 전달되는 진동이 제품 전체로 전달되는 것을 효과적으로 개선할 수 있는 리니어 압축기의 토출밸브 어셈블리에 관한 것이다.
일반적으로 압축기(Compressor)는 전기모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축시켜 압력을 높여주는 기계장치로써, 냉장고와 에어컨 등과 같은 가전기기 또는 산업전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.
이러한 압축기를 크게 분류하면, 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키는 왕복동식 압축기(Reciprocating compressor)와, 편심 회전되는 롤러(Roller)와 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전 되면서 냉매를 압축시키는 회전식 압축기(Rotary compressor)와, 선회 스크롤(Orbiting scroll)과 고정 스크롤(Fixed scroll) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 선회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전되면서 냉매를 압축시키는 스크롤식 압축기(Scroll compressor)로 나뉘어진다.
최근에는 왕복동식 압축기 중에서 특히 피스톤이 왕복 직선 운동하는 구동모터에 직접 연결되도록 하여 운동전환에 의한 기계적인 손실이 없어 압축효율을 향상시킬 뿐 아니라 구조가 간단한 리니어 압축기가 많이 개발되고 있다.
도 1은 종래의 토출밸브 서포터가 적용된 리니어 압축기의 토출밸브 어셈블리가 도시된 측단면도이고, 도 2는 종래의 토출밸브 서포터가 도시된 사시도이다.
종래 기술에 따른 리니어 압축기의 토출밸브 어셈블리는 도 1에 도시된 바와 같이 피스톤(2)이 리니어 모터(미도시)에 의해 구동되어 실린더(4) 내부에 왕복 직선 운동하고, 이에 따라 상기 실린더(4)와 피스톤(4) 사이에 형성된 압축공간(P)으로 흡입된 냉매를 압축시킨 다음, 상기 실린더(4) 일단에 형성된 토출공간(D)으로 토출시키되, 상기 실린더(4) 일단을 막아주도록 토출커버(12)가 설치되는 동시에 상기 실린더(4) 일단에 상기 토출공간(D)을 형성하도록 토출캡(16) 및 그 내측에 링 형상의 토출밸브 서포터(20)가 안착되도록 설치되며, 상기 토출커버(12) 및 토출캡(16) 사이에 나선형의 토출밸브 스프링(14)이 설치되어 상기 압축공간(P)의 내부 압력에 따라 상기 토출커버(12)가 개폐되도록 조절된다.
물론, 상기 압축공간으로 냉매가 흡입될 수 있도록 상기 피스톤 끝단에는 홀이 형성되는 동시에 상기 홀을 개폐시킬 수 있도록 박형의 흡입밸브가 스크루 고정 되고, 상기 압축공간으로부터 냉매가 토출될 수 있도록 상기 실린더 일단에는 상기 개폐커버, 토출밸브 스프링, 토출밸브 서포터 및 토출캡으로 이루어진 토출밸브 어셈블 리가 설치되며, 상기 흡입밸브 및 토출밸브 어셈블리는 상기 압축공간의 내부압력에 따라 개폐가 조절된다.
여기서, 상기 토출커버(12)는 일면(12A)이 상기 실린더(4) 일단과 밀착될 수 있도록 평평하게 형성되는 동시에 반대면(12B)이 중앙으로 갈수록 볼록하게 돌출 형성되되, 그 중앙에 상기 토출밸브 스프링(14)의 일단이 안착될 수 있도록 안착홈(12h)이 단차지게 형성된다.
다음, 상기 토출밸브 스프링(14)은 나선형 코일 스프링이 사용되는데, 직경이 작은 일단이 상기 토출커버(12)에 안착되는 동시에 직경이 큰 타단이 상기 토출밸브 서포터(20)가 지지된다.
다음, 상기 토출캡(16) 역시 원형의 캡 형상으로 끝단이 상기 실린더(4) 일단에 고정되도록 조립되고, 일측에 냉매를 외부로 안내하는 냉매토출관(미도시)이 연결 설치되며, 상기 토출밸브 서포터(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 단면이 'L'인 링 형상으로 형성되어 상기 토출캡(16)의 내측 모서리 부분에 면접촉하도록 안착된다.
