KR20030045876A

KR20030045876A - 유체 압축장치

Info

Publication number: KR20030045876A
Application number: KR1020010075756A
Authority: KR
Inventors: 김귀권; 이성태; 장경태
Original assignee: 삼성광주전자 주식회사
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2003-06-12
Also published as: AU783588B2; JP2003172260A; ITTO20020998A1; DE10222846B4; CN1423054A; JP3730180B2; MXPA02009808A; FR2833047A1; US20030103854A1; DE10222846A1; CH696249A5; GB2384832B; US6755630B2; GB0226738D0; BR0203853A; BR0203853B1; KR100461232B1; CN1216235C; FR2833047B1; GB2384832A

Abstract

본 발명에 의한 유체 압축장치는, 길이방향을 따라 관통된 일정 직경의 실린더 보어, 실린더 보어와 직교하는 방향으로 관통된 적어도 하나의 유체 흡입구 및 실린더 보어의 단부 양측에 일측이 개구된 슬롯 형태로 형성되는 적어도 한 쌍의 유체 토출구를 구비한 실린더 블록; 실린더 보어 내에서 직선왕복이동 하도록 설치된 피스톤; 실린더 블록의 유체 토출구를 선택적으로 개폐하도록 실린더 보어에 유동 가능하게 설치되는 밸브피스톤을 포함하는 토출밸브조립체; 및 실린더 블록에 결합되어 실린더 블록의 유체 토출구와 연통하는 토출실을 형성하며, 토출실의 유체 배출 경로가 되는 유체 배출로를 갖춘 실린더 헤드;를 포함한다. 이러한 본 발명에 의한 유체 압축장치는, 실린더 보어 내에서 직선왕복이동하는 피스톤에 의해 유체 흡입구가 선택적으로 개방되면서 유체 흡입이 이루어지고, 실린더 보어 내의 유체압이 증가하는 것에 의해 밸브피스톤이 유동함으로써 개방된 유체 토출구를 통해 유체 토출이 이루어진다. 따라서, 별도의 흡입밸브가 필요없어 구조적인 단순화를 도모할 수 있으며, 압축된 유체 전부가 완전히 배출되므로, 종래와 같은 실린더 보어 내의 무효간극을 제거할 수 있어 효율 향상을 도모할 수 있다.

Description

유체 압축장치{APPARATUS FOR COMPRESSING FLUID}

본 발명은 압축장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 피스톤의 직선왕복운동을 이용하여 유체를 압축하거나 펌핑하여 배출시키는 유체 압축장치에 관한 것이다.

상기와 같은 일반적인 유체 압축장치의 전형적인 한 예가 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바, 이를 간단히 살펴보면 다음과 같다.

도 1 및 도 2는 종래 일반적인 유체 압축장치의 구조 및 작용을 개략적으로 나타낸 단면도로서, 도면에서 참조부호 10은 실린더 블록, 20은 피스톤, 30은 밸브 플레이트, 40은 실린더 헤드이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 실린더 블록(10)에는 그 길이방향을 따라 일정 직경의 실린더 보어(11)가 관통 형성되어 있다. 피스톤(20)은 상기 실린더 블록(10)의 실린더 보어(11)에 직선왕복이동 가능하게 설치되며, 밸브 플레이트(30)는 상기 실린더 블록(10)에 설치된다. 상기 밸브 플레이트(30)에는 유체 흡입/토출공(31)(32)이 형성되며, 또한, 상기 밸브 플레이트(30)에는 유체 흡입/토출공(31)(32)을 개폐하는 흡입/토출밸브(33)(34)가 설치된다. 그리고, 상기 실린더 헤드(40)는 상기 밸브 플레이트(30)가 설치된 쪽의 실린더 블록(10)에 설치되며, 이 실린더 헤드(40)에는 상기 밸브 플레이트(30)의 유체 흡입/토출공(31)(32)과 연통되는 유체 흡입/토출실(41)(42)이 형성된다. 또한, 상기 실린더 헤드(40)에는 그의 유체 흡입/토출실(41)(42)과 연통되는 유체 흡입/토출 매니폴드(43)(44)가 각각 연결된다.

이와 같이 구성된 일반적인 유체 압축장치는, 도시되지 않은 피스톤 구동원으로부터 전달되는 동력에 의해 상기 피스톤(20)이 실린더 블록(10)의 실린더 보어(11)에서 직선왕복이동 하는 것에 의해 유체가 흡입되고 압축되어 토출된다.

부연하면, 피스톤(20)이 실린더 보어(11)의 상사점(T)에서 하사점(B)으로 이동하게 되면, 실린더 보어(11) 내외부간의 압력차에 의해 도 2에서 보는 바와 같이, 흡입밸브(33)가 밸브 플레이트(30)의 흡입공(31)을 개방하게 되고, 따라서, 유체가 흡입 매니폴드(43), 실린더 헤드(40)의 흡입실(41) 및 밸브 플레이트(30)의 흡입공(31)을 통하여 실린더 블록(10)의 실린더 보어(11) 내부로 흡입되게 된다. 이 때, 토출밸브(34)는 실린더 헤드(40)의 토출실(42)의 압력이 실린더 보어(11) 내부의 압력보다 높기 때문에, 토출공(32)을 폐쇄한 상태로 유지된다.

