KR102494485B1 - 리니어 압축기 - Google Patents

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Abstract

오일을 수용 가능하게 하는 오일 저장부가 구비되고, 외관을 형성하는 쉘; 상기 쉘의 내부에 설치되며, 내부 공간을 구비하는 실린더; 상기 내부 공간에 왕복 운동 가능하도록 상기 실린더에 설치되고, 상기 내부 공간에 압축 공간을 형성 가능하게 하는 피스톤; 및 상기 내부 공간과 연통가능한 토출실을 내부에 구비하고, 상기 실린더의 일 측에 설치되는 토출부재를 포함하고, 상기 쉘의 일 측에는 상기 쉘의 내부의 열을 외부로 방출 가능하게 하도록 돌출되는 구조로 형성되는 방열부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기를 제공한다.

Description

리니어 압축기{LINEAR COMPRESSOR}
본 발명은 리니어 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 흡입온도 과열에 의한 압축효율 저하를 방지하기 위한 구조를 가지는 리니어 압축기에 관한 것이다.
압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 왕복동식 압축기, 로터리 압축기, 스크롤 압축기로 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.
왕복동식 압축기는 회전 모터의 회전력을 직선운동으로 전환시켜 냉매를 압축하는 크랭크 방식과, 직선 왕복 운동을 하는 리니어 모터를 이용하여 냉매를 압축하는 진동 방식이 알려져 있다. 진동 방식의 왕복동식 압축기를 리니어 압축기라고 하며, 이러한 리니어 압축기는 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 전환하는데 따르는 기계적인 손실이 없어 효율이 향상되고, 구조가 단순한 장점이 있다.
특허문헌 1에는 실린더와 피스톤 사이의 실질적인 마찰면적을 줄여 마찰손실을 줄일 수 있는 압축기가 개시되어 있다.
이러한 종래의 리니어 압축기에서 압축시에 발생되는 토출방의 열은 토출파이프를 통해 쉘의 외부로 방출되기도 하고 토출방과 접하고 있는 프레임과 실린더로 열이 전달되기도 하며, 토출커버를 통하여 열이 전달되기도 한다.
이 중, 내부로 방출되어지는 열은 흡입가스의 온도를 높이는 결과를 초래하여 리니어 압축기의 성능을 저하시키는 문제가 있다.
특히, 토출 커버를 통하여 전달되는 열 중에서 많은 부분을 차지하는 실린더와 피스톤 사이를 윤활한 오일 및 토출커버를 냉각시킨 고온의 오일이 열을 포함한채 쉘의 내부에 저장되고, 이들 오일에 의한 대류열 및 복사열로 인해 쉘 내부에 채워진 흡입 냉매가 과열되는 현상이 발생되는데, 이를 해소할 수 있는 구조의 개발이 요구된다.
한국 특허 출원 제10-2018-0065583호(2018.6.7)
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 일 목적은, 토출 커버를 통하여 전달되는 열 중에서 많은 부분을 차지하는 실린더와 피스톤 사이를 윤활한 오일 및 토출커버를 냉각시킨 고온의 오일이 열을 포함한채 쉘의 내부에 저장되고, 이들 오일에 의한 대류열 및 복사열로 인해 쉘 내부에 채워진 흡입 냉매가 과열되는 현상을 해소할 수 있는 구조를 가지는 리니어 압축기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 토출 커버를 통하여 전달되는 열 중에서 많은 부분을 차지하는 쉘 내부의 실린더와 피스톤 사이를 윤활한 오일 및 토출커버를 냉각시킨 고온의 오일과 접촉할 수 있는 위치에 방열부재가 설치되는, 쉘 내부의 상기 오일이 외부로 열전달을 향상시킬 수 있게 하는 구조를 가지는 리니어 압축기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은, 토출방의 고온의 실린더에서 피스톤으로 열을 전달하여 피스톤 내 흡입가스가 과열될 수 있기에, 펌핑되는 오일을 냉각시키면 토출커버에 대한 방열효과를 높여 전도열에 의한 압축실 내 냉매의 과열(예열)을 방지하여 흡입손실을 줄일 수 있는 구조를 가지는 리니어 압축기를 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 리니어 압축기는, 오일을 수용 가능하게 하는 오일 저장부가 구비되고, 외관을 형성하는 쉘; 상기 쉘의 내부에 설치되며, 내부 공간을 구비하는 실린더; 상기 내부 공간에 왕복 운동 가능하도록 상기 실린더에 설치되고, 상기 내부 공간에 압축 공간을 형성 가능하게 하는 피스톤; 및 상기 내부 공간과 연통가능한 토출실을 내부에 구비하고, 상기 실린더의 일 측에 설치되는 토출부재를 포함하고, 상기 쉘의 일 측에는 상기 쉘의 내부의 열을 외부로 방출 가능하게 하도록 돌출되는 구조로 형성되는 방열부재가 설치된다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 방열부재는, 상기 쉘의 내부에 배치되고, 일 방향으로 돌출되도록 형성되는 제1방열핀과, 상기 제1방열핀에 연결되고, 상기 쉘의 외부에 배치되며, 상기 일 방향과 반대 방향으로 돌출되도록 형성되는 제2방열핀을 포함한다.
또한, 상기 제1방열핀은, 쉘의 내측 방향으로 돌출 형성되고, 상기 제2방열핀은 상기 쉘의 외측을 향하도록 돌출 형성된다.
또한, 상기 방열부재는, 상기 제1 및 제2방열핀 사이에서 상기 일 방향과 교차하는 방향으로 배치되고, 상기 제1 및 제2방열핀을 지지하는 핀 지지부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1방열핀의 일 방향으로 돌출 형성되는 길이는 상기 제2방열핀의 상기 일 방향과 반대 방향으로 돌출되도록 형성되는 길이 보다 길 수 있다.
제1 및 제2방열핀은 각각 복수 개로 구비되고, 상기 제1방열핀 사이에는, 상기 오일을 유동 가능하게 하는 오일 유로가 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1방열핀은 상기 일 방향과 교차하는 방향으로 연장되며, 상기 복수 개의 제1방열핀의 일 측 단부 사이에, 오일을 흡입 가능하게 하도록 수용하는 오일 흡입부가 구비되도록, 상기 복수 개의 제1방열핀은 전후 및 좌우 방향으로 배치되고, 상기 전후 방향은, 상기 압축 공간에서 상기 토출부재를 향해 토출되는 방향인 전방과, 상기 토출부재로부터 상기 피스톤을 향하는 방향인 후방 사이에서 정의되고, 상기 좌우 방향은, 상기 전방에서 후방으로 바라 보았을 때를 기준으로 좌측과 우측에 각각 배치되는 좌방향과 우방향 사이에서 정의될 수 있다.
상기 오일 흡입부는, 상기 복수 개의 제1방열핀의 일 측 단부 사이에서 원형 또는 장방형의 형상으로 구비될 수 있다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 상기 전후 방향으로 배치된 복수 개의 제1방열핀은 상기 오일 흡입부를 사이에 두고 서로 대칭인 구조로 배치되고, 상기 좌우 방향으로 배치된 복수 개의 제1방열핀은 상기 오일 흡입부를 사이에 두고 서로 대칭인 구조로 배치될 수 있다.
상기 제1방열핀은 방열부재의 내측 방향을 따라서 폭이 가변되도록 이루어질 수 있다.
상기 방열부재는, 복수 개의 제1방열핀 중 일부와 다른 일부 사이에 배치되어서 오일의 유동을 제한하는 오일 유동 제한핀을 더 포함하고, 상기 제1방열핀의 단부가 상기 오일 유동 제한핀과 접촉되는 서로 인접한 제1방열핀들의 사이에는, 상기 오일의 유동이 제한되는 오일 통과 제한 유로가 구비될 수 있다.
상기 방열부재는, 상기 쉘에 용접 및 압입 중 하나의 방식으로 결합될 수 있다.
상기 쉘의 내부에는, 상기 오일 흡입부에 수용된 오일을 흡입 가능하도록 펌핑하여 상기 실린더로 오일의 공급을 가능하게 하는 급유유닛이 구비될 수 있다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 본 발명의 리니어 압축기는, 상기 급유유닛으로부터 오일의 제공을 받도록 급유유닛의 내부와 연통 가능하고 제공받은 오일을 상기 토출부재로 공급 가능하도록 실린더의 일 면에 연결되는 오일 공급 유로를 구비하고, 상기 실린더를 고정 가능하도록 실린더의 외주에 결합되는 프레임을 더 포함하고, 오일 공급 유로를 통과하는 오일은 상기 실린더의 단부에서 상기 토출부재로 유입되고 토출실의 주위에 구비된 토출부재의 외부에서 유동 가능하다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 따르면, 상기 토출부재는, 상기 실린더의 일 측에 설치되어, 상기 토출실을 형성하는 내부 토출 커버; 및 상기 토출실에 배치되고, 상기 압축공간의 압력이 기 결정된 압력 이상이 되면 개방되어 냉매를 상기 토출실로 유입 가능하게 하는 토출밸브를 포함하고, 오일 공급 유로를 통과하는 오일은 상기 실린더의 단부에서 상기 토출부재로 유입되고 내부 토출 커버의 주위에서 유동 가능하다.
바람직하게는, 상기 방열부재는, 상기 쉘에 관통하여 결합될 수 있다.
상기의 또 다른 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 리니어 압축기는, 오일을 수용 가능하게 하는 오일 저장부가 구비되고, 외관을 형성하는 쉘; 상기 쉘의 내부에 설치되며, 내부 공간을 구비하는 실린더; 상기 내부 공간에 왕복 운동 가능하도록 상기 실린더에 설치되고, 상기 내부 공간에 압축 공간을 형성 가능하게 하는 피스톤; 및 상기 내부 공간과 연통가능한 토출실을 내부에 구비하고, 상기 실린더의 일 측에 설치되는 토출부재를 포함하고, 상기 쉘의 일 측에는 상기 쉘의 내부의 열을 외부로 방출 가능하게 하도록 돌출되는 구조로 형성되는 방열부재가 설치되고, 상기 오일 저장부는, 상기 쉘의 내측 아래 부분에 구비되고, 상기 방열부재는 상기 오일 저장부에 설치된다.
상기 방열부재는, 상기 쉘의 내부에 배치되고, 일 방향으로 돌출되도록 형성되는 제1방열핀과, 상기 제1방열핀에 연결되고, 상기 쉘의 외부에 배치되며, 상기 일 방향과 반대 방향으로 돌출되도록 형성되는 제2방열핀과, 상기 제1 및 제2방열핀 사이에서 상기 일 방향과 교차하는 방향으로 배치되고, 상기 제1 및 제2방열핀을 지지하는 핀 지지부를 포함할 수 있다.
상기 방열부재는, 상기 쉘에 관통하여 결합될 수 있다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 상기 오일 저장부는 상기 쉘의 하부에 구비되며, 상기 방열부재는, 상기 오일 저장부에 저장된 오일에 적어도 일부가 잠기도록 설치될 수 있다.
