KR102106011B1 - 리니어 압축기 및 냉장고의 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리니어 압축기 및 냉장고의 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 사상에 따른 리니어 압축기의 제어방법에는, 주위온도를 측정하고, 측정된 주위온도가 미리 설정된 안전온도(A) 이하인 경우, 상기 피스톤을 구동시키는 모터 어셈블리에 안전전류(S)를 인가하는 단계를 포함한다. 반면, 측정된 주위온도가 상기 안전온도(A)보다 높은 경우, 상기 모터 어셈블리에 상기 안전전류(S)보다 낮은 전류를 인가한다.

Description

리니어 압축기 및 냉장고의 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING LINEAR COMPRESSOR AND REFRIGERATOR}
본 발명은 리니어 압축기 및 냉장고의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 냉장고는 도어에 의해 차폐되는 내부의 저장실에서 음식물을 저온으로 보관할 수 있도록 하는 가전 기기이다. 상기 냉장고에는 냉각시스템이 구비되어, 상기 저장실 내부는 외부 온도보다 낮은 온도가 되도록 유지된다.
상기 냉각 시스템이란, 냉매를 순환하여 냉기를 발생시키는 시스템으로서, 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발과정을 반복하여 수행한다. 이를 위하여, 상기 냉각 시스템에는, 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기가 포함된다.
일반적으로 압축기(Compressor)는 전기 모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동 유체를 압축하여 압력을 높여주는 기계장치로서, 상기 냉장고와 같은 가전기기뿐만 아니라 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.
상기 압축기는 작동 유체의 압축 방식에 따라 왕복동식 압축기(Reciprocating compressor)와, 회전식 압축기(Rotary compressor), 및 스크롤 압축기(Scroll compressor)로 구분된다.
상세하게는, 상기 왕복동식 압축기는, 실린더와, 실린더 내부에 직선 왕복 운동 가능하게 제공되는 피스톤을 포함한다. 그리고, 피스톤 헤드와 실린더 사이에 압축 공간이 형성되며, 상기 피스톤의 직선 왕복 운동에 의하여 상기 압축 공간이 증감되면서 상기 압축 공간 내의 작동 유체가 고온 고압으로 압축된다.
최근에는 상기 왕복동식 압축기 중에서, 직선 왕복 운동하는 리니어 모터에 피스톤이 직접 연결되도록 하는 리니어 압축기의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
상세하게는, 상기 리니어 압축기는, 밀폐된 쉘 내부에서 피스톤이 리니어 모터에 의해 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축 공간으로 흡입하여 압축시킨 다음 토출시키도록 구성된다. 또한, 상기 리니어 압축기는, 오일 등 작동유가 구비되지 않고 냉매를 베어링으로 이용하는 오일리스 압축기로 구비될 수 있다.
이와 같이 오일리스로 구비된 리니어 압축기와 관련하여, 본 출원인은 선행문헌 1을 출원한 바 있다.
1. 공개번호 : 제10-2018-0093526호 (공개일자 : 2018년 08월 22일)
2. 발명의 명칭 : 리니어 압축기
상기 선행문헌 1에는 피스톤에 의해 압축된 냉매 중 적어도 일부(이하, 베어링 냉매)가 프레임 및 실린더를 통과하여 상기 피스톤에 제공되는 구조가 개시되어 있다.
이때, 상기 베어링 냉매가 충분하게 공급되지 못하는 경우, 베어링의 기능을 하지 못하는 문제가 있다. 그에 따라, 상기 피스톤이 정상적으로 동작되지 못하며, 마찰에 의해 파손되는 등 다양한 문제가 발생될 수 있다.
특히, 상기 리니어 압축기의 주위온도가 매우 낮은 경우, 상기 베어링 냉매가 베어링의 기능을 하지 못한다. 자세하게는, 주위온도가 낮아짐에 따라, 상기 리니어 압축기를 유동하는 냉매량이 줄어들고, 그에 따라 상기 베어링 냉매의 양도 줄어든다. 따라서, 상기 베어링 냉매가 상기 피스톤에 부상력을 제공하지 못하는 문제점이 있다.
또한, 주위온도가 낮아짐에 따라 상기 베어링 냉매의 온도가 낮아져 응축될 수 있다. 상기 베어링 냉매가 응축됨에 따라, 상기 프레임 또는 상기 실린더에 형성된 베어링 유로가 폐쇄될 수 있다. 따라서, 상기 피스톤에 상기 베어링 냉매가 공급되지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 주위온도가 미리 설정된 안전온도 이하로 낮아지는 경우, 베어링 냉매의 원활한 베어링 기능확보를 위한 리니어 압축기 및 냉장고의 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 모터 어셈블리에 최대인가전류보다 높은 안전전류를 인가함에 따라, 코일을 발열시키고 상기 베어링 냉매에 열을 전달하는 리니어 압축기 및 냉장고의 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 사상에 따른 리니어 압축기의 제어방법에는, 주위온도를 측정하고, 측정된 주위온도가 미리 설정된 안전온도(A) 이하인 경우, 상기 피스톤을 구동시키는 모터 어셈블리에 안전전류(S)를 인가하는 단계를 포함한다. 반면, 측정된 주위온도가 상기 안전온도(A)보다 높은 경우, 상기 모터 어셈블리에 상기 안전전류(S)보다 낮은 전류를 인가한다.
또한, 상기 리니어 압축기가 ON되고, 측정된 주위온도가 상기 안전온도(A)보다 높은 경우, 상기 모터 어셈블리에 최소인가전류(m)보다 크고 최대인가전류(M, m<M)보다 작은 구동전류(D, m<D<M)를 인가한다.
이때, 상기 최대인가전류(M)는 상기 안전전류(S)보다 작은 전류값에 해당될 수 있다.
한편, 본 발명의 사상에 따른 냉장고의 제어방법에는, 저장실의 내부온도 및 외부온도를 측정하고, 측정된 외부온도가 미리 설정된 안전온도 이하인 경우, 상기 리니어 압축기에 안전전류(S)를 인가하는 단계가 포함된다. 또한, 측정된 내부온도가 미리 설정된 고내온도 이상인 경우, 상기 리니어 압축기에 최소인가전류(m)보다 크고 최대인가전류(M, m<M)보다 작은 구동전류(D, m<D<M)를 인가하는 단계가 포함된다.
이때, 상기 최대인가전류(M)는 상기 안전전류(S)보다 작은 전류값에 해당된다.
이러한 본 발명에 의하면, 외부온도가 매우 낮은 경우에도 베어링 냉매가 원활하게 베어링으로 기능하도록 리니어 압축기 및 냉장고를 제어할 수 있다는 장점이 있다.
그에 따라, 상기 베어링 냉매가 베어링으로 기능하지 못하여, 베어링 유로가 폐쇄되거나 피스톤에 충분한 부상력이 제공되지 못하여, 상기 피스톤 등이 파손되는 문제를 방지할 수 있다는 장점이 있다.
특히, 외부온도가 매우 낮은 경우, 일반적으로 구동되는 최대구동전류보다 높은 안전전류를 인가함에 따라, 코일을 발열시켜 상기 베어링 냉매를 팽창시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 리니어 압축기의 ON/OFF와 무관하게 외부온도에 따라 상기 안전전류를 인가함에 따라, 압축기가 OFF인 상태에서도 안정성을 확보할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉장고를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기의 외관을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기의 쉘 및 쉘 커버의 분해하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기의 구성을 분해하여 도시한 도면이다.
도 5는 도 2의 V-V'를 따라 절개한 단면을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기의 제어구성을 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기의 제어흐름을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기를 구비한 냉장고의 제어흐름을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉장고를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 사상에 따른 냉장고(1)에는, 외관을 형성하는 캐비닛(2)과 상기 캐비닛(2)에 결합되는 적어도 하나의 냉장고 도어(3)가 포함된다.
상기 캐비닛(2)의 내부에는 적어도 하나의 저장실(4)이 구비된다. 이때, 상기 냉장고 도어(3)는 상기 저장실(4)을 개폐하도록 상기 캐비닛(2)의 전면에 회전 또는 슬라이딩 가능하게 연결될 수 있다. 이때, 상기 저장실(4)에는 냉장실 및 냉동실 중 적어도 어느 하나가 포함될 수 있으며, 각 실은 격벽에 의해 구획될 수 있다.