한편, 피스톤(20)이 하사점(B)을 정점으로 진행방향이 바뀌어 상사점(T)으로 이동하게 되면, 실린더 보어(11) 내부에 흡입된 유체는 점차 압축되게 된다. 최종적으로 피스톤(20)이 도 1에서 보는 바와 같이, 상사점(T)에 도달하게 되면, 실린더 보어(11) 내부의 압력이 실린더 헤드(40)의 토출실(42)의 압력보다 높아지게 되어 토출밸브(34)가 밸브 플레이트(30)의 토출공(32)을 개방하게 되며, 이에 의해 압축된 유체는 밸브 플레이트(30)의 토출공(32), 실린더 헤드(40)의 토출실(42) 및 토출 매니폴드(44)를 통하여 배출되게 된다. 이 때, 흡입밸브(33)는 실린더 헤드(40)의 흡입실(41)의 압력이 실린더 보어(11) 내부의 압력보다 낮기 때문에,흡입공(31)을 폐쇄한 상태로 유지된다.

그리고, 피스톤(20)이 다시 하사점(B)으로 이동하게 되면, 흡입밸브(33)에 의해 흡입공(31)이 개방되고, 토출밸브(34)에 의해 토출공(32)이 폐쇄되어, 유체의 흡입이 이루어지며, 이후 피스톤(20)이 다시 상사점(T)으로 이동할 때, 흡입된 유체가 압축되어 토출공(32)으로 토출되는 상기의 과정을 반복하면서 유체를 압축하여 배출시키게 된다.

그러나, 상기한 바와 같은 일반적인 유체 압축장치에 있어서는, 피스톤(20)에 의해 압축된 유체가 전부 토출되지 않고 밸브 플레이트(30)의 토출공(32)에 일부가 잔존하게 되며, 이 때문에, 피스톤(20)이 상사점(T)에서 하사점(B)으로 이동하는 유체 흡입 과정에서 상기 고압의 잔존 유체가 피스톤(20)의 이동에 따라 재팽창하게 된다. 이와 같이 재팽창하는 고압의 잔존 유체 때문에, 피스톤(20)이 하사점(B) 방향으로 이동하는 유체 흡입 과정 초기에는 실린더 보어(11) 내부의 압력이 실린더 헤드(40)의 토출실(42)의 압력보다는 낮은 상태이지만 흡입실(41)의 압력보다는 높은 상태가 되어, 피스톤(20)이 하사점으로 이동하기 시작하는 시점에서 곧바로 흡입행정이 일어나지 않고, 피스톤(20)이 하사점(B) 방향으로 충분히 이동하여 실린더 보어(11) 내부의 압력이 흡입실(41)의 압력보다 낮은 압력에 도달한 후에야 비로소 흡입밸브(33)가 열리면서 새로운 유체가 흡입되게 된다. 결론적으로, 일반적인 유체 압축장치는, 유체 압축 및 토출 과정에서 남은 고압의 잔류 유체가 매 행정마다 실린더 보어(11)의 공간 일부를 무효화시키는 무효간극으로 작용하게 되므로, 흡입되는 유체의 양이 적어질 수밖에 없고, 이로 인한 효율 저하의 문제를필연적으로 가지게 된다.

또한, 종래의 유체 압축장치는 유체 흡입공(31) 및 토출공(32)을 개폐하기 위한 복잡한 구조의 흡입밸브(33) 및 토출밸브(34)를 반드시 가져야 하기 때문에, 조립성 및 생산성 측면에서 좋지 않을 뿐만 아니라 제작 비용이 많이 소요된다고 하는 문제도 가지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 감안하여 안출한 것으로, 압축된 유체가 전부 토출됨으로써 종래와 같은 실린더 보어 내부의 무효간극을 제거하여 효율을 향상시킬 수 있는 유체 압축장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 별도의 흡입밸브장치가 필요없이 피스톤 자신이 유체 흡입구를 개폐하도록 구성됨과 아울러 단순한 구조의 토출밸브장치가 채용됨으로써 구조가 간단하여 조립성 및 생산성을 개선시킬 수 있고 제작비용을 절감시킬 수 있는 유체 압축장치를 제공하는데 있다.