상기 제1방열핀의 일 측 단부 사이에는, 오일을 흡입 가능하게 하도록 수용하는 오일 흡입부가 구비되고, 상기 쉘의 내부에는, 상기 제1방열핀의 일 측 단부에 의해 감싸지도록 상기 오일 흡입부에 배치되는 오일 흡입관을 구비하여 상기 오일 흡입부에 수용된 오일을 흡입 가능하도록 펌핑하여 상기 실린더로 오일의 공급을 가능하게 하는 급유 유닛이 구비되고, 상기 제1방열핀은 복수 개로 구비되고, 상기 복수 개의 제1방열핀 사이에는, 상기 오일을 유동 가능하게 하는 오일 유로가 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 오일 저장부는, 상기 쉘의 내부에서 상기 오일 흡입관의 하단을 수용하도록 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 제1방열핀은 전후 및 좌우 방향으로 배치되고, 상기 전후 방향으로 배치된 복수 개의 제1방열핀은 상기 오일 흡입부를 사이에 두고 서로 대칭인 구조로 배치되고, 상기 좌우 방향으로 배치된 복수 개의 제1방열핀은 상기 오일 흡입부를 사이에 두고 서로 대칭인 구조로 배치되고, 상기 전후 방향은, 상기 압축 공간에서 상기 토출부재를 향해 토출되는 방향인 전방과, 상기 토출부재로부터 상기 피스톤을 향하는 방향인 후방 사이에서 정의되고, 상기 좌우 방향은, 상기 전방에서 후방으로 바라 보았을 때를 기준으로 좌측과 우측에 각각 배치되는 좌방향과 우방향 사이에서 정의될 수 있다.
상기 복수 개의 제1방열핀은 방사형의 방향으로 배치될 수 있다.
상기 핀 지지부에는, 상기 복수 개의 제1방열핀 사이에 배치되고 상기 복수 개의 제1방열핀과 나란한 방향으로 돌출 형성되어 오일의 유동을 가이드하는 가이드 리브가 설치될 수 있다.
상기 핀 지지부에는, 상기 복수 개의 제1방열핀에서 상기 제1방열핀과 교차하는 방향으로 복수 개로 돌출 형성되는 미로 리브가 설치될 수 있다.
상기 쉘과 방열부재 사이에서의 오일의 유출을 방지하도록, 상기 방열부재가 결합되는 상기 쉘과 상기 방열부재 사이에는 실링부재가 설치될 수 있다.
오일을 수용 가능하게 하는 오일 저장부가 구비되고, 외관을 형성하는 쉘; 상기 쉘의 내부에 설치되며, 내부 공간을 구비하는 실린더; 상기 내부 공간에 왕복 운동 가능하도록 상기 실린더에 설치되고, 상기 내부 공간에 압축 공간을 형성 가능하게 하는 피스톤; 및 상기 내부 공간과 연통가능한 토출실을 내부에 구비하고, 상기 실린더의 일 측에 설치되는 토출부재를 포함하고, 상기 토출부재는, 상기 실린더의 일 측에 설치되어, 상기 토출실을 형성하는 내부 토출 커버; 및 상기 토출실에 배치되고, 상기 압축공간의 압력이 기 결정된 압력 이상이 되면 개방되어 냉매를 상기 토출실로 유입 가능하게 하는 토출밸브를 포함하고, 상기 쉘의 일 측에는 상기 쉘의 내부의 열을 외부로 방출 가능하게 하도록 돌출되는 구조로 형성되는 방열부재가 설치될 수 있다.
상기 방열부재는, 상기 쉘의 내부에 배치되고, 일 방향으로 돌출되도록 형성되는 제1방열핀과, 상기 제1방열핀에 연결되고, 상기 쉘의 외부에 배치되며, 상기 일 방향과 반대 방향으로 돌출되도록 형성되는 제2방열핀을 포함할 수 있다.
상기 방열부재는, 상기 제1 및 제2방열핀 사이에서 상기 일 방향과 교차하는 방향으로 배치되고, 상기 제1 및 제2방열핀을 지지하는 핀 지지부를 더 포함할 수 있다.
제1 및 제2방열핀은 각각 복수 개로 구비되고, 상기 제1방열핀 사이에는, 상기 오일을 유동 가능하게 하는 오일 유로가 구비될 수 있다.
상기 제1방열핀은 상기 일 방향과 교차하는 방향으로 연장되며, 상기 복수 개의 제1방열핀의 일 측 단부 사이에, 오일을 흡입 가능하게 하도록 수용하는 오일 흡입부가 구비되도록, 상기 복수 개의 제1방열핀은 반경 방향으로 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 전후 방향으로 배치된 복수 개의 제1방열핀은 상기 오일 흡입부를 사이에 두고 서로 대칭인 구조로 배치되고, 상기 좌우 방향으로 배치된 복수 개의 제1방열핀은 상기 오일 흡입부를 사이에 두고 서로 대칭인 구조로 배치될 수 있다.
본 발명의 리니어 압축기는, 방열핀 구조가 쉘 내 오일과 쉘의 접촉면적을 넓혀 방열량을 증가시킬 수 있게 한다.
또한, 본 발명의 리니어 압축기는, 대류 열전달 계수(h)가 냉매에 비해 높은 오일 저장부에 제1 및 제2방열핀을 포함하는 방열부재를 장착하여 전열 면적(A)을 증가시켜서 쉘 내부에서 쉘 외부로의 열방출량을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명의 리니어 압축기는, 오일의 유속을 극대화시키기 위하여 오일 흡입부를 향하는 방향의 제1방열핀의 구조로 인해, 대류 열전달 계수의 값을 증가시키게 하였다.
본 발명의 리니어 압축기는, 제1방열핀을 통하여 쉘의 내부에서 쉘로 전달되고, 다시 쉘로부터 쉘의 외부로 방출되는 열의 양이 많아지면서 쉘의 온도는 보다 상승하여 쉘 외부와의 온도차가 상승하고 쉘 외부 방열핀을 통하여 전열 면적이 증가하여 쉘과 외부 공기와의 대류열전달과 복사열전달량이 증가하여 쉘의 외부로 방출하는 열량을 증가시켜서 흡입 냉매온도를 저감시키며 리니어 압축기의 효율은 증가되게 된다.
도 1은 본 발명의 리니어 압축기를 도시하는 단면도.
도 2는 도 1에서 실린더와 피스톤의 부분을 분해하여 도시한 분해 사시도.
도 3은 도 2의 실린더와 피스톤을 결합하여 도시한 사시도.
도 4는 리니어 압축기의 쉘 내부에 방열부재가 설치되어 있는 예를 확대하여 도시하는 확대 단면도.
도 5는 쉘의 저부에 방열부재가 설치되어 있는 예를 도시하는 사시도.
도 6은 방열부재의 평면도.
도 7은 방열부재의 사시도.
도 8은 도 7의 방열부재를 아래에서 바라본 사시도.
도 9는 오일흡입부가 왕복방향으로 긴 장방형으로 형성된 방열부재의 예를 도시하는 평면도.
도 10은 방사형 구조의 방열부재의 예를 도시하는 평면도.
도 11은 미로형 구조의 방열부재의 예를 도시하는 평면도.
도 12은 방열부재를 통한 방출되는 열의 유동과 그 외에 쉘의 외부로 방출되는 열의 유동을 도시하는 단면도.
도 13는 방열부재로 인한 효과를 도시하는 표.
본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 서로 다른 실시예라도 구조적, 기능적으로 모순이 되지 않는 한 어느 하나의 실시예에 적용되는 구조는 다른 하나의 실시예에도 동일하게 적용될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 의한 리니어 압축기(100)를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 리니어 압축기(100)의 내부를 보인 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 리니어 압축기(100)는, 오일을 수용 가능하게 하는 오일 저장부(110c)가 구비되고, 외관을 형성하는 쉘(110)과, 쉘(110)의 내부에 설치되며, 내부 공간을 구비하는 실린더(120)와, 내부 공간에 왕복 운동 가능하도록 실린더(120)에 설치되고, 내부 공간에 압축공간(P)을 형성 가능하게 하는 피스톤(130)과, 내부 공간과 연통가능한 토출실(D)을 구비하고, 실린더(120)의 일 측에 설치되는 토출부재(160)를 포함한다.
또한, 쉘(110)의 일 측에는 상기 쉘(110)의 내부의 열을 외부로 방출 가능하게 하도록 돌출되는 구조로 형성되는 방열부재(111)가 설치된다.
본 발명의 리니어 압축기(100)는 흡입온도 과열에 의한 압축효율 저하를 방지하기 위한 구조를 가진다.
또한, 본 발명의 리니어 압축기(100)는, 토출 커버를 통하여 전달되는 열 중에서 많은 부분을 차지하는 피스톤(130) 윤활 오일을 이용하여 쉘(110)의 외부로의 열전달을 향상시킬 수 있는 구조를 가진다.
이하, 본 발명의 리니어 압축기(100)의 구조에 대하여 보다 상세히 서술하기로 한다.
쉘(110)은 도 1에 도시되는 바와 같이, 하부 쉘(110a) 및 상부 쉘(110b)이 결합되어 구성될 수 있다.
쉘(110)에는 냉매가 유입되는 흡입부(101) 및 실린더(120)의 내부에서 압축된 냉매가 배출되는 토출부(105)가 포함된다. 토출부(105)는 일례로, 압축된 냉매를 배출 가능하게 하는 파이프일 수 있다. 흡입부(101)를 통하여 흡입된 냉매는 흡입머플러(150)를 거쳐 피스톤(130)의 내부로 이동한다. 냉매가 흡입머플러(150)를 통과하는 과정에서 소음이 저감될 수 있다.
도 1, 도 4 및 도 5에는 하부 쉘(110a)에 방열부재(111)가 설치되는 예가 도시된다.
또한, 방열부재(111)의 평면도가 도 6에 도시되고, 방열부재(111)의 사시도가 도 7 및 도 8에 도시되어 있다.
이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여, 방열부재(111)의 구성에 대하여 서술한다.
전술한 바와 같이, 방열부재(111)는 하부 쉘(110a)에 설치될 수 있는데, 보다 상세하게는, 급유유닛(190) 측의 주변에 위치될 수 있고, 보다 정확하게는, 급유유닛(190)의 오일 흡입관(193)이 방열부재(111)에 의해 일부가 수용되는 구조이다.
또한, 방열부재(111)는 하부 쉘(110a)의 저면에서 하부 쉘(110a)을 관통하도록 결합될 수 있으며, 이러한 구조가 도 1, 도 4 및 도 5에 도시된다.
한편, 하부 쉘(110a)의 저면과 방열부재(111) 사이에서의 오일의 유출을 방지하도록, 방열부재(111)이 결합되는 하부 쉘(110a)의 저면의 일부와 방열부재(111) 사이에는 실링부재가 설치되어 하부 쉘(110a)의 저면에서 방열부재(111)의 주변으로 오일이 누수되지 않도록 이루어지는 것이 바람직하다.
도 6에 도시되는 바와 같이, 방열부재(111)는 전체적으로 기 결정된 폭을 구비하는 원통형의 형상일 수 있는데, 쉘(110)의 내부의 열을 외부로 방출 가능하게 하는 돌출되는 구조를 포함하도록 형성되게 된다.
또한, 전체적으로 후술하는 제1 및 제2방열핀(111a, 111b)들 각각은 전후 및 좌우 방향으로 배치되며, 제1 및 제2방열핀(111a, 111b)들이 기 설정된 간격을 유지하면서 배치되는 예를 도 6을 통해 확인할 수 있다. 본 발명에서 전후 방향은, 상기 압축 공간(P)에서 상기 토출부재(160)를 향해 토출되는 방향인 전방과, 상기 토출부재(160)로부터 상기 피스톤(130)을 향하는 방향인 후방 사이에서 정의되고, 좌우 방향은, 전방에서 후방으로 바라 보았을 때를 기준으로 좌측과 우측에 각각 배치되는 좌방향과 우방향 사이에서 정의될 수 있다.
