KR102268266B1

KR102268266B1 - 압축기 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102268266B1
Application number: KR1020190142295A
Authority: KR
Inventors: 김동한
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2019-11-08
Filing date: 2019-11-08
Publication date: 2021-06-23
Also published as: EP3819501B1; US20210140425A1; KR20210055921A; CN214944819U; US11542939B2; EP3819501A1

Abstract

압축기 및 그 제조방법이 개시된다. 본 명세서에 따른 압축기는 내부에 냉매 가스가 흡입되는 흡입공간을 형성하는 원통 형상의 피스톤과, 내부에 형성되는 공간으로 피스톤이 축 방향으로 왕복 이동하여 냉매 가스를 압축하는 압축공간을 형성하는 실린더를 포함하고, 실린더는 일 측이 실린더 외부의 가스 포켓에 연통되고 타 측이 실린더 내부에 형성되는 공간에 연통되는 가스유입통로가 형성되고, 피스톤은 실린더를 마주보는 가이드부에 형성되고 가스유입부에 대응되는 위치에 마련되는 복수의 미세홈이 형성된다.

Description

압축기 및 그 제조방법{Compressor and Manufacturing Method thereof}

본 명세서는 압축기 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게, 피스톤의 선형 왕복 운동에 의해 냉매를 압축하는 리니어 압축기 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 모터나 터빈 등의 동력 발생 장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 등의 작동 유체를 압축하도록 이루어지는 장치를 말한다. 압축기는 산업 전반이나 가전 제품, 특히 증기압축식 냉동사이클(이하 '냉동 사이클'로 칭함) 등에 널리 적용되고 있다.

이러한 압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 왕복동식 압축기(Reciprocating compressor), 회전식 압축기(로터리 압축기, Rotary compressor), 스크롤 압축기(Scroll compressor)로 구분될 수 있다.

왕복동식 압축기는 피스톤과 실린더 사이에 압축공간이 형성되고 피스톤이 직선 왕복 운동하여 유체를 압축하는 방식이고, 로터리 압축기는 실린더 내부에서 편심 회전되는 롤러에 의해 유체를 압축하는 방식이며, 스크롤 압축기는 나선형으로 이루어지는 한 쌍의 스크롤이 맞물려 회전되어 유체를 압축하는 방식이다.

최근에는 왕복동식 압축기 중에서 크랭크 축을 사용하지 않고 직선 왕복 운동을 이용한 리니어 압축기 사용이 점차 증가하고 있다. 리니어 압축기는 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 전환하는데 따르는 기계적인 손실이 적어 압축기의 효율이 향상되며 구조가 비교적 간단한 장점이 있다.

리니어 압축기는, 밀폐 공간을 형성하는 케이싱 내부에 실린더가 위치되어 압축실을 형성하고, 압축실을 덮는 피스톤이 실린더 내부를 왕복 운동하도록 구성될 수 있다. 리니어 압축기는 피스톤이 하사점(BDC, Bottom Dead Center)에 위치되는 과정에서 밀폐 공간 내의 유체가 압축실로 흡입되고, 피스톤이 상사점(TDC, Top Dead Center)에 위치되는 과정에서 압축실의 유체가 압축되어 토출되는 과정이 반복된다.

리니어 압축기의 내부에는 압축유닛과 구동유닛이 각각 설치되며, 구동유닛에서 발생하는 움직임을 통해 압축유닛은 공진 스프링에 의해 공진운동을 하면서 냉매를 압축하고 토출시키는 과정을 수행하게 된다.

리니어 압축기는 피스톤은 공진 스프링에 의해 실린더의 내부에서 고속으로 왕복운동을 하면서 흡입관을 통해 냉매를 케이싱의 내부로 흡입한 후, 피스톤의 전진 운동으로 압축공간에서 토출되어 토출관을 통해 응축기로 이동하는 일련의 과정을 반복적으로 수행하게 된다.

한편, 리니어 압축기는 윤활방식에 따라, 오일윤활형 리니어 압축기와 가스형 리니어 압축기로 구분할 수 있다.

오일윤활형 리니어 압축기는 특허문헌1(한국 공개특허공보 10-2015-0040027)에 개시된 바와 같이, 케이싱의 내부에 일정량의 오일이 저장되어 그 오일을 이용하여 실린더와 피스톤 사이를 윤활하도록 구성되어 있다. 반면, 가스윤활형 리니어 압축기는 특허문헌2(한국 공개특허공보 10-2016-0024217)에 개시된 바와 같이, 케이싱의 내부에 오일이 저장되지 않고 압축공간에서 토출되는 냉매의 일부를 실린더와 피스톤 사이로 유도하여 그 냉매의 가스력으로 실린더와 피스톤 사이를 윤활하도록 구성되어 있다.

오일윤활형 리니어 압축기는, 상대적으로 온도가 낮은 오일이 실린더와 피스톤 사이로 공급됨에 따라, 실린더와 피스톤이 모터열이나 압축열 등에 의해 과열되는 것을 억제할 수 있다. 이를 통해, 오일윤활형 리니어 압축기는 피스톤의 흡입유로를 통과하는 냉매가 실린더의 압축실로 흡입되면서 가열되어 비체적이 상승하는 것을 억제하여 흡입손실이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.

하지만, 오일윤활형 리니어 압축기는, 냉매와 함께 냉동사이클 장치로 토출되는 오일이 압축기로 원활하게 회수되지 않을 경우 그 압축기의 케이싱 내부에서는 오일부족이 발생할 수 있고, 이러한 케이싱 내부에서의 오일 부족은 압축기의 신뢰성이 저하되는 원인이 될 수 있다.

반면, 가스윤활형 리니어 압축기는, 오일윤활형 리니어 압축기에 비해 소형화가 가능하고, 실린더와 피스톤 사이를 냉매로 윤활하기 때문에 오일부족으로 인한 압축기의 신뢰성 저하가 발생하지 않는다는 점에서 유리하다.

상기와 같은 종래의 가스윤활형 리니어 압축기는, 실린더 내부에 윤활 가스를 유입하는 급기구 입구에 실을 감아 오물이 유입되는 것을 방지하고 있다.

도 2를 참조하면, 오일윤활형 리니어 압축기와 가스윤활형 리니어 압축기 모두에서 피스톤에 정렬불량이 발생하면 편심되거나 기울어진 채로 실린더 내부를 왕복 운동하게 된다. 피스톤이 실린더에 접촉하면 피스톤과 실린더에 마모가 발생하여 파티클을 발생시키고, 피로가 누적되는 경우 파손을 야기하기도 한다.

한편, 피스톤에 윤활면의 압력이 작용하면서 피스톤이 실린더에 접촉하지 않도록 자세를 잡아줄 수 있다. 이러한 압력의 크기는 피스톤과 실린더의 형상에 의해 한계점이 정해지게 되며, 큰 외력이 발생하는 경우에는 피스톤과 실린더의 접촉이 발생할 수 있다. 그리고 이러한 마찰 마모가 국부적으로 발생하면서 피스톤과 실린더 사이의 틈새가 증가하는 등 윤활면의 형상이 달라지면 피스톤의 부상능력 저하가 야기된다.

이와 같은 접촉으로 인한 피스톤과 실린더의 마모량을 줄이기 위해 피스톤 및 실린더의 표면에 아노다이징, DLC(Diamond like carbon coating), 또는 Teflon 등의 코팅을 적용하는 데, 이러한 코팅 공정을 위한 시간 및 비용의 상승이 발생하며, 코팅 후 허용 공차를 맞추기 위한 추가 가공이 요구되어 생산 효율 측면에서도 문제점이 야기된다.

한국 공개특허공보 KR10-2015-0040027 A (2015.04.14. 공개) 한국 공개특허공보 KR10-2016-0024217 A (2016.03.04. 공개)

본 명세서는 피스톤과 실린더의 결합구조에서 피스톤이 편심되고 기울어진 정렬불량 상태로 실린더 안을 왕복할 때 발생하는 피스톤 또는 실린더의 마모를 방지할 수 있도록 윤활면의 내마모성을 향상시키고 마찰손실을 저감할 수 있어, 결과적으로 압축 신뢰성을 향상시킬 수 있는 압축기 및 그 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

또한, 본 명세서의 다른 실시예는 습동부에 오일이 유입되는 것을 방지할 수 있는 압축기 및 그 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

본 명세서의 일 실시예에 따른 압축기는 내부에 냉매 가스가 흡입되는 흡입공간을 형성하는 원통 형상의 피스톤과, 내부에 형성되는 공간으로 상기 피스톤이 축 방향으로 왕복 이동하여 냉매 가스를 압축하는 압축공간을 형성하는 실린더를 포함하고, 상기 실린더는 일 측이 상기 실린더 외부의 가스 포켓에 연통되고 타 측이 상기 실린더 내부에 형성되는 공간에 연통되는 가스유입통로가 형성되고, 상기 피스톤은 상기 실린더를 마주보는 가이드부에 형성되고 상기 가스유입통로에 대응되는 위치에 마련되는 복수의 미세홈이 형성됨으로써, 상기 실린더의 리스트릭터로부터 발생하는 가압의 가스를 베어링 영역의 넓은 면으로 이동시켜 상기 피스톤에 작용하는 부상력을 증가시킬 수 있다.

이 때, 상기 복수의 미세홈은 상기 가이드부에 형성되고 원주 방향 및 축 방향으로 각각 복수 개 형성되는 제1 미세홈을 포함할 수 있다.

또는, 상기 복수의 미세홈은 상기 가이드부에 형성되고 원주 방향으로 연장되고 축 방향으로 복수 개 형성되는 제2 미세홈을 포함할 수 있다.

또는, 상기 복수의 미세홈은 상기 가이드부에 형성되고 상기 흡입공간에 연통되고 원주 방향 및 축 방향으로 각각 복수 개 형성되는 미세기공을 포함할 수 있다.

또는, 상기 복수의 미세홈은, 상기 가이드부에 형성되고 원주 방향으로 연장되고 축 방향으로 복수 개 형성되는 제2 미세홈과, 상기 가이드부에 형성되고 상기 흡입공간에 연통되고 원주 방향 및 축 방향으로 각각 복수 개 형성되는 미세기공을 포함할 수 있다.

또한, 상기 피스톤은 상기 압축공간의 체적이 최소로 되는 상사점까지 이동하여 압축행정을 수행하고, 상기 압축공간의 체적이 최대로 되는 하사점까지 이동하여 흡입행정을 수행하고, 상기 피스톤은 선단부에 상기 흡입공간과 상기 압축공간을 연통하는 흡입포트가 형성되는 헤드부와, 원통 형상의 상기 가이드부를 포함하고, 상기 실린더는 상기 피스톤을 수용하는 공간을 형성하는 본체부를 포함하고, 상기 복수의 미세홈은, 상기 헤드부에 인접한 전방 외주 영역에 다수 개 형성되고, 상기 피스톤이 압축행정인 때에 상기 실린더의 본체부의 후방 단부 전방에 인접하는 영역에 대응하는 상기 피스톤의 후방 외주 영역에 다수 개 형성되어 상기 피스톤에서 상기 실린더에 충격이 잦은 영역의 부상력을 증가시킬 수 있다.

또한, 상기 가스유입통로는, 상기 실린더의 외주면에서 반경 방향 내측으로 요입되도록 형성되는 가스유입부와, 상기 가스유입부와 상기 실린더의 내주면을 연통하는 노즐부와, 상기 노즐부 출구를 포함하는 상기 실린더 내주면에 요입되는 가스수용홈을 포함할 수 있다.

또한, 상기 가스유입통로는, 상기 실린더의 외주면과 상기 실린더의 내주면을 연통하는 노즐부와, 상기 노즐부 출구를 포함하는 상기 실린더 내주면에 요입되는 가스수용홈을 포함하고, 상기 미세홈은 상기 가스수용홈에 대응하는 위치에 마련될 수 있다.

이 때, 상기 미세홈은 압축행정 시에 상기 가스수용홈에 대응하는 제1 위치와, 흡입행정 시에 상기 가스수용홈에 대응하는 제2 위치와, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이의 제3 위치에 마련되어, 상기 피스톤의 압축행정과 흡입행정시에 부상력의 크기가 일정할 수 있다.

여기서, 상기 가스유입통로는 상기 실린더의 축 방향으로 떨어져 배치되는 전방 가스유입통로와 후방 가스유입통로를 포함하고, 상기 미세홈은 상기 전방 가스유입통로에 대응하는 전방 미세홈과 상기 후방 가스유입통로에 대응하는 후방 미세홈을 포함할 수 있다.

또한, 상기 가스유입통로는 상기 실린더의 원주 방향으로 복수 개 마련되고, 상기 미세홈은 상기 실린더의 원주 방향으로 마련되는 상기 가스유입통로에 대응하는 위치에 형성되어 상기 실린더의 원주 방향으로 부상력을 일정하게 유지할 수 있다.

이 때, 상기 가스수용홈은 상기 실린더의 내주면을 따라 중심 축에 대해 180도 이내의 각도로 원주 방향으로 연장될 수 있다.

여기서, 상기 가스수용홈은 상기 실린더 내주면의 곡률 반경보다 작은 곡률 반경을 갖는 오목한 곡면 형상으로 요입될 수 있다.

또는, 상기 가스수용홈은 상기 실린더의 원주 방향으로 360도 연장될 수 있다.

또한, 상기 미세홈은 직경이 10 마이크로미터 내지 1 미리미터 사이의 값으로 마련될 수 있으며, 바람직하게는 상기 미세홈은 직경이 5 마이크로미터 내지 1 미리미터 사이의 값으로 마련될 수 있다.

이 때, 인접하는 상기 미세홈 사이의 간격은 직경의 1배 이상으로 마련되어 상기 피스톤의 내구성 신뢰도를 유지할 수 있다.

또한, 상기 미세홈은 폭이 100 마이크로미터 내지 3 미리미터 사이의 값으로 마련되고, 깊이는 1 마이크로미터 내지 15 마이크로미터 사이의 값으로 마련될 수 있다.

이 때, 인접하는 상기 미세홈 사이의 간격은 1 미리미터 이상으로 마련될 수 있다.

또한, 본 명세서의 다른 실시예에 따른 압축기를 제조하는 방법에 있어서, 상기 피스톤의 외주면에 직경이 40 내지 200 마이크로미터인 구체를 복수 개 뿌려 상기 피스톤의 외주면에 직경이 10 마이크로미터 내지 1 미리미터 사이의 값으로 마련되는 구체의 일부 형상인 상기 제1 미세홈을 복수 개 형성할 수 있다.

또는, 상기 피스톤의 외주면에 직경이 10 내지 40 마이크로미터인 구체를 복수 개 뿌려 상기 피스톤의 외주면에 직경이 10 마이크로미터 내지 1 미리미터 사이의 값으로 마련되는 구체의 일부 형상인 상기 제1 미세홈을 복수 개 형성할 수 있다.

본 명세서에 따른 압축기는 피스톤의 표면에 미세구조(미세딤플, 미세기공, 또는 미세 그루브 등)를 형성함으로써 실린더의 리스트릭터로부터 발생하는 고압의 가스를 베어링 영역의 넓은 면으로 이동시켜 피스톤에 작용하는 부상력을 증가시킬 수 있다.

또한, 압축 행정 시 고압의 압축가스가 베어링 영역으로 밀려 들어오는 것을 방지할 수 있다.

또한, 흡입 행정 시 고압의 압축가스를 베어링 영역에 전달함으로써 부상력을 유지시킬 수 있다.

또한, 본 명세서에 따른 압축기 및 그 제조방법은 초소형 강구를 이용하여 피스톤 또는 실린더의 윤활면을 초소형 강구를 이용하여 단조 처리함으로써 별도의 코팅 적용 없이도 내마모성을 향상시키고 마찰손실을 저감할 수 있어, 결과적으로 압축 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 명세서의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 윤활면 전체가 아니라 접촉으로 인한 마모가 주로 발생하는 전단부 및 후단부에만 초소형 강구를 이용하여 단조 처리함으로써 공정 시간 및 비용을 절약할 수 있다.

