KR102158879B1 - 리니어 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 사상에 따른 리니어 압축기에는, 실린더와, 피스톤 및 토출밸브가 포함되고, 상기 피스톤에는 축 방향으로 연장되는 제 1 파트와, 상기 제 1 파트의 직경보다 큰 직경을 가지며, 상기 토출밸브와 마주보는 상기 제 1 파트의 일 단부에 형성되는 제 2 파트 및 상기 제 1 파트의 직경보다 큰 직경 가지며, 상기 제 1 파트의 타 단부에 형성되는 제 3 파트가 포함된다.
상기 제 2 파트에는, 상기 피스톤의 전면에서 후방으로 연장되는 제 1 외주면 및 상기 제 1 외주면으로부터 상기 토출밸브와 멀어지는 방향으로 이격되는 제 2 외주면이 포함되고, 상기 제 1 외주면과 상기 실린더의 내주면 사이의 간격은, 상기 제 2 외주면과 상기 실린더의 내주면 사이의 간격보다 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 다른 실시예가 가능하다.

Description

리니어 압축기{Linear compressor}
본 발명은 리니어 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 압축기(Compressor)는 전기 모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축하여 압력을 높여주는 기계장치로서, 상기 가전제품 또는 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.
이러한 압축기는 왕복동식 압축기(reciprocating compressor)와, 회전식 압축기(rotary compressor) 및 스크롤식 압축기(scroll compressor)로 분류될 수 있다.
상기 왕복동식 압축기는 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스의 압축을 위한 압축공간이 형성되고, 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 상기 압축공간 내로 유입된 냉매를 압축시킨다.
최근에는 상기 왕복동식 압축기 중에서 피스톤이 왕복 직선 운동하는 구동모터에 직접 연결되도록 하여, 운동전환에 의한 기계적인 손실이 없이 압축효율을 향상시킬 수 있고 간단한 구조로 구성되는 리니어 압축기가 많이 개발되고 있다.
선행문헌 한국공개특허 제10-2017-0075430호(2017년07월03일)에는 실린더 어셈블리 및 이를 포함하는 리니어 압축기가 개시된다.
상기 선행문헌에는 냉매의 압축공간을 형성하는 실린더와, 상기 실린더의 내부에서 왕복운동하는 피스톤이 개시된다. 구체적으로, 상기 피스톤에는 상기 피스톤의 전단부를 형성하며 흡입밸브가 설치되는 전면부와, 상기 전면부로부터 후방으로 연장되는 피스톤 본체와, 상기 피스톤 본체의 후단부로부터 반경방향으로 연장되는 피스톤 플랜지가 포함된다.
상기 피스톤은 상기 실린더의 내부에서 왕복직선운동할 수 있으며, 이때, 상기 피스톤의 외주면과 상기 실린더의 내주면 사이에는, 상기 피스톤과 상기 실린더 간의 마찰을 줄이기 위한 오일이 제공된다. 특히, 상기 피스톤의 외주면에는 톱니 형상의 요철부가 형성되고, 오일이 상기 요철부에 집중(압축)되어 압력이 증가될 수 있으므로, 피스톤이 실린더 내에서 부상되는 부상력이 증가될 수 있다.
그러나, 상기 선행문헌에 개시된 리니어 압축기는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 종래의 리니어 압축기는 피스톤이 실린더와 상대운동을 함에 따라 피스톤과 실린더 사이에 존재하는 간극을 통해 오일이 누설되었고, 그 결과 누설 손실에 따라 압축기 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
둘째, 이러한 누설 손실을 줄이기 위하여, 피스톤과 실린더 사이의 간극을 작게 할 수는 있으나, 이 경우 피스톤과 실린더 간의 마찰이 증가하게 되므로, 결과적으로 마찰 손실에 의하여 압축기 효율이 저하되는 문제가 있었다.
한국공개특허 제10-2017-0075430호(2017년07월03일)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은, 피스톤이 실린더 내에서 왕복운동 시 균일한 간극을 유지할 수 있는 리니어 압축기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 피스톤과 실린더 사이의 간극을 작게 유지하여, 간극을 통하여 베어링 냉매가 누설되는 것을 방지할 수 있는 리니어 압축기를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 피스톤과 실린더 사이의 간극을 줄여 냉매 누설을 최소화함과 동시에, 피스톤과 실린더 간의 마찰 손실을 줄일 수 있는 리니어 압축기를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 간단한 피스톤 가공에 의하여 피스톤의 부상력이 향상되고 이에 따라 압축기 효율이 개선될 수 있는 리니어 압축기를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기에는, 냉매의 압축공간이 형성되는 실린더와, 실린더의 내부에서 왕복 이동되며 피스톤이 포함된다. 상기 피스톤에는, 축 방향으로 연장되는 제 1 파트와, 상기 제 1 파트의 직경보다 큰 직경을 가지며, 상기 제 1 파트의 일 단부에 형성되는 제 2 파트 및 상기 제 1 파트의 직경보다 큰 직경 가지며, 상기 제 1 파트의 타 단부에 형성되는 제 3 파트가 포함된다.
특히, 상기 제 2 파트에는 상기 피스톤의 전면에서 후방으로 연장되는 제 1 외주면과, 제 1 외주면으로부터 이격되는 제 2 외주면이 포함되고, 상기 제 1 외주면과 상기 실린더의 내주면 사이의 간격은, 상기 제 2 외주면과 상기 실린더의 내주면 사이의 간격보다 작게 형성될 수 있다.
따라서, 상기 피스톤이 상기 실린더 내에서 왕복운동 시, 상기 피스톤의 외주면 측으로 유입된 베어링 냉매가, 상기 피스톤의 전면을 통해 상기 실린더의 압축공간 측으로 누설되는 것이 최소화될 수 있다. 또한, 상기 제 2 외주면과 상기 실린더의 내주면 사이의 간격은 기존과 동등 또는 유사한 수준을 유지함으로써, 실린더와 피스톤 간의 마찰 손실을 최소화할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 상기 제 1 외주면의 직경(D1)은, 상기 제 2 외주면의 직경(D2)보다 크게 형성된다. 그리고, 상기 제 1 외주면의 축 방향 길이(L1)는, 상기 제 2 외주면의 축 방향 길이(L2)보다 길게 형성됨으로써, 베어링 냉매가 상기 피스톤의 외주면을 따라 상기 압축공간 측으로 누설되는 양을 줄일 수 있다.
또한, 상기 제 2 파트에는, 상기 제 1 외주면과 상기 제 2 외주면을 연결하는 제 3 외주면이 더 포함되고, 상기 제 3 외주면의 직경(D3)은, 상기 제 2 외주면의 직경(D2)보다 작게 형성될 수 있다.
상기 피스톤의 전단부의 직경(D4)은, 상기 제 1 외주면의 직경(D1)보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 파트에는, 상기 피스톤의 전면으로부터 상기 제 1 외주면까지 연장되는 제 4 외주면이 더 포함되고, 상기 제 4 외주면은, 상기 피스톤의 전면에서 후방으로 갈수록 단면적이 커지도록 경사질 수 있다.
또한, 상기 제 2 파트에는, 상기 제 1 외주면으로부터 상기 제 3 외주면까지 연장되는 제 5 외주면이 더 포함되고, 상기 제 5 외주면은, 상기 제 1 외주면에서 후방으로 갈수록 단면적이 작아지도록 경사질 수 있다.
또한, 상기 제 2 파트에는, 상기 제 3 외주면으로부터 상기 제 2 외주면까지 연장되는 제 6 외주면이 더 포함되고, 상기 제 6 외주면은, 상기 제 3 외주면에서 후방으로 갈수록 단면적이 커지도록 경사질 수 있다.
한편, 상기 제 1 파트에는, 상기 피스톤의 외주면을 형성하며, 상기 제 2 파트와 상기 제 3 파트를 연결하는 연결부가 더 포함된다. 이때, 상기 연결부의 직경(D5)은, 상기 제 3 외주면의 직경(D3)보다 작게 형성될 수 있다.
상기 제 2 파트에는, 상기 제 2 외주면으로부터 상기 연결부까지 연장되는 제 7 외주면이 더 포함되고, 상기 제 7 외주면은, 상기 제 2 외주면에서 후방으로 갈수록 단면적이 작아지도록 경사질 수 있다.
또한, 상기 제 3 파트에는, 상기 연결부로부터 후방으로 연장되는 베어링 외주면이 포함되고, 상기 베어링 외주면의 직경(D6)은, 상기 연결부의 직경(D5)보다 크게 형성될 수 있다. 상기 베어링 외주면의 직경(D6)은, 상기 제 2 외주면의 직경(D2)보다 작거나 또는 동일하게 형성될 수 있다.
상기 실린더에는, 상기 압축공간에서 토출된 냉매 중 일부가 상기 실린더의 외측에서 내측으로 유입되는 베어링 유입유로가 형성되고, 상기 베어링 유입유로를 통해 유입된 냉매는, 상기 피스톤의 외주면을 따라 유동할 수 있다.
이때, 상기 피스톤은, 상기 실린더의 내부에서 상사점(P1)까지 전진하고 하사점(P2)까지 후퇴하는 직선 왕복운동을 하고, 상기 피스톤이 상기 하사점(P2)까지 이동하는 경우, 상기 제 1 외주면의 일부는, 상기 베어링 유입유로와 반경방향으로 중첩될 수 있다.
또한, 상기 피스톤에는, 원통 형상으로 형성되는 피스톤 본체와, 상기 피스톤 본체로부터 반경방향 외측으로 연장되는 피스톤 플랜지가 포함되고, 상기 제 1 외주면 및 상기 제 2 외주면은, 상기 피스톤 본체에 형성된다.
상기 피스톤 본체의 전단부의 직경은, 상기 피스톤 본체의 후단부의 직경보다 크게 형성될 수 있다.
