KR102666944B1 - 레시프로 압축기 - Google Patents

Abstract

레시프로 압축기가 제공된다. 본 명세서의 일 면(aspect)에 따른 레시프로 압축기는 케이스와, 상기 케이스의 안에 배치되는 구동 모터와, 상기 구동 모터에 연결되는 회전 축과, 상기 케이스의 안에 배치되고 압축 공간을 형성하는 실린더와, 상기 회전 축의 회전에 따라 상기 실린더의 안에서 직선 왕복 운동하는 피스톤과, 복수의 토출 홀을 포함하고 상기 실린더의 선단에 결합되는 밸브 조립체와, 상기 밸브 조립체의 외측에 결합되는 토출 커버와, 상기 토출 커버와 상기 밸브 조립체 사이에 배치되고, 상기 복수의 토출 홀을 각각 개폐시키는 복수의 토출 밸브와, 상기 복수의 토출 밸브와 상기 토출 커버의 사이에 배치되고, 상기 복수의 토출 밸브를 지지하는 리테이너를 포함하고, 상기 리테이너 중 상기 토출 밸브와 접촉하는 영역은 곡면으로 형성된다.

Description

레시프로 압축기{RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 명세서는 레시프로 압축기에 관한 것이다. 보다 상세하게, 피스톤의 선형 왕복 운동에 의해 냉매를 압축하는 레시프로 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 모터나 터빈 등의 동력 발생 장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 등의 작동 유체를 압축하도록 이루어지는 장치를 말한다. 구체적으로, 압축기는 압축기는 산업 전반이나 가전 제품, 특히 증기압축식 냉동사이클(이하 '냉동 사이클'로 칭함) 등에 널리 적용되고 있다.

이러한 압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 레시프로 압축기(Reciprocating compressor), 회전식 압축기(로터리 압축기, Rotary compressor), 스크롤 압축기(Scroll compressor)로 구분될 수 있다.

레시프로 압축기는 피스톤과 실린더 사이에 압축 공간이 형성되고 피스톤이 직선 왕복 운동하여 유체를 압축하는 방식이고, 로터리 압축기는 실린더 내부에서 편심 회전되는 롤러에 의해 유체를 압축하는 방식이며, 스크롤 압축기는 나선형으로 이루어지는 한 쌍의 스크롤이 맞물려 회전되어 유체를 압축하는 방식이다.

레시프로 압축기는, 피스톤의 구동방식에 따라 진동형과 연결형으로 구분할 수 있다. 진동형 레시프로 압축기는 피스톤이 구동 모터의 무버(mover)에 연결되어 진동하면서 실린더에서 왕복 운동을 하면서 냉매를 압축하는 방식이고, 연결형 레시프로 압축기는, 구동 모터의 회전축에 커넥팅 로드가 결합되고 커넥팅 로드에 피스톤이 결합되어 구동모터의 회전력을 피스톤의 직선운동으로 전환시키는 방식이다.

본 명세서는 연결형 레시프로 압축기에 관한 것으로, 이하에서는 연결형 레시프로 압축기를 '레시프로 압축기' 라고 칭한다.

도 19를 참조하면, 종래 레시프로 압축기는 밸브 조립체(126)에 하나의 토출 홀(1264)이 형성되고, 하나의 토출 홀(1264)을 개폐하는 하나의 토출 밸브(128)가 배치된다.

이 경우, 토출 홀(1264)의 유효 면적의 한계로 인해 발생하는 과압축 손실이 수반되어 레시프로 압축기의 압축 효율을 저하시키는 문제가 있었다.

한국 등록특허공보 10-1484324 B (2015.01.20. 공고)

본 명세서가 해결하고자 하는 과제는, 토출 홀의 유효 면적을 늘려 압축 효율을 향상시키면서도 토출 밸브의 구조 강도의 신뢰성을 확보할 수 있는 레시프로 압축기를 제공하는 것이다.

또한, 본 명세서가 해결하고자 하는 과제는, 조립 또는 부품 공차로 인해 발생하는 복수의 토출 밸브 사이의 강성 차이를 보상할 수 있는 레시프로 압축기를 제공하는 것이다.

또한, 본 명세서가 해결하고자 하는 과제는, 토출 밸브의 구조 강도의 신뢰성 저하로 인한 토출 밸브의 파손을 방지할 수 있는 레시프로 압축기를 제공하는 것이다.

또한, 본 명세서가 해결하고자 하는 과제는, 압축 행정에서 토출 밸브의 변형으로 인한 냉매의 누설을 방지하여 압축 효율을 향상시킬 수 있는 레시프로 압축기를 제공하는 것이다.

또한, 본 명세서가 해결하고자 하는 과제는, 압축된 냉매의 토출 완료 시점에서의 유로 저항을 키워 토출 냉매의 역류를 방지할 수 있는 레시프로 압축기를 제공하는 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 명세서의 일 면(aspect)에 따른 레시프로 압축기는 케이스와, 상기 케이스의 안에 배치되는 구동 모터와, 상기 구동 모터에 연결되는 회전 축과, 상기 케이스의 안에 배치되고 압축 공간을 형성하는 실린더와, 상기 회전 축의 회전에 따라 상기 실린더의 안에서 직선 왕복 운동하는 피스톤과, 복수의 토출 홀을 포함하고 상기 실린더의 선단에 결합되는 밸브 조립체와, 상기 밸브 조립체의 외측에 결합되는 토출 커버와, 상기 토출 커버와 상기 밸브 조립체 사이에 배치되고, 상기 복수의 토출 홀을 각각 개폐시키는 복수의 토출 밸브와, 상기 복수의 토출 밸브와 상기 토출 커버의 사이에 배치되고, 상기 복수의 토출 밸브를 지지하는 리테이너를 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 리테이너 중 상기 토출 밸브와 접촉하는 영역은 곡면으로 형성될 수 있다.