도 1 및 도 2는 종래 일반적인 유체 압축장치의 구조 및 작용을 개략적으로 나타낸 단면도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 압축장치를 나타낸 분해사시도,

도 4 내지 도 6은 도 3에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 압축장치의 구조 및 작용을 설명하기 위한 단면도,

도 7a 내지 7g는 본 발명에 의한 유체 압축장치의 실린더 블록 및 유체 흡입구의 여러 다른 변형예를 나타낸 도면, 그리고,

도 8은 본 발명에 의한 유체 압축장치의 실린더 블록 및 유체 흡입구의 또 다른 변형예를 나타낸 사시도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100;실린더 블록110;실린더 보어

130;유체 흡입구150;유체 토출구

200;피스톤300;토출밸브조립체

310;밸브피스톤320;지지플레이트

330;탄성체400;실린더 헤드

410;토출실T,B;상사점 및 하사점

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 유체 압축장치는, 길이방향을 따라 관통된 일정 직경의 실린더 보어, 이 실린더 보어와 직교하는 방향으로 관통된 적어도 하나의 유체 흡입구 및 실린더 보어의 단부 양측에 일측이 개구된 슬롯 형태로 형성되는 적어도 한 쌍의 유체 토출구를 구비한 실린더 블록; 실린더 블록의 실린더 보어 내에서 직선왕복이동 하도록 설치된 피스톤; 실린더 블록의 유체 토출구를 선택적으로 개폐하도록 실린더 보어에 유동 가능하게 설치되며, 그 유동 제한을 위한 플랜지가 구비된 밸브피스톤을 포함하는 토출밸브조립체; 및 실린더 블록에 결합되어 실린더 블록의 유체 토출구와 연통하는 토출실을 형성하며, 이 토출실의 유체 배출 경로가 되는 유체 배출로를 갖춘 실린더 헤드;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 의한 유체 압축장치는, 실린더 블록의 실린더 보어 내에서 직선왕복이동하는 피스톤에 의해 유체 흡입구가 선택적으로 개방되면서 유체 흡입이 이루어지고, 실린더 보어 내의 유체압이 증가하는 것에 의해 밸브피스톤이 유동함으로써 개방되는 유체 토출구를 통해 유체 토출이 이루어진다. 따라서, 종래와 같은 복잡한 구조의 흡입밸브가 제거됨과 아울러 토출밸브의 구조가 단순하게 이루어지므로, 조립성 및 생산성을 개선시킬 수 있으며, 또한 그 제작비용을 대폭적으로 절감시킬 수 있다. 그리고, 실린더 보어에서 압축된 고압의 유체가 남김없이 모두 유체 토출구를 통해 배출되기 때문에, 종래와 같은 잔류 유체로 인한 실린더 보어 내의 무효간극을 제거할 수 있어, 압축효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 유체 압축장치는 피스톤의 상사점 위치가 실린더 보어의 단부보다 약간 돌출되는 위치로 설정된다. 이에 의해 상사점에서 피스톤과 밸브피스톤이 접촉되면서 실린더 보어 내에서 압축된 유체가 완전히 토출될 수 있다.

또한, 유체 흡입구는 피스톤의 최대 후진 위치인 하사점 직전에 위치하도록 배치되며, 이에 의해 피스톤이 하사점에 도달할 때 유체 흡입구가 순간적으로 개방되면서 유체가 실린더 보어 내의 진공에 의해 신속하게 유입될 수 있다.

토출밸브조립체는, 실린더 블록의 실린더 보어에서 유동하도록 설치되며, 실린더 보어의 단부벽에 접촉하는 것에 의해 유동을 제한하는 플랜지가 일측면에 형성되고, 이 플랜지의 대략 중앙부에는 제 1 보스가 형성된 밸브피스톤; 밸브피스톤과 일정 간격 이격되도록 실린더 헤드에 설치되며, 일측면에는 밸브피스톤의 제 1 보스에 대응되는 제 2 보스가 형성되고, 이 제 1 보스를 중심으로 다수의 유체 경로가 방사상으로 형성된 지지플레이트; 및 밸브피스톤과 지지플레이트와의 사이에 개재되어 밸브피스톤을 이 밸브피스톤이 유체 토출구를 폐쇄시키는 방향으로 유동하도록 탄력 지지하는 탄성체;를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 실린더 블록은 원형의 외관 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 또한, 사각형의 외관 구조를 가지도록 형성될 수도 있다.

유체 흡입구는 실린더 블록의 마주보는 위치에 2개가 배치될 수도 있고, 그 이상의 갯수가 실린더 블록에 일정 간격을 두고 배치될 수도 있다.

유체 흡입구는 테이퍼 형태, 일정한 직경의 구멍 형태 및 대경부와 소경부를 가지는 2단 구조 등으로 형성될 수 있으며, 이들 형태의 조합으로 형성될 수도 있다.

또한, 유체 흡입구는 실린더 블록의 적어도 일부분을 절취하는 것에 의해 보다 확장된 흡입 면적을 갖는 형태로 형성될 수 있으며, 이와 같은 경우, 유체 흡입구의 면적이 커지므로 유체 흡입을 보다 원활히 할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 압축장치를 나타낸 분해사시도 이고, 도 4 내지 도 6은 도 3에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 압축장치의 구조 및 작용을 설명하기 위한 단면도이다.

