KR100449009B1

KR100449009B1 - 리니어 압축기

Info

Publication number: KR100449009B1
Application number: KR10-2001-0074200A
Authority: KR
Inventors: 장근식
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2001-11-27
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2004-09-18
Also published as: US20030099558A1; JP2005320861A; US6783335B2; KR20030043166A

Abstract

피스톤이 상사점 이상으로 이동하여 실린더헤드에 직접 충돌하는 것을 방지함과 동시에, 이러한 이동에 따른 충격을 저감시킬 수 있도록 한 리니어 압축기가 개시된다. 이 리니어 압축기는 구동장치에 의해 일정 진폭으로 진동하는 공진 스프링과 일정 간격 이격되어 배치되는 탄성부재와 충격 흡수부재를 구비한 충돌 방지장치를 포함하여, 피스톤이 상사점 이상으로 이동하게 되면 공진 스프링이 충격 흡수부재에 의해 제한되어 피스톤이 실린더헤드에 충돌하는 것을 방지하게 된다. 본 발명의 다른 실시예로서, 충돌 방지장치는 피스톤에 형성된 테이퍼면과, 이 테이퍼면과 대응하도록 실린더의 스커트부에 형성된 테이퍼면을 구비하여 이루어져서, 상기 테이퍼면들의 작용에 의해 피스톤이 상사점 이상으로 이동하는 것을 제한하게 된다.

Description

리니어 압축기{Linear Compressor}

본 발명은 냉장고와 공기조화기 등과 같은 냉동장치와 냉방장치에 사용되는 리니어 압축기에 관한 것으로, 더 구체적으로는 피스톤이 상사점 이상으로 이동하는 것을 방지하는 충돌 방지장치를 구비한 리니어 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 냉장고나 공기조화기 등과 같은 냉동사이클을 이용하는 제품에서 냉매를 흡입하여 압축하는 장치로서, 이러한 압축기는 피스톤이 직선 왕복운동하여 냉매를 압축하는 왕복동형 압축기와, 단일 또는 복수의 베인이 회전하여 냉매를 압축하는 회전형 압축기로 구별된다. 리니어 압축기는 왕복동형 압축기의 일종으로서, 리니어 모터를 이용하여 피스톤을 왕복운동시켜서 냉매를 압축시키도록 한 것인데, 이러한 리니어 압축기는 에너지 손실이 적어서 다른 압축기들에 비해 상대적으로 효율이 높게 된다.

도 1과 도 2는 종래기술에 따른 리니어 압축기의 내부 구조를 보인 측단면도로서, 도 1은 피스톤이 정지상태에 위치해 있을 때를, 그리고 도 2는 피스톤이 상사점에 위치해 있을 때를 도시한 것이다.

이에 도시된 바와 같이, 종래의 리니어 압축기는 밀폐용기(1)의 내부에 설치되는 구동장치(10)와 압축장치(20)로 구성된다. 구동장치(10)는 외부 전원을 인가받아서 동력을 발생시키는 기능을 하며, 압축장치(20)는 이 구동장치(10)의 동력을 이용하여 냉매가스를 흡입하여 압축하는 기능을 한다.

압축장치(20)는 중공(中空)형상으로 이루어져서 내부에 압축실(22)을 형성하는 실린더(21)와, 냉매가스의 흡입과 토출을 안내하기 위해 실린더(21)의 일단에 결합된 실린더헤드(23)와, 구동장치(10)의 동력을 전달받아 실린더(21) 내부의 압축실(22)에서 왕복운동하는 피스톤(24)을 구비한다.

구동장치(10)는 일종의 리니어 모터로서, 실린더(21)의 외주연에 배치된 실린더 형상의 백아이언 조립체(11)와, 이 백아이언 조립체(11)와 일정 간격 이격되어 배치되며 교류전원의 인가에 의해 자속을 발생시키도록 코일(13)이 권선된 코어(12)와, 백아이언 조립체(11)와 코어(12) 사이에 배치되며 피스톤(24)과 함께 왕복운동이 가능하게 설치된 마그네트(14)를 구비한다.

코어(12)는 다수의 전기 강판을 적층하여 만들어진 것으로, 실린더(21)와 고정프레임(21a)에 의해 지지된다. 마그네트(14)는 피스톤(24)과 일체로 결합된 가동부재(25)에 설치되어 코어(12)에 의해 형성된 자속과 상호 작용하여 왕복운동하게 된다. 이 마그네트(14)의 왕복운동에 의해 피스톤(24)이 실린더(21) 안에서 왕복운동하게 되는 것이다.