이때, 상기 토출밸브 스프링(14)은 상기 압축공간(P)이 고압상태를 유지하더라도 상기 토출커버(12)를 상기 실린더(4) 일단 측으로 밀어줄 수 있도록 강성이 큰 금속 재질로 이루어지고, 상기 토출캡(16) 역시 상기 압축공간(P)에서 압축된 고압의 냉매가 일시적으로 저장되더라도 내압을 견딜 수 있도록 강도가 큰 금속 재 질로 이루어지기 때문에 상기 토출밸브 스프링(14)이 직접 상기 토출캡(16)에 접촉되지 않도록 하기 위하여 상기 토출캡(16) 내측에는 연성 재질의 토출밸브 서포터(20)가 설치된다.
따라서, 냉매 토출 과정을 살펴보면, 상기 피스톤(2)이 실린더(4) 내부에서 왕복 직선 운동함에 따라 상기 압축공간(P)의 내부 압력이 설정 토출압력 미만인 경우, 상기 토출커버(12)는 상기 토출밸브 스프링(14)의 탄성력에 의해 상기 실린더(4) 일단에 밀착됨으로 냉매가 토출되지 않는 반면, 상기 압축공간(P)의 내부 압력이 설정 토출압력 이상인 경우, 상기 토출커버(12)는 상기 토출밸브 스프링(14)이 압축되어 상기 실린더(4) 일단을 개방시킴으로 압축된 냉매가 토출되도록 한다.
그러나, 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 토출밸브 어셈블리는 상기 실린더(4) 일단에 상기 토출커버(12)가 상기 토출밸브 스프링(14)에 의해 개폐 가능하게 설치되되, 상기 토출밸브 스프링(14)의 일단이 상기 토출커버(12)에 지지되는 동시에 상기 토출밸브 스프링(14)의 타단이 상기 실린더(4) 일단에 고정된 토출캡(16) 및 이에 안착된 토출밸브 서포터(20)에 지지되기 때문에 상기 피스톤(2)이 상기 실린더(4) 내부에서 왕복 직선 운동하면서 발생되는 진동이 상기 토출밸브 스프링(14)을 통하여 상기 토출밸브 서포터(20) 및 이와 면접촉된 토출캡(16)으로 전달되어 증폭될 뿐 아니라 그로 인하여 소음이 커지게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 피스톤이 실린더 내부에서 왕복 직선 운동하면서 발생되는 진동이 토출밸브 스프링을 통하여 증폭 전달되는 것을 방지하여 진동 및 소음 성능을 개선할 수 있는 리니어 압축기의 토출밸브 어셈블리를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 리니어 압축기의 토출밸브 어셈블리는 피스톤이 내부에서 왕복 직선 운동함에 따라 흡입된 냉매가 압축되는 압축공간이 내부에 형성된 실린더와, 상기 실린더 일단에 개폐 가능하게 설치된 토출커버와, 상기 실린더 일단에 고정 설치되어 상기 압축공간으로부터 냉매가 토출되는 토출공간을 형성하는 토출캡과, 상기 토출커버와 토출캡 사이에 탄성 지지되도록 설치되어 상기 압축공간의 내부압력에 따라 상기 토출커버가 상기 실린더 일단으로부터 개폐되도록 하는 토출밸브 스프링과, 상기 토출캡의 내측 모서리에 안착되어 상기 토출밸브 스프링의 진동을 완충시켜 상기 토출캡으로 전달되도록 하는 링 형상의 토출밸브 서포터와, 상기 토출캡과 맞닿는 상기 토출밸브 서포터의 외주면과 외측 모서리 중의 적어도 어느 하나에 일정 간격을 두고 돌출되도록 형성되어 상기 토출밸브 서포터와 토출캡과의 접촉면적을 줄이는 지지용 돌기로 구성된다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 토출밸브 서포터가 적용된 리니어 압축기의 토출밸브 어셈 블 리가 도시된 측단면도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 토출밸브 서포터의 제1,2실시예가 도시된 사시도이며, 도 6은 종래의 토출밸브 서포터 및 본 발명의 토출밸브 서포터가 각각 적용된 리니어 압축기의 작동 소음이 도시된 그래프이다.
본 발명에 따른 리니어 압축기의 토출밸브 어셈블리는 도 3에 도시된 바와 같이 피스톤(52)이 내부에서 왕복 직선 운동하는 실린더(54) 일단에 덮어주도록 위치된 토출커버(62), 상기 토출커버(62)를 지지하는 나선형 토출밸브 스프링(64), 상기 토출밸브 스프링(64)의 타단을 지지하는 링 형상의 토출밸브 서포터(70) 및 이와 일체로 형성된 지지용 돌기(72), 상기 실린더(54) 일단에 고정 설치되어 내측에 토출공간(D)을 형성할 뿐 아니라 상기 지지용 돌기(72)가 접촉되어 지지된 상태에서 상기 토출밸브 서포터(70)가 안착되는 토출캡(68)으로 이루어진다.