도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 유체 압축장치는, 실린더 블록(100), 피스톤(200), 토출밸브조립체(300) 및 실린더 헤드(400)를 구비한다.

상기 실린더 블록(100)은 그 길이방향을 따라 관통 형성된 일정 직경의 실린더 보어(110)와, 상기 실린더 보어(110)와 직교하는 방향으로 관통된 적어도 하나의 유체 흡입구(130)와, 상기 실린더 보어(110)의 단부 양측에 일측이 개구된 슬롯 형태로 형성되는 적어도 한 쌍의 유체 토출구(150)를 구비한다. 또한, 상기 실린더 블록(100)은 후술하는 실린더 헤드(400)를 결합하기 위한 결합보스(170)를 구비한다.

이러한 실린더 블록(100)은 도 7a 내지 7g에 도시된 바와 같이, 원형의 외관 구조를 가지도록 구성될 수도 있고, 도 8에 도시된 바와 같이, 사각형의 외관 구조를 가지도록 구성될 수도 있으며, 그 이외 어떠한 형태의 실린더 블록(100)도 이론적으로 가능하다. 따라서, 실린더 블록(100)의 외관 형태를 도시예의 형태로 꼭 한정하는 것은 아니다.

또한, 상기 유체 흡입구(130)가 도시예에서는 실린더 보어(110)와 직교하는 방향으로 형성된 예를 도시하고 있으나, 이를 꼭 한정하는 것은 아니며, 유체의 흐름이나 구조면에서 유리하다면, 실린더 보어(110)에 대하여 일정각도로 경사지게(둔각과 예각을 모두 포함함) 형성될 수도 있다.

상기 피스톤(200)은 상기 실린더 블록(100)의 실린더 보어(110) 내부에서 직선왕복이동 하도록 설치되며, 도시되지 않은 별도의 구동원으로부터 동력을 전달받아 실린더 보어(110) 내부에서 직선왕복이동 하면서 유체를 흡입, 압축한다. 이 피스톤(200)은 그의 부하를 줄이기 위하여 내부를 중공으로 형성함이 바람직하며, 같은 이유로 무게 경감을 위하여 알루미늄 합금 등으로 형성하는 것이 좋다.

상기 토출밸브조립체(300)는 상기 실린더 블록(100)의 유체 토출구(150)를 선택적으로 개폐하도록 상기 실린더 보어(110)에 유동 가능하게 설치되는 밸브피스톤(310)을 구비한다.

상기 밸브피스톤(310)은 실린더 보어(110)의 내경과 거의 동일한 직경을 갖는 원통체로 이루어지며, 일측에는 상기 실린더 보어(110)의 단부벽에 접촉하는 것에 의해 밸브피스톤(310)의 유동을 제한하는 플랜지(311)가 형성되어 있다. 이에 의해 밸브피스톤(310)은 실린더 보어(110)의 내부로 완전히 들어가지 않고 주어진 스트로크 내에서 유동하면서 유체 토출구(150)를 개폐하게 된다. 또한, 상기 플랜지(311)의 대략 중앙부에는 제 1 보스(312)가 형성되어 있다. 또한, 상기 토출밸브조립체(300)는 상기 밸브피스톤(310)과 일정 간격 이격되도록 상기 실린더 헤드(400)에 설치되는 지지플레이트(320)와, 상기 밸브피스톤(310)과 상기 지지플레이트(320) 사이에 개재되어 상기 밸브피스톤(310)을, 밸브피스톤(310)이 상기 유체 토출구(150)를 폐쇄시키는 방향으로 유동하도록 탄력 지지하는 탄성체(330)를 구비한다. 이에 의해 상기 밸브피스톤(310)은 실린더 보어(110)에 압력이 가해지지 않는, 예컨대 유체 흡입 과정에서는 상기 탄성체(330)에 의해 초기 상태를 유지함으로써 유체 토출구(150)를 폐쇄하게 되며, 실린더 보어(110)의 압력이 크게 되면, 즉, 유체 압축 과정에서는 실린더 보어(110) 내의 높은 유체압에 의해 탄성체(330)의 탄력을 이기고 밀리면서 유체 토출구(150)를 개방함으로써 유체가 토출되도록 한다. 상기 지지플레이트(320)는 그 전면 대략 중앙부에 상기 밸브피스톤(310)의 제 1 보스(312)에 대응하는 제 2 보스(321)가 형성되며, 이 제 2 보스(321)의 외측으로 3개 또는 그 이상의 유체 경로(322)가 임의의 간격 또는 일정한 간격을 유지하여 방사상으로 형성된다. 여기서, 상기 지지플레이트(320)는 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 실린더 블록(100)의 결합보스(170) 단부에 위치된 상태로 상기 결합보스(170)에 실린더 헤드(400)가 결합되는 것에 의해 고정되어 설치될 수 있으나, 그 설치방법을 도시예로 꼭 한정하는 것은 아니다. 상기 지지플레이트(320)는 용접 등에 의해 결합될 수도 있다. 한편, 상기 탄성체(330)로는 압축코일 스프링이 사용될 수 있으며, 이 경우, 상기 압축코일 스프링은 상기 밸브피스톤(310) 및 지지플레이트(320)에 각각 형성된 제 1 및 제 2 보스(312)(321)에 지지되어 설치된다. 또한, 탄성체(330)로는 상기한 압축코일스프링 이외에도 판스프링을 이용할 수 있는 등 어떠한 탄성체를 사용하여도 무방하다.

