KR102087140B1

KR102087140B1 - 왕복동식 압축기

Info

Publication number: KR102087140B1
Application number: KR1020130111294A
Authority: KR
Inventors: 안광운; 노기원
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2013-09-16
Filing date: 2013-09-16
Publication date: 2020-03-10
Also published as: KR20150031726A

Abstract

본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 실린더와 피스톤 사이로 고압의 냉매가스를 안내하는 가스베어링이 실린더에 형성되고 피스톤의 외주면 또는 실린더의 내주면에 차단돌부 또는 차단홈부가 형성됨으로써, 가스베어링을 통해 실린더와 피스톤 사이로 유입되는 냉매가스의 일부가 피스톤의 흡입행정시 압축공간으로 유입되는 것을 차단하여 압축공간에서의 흡입손실을 줄일 수 있고 이를 통해 압축기 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

왕복동식 압축기{RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 가스베어링을 구비한 왕복동식 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 왕복동식 압축기는 피스톤이 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 흡입 압축하여 토출하는 방식이다. 왕복동식 압축기는 피스톤의 구동방식에 따라 연결형과 진동형으로 구분할 수 있다.

연결형 왕복동식 압축기는 피스톤이 회전모터의 회전축에 컨넥팅 로드로 연결되어 실린더에서 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 방식이다. 반면, 진동형 왕복동식 압축기는 피스톤이 왕복동 모터의 무버(mover)에 연결되어 진동하면서 실린더에서 왕복운동을 하여 냉매를 압축하는 방식이다. 본 발명은 진동형 왕복동식 압축기에 관한 것으로 이하에서는 진동형 왕복동식 압축기를 왕복동식 압축기라고 약칭한다.

왕복동식 압축기는 실린더와 피스톤 사이가 긴밀하게 실링된 상태에서 원활하게 윤활되어야 압축기 성능이 향상될 수 있다. 이를 위해, 종래에는 실린더와 피스톤 사이에 오일과 같은 윤활제를 공급하여 유막을 형성함으로써 실린더와 피스톤 사이를 실링하는 동시에 윤활하는 방식이 널리 알려져 있다. 하지만, 윤활제를 공급하는 방식에서는 별도의 오일공급장치가 필요하게 될 뿐만 아니라, 운전조건에 따라서는 오일부족이 발생되면서 압축기 성능이 저하될 수 있었다. 또, 일정량의 오일을 수용하기 위한 공간이 필요하므로 압축기의 크기가 커지는 것은 물론, 오일공급장치의 입구가 항상 오일에 잠길 수 있어야 하므로 압축기의 설치방향이 제한적일 수밖에 없었다.

상기와 같은 오일 윤활 방식의 왕복동식 압축기가 가지는 단점을 감안하여 도 1 및 도 2에서와 같이 피스톤(1)과 실린더(2) 사이로 압축가스의 일부를 바이패스 시켜 피스톤(1)과 실린더(2) 사이에 가스베어링이 형성되도록 하는 기술이 알려져 있다. 이는, 실린더(2)의 내주면으로 압축가스를 주입하기 위하여 직경이 작은 복수 개의 베어링구멍(2a)이 관통 형성되어 있다.