상기와 같은 구성을 이루는 본 발명에 따른 리니어 압축기에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 실린더의 압축공간과 인접한 피스톤의 외주면과 실린더의 내주면 사이의 간격이 작게 유지될 수 있으므로, 피스톤의 외주면을 따라 흐르는 냉매가 상기 압축공간으로 누설되는 것이 최소화될 수 있다.
구체적으로, 상기 실린더의 내부에는 냉매의 압축공간이 형성되고, 상기 피스톤은 상기 실린더의 내부에서 축 방향으로 왕복이동된다. 상기 피스톤에는 제 1 파트와, 제 1 파트의 직경보다 큰 직경을 가지는 제 2 파트와, 제 1 파트의 직경보다 큰 직경을 가지는 제 3 파트가 포함된다.
이때, 상기 제 2 파트의 제 1 외주면과 실린더의 내주면 사이의 간격이, 상기 제 2 파트의 제 2 외주면과 실린더의 내주면 사이의 간격보다 작게 형성됨으로써, 상기 피스톤의 외주면 측으로 유입된 베어링 냉매가, 상기 피스톤의 전단부 외주면을 통해 상기 압축공간 측으로 누설되는 것이 최소화될 수 있다. 이에 따라, 상기 리니어 압축기의 압축 효율이 향상되는 장점이 있다.
둘째, 상기 피스톤의 제 2 외주면과 상기 실린더의 내주면 사이의 간격은 기존과 동등 또는 유사한 수준을 유지함으로써, 상기 실린더와 피스톤 간의 마찰 손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
셋째, 상기 제 1 외주면의 직경(D1)은, 상기 제 2 외주면의 직경(D2)보다 크게 형성되고, 상기 제 1 외주면의 축 방향 길이(L1)는, 상기 제 2 외주면의 축 방향 길이(L2)보다 길게 형성됨으로써, 베어링 냉매가 상기 피스톤의 외주면을 따라 상기 압축공간 측으로 누설되는 양을 줄일 수 있다.
넷째, 피스톤이 실린더의 내부에서 하사점까지 후퇴하더라도, 상기 제 1 외주면이 상기 실린더에 형성된 베어링 유입유로에 모두 노출되거나 또는 중첩되지 않게 되므로, 상기 피스톤의 왕복 이동과정에서 냉매 누설이 최소화될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 피스톤 및 실린더의 구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 리니어 압축기의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 피스톤의 제 1 베어링 구조를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 피스톤의 제 2 베어링 구조를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 피스톤이 실린더의 상사점까지 전진된 모습을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 피스톤이 실린더의 하사점까지 후퇴된 모습을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 피스톤의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 리니어 압축기의 사시도.
도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 리니어 압축기의 쉘 내부에 수용되는 압축기 본체의 분해 사시도.
도 10은 도 1의 IV-IV'를 따라 절개한 단면을 도시한 도면.
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 실시예에 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 제 1 실시예에 따른 피스톤 및 실린더의 구조를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 리니어 압축기의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 리니어 압축기(10)에는, 피스톤(200), 실린더(120) 및 프레임(110)이 포함된다.
상기 피스톤(200)은 왕복이동하는 구성으로 이해된다. 상기 피스톤(200)은 일 방향으로 직선왕복운동하며 냉매를 압축하는 구성에 해당된다.
이때, 상기 일 방향을 "축 방향"이라 정의한다. 상기 축 방향(C)은 도 1을 기준으로 가로방향에 해당된다. 상기 축 방향 중에서, 상기 피스톤(200)이 후술될 토출 밸브(161)를 향하는 방향을 "전방"이라 하고, 그 반대방향을 "후방"이라 한다. 즉, 도 1을 기준으로 가로방향 중에서, 좌측을 향하는 방향을 "축 방향 전방", 우측을 향하는 방향을 "축 방향 후방"으로 이해할 수 있다.
또한, 상기 축 방향의 수직한 방향을 "반경방향"이라 정의한다. 도 1에서, 세로 방향이 상기 반경방향 중 하나로 이해될 수 있다. 상기 반경방향 중에서, 상기 피스톤(200)이 후술될 실린더(120)를 향하는 방향을 "반경방향 외측"이라 하고, 그 반대방향을 "반경방향 내측"이라 정의한다.
상기 피스톤(200)에는 피스톤 본체(210) 및 상기 피스톤 본체(210)의 후단부로부터 반경방향으로 연장되는 피스톤 플랜지(220)가 포함된다.
상기 피스톤 본체(210)는 상기 실린더(120)의 내부에서 직선왕복운동하며, 상기 피스톤 플랜지(220)는 상기 실린더(120)의 외측에서 왕복운동할 수 있다.
구체적으로, 상기 피스톤 본체(210)는 대략 원통 형상을 가지며 축 방향으로 연장되는 형상으로 형성된다. 상기 피스톤 본체(210)는 상기 실린더(120)의 내경보다 작은 외경을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 피스톤 본체(210)가 상기 실린더(120)의 내측에 삽입되면, 상기 피스톤 본체(210)의 외주면과 상기 실린더(120)의 내주면 사이에 간극(clearance, 70)이 형성될 수 있다.
상기 피스톤 본체(210)에는, 축 방향으로 연장되는 제 1 파트(210a)와, 상기 제 1 파트(210a)의 일 단부에 형성되는 제 2 파트(210b) 및 상기 제 1 파트(210b)의 타 단부에 형성되는 제 3 파트(210c)가 포함된다.
여기서, 상기 제 2 파트(210b)는 "제 1 베어링" 또는 "전방 베어링"으로 이름할 수 있고, 상기 제 3 파트(210c)는 "제 2 베어링" 또는 "후방 베어링"으로 이름할 수 있다.
상기 제 1 파트(210a)는, 소정의 직경(A1)을 가지며 축 방향으로 연장된다. 그리고 상기 제 2 파트(210b)는, 상기 제 1 파트(210a)의 직경(A1)보다 큰 직경(A2)을 가지며, 후술될 토출밸브(161)와 마주보는 상기 제 1 파트(210a)의 일 단부에 형성된다. 또한, 상기 제 3 파트(210c)는, 상기 제 1 파트(210a)의 직경(A1)보다 큰 직경(A3) 가지며, 상기 제 1 파트(210a)의 타 단부에 형성된다.
또한, 상기 피스톤 본체(210)에는 상기 제 3 파트(210c)의 단부에 형성되는 제 4 파트(210d)가 더 포함될 수 있다. 상기 제 4 파트(210d)는 상기 제 1 파트(210a)의 직경(A1)과 동일한 직경을 가질 수 있다.
이때, 상기 제 1 파트(210a), 제 2 파트(210b), 제 3 파트(210c) 및 제 4 파트(210d)는 일체로 형성될 수 있다. 그리고 상기 제 1 파트(210a) 및/또는 제 4 파트(210d)는 상기 피스톤 본체(210)에 홈 가공을 통해서 형성될 수 있다.
다른 측면으로, 상기 피스톤 본체(210)에는, 상기 피스톤 본체(210)의 전단부를 형성하는 전면부(211)가 포함된다. 상기 전면부(211)에는 후술될 흡입밸브(250)가 설치될 수 있다. 상기 전면부(211)는 후술될 토출밸브(161)와 마주보게 배치될 수 있다.
또한, 상기 피스톤 본체(210)에는, 상기 피스톤 본체(210)의 외주면 또는 둘레면을 형성하는 측면부가 더 포함된다. 상기 측면부에는, 제 1 베어링(212)과, 제 2 베어링(213)이 포함된다.
구체적으로, 상기 제 1 베어링(212)은, 상기 피스톤 본체(210)의 외주면 일부를 형성한다. 상기 제 1 베어링(212)은 상기 피스톤 본체(210)의 전방부에 위치될 수 있다. 즉, 상기 제 1 베어링(212)은 상기 피스톤 본체(210)의 전면부(211)로부터 후방으로 연장되는 부분을 의미한다.
상기 제 2 베어링(213)은, 상기 피스톤 본체(210)의 외주면 일부를 형성한다. 상기 제 2 베어링(213)은 상기 피스톤 본체(210)의 후방부에 위치될 수 있다. 상기 제 2 베어링(213)은 상기 제 1 베어링(212)으로부터 후방으로 소정간격 이격된 지점에 위치될 수 있다. 즉, 상기 제 2 베어링(213)은 상기 제 1 베어링(212)과 상기 피스톤 플랜지(220)의 사이에 형성될 수 있다.
상기 제 1 베어링(212)의 직경은, 상기 제 2 베어링(213)의 직경과 동일하게 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제 1 베어링(212)은 상기 피스톤 본체(210)의 전방부에 위치되므로 "전방 베어링"이라 하고, 상기 제 2 베어링(213)은 상기 피스톤 본체(210)의 후방부에 위치되므로 "후방 베어링"이라 할 수 있다.
또한, 상기 측면부에는, 상기 제 1 베어링(212)과 상기 제 2 베어링(213)을 연결하는 제 1 연결부(214)가 더 포함된다.
상기 제 1 연결부(214)는, 상기 피스톤 본체(210)의 외주면 일부를 형성하며, 상기 제 1 베어링(212)과 상기 제 2 베어링(213)을 연결하는 부분으로 이해될 수 있다.
이때, 상기 제 1 연결부(214)는 상기 피스톤 본체(210)의 외주면에서 반경방향 내측으로 함몰되어 형성된다. 즉, 상기 제 1 연결부(214)의 직경은, 상기 제 1 베어링(212) 또는 상기 제 2 베어링(213)의 직경보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 측면부에는, 상기 제 2 베어링(213)과 상기 피스톤 플랜지(220)를 연결하는 제 2 연결부(215)가 더 포함된다.