상기 실린더 헤드(400)는 상기 실린더 블록(100)의 결합보스(170)에 결합되어 설치되며, 이에 의해 실린더 헤드(400)의 내부에는 상기 유체 토출구(150)와 연통되는 토출실(410)이 형성된다. 또한, 상기 실린더 헤드(400)에는 상기 토출실(410)과 연통되는 유체 배출로(420)가 형성되어 있다. 이 실린더 헤드(400)의 설치 구조 또한 특별히 한정하지는 않으나, 도시예서는 나사결합방식으로 설치되는 예를 도시하고 있다.

도 3 내지 도 6에서 미설명 부호 500은 유체 흡입 매니폴드이다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 유체 압축장치는, 상기 실린더 보어(110) 내에서 직선왕복이동하는 피스톤(200)에 의해 상기 유체 흡입구(130)가 선택적으로 개방되면서 실린더 보어(110) 내부의 진공에 의해 유체가 아주 신속하게 흡입되며, 상기 실린더 보어(110)에 형성된 고압의 유체압에 의해 상기 밸브피스톤(310)이 밀리면서 유체 토출구(150)가 개방되어 유체가 완전히 토출되게 된다.

이러한 본 발명의 특징 및 이에 의해 얻어지는 특별 현저한 효과를 위한 구조는, 첫째로 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 피스톤(200)의 상사점(T) 위치가 상기 실린더 보어(110)의 단부보다 약간 돌출되는 위치로 설정된다는 것이다. 이에 따라 상기 상사점에서 상기 피스톤(200)과 상기 밸브피스톤(310)이 접촉되면서 실린더 보어(110) 내에서 압축된 유체가 남김없이 완전히 토출될 수 있다. 즉, 종래와 같이 토출되지 않고 남는 고압의 잔류 유체가 본 발명의 구조에서는 실린더 보어 내부에서 머물곳이 없기 때문에, 종래와 같은 무효간극을 효과적으로 제거할 수 있는 것이다.

본 발명의 특징 및 이에 의해 얻어지는 특별 현저한 효과를 위한 구조의 두번째는, 상기 유체 흡입구(130)가 피스톤(200)의 최대 후진 위치인 하사점 직전에 위치하도록 배치되며, 이와 같은 유체 흡입구(130)를 개폐하기 위한 별도의 흡입밸브장치가 구비되지 않고, 피스톤(200) 자신이 실린더 보어(110) 내에서 직선왕복이동하면서 유체 흡입구(130)를 선택적으로 개폐시킨다고 하는 점이다. 이에 따라,피스톤(200)이 하사점에 도달할 때, 유체 흡입구(130)가 순간적으로 개방되면서 유체가 상기 실린더 보어(110) 내의 진공 흡입력에 의해 신속하게 유입되며, 또한, 종래와 같은 별도의 복잡한 구조의 흡입밸브장치가 필요치 않으므로 구조적인 단순화를 이룰 수 있는 것이다. 아울러, 상기와 같은 유체의 신속한 흡입으로 인한 실린더 블록의 냉각효과도 어느정도 기대할 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 유체 압축장치는, 상기와 같은 유체 흡입구(130)를 통한 유체의 흡입시 피스톤(200)의 이동에 따라 아주 순간적으로 유체 흡입구(130)가 열리면서 유체가 흡입되기 때문에, 유체 흡입량이 많지 않을 수 있는 바, 이를 감안하여 본 발명에서는 도 7a 내지 7g에 도시된 바와 같이, 적어도 두 개의 유체 흡입구(130)(130')를 실린더 블록(100)의 대향되는 위치에 형성하여 보다 많은 양의 유체가 신속하게 흡입될 수 있도록 구성하는 다른 변형예를 제공한다.

본 발명의 여러 다른 변형예에 의하면, 상기 유체 흡입구(130)(130')는 도 7a에 도시된 바와 같이, 실린더 블록(100)의 외측에서 내측으로 갈수록 직경이 점점 작아지는 테이퍼 형상으로 형성될 수도 있고, 도 7b에 도시된 바와 같이, 대경부와 소경부를 가지는 2단 구조로 형성될 수도 있다. 또한, 상기 유체 흡입구(130)(130')는 도 7c에 도시된 바와 같이, 두 개의 유체 흡입구 중 어느 하나의 유체 흡입구(130)는 대경부와 소경부를 갖는 2단구조로, 그리고, 다른 하나의 유체 흡입구(130')는 일정 직경을 가지는 구멍 형태로 형성될 수도 있으며, 도 7d에 도시된 바와 같이, 두 개의 유체 흡입구(130)(130')가 모두 일정 직경을 가지는 구멍 형태로 형성될 수도 있다.