하지만, 방열부재(111)의 형상은 반드시 이러한 원통형의 형상 구조에 한정되는 것은 아니며, 쉘(110)의 형상이나 방열부재(111) 주변의 구성들을 고려하여 방열을 효율적으로 가능하게 하는 다각형의 형태나 기타 다른 형상으로 이루어질 수 있다.
방열부재(111)는 제1방열핀(111a)과 제2방열핀(111b)을 포함할 수 있다.
제1방열핀(111a)은, 쉘(110)의 내부에 배치되고, 일 방향으로 돌출되도록 형성된다.
제2방열핀(111b)은, 상기 제1방열핀(111a)에 연결되고, 상기 쉘(110)의 외부에 배치되며, 상기 일 방향과 반대 방향으로 돌출되도록 형성된다.
도 1 및 도 7 등을 참조하면, 제1방열핀(111a)은 제2방열핀(111b) 보다 길게 형성될 수 있는데, 제1방열핀(111a)은 최대한 높게 형성되어 방열면적을 최대한 확보할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
반면, 제2방열핀(111b)의 배열 구조와 관련하여, 리니어 압축기의 경우 냉장고의 기계실에 설치되는데, 냉장고의 기계실에는 팬이 설치되어 있기에, 공기의 유동은 일방향으로 이루어지게 되며, 이점을 고려하여, 제1방열핀과 같은 방향으로 형성될 수 있다.
하지만, 반드시 이러한 구조에 한정되는 것은 아니고, 제2방열핀(111b)은 후술하는 도 10 및 도 11의 제1방열핀(311a, 411b)의 배열되는 것과 같이, 방사형 구조로 형성될 수도 있다.
일례로, 제1방열핀(111a)은, 쉘(110)의 내부에서 내측 방향으로 돌출 형성되고, 상기 제2방열핀(111b)은 상기 쉘(110)의 외측을 향하도록 돌출되는 예가 도 7 및 도 8에 상세히 도시된다.
보다 구체적으로, 도 5, 도 7 및 도 8에는 쉘(110)의 내부에서, 복수의 제1방열핀(111a)은 기결정된 폭을 가지고 있으며, 제1방열핀(111a)은 상부를 향하여 돌출 형성되어 있다.
마찬가지로, 도 5, 도 7 및 도 8에는 쉘(110)의 외부에서, 복수의 제2방열핀(111b)은 방향으로 기결정된 폭을 가지고 있으며, 제2방열핀(111b)은 하부를 향하여 돌출 형성되어 있다.
또한, 방열부재(111)는 제1 및 제2방열핀(111a, 111b)을 지지하는 핀 지지부(114)를 더 포함할 수 있는데, 핀 지지부(114)는 제1 및 제2방열핀(111a, 111b) 사이에서 상기 제1 및 제2방열핀(111a, 111b)과 교차하는 방향으로 배치된다.
도 7 및 도 8에는 제1 및 제2방열핀(111a, 111b) 사이에서, 제1 및 제2방열핀(111a, 111b)을 지지하는 핀 지지부(114)와, 핀 지지부(114)에 연결되어 있는 제1 및 제2방열핀(111a, 111b)이 도시된다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 핀 지지부(114)는 기 결정된 폭의 원판 형상인 예가 도시되는데, 핀 지지부(114)가 원판 형상으로 형성됨에 따라, 제1 및 제2방열핀(111a, 111b)은 원판의 원주면까지 연장되어 있어서, 전체적으로 원통형의 형상일 수 있다.
한편, 제1 및 제2방열핀(111a, 111b)은 복수 개로 구비될 수 있다. 쉘(110)의 내측에 배치된 복수의 제1방열핀(111a)의 사이에는 오일을 유동 가능하게 하는 오일 유로(111c)가 구비될 수 있다.
도 7 및 도 8에는 복수 개의 제1방열핀(111a)이 이격되도록 배치되어 있으며, 제1방열핀(111a) 사이에 오일 유로(111c)가 구비되어 있다. 각각의 오일 유로(111c)는 전후 및 좌우방향으로 형성되어 후술하는 오일 흡입부(111d)에 연통되도록 구비된다.
또한, 도 7에는 오일 유로(111c)가 제1방열핀(111a) 사이에서 구비되어 있고, 전후 및 좌우방향으로 오일 흡입부(111d)까지 형성되어 있는 예가 도시된다.
이러한 구조에 의해, 오일 저장부(110c)에 수용된 오일은 오일 유로(111c)를 통해 오일 흡입부(111d)에 오일이 공급될 수 있게 된다.
복수의 제1방열핀(111a) 중에서, 제1방열핀(111a)의 단부가 오일 유동 제한핀(113)과 접촉되는 제1방열핀(111a)들 사이에는, 상기 오일의 유동이 제한되는 오일 통과 제한 유로(111e)가 구비되게 된다.
오일 유로(111c)의 주변에 오일 유동 제한핀(113)에 의해 오일이 제한되는 오일 통과 제한 유로(111e)가 구비되는 예가 도 7 및 도 8에 도시된다.
한편, 오일 흡입부(111d)에는 후술하는 급유유닛(190)이 연결될 수 있다.
오일 저장부(110c)는 쉘(110)의 내측 아래 부분에 구비될 수 있고, 방열부재(111)는 오일 저장부(110c)에 설치될 수 있다. 도 5에서 방열부재(111)가 설치된 곳이, 쉘(110)의 내부에서 오일이 저장되는 곳으로 이해될 수 있다.
제1방열핀(111a)은, 제1방열핀(111a)이 돌출되는 방향인 일 방향과 교차하는 방향으로 연장된다. 또한, 복수 개의 제1방열핀(111a)의 일 측 단부 사이에는, 오일을 흡입 가능하게 하도록 수용하는 오일 흡입부(111d)가 구비되도록, 상기 복수 개의 제1방열핀(111a)은 전후 및 좌우방향으로 배치될 수 있다.
오일 흡입부(111d)에 수용된 오일은 후술하는 급유유닛(190)에 의해 펌핑되어 실린더(120)로 오일이 공급되게 된다.
오일 흡입부(111d)는 도 7에 도시된 바와 같이, 핀 지지부(114)의 중심을 향하는 복수의 제1방열핀(111a)의 단부 내측으로 기 결정된 부피를 가지는 원통형의 형상으로 형성될 수 있다.
하지만, 반드시 이러한 구조에 한정되는 것은 아니다.
한편, 제1방열핀(111a)은 핀 지지부의 중심을 향하는 방향인 내측 방향을 따라서 다른 폭을 구비할 수 있다.
다시 말해서, 도 7 및 도 8을 참조하면, 제1방열핀(111a)은 핀 지지부(114)의 중심 방향으로 다른 폭을 구비할 수 있는데, 핀 지지부(114)의 중심을 향하는 방향인 내측 방향으로 점진적으로 좁은 폭을 구비할 수 있게 된다.
제1방열핀(111a)이 다른 폭을 구비하는 구조에 의해, 오일 흡입부(111d)로 유동하는 오일의 속도는 향상될 수 있으며, 이는 다이렉트 오일 흡입 구조로 이해될 수 있다.
방열부재(111)는 오일 유동 제한핀(113)을 더 포함할 수 있는데, 오일 유동 제한핀(113)은, 복수 개의 제1방열핀(111a) 중 일부와 다른 일부 사이에 배치되어서 오일의 유동을 제한하게 한다.
도 7 및 도 8에는 오일 유동 제한핀(113)이 기 결정된 각을 유지하면서, 4개로 배치되어 있는 예가 도시되어 있다. 4개의 오일 유동 제한핀(113) 사이에는, 복수 개의 제1방열핀(111a)이 배치되는데, 도면 기준으로 전후 방향으로 일부의 제1방열핀(111a)이 연장되고, 좌우 방향으로 다른 일부의 제1방열핀(111a)이 연장되게 된다.
도 7 및 도 8에는, 총 40개의 제1방열핀(111a)과, 그들 사이에 4개의 오일 유동 제한핀(113)이 도시되어 있으며, 전방에 10개, 우측에 9개, 좌측에 11개 및 후방에 10개가 배치되어 있는 예가 도시된다.
하지만, 제1방열핀(111a)은 이러한 개수에 반드시 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 복수 개의 제1방열핀(111a) 중 일부는 전후 방향을 향하는 일 방향으로 배치되고, 복수 개의 제1방열핀(111a) 중 다른 일부는 상기 전후 방향을 향하는 일 방향과 교차하는 방향인 좌우 방향으로 배치될 수 있게 된다.
전술한 전방 및 후방 각각의 10개가 도면 상에서 전후 방향으로 배치되고, 우측의 9개 및 좌측의 11개가 도면 상에서 좌우 방향으로 배치될 수 있다.
한편, 제2방열핀(111b)은, 쉘(110)의 외부에서 외측 방향으로 돌출 형성되는 예가 도 4 및 도 5에 도시된다.
보다 구체적으로, 도 5, 도 7 및 도 8에는 쉘(110)의 외부에서, 복수의 제2방열핀(111b)은 기결정된 폭을 가지고 있으며, 제2방열핀(111b)은 하부를 향하여 돌출 형성되어 있다.
도 7 및 도 8에는 복수 개의 제2방열핀(111b)이 이격되도록 배치되어 있으며, 전술한 바와 같이, 제1방열핀(111a) 사이에 오일 유로(111c)가 구비되어 있다. 각각의 오일 유로(111c)는 전후 및 좌우방향으로 형성되어 후술하는 오일 흡입부(111d)에 연통되도록 구비된다.
이러한 구조에 의해, 오일 저장부(110c)에 수용된 오일은 오일 유로(111c)를 통해 오일 흡입부(111d)에 오일이 공급될 수 있게 되며, 이때, 제1방열핀(111a)으로부터 오일 유동 제한핀(113)을 통해 제2방열핀(111b)으로 열이 전달될 수 있고, 제2방열핀(111b)으로부터 외부로 열이 배출된다.
오일 저장부(110c)는 쉘(110)의 내측 아래 부분에 구비될 수 있고, 방열부재(111)는 오일 저장부(110c)에 설치될 수 있다. 도 5에서 방열부재(111)가 설치된 곳이, 하부 쉘(110b)의 내부에서 오일이 저장되는 곳으로 이해될 수 있다.
제2방열핀(111b)은, 제1방열핀(111a)의 구조와 마찬가지로, 제2방열핀(111b)이 돌출되는 방향인 일 방향과 교차하는 방향으로 연장된다.
한편, 제2방열핀(111b)도 내측 방향을 따라서 다른 폭을 구비할 수 있는데, 이러한 구조에 의해 제1방열핀(111a)으로에서 오일 유동 제한핀(113)을 통해 전달되는 열이 효과적으로 외부로 방출되게 된다.
다시 말해서, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1방열핀(111a)의 구조와 마찬가지로, 제2방열핀(111b)은 핀 지지부(114)의 중심 방향으로 다른 폭을 구비할 수 있는데, 핀 지지부(114)의 중심 방향인 내측 방향으로 점진적으로 넓은 폭을 구비할 수 있게 된다.