이를 통해, 토출 홀의 유효 면적을 늘려 레시프로 압축기의 압축 효율을 향상시키면서도 토출 밸브의 구조 강도의 신뢰성을 확보할 수 있다.

또한, 상기 토출 밸브는 상기 밸브 조립체에 고정되는 고정단과, 상기 토출 홀을 개폐시키는 헤드부와, 상기 고정단과 상기 헤드부를 연결하는 연결부를 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 리테이너의 일측은 상기 복수의 토출 밸브 중 하나의 고정단에 결합되고, 타측은 상기 복수의 토출 밸브 중 나머지 하나의 고정단에 결합될 수 있다.

더불어, 상기 리테이너는 상기 복수의 토출 홀의 사이의 중간 지점과 중첩되는 지점을 기준으로 서로 대칭되는 형상으로 형성될 수 있다.

이를 통해, 하나의 리테이너로 복수의 토출 밸브를 지지하므로 조립 또는 부품 공차로 인해 발생하는 복수의 토출 밸브 사이의 강성 차이를 보상할 수 있다.

또한, 상기 곡면의 형상은 상기 토출 밸브의 1차 모드 형상에 대응될 수 있다.

이 경우, 상기 곡면 중 상기 토출 홀과 가장 멀리 떨어진 끝단과 상기 토출 밸브와의 거리는 상기 토출 밸브의 두께의 2배 이하일 수 있다.

이를 통해, 토출 밸브의 구조 강도의 신뢰성 저하로 인한 토출 밸브의 파손을 방지할 수 있다.

또한, 다음의 수학식, 40 ≤ D1/T ≤ 50(여기에서, D1은 상기 토출 홀의 직경, T는 상기 토출 밸브의 두께)을 만족할 수 있다.

이를 통해, 압축 행정에서, 토출 밸브의 변형으로 인한 냉매의 누설을 방지하여 압축 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 피스톤은 상기 복수의 토출 홀의 내부를 향해 돌출되는 복수의 돌기를 포함할 수 있다.

이 경우, 압축 행정에서 상기 돌기의 끝단은 상기 토출 홀의 수직 방향 중간 지점보다 상기 토출 밸브에 인접하게 배치될 수 있다.

더불어, 상기 돌기는 상기 토출 밸브에 인접할수록 단면적이 작아질 수 있다.

이를 통해, 압축된 냉매의 토출 완료 시점에서의 유로 저항을 키워 토출 냉매의 역류를 방지할 수 있다.

본 명세서를 통해, 토출 홀의 유효 면적을 늘려 압축 효율을 향상시키면서도 토출 밸브의 구조 강도의 신뢰성을 확보할 수 있는 레시프로 압축기를 제공할 수 있다.

또한, 본 명세서를 통해, 조립 또는 부품 공차로 인해 발생하는 복수의 토출 밸브 사이의 강성 차이를 보상할 수 있는 레시프로 압축기를 제공할 수 있다.

또한, 본 명세서를 통해, 토출 밸브의 구조 강도의 신뢰성 저하로 인한 토출 밸브의 파손을 방지할 수 있는 레시프로 압축기를 제공할 수 있다.

또한, 본 명세서를 통해, 압축 행정에서 토출 밸브의 변형으로 인한 냉매의 누설을 방지하여 압축 효율을 향상시킬 수 있는 레시프로 압축기를 제공할 수 있다.

또한, 본 명세서를 통해, 압축된 냉매의 토출 완료 시점에서의 유로 저항을 키워 토출 냉매의 역류를 방지할 수 있는 레시프로 압축기를 제공할 수 있다.

도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 레시프로 압축기의 단면도이다.
도 2는 도 1의 일 영역의 확대도이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 레시프로 압축기의 토출 커버와, 밸브 조립체와, 토출 밸브와, 리테이너와, 흡입 밸브와, 가스켓의 분해 사시도이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 레시프로 압축기의 밸브 조립체와, 토출 밸브와, 리테이너의 투시도이다.
도 5는 도 4의 B 부분 확대도이다.
도 6은 도 4의 A-A` 단면도이다.
도 7은 도 6의 C 부분 확대도이다.
도 8은 본 명세서의 일 실시예에 따른 레시프로 압축기의 D1/T의 변화에 따른 압축 효율을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 명세서의 일 실시예에 따른 레시프로 압축기의 D1/T의 변화에 따른 안전 계수를 나타내는 그래프이다.
도 10 내지 도 15는 본 명세서의 일 실시예에 따른 레시프로 압축기의 토출 밸브의 거동을 나타내는 도면이다.
도 16은 도 11의 a 부분의 충격 파단 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 도 13의 b 부분의 굽힘 파단 모드를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 명세서의 일 실시예에 따른 레시프로 압축기의 H/T의 변화에 따른 안전 계수를 나타내는 그래프이다.
도 19는 종래 기술의 따른 레시프로 압축기의 밸브 조립체와, 토출 밸브를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서(discloser)에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 명세서의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 명세서(discloser)의 용어는 document, specification, description 등의 용어로 대체할 수 있다.

도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 레시프로 압축기의 단면도이다. 도 2는 도 1의 일 영역의 확대도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 레시프로 압축기(100)는 케이스(110)와, 압축 기구부(120)와, 구동 모터(140)와, 회전축(130)과, 베어링(150)과, 고정 체결 부재(160)와, 지지 부재(170)와, 탄성 조립체(200)를 포함할 수 있으나, 이 중 일부의 구성을 제외하고 실시될 수도 있고, 이외 추가적인 구성을 배제하지도 않는다.