이러한 기술은 피스톤(1)과 실린더(2) 사이에 오일을 공급하는 오일 윤활 방식에 비해 별도의 오일공급장치가 필요하지 않아 압축기의 윤활구조를 간소화할 수 있을 뿐만 아니라, 운전조건에 따른 오일부족을 예방하여 압축기의 성능을 일관되게 유지할 수 있다. 또, 압축기의 케이싱에 오일을 수용할 공간이 필요 없게 되므로 압축기를 소형화할 수 있고 압축기의 설치방향을 자유롭게 설계할 수 있는 이점이 있다. 도면중 미설명 부호인 3은 판스프링, 5a 내지 5c는 커넥팅 바, 6a 및 6b는 링크이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 왕복동식 압축기에서는, 실린더(2)와 피스톤(1) 사이로 유입되는 냉매가스의 일부가 피스톤(1)의 흡입행정시 압축공간으로 유입되고, 이 압축공간으로 유입되는 고압의 냉매가스에 의해 압축공간의 비체적이 증가하면서 냉매의 흡입량이 감소되어 압축기 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 실린더와 피스톤 사이로 흡입되는 냉매가 압축공간으로 유입되는 것을 차단하여 흡입손실을 줄일 수 있고 이를 통해 압축기 성능을 높일 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 압축공간을 가지는 실린더; 상기 실린더에 삽입되어 왕복운동을 하면서 압축공간을 형성하며, 상기 압축공간과 연통되도록 흡입유로가 왕복방향으로 관통 형성되는 피스톤; 및 상기 실린더와 피스톤 사이로 냉매가스를 주입하여 상기 피스톤을 실린더에 대해 지지하도록 상기 실린더에 베어링구멍이 관통 형성되는 가스베어링;을 포함하고, 상기 실린더의 내주면 또는 상기 피스톤의 외주면 중에서 적어도 어느 한 쪽에는 냉매가스가 압축공간으로 유입되는 것을 차단할 수 있도록 차단부가 형성되는 왕복동식 압축기가 제공될 수 있다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 피스톤의 외주면에 차단돌부 또는 차단홈부가 형성됨으로써, 가스베어링의 베어링구멍을 통해 실린더와 피스톤 사이로 유입되는 냉매가스의 일부가 피스톤의 흡입행정시 압축공간으로 유입되는 것을 차단할 수 있고 이를 통해 압축공간의 비체적이 상승되는 것을 방지하여 압축공간에서의 흡입손실을 줄임으로써 압축기 성능이 향상될 수 있다.

도 1은 종래 가스베어링이 왕복동식 압축기에 적용된 예를 보인 종단면도,
도 2는 종래 판스프링이 왕복동식 압축기에 적용된 예를 보인 사시도,
도 3은 본 발명 왕복동식 압축기를 보인 종단면도,
도 4는 도 3에서 "A"부를 확대하여 보인 도면으로서, 가스베어링의 일실시예를 보인 단면도,
도 5 및 도 6은 도 2에 따른 왕복동식 압축기에서 피스톤에 가스통공이 구비된 예를 보인 단면도 및 도 5의 "I-I"선단면도,
도 7 내지 도 9는 도 4에 따른 왕복동식 압축기에서 차단부를 설명하기 위해 피스톤의 실시예들을 보인 종단면도 및 정면도.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명 왕복동식 압축기를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 왕복동식 압축기는, 케이싱(10)의 내부공간에 흡입관(12)이 연결되고, 후술할 토출커버(46)의 토출공간(S2)에 토출관(13)이 연결될 수 있다. 케이싱(10)의 내부공간(11)에 프레임(20)이 설치되고, 프레임(20)에는 왕복동 모터(30)의 스테이터(31)와 실린더(41)가 고정되며, 실린더(41)에는 왕복동 모터(30)의 무버(32)에 결합된 피스톤(42)이 삽입되어 왕복운동을 하도록 결합되고, 피스톤(42)의 운동방향 양측에는 그 피스톤(42)의 공진운동을 유도하는 공진스프링(51)(52)이 각각 설치될 수 있다.

그리고 실린더(41)에는 압축공간(S1)이 형성되고, 피스톤(42)에는 흡입유로(F)가 형성되며, 흡입유로(F)의 끝단에는 그 흡입유로(F)를 개폐하는 흡입밸브(43)가 설치되고, 실린더(41)의 선단면에는 그 실린더(41)의 압축공간(S1)을 개폐하는 토출밸브(44)가 설치될 수 있다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 왕복동식 압축기는, 왕복동 모터(30)에 전원이 인가되면 그 왕복동 모터(30)의 무버(32)가 스테이터(31)에 대해 왕복 운동을 하게 된다. 그러면 무버(32)에 결합된 피스톤(42)이 실린더(41)의 내부에서 직선으로 왕복 운동을 하면서 냉매를 흡입하여 압축한 후 토출하게 된다.