또한, 상기 캐비닛(2)의 내부에는 압축기(10)가 배치되는 기계실(5)이 구비된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 상기 기계실(5)은 상기 캐비닛(2)의 후측 하부에 배치될 수 있다. 도 1에서 상기 압축기(10)의 배치는 예시적인 것에 불과하고, 상기 압축기(10)는 다양한 장소에 배치될 수 있다.
또한, 상기 압축기(10)는 왕복동식 압축기의 일종인 리니어 압축기로 구비될 수 있다. 상기 리니어 압축기는 냉장고(1) 뿐만 아니라 공기조화기 등 다양한 장치에 설치되어 냉동사이클을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명의 사상에 따른 리니어 압축기에 대하여 자세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기의 외관을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기의 쉘 및 쉘 커버의 분해하여 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 사상에 따른 리니어 압축기(이하, 압축기, 10)에는, 쉘(101) 및 상기 쉘(101)에 결합되는 쉘 커버(102, 103)가 포함된다. 넓은 의미에서, 상기 쉘 커버(102, 103)는 상기 쉘(101)의 일 구성으로서 이해될 수 있다.
상기 쉘(101)의 하측에는, 레그(50)가 결합될 수 있다. 상기 레그(50)는, 상기 압축기(10)가 설치되는 제품의 베이스에 결합될 수 있다. 즉, 상기 레그(50)는 앞서 설명한 냉장고(1)의 기계실(5)에 결합될 수 있다.
상기 쉘(101)은 대략 원통 형상을 가지며, 가로방향으로 누워져 있는 배치, 또는 축방향으로 누워 있는 배치를 이룰 수 있다. 도 2를 기준으로, 상기 쉘(101)은 가로 방향으로 길게 연장되며, 반경방향으로는 다소 낮은 높이를 가질 수 있다.
즉, 상기 압축기(10)는 낮은 높이를 가질 수 있으므로, 상기 압축기(10)가 냉장고(1)의 기계실(5)에 설치될 때, 상기 기계실(5)의 높이를 감소시킬 수 있다는 이점이 있다. 그에 따라, 같은 부피의 캐비닛(2)에서 저장실(4)의 부피가 증대될 수 있다.
상기 쉘(101)의 외면에는, 터미널(108)이 설치될 수 있다. 상기 터미널(108)은 외부 전원을 리니어 압축기의 모터 어셈블리(140, 도 4 참조)에 전달하는 구성으로서 이해된다. 특히, 상기 터미널(108)은 코일(141c, 도 4 참조)의 리드선에 연결될 수 있다.
상기 터미널(108)의 외측에는, 브라켓(109)이 설치된다. 상기 브라켓(109)에는, 상기 터미널(108)을 둘러싸는 복수의 브라켓이 포함될 수 있다. 상기 브라켓(109)은 외부의 충격 등으로부터 상기 터미널(108)을 보호하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 쉘(101)의 양측부는 개구되도록 구성된다. 상기 개구된 쉘(101)의 양측부에는, 상기 쉘 커버(102, 103)가 결합될 수 있다. 상세하게는, 상기 쉘 커버(102, 103)에는, 상기 쉘(101)의 개구된 일측부에 결합되는 제 1 쉘커버(102) 및 상기 쉘(101)의 개구된 타측부에 결합되는 제 2 쉘커버(103)가 포함된다. 상기 쉘 커버(102, 103)에 의하여, 상기 쉘(101)의 내부공간은 밀폐될 수 있다.
도 2를 기준으로, 상기 제 1 쉘커버(102)는 상기 압축기(10)의 우측부에 위치되며, 상기 제 2 쉘커버(103)는 상기 압축기(10)의 좌측부에 위치될 수 있다. 달리 말하면, 상기 제 1, 2 쉘커버(102, 103)는 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
상기 압축기(10)에는, 상기 쉘(101) 또는 쉘 커버(102, 103)에 구비되어, 냉매를 흡입, 토출 또는 주입시킬 수 있는 복수의 파이프(104, 105, 106)가 더 포함된다.
상기 복수의 파이프(104, 105, 106)에는, 냉매가 상기 압축기(10)의 내부로 흡입되도록 하는 흡입 파이프(104)와, 압축된 냉매가 상기 압축기(10)로부터 배출되도록 하는 토출 파이프(105) 및 냉매를 상기 압축기(10)에 보충하기 위한 프로세스 파이프(106)가 포함된다.
예를 들어, 상기 흡입 파이프(104)는 상기 제 1 쉘커버(102)에 결합될 수 있다. 냉매는 상기 흡입 파이프(104)를 통하여 축방향을 따라 상기 압축기(10)의 내부로 흡입될 수 있다.
상기 토출 파이프(105)는 상기 쉘(101)의 외주면에 결합될 수 있다. 상기 흡입 파이프(104)를 통하여 흡입된 냉매는 축방향으로 유동하면서, 압축될 수 있다. 그리고, 압축된 냉매는 상기 토출 파이프(105)를 통하여 배출될 수 있다. 상기 토출 파이프(105)는 상기 제 1 쉘커버(102)보다 상기 제 2 쉘커버(103)에 인접한 위치에 배치될 수 있다.
상기 프로세스 파이프(106)는 상기 쉘(101)의 외주면에 결합될 수 있다. 작업자는 상기 프로세스 파이프(106)를 통하여, 상기 압축기(10)의 내부로 냉매를 주입할 수 있다.
상기 프로세스 파이프(106)는 상기 토출 파이프(105)와의 간섭을 피하기 위하여, 상기 토출 파이프(105)와 다른 높이에서 상기 쉘(101)에 결합될 수 있다. 상기 높이라 함은, 상기 레그(50)로부터의 수직방향(또는 반경방향)으로의 거리로서 이해된다. 상기 토출 파이프(105)와 상기 프로세스 파이프(106)가 서로 다른 높이에서, 상기 쉘(101)의 외주면에 결합됨으로써, 작업 편의성이 도모될 수 있다.
상기 프로세스 파이프(106)가 결합되는 지점에 대응하는, 쉘(101)의 내주면에는 상기 제 2 쉘커버(103)의 적어도 일부분이 인접하게 위치될 수 있다. 달리 말하면, 상기 제 2 쉘커버(103)의 적어도 일부분은, 상기 프로세스 파이프(106)를 통하여 주입된 냉매의 저항으로서 작용할 수 있다.
따라서, 냉매의 유로관점에서, 상기 프로세스 파이프(106)를 통하여 유입되는 냉매의 유로 크기는, 상기 쉘(101)의 내부공간으로 진입하면서 상기 제 2 쉘커버(103)에 의해 작아지고, 그를 통과하며 다시 커지도록 형성된다. 이 과정에서, 냉매의 압력이 감소하여 냉매의 기화가 이루어질 수 있다.
상기 제 1 쉘커버(102)의 내측면에는, 커버지지부(102a)가 구비된다. 상기 커버지지부(102a)에는, 후술할 제 2 지지장치(185)가 결합될 수 있다. 상기 커버지지부(102a) 및 상기 제 2 지지장치(185)는, 압축기의 본체를 지지하는 장치로서 이해될 수 있다. 여기서, 상기 압축기의 본체는 상기 쉘(101)의 내부에 구비되는 부품을 의미하며, 예를 들어 전후 왕복운동 하는 구동부 및 상기 구동부를 지지하는 지지부가 포함될 수 있다.
상기 구동부에는, 후술할 피스톤(130), 마그넷 프레임(138), 영구자석(146), 서포터(137) 및 흡입 머플러(150) 등과 같은 부품이 포함될 수 있다. 그리고, 상기 지지부에는, 후술할 공진스프링(176a,176b), 리어 커버(170), 스테이터 커버(149), 제 1 지지장치(165) 및 제 2 지지장치(185) 등과 같은 부품이 포함될 수 있다.