또한, 본 명세서의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 실린더와 프레임 사이의 조립 공차를 줄임으로써 가스유입부를 통해 유입된 오일이 습동부로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 이는 실린더와 프레임 사이의 간격을 줄여 오일에 작용하는 표면마찰력을 증가시켜 오일이 가스유입부 내에서 이동하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 효과로, 본 명세서에 따른 압축기는 피스톤과 실린더의 접촉을 최소화하여 내구성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 명세서의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 가스유입부에 유입된 오일 또는 이물질을 포집하여 습동부로 이동하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 압축기의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 프레임과 실린더의 결합구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 도 2에서 A 부분을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 4는 제1 실시예에 따른 압축기의 실린더 결합구조를 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4에서 B 부분을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 6은 피스톤이 실린더에 접촉하는 모습을 나타내는 그림이다.
도 7은 가스베어링 시스템에서 피스톤이 부상되는 모습을 나타내는 단면도이다.
도 8은 도 7에서 가스유입부 주위의 피스톤의 부상력을 나타내는 그래프이다.
도 9는 일반적인 피스톤의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 10은 제1 실시예에 따른 실린더의 구동축 방향 단면을 나타내는 사시도이다.
도 11은 제1 실시예에 따른 실린더의 구동축 방향 단면도이다.
도 12는 제2 실시예에 따른 실린더의 구동축 방향 단면을 나타내는 사시도이다.
도 13은 제2 실시예에 따른 실린더의 구동축 방향 단면도이다.
도 14는 제1 실시예에 따른 피스톤이 실린더에 결합된 상태를 나타내는 부분 단면도이다.
도 15는 제2 실시예에 따른 피스톤이 실린더에 결합된 상태를 나타내는 부분 단면도이다.
도 16은 제3 실시예에 따른 피스톤(260-3)이 실린더(240)에 결합된 상태를 나타내는 부분 단면도이다.
도 17은 도 14와 도 15에서 가스유입부 주위의 피스톤의 부상력을 나타내는 그래프이다.
도 18은 제1 실시예에 따른 피스톤이 실린더 내에서 이동하는 모습을 나타내는 부분 단면도이다.
도 19는 초소형 강구를 이용하여 금속 표면에 미세홈을 형성하는 모습을 나타내는 그림이다.
도 20은 초소형 강구를 이용한 단조에서 표면 잔류응력이 감소하는 것을 나타내는 그래프이다.
도 21은 피스톤 표면 전체에 미세홈을 형성하는 모습을 나타내는 그림이다.
도 22는 피스톤 전방과 후방에 국부적으로 미세홈을 형성하는 모습을 나타내는 그림이다.
도 23은 실린더 표면 전체에 미세홈을 형성하는 모습을 나타내는 그림이다.
도24는 실린더 전방과 후방에 국부적으로 미세홈을 형성하는 모습을 나타내는 그림이다.
도 25는 습동부에 유분이 유입되었을 때 나타날 수 있는 현상을 나타내는 그림이다.
도 26은 유분이 틈새에 침투하는 거동을 설명하기 위한 개략도이다.
도 27은 유분이 마찰에 의해 실린더 내부로 진행하지 못하는 현상을 설명하기 위한 그림이다.
도 28은 도 27의 변형 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 29는 도 27의 다른 변형 실시예를 나타내는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서(discloser)에 개시된 실시예를 상세하게는 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 명세서의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 명세서(discloser)의 용어는 document, specification, description 등의 용어로 대체할 수 있다.

도 1은 압축기(100)의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.

이하, 본 명세서에 따른 압축기는 피스톤이 직선 왕복 운동을 하면서 유체를 흡입하여 압축하고, 압축된 유체를 토출하는 동작을 수행하는 리니어 압축기를 예로 들어 설명한다.

리니어 압축기는 냉동 사이클의 구성요소가 될 수 있으며, 리니어 압축기에서 압축되는 유체는 냉동 사이클을 순환하는 냉매일 수 있다. 냉동 사이클은 압축기 외에도 응축기, 팽창장치 및 증발기 등을 포함한다. 그리고 리니어 압축기는 냉장고의 냉각시스템의 일 구성으로 사용될 수 있으며, 이에 한정되지 않고 산업 전반에 걸쳐 널리 사용될 수 있다.

도 1을 참조하면, 압축기(100)는 케이싱(110)과, 케이싱(110) 내부에 수용되는 본체를 포함하고, 본체는 프레임(120)과, 프레임(120)에 고정되는 실린더(140)와, 실린더(140) 내부를 직선 왕복 운동하는 피스톤(150)과, 프레임(120)에 고정되고 피스톤(150)에 구동력을 부여하는 구동유닛(130) 등을 포함한다. 여기서 실린더(140)와 피스톤(150)은 압축유닛(140, 150)으로 지칭할 수도 있다.

그리고 압축기(100)는 실린더(140)와 피스톤(150) 사이의 마찰을 저감하기 위한 베어링 수단을 구비할 수 있다. 베어링 수단은 오일 베어링 또는 가스 베어링일 수 있다. 또는 베어링 수단으로 기계적인 베어링을 이용할 수도 있다.

압축기(100)의 본체는 케이싱(110)의 내측 양 단부에 설치되는 지지 스프링(116, 117)에 탄성 지지될 수 있다. 지지 스프링은 본체 후방을 지지하는 제1 지지 스프링(116)과 본체 전방을 지지하는 제2 지지 스프링(117)을 구비하고, 판 스프링으로 마련될 수 있다. 그리고 지지 스프링(116, 117)은 본체 내부 부품들을 지지하면서 피스톤(150)의 왕복 운동에 따라 발생하는 진동 및 충격을 흡수할 수 있다.

케이싱(110)은 밀폐된 공간을 형성할 수 있고, 밀폐된 공간은 흡입된 냉매가 수용되는 수용공간(101)과, 압축되기 전의 냉매가 채워지는 흡입공간(102)과 냉매를 압축하는 압축공간(103)과, 압축된 냉매가 채워지는 토출공간(104)이 형성된다.

즉, 케이싱(110)의 후방 측에 연결된 흡입관(114)으로부터 흡입된 냉매는 수용공간(101)에 채워지고, 수용공간(101)과 연통되는 흡입공간(102) 내의 냉매는 압축공간(103)에서 압축되어 토출공간(104)으로 토출되고, 케이싱(110)의 전방 측에 연결된 토출관(115)을 통해 외부로 배출된다.

케이싱(110)은 양단이 개구되어 대략 횡방향으로 긴 원통 형상으로 형성되는 쉘(111)과, 쉘(111)의 후방 측에 결합되는 제1 쉘커버(112) 및 전방 측에 결합되는 제2 쉘커버(113)로 이루어질 수 있다. 여기서 전방 측은 도면의 좌측으로 압축된 냉매가 토출되는 방향을, 후방 측은 도면의 우측으로 냉매가 유입되는 방향을 의미한다. 또한, 제1 쉘커버(112) 또는 제2 쉘커버(113)는 쉘(111)과 일체로 형성될 수도 있다.

그리고 케이싱(110)은 열전도성 재질로 형성될 수 있다. 이를 통해 케이싱(110)의 내부 공간에서 발생되는 열을 신속하게 외부로 방열시킬 수 있다.

제1 쉘커버(112)는 쉘(111)의 후방 측을 밀봉하도록 쉘(111)에 결합되고, 제1 쉘커버(112)의 중앙에는 흡입관(114)이 삽입되어 결합될 수 있다.

그리고 압축기 본체의 후방 측은 제1 지지 스프링(116)을 통해 제1 쉘커버(112)에 반경 방향으로 탄력적으로 지지될 수 있다.

제1 지지 스프링(116)은 원형의 판 스프링으로 마련될 수 있으며, 가장자리부가 지지브라켓(123a)를 통해 전방 방향으로 백커버(123)에 지지되고, 개구된 중앙부가 흡입 가이드(116a)를 통해 후방 방향으로 제1 쉘커버(112)에 지지될 수 있다.

흡입 가이드(116a)는 내부에 관통유로가 마련되는 원통 형상으로 형성된다. 흡입 가이드(116a)는 전방 측 외주면에 제1 지지 스프링(116)의 중앙 개구부가 결합되고, 후방 측 단부가 제1 쉘커버(112)에 지지될 수 있다. 이 때, 흡입 가이드(116a)와 제1 쉘커버(112)의 내측면 사이에는 별도의 흡입측 지지부재(116b)가 개재될 수 있다.

그리고 흡입 가이드(116a)의 후방 측은 흡입관(114)에 연통되고, 흡입관(114)을 통해 흡입되는 냉매는 흡입가이드(116a)를 통과하여 후술할 머플러 유닛(160)으로 원할하게 유입될 수 있다.

그리고 흡입가이드(116a)와 흡입측 지지부재(116b) 사이에는 고무재질 등으로 된 댐핑부재(116c)가 설치될 수 있다. 이에 따라, 흡입관(114)을 통해 냉매가 흡입되는 과정에서 발생될 수 있는 진동이 제1 쉘커버(112)로 전달되는 것을 차단할 수 있다.

제2 쉘커버(113)는 쉘(111)의 전방 측을 밀봉하도록 쉘(111)에 결합되고, 루프파이프(115a)를 통해 토출관(115)이 삽입되어 결합될 수 있다. 압축공간(103)에서 토출되는 냉매는 토출커버 조립체(180)를 통과한 후 루프파이프(115a)와 토출관(115)을 통해 냉동사이클로 배출될 수 있다.

그리고 압축기 본체의 전방 측은 제2 지지 스프링(117)을 통해 쉘(111) 또는 제2 쉘커버(113)에 반경 방향으로 탄력적으로 지지될 수 있다.

제2 지지 스프링(117)은 원형의 판 스프링으로 마련될 수 있으며, 개구된 중앙부가 제1 지지가이드(117b)를 통해 후방 방향으로 토출커버 조립체(180)에 지지되고, 가장자리부가 지지브라켓(117a)에 의해 반경 방향으로 쉘(111) 내측면 또는 제2 쉘커버(113)에 인접하는 쉘(111)의 내주면에 지지될 수 있다. 또는 도면과 달리 제2 지지 스프링(117)의 가장자리부는 브라켓(미도시)을 통해 전방 방향으로 제2 쉘커버(113)에 지지될 수 있다.

제1 지지가이드(117b)는 직경이 서로 다른 연속된 원통 형상으로 형성되고, 전방 측이 제2 지지 스프링(117)의 중앙 개구에 삽입되고, 후방 측이 토출커버 조립체(180)의 중앙 개구에 삽입될 수 있다. 그리고 지지커버(117c)가 제2 지지 스프링(117)을 사이에 두고 제1 지지가이드(117b)의 전방 측에 결합될 수 있다. 그리고 지지커버(117c)의 전방 측에는 전방으로 요입되는 컵 형상의 제2 지지가이드(117d)가 결합되고, 제2 쉘커버(113)의 내측에는 제2 지지가이드(117d)에 대응하고 후방으로 요입되는 컵 형상의 제3 지지가이드(117e)가 결합될 수 있다. 제2 지지가이드(117d)는 제3 지지가이드(117e)의 내측에 삽입되어 축 방향 및 반경 방향으로 지지될 수 있다. 이 때, 제2 지지가이드(117d)와 제3 지지가이드(117e) 사이에는 갭이 형성될 수 있다.

프레임(120)은 실린더(140)의 외주면을 지지하는 바디부(121)와, 바디부(121)의 일 측에 연결되고 구동유닛(130)을 지지하는 플랜지부(122)를 포함한다. 그리고 프레임(120)은 구동유닛(130)과 실린더(140)와 함께 제1 지지 스프링(116)과 제2 지지 스프링(117)에 의해 케이싱(110)에 탄력 지지될 수 있다.

바디부(121)는 실린더(140)의 외주면을 둘러싸는 원통 형상으로 형성되고, 플랜지부(122)는 바디부(121)의 전방 측 단부에서 반경 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.

바디부(121)의 내주면에는 실린더(140)가 결합되고, 외주면에는 이너 스테이터(134)가 결합될 수 있다. 예를 들어, 실린더(140)는 바디부(121)의 내주면에 압입(press fitting)되어 고정되고 이너 스테이터(134)는 고정 링을 이용하여 고정될 수 있다.

플랜지부(122)의 후방면에는 아우터 스테이터(131)가 결합되고, 전방면에는 토출커버 조립체(180)가 결합될 수 있다. 예를 들어, 아우터 스테이터(131)와 토출커버 조립체(180)는 기계적 결합수단을 통해 고정될 수 있다.

그리고 플랜지부(122)의 전방면 일 측에는 가스 베어링의 일부를 이루는 베어링 입구홈(125a)이 형성되고, 베어링 입구홈(125a)에서 바디부(121)의 내주면으로 관통되는 베어링 연통홀(125b)이 형성되며, 바디부(121)의 내주면에는 베어링 연통홀(125b)에서 연통되는 가스 홈(125c)이 형성될 수 있다.

베어링 입구홈(125a)은 소정의 깊이로 축 방향으로 함몰되어 형성되고, 베어링 연통홀(125b)은 베어링 입구홈(125a)보다 단면적이 작은 구멍으로 바디부(121)의 내주면을 향해 경사지게 형성될 수 있다. 그리고 가스 홈(125c)은 바디부(121)의 내주면에 소정의 깊이와 축 방향 길이를 가지는 환형 모양으로 형성될 수 있다. 이와 달리, 가스 홈(125c)은 바디부(121)의 내주면이 접하는 실린더(140)의 외주면에 형성되거나 또는 바디부(121)의 내주면과 실린더(140)의 외주면에 모두 형성될 수도 있다.

또한, 실린더(140)의 외주면에는 가스 홈(125c)에 대응하는 가스유입구(142)가 형성될 수 있다. 가스유입구(142)는 가스 베어링에서 일종의 노즐부를 이룬다.

한편, 프레임(120)과 실린더(140)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질로 마련될 수 있다.

실린더(140)는 양 단부가 개방되는 원통 형상으로 형성되고, 후방 단부를 통해 피스톤(150)이 삽입되고, 전방 단부는 토출밸브 조립체(170)를 통해 폐쇄될 수 있다. 그리고 실린더(140)와 피스톤(150)의 전방 단부(헤드부, 151)과 토출밸브 조립체(170)로 둘러싸이는 압축공간(103)이 형성될 수 있다. 압축공간(103)은 피스톤(150)이 후진하였을 때 부피가 증가하고, 피스톤(150)이 전진하면서 부피가 감소한다. 즉, 압축공간(103) 내부에 유입된 냉매는 피스톤(150)이 전진하면서 압축되고, 토출밸브 조립체(170)를 통해 토출될 수 있다.

그리고 실린더(140)는 전방 단부가 외측으로 절곡되어 플랜지부(141)를 형성할 수 있다. 실린더(140)의 플랜지부(141)는 프레임(120)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 프레임(120)의 전방 측 단부는 실린더(140)의 플랜지부(141)에 대응하는 플랜지 홈이 형성될 수 있고, 실린더(140)의 플랜지부(141)는 상기 플랜지 홈에 삽입되어 기계적 결합부재를 통해 결합될 수 있다.

한편, 피스톤(150)의 외주면과 실린더(140)의 외주면 사이의 간격으로 토출가스를 공급하여 실린더(140)와 피스톤(150) 사이에 가스 윤활할 수 있는 가스 베어링 수단이 제공될 수 있다. 실린더(140)와 피스톤(150) 사이의 토출가스는 피스톤(150)에 부상력을 제공하여 피스톤(150)이 실린더(140)에 마찰하는 것을 저감시킬 수 있다.

예를 들어, 실린더(140)에는 바디부(121)의 내주면에 형성되는 가스 홈(125c)에 연통되고, 실린더(140)를 반경 방향으로 관통하여 가스 홈(125c)으로 유입되는 압축된 냉매를 실린더(140)의 내주면과 피스톤(150)의 외주면 사이로 안내하는 가스유입구(142)가 형성될 수 있다. 또는 가공의 편의성을 고려하여 가스 홈(125c)은 실린더(140)의 외주면에 형성될 수도 있다.

가스유입구(142)의 입구는 상대적으로 넓게, 출구는 노즐 역할을 하도록 미세통공으로 형성될 수 있다. 가스유입구(142)의 입구부에는 이물질의 유입을 차단하는 필터(미도시)가 추가로 구비될 수 있다. 필터는 금속으로 된 망 필터일 수도 있고, 세실과 같은 부재를 감아서 형성할 수도 있다.

그리고 가스유입구(142)는 복수 개가 독립적으로 형성될 수 있고, 또는 입구는 환형 홈으로 형성되고 출구는 그 환형 홈을 따라 일정 간격을 두고 복수 개가 형성될 수도 있다.

또한, 가스유입구(142)는 실린더(140)의 축 방향 중간을 기준으로 전방 측에만 형성될 수도 있고, 피스톤(150)의 처짐을 고려하여 후방 측에도 함께 형성될 수도 있다.

피스톤(150)은 실린더(140) 후방의 개방된 단부로 삽입되어, 압축공간(103)의 후방을 밀폐하도록 마련된다.