이를 상세히 살펴보면, 피스톤(42)이 후퇴하면 케이싱(10)의 냉매가 피스톤(42)의 흡입유로(F)를 통해 압축공간(S1)으로 흡입되고, 피스톤(42)이 전진하면 흡입유로(F)가 폐쇄되면서 압축공간(S1)의 냉매가 압축된다. 그리고 피스톤(42)이 더 전진을 하게 되면, 압축공간(S1)에서 압축되는 냉매가 토출밸브(44)를 열면서 토출되어 외부의 냉동사이클로 이동하게 된다.

여기서, 왕복동 모터(30)는 스테이터(31)에 코일(35)이 삽입되어 결합되고, 코일(35)을 중심으로 한쪽에만 공극(air gap)이 형성될 수 있다. 그리고 무버(32)에는 스테이터(31)의 공극에 삽입되어 피스톤의 운동방향으로 왕복운동을 하는 마그네트(36)가 구비될 수 있다.

스테이터(31)는 복수 개의 스테이터 블록(31a)과, 스테이터 블록(31a)의 일측에 각각 결합되어 각각의 스테이터 블록(31a)과 함께 공극부(31c)를 형성하는 복수 개의 폴 블록(31b)으로 이루어질 수 있다.

스테이터 블록(31a)과 폴 블록(31b)은 다수 장의 얇은 스테이터 코어를 겹겹이 적층하여 축방향 투영시 원호 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 스테이터 블록(31a)은 축방향 투영시 요홈(ㄷ) 모양으로 형성되고, 상기 폴 블록(31b)은 축방향 투영시 장방형(ㅣ)으로 형성될 수 있다.

무버(32)는 원통모양으로 형성되는 마그네트 홀더(32a)와, 마그네트 홀더(32a)의 외주면에 원주방향을 따라 결합되어 코일(35)과 함께 자속을 형성하는 복수 개의 마그네트(36)로 이루어질 수 있다.

마그네트 홀더(32a)는 비자성체로 형성되는 것이 자속누설을 방지하는데 바람직하나, 굳이 비자성체로 한정할 필요는 없다. 그리고 마그네트 홀더(32a)의 외주면은 마그네트(36)가 선접촉되어 부착될 수 있도록 원형으로 형성될 수 있다. 그리고 마그네트 홀더(32a)의 외주면에는 마그네트(36)가 삽입되어 운동방향으로 지지될 수 있도록 띠 모양으로 마그네트 장착홈(미도시)이 형성될 수 있다.

마그네트(36)는 육면체 모양으로 형성되어 마그네트 홀더(32a)의 외주면에 낱개씩 부착될 수도 있다. 그리고 마그네트(36)가 낱개씩 부착될 경우 그 마그네트(36)의 외주면에는 별도의 고정링이나 복합재료로 된 테이프 등과 같은 지지부재(미도시)로 감싸 고정시킬 수 있다.

그리고 마그네트(36)는 마그네트 홀더(32a)의 외주면에 원주방향을 따라 연이어 부착될 수도 있지만, 스테이터(31)가 복수 개의 스테이터 블록(31a)으로 이루어지고 그 복수 개의 스테이터 블록(31a)이 원주방향을 따라 소정의 간격을 가지도록 배열됨에 따라 마그네트(36) 역시 마그네트 홀더(32a)의 외주면에서 원주방향을 따라 소정의 간격, 즉 스테이터 블록간 간격을 가지도록 부착되는 것이 마그네트의 사용량을 최소화할 수 있어 바람직할 수 있다.

그리고 마그네트(36)는 그 운동방향 길이가 공극부(31c)의 운동방향 길이보다는 작지 않게, 정확하게는 공극부(31c)의 운동방향 길이보다는 크게 형성되고, 초기위치 또는 운전시 적어도 운동방향의 한쪽 끝단이 공극부(31c)의 내부에 위치하도록 배치되는 것이 안정적인 왕복운동을 위해 바람직할 수 있다.