케이스(110)는 레시프로 압축기(100)의 외관을 형성할 수 있다. 케이스(110)의 안에는 압축 기구부(120)와, 구동 모터(140)와, 회전축(130)과, 베어링(150)과, 고정 체결 부재(160)와, 지지 부재(170)와, 탄성 조립체(200)가 배치될 수 있다. 케이스(110)의 내부에 상측 영역에는 흡입되는 냉매를 압축하는 압축 기구부(120)가 배치되고, 압축 기구부(120)의 하측에는 압축 기구부(120)와 연결되는 회전축(130) 및 구동 모터(140)가 배치될 수 있다.

구동 모터(140)는 케이스(110)의 안에 배치될 수 있다. 구동 모터(140)는 케이스(110)의 안에 고정될 수 있다. 구동 모터(140)는 회전력을 발생시킬 수 있다. 구동 모터(140)는 압축 기구부(120)에 회전력을 전달하여 냉매를 압축시킬 수 있다. 구동 모터(140)는 회전축(130)과 연결될 수 있다. 구동 모터(140)의 구동에 의해 회전축(130)이 회전함으로써 압축 기구부(120) 내에서 냉매의 압축이 이루어질 수 있다.

구동 모터(140)는 로터(141, 142)와, 스테이터(143)와, 스테이터(143)에 권선되는 코일(144)을 포함할 수 있다. 스테이터(143)는 복수의 코어 플레이트가 적층 형성될 수 있다. 스테이터(143)의 내측에는 제1 로터(141)가 회전 가능하게 배치되고, 스테이터(143)의 외측에는 제2 로터(142)가 회전 가능하게 배치될 수 있다. 제1 로터(141)는 베어링(150)을 통해 회전축(130)에 결합될 수 있다. 제2 로터(142)는 로터 플레이트(145)를 통해 회전축(130)에 결합될 수 있다. 코일(144)에 전원이 인가되면, 로터(141, 142)는 스테이터(143)와의 상호 작용에 의해 회전축(130)을 회전시킬 수 있다.

제1 로터(141)와 제2 로터(142)는 선택적으로 구동할 수 있다. 이를 통해, 운전 구간에 따라 구동을 조절함으로써 효율적이 운전이 가능하고 소비 전력을 낮출 수 있다.

스테이터(143)와 제1 로터(141) 사이에는 공극이 형성되고, 스테이터(143)와 제2 로터(142) 사이에는 공극이 형성될 수 있다. 로터 플레이트(145)에는 스테이터(143)와 제1 로터(141) 사이에 형성되는 공극과, 스테이터(143)와 제2 로터(142) 사이에 형성되는 공극에 대응되는 위치에 각각 형성되는 관통 홀(145a)을 포함할 수 있다. 관통 홀(145a)을 통해 갭 라이너(미도시)가 삽입되어 스테이터(143)와 제1 로터(141) 사이에 형성되는 공극과, 스테이터(143)와 제2 로터(142) 사이에 형성되는 공극이 일정한 반경 방향 간극을 가지도록 할 수 있다.

구동 모터(140)는 고정 체결 부재(160)에 의해 실린더(123)에 고정될 수 있다. 구동 모터(140)의 스테이터(143)는 고정 체결 부재(160)에 의해 실린더(123)에 고정될 수 있다. 고정 체결 부재(160)는 수직 방향으로 연장될 수 있다. 고정 체결 부재(160)는 스테이터(143)의 상부에 배치되는 돌출부(147)에 삽입되어 결합될 수 있다. 스테이터(143)와 돌출부(147)는 서로 다른 재질로 형성될 수 있다. 이 경우, 스테이터(143)의 절연을 위해 인슐레이터(146)가 스테이터(143)의 상면에 형성될 수 있다.

압축 기구부(120)는 구동 모터(140)로부터 회전력을 전달받아 냉매를 압축시킬 수 있다. 압축 기구부(120)는 흡입된 냉매를 압축하여 토출할 수 있다. 압축 기구부(120)는 실린더(123)와, 커넥팅 로드(121)와, 피스톤(122)과, 밸브 조립체(126)와, 흡입 밸브(127)와, 흡입 머플러(125)와, 토출 밸브(128)와, 토출 커버(124)를 포함할 수 있다.

실린더(123)는 압축 공간(V1)을 형성하며 케이스(110)의 안에 고정될 수 있다. 압축 공간(V1)으로 흡입된 냉매는 피스톤(122)의 왕복 운동에 의해 압축된 후, 외부로 토출될 수 있다.

커넥팅 로드(121)는 회전축(130)에 회전 가능하도록 연결될 수 있다. 커넥팅 로드(121)는 피스톤(122)에 연결될 수 있다. 구동 모터(140)에 의한 회전을 직선 왕복 운동으로 전환시킬 수 있다.

피스톤(122)은 커넥팅 로드(121)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 피스톤(122)은 실린더(123)의 안에서 직선 왕복 운동할 수 있다. 피스톤(122)은 압축 공간(V1)의 냉매를 압축할 수 있다.