상기와 같이 구성된 구동장치(10)와 압축장치(20)는 밀폐용기(1)의 하부에서 실린더(21)를 탄성 지지하는 복수의 코일스프링(2)에 의해 떠받쳐져서 지지된다. 또한, 실린더(21)의 고정프레임(21a)의 상단에는 상향으로 연장하여 이루어진 복수의 스페이서(4)가 설치되며, 이 스페이서(4)의 상단에는 일종의 판스프링으로 형성된 공진스프링(3)이 설치되어 있다. 이 공진스프링(3)의 중심부에는 구동장치(10)에 의해 왕복운동하며 피스톤(24)과 일체로 형성된 가동부재(25)의 일단이 결합되어 있다. 이 공진스프링(3)과 구동장치(10)에 의해 피스톤(24)이 실린더(21)의 내부에서 연속적으로 직선 왕복운동함으로써 냉매가스를 밀폐용기(1)의 내부로 유입시켜서 압축시킨 후에, 다시 밀폐용기(1)의 외부로 배출시키게 되는 것이다.

한편, 실린더헤드(23)에는 밀폐용기(1)의 외부로부터 유입된 냉매가스를 받아서 압축실(22)로 보내기 위한 흡입밸브(5)와 흡입실(6), 그리고 압축실(22)에서 압축된 냉매가스를 받아서 밀폐용기(1)의 외부로 배출시키기 위한 토출밸브(7)와 토출실(8)이 마련되어 있다.

따라서 구동장치(10)의 코일(13)에 교류전원이 인가되어 자속이 형성되면, 가동부재(25)에 설치된 마그네트(14)의 자계와 상호 작용하여 마그네트(14)가 설치된 가동부재(25)가 공진 스프링(3)과 함께 상하운동을 하게 되고, 이에 따라 피스톤(24)이 실린더(21) 안에서 직선 왕복운동하게 된다. 이에 따라, 도 1에 도시된 상태에서 피스톤(24)이 하사점으로 이동하면 흡입밸브(5)가 개방되어 흡입실(6) 안의 냉매가스가 압축실(22)로 흡입되며, 도 2에 도시된 바와 같이 피스톤(24)이 상사점으로 이동하게 되면 흡입밸브(5)가 닫힘과 동시에 토출밸브(7)가 개방되어 압축실(22)에서 압축된 냉매가스가 토출실(8)로 배출되는 것이다.

이 때, 피스톤(24)과 마그네트(14) 및 가동부재(25)의 질량에 따른 공진 스프링(3)의 고유진동수는 인가되는 교류전원의 주파수에 거의 상응되는 값이 되도록 함으로써 공진에 의한 큰 구동력이 얻어지게 된다. 또한, 왕복운동하는 피스톤(24)과 가동부재(25)의 진폭은 인가되는 전원의 전압을 조절함으로써 가능하게 되는데, 이를 위해 피스톤(24)이 정해진 소정의 진폭을 유지하며 왕복운동할 수 있도록 별도의 제어장치(미도시)를 마련하여 진폭을 안정적으로 제어하도록 한다.

상기와 같이 구성된 종래의 리니어 압축기에 있어서, 피스톤(24)의 상사점과 실린더헤드(23) 사이의 최소 간극거리(Xc)에 의해 형성되는 간극체적에 따라 압축기의 체적효율이 다르게 된다. 즉, 최소 간극거리(Xc)가 작을수록 압축기의 높은 체적효율이 얻어지게 되므로, 특히 압축기의 높은 체적효율이 요구되는 상황에서는 상기 간극체적이 최소가 되도록 하기 위해 피스톤(24)이 실린더헤드(23)와 흡입밸브(5)에 매우 가깝게 접근하도록 진폭을 제어하여 운전해야 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 리니어 압축기에서는 피스톤이 왕복운동할 때, 외부 또는 내부의 변동요인, 예를 들면 인가되는 전압의 갑작스러운 변동 또는 냉동사이클의 압력변동 등에 의해 피스톤의 거동이 불안정해져서 피스톤의 진폭이 순간적으로 증가하는 현상이 발생할 수 있다. 이러한 현상이 발생하면, 피스톤의 선단부가 흡입밸브와 실린더헤드에 충돌하게 되어 소음이 발생하게 될 뿐만 아니라, 실린더헤드와 이 실린더헤드에 마련된 흡입밸브와 토출밸브, 그리고 피스톤이 파손되는 문제점이 야기되는 것이다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 피스톤이 상사점 이상으로 이동하여 흡입밸브와 실린더헤드에 직접 충돌하는 것을 방지함과 동시에, 이러한 이동에 따른 충격을 저감시킬 수 있도록 하는 충돌 방지장치를 구비한 리니어 압축기를 제공하는 것이다.

도 1과 도 2는 종래기술에 따른 리니어 압축기를 도시한 것으로서, 도 1는 피스톤이 정지상태에 위치해 있을 때의 리니어 압축기의 내부 구조를 보인 측단면도이고, 도 2는 피스톤이 상사점에 위치해 있을 때의 리니어 압축기의 내부 구조를 보인 측단면도이다.