피스톤(150)은 원판 형상으로 압축공간(103)을 구획하는 헤드부(151)와 헤드부(151)의 외주면에서 후방으로 연장되는 원통 형상의 가이드부(152)를 포함한다. 헤드부(151)는 부분적으로 개방되도록 마련되고, 가이드부(152)는 내부가 비어 있고, 전방은 헤드부(151)에 의해 부분적으로 밀폐되지만, 후방은 개구되어 머플러 유닛(160)과 연결되도록 마련된다. 그리고 헤드부(151)는 가이드부(152)에 결합되는 별도의 부재로 마련될 수 있고, 또는 헤드부(151)와 가이드부(152)는 일체로 형성될 수 있다.

그리고 피스톤(150)의 헤드부(151)에는 흡입포트(154)가 관통되도록 형성된다. 흡입포트(154)는 피스톤(150) 내부의 흡입공간(102)과 압축공간(103)을 연통하도록 마련된다. 예를 들어, 수용공간(101)에서 피스톤(150) 내부의 흡입공간(102)으로 흘러 유입된 냉매는 흡입포트(154)를 통과하여 피스톤(150)과 실린더(140) 사이의 압축공간(103)으로 흡입될 수 있다.

흡입포트(154)는 피스톤(150)의 축 방향으로 연장될 수 있다. 또는 흡입포트(154)는 피스톤(150)의 축 방향에 경사지게 형성될 수 있다. 예를 들어, 흡입포트(154)는 피스톤(150)의 후방으로 갈수록 중심 축에서 멀어지는 방향으로 경사지도록 연장될 수 있다.

그리고 흡입포트(154)는 개구가 원형으로 형성되고, 내경이 일정하게 형성될 수 있다. 또는 흡입포트(154)는 개구가 헤드부(151)의 반경 방향으로 연장되는 장공으로 형성될 수도 있고, 내경이 후방으로 갈수록 커지도록 형성될 수도 있다.

그리고 흡입포트(154)는 헤드부(151)의 반경 방향과 원주 방향 중 어느 하나 이상의 방향으로 복수 개 형성될 수 있다.

또한, 압축공간(103)과 인접한 피스톤(150)의 헤드부(151)에는 흡입포트(154)를 선택적으로 개폐하는 흡입밸브(155)가 장착될 수 있다. 흡입밸브(155)는 탄성 변형에 의해 동작하여 흡입포트(154)를 개방 또는 폐쇄할 수 있다. 즉, 흡입밸브(155)는 흡입포트(154)를 통과하여 압축공간(103)으로 흐르는 냉매의 압력에 의하여 흡입포트(154)를 개방하도록 탄성 변형될 수 있다.

또한, 피스톤(150)은 무버(135)와 연결되고, 무버(135)는 피스톤(150)의 움직임에 따라 전후 방향으로 왕복 운동한다. 무버(135)와 피스톤(150) 사이에는 이너 스테이터(134)와 실린더(140)가 위치할 수 있다. 그리고 무버(135)와 피스톤(150)은 실린더(140)와 이너 스테이터(134)를 후방으로 우회하여 형성되는 마그넷 프레임(136)에 의해 서로 연결될 수 있다.

머플러 유닛(160)은 피스톤(150)의 후방에 결합되어 피스톤(150)으로 냉매가 흡입되는 과정에서 발생하는 소음을 감쇄시키도록 마련된다. 흡입관(114)를 통하여 흡입된 냉매는 머플러 유닛(160)를 거쳐 피스톤(150)의 내부의 흡입공간(102)으로 유동한다.

머플러 유닛(160)은 케이싱(110)의 수용공간(101)에 연통되는 흡입 머플러(161)와, 흡입 머플러(161)의 전방에 연결되고 냉매를 흡입포트(154)로 안내하는 내부가이드(162)를 포함한다.

흡입 머플러(161)는 피스톤(142)의 후방에 위치하고, 후방 측 개구가 흡입관(114)에 인접하게 배치되고, 전방 측 단부가 피스톤(142)의 후방에 결합될 수 있다. 흡입 머플러(161)는 축 방향으로 유로가 형성되어 수용공간(101) 내의 냉매를 피스톤(150) 내부의 흡입공간(102)으로 안내할 수 있다.

이 때, 흡입 머플러(161)의 내부는 배플로 구획되는 복수 개의 소음공간이 형성될 수 있다. 흡입 머플러(161)는 두 개 이상의 부재가 상호 결합되어 형성될 수 있고, 예를 들어, 제1 흡입 머플러의 내부에 제2 흡입 머플러가 압입 결합되면서 복수 개의 소음공간을 형성할 수 있다. 그리고 흡입 머플러(161)는 무게나 절연성을 고려하여 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.

내부가이드(162)는 일 측이 흡입 머플러(161)의 소음공간에 연통되고, 타 측이 피스톤(142)의 내부에 깊숙하게 삽입되는 파이프 형상일 수 있다. 내부가이드(162)는 양 단이 동일한 내경으로 마련되는 원통 형상으로 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 토출측인 전방 단의 내경이 반대쪽인 후방 단의 내경보다 크게 형성될 수도 있다.

흡입 머플러(161)와 내부가이드(162)는 다양한 형상으로 구비될 수 있고, 이들을 통하여 머플러 유닛(160)을 통과하는 냉매의 압력을 조절할 수 있다. 그리고 흡입 머플러(161)와 내부가이드(162)는 일체로 형성될 수 있다.

토출밸브 조립체(170)는 토출밸브(171)와, 토출밸브(171)의 전방측에 구비되어 그 토출밸브(171)를 탄력 지지하는 밸브 스프링(172)로 이루어질 수 있다. 토출밸브 조립체(170)는 압축공간(103)에서 압축된 냉매를 선택적으로 배출시킬 수 있다. 여기서 압축공간(103)은 흡입밸브(155)와 토출밸브(171)의 사이에 형성되는 공간으로서 이해될 수 있다.

토출밸브(171)는 실린더(140)의 전면에 지지 가능하도록 배치되고, 실린더(140)의 전방 개구를 선택적으로 개폐하도록 장착될 수 있다. 토출밸브(171)는 탄성 변형에 의해 동작하여 압축공간(103)을 개방 또는 폐쇄할 수 있다. 토출밸브(171)는 압축공간(103)을 통과하여 토출공간(104)으로 흐르는 냉매의 압력에 의하여 압축공간(103)를 개방하도록 탄성 변형될 수 있다. 예를 들어, 토출밸브(171)가 실린더(140)의 전면에 지지된 상태에서 압축공간(103)은 밀폐된 상태를 유지하고, 토출밸브(171)가 실린더(140)의 전면으로부터 이격된 상태에서 개방된 공간으로 압축공간(103)의 압축 냉매가 배출될 수 있다.

밸브 스프링(172)은 토출밸브(171)와 토출커버 조립체(180)의 사이에 제공되어 축 방향으로 탄성력을 제공한다. 밸브 스프링(172)은 압축 코일스프링으로 마련될 수도 있고, 또는 점유공간이나 신뢰성 측면을 고려하여 판스프링으로 마련될 수 있다.

압축공간(103)의 압력이 토출압력 이상이 되면, 밸브 스프링(172)이 전방으로 변형하면서 토출밸브(171)를 개방시키고, 냉매는 압축공간(103)으로부터 토출되어 토출커버 조립체(180)의 제1 토출공간(103a)으로 배출된다. 그리고 냉매의 배출이 완료되면, 밸브 스프링(172)은 토출밸브(171)에 복원력을 제공하여, 토출밸브(171)가 닫혀지도록 한다.

흡입밸브(155)를 통해 압축공간(103)에 냉매가 유입되고, 토출밸브(171)를 통해 압축공간(103) 내의 냉매가 토출공간(104)으로 배출되는 과정을 설명하면 다음과 같다.

피스톤(150)이 실린더(140)의 내부에서 왕복 직선운동 하는 과정에서, 압축공간(103)의 압력이 미리 정해진 흡입압력 이하가 되면 흡입밸브(155)가 개방되면서 냉매는 압축공간(103)으로 흡입된다. 반면에, 압축공간(103)의 압력이 미리 정해진 흡입압력을 넘으면 흡입밸브(155)가 닫힌 상태에서 압축공간(103)의 냉매가 압축된다.

한편, 압축공간(103)의 압력이 미리 정해진 토출압력 이상이 되면 밸브 스프링(172)이 전방으로 변형하면서 이에 연결된 토출밸브(171)를 개방시키고, 냉매는 압축공간(103)으로부터 토출커버 조립체(180)의 토출공간(104)으로 배출된다. 냉매의 배출이 완료되면 밸브 스프링(172)은 토출밸브(171)에 복원력을 제공하고, 토출밸브(171)가 닫혀져 압축공간(103)의 전방을 밀폐시킨다.

토출커버 조립체(180)는 압축공간(103)의 전방에 설치되어, 압축공간(103)에서 배출된 냉매를 수용하는 토출공간(104)을 형성하고, 프레임(120)의 전방에 결합되어 냉매가 압축공간(103)에서 토출되는 과정에서 발생되는 소음을 감쇄시킬 수 있다. 토출커버 조립체(180)는 토출밸브 조립체(170)를 수용하면서 프레임(120)의 플랜지부(122)의 전방에 결합될 수 있다. 예를 들어, 토출커버 조립체(180)는 플랜지부(122)에 기계적 결합부재를 통해 결합될 수 있다.

그리고 토출커버 조립체(180)와 프레임(120)의 사이에는 단열을 위한 가스켓(165)과 토출공간(104)의 냉매가 누설되는 것을 억제하는 오링(166)이 구비될 수 있다.

토출커버 조립체(180)는 열전도성 재질로 형성될 수 있다. 따라서 토출커버 조립체(180)에 고온의 냉매가 유입되면 냉매의 열이 토출커버 조립체(180)를 통해 케이싱(110)으로 전달되어 압축기 외부로 방열될 수 있다.

토출커버 조립체(180)는 한 개의 토출커버로 이루어질 수도 있고, 복수 개의 토출커버가 순차적으로 연통되도록 배치될 수도 있다. 토출커버가 복수로 마련되는 경우, 토출공간(104)은 각각의 토출커버에 의해 구획되는 복수의 공간부를 포함할 수 있다. 복수의 공간부는 전후 방향으로 배치되며, 서로 연통된다.

예를 들어, 토출커버가 3개인 경우, 토출공간(104)은 프레임(120)의 전방 측에 결합되는 제1 토출커버(181)와 프레임(120) 사이에 형성되는 제1 토출공간(103a)과, 제1 토출공간(103a)에 연통되고 제1 토출커버(181)의 전방 측에 결합되는 제2 토출커버(182)와 제1 토출커버(181) 사이에 형성되는 제2 토출공간(103b)과, 제2 토출공간(103b)에 연통되고 제2 토출커버(182)의 전방 측에 결합되는 제3 토출커버(183)와 제2 토출커버(182) 사이에 형성되는 제3 토출공간(103c)을 포함할 수 있다.

그리고 제1 토출공간(103a)은 토출밸브(171)에 의해 압축공간(103)과 선택적으로 연통되고, 제2 토출공간(103b)은 제1 토출공간(103a)과 연통되며, 제3 토출공간(103c)은 제2 토출공간(103b)과 연통될 수 있다. 이에 따라, 압축공간(103)에서 토출되는 냉매는 제1 토출공간(103a), 제2 토출공간(103b) 그리고 제3 토출공간(103c)을 차례대로 거치면서 토출 소음이 감쇄되고, 제3 토출커버(183)에 연통되는 루프파이프(115a)와 토출관(115)을 통해 케이싱(110)의 외부로 배출될 수 있다.

구동유닛(130)은 쉘(111)과 프레임(120) 사이에 프레임(120)의 바디부(121)를 둘러싸도록 배치되는 아우터 스테이터(131)와, 아우터 스테이터(131)와 실린더(140) 사이에 실린더(140)를 둘러싸도록 배치되는 이너 스테이터(134)와, 아우터 스테이터(131)와 이너 스테이터(134) 사이에 배치되는 무버(135)를 포함할 수 있다.

아우터 스테이터(131)는 프레임(120)의 플랜지부(122)의 후방에 결합될 수 있고, 이너 스테이터(134)는 프레임(120)의 바디부(121)의 외주면에 결합될 수 있다. 그리고 이너 스테이터(134)는 아우터 스테이터(131)의 내측으로 이격되어 배치되고, 무버(135)는 아우터 스테이터(131)와 이너 스테이터(134) 사이의 공간에 배치될 수 있다.

아우터 스테이터(131)에는 권선코일이 장착될 수 있으며, 무버(135)는 영구자석을 구비할 수 있다. 영구자석은 1개의 극을 가지는 단일 자석으로 구성되거나, 3개의 극을 가지는 복수의 자석이 결합되어 구성될 수 있다.

아우터 스테이터(131)는 축 방향을 원주 방향으로 둘러싸는 코일 권선체(132)와 코일 권선체(132)를 둘러싸면서 적층되는 스테이터 코어(133)를 포함한다. 코일 권선체(132)는 속이 빈 원통 형상의 보빈(132a)과 보빈(132a)의 원주 방향으로 권선된 코일(132b)을 포함할 수 있다. 코일(132b)의 단면은 원형 또는 다각형 형상으로 형성될 수 있으며, 일 예로 육각형의 형상을 가질 수 있다. 그리고 스테이터 코어(133)는 다수 개의 라미네이션 시트가 방사상으로 적층될 수도 있고, 복수 개의 라미네이션 블록(lamination block)이 원주 방향을 따라 적층될 수도 있다.

그리고 아우터 스테이터(131)의 전방 측은 프레임(120)의 플랜지부(122)에 지지되고, 후방 측은 스테이터 커버(137)에 의해 지지될 수 있다. 예를 들어, 스테이터 커버(137)는 속이 빈 원판 형상으로 마련되고, 전방 면에 아우터 스테이터(131)가 지지되고, 후방 면에 공진 스프링(190)이 지지될 수 있다.

이너 스테이터(134)는 복수 개의 라미네이션이 프레임(120)의 바디부(121)의 외주면에 원주 방향으로 적층되어 구성될 수 있다.

무버(135)는 일 측이 마그넷 프레임(136)에 결합되어 지지될 수 있다. 마그넷 프레임(136)은 대략 원통 형상을 가지며, 아우터 스테이터(131)와 이너 스테이터(134)의 사이 공간에 삽입되도록 배치된다. 그리고 마그넷 프레임(136)은 피스톤(150)의 후방 측에 결합되어 피스톤(150)과 함께 이동하도록 마련된다.

일 예로, 마그넷 프레임(136)의 후방 단부는 반경 방향 내측으로 절곡되고 연장되어 결합부(136a)를 형성하고, 결합부(136a)는 피스톤(150)의 후방에 형성되는 플랜지부(153)에 결합될 수 있다. 마그넷 프레임(136)의 결합부(136a)와 피스톤(150)의 플랜지부(153)는 기계적 결합부재를 통해 결합될 수 있다.

나아가, 피스톤(150)의 플랜지부(153)와 마그넷 프레임(136)의 결합부(136a) 사이에 흡입 머플러(161)의 전방에 형성되는 플랜지부(161a)가 개재될 수 있다. 따라서 피스톤(150)과 머플러 유닛(160)과 무버(135)가 일체로 결합된 상태로 함께 선형 왕복 이동할 수 있다.

구동유닛(130)에 전류가 인가되면 권선코일에 자속(magnetic flux)이 형성되고, 아우터 스테이터(131)의 권선코일에 형성되는 자속과 무버(135)의 영구자석에 의해 형성되는 자속 사이의 상호 작용에 의해 전자기력이 발생하여 무버(135)가 움직일 수 있다. 그리고 무버(135)의 축 방향 왕복 움직임과 동시에 마그넷 프레임(136)과 연결되는 피스톤(150)도 무버(135)와 일체로 축 방향으로 왕복 이동한다.

한편, 구동유닛(130)과 압축유닛(140, 150)은 지지 스프링(116, 117)과 공진 스프링(190)에 의해 축 방향으로 지지될 수 있다.

공진 스프링(118)은 무버(135)와 피스톤(150)의 왕복 운동에 의해 구현되는 진동을 증폭시켜, 냉매의 압축을 효과적으로 할 수 있다. 구체적으로 공진 스프링(118)은 피스톤(150)의 고유 진동수에 대응하는 진동수로 조절되어 피스톤(150)이 공진 운동할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 공진 스프링(118)은 피스톤(150)의 안정적인 움직임을 유발하여 진동 및 소음 발생을 줄일 수 있다.