상기 제 1 쉘커버(102)의 내측면에는, 스토퍼(102b)가 구비될 수 있다. 상기 스토퍼(102b)는 상기 압축기(10)의 운반 중 발생하는 진동 또는 충격등에 의하여, 상기 압축기의 본체, 특히 모터 어셈블리(140)가 상기 쉘(101)에 부딪혀 파손되는 것을 방지하는 구성으로서 이해된다. 상기 스토퍼(102b)는, 후술할 리어 커버(170)에 인접하게 위치되어, 상기 압축기(10)에 흔들림이 발생할 때, 상기 리어 커버(170)가 상기 스토퍼(102b)에 간섭됨으로써, 상기 모터 어셈블리(140)에 충격이 전달되는 것을 방지할 수 있다.
상기 쉘(101)의 내주면에는, 스프링체결부(101a)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 스프링체결부(101a)는 상기 제 2 쉘커버(103)에 인접한 위치에 배치될 수 있다. 상기 스프링체결부(101a)는 후술할 제 1 지지장치(165)의 제 1 지지스프링(166)에 결합될 수 있다. 상기 스프링체결부(101a)와 상기 제 1 지지장치(165)가 결합됨으로써, 상기 압축기의 본체는 상기 쉘(101)의 내측에 안정적으로 지지될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기의 구성을 분해하여 도시한 도면이고, 도 5는 도 2의 V-V'를 따라 절개한 단면을 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 압축기(10)에는, 실린더(120), 상기 실린더(120)의 내부에서 왕복 직선 운동하는 피스톤(130) 및 상기 피스톤(130)에 구동력을 부여하는 모터 어셈블리(140)가 포함된다.
또한, 상기 압축기(10)에는, 상기 피스톤(130)에 연결되며, 상기 흡입 파이프(104)를 통하여 흡입된 냉매로부터 발생되는 소음을 저감하기 위한 흡입 머플러(150)가 더 포함된다. 상기 흡입 파이프(104)를 통하여 흡입된 냉매는 상기 흡입 머플러(150)를 거쳐 상기 피스톤(130)의 내부로 유동된다. 예를 들어, 냉매가 상기 흡입 머플러(150)를 통과하는 과정에서, 냉매의 유동소음이 저감될 수 있다.
상기 흡입 머플러(150)에는, 복수의 머플러(151, 152, 153)가 포함된다. 상기 복수의 머플러(151, 152, 153)에는, 서로 결합되는 제 1 머플러(151), 제 2 머플러(152) 및 제 3 머플러(153)가 포함된다.
상기 제 1 머플러(151)는 상기 피스톤(130)의 내부에 위치되며, 상기 제 2 머플러(152)는 상기 제 1 머플러(151)의 후측에 결합된다. 그리고, 상기 제 3 머플러(153)는 상기 제 2 머플러(152)를 내부에 수용하며, 상기 제 1 머플러(151)의 후방으로 연장될 수 있다. 냉매의 유동방향 관점에서, 상기 흡입 파이프(104)를 통하여 흡입된 냉매는 상기 제 3 머플러(153), 제 2 머플러(152) 및 제 1 머플러(151)를 차례로 통과할 수 있다. 이 과정에서, 냉매의 유동소음은 저감될 수 있다.
상기 제 1 머플러(151)와 상기 제 2 머플러(152)가 결합되는 경계면에는 머플러 필터(미도시)가 위치될 수 있다. 예를 들어, 상기 머플러 필터는 원형의 형상을 가질 수 있으며, 상기 머플러 필터의 외주부는 상기 제 1, 2 머플러(151, 152)의 사이에 지지될 수 있다.
이하, 설명의 편의상, 방향을 정의한다.
"축 방향"이라 함은, 상기 피스톤(130)이 왕복운동 하는 방향, 즉 도 5에서 가로 방향으로 이해될 수 있다. 그리고, 상기 "축 방향" 중에서, 상기 흡입 파이프(104)로부터 압축공간(P)을 향하는 방향, 즉 냉매가 유동하는 방향을 "전방"이라 하고, 그 반대방향을 "후방"이라 정의한다. 예를 들어, 상기 피스톤(130)이 전방으로 이동할 때, 상기 압축공간(P)은 압축될 수 있다.
반면에, "반경 방향"이라 함은 상기 피스톤(130)이 왕복운동 하는 방향에 수직한 방향으로서, 도 5의 세로 방향으로 이해될 수 있다.
상기 피스톤(130)에는, 대략 원통형상의 피스톤 본체(131) 및 상기 피스톤 본체(131)로부터 반경 방향으로 연장되는 피스톤 플랜지(132)가 포함된다. 상기 피스톤 본체(131)는 상기 실린더(120)의 내부에서 왕복 운동하며, 상기 피스톤 플랜지(132)는 상기 실린더(120)의 외측에서 왕복 운동할 수 있다.
또한, 상기 피스톤(130)에는, 냉매가 유동되는 흡입공(133) 및 상기 흡입공(133)를 개폐하는 흡입밸브(135)가 더 포함된다. 상기 흡입공(133)은 상기 피스톤 본체(131)의 전면부에 형성된다.
또한, 상기 피스톤(130)에는, 상기 흡입밸브(135)를 상기 피스톤(130)에 체결시키는 밸브 체결부재(134)가 더 포함된다. 이때, 상기 밸브 체결부재(134)는 상기 흡입밸브(135)를 관통하여 상기 피스톤 본체(131)의 전면부에 결합될 수 있다.
상기 실린더(120)는, 상기 피스톤(130)을 수용하도록 마련된다. 자세하게는, 상기 실린더(120)는 상기 제 1 머플러(151) 및 상기 피스톤 본체(131)의 적어도 일부분을 수용하도록 구성된다. 상기 실린더(120)의 내부에는, 상기 피스톤(130)에 의하여 냉매가 압축되는 압축 공간(P)이 형성된다.
또한, 상기 압축기(10)에는 토출커버(160) 및 토출밸브 어셈블리(161, 163)가 포함된다. 상기 토출커버(160)는 상기 압축 공간(P)의 전방에 설치되어, 상기 압축 공간(P)에서 배출된 냉매가 유동되는 토출공간(160a)을 형성한다. 상기 토출공간(160a)은 토출커버(160)의 내부 벽에 의하여 구획되는 복수의 공간부가 포함된다. 상기 복수의 공간부는 전후 방향으로 배치되며, 서로 연통될 수 있다.
상기 토출밸브 어셈블리(161, 163)는 상기 토출커버(160)에 결합되며 상기 압축 공간(P)에서 압축된 냉매를 선택적으로 배출시킨다. 상기 토출밸브 어셈블리(161, 163)에는, 상기 압축 공간(P)의 압력이 토출압력 이상이 되면 개방되어 냉매를 상기 토출공간(160a)으로 유입시키는 토출 밸브(161) 및 상기 토출 밸브(161)와 토출커버(160)의 사이에 제공되어 축 방향으로 탄성력을 제공하는 스프링 조립체(163)가 포함된다.
상기 스프링 조립체(163)에는, 밸브 스프링(163a) 및 상기 밸브 스프링(163a)을 상기 토출커버(160)에 지지하기 위한 스프링지지부(163b)가 포함된다. 예를 들어, 상기 밸브 스프링(163a)에는, 판 스프링이 포함될 수 있다. 그리고, 상기 스프링지지부(163b)는 사출공정에 의하여 상기 밸브 스프링(163a)에 일체로 사출 성형될 수 있다.
상기 토출 밸브(161)는 상기 밸브 스프링(163a)에 결합되며, 상기 토출 밸브(161)의 후방부 또는 후면은 상기 실린더(120)의 전면에 지지 가능하도록 위치된다. 상기 토출 밸브(161)가 상기 실린더(120)의 전면에 지지되면 상기 압축공간(P)은 밀폐된 상태를 유지하며, 상기 토출 밸브(161)가 상기 실린더(120)의 전면으로부터 이격되면 상기 압축공간(P)은 개방되어, 상기 압축공간(P) 내부의 압축된 냉매가 배출될 수 있다.
즉, 상기 압축 공간(P)은 상기 흡입밸브(135)와 상기 토출 밸브(161)의 사이에 형성되는 공간으로서 이해된다. 그리고, 상기 흡입밸브(135)는 상기 압축 공간(P)의 일 측에 형성되고, 상기 토출 밸브(161)는 상기 압축 공간(P)의 타 측, 즉 상기 흡입밸브(135)의 반대 측에 제공될 수 있다.