상기 제 2 연결부(215)는, 상기 피스톤 본체(210)의 외주면 일부를 형성하며, 상기 제 2 베어링(213)과 상기 피스톤 플랜지(220)를 연결하는 부분으로 이해될 수 있다.
이때, 상기 제 2 연결부(215)는 상기 피스톤 본체(210)의 외주면에서 반경방향 내측으로 함몰되어 형성된다. 즉, 상기 제 2 연결부(215)의 직경은, 상기 제 1 베어링(212) 또는 상기 제 2 베어링(213)의 직경보다 작게 형성될 수 있다.
상기 제 2 연결부(215)의 직경은, 상기 제 1 연결부(214)의 직경과 동일하게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제 1 연결부(214)와, 제 2 연결부(215)는 모두 "연결부"라고 이름할 수 있다.
정리하면, 상기 피스톤 본체(210)의 전단부 또는 전면부(211)를 기준으로, 상기 제 1 베어링(212), 제 1 연결부(214), 제 2 베어링(213) 및 제 2 연결부(215)가 순차적으로 연결되어 상기 피스톤 본체(210)의 외주면 또는 측면을 형성할 수 있다.
상기 실린더(120)는 상기 피스톤(200)을 내부에 수용하도록, 내부가 비어있는 원통 형상으로 형성된다. 상기 실린더(120)는 상기 피스톤(200)의 외주면을 감싸도록 상기 피스톤(200)의 반경방향 외측에 배치된다.
또한, 상기 실린더(120)는 상기 피스톤(200)에 의하여 냉매가 압축되는 압축공간(P)을 형성한다. 상기 압축공간(P)은 상기 피스톤(200)의 축 방향 전방 및 상기 실린더(120)의 내측에 형성되는 공간에 형성된다. 그리고, 상기 피스톤(200)은 축 방향 전방으로 이동되어 상기 압축공간(P)에 수용된 냉매를 압축할 수 있다.
상기 압축공간(P)은 흡입밸브(250) 및 토출밸브(161)의 사이에 형성된 공간으로 정의될 수 있다. 이때, 상기 흡입밸브(250) 및 상기 토출밸브(161)는 냉매의 유동을 조절하는 구성으로 이해된다.
한편, 상기 피스톤(200)의 제 1 베어링(212)은, 상기 토출밸브(161)를 마주하며, 상기 압축공간(P)과 가장 인접한 부분에 위치된다. 즉, 상기 제 1 베어링(212)이 상기 피스톤(200)의 앞쪽에 형성되므로, 상기 제 1 베어링(212)과 상기 실린더(120) 사이의 간극(C1)은, 압축기 효율을 결정하는 중요한 인자로서 이해될 수 있다.
상기 프레임(110)은 상기 실린더(120)를 수용하도록 구성된다. 상기 프레임(110)은 상기 실린더(120)의 외주면을 감싸도록, 상기 실린더(120)의 반경방향 외측에 배치된다.
또한, 상기 리니어 압축기(10)에는, 흡입 파이프(104) 및 토출 파이프(106)가 더 포함된다. 상기 흡입 파이프(104)는 상기 리니어 압축기(10)로 냉매가 유입되는 냉매관으로 이해되고, 상기 토출 파이프(106)는 상기 리니어 압축기(10)에서 냉매가 토출되는 냉매관으로 이해될 수 있다.
상기 흡입 파이프(104)는 상기 피스톤(200)의 축 방향 후방에 배치되어 상기 압축공간(P)으로 냉매를 공급한다. 즉, 상기 피스톤(200)의 축 방향 후방에는 상기 흡입 파이프(104)가 배치되고, 상기 피스톤(200)의 축 방향 전방에는 상기 압축공간(P)이 형성된다. 따라서, 냉매가 유동하는 방향은 축 방향 전방으로 이해될 수 있다. 상기 피스톤(200)이 전방으로 이동할 때, 상기 압축공간(P)에 수용된 냉매가 압축될 수 있다.
또한, 상기 흡입 파이프(104)는 상기 피스톤(200)의 왕복운동방향으로 연장되어 설치될 수 있다. 즉, 상기 흡입 파이프(104)는 상기 피스톤(200)의 축 방향 후방에 축 방향으로 설치된다. 이에 따라, 상기 흡입 파이프(104)로 유동된 냉매는 유동손실을 최소화하여 상기 압축공간(P)으로 유동되어 압축될 수 있다.
또한, 상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 압축공간(P)에서 토출된 냉매가 유동되는 토출공간(D)이 구비된다. 상기 토출공간(D)은 상기 실린더(120) 및 상기 프레임(110)의 축 방향 전방에 형성된다.
또한, 상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 토출공간(D)을 형성하는 토출커버(160)가 포함된다. 상기 토출커버(160)는 상기 프레임(110)의 전방에 결합되어 상기 토출공간(D)을 형성할 수 있다. 상기 토출 파이프(106)는 상기 토출커버(160)의 일 측에 배치되어 상기 토출공간(D)에 수용된 냉매를 유동시킬 수 있다.
한편, 상기 피스톤(200), 상기 실린더(120) 및 상기 프레임(110)의 사이에는 소정의 갭(gap)이 존재한다. 상기 갭은 소정의 유체가 유동될 수 있는 정도의 작은 틈을 의미한다.
상세히, 상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 프레임(110)의 내주면과 상기 실린더(120)의 외주면 사이에 형성된 제 1 베어링 갭(20) 및 상기 실린더(120)의 내주면과 상기 피스톤(200)의 외주면 사이에 형성된 제 2 베어링 갭(30)이 포함된다.
도 1 및 도 2에서는 설명의 편의상 상기 제 1 베어링 갭(20) 및 상기 제 2 베어링 갭(30)을 비교적 넓게 도시하였다. 실제로는 상기 프레임(110), 상기 실린더(120) 및 상기 피스톤(200)은 거시적으로 서로 접한 상태로 구비될 수 있다.
상기 리니어 압축기(10)에는 상기 제 1 베어링 갭(20)에서 상기 제 2 베어링 갭(30)으로 유체가 유동되는 베어링 유입유로(40)가 더 포함된다. 다르게 말하면, 상기 베어링 유입유로(40)는 상기 실린더(120)의 외주면에서 내주면으로 연장되어 형성된 유로로 이해될 수 있다.
또한, 상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 제 1 베어링 갭(20)으로 유체를 유동시키는 베어링 공급유로(60)가 더 포함된다. 상기 베어링 공급유로(60)는 상기 프레임(110)을 관통하여 형성된다. 이때, 상기 베어링 공급유로(60)는 상기 토출공간(D)으로 토출된 냉매 중 적어도 일부가 상기 제 1 베어링 갭(20)으로 유동되도록 형성된다.
따라서, 상기 제 1 베어링 갭(20)으로 유동되는 냉매는 상기 토출공간(D)으로 유동된 냉매 중 일부에 해당된다. 그리고, 상기 제 1 베어링 갭(20)으로 유동된 냉매는 상기 베어링 유입유로(40)를 통해 상기 제 2 베어링 갭(30)으로 유동된다.
즉, 상기 피스톤(200)에 의해 압축된 냉매 중 일부가 상기 피스톤(200)의 외주면으로 공급된다. 이와 같은 냉매는 상기 피스톤(200)을 지지하는 베어링의 기능을 수행할 수 있다. 상기 피스톤(200)의 외주면으로 공급된 냉매는 상기 피스톤(200)의 외주면이 상기 실린더(120)의 내주면에 직접 접촉되지 않도록 부상력을 제공할 수 있다.
한편, 앞에서 설명된 바와 같이, 상기 피스톤 본체(210)의 외주면과 상기 실린더(120)의 내주면 사이에는 소정의 간극(C1)이 형성된다. 그리고 이러한 간극(C1)에 의하여 베어링 냉매의 누설이 발생할 수 있다. 상기 베어링 냉매는 상기 피스톤(200)에 의해 압축된 냉매로 높은 압력의 냉매가스에 해당된다.
특히, 상기 리니어 압축기(10)가 구동되는 과정에서, 고온 고압의 냉매는 상기 피스톤 본체(210)의 외주면을 따라 흐르고, 상기 간극(C1)을 통해서 상대적으로 저온 저압의 상기 압축공간(P)으로 누설될 수 있다. 냉매 누설이 발생하면, 상기 피스톤(200)을 부상하는 부상력이 감소되고, 이에 따라 압축기 효율이 저하될 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 상기 피스톤 본체(210)의 외주면과 상기 실린더(120)의 내주면 사이의 간극(C1)을 매우 작게 설계할 수 있으나, 이 경우 상기 피스톤(200)과 상기 실린더(120) 간의 마찰손실이 증가하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서는 베어링 냉매의 누설손실을 줄임과 동시에 피스톤과 실린더 간의 마찰 손실을 최소화할 수 있는 피스톤 구조를 제안한다.
이하에서는 본 발명의 사상에 따른 피스톤 구조에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 피스톤의 제 1 베어링 구조를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 피스톤의 제 2 베어링 구조를 도시한 도면이다.
도 3에서는 설명의 편의상 제 1 베어링(212)을 이루는 각 부분 간의 직경 차이를 비교적 크게 도시하였다. 다만, 실질적으로 상기 제 1 베어링(212)을 이루는 각 부분 간의 직경차는 수 μm에 해당된다.
먼저, 도 3을 참조하면, 상기 제 1 베어링(212) 또는 상기 제 2 파트(210b)에는, 제 1 외주면(212a)과, 제 2 외주면(212b)이 포함된다.
구체적으로, 상기 제 1 외주면(212a)은, 상기 제 1 베어링(212)의 외주면 일부를 형성한다. 상기 제 1 외주면(212a)은 상기 제 1 베어링(212)의 전방부에 위치될 수 있다. 즉, 상기 제 1 외주면(212a)은 상기 피스톤 본체(210)의 전면부(211)에서 후방으로 연장되어 형성될 수 있다.