공진 스프링(118)은 축 방향으로 연장되는 코일 스프링일 수 있다. 공진 스프링(118)의 양 단부는 각각 진동체와 고정체에 연결될 수 있다. 예를 들어, 공진 스프링(118)의 일 단부는 마그넷 프레임(136)에 연결되고, 타 단부는 백커버(123)에 연결될 수 있다. 따라서 공진 스프링(118)은 일 단부에서 진동하는 진동체와 타 단부에 고정된 고정체 사이에서 탄성 변형될 수 있다.

공진 스프링(118)의 고유 진동수는 압축기(100) 운전 시 무버(135)와 피스톤(150)의 공진 주파수에 일치되도록 설계되어, 피스톤(150)의 왕복 운동을 증폭시킬 수 있다. 다만, 여기서 고정체로 마련되는 백커버(123)는 케이싱(110)에 제1 지지 스프링(116)을 통해 탄성 지지되기 때문에, 엄밀하게는 고정되어 있는 것은 아닐 수 있다.

공진 스프링(118)은 스프링 서포터(119)를 기준으로 후방 측에 지지되는 제1 공진 스프링(118a)과 전방 측에 지지되는 제2 공진 스프링(118b)을 포함할 수 있다.

스프링 서포터(119)는 흡입 머플러(161)를 둘러싸는 몸체부(119a)와, 몸체부(119a)의 전방에서 내측 반경 방향으로 절곡되는 결합부(119b)와, 몸체부(119a)의 후방에서 외측 반경 방향으로 절곡되는 지지부(119c)를 구비할 수 있다.

스프링 서포터(119)의 결합부(119b)는 전방면이 마그넷 프레임(136)의 결합부(136a)에 지지될 수 있다. 그리고 스프링 서포터(119)의 결합부(119b)의 내경은 흡입 머플러(161)의 외경을 둘러싸도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 스프링 서포터(119)의 결합부(119b)와, 마그넷 프레임(136)의 결합부(136a)와, 피스톤(150)의 플랜지부(153)은 차례로 배치된 후에 기계적 부재를 통해 일체로 결합될 수 있다. 이 때, 피스톤(150)의 플랜지부(153)와 마그넷 프레임(136)의 결합부(136a) 사이에 흡입 머플러(161)의 플랜지부(161a)가 개재되어 함께 고정될 수 있음은 앞에서 설명한 바와 같다.

제1 공진 스프링(118a)은 백커버(123)의 전방면과 스프링 서포터(119)의 후방면 사이에 구비될 수 있고, 제2 공진 스프링(118b)은 스테이터 커버(137)의 후방면과 스프링 서포터(119)의 전방면 사이에 구비될 수 있다.

그리고 제1 및 제2 공진 스프링(118a, 118b)은 중심축의 원주 방향으로 복수 개가 배치될 수 있다. 그리고 제1 공진 스프링(118a)과 제2 공진 스프링(118b)는 축 방향으로 나란하게 배치될 수도 있고, 서로 엇갈려 배치될 수도 있다. 그리고 제1 및 제2 스프링(118a, 118b)은 중심축의 방사 방향으로 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 스프링(118a, 118b)은 각각 3개씩 마련되고, 중심축의 방사 방향으로 120도 간격으로 배치될 수 있다.

한편, 압축기(100)는 프레임(120)과 그 주변의 부품들 간의 결합력을 증대시킬 수 있는 복수의 실링부재를 포함할 수 있다.

예를 들어, 복수의 실링부재는 프레임(120)과 토출커버 조립체(180)가 결합되는 부분에 개재되고 프레임(120)의 전방 단부에 마련되는 설치홈에 삽입되는 토출커버 실링부재와, 프레임(120)과 실린더(140)가 결합되는 부분에 구비되고 실린더(140)의 외측면에 마련되는 설치홈에 삽입되는 실린더 실링부재를 포함할 수 있다. 실린더 실링부재는 프레임(120)의 내주면과 실린더(140)의 외주면 사이에 형성되는 가스 홈(125c)의 냉매가 외부로 누설되는 것을 방지하며, 프레임(120)과 실린더(140)의 결합력을 증대시킬 수 있다. 그리고 복수의 실링부재는 프레임(120)과 이너 스테이터(134)가 결합되는 부분에 구비되고 프레임(120)의 외측면에 마련되는 설치홈에 삽입되는 이너 스테이터 실링부재를 더 포함할 수 있다. 위 실링부재들은 링 형상을 가질 수 있다.

이상에서 설명한 리니어 압축기(100)의 동작 모습은 아래와 같다.

먼저, 구동유닛(130)에 전류가 인가되면 코일(132b)에 흐르는 전류에 의해 아우터 스테이터(131)에 자속이 형성될 수 있다. 아우터 스테이터(131)에 형성된 자속은 전자기력을 발생시키고, 영구자석을 구비하는 무버(135)는 발생된 전자기력에 의해 직선 왕복 운동할 수 있다. 이러한 전자기력은, 압축행정 시에는 피스톤(150)이 상사점(TDC, top dead center)을 향하는 방향(전방 방향)으로 발생되고, 흡입행정 시에는 피스톤(150)이 하사점(BDC, bottom dead center)을 향하는 방향(후방 방향)으로 번갈아 가며 발생될 수 있다. 즉, 구동유닛(130)은 무버(135)와 피스톤(150)을 이동 방향으로 미는 힘인 추력(推力)을 발생시킬 수 있다.

실린더(140) 내부에서 선형 왕복 운동하는 피스톤(150)은, 반복적으로 압축공간(103)의 체적을 증가 및 감소시킬 수 있다.

피스톤(150)이 압축공간(103)의 체적을 증가시키는 방향(후방 방향)으로 이동하면, 압축공간(103)의 압력은 감소한다. 이에, 피스톤(150)의 전방에 장착되는 흡입밸브(155)가 개방되고, 흡입공간(102)에 머무르던 냉매가 흡입포트(154)를 따라 압축공간(103)으로 흡입될 수 있다. 이러한 흡입행정은 피스톤(150)이 압축공간(103)의 체적을 최대로 증가시켜 하사점에 위치할 때까지 진행된다.

하사점에 도달한 피스톤(150)은 운동 방향이 전환되어 압축공간(103)의 체적을 감소시키는 방향(전방 방향)으로 이동하면서 압축행정을 수행한다. 압축행정 시에는 압축공간(103)의 압력이 증가되면서 흡입된 냉매가 압축된다. 압축공간(103)의 압력이 설정압력에 도달하면, 압축공간(103)의 압력에 의해 토출밸브(171)가 밀려나면서 실린더(140)로부터 개방되고, 이격된 공간을 통해 냉매가 토출공간(104)으로 토출된다. 이러한 압축행정은 피스톤(150)이 압축공간(103)의 체적이 최소가 되는 상사점까지 이동하는 동안 계속된다.

피스톤(150)의 흡입행정과 압축행정이 반복되면서, 흡입관(114)을 통해 압축기(100) 내부의 수용공간(101)으로 유입된 냉매는 흡입 가이드(116a)와 흡입 머플러(161)와 내부가이드(162)를 차례로 경유하여 피스톤(150) 내부의 흡입공간(102)으로 유입되고, 흡입공간(102)의 냉매는 피스톤(150)의 흡입행정 시에 실린더(140) 내부의 압축공간(103)으로 유입된다. 그리고 피스톤(150)의 압축행정 시에 압축공간(103)의 냉매가 압축되어 토출공간(104)으로 토출된 후에는 루프파이프(115a)와 토출관(115)을 거쳐 압축기(100)의 외부로 배출되는 흐름이 형성될 수 있다.

도 2는 프레임(220)과 실린더(240)의 결합구조를 설명하기 위한 단면도이고, 도 3은 도 2에서 A 부분을 확대하여 나타내는 단면도이다.

도 2와 도 3을 참조하면, 본 명세서의 실시예에 따른 실린더(240)는 프레임(220)에 결합될 수 있다. 일 예로, 실린더(240)는 프레임(220)의 내부에 삽입되도록 배치될 수 있다.

프레임(220)에는, 축방향으로 연장되는 프레임 본체(221) 및 프레임 본체(221)로부터 반경 방향 외측으로 연장되는 프레임 플랜지(222)가 포함된다. 달리 말하면, 프레임 플랜지(222)는 프레임 본체(221)의 외주면으로부터 제1 설정각도를 이루도록 연장될 수 있다. 일 예로, 제1 설정각도는 약 90도로 형성될 수 있다.

프레임 본체(221)는, 축방향의 중심축을 가지는 원통 형상을 이루며, 그 내부에는 실린더 본체(241)를 수용하는 본체수용부를 가진다. 그리고 프레임 본체(221)의 후방부에는, 이너 스테이터(도 1의 134 참조)와의 사이에 배치되는 제3 실링부재(252)가 삽입되는 제3 설치홈(221a)이 형성될 수 있다.

프레임 플랜지(222)에는, 링 형상을 가지며 실린더 플랜지(242)에 결합되는 제1 벽(225a)과, 제1 벽(225a)을 둘러싸도록 배치되며 링 형상을 가지는 제2 벽(225b) 및 제1 벽(225a)의 후단부와 제2 벽(225b)의 후단부를 연결하는 제3 벽(225c)이 포함된다. 제1 벽(225a) 및 제2 벽(225b)은 축 방향으로 연장되며, 제3 벽(225c)은 반경 방향으로 연장될 수 있다.

제1 내지 제3 벽(225a,225b,225c)에 의하여 정의되는 프레임공간부(225d)가 정의된다. 프레임공간부(225d)는, 프레임 플랜지(222)의 전단부로부터 후방을 향하여 함몰되며, 토출밸브(도 1의 171 참조)를 통하여 배출되는 냉매가 유동하는 토출유로의 일부를 형성한다.

제1 벽(225a)의 내측 공간에는, 실린더(240)의 적어도 일부분, 일 예로, 실린더 플랜지(242)가 삽입되는 플랜지 수용부(221b)가 포함된다. 일 예로, 플랜지 수용부(221b)의 내경은 실린더 플랜지(242)의 외경과 동일하게, 또는 그보다 약간 작게 형성될 수 있다.

실린더(240)가 프레임(220)의 내측에 압입될 때, 실린더 플랜지(242)는 제1 벽(225a)과 간섭될 수 있고, 이 과정에서 실린더 플랜지(242)는 변형될 수 있다.

그리고 프레임 플랜지(222)에는, 제1 벽(225a)의 후단부로부터 반경 방향 내측으로 연장되는 실링부재안착부(226)가 더 포함된다. 실링부재안착부(226)에는, 제1 실링부재(250)가 삽입되는 제1 설치홈(226a)이 형성된다. 제1 설치홈(226a)은 실링부재안착부(226)로부터 후방으로 함몰되도록 구성될 수 있다.

프레임 플랜지(222)에는, 프레임(220)과 주변 부품의 체결을 위하여 소정의 체결부재가 결합되는 체결홀(229a)이 더 포함된다. 체결홀(229a)는 제2 벽(225a)의 외측 둘레를 따라 각각 다수 개가 배치될 수 있다.

프레임 플랜지(222)에는, 구동유닛(도 1의 130 참조)의 단자부의 인출경로를 제공하는 단자삽입부(229b)가 형성된다. 단자삽입부(229b)는 프레임 플랜지(222)가 전후 방향으로 절개되도록 형성된다.

단자부는 코일(도 1의 132b 참조)로부터 전방으로 연장하여, 단자삽입부(229b)에 삽입될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 단자부는 구동유닛(130) 및 프레임(220)으로부터 외부로 노출되어 케이블에 접속될 수 있다.

단자삽입부(229b)는 다수 개가 제공되며, 다수 개의 단자삽입부(229b)는 제2 벽(225b)의 외측 둘레를 따라 배치될 수 있다. 다수 개의 단자삽입부(229b) 중, 단자부가 삽입되는 단자삽입부(229b)는 1개만 구비된다. 나머지 단자삽입부(229b)는, 프레임(220)의 변형방지를 위하여 구비되는 것으로 이해될 수 있다.

일 예로, 프레임 플랜지(222)에는, 3개의 단자삽입부(229b)가 형성된다. 이 중, 1개의 단자삽입부(229b)에는, 단자부가 삽입되며, 나머지 2개의 단자삽입부(229b)에는, 단자부가 삽입되지 않도록 구성될 수 있다.

프레임(220)에는, 스테이터 커버(도 1의 137 참조) 또는 토출커버 조립체(도 1의 180 참조)와 체결되거나, 실린더(240)와 압입 결합되는 과정에서, 많은 응력이 작용할 수 있다. 만약, 프레임 플랜지(222)에, 1개의 단자삽입부(229b)만 형성되는 경우, 응력이 특정 지점에 집중되어 프레임 플랜지(222)에 변형이 발생될 수 있다. 따라서, 본 실시예는, 단자삽입부(229b)가 프레임 플랜지(222)의 3개소에 형성되도록 함으로써, 즉 프레임(220)의 중심부를 기준으로 원주 방향으로 고르게 배치되도록 함으로써, 응력의 집중이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

프레임(220)에는, 프레임 플랜지(222)로부터 프레임 본체(221)를 향하여 경사지게 연장되는 프레임 경사부(223)가 더 포함된다. 프레임 경사부(223)의 외면은, 프레임 본체(221)의 외주면, 즉, 축방향에 대하여 제2 설정각도를 이루도록 연장될 수 있다. 일 예로, 제2 설정각도는 0도보다는 크고 90도보다는 작은 각도값으로 형성될 수 있다.

프레임 경사부(223)에는, 토출밸브(도 1의 171 참조)에서 배출된 냉매를 실린더(240)의 가스유입부(232)로 가이드 하기 위한 가스홀(224)이 형성된다. 가스홀(224)은 프레임 경사부(223)의 내부를 관통하여 형성될 수 있다.

상세하게는, 가스홀(224)은 프레임 플랜지(222)로부터 연장되며, 프레임 경사부(223)를 경유하여 프레임 본체(221)까지 연장될 수 있다.

가스홀(224)이 프레임 플랜지(222), 프레임 경사부(223) 및 프레임 본체(221)까지 다소 두꺼운 두께를 가지는 프레임(220)의 일부분을 통하여 형성되므로, 가스홀(224)의 형성에 의하여 프레임(220)의 강도가 약해지는 것을 방지할 수 있다.

가스홀(224)의 연장방향은, 프레임 경사부(223)의 연장방향에 대응하여, 프레임 본체(221)의 내주면, 즉 축방향에 대하여 제2 설정각도를 형성할 수 있다.

가스홀(224)의 입구부에는, 가스홀(224)로 유입될 냉매 중 이물을 필터링 하기 위한 토출필터(230)가 배치될 수 있다. 토출필터(230)는 제3 벽(225c)에 설치될 수 있다.

상세하게는, 토출필터(230)는 프레임 플랜지(222)에 형성되는 필터홈(227)에 설치된다. 필터홈(227)은 제3 벽(225c)으로부터 후방으로 함몰되도록 구성되며, 토출필터(230)의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다.

달리 말하면, 가스홀(224)의 입구부는 필터홈(227)에 연결되며, 가스홀(224)은 필터홈(227)으로부터 프레임 플랜지(222) 및 프레임 경사부(223)를 관통하여 프레임 본체(221)의 내주면으로 연장될 수 있다. 따라서, 가스홀(224)의 출구부는 프레임 본체(221)의 내주면에 연통할 수 있다.

또한, 프레임 플랜지(222)에는 가스홀(224)의 가공을 용이하게 하기 위한 가이드 홈(225e)이 형성될 수 있다. 가이드 홈(225e)은 제2 벽(225b)의 적어도 일부분이 함몰하도록 형성되며, 필터홈(227)의 가장자리에 위치될 수 있다.

가스홀(224)을 가공하는 과정에서, 가공기구는 필터홈(227)으로부터 프레임 경사부(223)를 향하여 드릴링 될 수 있다. 이 때, 가공기구가 제2 벽(225b)에 간섭되어, 드릴링이 용이하지 않게 되는 문제점이 발생할 수 있다. 따라서, 본 실시예는 제2 벽(225b)에 가이드 홈(225e)을 형성하여, 가이드 홈(225e)에 가공 기구를 위치시켜 가스홀(224)의 가공이 용이하도록 할 수 있다.

리니어 압축기(10)에는, 토출필터(230)의 후방, 즉 출구측에 설치되는 필터 실링부재(228)가 더 포함된다. 필터 실링부재(228)는 대략 링 형상을 가질 수 있다. 상세하게는, 필터 실링부재(228)는 필터홈(227)에 놓이며, 토출필터(230)가 필터홈(227)을 가압하면서, 필터홈(227)에 압입될 수 있다.

