KR20170124905A - 리니어 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리니어 압축기에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기에는 다수의 날개부가 구비되는 흡입 밸브가 포함되며, 상기 날개부에는, 상기 고정부로부터 외부 방향으로 연장되는 2개의 제 1 테두리부; 및 상기 날개의 외주부를 형성하는 제 2 테두리부가 포함되고, 상기 다수의 날개부 중 제 1 날개부에 구비되는 제 1 테두리부와, 제 2 날개부에 구비되는 제 2 테두리부간의 거리는, 상기 흡입 밸브의 외부를 향하여, 점점 커지도록 구성된다.

Description

리니어 압축기 {Linear compressor}
본 발명은 리니어 압축기에 관한 것이다.
냉각 시스템이란, 냉매를 순환하여 냉기를 발생시키는 시스템으로서, 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발과정을 반복하여 수행한다. 이를 위하여, 상기 냉각 시스템에는, 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기가 포함된다. 그리고, 상기 냉각 시스템은, 가전제품으로서 냉장고 또는 에어컨에 설치될 수 있다.
일반적으로 압축기(Compressor)는 전기모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축하여 압력을 높여주는 기계장치로서, 상기 가전제품 또는 산업전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.
이러한 압축기를 크게 분류하면, 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키는 왕복동식 압축기(Reciprocating compressor)와, 편심 회전되는 롤러(Roller)와 실린더 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되고 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전되면서 냉매를 압축시키는 회전식 압축기(Rotary compressor) 및 선회 스크롤(Orbiting scroll)과 고정 스크롤(Fixed scroll) 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되고 상기 선회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전하면서 냉매를 압축시키는 스크롤식 압축기(Scroll compressor)로 구분될 수 있다.
최근에는 상기 왕복동식 압축기 중에서 특히 피스톤이 왕복 직선 운동하는 구동모터에 직접 연결되도록 하여 운동전환에 의한 기계적인 손실이 없이 압축효율을 향상시킬 수 있고 간단한 구조로 구성되는 리니어 압축기가 많이 개발되고 있다.
보통, 리니어 압축기는, 밀폐된 쉘 내부에서 피스톤이 리니어 모터에 의해 실린더 내부에서 왕복 직선 운동하면서 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음 토출시키도록 구성된다.
상기 리니어 모터는 이너 스테이터 및 아우터 스테이터 사이에 영구자석이 위치되도록 구성되며, 영구자석은 영구자석과 이너(또는 아우터) 스테이터 간의 상호 전자기력에 의해 직선 왕복 운동하도록 구동된다. 그리고, 상기 영구자석이 피스톤과 연결된 상태에서 구동됨에 따라, 피스톤이 실린더 내부에서 왕복 직선운동하면서 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음, 토출시키도록 한다.
종래의 리니어 압축기와 관련하여, 본 출원인은 특허출원(이하, 선행문헌 1)을 실시하여 등록된 바 있다.
[선행문헌 1]
1. 등록번호 10-1307688호, 등록일자 : 2013년 9월 5일, 발명의 명칭 : 리니어 압축기
상기 [선행문헌 1]에 따른 리니어 압축기에는, 다수의 부품을 수용하는 쉘 포함된다. 상기 쉘의 상하 방향으로의 높이는, [선행문헌 1]의 도 2에 도시되는 바와 같이, 다소 높게 형성된다. 그리고, 상기 쉘의 내부에는 실린더와 피스톤 사이로 오일을 공급할 수 있는 급유 어셈블리가 제공된다.
한편, 리니어 압축기가 냉장고에 제공되는 경우, 상기 리니어 압축기는 냉장고의 후방 하측에 구비되는 기계실에 설치될 수 있다.
최근, 냉장고의 내부 저장공간을 증대하는 것이 소비자의 주요 관심사가 되고 있다. 상기 냉장고의 내부 저장공간을 증대하기 위하여는, 상기 기계실의 용적을 줄일 필요가 있고, 상기 기계실의 용적을 줄이기 위하여 상기 리니어 압축기의 크기를 줄이는 것이 주요 이슈가 되고 있다.
그러나, [선행문헌 1]에 개시된 리니어 압축기는 상대적으로 큰 부피를 차지하고 있어, 상기 리니어 압축기가 수용되는 기계실의 용적 또한 크게 형성될 필요가 있다. 따라서, [선행문헌 1]의 구조와 같은 리니어 압축기는, 내부 저장공간을 증대하기 위한 냉장고에는 적합하지 않은 문제점이 있다.
상기 리니어 압축기의 크기를 줄이기 위하여 압축기의 주요 부품을 작게 만들 필요가 있으나, 이 경우 압축기의 성능이 약화되는 문제점이 발생될 수 있다.
상기 압축기의 성능이 약화되는 문제점을 보상하기 위하여, 압축기의 운전 주파수를 증가하는 것을 고려할 수 있다. 다만, 압축기의 운전 주파수가 증가할수록 압축기의 내부에서 순환되는 오일에 의한 마찰력이 증가하여 압축기의 성능이 저하되는 문제점이 나타난다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원인은 특허출원(이하, 선행문헌 2)을 실시하여 공개한 바 있다.
[선행문헌 2]
1. 공개번호(공개일자) : 10-2016-0000651호 (2016년 1월 5일)
2. 발명의 명칭 : 리니어 압축기 및 리니어 압축기의 흡입장치
상기 [선행문헌 2]의 리니어 압축기에는, 실린더와 피스톤 사이 공간에 냉매 가스를 공급하여 베어링 기능을 수행하는, 가스 베어링 기술이 개시된다. 상기 가스 베어링 기술이 적용됨으로써, 압축기의 운전주파수가 증가하더라도 마찰 손실이 줄어들 수 있다.
한편, 상기 [선행문헌 2]에 따른 리니어 압축기에는, 피스톤에 결합되는 흡입밸브가 개시된다. 상기 흡입밸브는, 피스톤의 전면에 구비되는 흡입공을 선택적으로 개폐하도록 구성된다.
그러나, 종래의 흡입밸브에 의하면, 상대적으로 많은 개수의 흡입공을 개폐하기 위하여 포트부의 크기는 크게 형성하는 반면, 유동공의 크기는 상대적으로 작게 형성된다. 이 경우, 흡입밸브의 질량이 커지므로, 흡입밸브의 응답성이 저하되는 문제점이 있었다.
그리고, 다수의 포트부간의 간격이 상대적으로 좁게 형성됨에 따라, 즉 다수의 흡입공을 통하여 배출되는 냉매의 유로가 서로 가깝게 형성됨에 따라 흡입되는 냉매간에 유동저항이 발생되어 흡입효율이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 높은 운전주파수로 운전되는 리니어 압축기의 작동에 대응하여, 흡입밸브의 응답성이 개선된 리니어 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 흡입밸브의 응답성을 개선하기 위하여, 흡입밸브의 질량을 줄일 수 있는 리니어 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 흡입밸브의 날개부 질량을 줄이고 피스톤의 흡입공으로부터 흡입되는 냉매간에 유동저항을 줄일 수 있는 리니어 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기에는 다수의 날개부가 구비되는 흡입 밸브가 포함되며, 상기 날개부에는, 상기 고정부로부터 외부 방향으로 연장되는 2개의 제 1 테두리부; 및 상기 날개의 외주부를 형성하는 제 2 테두리부가 포함되고, 상기 다수의 날개부 중 제 1 날개부에 구비되는 제 1 테두리부와, 제 2 날개부에 구비되는 제 2 테두리부간의 거리는, 상기 흡입 밸브의 외부를 향하여, 점점 커지도록 구성된다.