이때, 상기 제 1 외주면(212a)은 제 1 직경(D1)을 가지며, 축 방향으로 제 1 길이(L1)를 가지도록 형성된다. 즉, 상기 제 1 외주면(212a)은 제 1 직경(D1)을 가지는 원통 형상으로 형성되고, 제 1 길이(L1)만큼 연장될 수 있다.
상기 제 1 외주면(212a)은 상기 토출밸브(161)와 마주보도록 배치될 수 있으며, 상기 압축공간(P)에 인접하게 배치될 수 있다.
또한, 상기 제 2 외주면(212b)은, 상기 제 1 베어링(212)의 외주면 일부를 형성한다. 상기 제 2 외주면(212b)은 상기 제 1 베어링(212)의 후방부에 위치될 수 있다. 이때, 상기 제 2 외주면(212b)은 상기 제 1 외주면(212a)으로부터 후방으로 소정간격 이격된 지점에 위치될 수 있다.
상기 제 2 외주면(212b)은 제 2 직경(D2)을 가지며, 축 방향으로 제 2 길이(L2)를 가지도록 형성된다. 즉, 상기 제 2 외주면(212b)은 제 2 직경(D2)을 가지는 원통 형상으로 형성되고, 제 2 길이(L2)만큼 연장될 수 있다.
특히, 본 발명에서 상기 제 1 외주면(212a)의 직경은, 상기 제 2 외주면(212b)의 직경보다 크게 형성된다. 즉, 상기 제 1 직경(D1)은, 상기 제 2 직경(D2)보다 수 μm이상 크게 형성된다.
이러한 구성에 의하여, 상기 제 1 외주면(212a)과 상기 실린더(120)의 사이의 간극은, 상기 제 2 외주면(212b)과 상기 실린더(120) 사이의 간극보다 작아질 수 있다. 즉, 상기 제 1 외주면(212a)과 상기 실린더(120)의 사이의 간극은 상대적으로 작게 형성될 수 있고, 상기 제 2 외주면(212b)과 상기 실린더(120) 사이의 간극은 상대적으로 크게 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 제 1 베어링(212) 측으로 유입된 베어링 냉매는, 상기 제 1 외주면(212a)을 따라 흘러서 상기 압축공간(P) 측으로 누설되는 것이 최소화될 수 있다. 또한, 상기 제 1 베어링(212) 측으로 유입된 베어링 냉매는, 상기 제 2 외주면(212b)을 따라 흐르는 과정에서 상기 피스톤(200)과 상기 실린더(120) 간의 마찰손실을 줄일 수 있다.
또한, 상기 제 1 외주면(212a)의 축 방향 길이는, 상기 제 2 외주면(212b)의 축 방향 길이보다 길게 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 길이(L1)는 상기 제2 길이(L2)보다 소정길이 길게 형성될 수 있다.
상기 제 1 외주면(212a)의 축 방향 길이(L1)가 상기 제 2 외주면(212b)의 축 방향 길이(L2)보다 길게 형성되면, 상기 제 1 외주면(212a)과 상기 실린더(120)의 내주면 사이의 간극의 길이 또는 유로의 길이가 길어질 수 있다.
그러면, 상기 제 1 베어링(212) 측으로 유입된 베어링 냉매는, 상기 제 1 외주면(212a)을 통과하는 과정에서 유동 저항을 받게 되고, 이에 따라 상기 압축공간(P) 측으로 누설되는 양을 현저히 줄일 수 있다. 즉, 베어링 냉매가 유동하는 축 방향 유로 길이를 증가시킴으로써, 유동 저항을 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 제 1 베어링(212)에는, 제 3 외주면(212c)이 더 포함된다.
상기 제 3 외주면(212c)은, 상기 제 1 베어링(212)의 외주면 일부를 형성한다. 상기 제 3 외주면(212c)은 상기 제 1 외주면(212a)과, 상기 제 2 외주면(212b)을 연결하는 부분으로 이해된다. 즉, 상기 제 3 외주면(212c)은 상기 제 1 외주면(212a)과 상기 제 2 외주면(212b)의 사이에 위치된다.
상기 제 3 외주면(212c)은 제 3 직경(D3)을 가지며, 축 방향으로 연장되어 형성된다. 즉, 상기 제 3 외주면(212c)은 제 3 직경(D3)을 가지는 원통 형상으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 제 3 외주면(212c)의 직경은, 상기 제 2 외주면(212b)의 직경보다 작게 형성된다. 즉, 상기 제 3 직경(D3)은 상기 제 2 직경(D2)보다 작게 형성된다. 상기 제 3 외주면(212c)의 직경은, 상기 제 1 베어링(212)의 전체 외주면 중에서 가장 작은 직경을 가질 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 제 3 외주면(212c)과 상기 실린더(120)의 사이의 간극은, 상기 제 1 외주면(212a) 또는 상기 제 2 외주면(212b)에 비하여 크게 형성될 수 있다. 다시 말하면, 상기 제 1 베어링(210)의 제 3 외주면(212c)과 상기 실린더(120)의 이격 거리가 가장 멀다고 할 수 있다.
또한, 상기 제 3 외주면(212c)은 상기 제 1 베어링(212)의 외주면에서 반경방향 내측으로 함몰되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 3 외주면(212c)은 상기 피스톤 본체(210)의 외주면에서 홈 가공을 통해 형성될 수 있다. 그리고 상기 제 1 베어링(212) 측으로 유입된 베어링 냉매는, 상기 제 2 외주면(212b)을 타고 유동하여 상기 제 3 외주면(212c)으로 유동한 후, 상기 제 1 외주면(212a) 측으로 유동할 수 있다.
또한, 상기 제 1 베어링(212)에는, 제 4 외주면(212d)이 더 포함된다.
상기 제 4 외주면(212d)은, 상기 제 1 베어링(212)의 외주면 일부를 형성한다. 상기 제 4 외주면(212d)은 상기 제 1 베어링(212)의 전단부에 형성될 수 있다.
즉, 상기 제 4 외주면(212d)은 상기 전면부(211)로부터 후방으로 연장되는 부분을 의미할 수 있다. 상기 제 4 외주면(212d)은 상기 전면부(211)로부터 상기 제 1 연장부(212a)까지 연장되어 형성된다. 이때, 상기 제 4 외주면(212d)은 상기 전면부(211)로부터 후방으로 갈수록 직경이 커지도록 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 베어링(212)에는, 제 5 외주면(212e)이 더 포함된다.
상기 제 5 외주면(212e)은, 상기 제 1 베어링(212)의 외주면 일부를 형성한다. 상기 제 5 외주면(212e)은 상기 제 1 외주면(212a)과, 상기 제 3 외주면(212c)을 연결하는 부분으로 이해된다. 즉, 상기 제 5 외주면(212e)은 상기 제 1 외주면(212a)과 상기 제 3 외주면(212c)의 사이에 위치된다.
상기 제 5 외주면(212e)은 상기 제 1 외주면(212a)으로부터 상기 제 3 연장부(212c)까지 연장되어 형성된다. 이때, 상기 제 5 외주면(212e)은 상기 제 1 외주면(212a)의 후단부로부터 후방으로 갈수록 직경이 작아지도록 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 베어링(212)에는, 제 6 외주면(212f)이 더 포함된다.
상기 제 6 외주면(212f)은, 상기 제 1 베어링(212)의 외주면 일부를 형성한다. 상기 제 6 외주면(212f)은 상기 제 3 외주면(212c)과, 상기 제 2 외주면(212b)을 연결하는 부분으로 이해된다. 즉, 상기 제 6 외주면(212f)은 상기 제 3 외주면(212c)과 상기 제 2 외주면(212b)의 사이에 위치된다.
상기 제 6 외주면(212f)은 상기 제 3 외주면(212c)으로부터 상기 제 2 연장부(212b)까지 연장되어 형성된다. 이때, 상기 제 6 외주면(212f)은 상기 제 3 외주면(212c)의 후단부로부터 후방으로 갈수록 직경이 커지도록 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 베어링(212)에는, 제 7 외주면(212g)이 더 포함된다.
상기 제 7 외주면(212g)은, 상기 제 1 베어링(212)의 외주면 일부를 형성한다. 상기 제 7 외주면(212g)은 상기 제 1 베어링(212)의 후단부에 형성될 수 있다.
상기 제 7 외주면(212g)은 상기 제 2 외주면(212b)과, 상기 제 1 연결부(214)를 연결하는 부분으로 이해된다. 즉, 상기 제 7 외주면(212g)은 상기 제 2 외주면(212b)과 상기 제 1 연결부(214)의 사이에 위치된다.
상기 제 7 외주면(212g)은 상기 제 2 외주면(212b)으로부터 상기 제 1 연결부(214)까지 연장되어 형성된다. 이때, 상기 제 6 외주면(212g)은 상기 제 2 외주면(212b)의 후단부로부터 후방으로 갈수록 직경이 작아지도록 경사지게 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제 1 베어링(212)의 전단부(211)의 직경(D4)은, 상기 제 3 외주면(212c)의 직경(D3)보다는 크고, 상기 제 1 외주면(212a)의 직경(D1)보다는 작게 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제 1 연결부(214)의 직경(D5)은, 상기 제 3 외주면(212c)의 직경(D3)보다 작게 형성될 수 있다.
정리하면, 상기 제 1 베어링(212)의 전면부(211)를 기준으로, 상기 제 4 외주면(212d), 제 1 외주면(212a), 제 5 외주면(212e), 제 3 외주면(212c), 제 6 외주면(212f), 제 2 외주면(212b) 및 제 7 외주면(212g)이 순차적으로 연결되어 상기 제 1 베어링(212)의 외주면 또는 측면을 형성할 수 있다.
한편, 도 4를 참조하면, 상기 제 2 베어링(213) 또는 상기 제 3 파트(210c)에는, 베어링 외주면(213a)이 포함된다.