한편, 프레임 경사부(223)는 프레임 본체(221)의 둘레를 따라 다수 개가 구비될 수 있다. 다수 개의 프레임 경사부(223) 중, 가스홀(224)이 형성되는 프레임 경사부(223)는 1개만 구비된다. 나머지 프레임 경사부(223)는, 프레임(220)의 변형방지를 위하여 구비되는 것으로 이해될 수 있다.

프레임(220)에는, 스테이터 커버(149) 또는 토출 커버(160)와 체결되거나, 실린더(240)와 압입 결합되는 과정에서, 많은 응력이 작용할 수 있다. 만약, 프레임(220)에, 1개의 프레임 경사부(223)만 형성되는 경우, 응력이 특정 지점에 집중되어 프레임(220)에 변형이 발생될 수 있다. 따라서, 본 실시예는, 프레임 경사부(223)가 프레임 본체(221) 외측의 3개소에 형성되도록 함으로써, 즉 프레임(220)의 중심부를 기준으로 원주 방향으로 고르게 배치되도록 함으로써, 응력의 집중이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

실린더(240)는 프레임(220)의 내측에 결합된다. 일 예로, 실린더(240)는 프레임(220)에 압입 공정에 의하여 결합될 수 있다.

실린더(240)에는, 축방향으로 연장되는 실린더 본체(241) 및 실린더 본체(241)의 전방부 외측에 구비되는 실린더 플랜지(242)가 포함된다. 실린더 본체(241)는 축방향의 중심축을 가지는 원통 형상을 이루며, 프레임 본체(221)의 내부에 삽입된다. 따라서, 실린더 본체(241)의 외주면은 프레임 본체(221)의 내주면에 대향하도록 위치될 수 있다.

실린더 본체(241)에는, 가스홀(224)을 통하여 유동한 가스 냉매가 유입되는 가스유입부(232)가 형성된다.

리니어 압축기(200)에는, 프레임(220)의 내주면과 실린더(240)의 외주면 사이에 형성되어, 윤활 기능을 위한 가스가 유동하는 가스 포켓(231)이 더 포함된다. 가스홀(224)의 출구부로부터 가스유입부(232)까지의 베어링 가스 유로는 가스 포켓(231)의 적어도 일부분을 형성한다. 그리고 가스유입부(232)는 후술할 노즐부(233)의 입구측에 배치될 수 있다.

상세하게는, 가스유입부(232)는 실린더 본체(241)의 외주면으로부터 반경 방향 내측으로 함몰하도록 구성될 수 있다. 그리고 가스유입부(232)는 축방향 중심축을 기준으로, 실린더 본체(241)의 외주면을 따라 원형의 형상을 가지도록 구성될 수 있다.

가스유입부(232)는 다수 개가 제공될 수 있다. 일 예로, 가스유입부(232)는 2개 구비될 수 있다. 2개의 가스유입부(232) 중 제1 가스유입부(232a)는 실린더 본체(241)의 전방부, 즉, 토출밸브(도 1의 171 참조)와 가까운 위치에 배치되며, 제2 가스유입부(232b)는 실린더 본체(241)의 후방부, 즉 냉매의 압축기 흡입측과 가까운 위치에 배치된다. 달리 말하면, 제1 가스유입부(232a)는 실린더 본체(241)의 전후방향 중심부를 기준으로 전방 측에 위치하며, 제2 가스유입부(232b)는 후방 측에 위치할 수 있다.

그리고 제1 가스유입부(232a)에 연결되는 제1 노즐부(233a)는 중심부를 기준으로 전방 측에 위치하며, 제2 가스유입부(232b)에 연결되는 제2 노즐부(233b)는 중심부를 기준으로 후방 측에 위치할 수 있다.

상세하게는, 제1 가스유입부(232a) 또는 제1 노즐부(233a)는, 실린더 본체(241)의 전단부로부터 제1 거리만큼 이격된 위치에 형성된다. 그리고 제2 가스유입부(232b) 또는 제2 노즐부(233b)는, 실린더 본체(241)의 전단부로부터 제2 거리만큼 이격된 위치에 형성된다. 제2 거리는 제1 거리보다 큰 값을 가질 수 있다. 그리고 실린더 본체(241)의 전단부로부터 중심부까지의 제3 거리는 제1 거리보다는 크고 제2 거리보다는 작게 형성될 수 있다.

또한, 중심부로부터 제1 가스유입부(232a) 또는 제1 노즐부(233a)까지의 제4 거리는, 중심부로부터 제2 가스유입부(232b) 또는 제2 노즐부(233b)까지의 제5 거리보다 더 작은 값으로 결정될 수 있다.

한편, 제1 가스유입부(232a)는 가스홀(224)의 출구부와 인접한 위치에 형성된다. 달리 말하면, 가스홀(224)의 출구부로부터 제1 가스유입부(232a)까지의 거리는, 출구부로부터 제2 가스유입부(232b)까지의 거리보다 작게 형성될 수 있다. 예를 들어, 가스홀(224)의 출구부와 제1 가스유입부(232a)는 일부 중첩하도록 배치될 수 있다.

실린더(240)의 내부 압력은 냉매의 토출측에 가까운 위치, 즉 제1 가스유입부(232a)의 내측에서 상대적으로 높게 형성되므로, 가스홀(224)의 출구부를 제1 가스유입부(232a)에 인접하게 위치시킴으로써, 상대적으로 많은 양의 냉매가 제1 가스유입부(232a)를 통하여 실린더(240)의 내부로 유입될 수 있다. 결국, 가스 베어링의 기능을 강화하여, 피스톤(150)의 왕복운동 과정에서 실린더(240)와 피스톤(150)의 마모를 방지할 수 있게 된다.

가스유입부(232)에는, 실린더 필터부재(232c)가 설치될 수 있다. 실린더 필터부재(232c)는 실린더(240)의 내부로 소정 크기 이상의 이물이 유입되는 것을 차단하고 냉매 중에 포함된 유분을 흡착하는 기능을 수행한다. 여기서, 소정 크기는 1μm 일 수 있다.

실린더 필터부재(232c)에는, 가스유입부(232)에 감겨진 실(thread)이 포함된다. 상세하게는, 실(thread)은, PET(Polyethylene Terephthalate) 재질로 구성되어 소정의 두께 또는 직경을 가질 수 있다.

실(thread)의 두께 또는 직경은 실(thread)의 강도를 고려하여 적절한 값으로 결정될 수 있다. 만약, 실(thread)의 두께 또는 직경이 너무 작게 되면 실(thread)의 강도가 너무 약해져 쉽게 끊어질 수 있으며, 실(thread)의 두께 또는 직경이 너무 크게 되면 실(thread)을 감았을 때 가스유입부(232)에서의 공극이 너무 커져 이물의 필터링 효과가 낮아지는 문제점이 있다.

실린더 본체(241)에는, 가스유입부(232)로부터 반경 방향 내측으로 연장되는 노즐부(233)이 포함된다. 노즐부(233)은 실린더 본체(241)의 내주면까지 연장될 수 있다.

노즐부(233)의 반경 방향 길이는 가스유입부(232)의 반경 방향 길이, 즉 함몰된 깊이보다 작게 형성된다. 그리고 노즐부(233)의 내부공간의 크기는 가스유입부(232)의 내부공간의 크기보다 작게 형성될 수 있다.

상세하게는, 가스유입부(232)의 함몰된 깊이 및 폭과, 노즐부(233)의 길이는, 실린더(240)의 강성, 실린더 필터부재(232c)의 양 또는 노즐부(233)을 통과하는 냉매의 압력 강하의 크기 등을 고려하여 적절한 크기로 결정될 수 있다.

일 예로, 가스유입부(232)의 함몰된 깊이 및 폭이 너무 크거나, 노즐부(233)의 길이가 너무 작아지면, 실린더(240)의 강성이 약해질 수 있다. 반면에, 가스유입부(232)의 함몰된 깊이 및 폭이 너무 작으면, 가스유입부(232)에 설치될 수 있는 실린더 필터부재(232c)의 양이 너무 적어질 수 있다. 그리고 노즐부(233)의 길이가 너무 커지면, 노즐부(233)를 통과하는 냉매의 압력 강하가 너무 커지게 되어, 가스 베어링으로서의 충분한 기능을 수행할 수 없게 된다.

본 실시예에서는, 가스유입부(232)의 길이에 대한 노즐부(233)의 길이의 비율을 0.65 이상 0.75의 범위로 제안한다. 비율의 범위 내에서, 가스 베어링의 효과가 개선되며 실린더(240)의 강성을 요구 수준으로 유지할 수 있다.

또한, 노즐부(233)의 입구부의 직경은 출구부의 직경보다 크게 형성될 수 있다. 냉매의 유동방향을 기준으로, 노즐부(233)에서의 유동 단면적은 입구부로부터 출구부로 갈수록 점점 작게 형성된다. 여기서, 입구부는 가스유입부(232)에 연결되어 노즐부(233)로 냉매를 유입시키는 부분이며, 출구부는 실린더(240)의 내주면에 연결되어 피스톤(150)의 외주면으로 냉매를 공급하는 부분으로서 이해될 수 있다.

상세하게는, 노즐부(233)의 직경이 너무 커지는 경우, 토출 밸브(161)를 통하여 배출된 고압의 가스 냉매 중 노즐부(233)로 유입되는 냉매의 양이 너무 많게 되어 압축기의 유량 손실이 크게 되는 문제점이 있다. 반면에, 노즐부(233)의 직경이 너무 작게 되면, 노즐부(233)에서의 압력 강하가 크게 되어 가스 베어링으로서의 성능이 감소하는 문제점이 있다.

따라서, 본 실시예에서는 노즐부(233)의 입구부 직경을 상대적으로 크게 형성하여 노즐부(233)로 유입되는 냉매의 압력 강하를 줄이고, 출구부의 직경을 상대적으로 작게 형성하여 노즐부(233)을 통한 가스 베어링의 유입량을 소정값 이하로 조절할 수 있다.

일 예로, 본 실시예에서는 노즐부(233)의 출구부 직경에 대한 입구부 직경의 비율을 4 이상 5 이하의 값으로 결정한다. 이러한 비율의 범위 내에서, 가스 베어링의 효과 개선을 기대할 수 있다.

노즐부(233)에는, 제1 가스유입부(232a)로부터 실린더 본체(241)의 내주면으로 연장되는 제1 노즐부(233a) 및 제2 가스유입부(232b)로부터 실린더 본체(241)의 내주면으로 연장되는 제2 노즐부(233b)가 포함된다.

제1 가스유입부(232a)를 통과하면서 실린더 필터부재(232c)에 의하여 필터링 된 냉매는 제1 노즐부(233a)를 통하여 실린더 본체(241)의 내주면과, 피스톤 본체(150)의 외주면 사이 공간으로 유입된다. 그리고 제2 가스유입부(232b)를 통과하면서 실린더 필터부재(232c)에 의하여 필터링 된 냉매는 제2 노즐부(233b)를 통하여 실린더 본체(241)의 내주면과, 피스톤 본체(150)의 외주면 사이 공간으로 유입된다.

제1,2 노즐부(233a,233b)를 통하여 피스톤 본체(150)의 외주면측으로 유동한 가스 냉매는, 피스톤(150)에 부상력을 제공하여, 피스톤(150)에 대한 가스 베어링의 기능을 수행한다.

제1 실링부재(250)은 가스 포켓(231)의 전방 측 공간을 실링하므로, 가스 포켓(231)을 유동하는 냉매가 프레임(220) 및 실린더(240)의 전방 측으로 누설되는 것을 방지할 수 있다. 그리고 제2 실링부재(251)가 가스 포켓(231)의 후방 측 공간을 실링하므로, 가스 포켓(231)을 유동하는 냉매가 프레임(220) 및 실린더(240)의 후방 측으로 누설되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 가스 베어링의 성능이 개선될 수 있다.

그리고 실린더 본체(241)의 후방부에는, 플랜지 본체(221)와의 사이에 배치되는 제3 실링부재(252)가 삽입되는 제2 설치홈(241a)이 형성될 수 있다.

본 명세서의 실시예의 경우 앞에서 설명한 바와 같이 가스 베어링 수단을 이용할 수 있다. 가스 베어링 수단은 피스톤(150)의 외주면과 실린더(240)의 외주면 사이의 간격으로 토출가스를 공급하여 실린더(240)와 피스톤(150) 사이에 가스 윤활할 수 있다. 실린더(240)와 피스톤(150) 사이의 토출가스는 피스톤(150)에 부상력을 제공하여 피스톤(150)이 실린더(240)에 마찰하는 것을 저감시킬 수 있다.

이하, 실린더(240)와 피스톤(150) 사이의 공간, 즉 부상력을 제공하기 위해 공급되는 토출가스가 채워지는 공간을 습동부라고 부르기로 한다.

도 4는 제1 실시예에 따른 압축기의 실린더(240) 결합구조를 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 4에서 B 부분을 확대하여 나타내는 단면도이다.

도 4와 도 5를 참조하면, 본 명세서의 실시예에 따른 압축기는 실린더 본체(241)의 외주면으로부터 반경 방향 내측으로 함몰되며, 외주면을 따라 원형의 형상으로 연장되는 가스유입부(232)를 형성한다. 가스유입부(232)는 상부의 일부가 가스 홀과 연통되며 가스 홀을 통해 윤활 가스를 공급받을 수 있다.

실린더(240)는 프레임(220)의 가스홀(224)로부터 제공되는 냉매 가스가 지나가는 통로인 가스유입부(232: 232a, 232b)를 형성할 수 있다. 가스유입부(232)는 실린더(240)의 외주면에 원주 방향으로 요입되어 형성되는 홈일 수 있다. 가스유입부(232)는 실린더(240)의 전방에 위치하는 제1 가스유입부(232a)와 실린더(240)의 후방에 위치하는 제2 가스유입부(232b)를 포함한다.

이하, 가스유입부(232)를 통과하는 냉매 가스를 베어링 가스로 지칭하도록 한다. 베어링 가스는 실린더(240) 내에서 피스톤(260)을 부상시키는 베어링 기능을 수행할 수 있다.

제1 가스유입부(232a)와 제2 가스유입부(232b)는 실린더(240)와 프레임(220) 사이에 형성되는 가스 포켓(231)을 통해 서로 연통될 수 있다.

또한, 실린더(240)는 가스유입부(232)를 반경 방향으로 관통하는 노즐부 노즐부(233: 233a, 233b)가 형성되며, 노즐부(233)는 가스유입부(232)의 원주 방향으로 복수 개가 마련될 수 있다. 제1 가스유입부(232a)에는 복수 개의 제1 노즐부(233a)가 형성되고, 제2 가스유입부(232b)에는 복수 개의 제2 노즐부(233b)가 형성될 수 있다.

상세하게는, 제1 가스유입부(232a)와 제1 노즐부(233a)는, 실린더 본체(241)의 전단부로부터 제1 거리만큼 이격된 위치에 형성되고, 제2 가스유입부(232b)와 제2 노즐부(233b)는, 상기 실린더 본체(241)의 전단부로부터 제1 거리보다 큰 제2 거리만큼 이격된 위치에 형성된다. 그리고 실린더 본체(241)의 전단부로부터 중심부까지의 제3 거리는 제1 거리보다는 크고 제2 거리보다는 작게 형성될 수 있다.

한편, 제1 가스유입부(232a)는 가스홀(224)의 출구부와 인접한 위치에 형성된다. 예를 들어, 가스홀(224)의 출구부와 제1 가스유입부(232a)는 일부 중첩하도록 배치될 수 있다.

또한, 도 17을 참조하면, 가스유입부(232)에는 실린더 필터부재(232c)가 설치될 수 있다. 실린더 필터부재(232c)는 실린더 본체(241)의 내부로 소정 크기 이상의 이물이 유입되는 것을 차단하고 냉매 중에 포함된 유분을 흡착하는 기능을 수행한다. 여기서, 상기 소정 크기는 1μm 일 수 있다.

실린더 필터부재(232c)는 가스유입부(232)에 일정한 장력으로 30회 내지 70회 감겨진 실(thread) 형상으로 마련되는 실필터(232c)일 수 있다. 상세하게는, 실필터(232c)는 PET (Polyethylene Terephthalate) 또는 PTFE (Polytetrafluoroethylene) 재질로 구성되어 소정의 두께 또는 직경을 가질 수 있다.