상기 피스톤(130)이 상기 실린더(120)의 내부에서 왕복 직선운동 하는 과정에서, 상기 압축공간(P)의 압력이 흡입압력 이하가 되면 상기 흡입밸브(135)가 개방되어 냉매는 상기 압축 공간(P)으로 흡입된다. 반면에, 상기 압축공간(P)의 압력이 상기 흡입압력 이상이 되면 상기 흡입밸브(135)가 닫힌 상태에서 상기 압축공간(P)의 냉매가 압축된다.
한편, 상기 압축공간(P)의 압력이 상기 토출압력 이상이 되면, 상기 밸브 스프링(163a)이 전방으로 변형하면서 상기 토출 밸브(161)를 개방시키고, 냉매는 상기 압축공간(P)으로부터 토출되어, 토출커버(160)의 토출공간으로 배출된다. 상기 냉매의 배출이 완료되면, 상기 밸브 스프링(163a)은 상기 토출 밸브(161)에 복원력을 제공하여, 상기 토출 밸브(161)가 닫혀지도록 한다.
또한, 상기 토출 커버(160)의 토출공간(160a)을 유동하는 냉매를 배출시키도록 상기 토출 커버(160)에 커버파이프(162a)가 결합된다. 예를 들어, 상기 커버파이프(162a)는 금속재질로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 커버파이프(162a)를 유동하는 냉매를 상기 토출 파이프(105)로 전달하도록, 상기 커버파이프(162a)에 루프 파이프(162b)가 더 결합된다. 상기 루프 파이프(162b)의 일 측은 상기 커버파이프(162a)에 결합되며, 타 측은 상기 토출 파이프(105)에 결합될 수 있다.
상기 루프 파이프(162b)는 플렉서블한 재질로 구성되며, 상대적으로 길게 형성될 수 있다. 그리고, 상기 루프 파이프(162b)는 상기 커버파이프(162a)로부터 상기 쉘(101)의 내주면을 따라 라운드지게 연장되어, 상기 토출 파이프(105)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 루프 파이프(162b)는 감겨진 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 압축기(10)에는, 프레임(110)이 더 포함된다. 상기 프레임(110)은 상기 실린더(120)를 고정시키는 구성으로서 이해된다. 예를 들어, 상기 실린더(120)는 상기 프레임(110)의 내측에 압입(press fitting)될 수 있다. 상기 실린더(120) 및 프레임(110)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질로 구성될 수 있다.
상기 프레임(110)은 상기 실린더(120)를 둘러싸도록 배치된다. 즉, 상기 실린더(120)는 상기 프레임(110)의 내측에 수용되도록 위치될 수 있다. 그리고, 상기 토출커버(160)는 체결부재에 의하여 상기 프레임(110)의 전면에 결합될 수 있다.
상기 실린더(120)에는, 축방향으로 연장되는 실린더 본체(121) 및 상기 실린더 본체(121)의 전방부 외측에 구비되는 실린더 플랜지(122)가 포함된다. 상기 실린더 본체(121)는, 축방향의 중심축을 가지는 원통 형상을 이루며, 상기 프레임(110)의 내부에 삽입된다. 따라서, 상기 실린더 본체(121)의 외주면은 상기 프레임(110)의 내주면에 대향되도록 위치될 수 있다.
상기 모터 어셈블리(140)에는, 상기 프레임(110)에 고정되어 상기 실린더(120)를 둘러싸도록 배치되는 아우터 스테이터(141)와, 상기 아우터 스테이터(141)의 내측으로 이격되어 배치되는 이너 스테이터(148) 및 상기 아우터 스테이터(141)와 상기 이너 스테이터(148)의 사이 공간에 위치하는 영구자석(146)이 포함된다.
상기 영구자석(146)은, 상기 아우터 스테이터(141) 및 이너 스테이터(148)와의 상호 전자기력에 의하여 직선 왕복 운동할 수 있다. 그리고, 상기 영구자석(146)은 1개의 극을 가지는 단일 자석으로 구성되거나, 3개의 극을 가지는 복수의 자석이 결합되어 구성될 수 있다.
상기 영구자석(146)은 마그넷 프레임(138)에 설치될 수 있다. 상기 마그넷 프레임(138)은 대략 원통 형상을 가지며, 상기 아우터 스테이터(141)와 이너 스테이터(148)의 사이 공간에 삽입되도록 배치될 수 있다.
상세하게는, 도 5의 단면도를 기준으로, 상기 마그넷 프레임(138)은 상기 피스톤 플랜지(132)에 결합되어 외측 반경방향으로 연장되며 전방으로 절곡될 수 있다. 상기 영구자석(146)은 상기 마그넷 프레임(138)의 전방부에 설치될 수 있다. 그에 따라, 상기 영구자석(146)이 왕복 운동할 때, 상기 피스톤(130)은 상기 영구자석(146)과 함께 축 방향으로 왕복 운동할 수 있다.
상기 아우터 스테이터(141)에는, 코일 권선체(141b, 141c, 141d) 및 스테이터 코어(141a)가 포함된다. 상기 코일 권선체(141b, 141c, 141d)에는, 보빈(141b) 및 상기 보빈(141b)의 원주 방향으로 권선된 코일(141c)이 포함된다. 그리고, 상기 코일 권선체(141b, 141c, 141d)에는, 상기 코일(141c)에 연결되는 전원선이 상기 아우터 스테이터(141)의 외부로 인출 또는 노출되도록 가이드 하는 단자부(141d)가 더 포함된다.
상기 스테이터 코어(141a)에는, 복수 개의 라미네이션(lamination)이 원주 방향으로 적층되어 구성된 복수의 코어 블럭이 포함된다. 상기 복수의 코어 블럭은, 상기 코일 권선체(141b, 141c, 141d)의 적어도 일부분을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
상기 아우터 스테이터(141)의 일측에는 스테이터 커버(149)가 제공된다. 즉, 상기 아우터 스테이터(141)의 일측부는 상기 프레임(110)에 의하여 지지되며, 타측부는 상기 스테이터 커버(149)에 의하여 지지될 수 있다.
상기 스테이터 커버(149)와 상기 프레임(110)은 커버체결부재(149a)에 의해 체결된다. 상기 커버체결부재(149a)는, 상기 스테이터 커버(149)를 관통하여 상기 프레임(110)을 향하여 전방으로 연장되며, 상기 프레임(110)에 마련된 체결홀에 결합될 수 있다.
상기 이너 스테이터(148)는 상기 프레임(110)의 외주에 고정된다. 그리고, 상기 이너 스테이터(148)는 복수 개의 라미네이션이 상기 프레임(110)의 외측에서 원주 방향으로 적층되어 구성된다.
정리하면, 상기 코일(141c)에 소정의 전류가 인가됨에 따라, 상기 아우터 스테이터(141)와 상기 이너 스테이터(148)가 전기장을 형성할 수 있다. 또한, 이와 같은 전기장에 의해, 상기 영구자석(146)이 전자기력을 부여받아 상기 피스톤(130)과 함께 축방향으로 왕복운동될 수 있다.
이때, 상기 코일(141c)에 인가되는 전류값에 따라 상기 영구자석(146)의 왕복운동 속도 및 거리가 변경될 수 있다. 즉, 상기 모터 어셈블리(140)에 인가되는 전류값에 따라, 상기 피스톤(130)의 운동이 변화될 수 있다. 이에 관하여는 자세하게 후술한다.
상기 압축기(10)에는, 상기 피스톤(130)을 지지하는 서포터(137)가 더 포함된다. 상기 서포터(137)는 상기 피스톤(130)의 후측에 결합되며, 그 내측에는, 상기 흡입 머플러(150)가 관통하도록 배치될 수 있다. 상기 피스톤 플랜지(132), 마그넷 프레임(138) 및 상기 서포터(137)는 체결부재에 의하여 체결될 수 있다.
상기 서포터(137)에는, 밸런스 웨이트(179)가 결합될 수 있다. 상기 밸런스 웨이트(179)의 중량은, 압축기 본체의 운전주파수 범위에 기초하여 결정될 수 있다.