도 3과 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 충돌 방지장치를 구비한 리니어 압축기를 도시한 것으로서, 도 3은 피스톤이 정지상태에 위치해 있을 때의 리니어 압축기의 내부 구조를 보인 측단면도이고, 도 4는 피스톤이 상사점에 위치해 있을 때의 리니어 압축기의 내부 구조를 보인 측단면도이다.

도 5와 도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 충돌 방지장치를 구비한 리니어 압축기를 도시한 것으로서, 도 5는 피스톤이 정지상태에 위치해 있을 때의 리니어 압축기의 내부 구조를 보인 측단면도이고, 도 6은 피스톤이 상사점에 위치해 있을 때의 리니어 압축기의 내부구조를 보인 측단면도이다.

도 7과 도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 충돌 방지장치를 구비한 리니어 압축기를 도시한 것으로서, 도 7은 피스톤이 정지상태에 위치해 있을 때의 리니어 압축기의 내부 구조를 보인 측단면도이고, 도 8은 피스톤이 상사점에 위치해 있을 때의 리니어 압축기의 내부구조를 보인 측단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

3: 공진 스프링 4: 스페이서

21: 실린더 23: 실린더헤드

24: 피스톤 25: 가동부재

30,30A,30B: 충동 방지장치 31: 탄성부재

32,32a: 충격 흡수부재 33: 관통홀

25b,35,36,37: 테이퍼면

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

원통형상의 실린더, 상기 실린더에 결합되며 적어도 하나의 밸브가 설치된 실린더헤드, 상기 실린더의 내부에 배치된 피스톤, 상기 피스톤을 왕복운동시키는 구동장치를 포함하는 리니어 압축기에 있어서,

상기 피스톤이 상기 실린더의 내부에서 상사점 이상으로 이동하여 상기 밸브와 실린더헤드에 충돌하는 것을 방지하는 충돌 방지장치를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 1 실시예로서, 상기 실린더와 결합된 고정프레임에는 상기 고정프레임으로부터 연장한 스페이서가 마련되어 그 단부에 공진 스프링이 횡방향으로 설치되며, 상기 피스톤의 단부에는 상기 피스톤으로부터 연장하여 상기 공진 스프링의 중심부에 결합되며 상기 구동장치에 의해 왕복운동하는 가동부재가 마련되며, 상기 충돌 방지장치는 상기 공진 스프링과 일정 간격 이격되어 상기 스페이서에 결합된다.

상기 충돌 방지장치는 상기 스페이서에 결합되며 중심부에 일정 크기의 삽입홀이 형성된 탄성부재와, 상기 삽입홀에 삽입되어 결합되는 충격 흡수부재를 구비하여 이루어지며, 상기 충격 흡수부재의 중심부에는 관통홀이 형성되어 상기 가동부재가 왕복운동 가능하게 관통되도록 한다.

바람직하게, 상기 공진 스프링과 상기 충돌 방지장치의 충격 흡수부재 사이의 거리는 정지상태에서의 상기 피스톤과 상기 실린더헤드 사이의 거리에서 상사점에서의 상기 피스톤과 상기 실린더헤드 사이의 최소 간극거리를 뺀 값과 거의 동일하게 되도록 한다.

본 발명의 제 2 실시예로서, 상기 충격 흡수부재의 관통홀은 상기 실린더헤드를 향하여 직경이 축소되도록 마련된 테이퍼면을 형성하며, 상기 가동부재의 상기 공진 스프링과 상기 충돌 방지장치 사이의 부분도 상기 관통홀의 테이퍼면에 대응하는 테이퍼면을 형성하여 이루어진다.

바람직하게, 상기 충격 흡수부재의 테이퍼면과 상기 가동부재의 테이퍼면 사이의 축방향 거리는 정지상태에서의 상기 피스톤과 상기 실린더헤드 사이의 거리에서 상사점에서의 상기 피스톤과 상기 실린더헤드 사이의 최소 간극거리를 뺀 값과 거의 동일하게 되도록 한다.

본 발명의 제 3 실시예로서, 상기 충돌 방지장치는 상기 실린더헤드를 향하여 직경이 축소되도록 상기 실린더의 스커트부에 마련된 테이퍼면과, 상기 실린더의 테이퍼면에 대응하여 상기 피스톤에 마련된 테이퍼면으로 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 실린더의 테이퍼면과 상기 피스톤의 테이퍼면 사이의 축방향 거리는 정지상태에서의 상기 피스톤과 상기 실린더헤드 사이의 거리에서 상사점에서의 상기 피스톤과 상기 실린더헤드 사이의 최소 간극거리를 뺀 값과 거의 동일하게 되도록 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에 대하여 기술할 것이다. 종래의 리니어 압축기와 동일한 요소는 동일 부호를 부여하여 설명한다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 리니어 압축기는 밀폐용기(1)의 내부에 구동장치(10)와 압축장치(20)를 구비하여, 냉동사이클을 따라 유동하는 냉매가스를 흡입하여 압축시켜서 배출시키게 된다.