실필터(232c)는 베어링 가스에 포함된 미세 오물과 유분을 차단하는 필터 역할을 수행한다. 또한, 실필터(232c)는 가스베어링 시스템에서 유입되는 베어링 가스의 압력을 감소시키는 리스트릭터(restrictor, 흐름제한장치)로의 기능도 수행한다.

그리고 실린더 본체(241)의 내주면에는 원주 방향으로 일정 각도만큼 연장되도록 요입되는 가스수용홈(234)이 형성될 수 있다. 그리고 가스수용홈(234)은 원주 방향으로 복수 개가 마련되며, 복수의 가스수용홈(234)들은 동일한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 가스수용홈(234)은 원주 방향으로 약 15도 내지 45도 사이의 각도만큼 연장되도록 요입되며, 3개의 가스수용홈(234)들이 원주 방향으로 120도의 각도로 동일한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.

그리고 제1 가스유입부(232a)에 대응하는 실린더 본체(241) 전방에 위치하는 가스수용홈(234)과 제2 가스유입부(232b)에 대응하는 실린더 본체(241) 후방에 위치하는 가스수용홈(234)은 서로 엇갈리도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 실린더 본체(241) 전방에 위치하는 가스수용홈(234)은 실린더 본체(241) 전방에 위치하는 가스수용홈(234)과 60도 각도로 엇갈리도록 배치될 수 있다.

또한, 제1 가스유입부(232a)에 대응하는 실린더 본체(241) 전방에 위치하는 가스수용홈(234)과 제2 가스유입부(232b)에 대응하는 실린더 본체(241) 후방에 위치하는 가스수용홈(234)은 서로 축 방향에 평행한 방향으로 중첩되지 않도록 배치될 수 있다.

그리고 가스수용홈(234)은 가스유입부(232)에 대향하는 위치에 형성될 수 있다. 즉, 가스수용홈(234)은 가스유입부(232)에 근접하여 배치되며, 가스유입부(232)가 형성하는 원주의 내측면에 배치될 수 있다.

그리고 가스수용홈(234)은 노즐부(233)를 통해 가스유입부(232)에 연통될 수 있다. 예를 들어, 노즐부(233)는 가스수용홈(234)의 중앙에서 반경 방향으로 관통되어 가스유입부(232)에 연통되는 홀을 형성할 수 있다.

노즐부(233)는 보통 직경이 수십 마이크로미터 정도로 가공된다. 그러나 압축기의 반복된 사용 기간 동안 가스유입부(232)에 침투된 유분이 노즐부(233)에 퇴적되어 막힘이 빈번하게 발생한다. 이처럼 노즐부(233)에 유분이 퇴적되면 표면 점착력이 가해져 피스톤(150)의 압축 행정 시 가해지는 압력에 의해서도 빠져나가지 않게 된다.

본 명세서의 실시예에 따른 압축기(200)는 가스수용홈(234)을 형성함으로써 노즐부(233)에 유분이 퇴적되는 것을 방지할 수 있다. 만일, 노즐부(233)의 출구가 피스톤(150)과 직접적으로 접촉하거나 매우 가깝게 근접하는 경우 노즐부(233)의 유분이 퇴적되어 막힘이 발생할 가능성이 증가하게 되기 때문이다.

가스수용홈(234)이 원주 방향으로 깊이가 연속적으로 변하도록 할 수 있다. 예를 들어, 가스수용홈(234)의 요입면은 실린더 본체(241)의 내주면의 곡률보다 큰 곡률을 형성할 수 있다. 이 경우 노즐부(233)는 가스수용홈(234)의 가장 깊은 곳에 연통되게 되며, 피스톤(150)과 노즐부(233) 사이의 공간을 확보할 수 있다. 그리고 피스톤(150)의 원주를 따라 가수수용홈(234)의 깊이가 연속적으로 줄어들면서 노즐부(233)를 통해 공급되는 냉매가스가 피스톤(150)과 실린더 본체(141) 사이에 확산되기가 용이할 수 있다.

또한, 본 명세서의 실시예에 따른 압축기(200)는 프레임(220)과 실린더(240) 사이에서 냉매가스의 유로로 기능하는 가스 포켓(231)의 간격을 좁게 하여 침투된 유분의 이동을 막고 가스 포켓(231) 내부에 포집할 수 있다. 가스 포켓(231)은 프레임 본체(221)의 내주면과 실린더 본체(241)의 외주면 사이의 공간에 형성되는 원통 띠 형상일 수 있으며, 양 단이 실링부재(250,251)로 밀봉되어 있다. 예를 들어, 전단은 제1 실링부재(250)로 밀봉되고, 후단은 제2 실링부재(251)로 밀봉될 수 있다.

보통, 가스 베어링 수단을 이용하는 압축기에서 가스 포켓(231)의 간격은 150 마이크로미터 내외로 마련된다. 이처럼 조립공차에 해당하는 마진을 두어 조립 공정을 용이하게 할 수 있다.

본 명세서의 실시예에서는 가스 포켓(231)의 간격을 10 내지 30 마이크로미터의 범위로 하는 것을 특징으로 한다. 즉, 프레임 본체(221)의 내주면과 실린더(240)의 외주면 사이의 간격(공차)를 10 내지 30 마이크로미터의 범위로 마련한다.

도 6은 피스톤(150)이 실린더(140)에 접촉하는 모습을 나타내는 그림이다.

피스톤(150)은 마그넷 프레임(136, 도 1 참조)에 직접 기계적으로 결합되어 있어 전후 방향으로 움직일 때 유동성이 없게 된다. 따라서 피스톤(150)의 정렬에 오차가 발생하거나 동작 중 외력이 작용하여 모멘텀이 발생하면 피스톤(150)과 실린더(140) 사이에 접촉이 발생하게 된다.

도 6의 (a)를 참조하면, 피스톤(150)의 압축행정 시에 피스톤(150)의 전방을 상부로 들어 올리는 힘이 발생하면 피스톤(150)의 전방 상부가 실린더(140) 내벽의 전방 상부에 접촉하게 된다.

도 6의 (b)를 참조하면, 피스톤(150)의 흡입행정 시에 피스톤(150)의 후방을 아래로 밀어 내는 힘이 발생하면 피스톤(150)의 후방 하부가 실린더(140) 내벽의 후방 하부에 접촉하게 된다.

이처럼 피스톤(150)과 실린더(140)가 잦은 접촉을 계속하게 되면 마찰에 의해 흠집이 발생하면서 파티클이 발생하고, 습동부에 불규칙한 균열이 발생하면서 압축 신뢰성이 낮아지게 된다.

이와 같은 피스톤(150)과 실린더(140)의 접촉을 방지하기 위해서는 습동부에서 피스톤(150)에 작용되는 부상력의 크기를 키우고 피스톤(150)의 넓은 면적에 부상력이 작용하는 것이 바람직하다.

도 7은 가스베어링 시스템에서 피스톤(260)이 부상되는 모습을 나타내는 단면도이다.

프레임(220)에 형성되는 가스홀(224)을 통해 유입된 냉매 가스는 실린더(240)의 전방에 원주 방향으로 복수 개 형성되는 제1 가스유입부(232a)와 실린더(240)의 후방에 원주 방향으로 복수 개 형성되는 제2 가스유입부(232b)를 통해 실린더(240) 내부에 형성되는 습동부로 분사된다. 이 때, 가스유입부(232)에서 분사되는 베어링 가스의 부상력에 의해 피스톤(260)이 실린더(240) 내부에서 부상된 상태로 직선 왕복 이동할 수 있게 된다.

습동부로 분사된 베어링 가스는 피스톤(260)의 외주면을 따라 전방과 후방으로 각각 이동하고, 전방으로 이동한 베어링 가스는 흡입 포트(264)를 통해 분사되는 흡입공간(102)의 냉매와 함께 압축공간(103)에서 압축된다. 압축공간(103)에서 압축된 베어링 가스는 토출밸브 조립체(170)를 통과하여 토출공간(104)으로 배출된다. 토출공간(104)의 베어링 가스는 일부는 케이싱(110)의 전방 측에 연결된 토출관(115, 도 1 참조)을 통해 외부로 배출되고, 일부는 프레임(220)에 형성된 가스홀(224)에 유입되어 가스베어링의 베어링 매개체로서 기능하게 된다.

그리고 습동부로 분사되어 피스톤(260)의 외주면을 따라 후방으로 이동한 베어링 가스는 케이싱(110) 내부의 수용공간(101)에 채워지게 된다.

도 8은 도 7에서 가스유입부(232) 주위의 피스톤(260)의 부상력을 나타내는 그래프이다.

도 8을 참조하면, 가스유입부(232)의 출구부 근방에서는 분사되는 베어링 가스의 압력(P)이 강하여 피스톤(260)에 충분한 부상력(F)을 제공한다(여기서, 피스톤(260) 외주면의 단위 면적은 동일 하기 때문에 압력(P)과 힘(F)을 구분하지 않고 사용하도록 한다). 그러나 가스유입부(232)의 출구부에서 멀어지면 압력(P)이 급격하게 감소하게 되는 것을 알 수 있다. 이와 같은 이유로 인하여 피스톤(260)에 작용하는 부상력(F)이 균일하지 않기 때문에 피스톤(260)의 편심 또는 기울어짐을 유발시킬 수 있다.

도 9는 일반적인 피스톤(260)의 구조를 나타내는 사시도이다.

도 9를 참조하면, 피스톤(260)은 전방에 위치하고 압축공간(103, 도 1 참조)을 구획하는 헤드부(261)와 헤드부(261)의 외주면에서 후방으로 연장되는 원통 형상의 가이드부(262)와 가이드부(262)의 후방에서 반경방향 외측으로 연장되어 피스톤(260)을 압축기 구조에 고정시키는 플랜지부(263)를 포함한다.

그리고 피스톤(260)의 헤드부(261)에는 흡입포트(264)가 관통되도록 형성된다. 흡입포트(264)는 피스톤(260) 내부의 흡입공간(102, 도 1 참조)과 압축공간(103)을 연통하도록 마련된다.

그리고 피스톤(260)의 플랜지부(263)는 마그넷 프레임(136, 도 1 참조)에 결합되고, 마그넷 프레임(136)의 결합부(136a, 도 1 참조)에 체결부재를 통해 결합되기 위해 체결부재가 관통되는 결합홀(263a)을 형성한다.

도 10은 제1 실시예에 따른 실린더(240-1)의 구동축 방향 단면을 나타내는 사시도이고, 도 11은 제1 실시예에 따른 실린더(240-1)의 구동축 방향 단면도이다.

실린더(240-1)는 프레임(120, 도 1 참조)의 내측에 결합된다. 일 예로, 실린더(240-1)는 프레임(120)에 압입 공정에 의하여 결합될 수 있다.

실린더(240-1)는 축방향으로 연장되는 실린더 본체(241) 및 실린더 본체(241)의 전방부 외측에 구비되는 실린더 플랜지(242)가 포함한다. 실린더 본체(241)는 구동축 방향의 중심축을 가지는 원통 형상을 이루며, 프레임 바디부(121)의 내부에 삽입된다. 따라서, 실린더 본체(241)의 외주면은 프레임 바디부(121)의 내주면에 대향하도록 위치될 수 있다.

실린더 본체(241)는 프레임(120)을 관통하는 가스홀을 통하여 유동하는 가스 냉매가 유입되는 가스유입부(232)와 가스유입부(232)와 습동부를 연통하는 노즐부(233)를 형성한다. 가스유입부(232)와 노즐부(233)에 대해서는 도 2와 도 3의 설명을 참고하도록 한다.

그리고 실린더 본체(241)의 내주면에는 원주 방향으로 일정 각도만큼 연장되도록 요입되는 가스수용홈(234-1)이 형성될 수 있다. 그리고 가스수용홈(234-1)은 원주 방향으로 복수 개가 마련되며, 복수의 가스수용홈(234-1)들은 동일한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 가스수용홈(234-1)은 원주 방향으로 약 15도 내지 45도 사이의 각도만큼 연장되도록 요입되며, 3개의 가스수용홈(234-1)들이 원주 방향으로 120도의 각도로 동일한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 다만, 가스수용홈(234-1)의 연장 각도와 배치 숫자는 일 실시예를 나타낸 것으로 그 범위를 벗어난 실시예도 가능하다.

그리고 제1 가스유입부(232a)에 대응하는 실린더 본체(241) 전방에 위치하는 가스수용홈(234-1)과 제2 가스유입부(232b)에 대응하는 실린더 본체(241) 후방에 위치하는 가스수용홈(234-1)은 서로 엇갈리도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 실린더 본체(241) 전방에 위치하는 가스수용홈(234-1)은 실린더 본체(241) 전방에 위치하는 가스수용홈(234-1)과 60도 각도로 엇갈리도록 배치될 수 있다.

또한, 제1 가스유입부(232a)에 대응하는 실린더 본체(241) 전방에 위치하는 가스수용홈(234-1)과 제2 가스유입부(232b)에 대응하는 실린더 본체(241) 후방에 위치하는 가스수용홈(234-1)은 서로 축 방향에 평행한 방향으로 중첩되지 않도록 배치될 수 있다.

그리고 가스수용홈(234-1)은 가스유입부(232)에 대향하는 위치에 형성될 수 있다. 즉, 가스수용홈(234-1)은 가스유입부(232)에 근접하여 배치되며, 가스유입부(232)가 형성하는 원주의 내측면에 배치될 수 있다.

그리고 가스수용홈(234-1)은 노즐부(233)를 통해 가스유입부(232)에 연통될 수 있다. 예를 들어, 노즐부(233)는 가스수용홈(234-1)의 중앙에서 반경 방향으로 관통되어 가스유입부(232)에 연통되는 홀을 형성할 수 있다.

본 명세서의 실시예에 따른 압축기(200)는 가스수용홈(234-1)을 형성함으로써 노즐부(233)에 유분이 퇴적되는 것을 방지할 수 있다. 만일, 노즐부(233)의 출구가 피스톤(150)과 직접적으로 접촉하거나 매우 가깝게 근접하는 경우 노즐부(233)의 유분이 퇴적되어 막힘이 발생할 가능성이 증가하게 되기 때문이다.

가스수용홈(234-1)이 원주 방향으로 깊이가 연속적으로 변하도록 할 수 있다. 예를 들어, 가스수용홈(234-1)의 요입면은 실린더 본체(241)의 내주면의 곡률보다 큰 곡률을 형성할 수 있다. 이 경우 노즐부(233)는 가스수용홈(234-1)의 가장 깊은 곳에 연통되게 되며, 피스톤(150)과 노즐부(233) 사이의 공간을 확보할 수 있다. 그리고 피스톤(150)의 원주를 따라 가수수용홈(234-1)의 깊이가 연속적으로 줄어들면서 노즐부(233)를 통해 공급되는 냉매가스가 피스톤(150)과 실린더 본체(141) 사이에 확산되기가 용이할 수 있다.

또한, 가스유입부(232)와 노즐부(233)는 실린더(240-1) 내에서 피스톤(260)을 부상(플로팅, floting)시킬 수 있는 부상력을 발생시키기 위하여 유량을 제어하는 리스트릭터(restrictor)로 기능할 수 있다. 리스트릭터 기능을 수행하기 위하여 가스유입부(232)에는 실필터 또는 포러스 물질 등을 포함하는 실린더 필터부재(232c)가 충진될 수 있고, 노즐부(233)는 오리피스로 기능할 수 있다.

또한, 가스수용홈(234-1)은 리스트릭터로부터 발생한 고압의 가스를 이용하여 부상력을 발생시키는 포켓 또는 그루브(groove) 형상으로 마련될 수 있다. 가스수용홈(234-1)의 형상 및 배치에 따라 부상력이 커지고, 부상력이 작용하는 면적이 넓어질 수 있다.

도 12는 제2 실시예에 따른 실린더(240-2)의 구동축 방향 단면을 나타내는 사시도이고, 도 13은 제2 실시예에 따른 실린더(240-2)의 구동축 방향 단면도이다.

도 12와 도 13을 참조하면, 실린더(240-2)의 내주면에 형성되는 가스수용홈(234-2)은 실린더(240-2)의 원주 방향으로 연장되는 띠 형상일 수 있다. 가스수용홈(234-2)이 원주 방향으로 연장되면서 베어링 가스의 부상력이 원주 방향으로 균일하게 작용할 수 있다.

제2 실시예에 따른 가스수용홈(234-2)은 실린더(240-2)의 전방과 후방에 각각 위치할 수 있다.