또한, 본 발명의 다른 변형예에 의하면, 상기 유체 흡입구(130)(130')는 도 7g에 도시된 바와 같이, 보다 큰 유체 흡입 면적을 확보하기 위하여, 실린더 블록(100)의 외주면 전체에 걸쳐 복수의 유체 흡입구를 형성하여 구성하거나, 도 7e에 도시된 바와 같이, 실린더 블록(100)의 일부분 또는 그 이상의 부분을 그 내부의 실린더 보어(110)와 연통하도록 절취하는 것에 의해 형성될 수도 있다. 도 7f에 나타낸 예는 실린더 블록(100)의 유체 흡입구 형성부위에 그 외주면을 따라 일정폭 및 깊이를 가지는 절취부를 형성하고 이 절취부에 다수의 유체 흡입구를 일정간격을 두고 배치하여 구성한 예를 나타낸다.

또한, 도 8은 본 발명의 또 다른 변형예를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 변형예는 실린더 블록(100)이 사각형의 외관 구조를 가지며, 이 사각형 실린더 블록(100)의 어느 한 면 또는 두 면에 그 내부의 실린더 보어(110)와 연통하는 절취부를 형성하여 유체 흡입구(130)(130')를 구성한 것을 특징으로 하고 있다. 이 경우에서도 유체 흡입구의 면적을 크게 할 수 있으므로, 유체의 흡입을 원활히 할 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 유체 압축장치의 작용을 도 4 내지 도 6을 참고로 설명한다.

도 4는 피스톤(200)이 실린더 보어(110)에서 하사점(B)으로 완전히 이동된 상태를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 피스톤(200)이 하사점(B)으로 완전히 이동됨에 따라 피스톤(200)에 의해 폐쇄되어 있던 유체 흡입구(130)가 개방되어 유체가 상기 유체 흡입구(130)를 통해 실린더 보어(110)로 유입된다. 이 때, 상기 피스톤(200)이 상사점(T)에서 하사점(B)으로 이동하기 시작할 때, 밸브피스톤(310)에 의해 실린더 보어(110)의 유체 토출구(150)는 폐쇄된 상태이고 피스톤(200)에 의해 유체 흡입구(130) 또한 폐쇄된 상태에서 피스톤(200)이 외부의 동력원에 의해 하사점으로 강제 이동되기 때문에, 실린더 보어(110)의 내부에는 진공이 걸리게 된다. 피스톤(200)이 점점 더 이동하여 하사점(B)에 가까워질수록 상기 진공력은 더 커지게 되며, 최종적으로 피스톤(200)이 하사점(B)에 도달하면서 자신이 막고 있던 유체 흡입구(130)를 개방하게 되면, 이 유체 흡입구(130)를 통한 유체 흡입이 아주 신속하게 이루어지게 된다.

상기와 같은 유체의 흡입이 이루어지면, 피스톤(200)은 하사점(B)을 정점으로 상사점(T)을 향하여 이동하면서 흡입된 유체를 압축하기 시작하는데, 이 때, 피스톤(200)의 이동에 의해 유체 흡입구(130)는 자연적으로 폐쇄되게 되며, 밸브피스톤(310)은 그 외측의 탄성체(330) 및 토출실(410)의 압력에 의해 초기 상태를 유지하면서 유체 토출구(150)를 폐쇄하게 된다. 따라서, 외부의 구동원에 의해 피스톤(200)이 강제로 상사점(T)을 향하여 이동하기 때문에, 그 내부에 있는 유체는 서서히 압축되게 된다.

도 5는 상사점(T)을 향하여 이동하던 피스톤(200)이 최종적으로 상사점(T)에 도달된 상태를 나타낸 것이다. 피스톤(200)이 상사점(T)을 향하여 점점 더 이동함에 따라 유체는 더욱 압축되며, 피스톤(200)이 일정위치까지 이동하게 되면, 유체의 압력과 밸브피스톤(310)을 탄력 지지하고 있는 탄성체(330)의 탄성력의 균형이 깨지면서(유체 압력〉탄성체 탄성력) 밸브피스톤(310)이 밀려 유체 토출구(150)가개방됨으로써 압축된 고압의 유체가 토출실(410)로 토출되게 된다. 이후에도 피스톤(200)은 계속 상사점(T)을 향하여 더 전진하면서 실린더 보어(110) 내의 유체가 완전히 배출되도록 한다. 이러한 과정에서 피스톤(200)과 밸브피스톤(310)이 접촉하게 되는데, 피스톤(200)과 밸브피스톤(310) 사이에 있던 유체가 완전히 빠져나가는 순간과 거의 동시에 접촉이 일어나기 때문에, 그 사이에 있던 고압유체의 완충작용에 의하여 피스톤(200)과 밸브피스톤(310)은 충돌없이 부드러운 접촉을 이루게 된다. 이와 같이, 피스톤(200)이 실린더 보어(110)의 단부를 넘어 설정된 상사점(T)까지 이동하게 되므로, 실린더 보어(110)에는 압축된 유체가 잔류하지 않게 되며, 따라서 무효간극이 제로(0)가 된다.