여기서, 상기 실린더(54)는 내부에 상기 피스톤(52)이 리니어 모터(미도시)에 의해 왕복 직선 운동되도록 설치되고, 상기 피스톤(52) 및 실린더(54) 사이에는 냉매가 압축되는 압축공간(P)이 형성되되, 상기 피스톤(52) 일단에는 상기 압축공간(P)으로 냉매가 흡입될 수 있도록 홀(52h)이 형성되는 동시에 상기 홀(52h)에 박형의 흡입밸브(56)가 개폐 가능하게 설치된다.
다음, 상기 토출커버(62)는 상기 실린더(54) 일단을 막아줄 수 있도록 일면(62A)이 평평하게 형성되는 동시에 이와 반대면(62B)이 중앙으로 갈수록 볼록하게 형성되고, 그 중앙에 상기 토출밸브 스프링(64)의 일단이 안착될 수 있도록 링 형상의 안착홈(62h)이 단자지게 형성되며, 상기 압축공간(P) 및 토출공간(D)으로부터 작용하는 압력에서도 견딜 수 있을 있을 뿐 아니라 상기 실린더(54) 일단에 밀착될 수 있도록 엔지니어링 플라스틱의 일종인 피크(PEEK) 재질로 제작된다.
다음, 상기 토출밸브 스프링(64)은 나선형 코일 스프링이 적용되어 직경이 작은 일단이 상기 토출커버(62)에 지지되는 동시에 직경이 큰 타단이 상기 토출밸브 서포터(70)에 지지되는데, 상기 압축공간(P)의 내부압력이 높더라도 상기 토출커버(62)를 상기 실린더(54) 일단 측으로 밀어줄 수 있도록 강성이 큰 금속 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
다음, 상기 토출캡(68)은 캡 형상으로 개방된 일단이 상기 실린더(54) 일단 외주면에 고정되고, 그 내측에 고압의 냉매가 토출되는 토출공간(D)이 형성되되, 그 일측에 고압의 냉매가 외부로 토출될 수 있도록 냉매토출관(미도시)이 연결 설치되며, 상기 토출공간(D)의 내부압력이 고압임으로 견딜 수 있도록 강도가 큰 금속 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
다음, 상기 토출밸브 서포터(70)는 도 4에 도시된 바와 같이 단면이 'L' 인 링 형상으로 형성되며, 상기 토출캡(68) 내측에 안착될 수 있도록 상기 토출밸브 서포터(70)의 외경이 상기 토출캡(68)의 내경과 소정의 공차를 두고 동일하게 형성는데, 상기 토출밸브 스프링(64) 및 토출캡(68)과 같은 금속 재질 사이에서 완충 작용을 할 수 있도록 테프론 등과 같은 연성 재질로 제작되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 지지용 돌기(72)가 상기 토출캡(68)과 맞닿는 상기 토출밸브 서포터(70)의 외주면 또는 외측 모서리 또는 외주면 및 외측 모서리 모두에 볼록하게 돌출되도록 상기 토출밸브 서포터(70)에 일체로 형성되는데, 상기 지지용 돌기(72)는 상기 토출밸브 서포터(70)의 원주방향으로 일정 간격을 두고 세 개가 형성되어 안정적으로 지지할 수 있도록 한다.
물론, 상기 지지용 돌기(72)는 상기 토출밸브 서포터(70)로부터 돌출된 정점이 상기 토출캡(68)과 접촉되되, 상기 토출밸브 서포터(70)의 축방향으로 길게 형성되어 상기 토출밸브 서포터(70)가 상기 토출캡(68)에 선접촉되도록 지지한다.
한편, 상기 토출밸브 서포터(70)는 외주면이 상기 토출캡(68) 내측에 안착될 수 있도록 상기 토출밸브 서포터(70)의 외경이 상기 토출캡(68)의 내경과 동일하게 형성되는데, 그 제작 과정에서 열처리를 거치면서 크기 및 형상이 변형될 수 있을 뿐 아니라 그 외주면에 상기 지지용 돌기(72)가 형성됨으로 상기 토출밸브 서포터(70)가 상기 토출캡(68)에 정확하게 안착되도록 끼움 조립되기 어렵기 때문에 이를 보완하기 위하여 도 5에 도시된 바와 같이 상기 토출밸브 서포터(70)의 외경이 상기 토출캡(68)의 내경보다 더 크게 형성하는 동시에 원주방향으로 일부 구간이 절개된 슬릿홀(70h)이 형성된다.