그리고 도 10과 도 11의 제1 실시예에 따른 가스수용홈(234-1)과 비교할 때, 제2 실시예에 따른 가스수용홈(234-2)은 깊이가 더 낮게 마련될 수 있다. 이는 가스수용홈(234-2)의 체적과 관련되며, 제2 실시예에 따른 가스수용홈(234-2)의 너비가 원주 방향으로 확장되면서 깊이는 더 낮게 마련될 수 있다. 그리고 가스수용홈(234-2)의 깊이가 얕아지면서 실린더(240-2)의 내구성이 보다 향상될 수 있다.

도 14는 제1 실시예에 따른 피스톤(260-1)이 실린더(240)에 결합된 상태를 나타내는 부분 단면도이다.

도 14를 참조하면, 제1 실시예에 따른 피스톤(260-1)은 외주면에 제1미세홈(265) 또는 미세기공을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1미세홈(265) 또는 미세기공은 가이드부(262)의 원주 방향과 길이 방향을 따라 복수 개가 형성될 수 있다. 예를 들어, 실린더(240)의 전방에 위치하는 제1 노즐부(233a)에 대응하는 위치에 마련되는 제1-1 미세홈(265a)과, 실린더(240)의 후방에 위치하는 제2 노즐부(233b)에 대응하는 위치에 마련되는 제1-2 미세홈(265b)을 포함할 수 있다.

제1미세홈(265) 또는 미세기공은 가이드부(262)의 길이 방향을 따라 복수의 열로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1-1 미세홈(265a)과 제1-2 미세홈(265b)은 가이드부(262)의 원주 방향으로 배치되는 복수의 미세홈이 하나의 열을 형성하고, 가이드부(262)의 길이 방향으로 복수개의 열이 나란하게 배치될 수 있다.

이 때, 제1미세홈(265) 또는 미세기공이 배치되는 길이 방향 영역은 노즐부(233)의 위치와 피스톤(260-2)의 왕복 길이에 따라 정해질 수 있다. 예를 들어, 피스톤(260-2)이 상사점(TDC: top dead center)일 때, 제1 노즐부(233a)의 위치에 제1-1 미세홈(265a)의 후방 열이 배치되고, 제2 노즐부(233b)의 위치에 제1-2 미세홈(265b)의 후방 열이 배치될 수 있다. 그리고 피스톤(260-2)이 하사점(BDC: bottom dead center)일 때, 제1 노즐부(233a)의 위치에 제1-1 미세홈(265a)의 전방 열이 배치되고, 제2 노즐부(233b)의 위치에 제1-2 미세홈(265b)의 전방 열이 배치될 수 있다.

제1미세홈은 마이크로 딤플(micro dimple) 형태로 마련될 수 있다. 제1미세홈의 크기는 직경과 깊이가 10 마이크로미터 내지 1 미리미터 사이의 값으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 제1미세홈의 크기는 직경과 깊이가 5마이크로미터 내지 1미리미터 사이의 값으로 형성될 수 있다. 그리고 제1미세홈 사이의 간격은 직경의 1배 이상으로 마련될 수 있다. 제1미세홈 사이의 간격이 너무 좁은 경우에는 피스톤(260)의 표면에 크랙(crack)이 발생할 가능성이 있기 때문이다.

미세기공은 피스톤(260)의 가이드부(262)를 관통하는 미세홀 형태로 마련될 수 있다. 미세홀의 직경은 10마이크로미터 내지 1미리미터 사이의 값으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 미세홀의 직경은 5마이크로미터 내지 1미리미터 사이의 값으로 형성될 수 있다. 그리고 미세홀 사이의 간격은 직경의 1배 이상으로 마련될 수 있다. 미세홀 사이의 간격이 너무 좁은 경우에는 피스톤(260)의 표면에 크랙(crack)이 발생할 가능성이 있기 때문이다.

또는 제1미세홈과 미세기공이 모두 형성될 수도 있다. 또는 제1미세홈과 미세기공이 교번적으로 형성될 수도 있다.

한편, 제1미세홈 또는 미세기공은 에칭 또는 레이저 가공을 사용하여 형성할 수 있다.

도 15는 제2 실시예에 따른 피스톤(260-2)이 실린더(240)에 결합된 상태를 나타내는 부분 단면도이다.

도 15를 참조하면, 제2 실시예에 따른 피스톤(260-2)은 외주면에 제2미세홈(266)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2미세홈(266)은 가이드부(262)의 원주 방향으로 연장되는 그루부(groove) 형상으로 마련되고, 가이드부(262)의 길이 방향을 따라 복수 개가 형성될 수 있다. 예를 들어, 실린더(240)의 전방에 위치하는 제1 노즐부(233a)에 대응하는 위치에 마련되는 제2-1 미세홈(266a)과, 실린더(240)의 후방에 위치하는 제2 노즐부(233b)에 대응하는 위치에 마련되는 제2-2 미세홈(266b)을 포함할 수 있다.

제2미세홈(266)은 가이드부(262)의 길이 방향을 따라 복수의 열로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2-1 미세홈(266a)과 제2-2 미세홈(266b)은 가이드부(262)의 원주 방향으로 연장되는 하나의 열을 형성하고, 가이드부(262)의 길이 방향으로 복수개의 열이 나란하게 배치될 수 있다.

이 때, 제2미세홈(266)이 배치되는 길이 방향 영역은 노즐부(233)의 위치와 피스톤(260-2)의 왕복 길이에 따라 정해질 수 있다. 예를 들어, 피스톤(260-2)이 상사점(TDC: top dead center)일 때, 제1 노즐부(233a)의 위치에 제2-1 미세홈(266a)의 후방 열이 배치되고, 제2 노즐부(233b)의 위치에 제2-2 미세홈(266b)의 후방 열이 배치될 수 있다. 그리고 피스톤(260-2)이 하사점(BDC: bottom dead center)일 때, 제1 노즐부(233a)의 위치에 제2-1 미세홈(266a)의 전방 열이 배치되고, 제2 노즐부(233b)의 위치에 제2-2 미세홈(266b)의 전방 열이 배치될 수 있다.

그루부 형상의 제2미세홈(266)은 폭이 100 마이크로미터 내지 3 미리미터 사이로 마련되고, 깊이는 1 마이크로미터 내지 15 마이크로미터 사이로 마련될 수 있다. 그리고 인접하는 제2미세홈(266) 사이의 간격은 최소 1 미리미터 이상으로 마련될 수 있다.

도 16은 제3 실시예에 따른 피스톤(260-3)이 실린더(240)에 결합된 상태를 나타내는 부분 단면도이다.

도 16을 참조하면, 제3 실시예에 따른 피스톤(260-3)은 외주면에 제2미세홈(266)과 미세기공(267)을 모두 포함할 수 있다.

구체적으로, 제2미세홈(266)은 가이드부(262)의 원주 방향으로 연장되는 그루부(groove) 형상으로 마련되고, 가이드부(262)의 길이 방향을 따라 복수 개가 형성될 수 있다. 예를 들어, 실린더(240)의 전방에 위치하는 제1 노즐부(233a)에 대응하는 위치에 마련되는 제2-1 미세홈(266a)과, 실린더(240)의 후방에 위치하는 제2 노즐부(233b)에 대응하는 위치에 마련되는 제2-2 미세홈(266b)을 포함할 수 있다.

미세홈(266)은 가이드부(262)의 길이 방향을 따라 복수의 열로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2-1 미세홈(266a)과 제2-2 미세홈(266b)은 가이드부(262)의 원주 방향으로 연장되는 하나의 열을 형성하고, 가이드부(262)의 길이 방향으로 복수개의 열이 나란하게 배치될 수 있다.

그리고 미세기공(267)은 미세홈(266)의 바닥면에 형성될 수 있다. 그리고 미세기공(267)은 제2미세홈(266)의 원주 방향을 따라 복수 개 형성될 수 있다.

도 17은 도 14와 도 15에서 가스유입부(232) 주위의 피스톤(260)의 부상력을 나타내는 그래프이다.

도 8과 비교하여 도 17을 참조하면, 가스유입부(232)의 출구부 근방에서 분사되는 베어링 가스의 압력(P)은 피스톤(260)의 길이 방향을 따라 고르게 분포되는 것을 알 수 있다. 이처럼 피스톤(260)의 길이 방향으로 소정 범위 내로 균일한 부상력(F)을 제공함으로써 피스톤(260)의 편심 또는 기울어짐을 방지할 수 있다.

도 18은 제1 실시예에 따른 피스톤(260-1)이 실린더(240) 내에서 이동하는 모습을 나타내는 부분 단면도이다.

도 18의 (a)를 참조하면, 피스톤(260-1)이 상사점(TDC)에 위치할 때, 피스톤(260-1)의 제1미세홈(265)들 중 적어도 하나의 열은 실린더(240)의 가스수용홈(234)에 중첩되는 위치에 위치하도록 마련될 수 있다.

예를 들어, 피스톤(260-1)의 전방에 위치하는 복수열의 제1-1 미세홈(265a) 중, 후방에 위치하는 미세홈은 실린더(240)의 전방에 위치하는 제1 가스수용홈(234a)에 중첩되는 위치에 위치하도록 마련되고, 피스톤(260-1)의 후방에 위치하는 복수열의 제1-2 미세홈(265b) 중, 후방에 위치하는 미세홈은 실린더(240)의 후방에 위치하는 제2 가스수용홈(234b)에 중첩되는 위치에 위치하도록 마련될 수 있다.

도 18의 (c)를 참조하면, 피스톤(260-1)이 하사점(BDC)에 위치할 때, 피스톤(260-1)의 제1미세홈(265)들 중 적어도 하나의 열은 실린더(240)의 가스수용홈(234)에 중첩되는 위치에 위치하도록 마련될 수 있다.

예를 들어, 피스톤(260-1)의 전방에 위치하는 복수열의 제1-1 미세홈(265a) 중, 전방에 위치하는 미세홈은 실린더(240)의 전방에 위치하는 제1 가스수용홈(234a)에 중첩되는 위치에 위치하도록 마련되고, 피스톤(260-1)의 후방에 위치하는 복수열의 제1-2 미세홈(265b) 중, 전방에 위치하는 미세홈은 실린더(240)의 후방에 위치하는 제2 가스수용홈(234b)에 중첩되는 위치에 위치하도록 마련될 수 있다.

도 18의 (b)는 피스톤(260-1)이 상사점과 하사점 사이에서 이동하는 모습을 나타내는 것으로, 이 때에도 실린더(240)의 가스수용홈(234)에 중첩되는 위치에 미세홈(265)이 위치하게 된다.

도 19는 초소형 강구(B)를 이용하여 금속 표면에 미세홈(G)을 형성하는 모습을 나타내는 그림이고, 도 20은 초소형 강구(B)를 이용한 단조에서 표면 잔류응력이 감소하는 것을 나타내는 그래프이다.

초소형 강구(또는 초 미세 매체, ultra-fine media)를 이용한 단조 처리 공법에 대하여 설명하면, 초소형 강구(B)는 처리 대상 제품의 표면을 향해 고속으로 투사되고, 충격 지점에서 압축 응력을 생성하는 동시에, 미세 열 반응이 일어난다. 이러한 반응으로 표면의 미세 균열(fracture)을 효과적으로 밀봉된다. 또한 처리 대상 제품의 표면은 압축으로 인해 밀도가 개선된 응축 표면이 형성될 수 있다. 이러한 단조 처리 공법을 이용함으로써 금속이 경화될 때 일반적으로 발생하는 취성(brittleness)의 문제를 극복할 수 있다.

구체적으로, 기존 샷 피닝(shot peening) 공법은 직경이 600 내지 800 마이크로미터인 철 매개체를 70 내지 80 m/s의 속도로 분사하는 반면, 초소형 강구 단조 처리 공법은 직경이 40 내지 200 마이크로미터인 강구(B)를 200 m/s의 속도로 뿌리는 점에서 차이가 있다. 그 결과, 보다 빠른 가열과 냉각이 반복되기 때문에 표면에 열 처리 및 단조 효과가 발생한다.

도 19을 참조하면, 기존 샷 피닝 공법(shot peening)(b)의 경우 깊이에 상관없이 500 MPa 정도의 압축 잔류 응력(Compressive Residual Stress)을 가지는 반면, 초소형 강구를 이용한 단조 처리 공법(d)의 경우 얕은 깊이에 압축 잔류 응력이 집중되고 최대 1600 MPa 정도의 압축 잔류 응력이 집중될 수 있다.

즉, 초소형 강구를 이용한 단조 처리 공법을 이용함으로써, 샷 피닝 공법을 이용하는 것과 비교하여 약 3배 이상 개선된 응축 표면을 형성할 수 있다.

참고로 (a)는 아무런 처리를 하지 않은 경우(untreated)를, (c)는 하드 피닝 공법(hard peening)의 경우를 나타낸다.

도 21은 피스톤 표면 전체에 미세홈(G)을 형성하는 모습을 나타내는 그림이고, 도 22는 피스톤 전방과 후방에 국부적으로 미세홈(G)을 형성하는 모습을 나타내는 그림이다.

도 21을 참조하면, 피스톤(260)의 가이드부(262) 표면에 직경이 40 내지 200 마이크로미터인 초소형 강구(B)를 200 m/s의 속도로 뿌린다. 그 결과, 가이드부(262)의 표면에는 깊이 10 마이크로미터, 깊이 5 마이크로미터의 미세홈(G)이 형성된다.

한편, 강구(B)의 크기는 보다 작을 수도 있다. 예를 들어, 10 내지 40 마이크로미터인 초소형 강구(B)를 200 m/s 이상의 속도로 뿌릴 수 있다. 또는 강구(B)의 직경이 작아진 만큼 보다 느린 속도로 뿌리는 경우에도 동일한 크기의 미세홈(G)을 형성할 수도 있다.

그리고 가이드부(262)의 원주 방향으로 고른 압축 잔류 응력이 제공되기 위해서는 피스톤(260)을 구동축을 중심으로 회전하면서 강구(B)의 분사 공정을 반복할 필요가 있다.

도 22을 참조하면, 피스톤(260)의 가이드부(262) 표면의 전방 윤활면(S1)과 후방 윤활면(S2)에 초소형 강구(B)를 뿌린다. 이는 피스톤(260)이 실린더(240) 내에서 편심되거나 기울어졌을 때, 가이드부(262)의 전방 윤활면(S1)과 후방 윤활면(S2)에서 마찰이 집중되기 때문에 이 부분의 압축 잔류 응력을 증가시키는 것이 필요하기 때문이다.

도 23은 실린더 표면 전체에 미세홈을 형성하는 모습을 나타내는 그림이고, 도 24는 실린더 전방과 후방에 국부적으로 미세홈을 형성하는 모습을 나타내는 그림이다.

도 23를 참조하면, 실린더(240)의 본체(241) 내주면에 직경이 40 내지 200 마이크로미터인 초소형 강구(B)를 200 m/s의 속도로 뿌린다. 그 결과, 본체(241)의 표면에는 깊이 10 마이크로미터, 깊이 5 마이크로미터의 미세홈(G)이 형성된다.

그리고 본체(241)의 원주 방향으로 고른 압축 잔류 응력이 제공되기 위해서는 실린더(240)을 구동축을 중심으로 회전하면서 강구(B)의 분사 공정을 반복할 필요가 있다.

도 24을 참조하면, 실린더(240)의 본체(241) 표면의 전방 윤활면(S3)과 후방 윤활면(S4)에 초소형 강구(B)를 뿌린다. 이는 피스톤(260)이 실린더(240) 내에서 편심되거나 기울어졌을 때, 본체(241)의 전방 윤활면(S3)과 후방 윤활면(S4)에서 마찰이 집중되기 때문에 이 부분의 압축 잔류 응력을 증가시키는 것이 필요하기 때문이다.

한편, 피스톤(260)과 실린더(240) 중 어느 하나 이상에 초소형 강구를 이용한 단조 공법을 수행할 수 있다. 제작 시간 및 비용을 만족하는 한 피스톤(260)과 실린더(240) 모두에 초소형 강구를 이용한 단조 공법을 수행하는 경우 제품의 표면 내구성을 가장 향상시킬 수 있다.

도 25는 습동부에 유분(O)이 유입되었을 때 나타날 수 있는 현상을 나타내는 그림이고, 도 26은 유분(O)이 틈새에 침투하는 거동을 설명하기 위한 개략도이다.

습동부에 오일이 유입되는 경우 토출가스의 윤활성능이 급격이 저하될 수 있다. 이는 유입된 오일이 습동부 내에 높은 동압을 발생시키고 에어백 역할을 하게 되어 피스톤(150)을 한쪽으로 밀어내 실린더(240) 내벽과 접촉을 발생시킬 수 있기 때문이다. 이는 피스톤(150)의 마모와 파손을 불러 일으킬 수 있다.