또한, 상기 날개부에는, 상기 고정부로부터 반경방향으로 연장되는 2개의 연결부; 상기 2개의 연결부로부터 반경방향으로 연장되어, 상기 흡입공을 차폐하는 차폐부; 및 상기 2개의 연결부의 사이에 형성되는 유동공이 포함된다.
상기 날개부에는, 상기 유동공의 내면을 정의하는 내주면부가 포함되며, 상기 내주면부에는, 상기 고정부의 외면을 형성하는 제 1 내주면; 및 상기 차폐부의 내면을 형성하는 제 2 내주면이 포함된다.
상기 제 1 내주면과 상기 제 2 내주면은 서로 마주보는 위치에 배치되거나, 서로 평행하게 연장된다.
상기 내주면부에는, 상기 2개의 연결부 중 일 연결부의 내면을 형성하는 제 3 내주면; 및 상기 2개의 연결부 중 타 연결부의 내면을 형성하는 제 4 내주면이 포함된다.
상기 제 3 내주면과 상기 제 4 내주면은 서로 마주보는 위치에 배치되거나, 서로 평행하게 연장되거나, 서로 동일한 길이를 가질 수 있다.
상기 날개부의 외면 형상과, 상기 유동공의 형상은 서로 대응되는 형상을 가질 수 있다.
상기 흡입 밸브에는, 상기 제 1 날개부의 제 1 테두리부와, 상기 제 2 날개부의 제 1 테두리부를 연결하며, 라운드지게 연장되는 만곡부가 더 포함된다.
상기 흡입공은 다수 개가 구비되며, 상기 제 1 날개부는 상기 다수 개의 흡입공 중 일부의 흡입공을 차폐하며, 상기 제 2 날개부는 상기 다수 개의 흡입공 중 나머지 일부의 흡입공을 차폐한다.
상기 다수 개의 흡입공에는, 8개의 흡입공이 포함되고, 상기 다수의 날개부에는 4개의 날개부가 포함되어, 각 2개의 흡입공을 차폐한다.
상기 리니어 압축기의 운전주파수는 80~110Hz의 범위에서 형성될 수 있다.
상기 흡입밸브의 두께는 60~80μm의 범위에서 형성될 수 있다.
이러한 본 발명에 의하면, 내부 부품을 포함한 압축기의 크기를 작게 함으로써, 냉장고의 기계실의 크기를 줄일 수 있고 이에 따라 냉장고의 내부 저장공간을 증대시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 압축기의 운전 주파수를 증가함으로써 작아진 내부 부품에 의한 성능 저하를 방지할 수 있으며, 실린더와 피스톤 사이에 가스 베어링을 적용함으로써 오일에 의하여 발생할 수 있는 마찰력을 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 흡입밸브의 파손을 방지하면서도 흡입밸브의 응답성을 개선할 수 있도록, 상기 흡입밸브의 두께를 상대적으로 작게 형성하고, 흡입밸브의 질량을 줄일 수 있으므로, 흡입밸브의 높은 고유주파수를 형성할 수 있다. 특히, 흡입밸브의 개폐부 크기를 줄이고 유동공의 크기를 상대적으로 크게 하여, 상기 흡입밸브의 질량이 감소될 수 있게 된다. 따라서, 리니어 압축기의 높은 운전주파수에 대응하는 흡입밸브의 움직임을 구현할 수 있다.
또한, 흡입밸브의 날개부를 상하좌우 방향으로 4개 구비하고, 각 날개부 사이의 간격이 흡입밸브의 외부 방향으로 갈수록 증가하도록 구성됨으로써, 즉 피스톤의 다수의 흡입공을 통하여 흡입되는 냉매유로간의 거리가 증가하게 된다. 따라서, 서로 다른 흡입공을 통하여 흡입되는 냉매의 유동저항이 감소하므로, 흡입밸브를 통한 냉매의 흡입성능이 개선될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 구성을 보여주는 외관 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 쉘 및 쉘 커버의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 내부 부품의 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 I-I'를 따라 절개한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 피스톤이 실린더의 내부에 삽입된 모습을 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 어셈블리의 모습을 보여주는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 어셈블리의 구성을 보여주는 분해 사시도이다.
도 8은 도 7의 II-II'를 따라 절개한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 어셈블리의 구성을 보여주는 전면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 흡입밸브의 구성을 보여주는 정면도이다.
도 11은 도 10의 "A" 부분을 확대한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 구성을 보여주는 외관 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 쉘 및 쉘 커버의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기(10)에는, 쉘(101) 및 상기 쉘(101)에 결합되는 쉘 커버(102,103)가 포함된다. 넓은 의미에서, 상기 제 1 쉘커버(102)와 제 2 쉘커버(103)는 상기 쉘(101)의 일 구성으로서 이해될 수 있다.
상기 쉘(101)의 하측에는, 레그(50)가 결합될 수 있다. 상기 레그(50)는, 상기 리니어 압축기(10)가 설치되는 제품의 베이스에 결합될 수 있다. 일례로, 상기 제품에는 냉장고가 포함되며, 상기 베이스에는, 상기 냉장고의 기계실 베이스가 포함될 수 있다. 다른 예로서, 상기 제품에는 공기조화기의 실외기가 포함되며, 상기 베이스에는, 상기 실외기의 베이스가 포함될 수 있다.
상기 쉘(101)은 대략 원통 형상을 가지며, 가로방향으로 누워져 있는 배치, 또는 축방향으로 누워 있는 배치를 이룰 수 있다. 도 1을 기준으로, 상기 쉘(101)은 가로 방향으로 길게 연장되며, 반경방향으로는 다소 낮은 높이를 가질 수 있다. 즉, 상기 리니어 압축기(10)는 낮은 높이를 가질 수 있으므로, 상기 리니어 압축기(10)가 냉장고의 기계실 베이스에 설치될 때, 상기 기계실의 높이를 감소시킬 수 있다는 이점이 있다.
상기 쉘(101)의 외면에는, 터미널(108)이 설치될 수 있다. 상기 터미널(108)은 외부 전원을 리니어 압축기의 모터 어셈블리(140, 도 3 참조)에 전달하는 구성으로서 이해된다. 상기 터미널(108)은 코일(141c, 도 3 참조)의 리드선에 연결될 수 있다.
상기 터미널(108)의 외측에는, 브라켓(109)이 설치된다. 상기 브라켓(109)에는, 상기 터미널(108)을 둘러싸는 다수의 브라켓이 포함될 수 있다. 상기 브라켓(109)은 외부의 충격등으로부터 상기 터미널(108)을 보호하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 쉘(101)의 양측부는 개구되도록 구성된다. 상기 개구된 쉘(101)의 양측부에는, 상기 쉘 커버(102,103)가 결합될 수 있다. 상세히, 상기 쉘 커버(102,103)에는, 상기 쉘(101)의 개구된 일측부에 결합되는 제 1 쉘커버(102) 및 상기 쉘(101)의 개구된 타측부에 결합되는 제 2 쉘커버(103)가 포함된다. 상기 쉘 커버(102,103)에 의하여, 상기 쉘(101)의 내부공간은 밀폐될 수 있다.
도 1을 기준으로, 상기 제 1 쉘커버(102)는 상기 리니어 압축기(10)의 우측부에 위치되며, 상기 제 2 쉘커버(103)는 상기 리니어 압축기(10)의 우측부에 위치될 수 있다. 달리 말하면, 상기 제 1,2 쉘커버(102,103)는 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 쉘(101) 또는 쉘 커버(102,103)에 구비되어, 냉매를 흡입, 토출 또는 주입시킬 수 있는 다수의 파이프(104,105,106)가 더 포함된다.