도 6은 상사점(T)까지 이동하여 압축과정을 끝낸 피스톤(200)이 상기 상사점을 정점으로 하여 하사점(B) 방향으로 이동하는 유체 흡입 과정을 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 피스톤(200)은 하사점(B)을 향하여 이동하게 되는데, 여기서, 상기 피스톤(200)이 상사점(T)으로부터 하사점(B)을 향하여 이동함과 동시에 밸브피스톤(310)은 탄성체(330)에 의해 초기 위치로 복귀되면서 유체 토출구(150)를 폐쇄하게 되며, 유체 흡입구(130)는 피스톤(200)에 의해 폐쇄되게 된다. 피스톤(200)이 하사점(B)을 향하여 이동함에 따라 실린더 보어(110) 내부의 진공도는 점점 더 높아지게 되며, 이와 같은 상태가 더 진행되어 피스톤(200)이 도 4에 도시된 바와 같이, 하사점(B)에 도달하게 되면, 유체 흡입구(130)가 개방되면서 실린더 보어(110) 내부의 진공 흡입력에 의해 유체가 유체 흡입구(130)를 통하여 실린더 보어(110) 내로 신속하게 유입되게 된다. 이후, 앞서 설명한 압축 및 흡입과정이일어나게 되는데, 이러한 과정을 지속적으로 반복하면서 유체를 흡입, 압축, 배출하는 것이다.

한편, 이상에서는 유체, 특히 기체를 흡입하여 고압으로 압축하여 토출하는 압축장치에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 액체를 펌핑하는 장치, 예컨대 펌프에도 유리하게 적용할 수 있음은 당업자라면 잘 알 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은, 본 발명에 의하면, 압축공간, 즉 실린더 보어 내에 압축된 고압의 유체가 잔류하지 않기 때문에, 잔류 유체의 재팽창으로 인해 발생되는 종래와 같은 무효간극을 제거할 수 있어, 압축효율의 향상을 도모할 수 있으며, 이러한 이유로 특히, 냉장고나 공기조화기용의 냉동사이클에 본 발명의 구조를 채용한 압축기가 적용되면, 냉동 및 냉방 능력을 대폭적으로 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 복잡한 구조의 흡입밸브가 제거되고 토출밸브 또한 단순한 구조로 이루어지기 때문에, 압축기의 전체적인 구조가 간단해지고 전부품의 자동 조립이 가능해 지므로, 조립성 및 생산성을 크게 향상시킬 수 있으며, 제작비용 또한 혁신적으로 절감시킬 수 있다고 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 기존의 흡입밸브가 제거되고 토출밸브의 작동이 개선되기 때문에, 종래 밸브 작동에 따른 밸브의 거동손실이 줄어듬으로써 입력의 저감 효과를 기대할 수 있을 뿐만 아니라 밸브 접촉음에 의한 소음의 영향이 없어 보다 정숙한 운전을 하는 압축기를 제공할 수 있다.

결론적으로, 본 발명에 의하면, 높은 압축효율 및 신뢰성을 가지면서도 구조가 간단하여 조립 및 생산이 우수한 저코스트의 압축기나 펌프를 제공할 수 있는 것이다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims

유체를 흡입하여 압축, 배출하는 장치로서,

길이방향을 따라 관통된 일정 직경의 실린더 보어, 이 실린더 보어와 직교하는 방향으로 관통된 적어도 하나의 유체 흡입구 및 상기 실린더 보어의 단부 양측에 일측이 개구된 슬롯 형태로 형성되는 적어도 한 쌍의 유체 토출구를 구비한 실린더 블록;

상기 실린더 블록의 실린더 보어 내에서 직선왕복이동 하도록 설치된 피스톤;

상기 실린더 블록의 유체 토출구를 선택적으로 개폐하도록 상기 실린더 보어에 유동 가능하게 설치되며, 그 유동 제한을 위한 플랜지가 구비된 밸브피스톤을포함하는 토출밸브조립체; 및

상기 실린더 블록에 결합되어 실린더 블록의 유체 토출구와 연통하는 토출실을 형성하며, 상기 토출실의 유체 배출 경로가 되는 유체 배출로를 갖춘 실린더 헤드;를 포함하여 구성되며,