밸브 조립체(126)는 실린더(123)에 결합될 수 있다. 밸브 조립체(126)는 실린더(123)의 선단에 결합될 수 있다. 밸브 조립체(126)는 흡입 홀과, 토출 홀을 포함할 수 있다. 본 명세서의 일 실시예에서 밸브 조립체(126)는 플레이트(plate) 형상으로 형성된 것을 예로 들어 설명하나, 이에 제한되지 않는다. 밸브 조립체(126)의 흡입 홀은 흡입 머플러(125)와 연통되어 냉매를 흡입할 수 있다. 밸브 조립체(126)의 토출 홀은 토출 커버(124)와 연통되어 압축된 냉매를 토출시킬 수 있다.

흡입 밸브(127)는 밸브 조립체(126)에 결합될 수 있다. 흡입 밸브(127)는 밸브 조립체(126)의 일측에 결합될 수 있다. 흡입 밸브(127)는 밸브 조립체(126)의 내측에 배치될 수 있다. 예를 들어, 흡입 밸브(127)는 밸브 조립체(126)와 실린더(123) 사이에 배치될 수 있다. 흡입 밸브(127)는 밸브 조립체(126)의 흡입 홀을 개폐할 수 있다.

토출 밸브(128)는 밸브 조립체(126)에 결합될 수 있다. 토출 밸브(128)는 밸브 조립체(126)의 타측에 결합될 수 있다. 토출 밸브(128)는 밸브 조립체(126)의 외측에 배치될 수 있다. 예를 들어, 토출 밸브(128)는 밸브 조립체(126)와 토출 커버(124)의 사이에 배치될 수 있다. 토출 밸브(128)는 밸브 조립체(126)의 토출 홀을 개폐할 수 있다.

흡입 머플러(125)는 밸브 조립체(126)에 결합될 수 있다. 흡입 머플러(125)는 밸브 조립체(126)의 타측에 결합될 수 있다. 흡입 머플러(125)는 밸브 조립체(126)의 외측에 결합될 수 있다. 흡입 머플러(125)는 흡입 머플러(125)의 흡입 홀와 연통될 수 있다. 흡입 머플러(125)는 토출 커버(124)와 결합될 수 있다. 흡입 머플러(125)는 토출 커버(124)와 끼움 결합될 수 있다.

토출 커버(124)는 밸브 조립체(126)에 결합될 수 있다. 토출 커버(124)는 밸브 조립체(126)의 타측에 결합될 수 있다. 토출 커버(124)는 밸브 조립체(126)의 토출 홀과 연통될 수 있다. 토출 커버(124)는 토출 공간(V2)을 형성할 수 있다. 피스톤(122)에 의해 압축된 냉매는 토출 홀을 통해 토출 공간(V2)으로 유입되고, 토출 공간(V2)으로 유입된 냉매는 외부로 토출될 수 있다.

회전축(130)은 상하 방향으로 연장될 수 있다. 회전축(130)는 수직 방향으로 연장될 수 있다. 회전축(130)은 케이스(110)의 안에 배치될 수 있다. 회전축(130)은 구동 모터(140)에 연결될 수 있다. 회전축(130)은 압축 기구부(120)에 연결될 수 있다. 회전축(130)은 구동 모터(140)에 의해 회전하여 압축 기구부(120)에 냉매의 압축을 위한 회전력을 전달할 수 있다.

회전축(130)이 회전을 하면, 회전축(130)의 하단에 설치된 오일 피더(131)가 케이스(110)의 저장된 오일을 펌핑하고, 오일의 일부는 회전축(130)의 오일 유로(132)를 통해 흡상되면서 베어링면에 공급되고, 오일의 일부는 회전축(130)의 상단에서 비산되어, 실린더(123)와 피스톤(122) 사이에 공급될 수 있다.

베어링(150)은 회전축(130)에 결합될 수 있다. 베어링(150)은 원웨이 베어링(one-way bearing)일 수 있다. 베어링(150)은 회전축(130)의 외주면에 배치될 수 있다. 베어링(150)은 회전축(130)과 제1 로터(141) 사이에 배치될 수 있다. 베어링(150)은 제1 로터(141)의 일 방향 회전에 의한 회전력만을 회전축(130)에 전달할 수 있다. 예를 들어, 제1 로터(141)는 스테이터(143)와의 상호 작용에 의해 시계 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있는데, 베어링(150)은 시계 방향(정방향) 회전에 대하여만 회전력을 회전축(130)에 전달하고, 반 시계 방향(역방향) 회전에 대하여는 회전축(130)에 회전력을 전달하지 않을 수 있다. 이를 통해, 제1 로터(141)와 제2 로터(142) 모두를 정방향으로 회전시키거나, 제2 로터(142)만 역방향으로 회전시키면서 회전축(130)에 회전력을 전달하여 2가지 구동 모드를 구현할 수 있다.

지지 부재(170)는 압축 기구부(120)를 지지할 수 있다. 지지 부재(170)는 압축 기구부(120)의 하부를 지지할 수 있다. 지지 부재(170)는 수직 방향으로 길게 연장될 수 있다. 지지 부재(170)는 원통 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 단면이 다각형 형상을 가질 수도 있다. 지지 부재(170)의 상부 영역은 압축 기구부(120)의 하부에 결합되고, 지지 부재(170)의 하부 영역은 탄성 조립체(200)의 상부 영역에 결합될 수 있다. 예를 들어, 지지 부재(170)의 상부는 압축 기구부(120)의 하부 영역에 볼팅 결합될 수 있고, 지지 부재(170)의 하부는 탄성 조립체(200)의 상부 영역에 볼팅 결합될 수 있다.

지지 부재(170)는 복수의 지지 부재를 포함할 수 있다. 본 명세서의 일 실시예에서 복수의 지지 부재의 개수는 4개인 것을 예로 들어 설명하나, 이에 제한되지 않고 복수의 지지 부재의 개수는 다양하게 변경될 수 있다.