상기 다수의 파이프(104,105,106)에는, 냉매가 상기 리니어 압축기(10)의 내부로 흡입되도록 하는 흡입 파이프(104)와, 압축된 냉매가 상기 리니어 압축기(10)로부터 배출되도록 하는 토출 파이프(105) 및 냉매를 상기 리니어 압축기(10)에 보충하기 위한 프로세스 파이프(106)가 포함된다.
일례로, 상기 흡입 파이프(104)는 상기 제 1 쉘커버(102)에 결합될 수 있다. 냉매는 상기 흡입 파이프(104)를 통하여 축방향을 따라 상기 리니어 압축기(10)의 내부로 흡입될 수 있다.
상기 토출 파이프(105)는 상기 쉘(101)의 외주면에 결합될 수 있다. 상기 흡입 파이프(104)를 통하여 흡입된 냉매는 축방향으로 유동하면서, 압축될 수 있다. 그리고, 상기 압축된 냉매는 상기 토출 파이프(105)를 통하여 배출될 수 있다. 상기 토출 파이프(105)는 상기 제 1 쉘커버(102)보다 상기 제 2 쉘커버(103)에 인접한 위치에 배치될 수 있다.
상기 프로세스 파이프(106)는 상기 쉘(101)의 외주면에 결합될 수 있다. 작업자는 상기 프로세스 파이프(106)를 통하여, 상기 리니어 압축기(10)의 내부로 냉매를 주입할 수 있다.
상기 프로세스 파이프(106)는 상기 토출 파이프(105)와의 간섭을 피하기 위하여, 상기 토출 파이프(105)와 다른 높이에서 상기 쉘(101)에 결합될 수 있다. 상기 높이라 함은, 상기 레그(50)로부터의 수직방향(또는 반경방향)으로의 거리로서 이해된다. 상기 토출 파이프(105)와 상기 프로세스 파이프(106)가 서로 다른 높이에서, 상기 쉘(101)의 외주면에 결합됨으로써, 작업자는 작업 편의성이 도모될 수 있다.
상기 프로세스 파이프(106)가 결합되는 지점에 대응하는, 쉘(101)의 내주면에는 상기 제 2 쉘커버(103)의 적어도 일부분이 인접하게 위치될 수 있다. 달리 말하면, 상기 제 2 쉘커버(103)의 적어도 일부분은, 상기 프로세스 파이프(106)를 통하여 주입된 냉매의 저항으로서 작용할 수 있다.
따라서, 냉매의 유로관점에서, 상기 프로세스 파이프(106)를 통하여 유입되는 냉매의 유로의 크기는, 상기 쉘(101)의 내부공간으로 진입하면서 작아지도록 형성된다. 이 과정에서, 냉매의 압력이 감소하여 냉매의 기화가 이루어질 수 있고, 이 과정에서, 냉매에 포함된 유분이 분리될 수 있다. 따라서, 유분이 분리된 냉매가 피스톤(130)의 내부로 유입되면서, 냉매의 압축성능이 개선될 수 있다. 상기 유분은, 냉각 시스템에 존재하는 작동유로서 이해될 수 있다.
상기 제 1 쉘커버(102)의 내측면에는, 커버지지부(102a)가 구비된다. 상기 커버지지부(102a)에는, 후술할 제 2 지지장치(185)가 결합될 수 있다. 상기 커버지지부(102a) 및 상기 제 2 지지장치(102a)는, 리니어 압축기(10)의 본체를 지지하는 장치로서 이해될 수 있다. 여기서, 상기 압축기의 본체는 상기 쉘(101)의 내부에 구비되는 부품을 의미하며, 일례로 전후 왕복운동 하는 구동부 및 상기 구동부를 지지하는 지지부가 포함될 수 있다. 상기 구동부에는, 피스톤(130), 마그넷 프레임(138), 영구자석(146), 서포터(137) 및 흡입 머플러(150)등과 같은 부품이 포함될 수 있다. 그리고, 상기 지지부에는, 공진스프링(176a,176b), 리어 커버(170), 스테이터 커버(149), 제 1 지지장치(165) 및 제 2 지지장치(185)등과 같은 부품이 포함될 수 있다.
상기 제 1 쉘커버(102)의 내측면에는, 스토퍼(102b)가 구비될 수 있다. 상기 스토퍼(102b)는 상기 리니어 압축기(10)의 운반 중 발생하는 진동 또는 충격등에 의하여, 상기 압축기의 본체, 특히 모터 어셈블리(140)가 상기 쉘(101)에 부딪혀 파손되는 것을 방지하는 구성으로서 이해된다. 상기 스토퍼(102b)는, 후술할 리어 커버(170)에 인접하게 위치되어, 상기 리니어 압축기(10)에 흔들림이 발생할 때, 상기 리어 커버(170)가 상기 스토퍼(102b)에 간섭됨으로써, 상기 모터 어셈블리(140)에 충격이 전달되는 것을 방지할 수 있다.
상기 쉘(101)의 내주면에는, 스프링체결부(101a)가 구비될 수 있다. 일례로, 상기 스프링체결부(101a)는 상기 제 2 쉘커버(103)에 인접한 위치에 배치될 수 있다. 상기 스프링체결부(101a)는 후술할 제 1 지지장치(165)의 제 1 지지스프링(166)에 결합될 수 있다. 상기 스프링체결부(101a)와 상기 제 1 지지장치(165)가 결합됨으로써, 상기 압축기의 본체는 상기 쉘(101)의 내측에 안정적으로 지지될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 내부 부품의 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 내부구성을 보여주는 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기(10)에는, 상기 쉘(101)의 내부에 제공되는 실린더(120)와, 상기 실린더(120)의 내부에서 왕복 직선 운동하는 피스톤(130) 및 상기 피스톤(130)에 구동력을 부여하는 리니어 모터로서 모터 어셈블리(140)가 포함된다. 상기 모터 어셈블리(140)가 구동하면, 상기 피스톤(130)은 축 방향으로 왕복 운동할 수 있다.
상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 피스톤(130)에 결합되며, 상기 흡입 파이프(104)를 통하여 흡입된 냉매로부터 발생되는 소음을 저감하기 위한 흡입 머플러(150)가 더 포함된다. 상기 흡입 파이프(104)를 통하여 흡입된 냉매는 상기 흡입 머플러(150)를 거쳐 상기 피스톤(130)의 내부로 유동한다. 일례로, 냉매가 상기 흡입 머플러(150)를 통과하는 과정에서, 냉매의 유동소음이 저감될 수 있다.
상기 흡입 머플러(150)에는, 다수의 머플러(151,152,153)가 포함된다. 상기 다수의 머플러(151,152,153)에는, 서로 결합되는 제 1 머플러(151), 제 2 머플러(152) 및 제 3 머플러(153)가 포함된다.
상기 제 1 머플러(151)는 상기 피스톤(130)의 내부에 위치되며, 상기 제 2 머플러(152)는 상기 제 1 머플러(151)의 후측에 결합된다. 그리고, 상기 제 3 머플러(153)는 상기 제 2 머플러(152)를 내부에 수용하며, 상기 제 1 머플러(151)의 후방으로 연장될 수 있다. 냉매의 유동방향 관점에서, 상기 흡입 파이프(104)를 통하여 흡입된 냉매는 상기 제 3 머플러(153), 제 2 머플러(152) 및 제 1 머플러(151)를 차례로 통과할 수 있다. 이 과정에서, 냉매의 유동소음은 저감될 수 있다.
상기 흡입 머플러(150)에는, 머플러 필터(153)가 더 포함된다. 상기 머플러 필터(153)는 상기 제 1 머플러(151)와 상기 제 2 머플러(152)가 결합되는 경계면에 위치될 수 있다. 일례로, 상기 머플러 필터(153)는 원형의 형상을 가질 수 있으며, 상기 머플러 필터(153)의 외주부는 상기 제 1,2 머플러(151,152)의 사이에 지지될 수 있다.