압축장치(20)는 압축실(22)을 형성하는 실린더(21)와, 실린더(21)의 일단에 결합되는 실린더헤드(23)와, 실린더(21)의 내부에서 왕복운동하는 피스톤(24)과, 실린더(21)와 결합 설치된 고정 프레임(21a)과 복수의 스페이서(4)와, 스페이서(4)들의 단부에 횡방향으로 결합된 공진 스프링(3)과, 피스톤(24)으로부터 연장하여 공진 스프링(3)의 중심부에 결합되는 가동부재(25)를 구비하여 이루어진다.

실린더헤드(23)에는 밀폐용기(1)의 내부로 유입된 냉매가스를 압축실(22)로 안내하기 위한 흡입실(6)과, 압축된 냉매가스를 밀폐용기(1)의 외부로 안내하기 위한 토출실(8)이 구획되어 있으며, 또한 흡입실(6)의 출구에는 흡입밸브(5)가 설치되어 있으며, 토출실(8)의 입구에는 토출밸브(7)가 설치되어 있다.

구동장치(10)는 실린더(21)의 외주연에 배치된 백아이언 조립체(11)와, 백아이언 조립체(11)와 일정 간격 이격되어 실린더(21)의 고정 프레임(21a)에 설치되며 내부에 코일(13)이 권선되어 있는 코어(12)와, 백아이언 조립체(11)와 코어(12)의 사이에 배치된 가동부재(25)에 설치되어 피스톤(24)과 함께 왕복운동하는 마그네트(14)를 구비하여 구성된다.

상기와 같이 구성된 구동장치(10)와 압축장치(20)는 밀폐용기(1)의 하부에서 실린더(21)를 탄성 지지하는 복수의 코일스프링(2)에 의해 떠받쳐져서 지지된다.

한편, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 충돌 방지장치(30)는 스페이서(4)의 단부에 횡방향으로 설치된 공진 스프링(3)과 일정 간격 이격되어 스페이서(4)에 횡방향으로 설치되는 탄성부재(31)와, 이 탄성부재(31)의 중심부에 형성된 삽입홀(31a)에 결합되는 충격 흡수부재(32)를 구비하여 이루어진다.

탄성부재(31)는 공진 스프링(3)과 충돌하여도 그 충격력에 충분히 견딜 수 있으며 미세한 탄성변형만을 일으키는 재질, 예를 들면 고강성의 판스프링 등으로 만들어지며, 스페이서(4)의 단부로부터 종방향으로 끼워지는 볼트(9)들에 의해 공진 스프링(3)과 함께 스페이서(4)에 결합된다.

충격 흡수부재(32)는 공진 스프링(3)과 충돌할 경우에 탄성 변형되어 그 충격을 흡수할 수 있는 재질, 예를 들면 고무나 합성수지 등으로 만들어진다. 이 충격 흡수부재(32)는 그 외주연에 삽입홈(34)이 형성되어 탄성부재(31)의삽입홀(31a)에 끼워져서 결합되며, 중앙부에는 관통홀(33)이 형성되어 있다. 상기 충격 흡수부재(32)의 관통홀(33)을 통하여 가동부재(25)의 연결봉(25a)이 관통하여 공진 스프링(3)과 볼트 결합되도록 한다.

상기와 같은 구성에 의해 본 발명의 제 1 실시예에 따른 충돌 방지장치(30)는 공진 스프링(3)과 일정 간격 이격된 채 평행하게 스페이서(4)에 결합하게 되며, 가동부재(25)의 연결봉(25a)은 충격 흡수부재(32)의 관통홀(33)을 관통하여 공진 스프링(3)에 결합됨으로써 공진 스프링(3)과 가동부재(25)는 직선 왕복운동이 가능하게 되는 것이다.