이처럼 습동부 내에 오일이 유입되는 것을 방지하기 위해 결합구조에는 다수의 실링부재가 설치된다. 그러나 가스 베어링 수단을 이용하기 위해서는 습동부에 냉매가스를 유입시키기 위한 가스홀(224, 도 2 참조)이 필요하며, 이 가스홀(224)을 통해 오일이 유입되는 것을 차단하여야 한다.

가스홀(224)의 전방에는 이물질을 차단하기 위한 토출필터(230)가 장착되지만, 토출필터(230) 스펙의 한계 상 냉매에 용해된 유분을 걸러내기는 어렵다. 냉매는 가스 상태로 흡입관을 통해 흡입되지만, 압축기(200) 내에서 부분적으로 고압 및 저온인 부분에서 냉매가 액체 상태로 상변이할 수 있고, 상변이된 냉매에 주위 유분이 용해될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 가장 고스펙의 토출필터(230)를 장착한다고 하여도 r600a 냉매에 용해된 유분을 걸러낼 수는 없다.

냉매에 용해된 유분은 프레임(220)과 실린더(240) 사이에 유분 덩어리를 생성할 수 있고, 생성된 유분이 습동부로 유입되어 문제를 발생시킬 수 있다. 참고적으로, 유분은 물보다 표면장력이 매우 작기 때문에 유분이 고체 표면에 닿을 경우 접촉각이 매우 작아 상대적으로 좁은 틈새를 통해서도 쉽게 통과할 수가 있게 된다.

도 25의 (a)를 참조하면, 습동부의 하부에 유분(O)이 생성된 경우 피스톤(150)의 압축행정 시에 유분(O)이 에어백 역할을 하여 피스톤(150)의 전방을 상부로 들어 올리는 힘을 발생시키고, 피스톤(150)의 전방 상부가 실린더(240) 내벽의 전방 상부에 접촉하게 된다.

도 25의 (b)를 참조하면, 습동부의 상부에 유분(O)이 생성된 경우 피스톤(150)의 흡입행정 시에 유분(O)이 에어백 역할을 하여 피스톤(150)의 후방을 아래로 밀어 내는 힘을 발생시키고, 피스톤(150)의 후방 하부가 실린더(240) 내벽의 후방 하부에 접촉하게 된다.

도 26을 참조하면, 수분(W)에 유분(O)이 혼합된 경우 좁은 틈새로 유분(O)이 침투될 수 있음을 알 수 있다. 이는 물(W)보다 유분(O)이 표면장력이 매우 작기 때문에 가능하다. 좁은 틈새 주변에서 미세 유분방울(O)들이 모여 성장하게 되고, 표면장력이 작은 유분방울(O)은 압력 차이에 의해 좁은 틈새로 빨려 들어가게 된다. 침투된 유분(O)은 미세방울 상태의 수분(W)을 내포한 상태로 좁은 틈새를 채우게 된다.

도 27은 유분이 마찰에 의해 실린더(240) 내부로 진행하지 못하는 현상을 설명하기 위한 그림이다.

도 27을 참조하면, 가스 포켓(231)의 간격을 30 마이크로미터 이하로 하는 경우, 유분(o)이 가스 포켓(231)의 표면 마찰력에 의해 가스유입부(232)로 유입되지 못하게 된다. 유분의 표면 마찰력은 가스 포켓(231)의 간격이 작아질수록 커지게 되며, 이는 가스 포켓(231)의 간격이 작아질수록 유분(o)이 압착되는 것과 관련이 있다. 즉, 가스 포켓(231)의 간격이 30 마이크로미터일 때 유분(o)의 마찰력의 크기와 유분(o)에 가해지는 응력이 같거나 마찰력의 크기가 더 커지게 된다.

또한, 가스 포켓(231)의 틈새에 포집된 유분(o)들은 습동부로 이동하는 이물질들을 잡아주는 필터 역할도 부수적으로 기대할 수 있다.

그리고 가스 포켓(231)의 간격을 10 마이크로미터 이상으로 하는 경우, 가스유입부(232) 영역에서의 압력강하가 0.35 bar 수준으로 윤활성능 기준을 만족한다.

이처럼, 실린더(240)와 프레임(220) 사이의 조립 공차를 감소시켜 습동부로 유분이 침투하는 것을 방지하는 구조는 특정한 부품을 추가하거나 가공 공정을 추가하는 것이 아니어서 비용의 증가 없이 신뢰성을 향상시킬 수 있는 방법이다.

도 28은 도 27의 변형 실시예를 나타내는 단면도이다.

도 28을 참조하면, 가스 포켓(231)의 틈새의 유분 또는 이물질을 포집할 수 있도록 프레임 본체(221)의 내주면에 포집홈(235)을 형성할 수 있다. 포집홈(235)은 원주 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 포집홈(235)은 원형으로 360도 연장되어 형성될 수도 있고, 원주 방향으로 복수 개가 이격되어 마련될 수도 있다.

포집홈(235)은 프레임 본체(221)의 내주면에 형성될 수도 있고, 또는 실린더 본체(241) 외주면에 형성될 수도 있다. 그러나 실린더(240)의 변형 방지를 위해서는 프레임 본체(221)의 내주면에 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

포집홈(235)은 가스 포켓(231)의 틈새 간격보다 상대적으로 큰 깊이를 가지므로, 포집홈(235)에 포집된 유분 또는 이물질은 다시 가스 포켓(231)으로 유입되지 않고 포집홈(235) 내에 잔류하게 된다.

도 29는 도 27의 다른 변형 실시예를 나타내는 단면도이다.

도 29를 참조하면, 포집홈(235)에는 유분 또는 이물질을 흡수할 수 있는 다공물질(235a)이 삽입될 수 있다. 다공물질(235a)은 포집홈(235)의 형상에 대응하는 형상으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 포집홈(235)이 원주 방향으로 360도 연장되는 경우 다공물질(235a)은 링 형상으로 마련될 수 있다.

다공물질(235a)은 유분 또는 이물질은 흡수하면서도 냉매가스의 유동저항을 최소화하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 다공물질(235a)은 직경이 5 마이크로미터로 이하인 입자 만이 통과할 수 있도록 공극이 형성될 수 있다.

앞에서 설명된 본 명세서의 어떤 실시예들 또는 다른 실시예들은 서로 배타적이거나 구별되는 것은 아니다. 앞서 설명된 본 명세서의 어떤 실시예들 또는 다른 실시예들은 각각의 구성 또는 기능이 병용되거나 조합될 수 있다.

예를 들어 특정 실시예 및/또는 도면에 설명된 A 구성과 다른 실시예 및/또는 도면에 설명된 B 구성이 결합될 수 있음을 의미한다. 즉, 구성 간의 결합에 대해 직접적으로 설명하지 않은 경우라고 하더라도 결합이 불가능하다고 설명한 경우를 제외하고는 결합이 가능함을 의미한다.

상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 명세서의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 명세서의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 명세서의 범위에 포함된다.

100: 압축기, 101: 수용공간,
102: 흡입공간, 103: 압축공간,
104: 토출공간, 110: 케이싱,
111: 쉘, 112: 제1 쉘커버,
113: 제2 쉘커버, 114: 흡입관,
115: 토출관, 115a: 루프파이프,
116: 제1 지지 스프링, 116a: 흡입 가이드,
116b: 흡입측 지지부재, 116c: 댐핑부재,
117: 제2 지지 스프링, 117a: 지지브라켓,
117b: 제1 지지가이드, 117c: 지지커버,
117d: 제2 지지가이드, 117e: 제3 지지가이드,
118: 공진 스프링, 118a: 제1 공진 스프링,
118b: 제2 공진 스프링, 119: 스프링 서포터,
119a: 몸체부, 1 19b: 결합부,
119c: 지지부, 120: 프레임,
121: 바디부, 122: 플랜지부,
123: 백커버, 123a: 지지브라켓,
130: 구동유닛, 131: 아우터 스테이터,
132: 코일 권선체, 132a: 보빈,
132b: 코일, 133: 스테이터 코어,
134: 이너 스테이터, 135: 무버,
136: 마그넷 프레임, 136a: 결합부,
137: 스테이터 커버, 140: 실린더,
141: 플랜지부, 142: 가스유입구,
150: 피스톤, 151: 헤드부,
152: 가이드부, 153: 플랜지부,
154: 흡입포트, 155: 흡입밸브,
160: 머플러 유닛, 161: 흡입 머플러,
161a: 플랜지부, 162: 내부가이드,
170: 토출밸브 조립체, 171: 토출밸브,
172: 밸브 스프링, 180: 토출커버 조립체,
181: 제1 토출커버, 182: 제2 토출커버,
183: 제3 토출커버,
200: 압축기, 220: 프레임,
221: 프레임 본체, 221a: 제3 설치홈,
222: 프레임 플랜지, 223: 프레임 경사부,
224: 가스홀, 225a: 제1 벽,
225b: 제2 벽, 225c: 제3 벽,
225d: 프레임공간부, 225e: 가이드 홈,
226: 실링부재안착부, 226a: 제1 설치홈,
227: 필터홈, 228: 필터 실링부재,
229a: 체결홀, 229b: 단자삽입부,
230: 토출필터, 231: 가스 포켓,
232: 가스유입부, 232c: 실린더 필터부재,
233: 노즐부, 234: 가스수용홈,
235: 포집홈, 235a: 다공물질,
240: 실린더, 241: 실린더 본체,
241a: 제2 설치홈, 242: 실린더 플랜지,
250: 제1 실링부재, 251: 제2 실링부재,
252: 제3 실링부재, 260: 피스톤,
261: 헤드부, 262: 가이드부,
263: 플랜지부, 264: 흡입 포트,
265-267: 미세홈.

Claims

내부에 냉매 가스가 흡입되는 흡입공간을 형성하는 원통 형상의 피스톤과,
내부에 형성되는 공간으로 상기 피스톤이 축 방향으로 왕복 이동하여 냉매 가스를 압축하는 압축공간을 형성하는 실린더와,
상기 실린더를 내부에 수용하며 일측이 외부와 연통되어 냉매 가스가 유입되고 타측이 내주면과 상기 실린더의 외주면 사이의 공간을 포함하는 가스 포켓과 연통되는 가스 홀이 형성되는 프레임을 포함하고,
상기 실린더는 일 측이 상기 실린더 외부의 상기 가스 포켓에 연통되고 타 측이 상기 실린더 내부에 형성되는 공간에 연통되는 가스유입통로가 형성되고,
상기 피스톤은 상기 실린더를 마주보는 가이드부에 형성되고 상기 가스유입통로에 대응되는 위치에 마련되는 복수의 미세홈이 형성되고,
상기 피스톤은, 상기 압축공간의 체적이 최소로 되는 상사점(TDC) 및 상기 압축 공간의 체적이 최대가 되는 하사점(BDC) 사이를 왕복 운동하고,
상기 복수의 미세홈은 축 방향으로 복수 개의 열을 형성하도록 구비되고,
상기 피스톤이 상기 상사점(TDC) 및 하사점(BDC)의 사이를 왕복 운동하는 과정에서, 상기 복수 개의 열을 형성하는 복수의 미세홈 중 적어도 일부는 상기 가스유입통로와 반경 방향으로 중첩되도록 배치되고,
상기 가스 포켓은 상기 프레임의 내주면과 상기 실린더의 외주면 사이의 간격이 10 내지 30 마이크로미터의 범위를 가지도록 형성되는 압축기.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 미세홈은 상기 가이드부에 형성되고 원주 방향 및 축 방향으로 각각 복수 개 형성되는 제1 미세홈을 포함하는 압축기.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 미세홈은 상기 가이드부에 형성되고 원주 방향으로 연장되고 축 방향으로 복수 개 형성되는 제2 미세홈을 포함하는 압축기.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 미세홈은 상기 가이드부에 형성되고 원주 방향 및 축 방향으로 각각 복수 개 형성되는 마이크로 딤플을 포함하는 압축기.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 미세홈은, 상기 가이드부에 형성되고 원주 방향으로 연장되고 축 방향으로 복수 개 형성되는 제2 미세홈과, 상기 가이드부에 형성되고 원주 방향 및 축 방향으로 각각 복수 개 형성되는 미세기공을 포함하는 압축기.
제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피스톤은 상기 상사점까지 이동하여 압축행정을 수행하고, 상기 하사점까지 이동하여 흡입행정을 수행하고,
상기 피스톤은 선단부에 상기 흡입공간과 상기 압축공간을 연통하는 흡입포트가 형성되는 헤드부와, 원통 형상의 상기 가이드부를 포함하고,
상기 실린더는 상기 피스톤을 수용하는 공간을 형성하는 본체부를 포함하고,
상기 복수의 미세홈은, 상기 헤드부에 인접한 전방 외주 영역에 다수 개 형성되고, 상기 피스톤이 압축행정인 때에 상기 실린더의 본체부의 후방 단부 전방에 인접하는 영역에 대응하는 상기 피스톤의 후방 외주 영역에 다수 개 형성되는 압축기.
제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스유입통로는, 상기 실린더의 외주면에서 반경 방향 내측으로 요입되도록 형성되는 가스유입부와, 상기 가스유입부와 상기 실린더의 내주면을 연통하는 노즐부와, 상기 노즐부 출구를 포함하는 상기 실린더 내주면에 요입되는 가스수용홈을 포함하는 압축기.
제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스유입통로는, 상기 실린더의 외주면과 상기 실린더의 내주면을 연통하는 노즐부와, 상기 노즐부 출구를 포함하는 상기 실린더 내주면에 요입되는 가스수용홈을 포함하고,
상기 미세홈은 상기 가스수용홈에 대응하는 위치에 마련되는 압축기.
제8 항에 있어서,
상기 미세홈은 압축행정 시에 상기 가스수용홈에 대응하는 제1 위치와, 흡입행정 시에 상기 가스수용홈에 대응하는 제2 위치와, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이의 제3 위치에 마련되는 압축기.
제9 항에 있어서,
상기 가스유입통로는 상기 실린더의 축 방향으로 떨어져 배치되는 전방 가스유입통로와 후방 가스유입통로를 포함하고,
상기 미세홈은 상기 전방 가스유입통로에 대응하는 전방 미세홈과 상기 후방 가스유입통로에 대응하는 후방 미세홈을 포함하는 압축기.
제9 항에 있어서,
상기 가스유입통로는 상기 실린더의 원주 방향으로 복수 개 마련되고,
상기 미세홈은 상기 실린더의 원주 방향으로 마련되는 상기 가스유입통로에 대응하는 위치에 형성되는 압축기.
제11 항에 있어서,
상기 가스수용홈은 상기 실린더의 내주면을 따라 중심 축에 대해 180도 이내의 각도로 원주 방향으로 연장되는 압축기.
제12 항에 있어서,
상기 가스수용홈은 상기 실린더 내주면의 곡률 반경보다 작은 곡률 반경을 갖는 오목한 곡면 형상으로 요입되는 압축기.
제11 항에 있어서,
상기 가스수용홈은 상기 실린더의 원주 방향으로 360도 연장되는 압축기.
제2 항 또는 제4 항에 있어서,
상기 미세홈은 직경이 10 마이크로미터 내지 1 미리미터 사이의 값으로 마련되는 압축기.
제15 항에 있어서,
인접하는 상기 미세홈 사이의 간격은 직경의 1배 이상으로 마련되는 압축기.
제3 항에 있어서,
상기 미세홈은 폭이 100 마이크로미터 내지 3 미리미터 사이의 값으로 마련되고, 깊이는 1 마이크로미터 내지 15 마이크로미터 사이의 값으로 마련되는 압축기.
제17 항에 있어서,
인접하는 상기 미세홈 사이의 간격은 1 미리미터 이상으로 마련되는 압축기.
제2 항에 따른 압축기를 제조하는 방법에 있어서,
상기 피스톤의 외주면에 직경이 40 내지 200 마이크로미터인 구체를 복수 개 뿌려 상기 피스톤의 외주면에 직경이 10 마이크로미터 내지 1 미리미터 사이의 값으로 마련되는 구체의 일부 형상인 상기 제1 미세홈을 복수 개 형성하는 압축기의 제조방법.
제2 항에 따른 압축기를 제조하는 방법에 있어서,
상기 피스톤의 외주면에 직경이 10 내지 40 마이크로미터인 구체를 복수 개 뿌려 상기 피스톤의 외주면에 직경이 10 마이크로미터 내지 1 미리미터 사이의 값으로 마련되는 구체의 일부 형상인 상기 제1 미세홈을 복수 개 형성하는 압축기의 제조방법.