방향을 정의한다.
"축 방향"이라 함은, 상기 피스톤(130)이 왕복운동 하는 방향, 즉 도 4에서 가로 방향으로 이해될 수 있다. 그리고, 상기 "축 방향" 중에서, 상기 흡입 파이프(104)로부터 압축공간(P)을 향하는 방향, 즉 냉매가 유동하는 방향을 "전방"이라 하고, 그 반대방향을 "후방"이라 정의한다. 상기 피스톤(130)이 전방으로 이동할 때, 상기 압축공간(P)은 압축될 수 있다.
반면에, "반경 방향"이라 함은 상기 피스톤(130)이 왕복운동 하는 방향에 수직한 방향으로서, 도 4의 세로 방향으로 이해될 수 있다.
상기 피스톤(130)에는, 대략 원통형상의 피스톤 본체(131) 및 상기 피스톤 본체(131)로부터 반경 방향으로 연장되는 피스톤 플랜지(132)가 포함된다. 상기 피스톤 본체(131)는 상기 실린더(120)의 내부에서 왕복 운동하며, 상기 피스톤 플랜지(132)는 상기 실린더(120)의 외측에서 왕복 운동할 수 있다.
상기 실린더(120)는, 상기 제 1 머플러(151)의 적어도 일부분 및 상기 피스톤 본체(131)의 적어도 일부분을 수용하도록 구성된다.
상기 실린더(120)의 내부에는, 상기 피스톤(130)에 의하여 냉매가 압축되는 압축 공간(P)이 형성된다. 그리고, 상기 피스톤 본체(131)의 전면부에는, 상기 압축 공간(P)으로 냉매를 유입시키는 흡입공(133)이 형성되며, 상기 흡입공(133)의 전방에는 상기 흡입공(133)을 선택적으로 개방하는 흡입 밸브(200)가 제공된다. 상기 흡입 밸브(200)의 대략 중심부에는, 소정의 체결부재가 결합되는 체결공이 형성된다.
상기 압축 공간(P)의 전방에는, 상기 압축 공간(P)에서 배출된 냉매의 토출공간(160a)을 형성하는 토출커버(160) 및 상기 토출커버(160)에 결합되며 상기 압축 공간(P)에서 압축된 냉매를 선택적으로 배출시키기 위한 토출밸브 어셈블리(161,163)가 제공된다. 상기 토출공간(160a)은 토출커버(160)의 내부 벽에 의하여 구획되는 다수의 공간부가 포함된다. 상기 다수의 공간부는 전후 방향으로 배치되며, 서로 연통될 수 있다.
상기 토출밸브 어셈블리(161,163)에는, 상기 압축 공간(P)의 압력이 토출압력 이상이 되면 개방되어 냉매를 상기 토출커버(160)의 토출 공간으로 유입시키는 토출 밸브(161) 및 상기 토출 밸브(161)와 토출커버(160)의 사이에 제공되어 축 방향으로 탄성력을 제공하는 스프링 조립체(163)가 포함된다.
상기 스프링 조립체(163)에는, 밸브 스프링(163a) 및 상기 밸브 스프링(163a)을 상기 토출커버(160)에 지지하기 위한 스프링지지부(163b)가 포함된다. 일례로, 상기 밸브 스프링(163a)에는, 판 스프링이 포함될 수 있다. 그리고, 상기 스프링지지부(163b)는 사출공정에 의하여 상기 밸브 스프링(163a)에 일체로 사출 성형될 수 있다.
상기 토출 밸브(161)는 상기 밸브 스프링(163a)에 결합되며, 상기 토출 밸브(161)의 후방부 또는 후면은 상기 실린더(120)의 전면에 지지 가능하도록 위치된다. 상기 토출 밸브(161)가 상기 실린더(120)의 전면에 지지되면 상기 압축공간(P)은 밀폐된 상태를 유지하며, 상기 토출 밸브(161)가 상기 실린더(120)의 전면으로부터 이격되면 상기 압축공간(P)은 개방되어, 상기 압축공간(P) 내부의 압축된 냉매가 배출될 수 있다.
상기 압축 공간(P)은 상기 흡입 밸브(200)와 상기 토출 밸브(161)의 사이에 형성되는 공간으로서 이해된다. 그리고, 상기 흡입 밸브(200)는 상기 압축 공간(P)의 일측에 형성되고, 상기 토출 밸브(161)는 상기 압축 공간(P)의 타측, 즉 상기 흡입 밸브(200)의 반대측에 제공될 수 있다.
상기 피스톤(130)이 상기 실린더(120)의 내부에서 왕복 직선운동 하는 과정에서, 상기 압축공간(P)의 압력이 토출압력보다 낮고 흡입압력 이하가 되면 상기 흡입 밸브(200)가 개방되어 냉매는 상기 압축 공간(P)으로 흡입된다. 반면에, 상기 압축공간(P)의 압력이 상기 흡입압력 이상이 되면 상기 흡입 밸브(200)가 닫힌 상태에서 상기 압축공간(P)의 냉매가 압축된다.
한편, 상기 압축공간(P)의 압력이 상기 토출압력 이상이 되면, 상기 밸브 스프링(163a)이 전방으로 변형하면서 상기 토출 밸브(161)를 개방시키고, 냉매는 상기 압축공간(P)으로부터 토출되어, 토출커버(160)의 토출공간으로 배출된다. 상기 냉매의 배출이 완료되면, 상기 밸브 스프링(163a)은 상기 토출 밸브(161)에 복원력을 제공하여, 상기 토출 밸브(161)가 닫혀지도록 한다.
상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 토출 커버(160)에 결합되며 상기 토출 커버(160)의 토출공간(160a)을 유동한 냉매를 배출시키는 커버파이프(162a)가 더 포함된다. 일례로, 상기 커버파이프(162a)는 금속재질로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 커버파이프(162a)에 결합되며, 상기 커버파이프(162a)를 유동하는 냉매를 상기 토출 파이프(105)로 전달하는 루프 파이프(162b)가 더 포함된다. 상기 루프 파이프(162b)의 일측부는 상기 커버파이프(162a)에 결합되며, 타측부는 상기 토출 파이프(105)에 결합될 수 있다.
상기 루프 파이프(162b)는 플렉서블한 재질로 구성되며, 상대적으로 길게 형성될 수 있다. 그리고, 상기 루프 파이프(162b)는 상기 커버파이프(162a)로부터 상기 쉘(101)의 내주면을 따라 라운드지게 연장되어, 상기 토출 파이프(105)에 결합될 수 있다. 일례로, 상기 루프 파이프(162b)는 감겨진 형상을 가질 수 있다.
상기 리니어 압축기(10)에는, 프레임(110)이 더 포함된다. 상기 프레임(110)은 상기 실린더(120)를 고정시키는 구성으로서 이해된다. 일례로, 상기 실린더(120)는 상기 프레임(110)의 내측에 압입(壓入, press fitting)될 수 있다. 상기 실린더(120) 및 프레임(110)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질로 구성될 수 있다.
상기 프레임(110)은 상기 실린더(120)를 둘러싸도록 배치된다. 즉, 상기 실린더(120)는 상기 프레임(110)의 내측에 수용되도록 위치될 수 있다. 그리고, 상기 토출커버(160)는 체결부재에 의하여 상기 프레임(110)의 전면에 결합될 수 있다.
상기 모터 어셈블리(140)에는, 상기 프레임(110)에 고정되어 상기 실린더(120)를 둘러싸도록 배치되는 아우터 스테이터(141)와, 상기 아우터 스테이터(141)의 내측으로 이격되어 배치되는 이너 스테이터(148) 및 상기 아우터 스테이터(141)와 이너 스테이터(148)의 사이 공간에 위치하는 영구자석(146)이 포함된다.