따라서, 상기와 같은 토출밸브 서포터(70)는 연성 재질로 제작됨으로 상기 슬릿홀(70h) 양단이 서로 맞붙도록 한 상태에서 상기 토출캡(68) 내측에 끼움 조립되도록 할 수 있기 때문에 그 제작 과정 중에 열처리로 인하여 크기 및 형상이 변형되거나, 그 외주면에 상기 지지용 돌기(72)가 형성되더라도 상기 토출캡(68) 내측에 손쉽게 조립될 수 있다.
이와 같은 토출밸브 서포터(70)는 상기 피스톤(52)과 실린더(54) 사이에서 발생되는 진동이 상기 토출밸브 스프링(64)을 통하여 전달되더라도 연성 재질임으로 자체적으로 진동을 흡수할 뿐 아니라 상기 지지용 돌기(72)에 의해 상기 토출캡(68)에 선접촉되도록 지지됨으로 진동이 감쇄되어 전달되고, 나아가 진동으로 인하여 발생되는 소음을 저감시킬 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 따른 토출밸브 서포터가 적용된 리니어 압축기의 토출밸브 어셈블리가 작동되는 동안 발생되는 소음을 종래 기술에 따른 토출밸브 서포터가 적용된 리니어 압축기의 토출밸브 어셈블리가 작동되는 동안 발생되는 소음과 비교하여 살펴보면, 도 6에 도시된 바와 같이 리니어 모터가 전주파수 영역에서 작동되는 동안 본 발명이 종래에 비해 소음이 저감된 것을 알 수 있는데, 특히 리니어 모터가 고주파수 영역 작동되는 동안 본 발명이 종래에 비해 소음이 훨씬 많이 저감된 것을 알 수 있다.
이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 예로 들어 상세하게 설명하였다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 토출밸브 어셈블리는 실린더 일단을 덮어주는 토출커버과 실린더 일단에 고정된 토출캡 및 이에 안착된 토출밸브 서포터 사이에 토출밸브 스프링이 탄성 지지되도록 설치되는데, 토출밸브 서포터의 외주면에 볼록하게 지지용 돌기가 돌출되도록 형성되기 때문에 피스톤 및 실린더 사이에서 발생되는 진동이 토출밸브 스프링을 통하여 밸브스프링으로 전달되더라도 토출밸브 서포터가 지지용 돌기에 의해 토출캡에 선접촉하도록 설치됨으로 진동이 증폭 전달되는 것을 방지할 수 있을 뿐 아니라 나아가 진동으로 인하여 발생되는 소음을 저감시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

  1. 피스톤이 내부에서 왕복 직선 운동함에 따라 흡입된 냉매가 압축되는 압축공간이 내부에 형성된 실린더와,
    상기 실린더 일단에 개폐 가능하게 설치된 토출커버와,
    상기 실린더 일단에 고정 설치되어 상기 압축공간으로부터 냉매가 토출되는 토출공간을 형성하는 토출캡과,
    상기 토출커버와 토출캡 사이에 탄성 지지되도록 설치되어 상기 압축공간의 내부압력에 따라 상기 토출커버가 상기 실린더 일단으로부터 개폐되도록 하는 토출밸브 스프링과,
    상기 토출캡의 내측 모서리에 안착되어 상기 토출밸브 스프링의 진동을 완충시켜 상기 토출캡으로 전달되도록 하는 링 형상의 토출밸브 서포터와,
    상기 토출캡과 맞닿는 상기 토출밸브 서포터의 외주면과 외측 모서리 중의 적어도 어느 하나에 일정 간격을 두고 돌출되도록 형성되어 상기 토출밸브 서포터와 토출캡과의 접촉면적을 줄이는 지지용 돌기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 토출밸브 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지용 돌기는 상기 토출밸브 서포터의 축 방향으로 길게 형성되어 상 기 토출캡의 내주면에 선접촉되도록 형성된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 토출밸브 어셈블리.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 지지용 돌기는 상기 토출밸브 서포터의 원주방향으로 일정 간격을 두고 적어도 세 개 이상이 형성된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 토출밸브 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 토출밸브 서포터 및 지지용 돌기는 진동이 저감되어 전달될 수 있도록 연성 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 토출밸브 어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 토출밸브 서포터는 열처리되어 크기 및 형상이 변형되더라도 상기 토출캡에 끼움 조립될 수 있도록 원주방향의 일부 구간이 절개된 슬릿홀이 형성된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 토출밸브 어셈블리.
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