도 7에는 오일 유동 제한핀(113)이 기 결정된 각을 유지하면서, 4개로 배치되어 있는 예가 도시되어 있다. 4개의 오일 유동 제한판 사이에는, 복수 개의 제2방열핀(111b)이 배치되는데, 도면에 명백히 도시되지는 않았지만, 도면 기준으로 전후 방향으로 일부의 제2방열핀(111b)이 연장되고, 좌우 방향으로 다른 일부의 제2방열핀(111b)이 연장되게 된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제2방열핀(111b)의 개수와 관련하여 전술한 바와 같이, 총 40개의 제2방열핀(111b)과, 그들 사이에 4개의 오일 유동 제한핀(113)이 도시되어 있으며, 아래쪽에 10개, 우측에 9개, 좌측에 11개 및 위쪽에 10개가 배치되어 있는 것으로 이해될 수 있다.
하지만, 제2방열핀(111b)은 이러한 개수에 반드시 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 전술한 제1방열핀(111a)과 마찬가지로, 복수 개의 제2방열핀(111b) 중 일부는 전후 방향을 향하는 일 방향으로 배치되고, 복수 개의 제2방열핀(111b) 중 다른 일부는 상기 전후 방향을 향하는 일 방향과 교차하는 방향인 좌우 방향으로 배치될 수 있게 된다.
전술한 전방 및 후방 각각의 10개가 도면 상에서 전후 방향으로 배치되고, 우측의 9개 및 좌측의 11개가 도면 상에서 좌우 방향으로 배치될 수 있다.
한편, 방열부재(111)는, 하부 쉘(110a)에 용접 및 압입 중 하나의 방식으로 결합될 수 있다. 도 5에는 하부 쉘(110a)의 저면에 방열부재(111)가 결합되어 있는 예가 도시되며, 어떠한 결합방식인지 명백히 도시되어 있지는 않지만, 용접 및 압입 중 하나의 방식으로 결합된 것으로 이해될 수 있다.
또한, 방열부재(111)는, 하부 쉘(110a)에 용접 및 압입 중 하나의 방식으로 결합되면서, 전술한 바와 같이, 하부 쉘(110a)의 저면의 일부와 방열부재(111) 사이에는 실링부재가 설치되어 하부 쉘(110a)의 저면에서 방열부재(111)의 주변으로 오일이 누수되지 않도록 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 도 9에는 오일 흡입부(211d)가 왕복방향으로 긴 장방형으로 형성된 방열부재(211)의 예를 도시하는 평면도가 도시된다.
도 9를 참조하여, 다른 실시예의 방열부재(211)에 대하여 서술한다.
도 9에서 도시된 실시예의 방열부재(211)는, 제1방열핀(211a)의 배열이 상하 및 좌우 방향으로 배열된 점에 대해서는 도 6의 설명 부분에서 전술한 방열부재(111)와는 차이가 없으나, 오일 흡입부(111d)가 도 6에서는 원형의 구조로 형성되는 반면 도 9에서의 방열부재(211)는 오일 흡입부(211d)가 왕복방향(좌우방향)으로 긴 장방형의 타원형의 구조로 이루어진 점에서 전술한 방열부재(111)와 차이가 있다.
이런 구조에 의해 급유유닛(190)이 오일 흡입관(193)이 왕복 방향으로 진동할 때 오일 흡입부(211d)의 내부면을 이루는 제1방열핀(211a)의 내주면과의 충돌 가능성을 최소화할 수 있게 된다.
또한, 도 9에는 제2방열핀(211b), 오일 유로(211c), 핀 지지부(214), 오일 흡입부(211d), 오일 통과 제한 유로(211e) 및 오일 유동 제한핀(213)이 도시되어 있으며, 이러한 구성은 도 6 내지 도 8의 방열부재(111)에 관한 설명으로 갈음하기로 한다.
도 10에는 방사형 구조의 방열부재(311)의 예를 도시하는 평면도가 도시된다.
이하, 도 10을 참조하여, 또 다른 실시예인 방사형 구조의 방열부재(311)에 대하여 서술한다.
도 10에서 도시된 실시예의 방열부재(311)는, 제1방열핀(311a)의 배열이 방열부재(311)의 중심 부근을 향하도록 배열되어 있는 점에서 도 6 및 도 9에서 전술한 방열부재(111, 211)와 차이가 있다. 오일 흡입부(311d)가 도 6에서와 같은 원형의 구조로 형성된다.
이러한, 제1방열핀(311a)의 배열이 방열부재(311)의 중심 부근을 향하도록 배열되는 방사형 구조의 경우, 도 6에서 전술한 구조의 방열부재(111)에서와 오일 유동 제한핀(113)과 같은 오일 통과 제한 유로(111e)가 구비되지 않아, 막힘구조 없이 오일 유로(311c)를 통한 오일의 유동이 원활히 가능하게 된다.
한편, 핀 지지부(314)에는, 상기 복수 개의 제1방열핀(311a) 사이에 배치되고 상기 복수 개의 제1방열핀(311a)과 나란한 방향으로 돌출 형성되어 오일의 유동을 가이드하는 가이드 리브(311e)가 설치되어, 오일의 원활한 유동을 가이드할 수 있게 한다.
한편, 도 11에는 미로형 구조의 방열부재(411)의 예를 도시하는 평면도가 도시된다.
이하, 도 11을 참조하여, 또 다른 실시예인 미로형 구조의 방열부재(411)에 대하여 서술한다.
도 11에서 도시된 실시예의 방열부재(411)는, 제1방열핀(411a)의 배열이 방열부재(311)의 중심 부근을 향하도록 배열되어 있는 점에서 도 10에서 전술한 방열부재(311)와는 차이가 없다. 오일 흡입부(411d)는 도 6 및 도 10에서와 같은 원형의 구조로 형성된다.
이러한, 미로형 구조의 방열부재(411)는 제1방열핀(411a)의 배열이 방열부재(411)의 중심 부근을 향하도록 배열되는 방사형 구조의 경우, 도 10에서 전술한 바와 같이, 도 6의 구조의 방열부재(111)에서와 오일 유동 제한핀(113)과 같은 오일 통과 제한 유로(111e)가 구비되지 않아, 막힘구조 없이 오일 유로(411c)를 통한 오일의 유동이 원활히 가능하게 된다.
한편, 상기 핀 지지부(414)에는, 상기 복수 개의 제1방열핀(411a)에서 상기 제1방열핀(411a)과 교차하는 방향으로 복수 개로 돌출 형성되는 미로 리브(411e)가 설치되는 예가 도 11에 도시되는데, 오일을 오래 머물게 하여 열전달의 효율을 보다 증가시킬 수 있게 한다.
실린더(120)의 내부에는 피스톤(130)에 의하여 냉매가 압축되는 압축공간(P)이 형성된다. 그리고, 피스톤(130)에는 압축공간(P)으로 냉매를 유입시키는 흡입구멍(131b)이 형성되며, 흡입구멍(131b)의 일측에는 흡입구멍(131b)을 선택적으로 개방하는 흡입밸브(133)가 구비된다. 흡입밸브(133)는 강판으로 이루어질 수 있다.
압축공간(P)의 일측에는 그 압축공간(P)에서 압축된 냉매를 배출시키기 위한 토출부재(160)가 구비된다. 즉, 압축공간(P)은 피스톤(130)의 일측 단부와 토출부재(160)의 사이에 형성되는 공간으로 이해될 수 있다. 또한, 본 발명에서, 토출부재(160)는 토출밸브(162)를 포함하는 구조체인 토출 밸브 조립체로 이해될 수 있다.
토출부재(160)는 냉매의 토출실(D)을 형성하고, 실린더(120)의 일 측에 설치되는 내부 토출 커버(161)와, 압축공간(P)의 압력이 토출압력 이상이 되면 개방되어 냉매를 토출실(D)로 유입시키는 토출밸브(162)를 포함한다.
내부 토출 커버(161)의 주위에는 후술하는 프레임(170)의 오일 공급 유로(173)를 통과하는 오일이 실린더(120)의 단부에서 토출부재(160)로 유입되고, 내부 토출 커버(161)의 주위에서 유동 가능하게 된다. 일례로, 도 1 및 도 4에 명백히 도시되지는 않았지만, 내부 토출 커버(161)의 외주에 오일이 유동할 수 있는 오일홈을 구비할 수 있다.
또한, 토출부재(160)는 토출밸브(162)와 내부 토출 커버(161)의 사이에 구비되어 피스톤(130)의 왕복방향으로 탄성력을 부여하는 밸브스프링(163)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 피스톤(130)의 왕복방향은 "축방향"으로 이해될 수 있는데, 또한, 도 1에서 좌우로 피스톤(130)이 이동하는 방향으로 이동하는 것과 동일한 의미로 이해될 수 있다.
흡입밸브(133)는 압축공간(P)의 일측에 형성되고, 토출밸브(162)는 압축공간(P)의 타측, 즉 흡입밸브(133)의 반대측에 구비될 수 있다.
피스톤(130)이 실린더(120)의 내부에서 왕복운동을 하는 과정에서, 압축공간(P)의 압력이 토출압력보다 낮고 흡입압력 이하가 되면 흡입밸브(133)가 개방되어 냉매는 압축공간(P)으로 흡입된다. 반면, 압축공간(P)의 압력이 흡입압력 이상이 되면 흡입밸브(133)가 닫힌 상태에서 압축공간(P)의 냉매가 압축된다.
한편, 압축공간(P)의 압력이 토출압력 이상이 되면, 밸브스프링(163)이 변형하여 토출밸브(162)를 개방시키고, 냉매는 압축공간(P)으로부터 토출되어, 내부 토출 커버(161)의 토출실(D)으로 배출된다.
그리고, 토출실(D)의 냉매는 내부 토출 커버(161)를 거쳐 루프 파이프(164)로 유입된다. 내부 토출 커버(161)는 압축된 냉매의 유동 소음을 저감시킬 수 있으며, 루프 파이프(164)는 압축된 냉매를 토출부(105)로 안내한다. 루프 파이프(164)는 내부 토출 커버(161)에 결합되어 굴곡지게 연장되며, 토출부(105)에 결합된다. 또한, 토출부(105)를 통하여 압축시에 토출실(D)에서 발생된 열이 쉘(110)의 외부로 방출될 수 있다. 토출부재(160)는 내부 토출 커버(161)에 결합되는 외부 토출 커버(165)를 더 포함할 수 있다. 루프 파이프(164)는 내부 토출 커버(161)와 기 결정된 거리만큼 이격 배치된 외부 토출 커버(165)에 결합될 수 있다.
한편, 본 발명의 리니어 압축기(100)는 프레임(170)을 더 포함할 수 있다. 프레임(170)은 실린더(120)를 고정시키는 부재로서, 실린더(120)와 일체로 구성되거나 별도의 체결부재에 의하여 체결될 수 있다. 또한, 내부 토출 커버(161)는 프레임(170)에 결합될 수 있다.
또한, 프레임(170)은, 오일 공급 유로(173)를 구비하는데, 오일 공급 유로(173)는, 급유유닛(190)으로부터 오일의 제공을 받도록 급유유닛(190)의 내부와 연통 가능하고 제공받은 오일을 상기 토출부재(160)로 공급 가능하도록 실린더(120)의 일 면에 연결된다.
오일 공급 유로(173)은 도 1에 도시되는 바와 같이, 단면기준으로 쉘(110)의 아래쪽에서 좌상방향을 향해서 형성되어 있으나 반드시 이러한 방향에 한정되는 것은 아니다.
오일은 오일 공급 유로(173)를 통과하여 실린더(120)의 단부에서 토출부재(160)로 유입되고, 토출실(D)의 주위에 구비된 토출부재(160)의 외부에서 유동 가능하다. 이를 위해, 토출부재(160)의 외주에는 방열을 가능하게 하도록 오일을 통과시키고, 다시 오일 저장부(110c)로 공급 가능하도록 형성되는 유로가 구비될 수 있다.