상기 압축기(10)에는, 상기 스테이터 커버(149)에 결합되어 후방으로 연장되며, 제 2 지지장치(185)에 의하여 지지되는 리어 커버(170)가 더 포함된다.
상세하게는, 상기 리어 커버(170)에는 3개의 지지레그가 포함되며, 상기 3개의 지지레그는 상기 스테이터 커버(149)의 후면에 결합될 수 있다. 상기 3개의 지지레그와, 상기 스테이터 커버(149)의 후면 사이에는, 스페이서(181)가 개재될 수 있다. 상기 스페이서(181)의 두께를 조절하는 것에 의하여, 상기 스테이터 커버(149)로부터 상기 리어 커버(170)의 후단부까지의 거리를 결정할 수 있다. 그리고, 상기 리어 커버(170)는 상기 서포터(137)에 스프링 지지될 수 있다.
상기 압축기(10)에는, 상기 리어 커버(170)에 결합되어 상기 흡입 머플러(150)로의 냉매 유입을 가이드 하는 유입 가이드부(156)가 더 포함된다. 상기 유입 가이드부(156)의 적어도 일부분은 상기 흡입 머플러(150)의 내측에 삽입될 수 있다.
상기 압축기(10)에는, 상기 피스톤(130)이 공진 운동할 수 있도록 각 고유 진동수가 조절된 복수의 공진 스프링(176a, 176b)이 더 포함된다.
상기 복수의 공진 스프링(176a, 176b)에는, 상기 서포터(137)와 스테이터 커버(149)의 사이에 지지되는 제 1 공진스프링(176a) 및 상기 서포터(137)와 리어 커버(170)의 사이에 지지되는 제 2 공진스프링(176b)이 포함된다. 상기 복수의 공진 스프링(176a, 176b)의 작용에 의하여, 상기 압축기(10)의 내부에서 왕복 운동하는 구동부의 안정적인 움직임이 수행되며, 상기 구동부의 움직임에 따른 진동 또는 소음 발생을 줄일 수 있다.
상기 서포터(137)에는, 상기 제 1 공진스프링(176a)에 결합되는 제 1 스프링지지부(137a)가 포함된다.
상기 압축기(10)에는, 상기 프레임(110)과, 상기 프레임(110) 주변의 부품간의 결합력을 증대하기 위한 복수의 실링부재(127, 128, 129a, 129b)가 포함된다.
상세하게는, 상기 복수의 실링부재(127, 128, 129a, 129b)에는, 상기 프레임(110)과 상기 토출커버(160)가 결합되는 부분에 구비되는 제 1 실링부재(127)가 포함된다. 상기 제 1 실링부재(127)는, 상기 프레임(110)의 제 1 설치홈에 배치될 수 있다.
상기 복수의 실링부재(127, 128, 129a, 129b)에는, 상기 프레임(110)과 상기 실린더(120)가 결합되는 부분에 구비되는 제 2 실링부재(128)가 더 포함된다. 상기 제 2 실링부재(128)는, 상기 프레임(110)의 제 2 설치홈에 배치될 수 있다.
상기 복수의 실링부재(127, 128, 129a, 129b)에는, 상기 실린더(120)와 상기 프레임(110)의 사이에 제공되는 제 3 실링부재(129a)가 더 포함된다. 상기 제 3 실링부재(129a)는, 상기 실린더(120)의 후방부에 형성되는 실린더홈에 배치될 수 있다. 상기 제 3 실링부재(129a)는, 프레임의 내주면과 실린더의 외주면 사이에 형성되는 가스 포켓의 냉매가 외부로 누설되는 것을 방지하며, 상기 프레임(110)과 실린더(120)의 결합력을 증대시키는 기능을 수행할 수 있다.
상기 복수의 실링부재(127, 128, 129a, 129b)에는, 상기 프레임(110)과 상기 이너 스테이터(148)가 결합되는 부분에 구비되는 제 4 실링부재(129b)가 더 포함된다. 상기 제 4 실링부재(129b)는, 상기 프레임(110)의 제 3 설치홈에 배치될 수 있다. 상기 제 1 내지 제 4 실링부재(127, 128, 129a, 129b)는 링 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 압축기(10)에는, 상기 압축기(10)의 본체의 일 측을 지지하는 제 1 지지장치(165)와, 상기 압축기(10)의 본체의 타 측을 지지하는 제 2 지지장치(185)가 더 포함된다.
상기 제 1 지지장치(165)는 상기 제 2 쉘커버(103)에 인접하게 배치되고, 상기 토출커버(160)에 결합되어 상기 압축기(10)의 본체를 탄성 지지할 수 있다. 또한, 상기 제 2 지지장치는 상기 제 1 쉘커버(102) 및 상기 리어 커버(170)에 결합되어, 상기 압축기(10)의 본체를 탄성 지지할 수 있다.
상세하게는, 상기 제 1 지지장치(165)에는, 도 3에서 설명한 상기 스프링체결부(101a)에 결합되는 제 1 지지스프링(166)이 포함된다. 또한, 상기 제 2 지지장치(185)에는, 도 3에서 설명한 상기 커버지지부(102a)에 결합되는 제 2 지지스프링(186)이 포함된다.
또한, 본 발명의 사상에 따른 압축기(10)에는 상기 피스톤(130)에 베어링 냉매가 공급되도록 형성된 베어링 유로가 포함된다. 상기 베어링 냉매는 상기 피스톤(130)에 베어링 기능을 하도록 공급되는 냉매를 의미한다. 즉, 상기 압축기(10)는 별도의 오일 등 윤활유를 첨가하지 않고 냉매를 이용하는 오일리스(oilless) 압축기에 해당된다.
이때, 상기 베어링 냉매는 상기 피스톤(130)에 의해 압축된 냉매 중 일부에 해당된다. 자세하게는, 상기 피스톤(130)에 의해 압축된 냉매는 상기 압축공간(P)토출된다. 이때, 일부 냉매(베어링 냉매)는 상기 프레임(110) 및 상기 실린더(120)를 통과하여 상기 피스톤(130)으로 공급될 수 있다.
따라서, 상기 베어링 유로에는, 상기 실린더(120)에 형성되는 실린더 베어링 유로(125, 126) 및 상기 프레임(110)에 형성되는 프레임 베어링 유로(114)가 포함된다. 즉, 상기 피스톤(130)에 의해 압축된 냉매 중 적어도 일부는, 상기 실린더 베어링 유로(125, 126) 및 상기 프레임 베어링 유로(114)로 유동되어 상기 피스톤에 공급될 수 있다.
상기 프레임 베어링 유로(114)는 상기 프레임(110)을 관통하여 형성된다. 자세하게는, 상기 프레임 베어링 유로(114)는 상기 프레임(110)의 전면에서 상기 실린더(120)의 외주면까지 연장되어 형성된다. 도 5를 참고하면, 상기 프레임 베어링 유로(114)는 축방향을 비스듬하게 형성되는 것으로 이해될 수 있다.
상기 실린더 베어링 유로에는, 가스유입부(126) 및 실린더 노즐(125)이 포함된다.
상기 가스유입부(126)는 상기 실린더 본체(121)의 외주면으로부터 반경방향 내측으로 함몰되어 형성된다. 또한, 상기 가스유입부(126)는 축방향 중심축을 기준으로, 상기 실린더 본체(121)의 외주면을 따라 원형의 형상을 가지도록 구성될 수 있다. 상기 가스유입부(126)는 복수 개가 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 가스유입부(126)는 축방향으로 이격되어 2개로 구비될 수 있다.
상기 실린더 노즐(125)은 상기 가스유입부(126)에서 상기 실린더 본체(121)의 내주면까지 연장되어 형성된다. 특히, 상기 실린더 노즐(125)은 상기 가스유입부(126)로부터 반경방향 내측으로 연장될 수 있다. 이때, 상기 실린더 노즐(125)은 유동되는 냉매의 양을 조절할 수 있도록 매우 좁게 형성된다.
자세하게는, 상기 베어링 냉매는 상기 압축기(10)를 유동하는 냉매 중 일부에 해당된다. 그에 따라, 상기 베어링 냉매의 양이 너무 많은 경우, 상기 압축기(10)에 의해 압축되는 냉매의 양이 줄어든다. 따라서, 상기 실린더 노즐(125) 등을 통해 상기 베어링 냉매의 양을 적절하게 조절할 수 있다.