구체적으로, 상기 베어링 외주면(213a)은, 상기 제 2 베어링(213)의 외주면의 적어도 일부를 형성한다. 상기 베어링 외주면(213a)은 제 6 직경(D6)을 가지며, 축 방향으로 제 3 길이(L3)를 가지도록 형성된다. 즉, 상기 베어링 외주면(213a)은 제 3 직경(D3)을 가지는 원통 형상으로 형성되고, 제 3 길이(L3)만큼 연장될 수 있다.
여기서, 상기 제 2 베어링(213)의 베어링 외주면(213a) 직경은, 상기 제 1 연결부(214) 또는 상기 제 2 연결부(215)의 직경보다 크게 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 6 직경(D6)은 상기 제 5 직경(D5)보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 베어링(213)의 베어링 외주면(213a) 직경은, 상기 제 1 베어링(212)의 제 1 외주면(212a) 직경보다 작게 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 6 직경(D6)은 상기 제 1 직경(D1)보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 베어링(213)의 베어링 외주면(213a) 직경은, 상기 제 1 베어링(212)의 제 2 외주면(212b) 직경과 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 6 직경(D6)은 상기 제 2 직경(D2)과 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 베어링(213)의 제 1 외주면(212a) 축 방향 길이는, 상기 제 1 베어링(212)의 제 1 외주면(212a) 또는 제 2 외주면(212b)의 축 방향 길이보다 길게 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 6 길이(L6)는 상기 제 1 길이(L1) 또는 상기 제 2 길이(L2)보다 길게 형성될 수 있다.
즉, 상기 제 2 베어링(213)의 베어링 외주면(213a)의 축 방향 길이는, 상기 제 1 베어링(212)의 제 1 외주면(212a) 또는 제 2 외주면(212b)의 축 방향 길이보다 길게 형성됨으로써, 베어링 냉매가 상기 제 2 베어링(213)을 통하여 상기 실린더(120) 외부로 누설되는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 제 2 베어링(213)에는, 제 1 연장면(213b)이 더 포함된다.
상기 제 1 연장면(213b)은, 상기 제 2 베어링(213)의 외주면 일부를 형성한다. 상기 제 1 연장면(213b)은 상기 제 2 베어링(213)의 전단부에 형성될 수 있다.
즉, 상기 제 1 연장면(213b)은 상기 제 1 연결부(214)로부터 후방으로 연장되는 부분을 의미할 수 있다. 상기 제 1 연장면(213b)은 상기 제 1 연결부(214)로부터 상기 베어링 외주면(213a)까지 연장되어 형성된다. 이때, 상기 제 1 연장면(213b)은 상기 제 1 연결부(214)로부터 후방으로 갈수록 직경이 커지도록 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 베어링(213)에는, 제 2 연장면(213c)이 더 포함된다.
상기 제 2 연장면(213c)은, 상기 제 2 베어링(213)의 외주면 일부를 형성한다. 상기 제 2 연장면(213c)은 상기 제 2 베어링(213)의 후단부에 형성될 수 있다.
즉, 상기 제 2 연장면(213c)은 상기 베어링 외주면(213a)으로부터 후방으로 연장되는 부분을 의미할 수 있다. 상기 제 2 연장면(213c)은 상기 베어링 외주면(213a)으로부터 상기 제 2 연결부(215)까지 연장되어 형성된다. 이때, 상기 제 2 연장면(213c)은 상기 베어링 외주면(213a)으로부터 후방으로 갈수록 직경이 작아지도록 경사지게 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 피스톤이 실린더의 상사점까지 전진된 모습을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 피스톤이 실린더의 하사점까지 후퇴된 모습을 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 피스톤(200)은 상기 실린더(120) 내에서 전후방향으로 직선왕복운동할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 상사점(P1)은 축 방향에 대하여 상기 실린더(120)의 전면부 또는 전단부에 해당하는 지점으로 이해되고, 상기 하사점(P2)은 상기 상사점(P1)으로부터 후방으로 소정거리 이격된 지점으로 이해될 수 있다. 즉, 상기 피스톤(200)은 상기 상사점(P1)으로부터 상기 하사점(P2)까지의 스트로크 거리(L)를 가질 수 있다.
이때, 상기 하사점(P2)은 상기 베어링 유입유로(40)로부터 전방으로 소정거리 이격된 지점에 위치될 수 있다. 즉, 상기 하사점(P2)은 상기 실린더(120)의 전면부와 상기 베어링 유입유로(40)의 사이에 위치될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 피스톤(200)은 상기 상사점(P1)까지 전진하여 냉매를 압축 및 토출시킨다. 그리고 상기 피스톤(200)의 전면부(211)가 상기 상사점(P1)에 위치되면, 상기 실린더(120)의 베어링 유입유로(40)와 상기 피스톤(200)의 제 1 연결부(214)가 중첩 또는 연통된다.
그리고 베어링 냉매가 상기 베어링 유입유로(40)를 통과하여 상기 피스톤(200)의 외주면 측으로 유입될 수 있다. 그리고 유입된 베어링 냉매는 상기 피스톤(200)의 외주면을 따라 축 방향 및 원주 방향으로 유동하여 베어링 기능을 수행한다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 피스톤(200)은 상기 하사점(P2)까지 후퇴하여 냉매를 흡입시킨다. 특히, 상기 피스톤(200)이 후퇴하는 과정에서, 상기 피스톤(200)의 제 1 베어링(212)은 상기 베어링 유입유로(40)에 노출되거나 또는 중첩될 수 있다.
구체적으로, 상기 피스톤(200)이 후퇴하는 과정에서, 상기 제 1 베어링(212)의 제 2 외주면(212b)은 상기 베어링 유입유로(40)에 모두 노출될 수 있다. 다시 말하면, 상기 피스톤(200)이 후퇴하는 과정에서, 상기 제 1 베어링(212)의 제 2 외주면(212b)은 상기 베어링 유입유로(40)를 통과할 수 있다. 이때, 상기 피스톤(200)의 전면부(211)가 상기 하사점(P2)에 위치되면, 상기 제 1 베어링(212)의 제 2 외주면(212b)은 상기 베어링 유입유로(40)의 후방에 위치될 수 있다.
또한, 상기 피스톤(200)의 전면부(211)가 상기 하사점(P2)에 위치되면, 상기 제 1 베어링(212)의 제 1 외주면(212a) 일부가 상기 베어링 유입유로(40)에 중첩 또는 노출될 수 있다. 이때, 상기 제 1 외주면(212a)은 상기 베어링 유입유로(40)에 의해 완전히 중첩 또는 노출되는 않는다. 즉, 상기 제 1 외주면(212a)의 전면부(211)는, 상기 베어링 유입유로(40)의 선단부에 비해 축 방향 전방에 위치된다.
이러한 구성에 의하면, 상기 제 1 외주면(212a)과 상기 실린더(120)의 내주면 사이의 간극(C1)은 상대적으로 작게 유지될 수 있고, 이에 따라 상기 베어링 유입유로(40)를 통해 유입된 냉매가 상기 간극(C1)을 통하여 상기 압축공간(P) 측으로 누설되는 것이 최소화될 수 있다.
반면, 상기 제 1 베어링(212)의 제 2 외주면(212b)과 상기 실린더(120)의 내주면 사이의 간극(C2)은, 상기 제 1 외주면(212a)과 상기 실린더(120)의 내주면 사이의 간극(C1)보다 상대적으로 크게 형성되므로, 이에 따라 상기 피스톤(200)과 실린더(120) 간의 마찰손실이 최소화될 수 있다.
즉, 상기 피스톤(200)과 상기 실린더(120) 간의 마찰손실은 최소화하면서 상기 피스톤(200)의 제 1 베어링(212)을 통해 냉매가 누설되는 것을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 상기 피스톤(200)에 대한 부상력이 향상되고, 상기 리니어 압축기(10)의 압축 효율이 향상될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 피스톤의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 실시예는 다른 부분에 있어서는 제 1 실시예와 동일하고, 다만 피스톤의 구조에 있어서 차이가 있는 것을 특징으로 한다. 따라서, 이하에서는 본 실시예의 특징적인 부분에 대해서만 설명하기로 하고, 제 1 실시예와 동일한 부분은 이를 원용하기로 한다.
도 7에서는 설명의 편의상 피스톤을 이루는 각 부분 간의 직경 차이를 비교적 크게 도시하였다. 다만, 실질적으로 피스톤을 이루는 각 부분 간의 직경차는 수 μm에 해당된다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 리니어 압축기(10)에는, 피스톤(300), 실린더(120) 및 프레임(110)이 포함된다.
상기 실린더(120) 및 프레임(110)은 앞서 설명된 제 1 실시예와 동일하므로, 상기 실린더(120) 및 프레임(110)의 상세한 설명은 생략하도록 한다.
상기 피스톤(300)은, 상기 실린더(120) 내에서 왕복이동하는 구성으로 이해된다. 상기 피스톤(300)은 축 방향으로 직선왕복운동하며 냉매를 압축하는 구성에 해당된다.
상기 피스톤(300)에는 피스톤 본체(310) 및 상기 피스톤 본체(310)의 후단부로부터 반경방향으로 연장되는 피스톤 플랜지(320)가 포함된다.
상기 피스톤 본체(310)는 상기 실린더(120)의 내부에서 직선왕복운동하며, 상기 피스톤 플랜지(320)는 상기 실린더(120)의 외측에서 왕복운동할 수 있다.
구체적으로, 상기 피스톤 본체(310)는 대략 원통 형상을 가지며 축 방향으로 연장되는 형상으로 형성된다. 상기 피스톤 본체(310)는 상기 실린더(120)의 내경보다 작은 외경을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 피스톤 본체(310)가 상기 실린더(120)의 내측에 삽입되면, 상기 피스톤 본체(310)의 외주면과 상기 실린더(120)의 내주면 사이에 갭이 형성될 수 있다.