본 발명에서, 피스톤(130)의 압축에 의해 발생되어지는 토출실(D)의 열은 전술한 토출부(105)를 통해 쉘(110)의 외부로 방출되거나 토출실(D)과 인접하는 프레임(170) 및 실린더(120)를 통하여 열전달이 이루어지게 된다.
본 발명의 리니어 압축기(100)에서의 오일을 통한 쉘(110) 내부와 외부에서의 열전달 시스템에 대하여 서술한다.
도 1 및 도 12에는 실선의 화살표는 오일을 통한 쉘(110)의 내부와 외부에서의 열전달 시스템이 도시되고, 점선의 화살표는 내부 토출 커버(161)에서 쉘(110) 내부로의 복사 대류 열전달 시스템이 도시된다.
도 1 및 도 12에 도시된 바와 같이, 오일저장부에 수용된 오일은 급유유닛(190)을 통하여 펌핑되고, 프레임(170)의 오일 공급 유로(173)를 통하여 실린더(120)의 단부로 제공된다. 실린더(120)의 단부에서, 토출부재(160)로 오일이 유입되는데, 도 1에서 도시되는 바와 같이, 토출부재(160)로 유입된 오일은, 토출실(D)의 주위에 구비된 토출부재(160)의 외주에서 유동하게 된다.
또한, 토출부재(160)의 외주에서 유동한 오일은 쉘(110)의 오일 저장부(110c)에 적층되게 된다.
이와 같이, 오일은 토출부재(160)에서 토출실(D)로부터 열을 전달받고, 가열된 오일은 오일 저장부(110c)에 적층되고, 방열부재(111)의 제1 및 제2방열핀(111a, 111b)를 통하여 쉘(110)의 저면으로 열이 방출되게 된다.
도 12에는 방열부재(111)를 통한 방출되는 열의 유동과 그 외에 쉘(110)의 외부로 방출되는 열의 유동이 도시된다.
도 12을 참조하면, 전술한 바와 같이, 쉘(110)의 외부로 열이 방출되거나, 토출부재(160)의 주위에서 유동하는 오일이 오일 저장부(110c)에 저장되고, 방열부재(111)를 통하여 열을 외부로 배출 가능하게 하는 예가 도시된다.
이와 관련하여, 본 발명의 리니어 압축기(100)는, 대류 열전달 계수(h)가 냉매에 비해 높은 오일 저장부(110c)에 제1 및 제2방열핀(111a, 111b)을 포함하는 방열부재(111)를 장착하여 전열 면적(A)을 증가시켜서 쉘(110) 내부에서 쉘(110) 외부로의 열방출량을 극대화할 수 있다.
또한, 오일의 유속을 극대화시키기 위하여 오일 흡입부(111d)를 향하는 방향의 제1방열핀(111a)의 구조로 인해, 대류 열전달 계수의 값을 증가시키게 하였다.
또한, 제1방열핀(111a)을 통하여 쉘(110)의 내부에서 쉘(110)로 전달되고, 다시 쉘(110)로부터 쉘(110)의 외부로 방출되는 열의 양이 많아지면서 쉘(110)의 온도는 보다 상승하여 쉘(110) 외부와의 온도차(ΔT)가 상승하고 쉘(110) 외부 방열핀을 통하여 전열 면적(A)가 증가하여 쉘(110)과 외부 공기와의 대류열전달과 복사열전달량이 증가하여 쉘(110)의 외부로 방출하는 열량을 증가시켜서 흡입 냉매온도를 저감시키며 리니어 압축기(100)의 효율은 증가되게 된다.
이러한 전도 및 복사로 인한 열의 방출과 관련하여, 하기의 [수학식 1] 내지 [수학식 4]이 적용될 수 있다.
실린더(120), 토출부재(160) 및 쉘(110) 등에서의 전도로 인한 열 전달과 관련하여서는, [수학식 1]이 적용될 수 있다.
[수학식 1]
Qcov = h * A * ΔT
[수학식 1]에서, Qcov는 전도로 인해 전달되는 열량, h는 대류 열전달 계수, A는 전열 면적, ΔT 온도차를 나타낸다.
[수학식 2]는 [수학식 1]을 보다 구체화한 식이다.
[수학식 2]
Qcov = h * As * (Ts - T∞)
[수학식 2]에서, Qcov는 전도로 인해 전달되는 열량, h는 대류 열전달 계수, As는 쉘(110)에서 열이 전도되는 전열 면적, Ts - T∞는 외기 온도 및 쉘(110)의 온도 간의 차이를 나타낸다.
전도로 인해 전달되는 열량과 관련하여, 냉매(R600a)의 열전도 계수는 0.0177 W/m-K(0.559 bar 압력과, 32.2 ℃온도 기준)이고, 오일의 열전도 계수는 0.18 W/m-K (40 ℃온도 기준)이다.
실린더(120), 토출부재(160) 및 쉘(110) 등에서의 복사로 인한 열 전달과 관련하여서는, [수학식 3]이 적용될 수 있다.
[수학식 3]
Qrad = ε * A * (Ts - T∞)
[수학식 3]에서, Qrad는 복사로 인해 전달되는 열량, ε는 복사 열전달 계수, A는 전열 면적, Ts-T∞는 외기 온도 및 쉘(110)의 온도 간의 차이를 나타낸다.
[수학식 4]
Qrad = σ * εs * s * (Ts 4 - T∞ 4)
[수학식 4]에서, Qrad는 복사로 인해 전달되는 열량, σ는 스테판 볼츠만 상수 5.6703 * 10-8 [W/(㎡ * K4)], εs 는 복사 열전달 계수, As는 쉘(110)에서 열이 전도되는 전열 면적, T∞는 외기 온도이고, Ts는 쉘(110)의 온도를 나타낸다.
방열부재(111)에 의한 개선효과에 대해서는 후술하기로 한다.
또한, 본 발명의 리니어 압축기(100)는 모터유닛(140)을 더 포함할 수 있다.
모터유닛(140)은, 피스톤(130)에 구동력을 부여하게 한다. 모터유닛(140)은, 프레임(170)에 고정되어 실린더(120)를 둘러싸도록 배치되는 아우터 스테이터(141)와, 아우터 스테이터(141)의 내측으로 이격되어 배치되는 이너 스테이터(142)와, 아우터 스테이터(141)와 이너 스테이터(142)의 사이 공간에 위치하는 마그네트(143)를 포함한다.
마그네트(143)는 영구자석으로 이루어져 아우터 스테이터(141) 및 이너 스테이터(142)와의 상호 전자기력에 의하여 직선 왕복 운동할 수 있다. 그리고, 마그네트(143)는 1개의 극을 가지는 단일 자석으로 구성되거나, 3개의 극을 가지는 다수의 자석이 결합되어 구성될 수 있다.
또한, 마그네트(143)는 연결부재(144)에 의하여 피스톤(130)에 결합될 수 있다. 연결부재(144)는 피스톤(130)의 일측 단부로부터 마그네트(143)으로 연장될 수 있다. 이로써, 마그네트(143)가 직선 이동함에 따라, 피스톤(130)은 마그네트(143)와 함께 축 방향으로 직선 왕복 운동할 수 있다.
한편, 아우터 스테이터(141)에는 스테이터 코어(141a) 및 코일 권선체(145)가 포함된다. 스테이터 코어(141a)는 복수 개의 라미네이션(lamination)이 원주방향으로 적층되며, 코일 권선체(145)를 둘러싸도록 배치될 수 있다
상기와 같은, 본 실시예에 따른 리니어 압축기(100)는, 모터유닛(140)에 전류가 인가되면, 코일 권선체(145)에 전류가 흐르게 되고, 코일 권선체(145)에 흐르는 전류에 의해 코일 권선체(145)의 주변에 자속(flux)이 형성되며, 자속은 아우터 스테이터(141) 및 이너 스테이터(142)를 따라 폐회로를 형성하면서 흐르게 된다.
아우터 스테이터(141)와 이너 스테이터(142)를 따라 흐르는 자속과, 마그네트(143)의 자속이 상호 작용하여, 마그네트(143)를 이동시키는 힘이 발생될 수 있다.
아우터 스테이터(141)의 일측에는 스테이터 커버(146)가 구비된다. 아우터 스테이터(141)의 일측단은 프레임(170)에 의하여 지지되며, 타측단은 상기 스테이터 커버(146)에 의하여 지지될 수 있다.
이너 스테이터(142)는 실린더(120)의 외주에 고정된다 그리고, 이너 스테이터(142)는 다수 개의 스테이터 코어가 실린더(120)의 외주면에 원주 방향을 따라 방사상으로 적층된다.
리니어 압축기(100)에는, 피스톤(130)을 지지하는 서포터(181) 및 피스톤(130)으로부터 흡입부(101)를 향하여 연장되는 백 커버(182)가 더 포함된다. 백 커버(1182)는 흡입머플러(150)의 적어도 일부분을 커버하도록 배치될 수 있다.
리니어 압축기(100)에는 피스톤(130)이 공진 운동할 수 있도록 복수의 스프링(183a,183b)이 포함된다. 스프링은 축방향으로 구비된 압축코일 스프링으로 이루어진다.
복수의 스프링(183a,183b)에는 서포터(181)와 스테이터 커버(146)의 사이에 지지되는 제1 스프링(183a) 및 서포터(181)와 백 커버(182)의 사이에 지지되는 제2 스프링(183b)으로 이루어진다. 제1 스프링(183a) 및 제2 스프링(183b)의 탄성 계수는 동일하게 형성될 수 있다.
여기서, 제1 스프링(183a)이 설치되는 위치를 "전방", 제2 스프링(183b)이 설치되는 위치를 후방이라고 정의할 수 있다. 따라서, 전방은 압축공간(P)을 향하는 방향 또는 피스톤(130)으로부터 흡입부를 향하는 방향, 후방은 압축공간(P)으로부터 멀어지는 방향 또는 흡입부로부터 토출부재(160)를 향하는 방향으로 정의될 수 있다.
쉘(110)의 내부 바닥면에는 소정의 오일이 저장될 수 있다. 전술한 바와 같이, 쉘(110)의 내부 바닥면에 오일이 저장되는 부분을 오일 저장부(110c)로 명명할 수 있다. 오일 저장부(110c)는, 쉘(110)의 저면에서 오일의 저장을 가능하게 하는 별도의 공간으로 구비될 수도 있고, 별도의 공간 없이 단순히 쉘(110)의 내부의 저면에 수용될 수도 있다.
또한, 쉘(110)의 하부에는 오일을 펌핑하는 급유유닛(190)이 구비될 수 있다.
급유유닛(190)은 전술한 방열부재(111)의 오일 흡입부(111d)에 수용된 오일을 흡입 가능하게 하도록 펌핑하여 실린더(120)로 오일의 공급을 가능하게 한다.
한편, 급유유닛(190)은 피스톤(130)이 왕복 직선운동을 함에 따라 발생되는 진동에 의하여 작동되어 오일을 상방으로 펌핑할 수 있다. 이로써, 급유유닛(190)으로부터 펌핑된 오일은 실린더(120)와 피스톤(130)의 사이 공간으로 공급되어, 일련의 냉각 및 윤활 작용을 수행한다. 또한, 실린더(120)에는 급유구멍(128)이 구비된다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 급유유닛(190)를 통해 실린더(120)의 내주면과 피스톤(130)의 외주면 사이로 공급되는 오일은 그 실린더(120)의 내주면과 피스톤(130)의 외주면 사이를 윤활하게 되지만, 실린더(120)의 내주면과 피스톤(130)의 외주면 사이가 베어링 접촉하는 한, 실린더(120)와 피스톤(130) 사이에서의 마찰손실은 여전히 발생하게 된다.