또한, 상기 실린더(120)와 상기 프레임(110)의 사이에는 가스 포켓이 형성될 수 있다. 자세하게는, 상기 실린더 본체(121)의 외주면과 상기 프레임(110)의 내주면 사이에는 소정의 베어링 냉매가 유동될 수 있다. 그에 따라, 상기 프레임 베어링 유로(114)를 따라 유동된 냉매가 상기 가스유입부(126)로 유동될 수 있다.
그리고, 상기 가스유입부(126)를 통과한 냉매는 상기 실린더 노즐(125)을 통하여, 상기 실린더 본체(121)의 내주면과 상기 피스톤 본체(131)의 외주면 사이 공간으로 유입된다. 이러한 베어링 냉매는, 상기 피스톤(130)에 부상력을 제공하여, 상기 피스톤(130)에 대한 가스 베어링의 기능을 수행한다.
자세하게는, 상기 베어링 냉매는 상기 피스톤(130)의 외주면으로 공급되어 상기 피스톤(130)을 상기 실린더(120)과 이격시킬 수 있다. 그에 따라, 상기 피스톤(130)의 이동과정에서 상기 실린더(120) 및 상기 피스톤(130) 사이의 마찰을 최소화할 수 있다.
이때, 상기 압축기(10)의 주위온도에 따라 상기 베어링 냉매가 상기 피스톤(130)에 충분한 부상력을 제공하지 못하는 경우가 발생될 수 있다. 그에 따라, 상기 피스톤(130) 등의 파손이 발생되는 등 큰 문제가 발생될 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상에 따른 압축기(10)는, 이와 같은 문제를 방지할 수 있도록 제어된다. 이하, 이에 대하여 자세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기의 제어구성을 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 사상에 따른 압축기(10)에는, 각종 구성을 제어하는 제어부(200)가 포함된다. 또한, 상기 압축기(10)에는, 상기 제어부(200)에 소정의 신호를 전달하는 전원부(210) 및 입력부(220)가 포함된다.
상기 전원부(210)는 상기 압축기(10)의 ON/OFF신호를 상기 제어부(200)에 전달할 수 있다. 예를 들어, 상기 전원부(210)는 외부전원과 연결되는 코드에 해당되거나, 사용자가 입력하는 신호에 해당될 수 있다. 상기 전원부(210)의 신호에 따라, 상기 제어부(200)는 상기 모터 어셈블리(140)에 전류를 인가 및 인가 중지할 수 있다.
상기 입력부(220)는 작동에 필요한 각종 정보를 상기 제어부(200)에 전달할 수 있다. 예를 들어, 상기 입력부(220)는 상기 압축기(10)가 설치된 장소의 온도정보를 포함할 수 있다. 더하여, 상기 입력부(220)는 습도, 부하 등 다양한 정보를 상기 제어부(200)에 전달하는 기능을 하는 장치로 이해될 수 있다.
또한, 상기 압축기(10)에는, 소정의 정보를 저장하는 메모리부(260) 및 소정의 정보를 디스플레이하는 표시부(250)가 포함될 수 있다.
상기 메모리부(260)는 상기 압축기(10)의 운전에 필요한 정보가 저장된 장치로 이해될 수 있다. 예를 들어, 상기 메모리부(260)에는 상기 모터 어셈블리(140)에 인가되는 전류에 관한 정보가 저장될 수 있다.
상기 표시부(250)는 상기 압축기(10)의 운전과 관련된 정보를 제공하는 장치로 이해될 수 있다. 특히, 상기 표시부(250)는 사용자 또는 관리자에게 상기 압축기(10)의 운전정보를 표시함에 따라 상기 압축기(10)의 오작동 등을 관리할 수 있다.
또한, 상기 압축기(10)에는, 주위온도센싱부(230)가 포함될 수 있다. 상기 주위온도센싱부(230)는 주위온도를 측정하는 장치로 이해될 수 있다. 이때, 상기 주위온도는 상기 쉘(101)의 외부온도에 해당될 수 있다. 즉, 상기 주위온도는 상기 압축기(10)가 설치된 장소의 온도로 이해될 수 있다.
상기 주위온도센싱부(230)에는 소정의 온도센서가 포함될 수 있다. 상기 온도센서는 상기 쉘(101)의 외부에 부착되거나, 상기 압축기(10)가 설치된 장치에 배치될 수 있다.
또한, 상기 압축기(10)에는, 상기 모터 어셈블리(140)에 소정의 전류를 공급하는 전류공급부(240)가 포함된다. 즉, 상기 제어부(200)는 전류공급부(240)를 통해 상기 모터 어셈블리(140)에 소정의 전류를 인가할 수 있다. 상기 전류공급부(240)는 앞서 설명한 터미널(108)을 통해 상기 코일(141c)에 전류를 공급하는 장치에 해당될 수 있다.
이때, 상기 제어부(200)는 상기 주위온도센성부(230)에서 측정된 주위온도에 따라 상기 모터 어셈블리(140)에 인가되는 전류값을 결정할 수 있다. 이하, 이에 대하여 자세하게 설명한다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기의 제어흐름을 도시한 도면이다. 도 8은 상기 압축기(10)가 ON된 상태를 도시한 것으로, 도 7의 예시적인 상황으로 이해될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 주위온도를 측정한다(S10). 그리고, 상기 주위온도가 미리 설정된 안전온도(A) 이하인지 판단한다(S20). 상기 안전온도(A)는 소정의 온도값으로 상기 메모리부(260)에 저장된 값으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 상기 안전온도(A)는 10도일 수 있다.
상기 주위온도가 상기 안전온도(A) 이하인 경우, 상기 모터 어셈블리(140)에 안전전류(S)를 인가한다(S30). 상기 안전전류(S)는 소정의 전류값으로 상기 메모리부(260)에 저장된 값으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 상기 안전전류(S)는 1.5A일 수 있다.
그리고, 주위온도를 측정하고, 측정된 주위온도가 상기 안전온도(A)보다 높은지 판단한다(S40). 상기 주위온도가 상기 안전온도(A)보다 높은 경우, 상기 모터 어셈블리(140)에 상기 안전전류(S) 인가를 중지한다(S50).
정리하면, 주위온도를 계속하여 측정하고, 측정된 주위온도가 상기 안전온도(A) 이하인 경우에는 상기 안전전류(S)를 인가한다. 그리고, 측정된 주위온도가 상기 안전온도(A)보다 높아지는 경우, 상기 안전전류(S) 인가를 중지한다.
이때, 상기 압축기(10)가 OFF상태인 경우, 측정된 주위온도가 상기 안전온도(A) 이하인 경우에는 상기 안전전류(S)를 인가한다. 그리고, 측정된 주위온도가 상기 안전온도(A)보다 높아지는 경우, 상기 안전전류(S) 인가를 중지하고 상기 압축기(10)를 OFF한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 압축기(10)가 ON상태인 경우(S100), 상기 모터 어셈블리(140)에 구동전류(D)가 인가된다(S110). 상기 구동전류(D)는 소정의 전류값에 해당되고, 최소인가전류(m)보다 크고 최대인가전류(M, m<M)보다 작은 전류값에 해당된다.(m<D<M)
즉, 상기 구동전류(D)가 상기 최소인가전류(m)로 작동되는 경우, 상기 압축기(10)가 최소출력으로 작동되는 것으로 이해될 수 있다. 또한, 상기 구동전류(D)가 상기 최대인가전류(M)로 작동되는 경우, 상기 압축기(10)가 최대출력으로 작동되는 것으로 이해될 수 있다.
이때, 상기 최대인가전류(M)는 상기 안전전류(S)보다 작은 전류값에 해당된다(M<S). 예를 들어, 상기 안전전류(S)는 1.5A이고, 상기 최대인가전류(M)는 1A일 수 있다. 그에 따라, 상기 구동전류(D)는 1A보다 작은 값에 해당된다.