특히, 상기 피스톤 본체(310)는, 전면으로부터 후방으로 갈수록 외경이 작아지도록 형성된다. 즉, 상기 피스톤 본체(310)는 전면에서 후방을 향하여 단면적이 작아지도록 테이퍼지게 형성될 수 있다. 따라서, 상기 피스톤 본체(310)의 전단부의 직경은, 후단부의 직경보다 크게 형성된다.
구체적으로, 상기 피스톤 본체(310)에는, 제 1 베어링(311)과, 제 2 베어링(312) 및 제 1 연결부(313)가 포함된다. 또한, 상기 피스톤 본체(310)에는 제 2 연결부(314)가 더 포함될 수 있다.
상기 제 1 베어링(311)은, 상기 피스톤 본체(310)의 외주면 일부를 형성한다. 상기 제 1 베어링(311)은 상기 피스톤 본체(310)의 전방부에 위치될 수 있다. 즉, 상기 제 1 베어링(311)은 상기 피스톤 본체(310)의 전단부로부터 후방으로 연장되는 부분을 의미한다.
상기 제 1 베어링(311)은, 상기 실린더(120) 내에서 상기 토출밸브(161)와 마주보게 배치된다. 그리고 상기 제 1 베어링(311)은 상기 실린더(120)의 압축공간(P)에 가장 인접하게 배치될 수 있다.
상기 제 1 베어링(311)은 원형의 단면을 가질 수 있다. 그리고 상기 제 1 베어링(311)은 전면부(311a)로부터 후방으로 갈수록 단면적이 작아지도록 형성된다. 즉, 상기 제 1 베어링(311)은 상기 전면부(311a)로부터 후면부(311b)를 향하여 외경이 작아지도록 테이퍼지게 가공될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 베어링(311)의 전면부(311a)의 직경(D7)은, 후면부(311b)의 직경(D8)보다 크게 형성된다.
또한, 상기 제 2 베어링(312)은, 상기 피스톤 본체(310)의 외주면 일부를 형성한다. 상기 제 2 베어링(312)은 상기 제 1 베어링(311)으로부터 후방으로 이격된 지점에 위치될 수 있다.
상기 제 2 베어링(312)은 원형의 단면을 가질 수 있다. 그리고 상기 제 2 베어링(312)은 전면부(312a)로부터 후방으로 갈수록 단면적이 작아지도록 형성된다. 즉, 상기 제 2 베어링(312)은 상기 전면부(312a)로부터 후면부(312b)를 향하여 외경이 작아지도록 테이퍼지게 가공될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 2 베어링(312)의 전면부(312a)의 직경(D9)은, 후면부(312a)의 직경(D10)보다 크게 형성된다.
또한, 상기 제 1 연결부(313)는, 상기 피스톤 본체(310)의 외주면 일부를 형성하며, 상기 제 1 베어링(311)과 상기 제 2 베어링(312)을 연결하는 부분으로 이해될 수 있다. 즉, 상기 제 1 연결부(313)는 상기 제 1 베어링(311)과 상기 제 2 베어링(312)의 사이에 위치된다.
상기 제 1 연결부(313)는 원형의 단면을 가질 수 있다. 그리고, 상기 제 1 연결부(313)는 전면으로부터 후방으로 갈수록 단면적이 작아지도록 테이퍼지게 형성된다.
상기 제 1 연결부(313)는, 상기 피스톤 본체(300)의 외주면에서 반경방향 내측으로 함몰되어 형성된다. 즉, 상기 제 1 연결부(313)는 상기 피스톤 본체(310)의 외주면에서 홈 가공을 통해 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 연결부(314)는, 상기 피스톤 본체(310)의 외주면 일부를 형성하며, 상기 제 2 베어링(312)과 상기 피스톤 플랜지(320)를 연결하는 부분으로 이해될 수 있다. 즉, 상기 제 2 연결부(314)는 상기 제 2 베어링(312)과 상기 피스톤 플랜지(320)의 사이에 위치된다.
상기 제 2 연결부(314)는 원형의 단면을 가질 수 있다. 상기 제 2 연결부(314)는 전면으로부터 후방으로 갈수록 단면적이 동일하게 형성될 수 있다.
상기 제 2 연결부(314)는, 상기 피스톤 본체(300)의 외주면에서 반경방향 내측으로 함몰되어 형성된다. 즉, 상기 제 2 연결부(314)는 상기 피스톤 본체(310)의 외주면에서 홈 가공을 통해 형성될 수 있다.
정리하면, 상기 피스톤 본체(310)는 전면을 기준으로, 상기 제 1 베어링(311), 제 1 연결부(313), 제 2 베어링(312) 및 제 2 연결부(314)가 순차적으로 연결되어 상기 피스톤 본체(310) 또는 상기 피스톤 본체(310)의 외주면을 형성할 수 있다.
상술한 본 실시예의 구성에 의하면, 상기 피스톤 본체(310)의 외주면과 상기 실린더(120)의 내주면 사이의 간격은, 상기 피스톤 본체(310)의 전면으로부터 후방을 향하여 점차적으로 커지도록 형성된다. 즉, 상기 제 1 베어링(311)의 전면부(311a)와 상기 실린더(120)의 내주면 사이의 간극이 가장 작고, 상기 제 2 연결부(314)의 외주면과 상기 실린더(120)의 내주면 사이의 간극이 가장 클 수 있다.
그러면, 상기 제 1 베어링(311)과 상기 실린더(120)의 내주면 사이의 간극이 상대적으로 작게 유지될 수 있고, 이에 따라 상기 베어링 유입유로(40)를 통해 유입된 베어링 냉매가 상기 제 1 베어링(311)을 통과하여 상기 압축공간(P)으로 누설되는 것이 최소화될 수 있다.
반면, 상기 제 2 베어링(312)의 외주면과 상기 실린더(120)의 내주면 사이의 간극은, 상기 제 2 베어링(312)의 외주면과 상기 실린더(120)의 내주면 사이의 간극보다 크게 형성되므로, 이에 따라 상기 피스톤(300)과 실린더(120) 간의 마찰손실이 최소화될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 리니어 압축기의 사시도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 리니어 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 리니어 압축기(10)가 설치되는 제품의 베이스에 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 제품에는 냉장고가 포함되며, 상기 베이스에는, 상기 냉장고의 기계실 베이스가 포함될 수 있다. 다른 예로서, 상기 제품에는 공기조화기의 실외기가 포함되며, 상기 베이스에는, 상기 실외기의 베이스가 포함될 수 있다.
상기 쉘(101)은 대략 원통 형상을 가지며, 가로방향으로 누워져 있는 배치, 또는 축 방향으로 누워 있는 배치를 이룰 수 있다. 도 8을 기준으로, 상기 쉘(101)은 가로 방향으로 길게 연장되며, 반경방향으로는 다소 낮은 높이를 가질 수 있다. 즉, 상기 리니어 압축기(10)는 낮은 높이를 가질 수 있으므로, 예를 들어 상기 리니어 압축기(10)가 냉장고의 기계실 베이스에 설치될 때, 상기 기계실의 높이를 감소시킬 수 있다는 이점이 있다.
상기 쉘(101)의 외면에는, 터미널(108)이 설치될 수 있다. 상기 터미널(108)은 외부 전원을 리니어 압축기의 모터 어셈블리(140, 도 10 참조)에 전달하는 구성으로서 이해된다. 특히, 상기 터미널(108)은 코일(141c, 도 10 참조)의 리드선에 연결될 수 있다.
상기 터미널(108)의 외측에는, 브라켓(109)이 설치된다. 상기 브라켓(109)에는 상기 터미널(108)을 둘러싸는 다수의 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 쉘 커버(102) 및 상기 쉘(101)의 개구된 타측부에 결합되는 제 2 쉘 커버(103)가 포함된다. 상기 쉘 커버(102,103)에 의하여, 상기 쉘(101)의 내부공간은 밀폐될 수 있다.
도 8을 기준으로, 상기 제 1 쉘 커버(102)는 상기 리니어 압축기(10)의 우측부에 위치되며, 상기 제 2 쉘 커버(103)는 상기 리니어 압축기(10)의 좌측부에 위치될 수 있다. 달리 말하면, 상기 제 1, 2 쉘 커버(102,103)는 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
상기 리니어 압축기(10)에는 상기 쉘(101) 또는 쉘 커버(102,103)에 구비되어, 냉매를 흡입, 토출 또는 주입시킬 수 있는 다수의 파이프(104,105,106)가 더 포함된다.
상기 다수의 파이프(104,105,106)에는, 냉매가 상기 리니어 압축기(10)의 내부로 흡입되도록 하는 흡입 파이프(104)와, 압축된 냉매가 상기 리니어 압축기(10)로부터 배출되도록 하는 토출 파이프(105) 및 냉매를 상기 리니어 압축기(10)에 보충하기 위한 프로세스 파이프(106)가 포함된다.
예를 들어, 상기 흡입 파이프(104)는 상기 제 1 쉘 커버(102)에 결합될 수 있다. 냉매는 상기 흡입 파이프(104)를 통하여 축 방향을 따라 상기 리니어 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, 상기 압축된 냉매는 상기 토출 파이프(105)를 통하여 배출될 수 있다. 상기 토출 파이프(105)는 상기 제 1 쉘 커버(102)보다 상기 제 2 쉘 커버(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 리니어 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 쉘 커버(103)의 적어도 일부분이 인접하게 위치될 수 있다. 달리 말하면, 상기 제 2 쉘 커버(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 쉘 커버(103)에 의해 작아지고, 그를 통과하며 다시 커지도록 형성된다. 이 과정에서, 냉매의 압력이 감소하여 냉매의 기화가 이루어질 수 있고, 이 과정에서, 냉매에 포함된 유분이 분리될 수 있다. 따라서, 유분이 분리된 냉매가 피스톤(130, 도 3 참조)의 내부로 유입되면서, 냉매의 압축성능이 개선될 수 있다. 상기 유분은, 냉각 시스템에 존재하는 작동유로서 이해될 수 있다.