따라서, 실린더(120)의 내주면과 피스톤(130)의 외주면 사이의 마찰손실을 줄이기 위해서는 실린더(120)와 피스톤(130) 사이의 마찰면적을 최소화하는 것이 바람직하다. 하지만, 실린더(120)와 피스톤(130) 사이의 마찰면적을 무조건 최소화할 경우, 리니어 압축기(100)의 특성상 스프링에 의해 외팔보 형태로 지지되는 피스톤(130)의 처짐을 안정적으로 지지하지 못하게 될 수 있다. 그러면, 실린더(120)와 피스톤(130)의 동심도가 불일치된 상태에서 피스톤(130)이 왕복 직선운동을 하게 되고, 이 과정에서 실린더(120)와 피스톤(130) 사이의 마찰손실이 더욱 증가할 수 있다.
본 실시예는 실린더(120)와 피스톤(130) 사이의 마찰면적을 최소화하면서도 실린더(120)와 피스톤(130)의 동심도를 유지하여 실린더(120)와 피스톤(130) 사이의 마찰손실을 줄일 수 있도록 하는 것이다.
도 2는 도 1에 따른 실린더(120)와 피스톤(130)을 분해하여 보인 사시도이고, 도 3은 도 2에서 실린더(120)와 피스톤(130)을 조립하여 보인 사시도이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 피스톤(130)은 대략 원통 형상을 가지며 축 방향으로 연장되는 피스톤(130) 본체(131)과, 피스톤(130) 본체(131)의 후방 단부로부터 반경 방향으로 연장되는 피스톤(130) 플랜지(132)가 포함된다.
피스톤(130) 본체(131)에는 피스톤(130) 본체(131)의 전단부를 형성하는 전면부(131a)가 포함된다. 전면부(131a)에는 흡입밸브(133)가 설치된다. 이로써, 피스톤(130) 본체(131)의 내부를 유동하는 냉매는 흡입구멍(131b)을 통하여 압축공간(P)으로 흡입될 수 있다.
피스톤(130) 본체(131)에는 전면부(131a)로부터 후방으로 경사지게 연장되는 경사부(131c)가 더 포함된다. 경사부(131c)는 피스톤(130) 본체(131)의 외경이 전면부(131a)의 외경보다 커지는 방향으로 경사지게 연장될 수 있다. 이에 따라, 피스톤(130) 본체(131)는 경사부(131c)에 의하여 전면부(131a)로부터 후방을 향하여 외경이 커지도록 경사지게 형성될 수 있다. 이로써, 피스톤(130)이 전방으로 이동할 때, 압축공간(P)의 냉매의 일부가 경사부(131c)와 실린더(120)의 내주면이 이루는 선단측 공간으로 이동하게 된다. 그러면, 선단측 공간으로 이동한 냉매는 점점 압축되어 피스톤(130)의 선단이 실린더(120)의 내주면에 접촉되는 것을 억제할 수 있다.
한편, 피스톤(130) 본체(131)는 압축공간(P)을 기준으로 하여 그 압축공간(P)에서 멀어지는 방향으로 제1 피스톤(130)측 베어링부(이하, 제1 피스톤부(135))(135)와 제2 피스톤(130)측 베어링부(이하, 제2 피스톤부(136))(136)가 일정 간격만큼 이격되어 형성된다.
제1 피스톤부(135)와 제2 피스톤부(136)의 사이에는 그 각각의 피스톤(130)측 베어링부(135)(136)보다 작은 외경을 가지도록 함몰된 피스톤(130)측 회피부(이하, 제1 회피부)(137)가 형성된다. 도 2 내지 도 4에서와 같이, 피스톤(130)측 회피부는 제2 피스톤부(136)와 피스톤(130) 플랜지(132) 사이에도 형성될 수 있다.
제1 피스톤부(135)의 외경과 제2 피스톤부(136)의 외경은 서로 동일하게 형성되거나 또는 제1 피스톤부(135)의 외경이 제2 피스톤부(136)의 외경보다 약간 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 피스톤부(135)가 메인 베어링의 역할을, 제2 피스톤부(136)가 서브 베어링의 역할을 할 수 있다. 이는, 제1 피스톤부(135)의 전방측에 압축공간(P)이 형성됨에 따라, 압축공간(P)에서 압축되는 냉매가 실린더(120)와 피스톤(130) 사이로 누설되는 것을 최소화하기 위함이다.
제1 피스톤부(135)의 왕복방향 길이(또는, 축방향 길이)는 후술할 제1 실린더(120)측 베어링부의 왕복방향 길이보다는 크고, 제1 실린더(120)측 베어링부의 왕복방향 길이와 실린더(120)측 회피부의 왕복방향 길이를 합한 제2 총길이보다는 작게 형성될 수 있다. 이에 대해서는 나중에 다시 설명한다.
제1 피스톤부(135)와 제1 회피부(137)가 만나는 면 또는 제1 회피부(137)와 제2 피스톤부(136)가 만나는 면은 각각 경사면(137a)으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 회피부(137)에 고인 오일이 피스톤(130)의 왕복 직선운동시 각각의 경사면(137a)을 따라 각각의 베어링면으로 원활하게 유입될 수 있다.
한편, 실린더(120)는 피스톤(130)과 같이 대략 원통 모양으로 형성된다. 실린더(120)는 그 내경이 피스톤(130) 본체(131)의 외경보다 수 ㎛ 정도 크게 형성된다. 이에 따라, 실린더(120)의 내주면과 피스톤(130) 본체(131)의 외주면은 거의 접촉되거나 또는 미세한 윤활막을 사이에 두고 대응하게 된다.
실린더(120)의 내주면은 압축공간(P)을 기준으로 그 압축공간(P)에서 멀어지는 방향으로 제1 실린더(120)측 베어링부(이하, 제1 실린더부)(125)와 제2 실린더(120)측 베어링부(이하, 제2 실린더부)(126)가 일정 간격을 두고 형성된다. 제1 실린더부(125)와 제2 실린더부(126)의 사이에는 제2 회피부(127)가 연장 형성된다. 제1 실린더부(125)와 제2 실린더부(126)의 내경은 거의 동일하게 형성된다.
제1 실린더부(125)는 제1 피스톤부(135)와, 제2 실린더부(126)는 제2 피스톤부(136)와, 제2 회피부(127)는 제1 회피부(137)와 각각 적어도 일부가 중첩되도록 형성된다.
하지만, 제1 실린더부(125)와 제1 피스톤부(135)의 중첩구간이 너무 길면 마찰손실이 증가하는 반면, 상기의 중첩구간이 너무 짧으면 실링면적이 확보되지 못하면서 압축공간(P)의 냉매가 누설될 수 있다. 따라서, 제1 실린더부(125)의 왕복방향 길이는 피스톤(130)의 최대 이동거리보다 적어도 같거나 길게 형성될 수 있다. 다만, 실링면적을 고려하면 제1 실린더부(125)의 왕복방향 길이(A)는 최대 이동거리보다는 크게 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 피스톤(130)의 최대 이동거리는 피스톤(130)의 전면부(131a)가 토출밸브(162)로부터 가장 멀리 이동할 수 있는 거리이며, 이는 제2 스프링(183b)이 완전히 눌린 상태로 정의될 수 있다.
한편, 제1 피스톤부(135)의 왕복방향 길이는 제2 회피부(127)의 왕복방향 길이보다 크게 형성되고, 제1 회피부(137)의 왕복방향 길이는 제1 실린더부(125)의 왕복방향 길이보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 피스톤(130)이 최대 이동거리만큼 이동을 하더라도 제1 피스톤부(135)가 제2 회피부(127)에 걸리거나 빠지지 않게 되어 피스톤(130)이 실린더(120)에서 원활하게 왕복 직선운동을 할 수 있다.
또한, 제1 피스톤부(135)의 왕복방향 길이가 너무 길면 피스톤(130)이 최대 이동거리만큼 이동하였을 때 제1 피스톤부(135)가 제1 실린더부(125)는 물론 제2 실린더부(126)와도 접촉될 수 있다. 그러면 전체적으로 실린더(120)와 피스톤(130) 사이의 접촉면적이 증가하게 되어 마찰면적이 증가하게 될 뿐만 아니라, 제1 피스톤부(135)의 후방단이 제2 실린더부(126)의 전방단에 걸려 피스톤(130)의 왕복 직선운동이 방해를 받게 될 수 있다. 따라서, 제1 피스톤부(135)의 왕복방향 길이는 제1 실린더부(125)의 왕복방향 길이와 제2 회피부(127)의 왕복방향 길이를 합한 제2 총길이보다는 작게 형성되는 것이 바람직하다. 또는, 제1 피스톤부(135)의 왕복방향 길이와 피스톤(130)의 최대 이동거리를 합한 값이 제1 실린더부(125)의 왕복방향 길이와 제2 회피부(127)의 왕복방향 길이를 합한 제2 총길이보다는 작게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 제1 피스톤부(135)의 왕복방향 길이가 더 길어져 항상 제2 실린더부(126)와 접촉하게 되면, 제1 회피부(137)가 제2 실린더부(126)에 가려져 오일이 제1 회피부(137)로 유입되지 못하게 될 수도 있다. 그러면 제2 실린더부(126)와 제2 피스톤부(136) 사이로 오일이 공급되는 것을 차단하게 될 수 있다. 따라서, 제1 피스톤부(135)의 왕복방향 길이는 앞서 한정한 것과 같이 제1 실린더부(125)의 길이보다는 길지만 피스톤(130)이 최대 이동거리만큼 이동한 경우에도 제2 회피부(127)와 제1 회피부(137)가 중첩될 수 있는 길이, 즉 제2 회피부(127)를 초과하지 않도록 형성하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 실린더(120)의 내주면에는 제1 실린더부(125)와 제2 회피부(127) 그리고 제2 실린더부(126)가 연이어 형성되고, 이에 대응되는 피스톤(130)의 내주면에는 제1 피스톤부(135)와 제1 회피부(137) 그리고 제2 피스톤부(136)가 연이어 형성될 수 있다.
그러면, 피스톤(130)이 실린더(120)에 대해 왕복 직선운동을 할 때, 제1 피스톤부(135)는 제1 실린더부(125)와, 제2 피스톤부(136)는 제2 실린더부(126)에 각각 베어링 접촉을 하게 된다.
피스톤(130)이 전진운동을 하면, 피스톤(130)이 압축공간(P)의 냉매를 압축하면서 토출밸브(162) 쪽으로 이동을 하게 된다. 이때, 제1 피스톤부(135)는 제1 실린더부(125)와 베어링 접촉된 상태에서 제1 피스톤부(135)의 전방측은 제1 실린더부(125)의 범위 안에, 제1 피스톤부(135)의 후방측은 일정 간격 만큼 제1 실린더(125)의 범위 밖에 존재하게 된다. 이는, 제1 피스톤부(135)의 왕복방향 길이가 제1 실린더부(125)의 왕복방향 길이 보다 길게 형성되기 때문이다. 따라서, 피스톤(130)이 냉매를 완전히 토출하게 되는 토출완료시점까지 이동을 하더라도 제1 피스톤부(135)가 제1 실린더부(125)에 지지됨에 따라 피스톤(130)은 처지지 않고 반경방향으로 지지될 수 있다. 이 경우, 제2 피스톤부(136)가 제2 실린더부(126)에 베어링 접촉하게 되어 피스톤(130)은 더욱 안정적으로 지지될 수 있다.