그리고 마그네트(36)는 운동방향으로 한개씩만 배치될 수도 있으나, 경우에 따라서는 운동방향을 따라 복수 개씩 배치될 수도 있다. 그리고 마그네트는 운동방향을 따라 N극과 S극이 대응되도록 배치될 수 있다.

상기와 같은 왕복동 모터는 스테이터가 한 개의 공극부(31c)을 가지도록 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 코일을 중심으로 길이방향 양측에 각각 공극부(미도시)를 가지도록 형성될 수도 있다. 이 경우에도 무버는 전술한 실시예와 동일하게 형성될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 공진스프링은 무버(32)와 피스톤(42)에 결합되는 스프링서포터(53)의 전후방향 양측에 각각 설치되는 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)으로 이루어진다.

제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)은 각각 복수 개씩 구비되어 각각 원주방향을 따라 배열된다. 하지만, 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52) 중에서 어느 한쪽 공진스프링만 복수 개로 구비되고 다른 쪽 공진스프링은 한 개만 구비될 수도 있다.

제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)은 전술한 바와 같이 압축코일스프링으로 이루어짐에 따라 공진스프링(51)(52)들이 신축운동을 할 때 측힘(side force)이 발생될 수 있다. 따라서 공진스프링(51)(52)은 그 공진스프링(51)(52)들의 측힘(side force) 또는 토션모멘트(torsion moment)를 상쇄시킬 수 있도록 배열될 수 있다.

예를 들어, 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)이 원주방향을 따라 2개씩 번갈아 배열되는 경우에는 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)은 그 끝단이 상기 피스톤(42)의 중심을 기준으로 할 때 동일한 위치에서 모두 반시계방향으로 감기는 동시에, 각각의 대각선 방향에 위치하는 같은 쪽 공진스프링끼리는 서로 반대방향으로 측힘과 토션모멘트가 발생될 수 있도록 서로 대칭되게 귀맞춤되어 배열될 수 있다.

그리고 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)은 원주방향을 따라 서로 반대방향으로 측힘과 토션모멘트가 발생될 수 있도록 각 공진스프링의 끝점을 서로 대칭되게 귀맞춤하여 배열할 수도 있다.

여기서, 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)의 단부가 고정되는 프레임이나 스프링 서포터(53)에는 공진스프링(51)(52)이 압입되어 고정될 수 있도록 스프링 고정돌부(531)(532)가 각각 형성되는 것이 귀맞춤된 공진스프링의 회전을 방지할 수 있어 바람직하다.

제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)은 서로 동일한 개수로 구비될 수 있고, 서로 다른 개수로 구비될 수도 있다. 다만, 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)은 각각 동일한 탄성력을 가지도록 구비되면 족하다.

상기와 같이 압축코일스프링으로 된 공진스프링(51)(52)이 적용되는 경우에는 그 압축코일스프링의 특성상 신축되는 과정에서 측힘이 발생되어 피스톤(42)의 직진성이 틀어질 수 있으나, 본 실시예와 같이 복수 개씩의 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)이 서로 반대방향으로 감기도록 배열됨에 따라 각각의 공진스프링(51)(52)에서 발생되는 측힘과 토션모멘트가 대각선 방향으로 대칭되는 공진스프링에 의해 상쇄됨으로써 피스톤(42)의 직진성을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 공진스프링(51)(52)과 접하는 면이 마멸되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

또, 공진스프링(51)(52)이 피스톤(42)의 횡방향을 구속하지 않고 종변형이 작은 압축코일스프링을 적용함에 따라 압축기를 횡형은 물론 입형으로도 설치할 수 있을 뿐만 아니라 무버(32)와 피스톤(42)을 별도의 커넥팅바 또는 링크로 연결할 필요가 없어 그만큼 재료비용과 조립공수를 줄일 수 있다.