상기 제 1 쉘 커버(102)의 내측면에는, 커버지지부(102a, 도 10 참조)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, 상기 리니어 압축기(10)의 본체를 지지하는 장치로서 이해될 수 있다.
여기서, 상기 리니어 압축기(10)의 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, 앞에서 설명된 피스톤(200)과, 후술될 마그넷(146), 서포터(137) 및 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 쉘 커버(102)의 내측면에는, 스토퍼(102b, 도 10 참조)가 구비될 수 있다. 상기 스토퍼(102b)는 상기 리니어 압축기(10)의 운반 중 발생하는 진동 또는 충격등에 의하여, 상기 리니어 압축기(10)의 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 리니어 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, 도 10 참조)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 스프링체결부(101a)는 상기 제 2 쉘 커버(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 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 리니어 압축기의 쉘 내부에 수용되는 압축기 본체의 분해 사시도이고, 도 10은 도 1의 IV-IV'를 따라 절개한 단면을 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 리니어 압축기(10)에는 상기 쉘(101)의 내부에 제공되는 실린더(120)와, 상기 실린더(120)의 내부에서 왕복 직선 운동하는 피스톤(200) 및 상기 피스톤(200)에 구동력을 부여하는 리니어 모터로서 모터 어셈블리(140)가 포함된다. 상기 모터 어셈블리(140)가 구동하면, 상기 피스톤(200)은 축 방향으로 왕복 운동할 수 있다.
또한, 상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 피스톤(200)에 결합되며, 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(200)의 내부로 유동한다. 예를 들어, 냉매가 상기 흡입 머플러(150)를 통과하는 과정에서, 냉매의 유동소음이 저감될 수 있다.
상기 흡입 머플러(150)에는, 다수의 머플러(151,152,153)가 포함된다. 상기 다수의 머플러에는, 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(200)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), 상기 제 2 머플러(152) 및 상기 제 1 머플러(151)를 차례로 통과할 수 있다. 이 과정에서, 냉매의 유동소음은 저감될 수 있다.
상기 흡입 머플러(150)에는, 머플러 필터(155)가 더 포함된다. 상기 머플러 필터(155)는 상기 제 1 머플러(151)와 상기 제 2 머플러(152)가 결합되는 경계면에 위치될 수 있다. 예를 들어, 상기 머플러 필터(155)는 원형의 형상을 가질 수 있으며, 상기 머플러 필터(155)의 외주부는 상기 제 1, 2 머플러(151,152)의 사이에 지지될 수 있다.
상기 피스톤(200)에는, 대략 원통 형상의 피스톤 본체(210) 및 상기 피스톤 본체(210)로부터 반경 방향으로 연장되는 피스톤 플랜지(220)가 포함된다. 상기 피스톤 본체(210)는 상기 실린더(120)의 내부에서 왕복 운동하며, 상기 피스톤 플랜지(220)는 상기 실린더(120)의 외측에서 왕복 운동할 수 있다.
상기 피스톤(200)은 앞서 설명된 도 1 내지 도 3에서 설명한 바 있으므로, 상기 피스톤(200)에 대한 구조는 생략하도록 한다.
상기 실린더(120)에는, 축 방향으로 연장되는 실린더 본체(121) 및 상기 실린더 본체(121)의 전방부 외측에 구비되는 실린더 플랜지(122)가 포함된다. 또한, 상기 실린더(120)의 내측에는 상기 제 1 머플러(151)의 적어도 일부분 및 상기 피스톤 본체(210)의 적어도 일부분을 수용하도록 구성된다.
상기 실린더 본체(121)에는, 토출밸브(161)를 통하여 배출된 냉매 중 적어도 일부의 냉매가 유입되는 베어링 유입유로(40)가 형성된다. 상기 베어링 유입유로(40)는 상기 실린더 본체(121)의 외주면에 형성된다.
상기 베어링 유입유로(40)는 상기 실린더 본체(121)의 외주면으로부터 반경방향 내측으로 함몰되어 형성된다. 상기 베어링 유입유로(40)는 다수 개가 구비될 수 있다. 상기 베어링 유입유로(40)는 상기 실린더 본체(121)의 외주면 둘레를 따라 다수 개가 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 실린더(120)의 내부에는, 상기 피스톤(200)에 의하여 냉매가 압축되는 압축 공간(P)이 형성된다. 그리고, 상기 피스톤 본체(210)의 전면부에는, 상기 압축 공간(P)으로 냉매를 유입시키는 흡입공(230)이 형성되며, 상기 흡입공(230)의 전방에는 상기 흡입공(230)을 선택적으로 개방하는 흡입밸브(250)가 제공된다.
또한, 상기 피스톤 본체(210)의 전면부에는, 소정의 체결부재가 결합되는 체결공이 형성된다. 자세하게는, 상기 체결공은 상기 피스톤 본체(210)의 전면부 중심에 위치되고, 상기 체결공을 감싸도록 복수 개의 흡입공(230)이 형성된다. 또한, 상기 체결부재는 상기 흡입밸브(250)를 관통하여 상기 체결공에 결합되어, 상기 흡입밸브(250)를 상기 피스톤 본체(210)의 전면부에 고정시킨다.
상기 압축 공간(P)의 전방에는, 상기 압축 공간(P)에서 배출된 냉매의 토출공간(D)을 형성하는 토출커버(160) 및 상기 토출커버(160)에 결합되며 상기 압축 공간(P)에서 압축된 냉매를 선택적으로 배출시키기 위한 토출밸브 어셈블리(161,163)가 제공된다. 상기 토출공간(D)은 상기 토출커버(160)의 내부 벽에 의하여 구획되는 다수의 공간부가 포함된다. 상기 다수의 공간부는 전후 방향으로 배치되며, 서로 연통될 수 있다.
상기 토출밸브 어셈블리(161,163)에는, 상기 압축 공간(P)의 압력이 토출압력 이상이 되면 개방되어 냉매를 상기 토출커버(160)의 상기 토출공간(D)으로 유입시키는 토출 밸브(161) 및 상기 토출 밸브(161)와 상기 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.
따라서, 상기 압축 공간(P)은 상기 흡입밸브(250)와 상기 토출 밸브(161)의 사이에 형성되는 공간으로서 이해된다. 그리고, 상기 흡입밸브(250)는 상기 압축 공간(P)의 일 측에 형성되고, 상기 토출 밸브(161)는 상기 압축 공간(P)의 타 측, 즉 상기 흡입밸브(250)의 반대 측에 제공될 수 있다.
상기 피스톤(200)이 상기 실린더(120)의 내부에서 왕복 직선운동 하는 과정에서, 상기 압축공간(P)의 압력이 토출압력보다 낮고 흡입압력 이하가 되면 상기 흡입밸브(250)가 개방되어 냉매는 상기 압축 공간(P)으로 흡입된다. 반면에, 상기 압축공간(P)의 압력이 상기 흡입압력 이상이 되면 상기 흡입밸브(250)가 닫힌 상태에서 상기 압축공간(P)의 냉매가 압축된다.
또한, 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, 상기 토출공간(D)으로 배출된다. 상기 냉매의 배출이 완료되면, 상기 밸브 스프링(163a)은 상기 토출 밸브(161)에 복원력을 제공하여, 상기 토출 밸브(161)가 닫혀지도록 한다.
한편, 상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 토출 커버(160)에 결합되며 상기 토출 커버(160)의 토출공간(D)을 유동한 냉매를 배출시키는 커버파이프(162a)가 더 포함된다. 예를 들어, 상기 커버파이프(162a)는 금속재질로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 커버파이프(162a)에 결합되며, 상기 커버파이프(162a)를 유동하는 냉매를 상기 토출 파이프(105)로 전달하는 루프 파이프(162b)가 더 포함된다. 상기 루프 파이프(162b)의 일측부는 상기 커버파이프(162a)에 결합되며, 타측부는 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.
상기 리니어 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(壓入, press fitting)될 수 있다. 또한, 상기 실린더(120) 및 프레임(110)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질로 구성될 수 있다.
상기 프레임(110)에는, 대략 원통 형상의 프레임 본체(111) 및 상기 프레임 본체(111)로부터 반경 방향으로 연장되는 프레임 플랜지(112)가 포함된다. 상기 프레임 본체(111)는 상기 실린더(120)를 둘러싸도록 배치된다. 즉, 상기 실린더(120)는 상기 프레임 본체(111)의 내측에 수용되도록 위치될 수 있다. 그리고, 상기 프레임 플랜지(112)는 상기 토출커버(160)와 결합될 수 있다.
또한, 상기 프레임(110)에는 상기 토출밸브(161)를 통하여 배출된 냉매 중 적어도 일부의 냉매를 상기 가스 유입유로(40)로 유동시키는 베어링 공급유로(60)이 형성된다. 상기 베어링 공급유로(60)은 상기 프레임 플랜지(112) 및 상기 프레임 본체(111)를 연통하도록 형성된다.
또한, 상기 프레임 플랜지(112)에는, 상기 베어링 공급유로(60)로 유입될 냉매 중 이물을 필터링 하기 위한 필터가 배치된다. 상기 필터는 상기 프레임 플랜지(112)에 형성된 내부공간에 압입되어 설치될 수 있다.
상기 모터 어셈블리(140)에는, 아우터 스테이터(141)와, 상기 아우터 스테이터(141)의 내측으로 이격되어 배치되는 이너 스테이터(148) 및 상기 아우터 스테이터(141)와 이너 스테이터(148)의 사이 공간에 위치하는 마그넷(146)이 포함된다.