피스톤(130)은 후진운동을 하면, 피스톤(130)이 압축공간(P)으로 냉매를 흡입하면서 토출밸브(162)로부터 멀어지는 쪽으로 이동을 하게 된다. 이때, 제1 피스톤부(135)는 제1 실린더부(125)에 대해 베어링 접촉된 상태에서 미끄럼운동을 하게 된다. 그리고 제1 피스톤부(135)의 후방측은 제2 실린더부(125)를 향해 이동을 하게 된다. 하지만, 제2 회피부(127)의 왕복방향 길이가 충분히 길게 형성됨에 따라, 제1 피스톤부(135)의 후방단이 제2 회피부(127)의 내부에 항상 위치하게 된다. 따라서, 제1 피스톤부(135)의 후방단과 제2 실린더부(125)의 전방단 사이에는 일정 간격 만큼 거리가 유지된다. 이로 인해 제1 피스톤부(135)가 제2 실린더부(125)에 걸리지 않게 되므로, 피스톤(130)의 왕복운동이 저지되는 것을 미연에 방지할 수 있게 된다.
상기와 같이, 피스톤(130)의 외주면에는 제1 회피부(137)가, 실린더(120)의 내주면에는 제2 회피부(127)가 각각 형성되어, 제1 회피부(137)는 실린더(120)와 접촉되지 않고, 제2 회피부(127)는 피스톤(130)과 접촉하지 않게 된다. 이에 따라, 전체적으로 실린더(120)와 피스톤(130) 사이의 마찰면적이 감소하게 되어 마찰손실이 줄어들게 된다.
나아가, 제1 피스톤부(135)와 제1 실린더부(125)는 피스톤(130)이 압축행정을 할 때 접촉면적이 증가하게 된다. 하지만, 압축행정을 할 때에 압축공간(P)의 압력이 상승하게 되므로, 제1 피스톤부(135)와 제1 실린더부(125) 사이의 접촉면적이 증가하는 것이 실링 측면에서 유리할 수 있다. 이를 통해, 압축공간(P)에서 압축되는 냉매가 실린더(120)와 피스톤(130) 사이의 베어링면으로 누설되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 반면, 피스톤(130)이 흡입행정을 실시할 때, 제1 피스톤부(135)와 제1 실린더부(125) 사이의 접촉면적이 감소하게 된다. 하지만, 흡입행정을 실시할 때에는 압축공간(P)의 압력이 감소하게 되므로 압축기 효율에 크게 영향을 끼치지 않게 된다.
피스톤(130)이 토출완료시점(압축공간(P)의 체적이 0인 지점)으로 이동할 때, 압축공간(P)의 압력은 급격하게 증가하게 된다. 따라서, 압축행정시 실린더(120)와 피스톤(130) 사이에는 넓은 실링면적이 필요하게 된다. 이는, 앞서 설명한 바와 같이 제1 실린더부(125)와 제1 피스톤부(135)의 마찰면적이 압축행정시 점차 증가하게 되므로 압축공간(P)의 냉매가 실린더(120)와 피스톤(130) 사이로 누설되는 것을 억제될 수 있다.
종래에는 피스톤(130)의 이동거리에 관계없이 실린더(120)와 피스톤(130) 사이의 베어링 접촉길이가 동일하였으나, 본 실시예에서는 피스톤(130)의 이동거리에 따라 실린더(120)와 피스톤(130) 사이의 베어링 접촉길이가 선형적으로 감소하게 된다. 그러면, 피스톤(130)의 사이클 당 평균 마찰 길이가 줄어들게 되므로, 실린더(120)와 피스톤(130) 사이의 마찰손실이 감소하게 되어 압축기 효율이 향상될 수 있다. 또한, 이를 통해 실린더(120) 또는 피스톤(130)의 제작을 용이하게 하면서도 실린더(120)와 피스톤(130)의 손상을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예의 경우, 피스톤(130)이 압축코일스프링로 된 복수 개의 스프링(183a,183b)에 의해 외팔보 형태로 지지됨에 따라, 피스톤(130)에 대한 지지면적이 작으면 피스톤(130)이 자체 무게에 따라 처짐이 발생할 수 있다. 하지만, 본 실시예와 같이 제1 피스톤부(135)와 제2 피스톤부(136)가 축방향으로 배열되고, 이들 피스톤(130)측 베어링부(135,136)가 각각 제1 실린더부(125)와 제2 실린더부(126)에 의해 반경방향으로 지지됨에 따라, 피스톤(130)을 처지는 것을 안정적으로 지지할 수 있다. 이에 따라, 실린더(120)와 피스톤(130)의 실질적인 마찰면적을 줄이면서도 외팔보 형태로 지지되는 피스톤(130)의 처짐을 억제할 수 있어 실린더(120)와 피스톤(130) 사이의 마찰손실을 더욱 낮출 수 있다.
즉, 전술한 실시예에서는 피스톤(130)에 제1 피스톤부(135)와 제2 피스톤부(136)가 축방향을 따라 제1 회피부의 왕복방향 길이만큼 간격을 두고 형성되는 것이었으나, 피스톤(130)에 한 개의 피스톤(130)측 베어링부만 형성되는 것이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 실린더(120)의 내주면에는 전술한 실시예와 동일하다. 즉, 실린더(120)의 내주면에는 제1 실린더부(125)와 제2 실린더부(126)가 제2 회피부(127)를 사이에 두고 형성된다. 제1 실린더부(125)의 내경과 제2 실린더부(126)의 내경은 동일하게 형성되고, 제2 회피부(127)의 내경은 양쪽 실린더부(125, 126)의 내경보다 크게 형성된다. 이에 따라, 제2 회피부(127)는 실린더(120)의 내주면에서 외주면을 향해 소정의 깊이만큼 함몰지게 형성된다.
한편, 피스톤(130) 본체(131)의 외주면에는 전방측에 피스톤(130)측 베어링부(135)가 형성되고, 피스톤(130)측 베어링부(135)의 후단에는 그 피스톤(130)측 베어링부(135)의 외경보다 작은 외경을 가지는 피스톤(130)측 회피부(137)가 형성된다. 피스톤(130) 회피부(137)의 후방단에서 앞서 설명한 피스톤(130) 플랜지(132)가 형성된다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 피스톤(130) 본체(131)에는 전술한 제1 피스톤(130)측 베어링부에 해당하는 한 개의 피스톤(130)측 베어링부가 형성되게 된다.
상기와 같은 본 실시예에 따른 실린더(120)와 피스톤(130)에서의 기본적인 구성은 전술한 실시예와 대동소이하다. 다만, 본 실시예에서는 피스톤(130) 본체(131)의 전방단에만 한 개의 피스톤(130)측 베어링부(135)가 형성됨에 따라, 전술한 실시예에 비해 실린더(120)와 피스톤(130) 사이의 마찰면적을 더욱 줄일 수 있다. 이를 통해 실린더(120)와 피스톤(130) 사이의 마찰손실을 더 낮출 수 있다. 아울러, 피스톤(130)의 무게가 감소하여 압축기 효율이 향상될 수 있다.
한편, 전술한 실시예들에서는 피스톤(130)의 후방측에 복수 개의 스프링이 구비되어 피스톤(130)의 공진운동을 유도하는 것이었으나, 반드시 스프링이 필요한 것은 아니다. 예를 들어, 스프링을 제외하고 마그네트의 추력과 복귀력을 이용하여서도 피스톤(130)을 공진시킬 수 있다.
이 경우에도 실린더(120)와 피스톤(130)의 사이에는 각각 전술한 실시예와 같은 실린더(120)측 베어링부와 피스톤(130)측 베어링부, 그리고 실린더(120)측 회피부와 피스톤(130)측 회피부를 형성할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 13에는 흡입포트 온도, EER(energy efficiency ratio, 에너지 효율) 개선 및 냉장고 소전의 기준 조건에 따른 개선효과가 표로 나타나 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 흡입포트 온도는 1.5℃저감되었고, EER은 0.06 상승되었으며, 냉장고 소전과 관련하여 0.6%개선되었다.
전술한 바와 같이, 쉘(110)에 방열부재(111)를 설치함으로써 쉘(110)의 방열부재(111)는 증가하게 되고, 흡입 냉매 온도를 저감 가능하게 한다.
오일은 냉매 보다 대류 열전달 효과가 10배 이상 차이가 나기에, 오일이 수용되는 오일 저장부(110c)에 제1 및 제2방열핀(111a, 111b)을 설치하여 열전달 계수 및 방열 표면적의 증가로 인해, 방열 효과가 극대화될 수 있다.