상기 모터 어셈블리(140)에 인가되는 전류값은 상기 피스톤(130)의 상사점(TDC, Top Dead Center) 하사점(BCD, Bottom Dead Center) 및 상기 상사점과 상기 하사점 사이에 거리에 해당되는 행정거리에 영향을 줄 수 있다. 자세하게는, 인가되는 전류값이 클수록, 상기 행정거리가 늘어난다.
그에 따라, 상기 모터 어셈블리(140)에 상기 최대인가전류(M)가 인가된 경우보다 상기 안전전류(S)가 인가된 경우, 상기 피스톤(130)는 축방향으로 더 길게 이동된다.
자세하게는, 상기 모터 어셈블리(140)에 상기 최대인가전류(M)가 인가된 경우, 상기 피스톤(130)의 상사점을 최대상사점(M_TDC)이라 하고, 하사점을 최대하사점(M_BDC)이라 한다. 또한, 상기 최대상사점(M_TDC)과 상기 최대하사점(M_BDC) 사이의 거리를 최대행정거리라 한다.
또한, 상기 모터어셈블리에 상기 안전전류(S)가 인가되는 경우, 상기 피스톤(130)의 상사점을 안전상사점(S_TDC)이라 하고, 하사점을 안전하사점(S_BDC)이라 한다. 또한, 상기 안전상사점(S_TDC)과 상기 안전하사점(S_BDC) 사이의 거리인 안전행정거리라 한다.
상기 안전전류(S)가 상기 최대인가전류(M)보다 큰 전류값에 해당됨에 따라, 상기 최대행정거리보다 상기 안정행정거리가 더 길다. 다시 말하면, 상기 안전상사점(S_TDC)은 상기 최대상사점(M_TDC)보다 축방향 전방에 위치되고, 상기 안전하사점(S_BDC)은 상기 최대하사점(M_BDC)보다 축방향 후방에 위치된다.
그리고, 주위온도를 측정(S120)하고, 상기 주위온도가 상기 안전온도(A) 이하인지 판단한다(S130). 상기 주위온도가 상기 안전온도(A) 이하인 경우, 상기 모터 어셈블리(140)에 상기 안전전류(S)를 인가한다(S140). 앞서 설명한 바와 같이, 상기 안전전류(S)는 상기 구동전류(D)보다 큰 전류값에 해당된다.
그리고, 측정된 주위온도가 상기 안전온도(A)보다 높은 경우(S150), 상기 모터 어셈블리(140)에 상기 구동전류(D)를 인가한다(S160).
정리하면, 상기 압축기(10)의 ON/OFF와 무관하게, 상기 주위온도가 상기 안전온도(A) 이하인 경우, 상기 모터 어셈블리(140)에 상기 안전전류(S)를 인가한다. 그리고, 상기 주위온도가 상기 안전온도(A)보다 높아지면, 다시 원래 상태로 구동된다.
이때, 상기 안전전류(S)가 인가되면, 상기 코일(141d)은 발열된다. 자세하게는, 상기 안전전류(S)는 최대출력을 내도록 설계된 상기 최대인가전류(M)보다 더 큰 전류값을 인가하여, 상기 코일(141d)의 발열을 유도한다. 다시 말하면, 상기 안전전류(S)는 냉매 압축의 목적이 아니라 발열을 목적으로 인가된다.
이는 주위온도가 낮아짐에 따라 1) 유동되는 냉매량이 저감되고, 2) 온도가 낮아짐에 따라 발생되는 문제를 방지하기 위함이다.
1) 주위온도가 낮아지면, 상기 압축기(10)는 일반적으로 OFF되거나 낮은 출력으로 작동된다. 그에 따라, 상기 압축기(10)에 의해 압축되는 냉매량이 적어지고, 상기 베어링 냉매의 양이 줄어든다. 그에 따라, 상기 베어링 냉매는 상기 피스톤(130)에 부상력을 제공하기 위한 충분한 양이 확보되지 못할 수 있다.
2) 또한, 주위온도가 낮아지면, 상기 베어링 냉매의 온도도 낮아진다. 특히, 상기 압축기(10)가 OFF되는 시간이 길어지면 상기 베어링 냉매의 온도는 매우 낮아질 수 있다. 그에 따라, 상기 베어링 냉매가 응축될 수 있고, 상기 베어링 유로가 응축된 베어링 냉매에 의해 막힐 수 있다.
특히, 상기 실린더 노즐(125)은 매우 좁은 유로로 형성되기 때문에 적은 양의 응축냉매로도 폐쇄될 수 있다. 그에 따라, 상기 피스톤(130)으로 상기 베어링 냉매가 유동되지 못할 수 있다.
따라서, 주위온도가 매우 낮은 경우, 상기 안전전류(S)를 인가하여 상기 코일(141d)을 발열시킨다. 그에 따라, 상기 베어링 냉매가 팽창되어, 상기 피스톤(130)에 충분한 부상력을 제공하며 응축되는 것을 방지할 수 있다.
다만, 이는 예시적인 것에 불과하고 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 쉘(101)의 일 측에 발열부를 구비하여, 상기 베어링 냉매에 열을 전달시킬 수 있다.
이하, 이와 같은 압축기(10)가 냉장고에 구비된 경우에 대하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기를 구비한 냉장고의 제어흐름을 도시한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 저장실(4)의 내부온도 및 외부온도를 측정한다(S200). 이때, 상기 냉장고(1)에는, 상기 저장실(4)의 내부에 설치되는 내부온도센서 및 상기 저장실(4)의 외부에 설치되는 외부온도센서가 포함된다. 예를 들어, 상기 외부온도센서는, 상기 냉장고 도어(3)가 회동가능하게 상기 캐비닛(2)에 결합되도록 마련된 힌지의 내부에 설치될 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 내부온도센서는 상기 입력부(220)에 해당되고, 상기 외부온도센서는 상기 주위온도센싱부(230)에 해당될 수 있다. 즉, 상기 저장실(4)의 외부온도는 주위온도에 해당된다. 이하, 설명의 편의상 주위온도를 외부온도로 기재한다.
그리고, 상기 내부온도가 미리 설정된 고내온도(B) 이상인지 판단한다(S210). 상기 고내온도(B)는 소정의 온도값으로 상기 메모리부(260)에 저장된 값으로 이해될 수 있다. 또한, 상기 고내온도(B)는 사용자에 의해 상기 입력부(220)에 입력된 값에 해당될 수 있다. 일반적으로, 상기 고내온도(B)는 상기 메모리부(260)에 의해 초기값이 정해지고, 상기 입력부(220)를 통해 변경가능하게 마련된다.
상기 내부온도가 미리 설정된 고내온도(B) 이상인 경우, 상기 구동전류(D)를 인가한다(S220). 상기 구동전류(D)는 앞서 설명한 바와 같이, 상기 구동전류(D)는 최소인가전류(m)보다 크고 최대인가전류(M, m<M)보다 작은 전류값에 해당된다(m<D<M).
그리고, 상기 외부온도가 미리 설정된 안전온도(A) 이하인지 판단한다(S230). 상기 외부온도가 미리 설정된 안전온도(A) 이하인 경우, 상기 안전전류(S)를 인가한다(S240). 또한, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 안전전류(S)는 상기 최대인가전류(M)보다 큰 전류값에 해당된다(M<S).
그리고, 측정된 외부온도가 상기 안전온도(A)보다 높은 경우, 상기 모터 어셈블리(140)에 상기 안전전류(S) 인가를 중지한다(S260).
정리하면, 1) 측정된 외부온도가 상기 안전온도(A) 이하인 경우, 내부온도와 무관하게 상기 안전전류(S)를 인가한다. 2) 측정된 외부온도가 상기 안전온도(A)보다 높은 경우, 측정된 내부온도가 상기 고내온도(B) 이상인 경우 상기 구동전류(D)를 인가한다. 그리고, 측정된 내부온도가 상기 고내온도(B)보다 낮은 경우 상기 압축기(10)의 구동을 중지한다.
이때, 일반적으로 상기 저장실(4)의 외부온도가 높을수록 상기 압축기(10)의 출력을 높인다. 이는 외부온도가 높으면 비교적 열손실이 많으며 요구되는 냉력이 크기 때문이다.