탄성 조립체(200)는 지지 부재(170)와 케이스(110)의 사이에 배치될 수 있다. 탄성 조립체(200)는 수직 방향으로 연장될 수 있다. 탄성 조립체(200)의 하부 영역은 케이스(110)의 내측면에 안착되고, 탄성 조립체(200)의 상부 영역은 지지 부재(170)의 하부 영역에 결합되어 케이스(110)의 내측면에 대하여 압축 기구부(120)를 탄성 지지할 수 있다.

도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 레시프로 압축기의 토출 커버와, 밸브 조립체와, 토출 밸브와, 리테이너와, 흡입 밸브와, 가스켓의 분해 사시도이다. 도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 레시프로 압축기의 밸브 조립체와, 토출 밸브와, 리테이너의 투시도이다. 도 5는 도 4의 B 부분 확대도이다. 도 6은 도 4의 A-A` 단면도이다. 도 7은 도 6의 C 부분 확대도이다. 도 8은 본 명세서의 일 실시예에 따른 레시프로 압축기의 D1/T의 변화에 따른 압축 효율을 나타내는 그래프이다. 도 9는 본 명세서의 일 실시예에 따른 레시프로 압축기의 D1/T의 변화에 따른 안전 계수를 나타내는 그래프이다. 도 10 내지 도 15는 본 명세서의 일 실시예에 따른 레시프로 압축기의 토출 밸브의 거동을 나타내는 도면이다. 도 16은 도 11의 a 부분의 충격 파단 모드를 설명하기 위한 도면이다. 도 17은 도 13의 b 부분의 굽힘 파단 모드를 나타내는 도면이다. 도 18은 본 명세서의 일 실시예에 따른 레시프로 압축기의 H/T의 변화에 따른 안전 계수를 나타내는 그래프이다.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 레시프로 압축기(100)의 압축 기구부(120)는 실린더(123)와, 커넥팅 로드(121)와, 피스톤(122)과, 밸브 조립체(126)와, 흡입 밸브(127)와, 흡입 머플러(125)와, 토출 밸브(128)와, 토출 커버(124)를 포함할 수 있다.

실린더(123)는 케이스(110)의 안에 배치될 수 있다. 실린더(123)는 압축 공간(V1)이 형성될 수 있다. 실린더(123)의 안에는 피스톤(122)이 배치될 수 있다.

피스톤(122)은 실린더(123)의 안에서 직선 왕복 운동할 수 있다. 피스톤(122)은 압축 공간(V1)의 냉매를 압축할 수 있다.

피스톤(122)은 복수의 돌기(1222)를 포함할 수 있다. 복수의 돌기(1222)는 피스톤(122)의 타면에서 타측으로 연장될 수 있다. 복수의 돌기(1222)는 피스톤(122)에서 복수의 토출 홀(1265, 1266)의 내부를 향해 돌출될 수 있다. 복수의 돌기(1222)는 각각 피스톤(122)의 타면에서 제1 토출 홀(1265)과, 제2 토출 홀(1266)의 내부를 향해 돌출될 수 있다. 복수의 돌기(1222)는 서로 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 피스톤(122)이 복수의 토출 홀(1265, 1266)과 인접하는 압축 행정에서 복수의 돌기(1222)의 끝단은 복수의 토출 홀(1265, 1266)의 수직 방향 중간 지점보다 복수의 토출 밸브(1282, 1288)에 인접하게 배치될 수 있다. 여기에서, 수직 방향이란 도 7을 기준으로 상하 방향을 의미할 수 있다. 복수의 돌기(1222)는 복수의 토출 밸브(1282, 1288)에 인접할수록 단면적이 작아질 수 있다. 이를 통해, 압축된 냉매의 토출 완료 시점에서의 유로 저항을 키워 토출 냉매의 역류를 방지할 수 있다.

밸브 조립체(126)는 실린더(123)의 선단에 결합될 수 있다. 밸브 조립체(126)는 흡입 홀(1262)과, 복수의 토출 홀(1265, 1266)을 포함할 수 있다. 복수의 토출 홀(1265, 1266)은 서로 이격될 수 있다. 밸브 조립체(126)에는 복수의 토출 밸브(1282, 1288)와, 리테이너(129)가 결합될 수 있다.

복수의 토출 홀(1265, 1266)은 제1 토출 홀(1265)과, 제2 토출 홀(1266)을 포함할 수 있다. 제1 토출 홀(1265)과 제2 토출 홀(1266)은 서로 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 제1 토출 홀(1265)과 제2 토출 홀(1266)은 밸브 조립체(126)의 수평 방향 중간 지점에서 서로 대칭되는 위치에 형성될 수 있다. 여기에서, 수평 방향이란 도 4를 기준으로 좌우 방향을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.

흡입 밸브(127)는 밸브 조립체(126)와 실린더(123)의 사이에 배치될 수 있다. 흡입 밸브(127)는 밸브 조립체(126)와 흡입 가스켓(1296)의 사이에 배치될 수 있다. 흡입 밸브(127)는 흡입 홀(1262)을 개폐할 수 있다.

흡입 밸브(127)는 밸브 조립체(126)에 결합되는 제1 고정단과, 제1 고정단에서 연장되어 흡입 홀(1262)을 개폐하는 자유단(1272)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 흡입 밸브(127)의 제1 고정단은 밸브 조립체(126)에 고정 결합될 수 있고, 자유단(1272)은 제1 고정단으로부터 연장되고 흡입 홀(1262)을 덮는 형상일 수 있다.