여기서, 도 3과 같이 피스톤(24)이 정지상태에서의 충돌 방지장치(30)의 충격 흡수부재(32)와 공진 스프링(3) 사이의 거리(X2)는 정지상태에 있을 때의 피스톤(24)의 상단면과 실린더헤드(23) 사이의 거리(X1)에서 상사점에 있을 때의 피스톤(24)의 상단면과 실린더헤드(23) 사이의 최소 간극거리(Xc)(도 4 참조)를 뺀 값과 거의 동일하게 되도록 한다. 상기와 같은 관계에 의해 피스톤(24)이 상사점을 넘어서 이동하게 되면 공진 스프링(3)이 충격 흡수부재(32)와 접촉하게 되어 충격이 흡수됨과 동시에, 피스톤(24)이 실린더헤드(23)와 흡입밸브(5)에 충돌하는 것이 방지될 수 있는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 리니어 압축기의 작동에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 리니어 압축기를 작동시키기 위해 구동장치(10)의 코일(13)에 교류전원이 인가되어 가동부재(25)에 설치된 마그네트(14)와 전자기적으로 상호작용하게되면, 마그네트(14)가 상하 운동하는 힘을 받게 되어 공진 스프링(3)과 함께 피스톤(24)이 실린더(21) 안에서 직선 왕복운동하게 된다. 이에 따라, 도 3에 도시된 상태에서 피스톤(24)이 하사점으로 이동하게 되면, 흡입밸브(5)가 개방되어 흡입실(6) 안의 냉매가스가 압축실(22)로 흡입되고, 이 위치에서 공진 스프링(3)은 충격 흡수부재(32)와 최대의 거리(X2+팽창변위)를 유지하게 된다(여기서, 팽창변위는 초기 조립위치로부터 피스톤이 하사점으로 이동한 거리).

이 상태에서 도 4에 도시된 바와 같이 피스톤(24)이 상사점으로 이동하게 되면, 공진 스프링(3)은 충격 흡수부재(32)와 미세한 거리를 두고 인접하게 되고, 이와 동시에 피스톤(24)은 실린더헤드(23)와 충돌하지 않도록 하기 위한 최소 간극거리(Xc)을 유지한 채 실린더헤드(23)로 근접하게 된다. 이에 따라 흡입밸브(5)가 닫힘과 동시에 토출밸브(7)가 개방되어 압축실(22)에서 압축된 냉매가스가 토출실(8)로 배출되는 것이다. 상기와 같은 동작이 반복됨으로써 밀폐용기(1)로 유입된 냉매는 압축되어 밀폐용기(1)의 외부로 배출되는 것이다.

이 때, 인가되는 전원의 전압이 갑작스러운 변동이나 냉동사이클을 순환하는 냉매의 압력 변동, 그리고 그 이외의 원인에 의해 피스톤(24)이 상사점을 넘어서 흡입밸브(5)와 실린더헤드(23)에 부딪치게 되는 상황이 발생하게 되면, 도 4에 도시된 상태에서 공진 스프링(3)이 먼저 충돌 방지장치(30)의 충격 흡수부재(32)에 접촉하게 되어 충격이 흡수되게 되고, 탄성부재(31)에 의해 공진 스프링(3)이 더 이상 실린더헤드(23)를 향해 이동하는 것이 제한되어 피스톤(24)이 실린더헤드(23)와 충돌하는 것이 방지되며, 이에 따라 피스톤(24)의 왕복운동이 원활하게 이루어질 수 있게 된다. 공진 스프링(3)이 충격 흡수부재(32)에 부딪칠 때, 탄성부재(31)도 최소 간극거리(Xc)에 영향을 주지 않을 정도로 미세하게 탄성 변형되어 충격을 흡수하게 된다.

도 5와 도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 충돌 방지장치를 구비한 리니어 압축기를 도시한 것으로서, 도 5는 피스톤이 정지상태에 위치해 있을 때를, 그리고 도 6은 피스톤이 상사점에 위치해 있을 때의 리니어 압축기의 내부구조를 보인 측단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 제 2 실시예에 따른 충돌 방지장치(30A)를 구비한 리니어 압축기는 충돌 방지장치(30A)의 일부 구조를 제외하고는 제 1 실시예에 따른 충돌 방지장치(30)를 구비한 리니어 압축기와 동일하며, 따라서 제 1 실시예의 리니어 압축기와 동일한 구성과 작용에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.

제 2 실시예에 따른 충돌 방지장치(30A)는 제 1 실시예의 충돌 방지장치(30)와 동일하게 공진 스프링(3)과 평행하게 일정 간격 이격된 채 스페이서(4)에 결합된 탄성부재(31)와, 이 탄성부재(31)의 중심부에 형성된 삽입홀(31a)에 결합되는 충격 흡수부재(32a)를 구비하여 이루어진다.

탄성부재(31)는 공진 스프링(3)과 함께 스페이서(4)에 볼트 결합되어 고정되며, 충격 흡수부재(32a)는 외주연에 형성된 삽입홈(34)에 의해 탄성부재(31)의 삽입홀(31a)에 끼워져서 결합된다. 여기서, 탄성부재(31)는 볼트 결합방식 이외의 다른 방식으로도 스페이서(4)에 결합될 수도 있다.