상기 영구자석(146)은, 상기 아우터 스테이터(141) 및 이너 스테이터(148)와의 상호 전자기력에 의하여 직선 왕복 운동할 수 있다. 그리고, 상기 영구자석(146)은 1개의 극을 가지는 단일 자석으로 구성되거나, 3개의 극을 가지는 다수의 자석이 결합되어 구성될 수 있다.
상기 영구자석(146)은 마그넷 프레임(138)에 설치될 수 있다. 상기 마그넷 프레임(138)은 대략 원통 형상을 가지며, 상기 아우터 스테이터(141)와 이너 스테이터(148)의 사이 공간에 삽입되도록 배치될 수 있다.
상세히, 도 4의 단면도를 기준으로, 상기 마그넷 프레임(138)은 상기 피스톤 플랜지(132)에 결합되어 외측 반경방향으로 연장되며 전방으로 절곡될 수 있다. 상기 영구자석(146)은 상기 마그넷 프레임(138)의 전방부에 설치될 수 있다. 상기 영구자석(146)이 왕복 운동할 때, 상기 피스톤(130)은 상기 영구자석(146)과 함께 축 방향으로 왕복 운동할 수 있다.
상기 아우터 스테이터(141)에는, 코일 권선체(141b,141c,141d) 및 스테이터 코어(141a)가 포함된다. 상기 코일 권선체(141b,141c,141d)에는, 보빈(141b) 및 상기 보빈의 원주 방향으로 권선된 코일(141c)이 포함된다. 그리고, 상기 코일 권선체(141b,141c,141d)에는, 상기 코일(141c)에 연결되는 전원선이 상기 아우터 스테이터(141)의 외부로 인출 또는 노출되도록 가이드 하는 단자부(141d)가 더 포함된다. 상기 단자부(141d)는, 프레임(110)의 단자삽입부에 삽입하도록 배치될 수 있다.
상기 스테이터 코어(141a)에는, 복수 개의 라미네이션(lamination)이 원주 방향으로 적층되어 구성된 다수의 코어 블럭이 포함된다. 상기 다수의 코어 블럭은, 상기 코일 권선체(141b,141c)의 적어도 일부분을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
상기 아우터 스테이터(141)의 일측에는 스테이터 커버(149)가 제공된다. 즉, 상기 아우터 스테이터(141)의 일측부는 상기 프레임(110)에 의하여 지지되며, 타측부는 상기 스테이터 커버(149)에 의하여 지지될 수 있다.
상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 스테이터 커버(149)와 상기 프레임(110)을 체결하기 위한 커버체결부재(149a)가 더 포함된다. 상기 커버체결부재(149a)는, 상기 스테이터 커버(149)를 관통하여 상기 프레임(110)을 향하여 전방으로 연장되며, 상기 프레임(110)의 제 1 체결홀에 결합될 수 있다.
상기 이너 스테이터(148)는 상기 프레임(110)의 외주에 고정된다. 그리고, 상기 이너 스테이터(148)는 복수 개의 라미네이션이 상기 프레임(110)의 외측에서 원주 방향으로 적층되어 구성된다.
상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 피스톤(130)을 지지하는 서포터(137)가 더 포함된다. 상기 서포터(137)는 상기 피스톤(130)의 후측에 결합되며, 그 내측에는, 상기 머플러(150)가 관통하도록 배치될 수 있다. 상기 피스톤 플랜지(132), 마그넷 프레임(138) 및 상기 서포터(137)는 체결부재에 의하여 체결될 수 있다.
상기 서포터(137)에는, 밸런스 웨이트(179)가 결합될 수 있다. 상기 밸런스 웨이트(179)의 중량은, 압축기 본체의 운전주파수 범위에 기초하여 결정될 수 있다.
상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 스테이터 커버(149)에 결합되어 후방으로 연장되며, 제 2 지지장치(185)에 의하여 지지되는 리어 커버(170)가 더 포함된다.
상세히, 상기 리어 커버(170)에는 3개의 지지레그가 포함되며, 상기 3개의 지지레그는 상기 스테이터 커버(149)의 후면에 결합될 수 있다. 상기 3개의 지지레그와, 상기 스테이터 커버(149)의 후면 사이에는, 스페이서(181)가 개재될 수 있다. 상기 스페이서(181)의 두께를 조절하는 것에 의하여, 상기 스테이터 커버(149)로부터 상기 리어 커버(170)의 후단부까지의 거리를 결정할 수 있다. 그리고, 상기 리어 커버(170)는 상기 서포터(137)에 스프링 지지될 수 있다.
상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 리어 커버(170)에 결합되어 상기 머플러(150)로의 냉매 유입을 가이드 하는 유입 가이드부(156)가 더 포함된다. 상기 유입 가이드부(156)의 적어도 일부분은 상기 흡입 머프러(150)의 내측에 삽입될 수 있다.
상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 피스톤(130)이 공진 운동할 수 있도록 각 고유 진동수가 조절된 복수의 공진 스프링(176a,176b)이 더 포함된다.
상기 복수의 공진 스프링(176a,176b)에는, 상기 서포터(137)와 스테이터 커버(149)의 사이에 지지되는 제 1 공진스프링(176a) 및 상기 서포터(137)와 리어 커버(170)의 사이에 지지되는 제 2 공진스프링(176b)이 포함된다. 상기 복수의 공진 스프링(176a,176b)의 작용에 의하여, 상기 리니어 압축기(10)의 내부에서 왕복 운동하는 구동부의 안정적인 움직임이 수행되며, 상기 구동부의 움직임에 따른 진동 또는 소음 발생을 줄일 수 있다.
상기 서포터(137)에는, 상기 제 1 공진스프링(176a)에 결합되는 제 1 스프링지지부(137a)가 포함된다.
상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 프레임(110)과, 상기 프레임(110) 주변의 부품간의 결합력을 증대하기 위한 다수의 실링부재(127,128,129a,129b)가 포함된다. 상세히, 상기 다수의 실링부재(127,128,129a,129b)에는, 상기 프레임(110)과 상기 토출커버(160)가 결합되는 부분에 구비되는 제 1 실링부재(127)가 포함된다. 상기 제 1 실링부재(127)는, 상기 프레임(110)의 제 2 설치홈에 배치될 수 있다.
상기 다수의 실링부재(127,128,129a,129b)에는, 상기 프레임(110)과 상기 실린더(120)가 결합되는 부분에 구비되는 제 2 실링부재(128)가 더 포함된다. 상기 제 2 실링부재(128)는, 상기 프레임(110)의 제 1 설치홈에 배치될 수 있다.
상기 다수의 실링부재(127,128,129a,129b)에는, 상기 실린더(120)와 상기 프레임(110)의 사이에 제공되는 제 3 실링부재(129a)가 더 포함된다. 상기 제 3 실링부재(129a)는, 상기 실린더(120)의 후방부에 형성되는 실린더홈에 배치될 수 있다. 상기 제 3 실링부재(129a)는, 프레임의 내주면과 실린더의 외주면 사이에 형성되는 가스 포켓의 냉매가 외부로 누설되는 것을 방지하며, 상기 프레임(110)과 실린더(120)의 결합력을 증대시키는 기능을 수행할 수 있다.
상기 다수의 실링부재(127,128,129a,129b)에는, 상기 프레임(110)과 상기 이너 스테이터(148)가 결합되는 부분에 구비되는 제 4 실링부재(129b)가 더 포함된다. 상기 제 4 실링부재(129b)는, 상기 프레임(110)의 제 3 설치홈에 배치될 수 있다. 상기 제 1 내지 제 4 실링부재(127,128,129a,129b)는 링 형상을 가질 수 있다.