흡입 밸브(127)의 제1 자유단(1272)은 흡입 행정인 경우 밸브 조립체(126)로부터 이격되어 흡입 홀(1262)과 압축 공간(V1)을 연통시킬 수 있다. 구체적으로, 피스톤(122)이 밸브 조립체(126)로부터 멀어지는 흡입 행정의 경우, 압축 공간(V1)의 압력이 낮아지므로 흡입 밸브(127)의 자유단(1272)이 밸브 조립체(126)로부터 이격되고, 이를 통해 압축 공간(V1)에 유체가 흡입될 수 있다.

흡입 밸브(127)의 자유단(1272)은 압축 행정 및 토출 행정의 경우 밸브 조립체(126)와 가까워지거나 접촉하여 흡입 홀(1262)과 압축 공간(V1)을 연통시키지 않을 수 있다. 구체적으로, 피스톤(122)이 밸브 조립체(126)와 가까워지는 압축 행정 및 토출 행정의 경우, 압축 공간(V1)의 압력이 높아지므로 흡입 밸브(127)의 자유단(1272)이 밸브 조립체(126)와 가까워지거나 접촉할 수 있다.

흡입 밸브(127)는 복수의 제1 관통 홀(1274)을 포함할 수 있다. 복수의 제1 관통 홀(1274)은 복수의 토출 홀(1265, 1266) 및/또는 복수의 토출 밸브(1282, 1288)의 헤드부(1285)와 중첩(overlap)될 수 있다. 이를 통해, 공간 효율성을 향상시킬 수 있다.

흡입 가스켓(1296)은 흡입 밸브(127)와 실린더(123)의 사이에 배치될 수 있다. 흡입 가스켓(1296)은 중앙 영역에 개구가 형성되는 판 형상으로 형성될 수 있다.

토출 밸브(128)는 복수의 토출 밸브(1282, 1288)를 포함할 수 있다. 복수의 토출 밸브(1282, 1288)는 밸브 조립체(126)에 결합될 수 있다. 복수의 토출 밸브(1282, 1288)는 밸브 조립체(126)의 타측에 결합될 수 있다. 복수의 토출 밸브(1282, 1288)는 밸브 조립체(126)의 외측에 배치될 수 있다. 복수의 토출 밸브(1282, 1288)는 밸브 조립체(126)의 타면에서 일측으로 오목하게 형성된 홈에 결합될 수 있다. 복수의 토출 밸브(1282, 1288)는 밸브 조립체(126)와 토출 커버(124)의 사이에 배치될 수 있다. 복수의 토출 밸브(1282, 1288)는 밸브 조립체(126)의 복수의 토출 홀(1264)을 개폐할 수 있다.

복수의 토출 밸브(1282, 1288)는 제1 토출 홀(1265)을 개폐하는 제1 토출 밸브(1282)와, 제2 토출 홀(1266)을 개폐하는 제2 토출 밸브(1288)을 포함할 수 있다. 제1 토출 밸브(1282)와, 제2 토출 밸브(1288)은 서로 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 제1 토출 밸브(1282)와, 제2 토출 밸브(1288)는 밸브 조립체(126)의 수평 방향 중간 지점에서 서로 대칭되는 위치에 형성될 수 있다. 여기에서, 수평 방향이란 도 4를 기준으로 좌우 방향을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.

복수의 토출 밸브(1282, 1288)는 각각 밸브 조립체(126)에 고정되는 제2 고정단(1283)과, 복수의 토출 홀(1265, 1266)을 개폐시키는 헤드부(1285)와, 제2 고정단(1283)과 헤드부(1285)를 연결하는 연결부(1284)를 포함할 수 있다. 헤드부(1285)는 복수의 토출 홀(1265, 1266)을 덮는 형상으로 형성될 수 있다. 제2 고정단(1283)의 일면은 밸브 조립체(126)에 고정될 수 있고, 제2 고정단(1283)의 타면에는 리테이너(129)가 배치될 수 있다. 연결부(1284)는 제2 고정단(1283)보다 작은 폭을 가질 수 있다. 연결부(1284)의 폭은 제2 고정단(1283)에서 헤드부(1285)를 향할수록 점점 커질 수 있다.

흡입 행정에서 피스톤(122)이 밸브 조립체(126)로부터 멀어지게 이동하게 되고, 압축 공간(V1)의 압력이 낮아져 복수의 토출 밸브(1282, 1288)의 헤드부(1285)가 복수의 토출 홀(1265, 1266)을 덮게 된다.

토출 행정에서 피스톤(122)이 밸브 조립체(126)에 인접하게 이동하게 되고, 압축 공간(V1)의 압력이 높아져 복수의 토출 밸브(1282, 1288)의 헤드부(1285)가 밸브 조립체(126)에서 이격된다. 이 경우, 복수의 토출 홀(1265, 1266)은 토출 공간(V2)과 연통되고, 압축된 냉매가 복수의 토출 홀(1265, 1266)을 지나 토출 공간(V2)으로 유입되게 된다.

본 명세서의 일 실시예에 따른 레시프로 압축기(100)는 복수의 토출 홀(1265, 1266)과, 복수의 토출 홀(1265, 1266)을 개폐하는 복수의 토출 밸브(1282, 1288)을 통해 압축된 냉매가 토출되므로, 토출 홀(1264)의 유효 면적을 늘려 압축 효율을 향상시킬 수 있다.

도 7을 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 레시프로 압축기(100)는 다음의 수학식을 만족할 수 있다.