이상에서 설명한 리니어 압축기(100)는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100:리니어 압축기
111, 211, 311, 411:방열부재 111a, 111b:제1 및 제2방열핀
211a, 211b:제1 및 제2방열핀
311a, 311b:제1 및 제2방열핀
411a, 411b:제1 및 제2방열핀
111c:오일 유로 113:오일 유동 제한핀
114:핀 지지부
111d:오일 흡입부 111e:오일 통과 제한 유로
211c, 311c, 411c:오일 유로 213:오일 유동 제한핀
214, 313, 414:핀 지지부
211d, 311d, 411d:오일 흡입부 211e:오일 통과 제한 유로
311e:가이드 리브 411e:미로 리브
101:흡입부 105:토출부
110:쉘 110a:하부 쉘
110b:상부 쉘 110c:오일 저장부
120:실린더 125:제1 실린더부
126:제2 실린더부 130:피스톤
135:제1 피스톤부 136:제2 피스톤부
P:압축공간 150:흡입머플러
160:토출부재 161:내부 토출 커버
162:토출밸브 164:루프 파이프
165:외부 토출 커버
170:프레임 173:오일 공급 유로
190:급유유닛

Claims (33)

  1. 오일을 수용 가능하게 하는 오일 저장부가 구비되고, 외관을 형성하는 쉘;
    상기 쉘의 내부에 설치되며, 내부 공간을 구비하는 실린더;
    상기 내부 공간에 왕복 운동 가능하도록 상기 실린더에 설치되고, 상기 내부 공간에 압축 공간을 형성 가능하게 하는 피스톤; 및
    상기 내부 공간과 연통가능한 토출실을 내부에 구비하고, 상기 실린더의 일 측에 설치되는 토출부재를 포함하고,
    상기 쉘의 일 측에는 상기 쉘의 내부의 열을 외부로 방출 가능하게 하도록 돌출되는 구조로 형성되는 방열부재가 설치되고,
    상기 방열부재는,
    상기 쉘의 내부에 배치되고, 일 방향으로 돌출되도록 형성되는 제1방열핀과,
    상기 제1방열핀에 연결되고, 상기 쉘의 외부에 배치되며, 상기 일 방향과 반대 방향으로 돌출되도록 형성되는 제2방열핀을 포함하고,
    제1 및 제2방열핀은 각각 복수 개로 구비되고,
    상기 제1방열핀 사이에는, 상기 오일을 유동 가능하게 하는 오일 유로가 구비되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1방열핀은, 쉘의 내측 방향으로 돌출 형성되고, 상기 제2방열핀은 상기 쉘의 외측을 향하도록 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  4. 오일을 수용 가능하게 하는 오일 저장부가 구비되고, 외관을 형성하는 쉘;
    상기 쉘의 내부에 설치되며, 내부 공간을 구비하는 실린더;
    상기 내부 공간에 왕복 운동 가능하도록 상기 실린더에 설치되고, 상기 내부 공간에 압축 공간을 형성 가능하게 하는 피스톤; 및
    상기 내부 공간과 연통가능한 토출실을 내부에 구비하고, 상기 실린더의 일 측에 설치되는 토출부재를 포함하고,
    상기 쉘의 일 측에는 상기 쉘의 내부의 열을 외부로 방출 가능하게 하도록 돌출되는 구조로 형성되는 방열부재가 설치되고,
    상기 방열부재는,
    상기 쉘의 내부에 배치되고, 일 방향으로 돌출되도록 형성되는 제1방열핀과,
    상기 제1방열핀에 연결되고, 상기 쉘의 외부에 배치되며, 상기 일 방향과 반대 방향으로 돌출되도록 형성되는 제2방열핀과,
    상기 제1 및 제2방열핀 사이에서 상기 일 방향과 교차하는 방향으로 배치되고, 상기 제1 및 제2방열핀을 지지하는 핀 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1방열핀의 일 방향으로 돌출 형성되는 길이는 상기 제2방열핀의 상기 일 방향과 반대 방향으로 돌출되도록 형성되는 길이 보다 긴 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1방열핀은 상기 일 방향과 교차하는 방향으로 연장되며, 상기 복수 개의 제1방열핀의 일 측 단부 사이에, 오일을 흡입 가능하게 하도록 수용하는 오일 흡입부가 구비되도록, 상기 복수 개의 제1방열핀은 전후 및 좌우 방향으로 배치되고,
    상기 전후 방향은, 상기 압축 공간에서 상기 토출부재를 향해 토출되는 방향인 전방과, 상기 토출부재로부터 상기 피스톤을 향하는 방향인 후방 사이에서 정의되고,
    상기 좌우 방향은, 상기 전방에서 후방으로 바라 보았을 때를 기준으로 좌측과 우측에 각각 배치되는 좌방향과 우방향 사이에서 정의되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 오일 흡입부는, 상기 복수 개의 제1방열핀의 일 측 단부 사이에서 원형 또는 장방형의 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전후 방향으로 배치된 복수 개의 제1방열핀은 상기 오일 흡입부를 사이에 두고 서로 대칭인 구조로 배치되고,
    상기 좌우 방향으로 배치된 복수 개의 제1방열핀은 상기 오일 흡입부를 사이에 두고 서로 대칭인 구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1방열핀은 상기 방열부재의 내측 방향을 따라서 폭이 가변되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 방열부재는, 복수 개의 제1방열핀 중 일부와 다른 일부 사이에 배치되어서 오일의 유동을 제한하는 오일 유동 제한핀을 더 포함하고,
    상기 제1방열핀의 단부가 상기 오일 유동 제한핀과 접촉되는 서로 인접한 제1방열핀들의 사이에는, 상기 오일의 유동이 제한되는 오일 통과 제한 유로가 구비되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 방열부재는, 상기 쉘에 용접 및 압입 중 하나의 방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 쉘의 내부에는, 상기 오일 흡입부에 수용된 오일을 흡입 가능하도록 펌핑하여 상기 실린더로 오일의 공급을 가능하게 하는 급유유닛이 구비되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 급유유닛으로부터 오일의 제공을 받도록 급유유닛의 내부와 연통 가능하고 제공받은 오일을 상기 토출부재로 공급 가능하도록 실린더의 일 면에 연결되는 오일 공급 유로를 구비하고, 상기 실린더를 고정 가능하도록 실린더의 외주에 결합되는 프레임을 더 포함하고,
    오일 공급 유로를 통과하는 오일은 상기 실린더의 단부에서 상기 토출부재로 유입되고 토출실의 주위에 구비된 토출부재의 외부에서 유동 가능한 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 토출부재는,
    상기 실린더의 일 측에 설치되어, 상기 토출실을 형성하는 내부 토출 커버; 및
    상기 토출실에 배치되고, 상기 압축공간의 압력이 기 결정된 압력 이상이 되면 개방되어 냉매를 상기 토출실로 유입 가능하게 하는 토출밸브를 포함하고,
    오일 공급 유로를 통과하는 오일은 상기 실린더의 단부에서 상기 토출부재로 유입되고 내부 토출 커버의 주위에서 유동 가능한 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 방열부재는, 상기 쉘에 관통하여 결합되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  17. 오일을 수용 가능하게 하는 오일 저장부가 구비되고, 외관을 형성하는 쉘;
    상기 쉘의 내부에 설치되며, 내부 공간을 구비하는 실린더;
    상기 내부 공간에 왕복 운동 가능하도록 상기 실린더에 설치되고, 상기 내부 공간에 압축 공간을 형성 가능하게 하는 피스톤; 및
    상기 내부 공간과 연통가능한 토출실을 내부에 구비하고, 상기 실린더의 일 측에 설치되는 토출부재를 포함하고,
    상기 쉘의 일 측에는 상기 쉘의 내부의 열을 외부로 방출 가능하게 하도록 돌출되는 구조로 형성되는 방열부재가 설치되고,
    상기 오일 저장부는, 상기 쉘의 내측 아래 부분에 구비되고, 상기 방열부재는 상기 오일 저장부에 설치되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 방열부재는,
    상기 쉘의 내부에 배치되고, 일 방향으로 돌출되도록 형성되는 제1방열핀과,
    상기 제1방열핀에 연결되고, 상기 쉘의 외부에 배치되며, 상기 일 방향과 반대 방향으로 돌출되도록 형성되는 제2방열핀과,
    상기 제1 및 제2방열핀 사이에서 상기 일 방향과 교차하는 방향으로 배치되고, 상기 제1 및 제2방열핀을 지지하는 핀 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 방열부재는, 상기 쉘에 관통하여 결합되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 오일 저장부는 상기 쉘의 하부에 구비되며, 상기 방열부재는, 상기 오일 저장부에 저장된 오일에 적어도 일부가 잠기도록 설치되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 제1방열핀의 일 측 단부 사이에는, 오일을 흡입 가능하게 하도록 수용하는 오일 흡입부가 구비되고,
    상기 쉘의 내부에는, 상기 제1방열핀의 일 측 단부에 의해 감싸지도록 상기 오일 흡입부에 배치되는 오일 흡입관을 구비하여 상기 오일 흡입부에 수용된 오일을 흡입 가능하도록 펌핑하여 상기 실린더로 오일의 공급을 가능하게 하는 급유 유닛이 구비되고,
    상기 제1방열핀은 복수 개로 구비되고, 상기 복수 개의 제1방열핀 사이에는, 상기 오일을 유동 가능하게 하는 오일 유로가 구비되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 오일 저장부는,
    상기 쉘의 내부에서 상기 오일 흡입관의 하단을 수용하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 복수 개의 제1방열핀은 전후 및 좌우 방향으로 배치되고,
    상기 전후 방향으로 배치된 복수 개의 제1방열핀은 상기 오일 흡입부를 사이에 두고 서로 대칭인 구조로 배치되고,
    상기 좌우 방향으로 배치된 복수 개의 제1방열핀은 상기 오일 흡입부를 사이에 두고 서로 대칭인 구조로 배치되고,
    상기 전후 방향은, 상기 압축 공간에서 상기 토출부재를 향해 토출되는 방향인 전방과, 상기 토출부재로부터 상기 피스톤을 향하는 방향인 후방 사이에서 정의되고,
    상기 좌우 방향은, 상기 전방에서 후방으로 바라 보았을 때를 기준으로 좌측과 우측에 각각 배치되는 좌방향과 우방향 사이에서 정의되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 복수 개의 제1방열핀은 방사형의 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 핀 지지부에는, 상기 복수 개의 제1방열핀 사이에 배치되고 상기 복수 개의 제1방열핀과 나란한 방향으로 돌출 형성되어 오일의 유동을 가이드하는 가이드 리브가 설치되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 핀 지지부에는, 상기 복수 개의 제1방열핀에서 상기 제1방열핀과 교차하는 방향으로 복수 개로 돌출 형성되는 미로 리브가 설치되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  27. 제19항에 있어서,
    상기 쉘과 방열부재 사이에서의 오일의 유출을 방지하도록, 상기 방열부재가 결합되는 상기 쉘과 상기 방열부재 사이에는 실링부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  28. 오일을 수용 가능하게 하는 오일 저장부가 구비되고, 외관을 형성하는 쉘;
    상기 쉘의 내부에 설치되며, 내부 공간을 구비하는 실린더;
    상기 내부 공간에 왕복 운동 가능하도록 상기 실린더에 설치되고, 상기 내부 공간에 압축 공간을 형성 가능하게 하는 피스톤; 및
    상기 내부 공간과 연통가능한 토출실을 내부에 구비하고, 상기 실린더의 일 측에 설치되는 토출부재를 포함하고,
    상기 토출부재는,
    상기 실린더의 일 측에 설치되어, 상기 토출실을 형성하는 내부 토출 커버; 및
    상기 토출실에 배치되고, 상기 압축공간의 압력이 기 결정된 압력 이상이 되면 개방되어 냉매를 상기 토출실로 유입 가능하게 하는 토출밸브를 포함하고,
    상기 쉘의 일 측에는 상기 쉘의 내부의 열을 외부로 방출 가능하게 하도록 돌출되는 구조로 형성되는 방열부재가 설치되고,
    상기 오일 저장부는, 상기 쉘의 내측 아래 부분에 구비되고, 상기 방열부재는 상기 오일 저장부에 설치되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 방열부재는,
    상기 쉘의 내부에 배치되고, 일 방향으로 돌출되도록 형성되는 제1방열핀과,
    상기 제1방열핀에 연결되고, 상기 쉘의 외부에 배치되며, 상기 일 방향과 반대 방향으로 돌출되도록 형성되는 제2방열핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 방열부재는,
    상기 제1 및 제2방열핀 사이에서 상기 일 방향과 교차하는 방향으로 배치되고, 상기 제1 및 제2방열핀을 지지하는 핀 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  31. 제29항에 있어서,
    제1 및 제2방열핀은 각각 복수 개로 구비되고,
    상기 제1방열핀 사이에는, 상기 오일을 유동 가능하게 하는 오일 유로가 구비되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 제1방열핀은 상기 일 방향과 교차하는 방향으로 연장되며, 상기 복수 개의 제1방열핀의 일 측 단부 사이에, 오일을 흡입 가능하게 하도록 수용하는 오일 흡입부가 구비되도록, 상기 복수 개의 제1방열핀은 전후 및 좌우 방향으로 배치되고,
    상기 전후 방향은, 상기 압축 공간에서 상기 토출부재를 향해 토출되는 방향인 전방과, 상기 토출부재로부터 상기 피스톤을 향하는 방향인 후방 사이에서 정의되고,
    상기 좌우 방향은, 상기 전방에서 후방으로 바라 보았을 때를 기준으로 좌측과 우측에 각각 배치되는 좌방향과 우방향 사이에서 정의되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 전후 방향으로 배치된 복수 개의 제1방열핀은 상기 오일 흡입부를 사이에 두고 서로 대칭인 구조로 배치되고,
    상기 좌우 방향으로 배치된 복수 개의 제1방열핀은 상기 오일 흡입부를 사이에 두고 서로 대칭인 구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
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