상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 토출커버(160)에 결합되며, 상기 압축기(10)의 본체의 일측을 지지하는 제 1 지지장치(165)가 더 포함된다. 상기 제 1 지지장치(165)는 상기 제 2 쉘커버(103)에 인접하게 배치되어, 상기 압축기(10)의 본체를 탄성 지지할 수 있다. 상세히, 상기 제 1 지지장치(165)에는, 제 1 지지스프링(166)이 포함된다. 상기 제 1 지지스프링(166)은, 상기 스프링체결부(101a)에 결합될 수 있다.
상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 리어 커버(170)에 결합되어, 상기 압축기(10)의 본체의 타측을 지지하는 제 2 지지장치(185)가 더 포함된다. 상기 제 2 지지장치(185)는 상기 제 1 쉘커버(102)에 결합되어, 상기 압축기(10)의 본체를 탄성 지지할 수 있다. 상세히, 상기 제 2 지지장치(185)에는, 제 2 지지스프링(186)이 포함된다. 상기 제 2 지지스프링(186)은, 상기 커버지지부(102a)에 결합될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 피스톤이 실린더의 내부에 삽입된 모습을 보여주는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 실린더(120)에는, 축방향으로 연장되는 실린더 본체(121) 및 상기 실린더 본체(121)의 전방부 외측에 구비되는 실린더 플랜지(122)가 포함된다. 상기 실린더 본체(121)는, 축방향의 중심축을 가지는 원통 형상을 이루며, 상기 프레임(110)의 내부에 삽입된다. 따라서, 상기 실린더 본체(121)의 외주면은 상기 프레임(110)의 내주면에 대향하도록 위치될 수 있다.
상기 실린더 본체(121)에는, 상기 토출밸브(161)를 통하여 배출된 냉매 중 적어도 일부의 냉매가 유입되는 가스유입부(126)가 형성된다. 상기 적어도 일부의 냉매는, 피스톤(130)과 실린더(120) 사이의 가스 베어링으로 사용되는 냉매로서 이해된다.
상기 가스 베어링으로 사용되는 냉매는, 상기 프레임(110)에 형성되는 가스 홀(114)을 경유하여, 상기 프레임(110)의 내주면과 상기 실린더(120)의 외주면 사이에 형성되는 가스 포켓으로 유동한다. 그리고, 상기 가스 포켓의 냉매는, 상기 가스유입부(126)로 유동할 수 있다.
상세히, 상기 가스유입부(126)는 상기 실린더 본체(121)의 외주면으로부터 반경방향 내측으로 함몰하도록 구성될 수 있다. 그리고, 상기 가스유입부(126)는 축방향 중심축을 기준으로, 상기 실린더 본체(121)의 외주면을 따라 원형의 형상을 가지도록 구성될 수 있다.
상기 가스유입부(126)는 다수 개가 제공될 수 있다. 일례로, 상기 가스유입부(126)는 2개 구비될 수 있다. 상기 2개의 가스유입부(126) 중 제 1 가스유입부(126a)는 상기 실린더 본체(121)의 전방부, 즉 토출밸브(161)와 가까운 위치에 배치되며, 제 2 가스유입부(126b)는 상기 실린더 본체(121)의 후방부, 즉 냉매의 압축기 흡입측과 가까운 위치에 배치된다. 달리 말하면, 상기 제 1 가스유입부(126a)는 상기 실린더 본체(121)의 전후방향 중심부를 기준으로 전측에 위치하며, 상기 제 2 가스유입부(126b)는 후측에 위치할 수 있다.
상기 제 1,2 가스유입부(126a,126b)에는, 실린더필터부재(126c)가 설치될 수 있다. 상기 실린더필터부재(126c)는 상기 실린더(120)의 내부로 소정 크기 이상의 이물이 유입되는 것을 차단하고 냉매 중에 포함된 유분을 흡착하는 기능을 수행한다. 여기서, 상기 소정 크기는 1μm 일 수 있다.
상기 실린더필터부재(126c)에는, 상기 가스 유입부(126)에 감겨진 실(thread)이 포함된다. 상세히, 상기 실(thread)은, PET(Polyethylene Terephthalate) 재질로 구성되어 소정의 두께 또는 직경을 가질 수 있다.
상기 실린더 본체(121)에는, 상기 가스유입부(126)로부터 반경방향 내측으로 연장되는 실린더 노즐(125)이 포함된다. 상기 실린더 노즐(125)은, 상기 실린더 본체(121)의 내주면까지 연장될 수 있다. 상기 실린더 노즐(125)에는, 상기 제 1 가스유입부(126a)로부터 상기 실린더 본체(121)의 내주면으로 연장되는 제 1 노즐부(125a) 및 상기 제 2 가스유입부(126b)로부터 상기 실린더 본체(121)의 내주면으로 연장되는 제 2 노즐부(125b)가 포함된다.
상기 제 1 가스유입부(126a)를 통과하면서 상기 실린더필터부재(126c)에 의하여 필터링 된 냉매는 상기 제 1 노즐부(125a)를 통하여 상기 제 1 실린더 본체(121)의 내주면과, 상기 피스톤 본체(131)의 외주면 사이 공간으로 유입된다. 그리고, 상기 제 2 가스유입부(126b)를 통과하면서 상기 실린더필터부재(126c)에 의하여 필터링 된 냉매는 상기 제 2 노즐부(125b)를 통하여 상기 제 1 실린더 본체(121)의 내주면과, 상기 피스톤 본체(131)의 외주면 사이 공간으로 유입된다.
상기 제 1,2 노즐부(125a,125b)를 통하여 상기 피스톤 본체(131)의 외주면측으로 유동한 가스 냉매는, 상기 피스톤(130)에 부상력을 제공하여, 상기 피스톤(130)에 대한 가스 베어링의 기능을 수행한다.
상기 실린더 플랜지(122)에는, 상기 실린더 본체(121)로부터 반경방향 외측으로 연장되는 제 1 플랜지 및 상기 제 1 플랜지로부터 전방으로 연장되는 제 2 플랜지가 포함된다. 그리고, 상기 실린더 본체(121) 및 상기 실린더 플랜지(122)는 상기 실린더(120)가 상기 프레임(110)에 압입되는 과정에서 발생될 수 있는 변형을 가능하게 하는 변형 공간부(122e)를 형성한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 어셈블리의 모습을 보여주는 사시도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 어셈블리의 구성을 보여주는 분해 사시도이고, 도 8은 도 7의 II-II'를 따라 절개한 단면도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 피스톤 어셈블리의 구성을 보여주는 전면도이다.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기(10)에는, 실린더(120)의 내부에서 축방향, 즉 전후 방향으로 왕복운동 가능하게 제공되는 피스톤 어셈블리(130,200)가 포함된다. 상기 피스톤 어세블리(130,200)에는, 피스톤(130) 및 상기 피스톤(130)의 전방에 결합되는 흡입밸브(200)가 포함된다.
그리고, 상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 흡입밸브(200)를 상기 피스톤(130)의 체결공(131b)에 결합시키기 위한 밸브 체결부재(134)가 더 포함된다. 상기 체결공(131b)은 상기 피스톤(130)의 전단면의 대략 중심부에 형성된다. 상기 밸브 체결부재(134)는 상기 흡입밸브(200)의 밸브 결합공(215)을 관통하여 상기 (131b)에 결합될 수 있다.
상기 피스톤(130)에는, 대략 원기둥 형상을 가지며 전후 방향으로 연장되는 피스톤 본체(131) 및 상기 피스톤 본체(131)로부터 반경방향 외측으로 연장되는 피스톤 플랜지(132)가 포함된다.