40 ≤ D1/T ≤ 50,

(여기에서, D1은 상기 토출 홀의 직경, T는 상기 토출 밸브의 두께)

도 8을 참조하면, D1/T가 40 이상인 경우 레시프로 압축기(100)의 압축 효율이 최대치를 가진다. 이는, D1/T가 40 미만인 경우, 압축 행정에서 복수의 토출 밸브(1282, 1288)의 변형으로 인해 복수의 토출 밸브(1282, 1288)와 복수의 토출 홀(1265, 1266) 사이의 이격 공간으로 냉매가 누설되기 때문이다.

또한, D1/T가 50을 초과하는 경우 레시프로 압축기(100)의 압축 효율이 최대치에서 점점 줄어들게 된다.

도 9를 참조하면, D1/T가 50을 초과하게 되는 경우 복수의 토출 밸브(1282, 1288)의 안전 계수가 1보다 작아진다.

즉, D1/T가 40 이상이고 50 미만인 경우, 레시프로 압축기(100)의 압축 효율을 향상시키시면서도 복수의 토출 밸브(1282, 1288)의 구조 강도의 신뢰성을 확보할 수 있다.

리테이너(129)는 복수의 토출 밸브(1282, 1288)와, 토출 커버(124)의 사이에 배치될 수 있다. 리테이너(129)는 복수의 토출 밸브(1282, 1288)를 지지할 수 있다. 리테이너(129)의 일측은 복수의 토출 밸브(1282, 1288) 중 하나의 제2 고정단에 결합되고, 타측은 복수의 토출 밸브(1282, 1288) 중 나머지 하나의 제2 고정단에 결합될 수 있다. 리테이너(129)의 중앙 영역은 밸브 조립체(126)와 이격될 수 있다. 리테이너(129)의 중앙 영역은 복수의 토출 홀(1265, 1266)과, 복수의 토출 밸브(1282, 1288)과 중첩되지 않을 수 있다. 리테이너(129)는 복수의 토출 홀(1265, 1266)의 사이의 중간 지점과 중첩되는 지점을 기준으로 서로 대칭되는 형상으로 형성될 수 있다. 이를 통해, 하나의 리테이너(129)로 복수의 토출 밸브(1282, 1288)를 지지하므로 조립 또는 부품 공차로 인해 발생하는 복수의 토출 밸브(1282, 1288) 사이의 강성 차이를 보상할 수 있다.

리테이너(129)는 복수의 토출 밸브(1282, 1288)의 제2 고정단(1283)에 고정되는 제1 영역(1291a)과, 복수의 토출 밸브(1282, 1288)의 거동에 따라 복수의 토출 밸브(1282, 1288)와 직접 접촉하는 제2 영역(1291b)을 포함할 수 있다. 이 경우, 제2 영역(1291b)은 복수의 토출 밸브(1282, 1288)의 연결부(1284) 또는 헤드부(1285)와 직접 접촉할 수 있다.

리테이너(129) 중 복수의 토출 밸브(1282, 1288)와 직접 접촉하는 제2 영역(1291b)은 곡면으로 형성될 수 있다. 리테이너(129)의 제2 영역(1291b)은 복수의 토출 밸브(1282, 1288)의 연결부(1284) 또는 헤드부(1285)의 거동에 대응되는 형상의 곡선으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 리테이너(129)의 제2 영역(1291b)은 복수의 토출 밸브(1282, 1288)의 1차 모드 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 리테이너(129)의 제2 영역(1291b)은 복수의 토출 밸브(1282, 1288)의 연결부(1284) 또는 헤드부(1285) 1차 모드 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.

도 10 내지 도 15를 참조하여, 복수의 토출 밸브(1282, 1288)의 거동에 따른 복수의 토출 밸브(1282, 1288)의 1차 모드에 대하여 설명한다.

도 10을 참조하면, 토출 행정 시 복수의 토출 밸브(1282, 1288)가 복수의 토출 홀(1265, 1266)으로부터 이격되기 시작한다.

도 11 및 도 16을 참조하면, 복수의 토출 홀(1265, 1266)로부터 이격된 복수의 토출 밸브(1282, 1288)의 헤드부(1285)의 끝단이 리테이너(129)의 제2 영역(1291b)과 직접 접촉하게 되고, 그 충격으로 인해 헤드부(1285)에 충격 응력(a)이 발생된다.

도 12, 도 13 및 도 17을 참조하면, 토출 행정이 끝나게 되어 복수의 토출 밸브(1282, 1288)의 헤드부(1285)의 끝단이 복수의 토출 홀(1265, 1266)을 향해 이동하게 되면서, 연결부(1284)가 리테이너(129)와 직접 접촉하게 된다. 이 경우, 제2 고정단(1283)에 인접하는 연결부(1284)의 일 영역에 굽힌 응력(b)이 발생하게 된다.

도 14 및 도 15를 참조하면, 복수의 토출 밸브(1282, 1288)의 연결부(1284)가 먼저 내려오고, 헤드부(1285)가 복수의 토출 홀(1265, 1266)을 덮게 된다.

즉, 리테이너(129)의 제2 영역(1291b)이 복수의 토출 밸브(1282, 1288)의 연결부(1284) 또는 헤드부(1285) 1차 모드 형상에 대응되는 형상으로 형성되는 경우, 복수의 토출 밸브(1282, 1288)의 헤드부(1285)에 가해지는 충격 응력(a)을 완화시킬 수 있고, 연결부(1284)에 가해지는 굽힘 응력(b)을 완화시킬 수 있다. 이를 통해, 복수의 토출 홀(1265, 1266)의 유효 면적을 늘려 레시프로 압축기(100)의 압축 효율을 향상시키면서도, 복수의 토출 밸브(1282, 1288)의 구조 강도의 신뢰성을 확보할 수 있다.