한편, 상기와 같은 왕복동식 압축기에서는, 실린더(41)와 피스톤(42) 사이에오일을 공급하지 않음에 따라 실린더(41)와 피스톤(42) 사이에서의 마찰손실을 줄여야 압축기의 성능을 높일 수 있다. 이를 위해, 압축가스의 일부를 실린더(41)의 내주면과 피스톤(42)의 외주면 사이로 바이패스시켜 가스력으로 실린더(41)와 피스톤(42) 사이를 윤활하는 가스베어링이 알려져 있다.

도 4는 도 3에서 "A"부를 확대하여 보인 도면으로서, 가스베어링의 일실시예를 보인 단면도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 가스베어링(100)은 프레임(20)의 내주면에 소정의 깊이만큼 형성되는 가스포켓(110)과, 가스포켓(110)에 연통되어 실린더(41)의 내주면으로 관통 형성되는 복수 열의 가스구멍(120)으로 이루어질 수 있다. 여기서, 가스구멍(120)의 열이라 함은 실린더(41)의 끝단에서 길이방향으로 같은 길이에 위치하는, 즉 동일 원주상에 형성되는 가스구멍들을 지칭한다.

가스포켓(110)은 프레임(20)의 내주면 전체에 환형으로 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 프레임(20)의 원주방향을 따라 소정의 간격을 가지고 복수 개로 형성될 수도 있다.

가스포켓(110)의 입구에는 압축공간에서 토출공간(S2)으로 토출된 압축가스의 일부를 그 토출공간에서 가스베어링(100)으로 안내하기 위한 가스안내부(미도시)가 결합될 수 있다.

여기서, 가스포켓((110)은 프레임(20)과 실린더(41) 사이에 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 실린더(41)의 선단면에서 실린더의 길이방향으로 형성될 수도 있다. 이 경우에는 가스포켓(110)이 토출커버(46)의 토출공간(S2)과 직접 연통되도록 형성되므로 별도의 가스안내부가 필요 없어 조립공정이 간소화되고 제조비용이 절감될 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 피스톤이 실린더의 길이보다 길게 형성되어 피스톤의 자중이 증가함에도 불구하고 공진스프링이 압축코일스프링으로 구비됨에 따라 압축코일스프링의 특성상 피스톤의 처짐이 발생될 수 있고 이로 인해 피스톤과 실린더 사이에 마찰손실이나 마모가 발생될 수 있다. 특히 실린더와 피스톤 사이에 오일을 공급하지 않고 가스를 공급하여 피스톤을 지지하는 경우에는 가스구멍을 적절하게 배치하여야 피스톤의 처짐을 방지할 수 있고 이를 통해 실린더와 피스톤 사이의 마찰손실이나 마모를 방지할 수 있다.

예를 들어, 실린더(41)의 내주면으로 관통되는 가스구멍(120)이 피스톤(42)의 길이방향으로 전 영역에 걸쳐 일정 간격을 두고 형성될 수 있다. 즉, 피스톤(42)의 길이가 실린더(41)의 길이보다 길고 횡방향으로 왕복운동을 하는 경우 실린더(41)와 피스톤(42) 사이로 가스를 주입하는 가스구멍(120)의 위치가 압축공간(S1)과 근접된 피스톤(42)의 전방영역과 중앙영역은 물론 피스톤(42)의 후방영역에도 고르게 형성될 수 있다. 이에 따라, 가스베어링(100)이 피스톤(41)을 안정적으로 지지할 수 있고 이를 통해 실린더(41)와 피스톤(42) 사이에서의 마찰손실이나 마모가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

특히, 피스톤(42)의 공진운동을 유도하는 공진스프링(51)(52)으로 압축코일스프링이 적용되는 경우, 압축코일스프링의 특성상 횡변형이 커서 피스톤의 처짐이 증가할 수 있으나, 가스구멍(120)이 피스톤의 길이방향을 따라 전 영역에 걸쳐 고르게 형성됨에 따라 피스톤(42)이 처지지 않고 원활하게 왕복운동을 하여 실린더(41)와 피스톤(42) 사이의 마찰손실과 마모를 효과적으로 방지할 수 있다.