상기 실린더 보어 내에서 직선왕복이동하는 피스톤에 의해 상기 유체 흡입구가 선택적으로 개방되면서 유체 흡입이 이루어지고, 상기 실린더 보어 내의 유체압이 증가하는 것에 의해 밸브피스톤이 유동함으로써 개방되는 상기 유체 토출구를 통해 유체 토출이 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체 압축장치.
제 1 항에 있어서,

상기 피스톤의 상사점 위치가 상기 실린더 보어의 단부보다 약간 돌출되는 위치로 설정되며, 이에 의해 상기 상사점에서 상기 피스톤과 상기 밸브피스톤이 접촉되면서 실린더 보어 내에서 압축된 유체가 완전히 토출되는 것을 특징으로 하는 유체 압축장치.
제 1 항에 있어서,

상기 유체 흡입구는 피스톤의 최대 후진 위치인 하사점 직전에 위치하도록 배치되며, 이에 의해 피스톤이 하사점에 도달할 때 유체 흡입구가 순간적으로 개방되면서 유체가 실린더 보어 내의 진공에 의해 신속하게 유입되는 것을 특징으로 하는 유체 압축장치.
제 1 항에 있어서,

상기 토출밸브조립체는, 상기 실린더 블록의 실린더 보어에서 유동하도록 설치되며, 상기 실린더 보어의 단부벽에 접촉하는 것에 의해 유동을 제한하는 플랜지가 일측면에 형성되고, 이 플랜지의 대략 중앙부에는 제 1 보스가 형성된 밸브피스톤;

상기 밸브피스톤과 일정 간격 이격되도록 상기 실린더 헤드에 설치되며, 일측면에는 상기 제 1 보스에 대응되는 제 2 보스가 형성되고, 이 제 1 보스를 중심으로 다수의 유체 경로가 방사상으로 형성된 지지플레이트; 및

상기 밸브피스톤과 상기 지지플레이트와의 사이에 개재되어 상기 밸브피스톤을 이 밸브피스톤이 상기 유체 토출구를 폐쇄시키는 방향으로 유동하도록 탄력 지지하는 탄성체;를 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 유체 압축장치.
제 4 항에 있어서,

상기 밸브피스톤은 내부가 중공으로 형성됨을 특징으로 하는 유체 압축장치.
제 4 항에 있어서,

상기 탄성체는 압축코일스프링으로 구성됨을 특징으로 하는 유체 압축장치.
제 3 항에 있어서,

상기 실린더 블록은 원형의 외관 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 유체 압축장치.
제 7 항에 있어서,

적어도 2개의 상기 유체 흡입구가 실린더 블록의 마주보는 위치에 각각 배치된 것을 특징으로 하는 유체 압축장치.
제 8 항에 있어서,

상기 유체 흡입구는 실린더 블록의 외측에서 내측으로 갈수록 직경이 점점 작아지는 테이퍼 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 유체 압축장치.
제 8 항에 있어서,

상기 유체 흡입구는 대경부와 소경부를 갖는 2단 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 유체 압축장치.
제 8 항에 있어서,

상기 2개의 유체 흡입구 중 하나는 대경부와 소경부를 가지는 2단 구조로, 그리고, 다른 하나는 외측에서 내측으로 갈수록 직경이 점점 작아지는 테이퍼 형상 또는 일정 직경의 구멍으로 형성된 것을 특징으로 하는 유체 압축장치.
제 7 항에 있어서,

복수개의 상기 유체 흡입구가 실린더 블록의 외주면을 따라 일정간격을 두고 배치된 것을 특징으로 하는 유체 압축장치.
제 12 항에 있어서,

상기 유체 흡입구는 일정한 직경을 갖는 구멍으로 형성된 것을 특징으로 하는 유체 압축장치.
제 7 항에 있어서,

상기 실린더 블록의 유체 흡입구 형성 부위에 일정폭 및 깊이를 가지는 절취부가 실린더 블록의 외주면을 따라 형성되고, 이 절취부에 일정 직경을 갖는 구멍으로 이루어지는 복수의 유체 흡입구가 일정 간격을 두고 배치된 것을 특징으로 하는 유체 압축장치.
제 7 항에 있어서,

상기 유체 흡입구는 상기 실린더 블록의 일부분을 절취하는 것에 의해 보다 확장된 흡입 면적을 갖는 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 유체 압축장치.
제 15 항에 있어서,

적어도 2개의 상기 유체 흡입구가 실린더 블록의 양측에 마주보도록 형성된것을 특징으로 하는 유체 압축장치.
제 3 항에 있어서,

상기 실린더 블록은 사각형의 외관 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 유체 압축장치.
제 17 항에 있어서,

상기 유체 흡입구는 실린더 블록의 적어도 어느 한 면을 절취하는 것에 의해 보다 확장된 흡입 면적을 갖는 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 유체 압축장치.
제 18 항에 있어서,

적어도 2개의 상기 유체 흡입구가 실린더 블록의 마주하는 면에 각각 형성된 것을 특징으로 하는 유체 압축장치.