도 7을 참조하면, 리테이너(129)의 제2 영역(1291b) 중 복수의 토출 홀(1265, 1266)과 가장 멀리 떨어진 끝단과 복수의 토출 밸브(1282, 1288)와의 거리(H)는 복수의 토출 밸브(1282, 1288)의 두께(T)의 2배 이하일 수 있다.

도 18을 참조하면, H/T가 3배 이상인 경우 복수의 토출 밸브(1282, 1288)의 안전 계수가 1보다 낮아짐을 알 수 있다. 즉, H/T가 3배 미만, 오차를 고려하여 2배 이하인 경우에 복수의 토출 밸브(1282, 1288)의 구조 강도의 신뢰성 저하로 인한 복수의 토출 밸브(1282, 1288)의 파손을 방지할 수 있다.

토출 가스켓(1292)은 토출 커버(124)와 밸브 조립체(126)의 사이에 배치될 수 있다. 토출 가스켓(1292)은 흡입 홀(1262)과, 흡입 밸브(127)의 자유단(1272)과 중첩되는 제2 관통 홀(1294)을 포함할 수 있다. 토출 가스켓(1292)은 복수의 토출 홀(1265, 1266)과, 복수의 토출 밸브(1282, 1288)와, 리테이너(129)와 중첩되는 제3 관통 홀(1295)을 포함할 수 있다.

앞에서 설명된 본 명세서의 어떤 실시예들 또는 다른 실시예들은 서로 배타적이거나 구별되는 것은 아니다. 앞서 설명된 본 명세서의 어떤 실시예들 또는 다른 실시예들은 각각의 구성 또는 기능이 병용되거나 조합될 수 있다.

예를 들어 특정 실시예 및/또는 도면에 설명된 A 구성과 다른 실시예 및/또는 도면에 설명된 B 구성이 결합될 수 있음을 의미한다. 즉, 구성 간의 결합에 대해 직접적으로 설명하지 않은 경우라고 하더라도 결합이 불가능하다고 설명한 경우를 제외하고는 결합이 가능함을 의미한다.

상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 명세서의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 명세서의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 명세서의 범위에 포함된다.

100: 레시프로 압축기 110: 케이스
120: 압축 기구부 121: 커넥팅 로드
122: 피스톤 123: 실린더
124: 토출 커버 125: 흡입 머플러
126: 밸브 조립체 127: 흡입 밸브
128: 토출 밸브 130: 회전축
131: 오일 피더 132: 오일 유로
140: 구동 모터 141: 제1 로터
142: 제2 로터 143: 스테이터
144: 코일 145: 로터 플레이트
146: 인슐레이터 147: 돌출부
150: 베어링 160: 고정 체결 부재
170: 지지 부재 200: 탄성 조립체
V1: 압축 공간 V2: 토출 공간

Claims (15)

1. 케이스;
   상기 케이스의 안에 배치되는 구동 모터;
   상기 구동 모터에 연결되는 회전 축;
   상기 케이스의 안에 배치되고 압축 공간을 형성하는 실린더;
   상기 회전 축의 회전에 따라 상기 실린더의 안에서 직선 왕복 운동하는 피스톤;
   복수의 토출 홀을 포함하고, 상기 실린더의 선단에 결합되는 밸브 조립체;
   상기 밸브 조립체의 외측에 결합되는 토출 커버;
   상기 토출 커버와 상기 밸브 조립체 사이에 배치되고, 상기 복수의 토출 홀을 각각 개폐시키는 복수의 토출 밸브; 및
   상기 복수의 토출 밸브와 상기 토출 커버의 사이에 배치되고, 상기 복수의 토출 밸브를 지지하는 리테이너를 포함하고,
   상기 리테이너 중 상기 토출 밸브와 접촉하는 영역은 곡면으로 형성되고,
   상기 곡면의 형상은 상기 토출 밸브의 1차 모드 형상에 대응되는 레시프로 압축기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 토출 밸브는 상기 밸브 조립체에 고정되는 고정단과, 상기 토출 홀을 개폐시키는 헤드부와, 상기 고정단과 상기 헤드부를 연결하는 연결부를 포함하고,
   상기 리테이너의 일측은 상기 복수의 토출 밸브 중 하나의 고정단에 결합되고, 타측은 상기 복수의 토출 밸브 중 나머지 하나의 고정단에 결합되는 레시프로 압축기.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 리테이너는 상기 복수의 토출 홀의 사이의 중간 지점과 중첩되는 지점을 기준으로 서로 대칭되는 형상으로 형성되는 레시프로 압축기.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 곡면 중 상기 토출 홀과 가장 멀리 떨어진 끝단과 상기 토출 밸브와의 거리는 상기 토출 밸브의 두께의 2배 이하인 레시프로 압축기.
6. 제 1 항에 있어서,
   다음의 수학식,
   40 ≤ D1/T ≤ 50
   (여기에서, D1은 상기 토출 홀의 직경, T는 상기 토출 밸브의 두께)을 만족하는 레시프로 압축기.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 피스톤은 상기 복수의 토출 홀의 내부를 향해 돌출되는 복수의 돌기를 포함하는 레시프로 압축기.
8. 제 7 항에 있어서,
   압축 행정에서 상기 돌기의 끝단은 상기 토출 홀의 수직 방향 중간 지점보다 상기 토출 밸브에 인접하게 배치되는 레시프로 압축기.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 돌기는 상기 토출 밸브에 인접할수록 단면적이 작아지는 레시프로 압축기.
10. 삭제
11. 삭제
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13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제

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