한편, 본 실시예에 의한 왕복동식 압축기는 실린더의 하반부에 배치되는 가스구멍의 총단면적이 상반부에 배치되는 가스구멍의 총단면적보다 크게 형성되어야 피스톤의 처짐을 방지할 수 있고 이를 통해 실린더와 피스톤 사이의 마찰손실이나 마모를 방지할 수 있다.

이를 위해, 가스구멍(120)들 중에서 하반부에 위치하는 가스구멍의 개수가 상반부에 위치하는 가스구멍의 개수보다 많게 형성되거나 또는 하반부에 위치하는 가스구멍의 단면적이 상반부에 위치하는 가스구멍의 단면적 보다 크게 형성될 수 있다. 그리고 가스구멍은 실린더(41)의 최상점에서 최하점으로 갈수록 개수가 많아지거나 또는 단면적이 커지도록 형성함으로써 가스베어링의 하측 지지력을 높일 수 있다.

그리고, 가스구멍(120)들의 입구에는 가스포켓(110)으로 유입된 압축가스를 각각의 가스구멍(120)으로 안내하는 동시에 일종의 버퍼 역할을 할 수 있도록 가스안내홈(125)이 형성될 수 있다. 가스안내홈(125)은 각 열마다의 가스구멍이 서로 연통되도록 환형으로 형성될 수도 있고, 각 열마다의 각 가스구멍이 서로 독립되도록 복수 개가 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 형성될 수도 있다. 하지만, 가스안내홈(125)이 가스구멍(120)마다 개별적으로 구비되도록 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 형성하는 것이 압축가스를 균압시키는 동시에 실린더의 강도도 보상할 수 있어 바람직할 수 있다.

한편, 가스구멍의 직경이 작거나 간혹 미세한 이물질이 가스구멍에 끼게 되면 가스포켓의 냉매가스가 실린더와 피스톤 사이의 베어링 공간으로 원활하게 유입되지 않을 수 있다. 이를 감안하여, 피스톤에 가스통공을 형성할 수 있다. 이로써, 베어링 공간의 압력을 낮춰 가스포켓(110)의 냉매가스가 가스구멍을 통해 베어링 공간으로 원활하게 유입될 수 있다.

도 5 및 도 6은 도 2에 따른 왕복동식 압축기에서 피스톤에 가스통공이 구비된 예를 보인 단면도 및 도 5의 "I-I"선단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 가스통공(130)은 원주방향을 따라 등간격으로 형성되고, 가스구멍(120)과 왕복방향으로 동일 선상에 위치하도록 형성될 수도 있지만, 가스통공(130)과 가스구멍(120) 사이의 간격을 가급적 멀리 유지하기 위해서는 가스통공(130)과 가스구멍(120)이 왕복방향으로 다른 선상에 위치하도록 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 도 6에서와 같이 실린더(41)와 피스톤(42)의 종단면시 가스구멍(120)의 원주방향 사이에 가스통공(130)이 위치하도록 가스통공(130)이 가스구멍(120)과 반경방향으로 다른 선상에 형성될 수 있다.

한편, 본 실시예와 같이 가스베어링이 적용되는 경우에는 실린더와 피스톤 사이로 고압의 냉매가스가 유입되지만, 이 냉매가스의 일부가 피스톤의 흡입행정시 압력차에 의해 압축공간으로 흘러들어 압축공간의 비체적을 증가시키고, 이로 인해 압축공간으로 새로운 냉매가스가 흡입되는 것을 막아 압축기의 흡입손실이 야기될 수 있다.

이를 감안하여, 본 실시예에서는 피스톤의 외주면 또는 실린더의 내주면에 차단부를 형성하여 실린더와 피스톤 사이의 냉매가스가 압축공간으로 유입되는 것을 차단할 수 있다.