상기 마그넷(146)은, 상기 아우터 스테이터(141) 및 이너 스테이터(148)와의 상호 전자기력에 의하여 직선 왕복 운동할 수 있다. 그리고, 상기 마그넷(146)은 1개의 극을 가지는 단일 자석으로 구성되거나, 3개의 극을 가지는 다수의 자석이 결합되어 구성될 수 있다.
상기 이너 스테이터(148)는 상기 프레임 본체(111)의 외주에 고정된다. 그리고, 상기 이너 스테이터(148)는 복수 개의 라미네이션이 상기 프레임 본체(111)의 외측에서 반경 방향으로 적층되어 구성된다.
상기 아우터 스테이터(141)에는, 코일 권선체(141b,141c,141d) 및 스테이터 코어(141a)가 포함된다. 상기 코일 권선체에는, 보빈(141b) 및 상기 보빈의 원주 방향으로 권선된 코일(141c)이 포함된다.
그리고, 상기 코일 권선체에는, 상기 코일(141c)에 연결되는 전원선이 상기 아우터 스테이터(141)의 외부로 인출 또는 노출되도록 가이드 하는 단자부(141d)가 더 포함된다. 상기 단자부(141d)는 상기 프레임 플랜지(112)를 관통하여 연장될 수 있다.
상기 스테이터 코어(141a)에는, 복수 개의 라미네이션(lamination)이 원주 방향으로 적층되어 구성된 다수의 코어 블럭이 포함된다. 상기 다수의 코어 블럭은, 상기 코일 권선체(141b, 141c)의 적어도 일부분을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
상기 아우터 스테이터(141)의 일측에는 스테이터 커버(149)가 제공된다. 이때, 상기 아우터 스테이터(141)의 일 측은 상기 프레임 플랜지(112)에 의하여 지지되며, 타 측은 상기 스테이터 커버(149)에 의하여 지지될 수 있다. 정리하면, 축 방향으로 상기 프레임 플랜지(112), 상기 아우터 스테이터(141) 및 상기 스테이터 커버(149)가 차례로 위치된다.
또한, 상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 스테이터 커버(149)와 상기 프레임 플랜지(112)를 체결하기 위한 커버체결부재(149a)가 더 포함된다. 상기 커버체결부재(149a)는, 상기 스테이터 커버(149)를 관통하여 상기 프레임 플랜지(112)를 향하여 전방으로 연장되며, 상기 프레임 플랜지(112)에 결합될 수 있다.
또한, 상기 리니어 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.
또한, 상기 리니어 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.
또한, 상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 피스톤(200)이 공진 운동할 수 있도록 각 고유 진동수가 조절된 복수의 공진 스프링(176a,176b)이 더 포함된다. 상기 복수의 공진 스프링(176a,176b)의 작용에 의하여, 상기 리니어 압축기(10)의 내부에서 왕복 운동하는 구동부의 안정적인 움직임이 수행되며, 상기 구동부의 움직임에 따른 진동 또는 소음 발생을 줄일 수 있다.
또한, 상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 토출커버(160)에 결합되며, 상기 압축기(10)의 본체의 일 측을 지지하는 제 1 지지장치(165)가 더 포함된다. 상기 제 1 지지장치(165)는 상기 제 2 쉘 커버(103)에 인접하게 배치되어, 상기 압축기(10)의 본체를 탄성 지지할 수 있다. 상세하게는, 상기 제 1 지지장치(165)에는, 제 1 지지스프링(166)이 포함된다. 상기 제 1 지지스프링(166)은, 상기 스프링체결부(101a)에 결합될 수 있다.
또한, 상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 리어 커버(170)에 결합되어, 상기 압축기(10)의 본체의 타 측을 지지하는 제 2 지지장치(185)가 더 포함된다. 상기 제 2 지지장치(185)는 상기 제 1 쉘 커버(102)에 결합되어, 상기 압축기(10)의 본체를 탄성 지지할 수 있다. 상세하게는, 상기 제 2 지지장치(185)에는, 제 2 지지스프링(186)이 포함된다. 상기 제 2 지지스프링(186)은, 상기 커버지지부(102a)에 결합될 수 있다.
또한, 상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 프레임(110)과, 상기 프레임(110) 주변의 부품간의 결합력을 증대하기 위한 다수의 실링부재가 포함된다. 상기 다수의 실링부재는 링 형상을 가질 수 있다.
상세하게는, 상기 다수의 실링부재에는, 상기 프레임(110)과 상기 토출커버(160)가 결합되는 부분에 구비되는 제 1 실링부재(127)가 포함된다. 또한, 상기 다수의 실링부재에는, 상기 프레임(110)과 상기 실린더(120)가 결합되는 부분에 구비되는 제 2, 3 실링부재(128,129a) 및 상기 프레임(110)과 상기 이너 스테이터(148)가 결합되는 부분에 구비되는 제 4 실링부재(129b)가 더 포함된다.

Claims (18)

  1. 냉매의 압축공간을 형성하는 실린더;
    상기 실린더의 내부에서 축 방향으로 왕복 이동되는 피스톤; 및
    상기 압축공간을 밀폐하도록 상기 실린더에 지지되는 토출밸브가 포함되고,
    상기 피스톤에는,
    축 방향으로 연장되는 제 1 파트;
    상기 제 1 파트의 직경보다 큰 직경을 가지며, 상기 토출밸브와 마주보는 상기 제 1 파트의 일 단부에 형성되는 제 2 파트; 및
    상기 제 1 파트의 직경보다 큰 직경 가지며, 상기 제 1 파트의 타 단부에 형성되는 제 3 파트가 포함되고,
    상기 제 2 파트에는,
    상기 피스톤의 전면에서 후방으로 연장되는 제 1 외주면; 및
    상기 제 1 외주면으로부터 상기 토출밸브와 멀어지는 방향으로 이격되는 제 2 외주면이 포함되고,
    상기 제 1 외주면과 상기 실린더의 내주면 사이의 간격은, 상기 제 2 외주면과 상기 실린더의 내주면 사이의 간격보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 외주면의 직경(D1)은, 상기 제 2 외주면의 직경(D2)보다 크게 형성되는 리니어 압축기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 외주면의 축 방향 길이(L1)는, 상기 제 2 외주면의 축 방향 길이(L2)보다 길게 형성되는 리니어 압축기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 파트에는, 상기 제 1 외주면과 상기 제 2 외주면을 연결하는 제 3 외주면이 더 포함되고,
    상기 제 3 외주면의 직경(D3)은, 상기 제 2 외주면의 직경(D2)보다 작게 형성되는 리니어 압축기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 피스톤의 전단부의 직경(D4)은, 상기 제 1 외주면의 직경(D1)보다 작게 형성되는 리니어 압축기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 파트에는, 상기 피스톤의 전면으로부터 상기 제 1 외주면까지 연장되는 제 4 외주면이 더 포함되고,
    상기 제 4 외주면은, 상기 피스톤의 전면에서 후방으로 갈수록 단면적이 커지도록 경사지는 리니어 압축기.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 파트에는, 상기 제 1 외주면으로부터 상기 제 3 외주면까지 연장되는 제 5 외주면이 더 포함되고,
    상기 제 5 외주면은, 상기 제 1 외주면에서 후방으로 갈수록 단면적이 작아지도록 경사지는 리니어 압축기.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 파트에는, 상기 제 3 외주면으로부터 상기 제 2 외주면까지 연장되는 제 6 외주면이 더 포함되고,
    상기 제 6 외주면은, 상기 제 3 외주면에서 후방으로 갈수록 단면적이 커지도록 경사지는 리니어 압축기.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 파트에는, 상기 피스톤의 외주면을 형성하며, 상기 제 2 파트와 상기 제 3 파트를 연결하는 연결부가 더 포함되는 리니어 압축기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 연결부의 직경(D5)은, 상기 제 3 외주면의 직경(D3)보다 작게 형성되는 리니어 압축기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 파트에는, 상기 제 2 외주면으로부터 상기 연결부까지 연장되는 제 7 외주면이 더 포함되고,
    상기 제 7 외주면은, 상기 제 2 외주면에서 후방으로 갈수록 단면적이 작아지도록 경사지는 리니어 압축기.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 3 파트에는, 상기 연결부로부터 후방으로 연장되는 베어링 외주면이 포함되고,
    상기 베어링 외주면의 직경(D6)은, 상기 연결부의 직경(D5)보다 크게 형성되는 리니어 압축기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 베어링 외주면의 직경(D6)은, 상기 제 2 외주면의 직경(D2)보다 작거나 또는 동일하게 형성되는 리니어 압축기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더에는, 상기 압축공간에서 토출된 냉매 중 일부가 상기 실린더의 외측에서 내측으로 유입되는 베어링 유입유로가 형성되고,
    상기 베어링 유입유로를 통해 유입된 냉매는, 상기 피스톤의 외주면을 따라 유동하는 리니어 압축기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 피스톤은, 상기 실린더의 내부에서 상사점(P1)까지 전진하고 하사점(P2)까지 후퇴하는 직선 왕복운동을 하고,
    상기 피스톤이 상기 하사점(P2)까지 이동하는 경우, 상기 제 1 외주면의 일부는, 상기 베어링 유입유로와 반경방향으로 중첩되는 리니어 압축기.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 피스톤에는, 원통 형상으로 형성되는 피스톤 본체와, 상기 피스톤 본체로부터 반경방향 외측으로 연장되는 피스톤 플랜지가 포함되고,
    상기 제 1 외주면 및 상기 제 2 외주면은, 상기 피스톤 본체에 형성되는 리니어 압축기.
  17. 삭제
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 피스톤 본체의 전단부의 직경은, 상기 피스톤 본체의 후단부의 직경보다 크게 형성되는 리니어 압축기.
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