따라서, 본 발명의 사상에 따른 냉장고(1)도 상기 저장실(4)의 외부온도가 높을수록 상기 압축기(10)의 출력을 높인다. 즉, 측정된 외부온도가 높을수록, 상기 압축기(10)에 인가되는 전류값을 높아진다. 다시 말하면, 측정된 외부온도가 낮을수록, 상기 압축기(10)에 인가되는 전류값이 낮아진다.
다만, 상기 외부온도가 매우 낮아지는 경우, 상기 베어링 냉매를 확보하기 위해 상기 압축기(10)에 인가되는 전류값을 높인다. 즉, 상기 외부온도와 인가되는 전류값은 서로 비례하나, 특정 온도 이하가 되면 전류값을 급격하게 높인다. 이와 같은 외부온도와 전류값의 관계는 다른 조건의 변화가 없는 경우를 가정하여 설명한 것이다.
이와 같은 제어를 통하여 외부온도가 매우 낮은 경우에도 충분한 베어링 냉매를 확보할 수 있다. 그에 따라, 상기 피스톤(130) 및 그 주변 구성의 파손 등을 방지할 수 있다.
10 : 압축기 110 : 프레임
114 : 프레임 베어링 유로 120 : 실린더
125, 126 : 실린더 베어링 유로 130 : 피스톤
140 : 모터 어셈블리 141 : 아우터 스테이터
141c : 코일 200 : 제어부
230 : 주위온도센싱부 240 : 전류공급부

Claims (15)

  1. 피스톤 및 상기 피스톤에 베어링 냉매가 공급되도록 형성된 베어링 유로를 포함하는 리니어 압축기의 제어방법에 있어서,
    주위온도를 측정하고,
    측정된 주위온도가 미리 설정된 안전온도(A) 이하인 경우, 상기 피스톤을 구동시키는 모터 어셈블리에 안전전류(S)를 인가하고,
    측정된 주위온도가 상기 안전온도(A)보다 높은 경우, 상기 모터 어셈블리에 상기 안전전류(S)보다 낮은 전류를 인가하고,
    상기 모터 어셈블리에는,
    전류가 인가되는 코일이 구비된 아우터 스테이터;
    상기 아우터 스테이터의 내측에 배치되는 이너 스테이터; 및
    상기 아우터 스테이터와 상기 이너 스테이터의 내측에 이동가능하게 배치되고, 상기 피스톤과 연결되는 영구자석;이 포함되고,
    상기 코일에 상기 안전전류(S)가 인가되는 경우, 상기 코일에서 발생되는 열에 의해 상기 베어링 냉매가 팽창되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리니어 압축기가 ON되고,
    측정된 주위온도가 상기 안전온도(A)보다 높은 경우, 상기 모터 어셈블리에 최소인가전류(m)보다 크고 최대인가전류(M, m<M)보다 작은 구동전류(D, m<D<M)를 인가하고,
    상기 최대인가전류(M)는 상기 안전전류(S)보다 작은 전류값에 해당되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 모터 어셈블리에 상기 구동전류(D)를 인가한 후, 주위온도를 측정하고,
    측정된 주위온도가 상기 안전온도(A) 이하인 경우, 상기 모터 어셈블리에 상기 안전전류(S)를 인가하고,
    측정된 주위온도가 상기 안전온도(A)보다 높은 경우, 상기 모터 어셈블리에 상기 구동전류(D)를 계속하여 인가하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 모터 어셈블리에 상기 안전전류(S)를 인가한 후, 주위온도를 측정하고,
    측정된 주위온도가 상기 안전온도(A) 이하인 경우, 상기 모터 어셈블리에 계속하여 상기 안전전류(S)를 인가하고,
    측정된 주위온도가 상기 안전온도(A)보다 높은 경우, 상기 모터 어셈블리에 상기 구동전류(D)를 인가하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 피스톤은, 상기 모터어셈블리에 상기 최대인가전류(M)가 인가되는 경우, 최대상사점(M_TDC)과 최대하사점(M_BDC)의 사이에서 왕복이동되고,
    상기 모터어셈블리에 상기 안전전류(S)가 인가되는 경우, 안전상사점(S_TDC)과 안전하사점(S_BDC)의 사이에서 왕복이동되며,
    상기 안전상사점(S_TDC)과 상기 안전하사점(S_BDC) 사이의 거리인 안전행정거리는, 상기 최대상사점(M_TDC)과 상기 최대하사점(M_BDC) 사이의 거리인 최대행정거리보다 긴 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 피스톤은 축방향으로 왕복이동되고,
    상기 안전상사점(S_TDC)은 상기 최대상사점(M_TDC)보다 축방향 전방에 위치되고,
    상기 안전하사점(S_BDC)은 상기 최대하사점(M_BDC)보다 축방향 후방에 위치되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 리니어 압축기가 OFF되고,
    측정된 주위온도가 상기 안전온도(A) 이하인 경우, 상기 모터 어셈블리에 안전전류(S)를 인가하고,
    상기 안전전류(S)를 인가한 후, 주위온도를 측정하고,
    측정된 주위온도가 상기 안전온도(A) 이하인 경우, 상기 모터 어셈블리에 계속하여 상기 안전전류(S)를 인가하고,
    측정된 주위온도가 상기 안전온도(A)보다 높은 경우, 상기 리니어 압축기를 OFF시키는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 베어링 유로에는, 상기 피스톤이 수용되는 실린더에 형성되는 실린더 베어링 유로 및 상기 실린더가 수용되는 프레임에 형성되는 프레임 베어링 유로가 포함되고,
    상기 모터 어셈블리에 의해 상기 피스톤이 왕복운동되며 냉매를 압축시키고,
    압축된 냉매 중 적어도 일부는 상기 실린더 베어링 유로 및 상기 프레임 베어링 유로로 유동되어, 상기 피스톤에 공급되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 실린더 베어링 유로에는,
    상기 실린더의 외주면으로부터 반경방향 내측으로 함몰되어 형성된 가스유입부; 및
    상기 가스유입부에서 상기 실린더의 내주면까지 연장되어 형성된 실린더 노즐;이 포함되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어방법.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 주위온도는, 상기 피스톤이 수용되고 냉매가 유입 및 토출되는 흡입파이프 및 토출파이프가 결합된 쉘의 외부온도에 해당되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 안전온도는 10도인 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 제어방법.
  13. 리니어 압축기가 구비된 냉장고의 제어방법에 있어서,
    저장실의 내부온도 및 외부온도를 측정하고,
    측정된 내부온도가 미리 설정된 고내온도 이상인 경우, 상기 리니어 압축기에 최소인가전류(m)보다 크고 최대인가전류(M, m<M)보다 작은 구동전류(D, m<D<M)를 인가하고,
    측정된 외부온도가 미리 설정된 안전온도 이하인 경우, 상기 리니어 압축기에 안전전류(S)를 인가하며,
    상기 최대인가전류(M)는 상기 안전전류(S)보다 작은 전류값에 해당되고,
    상기 리니어 압축기는 피스톤, 상기 피스톤에 베어링 냉매가 공급되도록 형성된 베어링 유로 및 모터 어셈블리를 포함하고,
    상기 모터 어셈블리에는,
    전류가 인가되는 코일이 구비된 아우터 스테이터;
    상기 아우터 스테이터의 내측에 배치되는 이너 스테이터; 및
    상기 아우터 스테이터와 상기 이너 스테이터의 내측에 이동가능하게 배치되고, 상기 피스톤과 연결되는 영구자석;이 포함되고,
    상기 코일에 상기 안전전류(S)가 인가되는 경우, 상기 코일에서 발생되는 열에 의해 상기 베어링 냉매가 팽창되는 것을 특징으로 하는 냉장고의 제어방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    측정된 외부온도가 상기 안전온도 이하이고 측정된 내부온도가 상기 고내온도 이상인 경우, 상기 리니어 압축기에 상기 안전전류(S)를 인가하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 제어방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    측정된 외부온도가 상기 안전온도보다 높고 측정된 내부온도가 상기 고내온도 이상인 경우, 상기 리니어 압축기에 상기 구동전류가 인가되고,
    상기 외부온도가 높을수록 상기 구동전류의 전류값이 큰 것을 특징으로 하는 냉장고의 제어방법.
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