도 7 내지 도 9는 도 4에 따른 왕복동식 압축기에서 차단부를 설명하기 위해 피스톤의 실시예들을 보인 종단면도 및 정면도이다.

도 7에 도시된 바와 같이 차단부(140)는 피스톤(42)의 전방단 주변의 외주면에 실린더(41)의 내주면을 향해 돌출되는 환형의 차단돌부(141)로 이루어질 수 있다. 이 경우 차단돌부(141)의 높이와 넓이가 너무 크면 실린더(41)와의 마찰손실이 증가하거나 가스구멍(120)의 베어링구멍(123)과 간섭되어 가스의 유입을 방해할 수 있고, 반대로 너무 작으면 차단효과가 반감될 수 있으므로 차단돌부(141)의 높이와 넓이는 적정하게 설정되어야 바람직하다.

또, 도 8에서와 같이 차단돌부(141)의 외주면에 다수 개의 엠보싱홈(141a)을 형성하여 그 엠보싱홈(141a)으로 냉매가스가 유입되어 실링효과를 배가시키거나 엠보싱홈(141a)으로 유입된 냉매가스에 의해 베어링 효과가 배가되도록 할 수도 있다. 또, 도면으로 도시하지는 않았으나, 차단돌부(141)에 한 개 또는 복수 개의 환형홈이 일정 간격을 두고 형성될 수 있다. 이 경우에도 전술한 엠보싱홈과 유사한 효과가 발휘될 수 있다.

또, 도 9에서와 같이 차단부는 피스톤(42)의 전방단 주변의 외주면에 소정의 깊이만큼 함몰되환형의 차단홈부(142)로 이루어질 수 있다. 이 경우, 차단홈부(142)는 한 개만 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 복수 개가 일정 간격을 두고 형성될 수 있다. 이로써, 압축공간(S1)으로 향하는 냉매가스가 차단홈부(142)에 팽창되어 압력이 저하되면서 압축공간으로 누설되는 것이 억제될 수 있다.

상기와 같이, 피스톤(42)의 외주면에 차단돌부(141) 또는 차단홈부(142)가 형성되는 경우에는 가스구멍(120)의 베어링구멍(123)을 통해 실린더(41)와 피스톤(42) 사이로 유입되는 고압의 냉매가스의 일부가 피스톤(42)의 흡입행정시 압축공간(S1)으로 유입되는 것을 차단할 수 있다. 이를 통해 압축공간(S1)의 비체적이 상승되는 것을 방지하여 압축공간(S1)에서의 흡입손실이 감소되면서 압축기 성능이 향상될 수 있다.

여기서, 도 7 내지 도 9에서는 피스톤(42)의 외주면에 차단돌부(141) 또는 차단홈부(142)가 형성되는 것이었으나, 경우에 따라서는 실린더(41)의 내주면에 동일한 형상으로 형성될 수도 있다. 이 경우에도 전술한 실시예와 그 작용 효과는 대동소이할 수 있다.

한편, 본 실시예와 같이 가스베어링이 적용되는 경우에는 냉매에 섞인 이물질이 가스구멍으로 유입되는 경우 그 이물질이 미세구멍인 베어링구멍을 막아 실린더와 피스톤 사이로 냉매가스가 원활하게 유입되는 것을 방해할 수 있다. 특히 냉매에 오일이 섞여 가스베어링으로 유입되면 오일의 점도에 의해 이물질이 베어링구멍을 단단히 막아 냉매가스의 유입을 방해하는 한편 실린더와 피스톤 사이의 마모 또는 마찰손실을 가중시킬 수 있다. 따라서 가스베어링으로 오일이나 이물질이 유입되는 것을 차단하는 것이 압축기의 신뢰성을 높이는데 중요할 수 있다.