충격 흡수부재(32a)의 중앙부에는 가동부재(25)의 연결봉(25a)을 관통시키기위한 관통홀(33)이 형성되어 있는데, 본 실시예에서는 이 충격 흡수부재(32a)의 관통홀(33)이 실린더헤드(23)를 향하여 직경이 감소되도록 하는 테이퍼면(35)을 이루도록 하며, 또한, 공진 스프링(3)에 인접한 부위의 가동부재(25)의 연결봉(25a)에도 상기 충격 흡수부재(32a)의 테이퍼면(35)에 대응하는 테이퍼면(25b)을 형성하도록 하여서 공진 스프링(3)이 피스톤(24)의 상사점을 향해 이동하게 되면 가동부재(25)의 테이퍼면(25a)이 충격 흡수부재(32a)의 테이퍼면(35)을 따라 안내되도록 한다.

여기서, 상기 테이퍼면(25b)(35)들은 서로 상면할 때 쐐기효과에 의한 끼임현상이 발생되지 않도록 경사각도(α)가 통상 90도 이상이 되도록 형성함이 바람직하다. 이와는 반대로 쐐기효과에 의한 완충작용을 이용하기 위해 각도를 90도 이하가 되도록 하거나, 상면되는 두 테이퍼면(25b)(35)의 각도를 서로 다르게 형성할 경우에는 상기 두 테이퍼면(25b)(35)의 가공정도 및 조도가 정밀해야 한다.

상기와 같은 구성에 의해 본 발명의 제 2 실시예에 따른 충돌 방지장치(30A)는 공진 스프링(3)과 일정 간격 이격된 채 평행하게 스페이서(4)에 결합하게 되며, 가동부재(25)의 연결봉(25a)은 테이퍼면(35)으로 형성된 충격 흡수부재(32a)의 관통홀(33)을 관통하여 공진 스프링(3)에 결합됨으로써 공진 스프링(3)과 가동부재(25)는 직선 왕복운동이 가능하게 되는 것이다. 도 5에서와 같이, 피스톤(24)이 정지상태에 위치해 있을 때는 가동부재(25)의 연결봉(25a)의 테이퍼면(25b)은 충격 흡수부재(32a)의 테이퍼면(35)과 일정 간격 이격된 채로 마주하게 배치된다.

여기서, 도 5에서와 같이 피스톤(24)이 정지상태에 위치해 있을 때, 충돌 방지장치(30A)의 충격 흡수부재(32a)의 테이퍼면(35)과 이에 대응하는 가동부재(25)의 연결봉(25a)의 테이퍼면(25b) 사이의 동일한 직경에서의 축방향 거리(X3)는 정지상태에 있을 때의 피스톤(24)과 실린더헤드(23) 사이의 거리(X1)에서 상사점에 있을 때의 피스톤(24)과 실린더헤드(23) 사이의 최소 간극거리(Xc)(도 6 참조)를 뺀 값과 거의 동일하게 되도록 한다. 상기와 같은 관계에 의해 피스톤(24)이 상사점을 넘어서 이동하게 되면 가동부재(25)의 테이퍼면(25b)이 충격 흡수부재(32)의 테이퍼면(35)과 접촉하게 되어 충격이 흡수됨과 동시에, 피스톤(24)이 흡입밸브(5)와 실린더헤드(23)에 충돌하는 것이 방지될 수 있는 것이다.

이 제 2 실시예의 충돌 방지장치(30A)에 따르면 테이퍼면(25b)(35)들의 작용에 의해 제 1 실시예의 충돌 방지장치(30)에 비해 충돌에 따른 충격을 더욱 완화시킬 수 있고, 가동부재(25)의 연결봉(25a)이 충격 흡수부재(32a)와 접촉할 때 발생하는 소음도 더욱 저감할 수 있게 된다.

본 실시예에 있어서, 충돌 방지장치(30A)의 작용 거리 X3는 서로 대응하는 직경에서의 가동부재(25)와 충격 흡수부재(32a)의 테이퍼면(25b)(35) 사이의 거리가 되는데, 전술한 바와 같이 테이퍼면(25b)(35)들의 경사각도(α)는 동일하게 되거나, 또는 가동부재(25)의 테이퍼면(25b)의 각도가 충격 흡수부재(32a)의 테이퍼면(35)의 경사각도보다 약간 작게 되도록 할 수도 있다.

상기와 같이 구성된 제 2 실시예에 따른 리니어 압축기의 작동은 제 1 실시예와 동일하게 이루어지므로, 이에 대한 설명은 생략한다.