상기 피스톤 본체(131)의 전방부에는, 상기 체결공(131b)이 형성되는 본체 전단부(131a)가 포함된다. 그리고, 상기 본체 전단부(131a)에는, 상기 흡입밸브(200)에 의하여 선택적으로 차폐되는 흡입공(133)이 형성된다. 상기 흡입공(133)은 다수 개가 형성되며, 상기 다수 개의 흡입공(133)은 상기 체결공(131b)의 외측에 형성된다. 상기 다수 개의 흡입공(133)은 상기 체결공(131b)을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
일례로, 상기 다수 개의 흡입공(133)에는, 8개의 흡입공이 포함될 수 있다. 상기 8개의 흡입공에는, 상기 본체 전단부(131a)의 상부에 배치되는 2개의 제 1 흡입공(133a)과, 상기 본체 전단부(131a)의 좌측부에 배치되는 2개의 제 2 흡입공(133b)과, 상기 본체 전단부(131a)의 하부에 배치되는 2개의 제 3 흡입공(133c) 및 상기 본체 전단부(131a)의 우측부에 배치되는 2개의 제 4 흡입공(133d)이 포함된다.
상기 제 1 내지 제 4 흡입공(133a,133b,133c,133d)은, 후술할 흡입밸브(200)의 다수의 날개부(220), 특히 차폐부(235)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 그리고, 각 흡입공은 하나의 날개부에 의하여 선택적으로 개폐될 수 있다. 일례로, 상기 다수의 날개부(220)에는, 4개의 날개부가 포함될 수 있다.
상기 피스톤 본체(131)의 후방부는 개구되어, 냉매의 흡입이 이루어질 수 있다. 상기 흡입 머플러(150) 중 적어도 일부, 즉 제 1 머플러(151)는 상기 개구된 피스톤 본체의 후방부를 통하여 상기 피스톤 본체(131)의 내부로 삽입될 수 있다.
상기 피스톤 본체(131)의 외주면에는, 제 1 피스톤 홈(136a)이 형성된다. 상기 제 1 피스톤 홈(136a)은, 상기 피스톤 본체(131)의 반경방향 중심선을 기준으로 전방에 위치할 수 있다. 상기 제 1 피스톤 홈(136a)은, 상기 실린더 노즐(125)을 통하여 유입되는 냉매가스의 원활한 유동을 가이드 하고, 압력 손실을 방지하기 위하여 구비되는 구성으로서 이해될 수 있다.
상기 피스톤 본체(131)의 외주면에는, 제 2 피스톤 홈(136b)이 형성된다. 상기 제 2 피스톤 홈(136b)은, 상기 피스톤 본체(131)의 반경방향 중심선을 기준으로 후방에 위치할 수 있다. 상기 제 2 피스톤 홈(136b)은, 상기 피스톤(130)의 부상을 위하여 사용되는 냉매 가스가 상기 실린더(120)의 외부로 배출되는 것을 가이드 하는 "배출가이드 홈"으로서 이해될 수 있다. 냉매가스가 상기 제 2 피스톤 홈(136b)을 통하여 상기 실린더(120)의 외부로 배출됨으로써, 가스 베어링에 사용된 냉매가스가 상기 피스톤 본체(131)의 전방을 경유하여 상기 압축공간(P)으로 재유입되는 것을 방지할 수 있다.
상기 피스톤 플랜지(132)에는, 상기 피스톤 본체(131)의 후방부로부터 반경방향 외측으로 연장되는 플랜지 본체(132a) 및 상기 플랜지 본체(132a)로부터 반경방향 외측으로 더 연장되는 피스톤 체결부(132b)가 포함된다.
상기 피스톤 체결부(132b)에는, 소정의 체결부재가 결합되는 피스톤 체결공(132c)이 포함된다. 상기 체결부재는 상기 피스톤 체결공(132c)을 관통하여, 마그넷 프레임(138) 및 상기 서포터(137)에 결합될 수 있다. 그리고, 상기 피스톤 체결부(132b)는 다수 개가 구비되며, 상기 다수 개의 피스톤 체결부(132b)는 서로 이격되어 상기 플랜지 본체(132a)의 외주면에 배치될 수 있다. 상기 제 2 피스톤 홈(136b)은 상기 제 1 피스톤 홈(136a)과 상기 피스톤 플랜지(132)의 사이에 배치되는 것으로 이해될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 흡입밸브의 구성을 보여주는 정면도이고, 도 11은 도 10의 "A" 부분을 확대한 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 흡입밸브(200)에는, 상기 밸브 체결부재(134)가 결합되는 밸브 결합공(215)을 가지는 고정부(210) 및 상기 고정부(210)의 외측으로 연장되는 다수의 날개부(220)가 포함된다. 상기 고정부(210) 및 상기 다수의 날개부(220)는 일체로 구성될 수 있다.
상기 밸브 결합공(215)은 상기 고정부(210)의 중심부에 형성되며, 일례로 원형의 형상을 가질 수 있다. 상기 밸브 결합공(215)의 중심(C1)을 지나는 흡입밸브(200)의 가로방향 중심선을 기준으로, 상기 흡입밸브(200)는 대칭되는 형상을 가질 수 있다. 그리고, 상기 밸브 결합공(215)의 중심(C1)을 지나는 흡입밸브(200)의 세로방향 중심선을 기준으로, 상기 흡입밸브(200)는 대칭되는 형상을 가질 수 있다. 상기 밸브 결합공(215)의 중심(C1)은, 상기 흡입밸브(200)의 중심을 형성할 수 있다.
일례로, 상기 다수의 날개부(220)에는, 4개의 날개부가 포함될 수 있다. 상기 4개의 날개부에는, 상기 고정부(210)의 상측에 구비되는 제 1 날개부(220a)와, 상기 고정부(210)의 좌측부에 구비되는 제 2 날개부(220b)와, 상기 고정부(210)의 하측에 구비되는 제 3 날개부(220c) 및 상기 고정부(210)의 우측부에 구비되는 제 4 날개부(220d)가 포함된다. 상기 제 1 내지 제 4 날개부의 구성은 동일하므로, 어느 하나의 날개부에 관한 설명은 다른 날개부들에 대하여도 동일하게 적용될 수 있다.
상기 제 1 내지 제 4 날개부(220a,220b,220c,220d)는, 상기 제 1 내지 4 흡입공(133a,133b,133c,133d)을 각각 개폐하도록 배치될 수 있다.
상기 날개부(220)에는, 유동공(240)을 가지는 날개 본체(230)가 포함된다. 상기 날개 본체(230)는 상기 피스톤(130)의 흡입공(133)을 개방 또는 폐쇄할 수 잇는 "밸브 포트"로서 이해될 수 있다.
상세히, 상기 날개 본체(230)에는, 상기 고정부(210)로부터, 상기 흡입밸브(200)의 외부 방향으로 연장되는 2개의 연결부(236) 및 상기 2개의 연결부(236)에 연결되며 상기 흡입공(133)을 개방 또는 폐쇄할 수 있는 차폐부(235)가 포함된다.
상기 차폐부(235)가 상기 흡입공(133)을 개방하는 과정에서, 상기 2개의 연결부(236) 및 차폐부(235)는 상기 피스톤(130)의 본체 전단부(131a)로부터 멀어지는 움직임을 수행한다. 반면에, 상기 차폐부(235)가 상기 흡입공(133)을 폐쇄하는 과정에서, 상기 2개의 연결부(236) 및 차폐부(235)는 상기 피스톤(130)의 본체 전단부(131a)를 향하는 움직임을 수행한다. 이러한 차폐부(235) 움직임의 신속한 정도가 "흡입밸브의 응답성", 상기 움직임의 크기가 "흡입밸브의 열림량", 그리고 상기 흡입공(133)을 개방하는 움직임의 횟수를 "흡입밸브의 열림횟수"라 이름할 수 있다.