이를 감안하여, 베어링구멍으로 이물질이 유입되는 것을 방지하도록 베어링구멍의 단면적을 작게 형성할 수 있다. 하지만, 베어링구멍의 단면적이 너무 작으면 오히려 이물질에 의해 베어링구멍이 막힐 가능성이 커져 바람직하지 않을 수 있다. 반면, 베어링구멍의 단면적을 크게 하여 이물질에 의해 베어링구멍이 막히는 것을 방지할 수 있지만, 가스구멍으로 다량의 냉매가스가 유입되어 압축손실이 증가하면서 압축기 효율이 저하될 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 도 4에서와 같이 베어링구멍(123)의 크기를 적당히 크게 하면서도 그 입구측에 유로저항부(300)를 구비하여 오일이나 이물질이 베어링구멍(123)으로 유입되는 것을 차단하는 동시에 압축가스의 유입을 제한함으로써 압축기 성능을 높일 수 있다. 유로저항부(300)는 가스안내홈(125)에 직물이나 철선과 같은 얇은 선을 다수 회 감아 형성하거나, 다공재질을 삽입하거나, 가스안내홈과 일정 간격을 두고 블록을 삽입하거나, 실린더의 외주면에 가스분산홈을 형성하여 구성할 수 있다. 이로써, 오일이 가스구멍으로 유입되는 것을 차단하거나 냉매가 가스구멍으로 과도하게 유입되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 전술한 실시예들에서는 왕복동 모터의 스테이터에 실린더가 삽입되는 것이나, 왕복동 모터가 실린더를 포함한 압축유닛과 소정의 간격을 두고 기구적으로 결합되는 경우에도 상기와 같은 베어링구멍의 위치는 동일하게 적용될 수 있다. 이에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다.

또, 전술한 실시예들에서는 피스톤이 왕복운동을 하도록 구성되어 그 피스톤의 운동방향 양측에 공진스프링이 각각 설치되는 것이나, 경우에 따라서는 실린더가 왕복운동을 하도록 구성되어 그 실린더의 양측에 공진스프링이 설치될 수도 있다. 이 경우에도 베어링구멍의 위치는 전술한 실시예들과 같이 배열될 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

20 : 프레임 30 : 왕복동 모터
31 : 스테이터 32 : 무버
41 : 실린더 42 : 피스톤
51,52 : 공진스프링 100 : 가스베어링
110 : 가스포켓 120 : 가스구멍
123: 베어링구멍 125: 가스안내홈
130 : 가스통공 140 : 차단부
141 : 차단돌부 141a : 엠보싱홈
142 : 차단홈부

Claims

압축공간을 가지는 실린더;
상기 실린더에 삽입되어 왕복운동을 하면서 압축공간을 형성하며, 상기 압축공간과 연통되도록 흡입유로가 왕복방향으로 관통 형성되는 피스톤; 및
상기 실린더와 피스톤 사이로 냉매가스를 주입하여 상기 피스톤을 실린더에 대해 지지하도록 상기 실린더에 베어링구멍이 관통 형성되는 가스베어링;을 포함하고,
상기 실린더의 내주면 또는 상기 피스톤의 외주면 중에서 적어도 어느 한 쪽에는 냉매가스가 압축공간으로 유입되는 것을 차단할 수 있도록 차단부가 형성되는 왕복동식 압축기.
제1항에 있어서,
상기 차단부는 상기 실린더의 원주방향 또는 상기 피스톤의 원주방향을 따라 소정의 높이를 갖는 돌기 모양으로 형성되는 왕복동식 압축기.
제2항에 있어서,
상기 차단부에 적어도 한 개 이상의 홈이 더 형성되는 왕복동식 압축기.
제1항에 있어서,
상기 차단부는 상기 실린더의 원주방향 또는 상기 피스톤의 원주방향을 따라 소정의 깊이를 갖는 홈 모양으로 형성되는 왕복동식 압축기.
제1항에 있어서,
상기 차단부는 상기 압축공간에서 가장 근접한 베어링구멍보다 상기 압축공간쪽으로 더 근접한 위치에 형성되는 왕복동식 압축기.