도 7과 도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 충돌 방지장치를 구비한 리니어 압축기를 도시한 것으로서, 도 7은 피스톤이 정지상태에 위치해 있을 때를, 그리고 도 8은 피스톤이 상사점에 위치해 있을 때의 리니어 압축기의 내부구조를 보인 측단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 제 3 실시예에 따른 충돌 방지장치(30B)를 구비한 리니어 압축기는 제 2 실시예에 따른 충돌 방지장치(30A)와 동일한 방식으로 한 쌍의 테이퍼면의 작용에 의해 피스톤(24)이 흡입밸브(5)와 실린더헤드(23)에 충돌하는 것을 방지하도록 구성된다. 즉, 제 3 실시예에 따른 충돌 방지장치(30B)는 실린더헤드(23)가 결합되는 실린더(21)의 머리부(21b)의 반대편에 위치한 실린더(21)의 스커트부(21c)에 마련된 테이퍼면(36)과, 이 실린더(21)의 테이퍼면(36)과 대응하도록 가동부재(25)와 경계를 이루는 피스톤(24)의 하단에 마련된 테이퍼면(37)으로 구성된다. 이러한 구성에 의해 공진 스프링(3)이 피스톤(24)의 상사점을 향해 이동하게 되면 피스톤(24)의 테이퍼면(37)이 실린더(21)의 테이퍼면(36)을 따라 안내되도록 한다. 도 7에서와 같이, 피스톤(24)이 정지상태에 위치해 있을 때는 피스톤(24)의 테이퍼면(37)은 실린더(21)의 테이퍼면(36)과 일정 간격 이격된 채로 마주하게 배치된다.

여기서, 도 7에서와 같이 피스톤(24)이 정지상태에 위치해 있을 때, 피스톤(24)의 테이퍼면(37)과 이에 대응하는 실린더(21)의 테이퍼면(36) 사이의 동일한 직경에서의 축방향 거리(X4)는 정지상태에 있을 때의 피스톤(24)과 실린더헤드(23) 사이의 거리(X1)에서 상사점에 있을 때의 피스톤(24)과 실린더헤드(23) 사이의 최소 간극거리(Xc)를 뺀 값과 거의 동일하게 되도록 한다. 상기와 같은 관계에 의해 피스톤(24)이 상사점을 넘어서 이동하게 되면, 피스톤(24)의 테이퍼면(37)이 실린더(21)의 테이퍼면(36)과 접촉하게 되어 피스톤(24)이 흡입밸브(5)와 실린더헤드(23)에 충돌하는 것이 방지될 수 있는 것이다.

여기서, 상기 두 테이퍼면(36)(37)은 금속재료로 만들어지는 실린더(21)와 피스톤(24)에 형성되므로, 쐐기효과에 의한 끼임현상이 발생되지 않도록 하고 충격전달이 너무 크게 되지 않도록 소정각도 범위내에서 형성되는데, 그 경사각도(β)는 통상 60도 이상 120도 이하로 함이 바람직하며, 두 테이퍼면(36)(37)의 가공정도 및 조도는 상기 피스톤(24)의 외주면에 준하는 가공상태를 유지함이 요구된다.

이 제 3 실시예의 충돌 방지장치(30B)에 따르면 제 1 및 제 2 실시예에 비해 충돌에 따른 충격이 비교적 더 크게 작용하게 되지만, 최소의 간극거리(Xc)에서 피스톤(24)이 실린더헤드(23)에 충돌하는 것을 제한하는 것이 가장 용이하고 확실하게 되고, 구조적으로 간단하여 제작비용이 거의 증가하지 않는 장점이 있다.

이 제 3 실시예에 따른 리니어 압축기의 작동은 제 1 실시예와 동일하게 이루어지므로, 이에 대한 더 이상의 설명은 생략한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 충돌 방지장치를 구비한 리니어 압축기는 피스톤이 소정의 상사점을 넘어서 작동하게 되어도 피스톤이 실린더헤드와 흡입밸브에 충돌하는 것을 방지할 수 있어서 피스톤과 실린더 헤드 및 흡입밸브가 파손되는 것을 방지하게 되며, 또한 충돌에 따른 충격과 소음을 크게 저감시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

또한, 종래의 리니어 압축기는 안전하게 작동하도록 하기 위해 상사점에 위치해 있을 때의 피스톤과 밸브헤드 사이의 간극을 어느 정도 크게 유지해야 하기 때문에 압축기의 체적효율을 높이는데 한계가 있으며, 따라서 리니어 압축기를 이용한 냉동사이클에서 높은 냉동능력을 얻기 위해서는 불가피하게 리니어 압축기의 크기가 증대되고 이에 따른 제작비용이 상승하는 단점이 있었으나, 본 발명에 따른 충돌 방지장치를 구비한 리니어 압축기는 어떤 상황에서도 피스톤이 실린더헤드와 흡입밸브에 충돌하지 않게 되며, 이에 의해 피스톤과 실린더헤드와의 간극을 최소로 유지하면서 작동할 수 있게 됨으로써 압축기의 크기를 증대시키기 않고서도 리니어 압축기의 성능과 체적효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

원통형상의 실린더, 상기 실린더에 결합되며 적어도 하나의 밸브가 설치된 실린더헤드, 상기 실린더의 내부에 배치된 피스톤, 상기 피스톤을 왕복운동시키는 구동장치를 포함하는 리니어 압축기에 있어서,

상기 실린더의 단부에는 상기 실린더로부터 연장한 스페이서가 마련되어 그 단부에 공진 스프링이 횡방향으로 설치되고, 상기 피스톤의 단부에는 상기 피스톤으로부터 연장하여 상기 공진 스프링의 중심부에 결합되는 가동부재가 마련되며, 상기 스페이서에는 상기 공진 스프링과 이격 설치되어 상기 피스톤이 상기 밸브와 실린더헤드에 충돌하는 것을 방지하는 충돌 방지장치가 결합되며, 상기 충돌 방지장치는 상기 스페이서에 결합되며 중심부에 삽입홀이 형성된 탄성부재와 상기 삽입홀에 결합되는 충격 흡수부재를 구비하되 상기 충격 흡수부재의 중심부에는 관통홀이 형성되어 상기 가동부재가 왕복운동 가능하게 관통되며, 상기 공진 스프링과 상기 충격 흡수부재 사이의 거리(X2)는 정지상태에서의 상기 피스톤과 상기 실린더헤드 사이의 거리(X1)에서 상사점에서의 상기 피스톤과 상기 실린더헤드 사이의 최소 간극거리(Xc)를 뺀 값과 거의 동일하게 되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 탄성부재는 높은 강성을 가지며, 판형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
삭제
원통형상의 실린더, 상기 실린더에 결합되며 적어도 하나의 밸브가 설치된 실린더헤드, 상기 실린더의 내부에 배치된 피스톤, 상기 피스톤을 왕복운동시키는 구동장치를 포함하는 리니어 압축기에 있어서,

상기 실린더의 단부에는 상기 실린더로부터 연장한 스페이서가 마련되어 그 단부에 공진 스프링이 횡방향으로 설치되고, 상기 피스톤의 단부에는 상기 피스톤으로부터 연장하여 상기 공진 스프링의 중심부에 결합되는 가동부재가 마련되며, 상기 스페이서에는 상기 공진 스프링과 이격 설치되어 상기 피스톤이 상기 밸브와 실린더헤드에 충돌하는 것을 방지하는 충돌 방지장치가 결합되며, 상기 충돌방지장치는 상기 스페이서에 결합되며 중심부에 삽입홀이 형성된 탄성부재와 상기 삽입홀에 결합되는 충격 흡수부재를 구비하되 상기 충격 흡수부재의 중심부에는 관통홀이 형성되어 상기 가동부재가 왕복운동 가능하게 관통되며, 상기 관통홀은 상기 실린더헤드를 향하여 직경이 축소되도록 마련된 테이퍼면을 형성하고, 상기 가동부재의 상기 공진 스프링과 상기 충돌 방지장치 사이의 부분도 상기 관통홀의 테이퍼면에 대응하는 테이퍼면을 형성하여 이루어진 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
제 6 항에 있어서,

상기 충격 흡수부재의 테이퍼면과 상기 가동부재의 테이퍼면 사이의 축방향 거리(X3)는 정지상태에서의 상기 피스톤과 상기 실린더헤드 사이의 거리(X1)에서 상사점에서의 상기 피스톤과 상기 실린더헤드 사이의 최소 간극거리(Xc)를 뺀 값과 거의 동일하게 되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
원통형상의 실린더, 상기 실린더에 결합되며 적어도 하나의 밸브가 설치된 실린더헤드, 상기 실린더의 내부에 배치된 피스톤, 상기 피스톤을 왕복운동시키는 구동장치를 포함하는 리니어 압축기에 있어서,

상기 피스톤이 상기 실린더의 내부에서 상사점 이상으로 이동하여 상기 밸브와 실린더헤드에 충돌하는 것을 방지하는 충돌 방지장치를 구비하며,

상기 충돌 방지장치는 상기 실린더헤드를 향하여 직경이 축소되도록 상기 실린더의 스커트부에 마련된 테이퍼면과, 상기 실린더의 테이퍼면에 대응하여 상기 피스톤에 마련된 테이퍼면으로 구성된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
제 8 항에 있어서,

상기 실린더의 테이퍼면과 상기 피스톤의 테이퍼면 사이의 축방향 거리(X4)는 정지상태에서의 상기 피스톤과 상기 실린더헤드 사이의 거리(X1)에서 상사점에서의 상기 피스톤과 상기 실린더헤드 사이의 최소 간극거리(Xc)를 뺀 값과 거의 동일하게 되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.