상기 리니어 압축기(10)가 높은 운전주파수로 운전되는 경우, 상기 흡입밸브(200)의 열림 횟수는 증가되며, 열림량은 상대적으로 감소할 수 있다. 즉, 리니어 압축기(10)의 고유 주파수가 클수록 흡입밸브(200)의 응답성은 빨라질 수 있다.
흡입밸브(200)의 고유주파수는
Figure pat00001
로 주어질 수 있다. 리니어 압축기의 운전 주파수가 증가하는 경우, 흡입밸브의 고유 주파수도 그에 맞추어 증가되어야 한다. 일례로, 본 실시예에 따른 리니어 압축기의 운전 주파수는 80~110Hz의 범위에서 형성될 수 있으며, 이는 종래의 운전 주파수(60Hz)에 비하여 약 30~80% 증가한 값을 형성한다.
상기 흡입밸브의 고유주파수가 증가하여야 할 경우, 상기 m은 줄이고, 상기 k는 증가시켜야 한다. 상기 수학식에서 m과 k를 실시예의 흡입밸브와 대응시키면, m은 흡입밸브의 질량이며, 상기 k는 흡입밸브의 강성으로 이해될 수 있다.
상기 k를 증가시키기 위하여는, 흡입밸브(200)의 두께를 증가시켜야 한다. 만약, 상기 흡입밸브(200)의 두께가 너무 작으면, 높은 고유주파수로 운동하는 흡입밸브(200)에 파손이 발생될 수 있다. 다만, 상기 흡입밸브(200)의 두께가 너무 커지면, 질량이 이에 대응하여 커지게 되고 흡입밸브(200)의 응답성이 늦어지게 되는 문제점이 존재한다.
따라서, 본 실시예에서는 밸브의 파손을 방지하면서도 흡입밸브(200)의 응답성을 개선할 수 있도록, 상기 흡입밸브(200)의 두께를 결정하였다. 일례로, 본 실시예에 따른 흡입밸브(200)의 두께는 60~80μm의 범위에서 형성될 수 있다. 이러한 흡입밸브(200)의 두께는, 종래 60Hz로 운전되는 리니어 압축기에 구비되는 흡입밸브의 두께(80~160μm)에 비하여 약 40~50% 감소시킨 값이다.
그리고, 상기 두께가 상대적으로 작아질 경우, 흡입밸브의 고유주파수가 낮아지는 경향을 보상하기 위하여, 흡입밸브(200)의 질량을 줄이는 설계를 하였다. 즉, 상기 흡입밸브(200)의 두께를 상대적으로 작게 형성함으로써, 흡입밸브(200)의 질량을 줄이기 위한 형상적인 설계를 하였다.
상세히, 상기 유동공(240)은 상기 2개의 연결부(236)의 사이에 형성될 수 있다. 상기 유동공(240)의 형성에 의하여, 상기 흡입밸브(200)의 질량을 감소시킬 수 있다. 그리고, 상기 유동공(240)은, 개방된 흡입공(133)을 통하여 흡입되는 냉매의 유동저항을 줄이는 기능을 수행할 수 있다.
상기 연결부(236)의 일방향 폭(w2)은 상기 차폐부(235)의 일방향 폭(w1)보다 작게 형성될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 상대적으로 폭이 큰 차폐부(235)에 의하여, 2개의 흡입공(133)을 충분히 차폐할 수 있다. 그리고, 상대적으로 폭이 작은 연결부(236)의 움직임이 용이하게 구현될 수 있으므로, 상기 차폐부(235)의 신속한 움직임이 가이드 될 수 있다.
상기 날개 본체(230)에는, 외면을 형성하는 테두리부(231,232,233)가 포함된다. 상기 테두리부(231,232,233)에는, 상기 고정부(210)로부터 외부 방향으로 연장되는 2개의 제 1 테두리부(231)가 포함된다. 상기 2개의 제 1 테두리부(231)는 상기 고정부(210)의 2개의 지점으로부터 각각 방사상으로 연장된다. 상기 2개의 지점은 서로 이격될 수 있다.
상기 2개의 제 1 테두리부(231)는 상기 고정부(210)로부터 외부 방향을 향하여, 서로 벌어지도록 연장될 수 있다. 그리고, 상기 2개의 제 1 테두리부(231)는 직선으로 연장될 수 있다.
상기 테두리부(231,232,233)에는, 상기 날개 본체(230)의 외주부를 형성하는 제 2 테두리부(233)가 더 포함된다. 그리고, 상기 테두리부(231,232,233)에는, 상기 제 1 테두리부(231)와 상기 제 2 테두리부(233)를 연결하는 테두리연결부(232)가 더 포함된다.
상기 테두리연결부(232)는 상기 제 1 테두리부(231)의 방사방향으로부터 상기 제 2 테두리부(233)의 원주방향을 향하여 라운드지게 연장되어, 상기 제 1,2 테두리부(231,233)를 부드럽게 연결한다.
상기 날개 본체(230)에는, 상기 유동공(240)을 정의하는 내주면부(245a,245b,245c,245d)가 포함된다. 상기 내주면부(245a,245b,245c,245d)에는, 상기 고정부(210)의 외면 중 적어도 일부분을 형성하는 제 1 내주면(245a) 및 상기 차폐부(235)의 내면을 형성하는 제 2 내주면(245b)이 포함된다. 상기 제 1 내주면(245a)과 상기 제 2 내주면(245b)은 서로 마주보는 위치에 배치될 수 있다.
상기 내주면부(245a,245b,245c,245d)에는, 상기 2개의 연결부(236) 중 어느 하나의 연결부의 내면을 형성하는 제 3 내주면(245c) 및 다른 하나의 연결부의 내면을 형성하는 제 4 내주면(245d)이 포함된다. 상기 제 3 내주면(245c)과 상기 제 4 내주면(245d)은 서로 마주보는 위치에 배치되며, 서로 동일한 길이를 가질 수 있다.
상기 제 2 내주면(245b)과, 상기 제 2 테두리부(233)는 대략 평행하게 연장된다. 그리고, 상기 제 3 내주면(245c) 및 상기 제 4 내주면(245d)은, 상기 2개의 제 1 테두리부(231)에 각각 평행하게 연장될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 날개본체(230)의 외면 형상과, 상기 유동공(240)의 형상 즉 상기 내주면부(245a,245b,245c,245d)의 형상은 대응되도록 구성된다. 일례로, 상기 날개본체(230)의 외면과, 상기 유동공(240)의 형상은 크기 차이가 존재할 뿐, 그 형상은 동일하게 형성될 수 있다.
결국, 상기 흡입밸브(240)의 각 날개부(220)와, 상기 날개부(220)의 내부에 존재하는 유동공(240)의 형상이 대응되도록 구성됨으로써, 흡입밸브(240)의 개폐과정에서 상기 흡입밸브(240)에 충격량이 전해질 때 상기 흡입밸브(240)의 특정 지점에 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다.
만약, 상기 제 3 내주면(245c)의 길이는 길고 상기 제 4 내주면(245d)의 길이는 짧게 형성되는 경우, 또는 상기 제 3 내주면(245c)과 일 연결부(236)는 평행하게 연장되는 반면 상기 제 4 내주면(245d)과 타 연결부(236)는 비평형하게 연장되는 경우, 기하학적인 형상의 차이에 기인하여, 상기 날개 본체(230)의 특정지점에 응력이 집중되어 상기 흡입 밸브(200)의 파손을 야기하는 문제점이 발생될 수 있다.
도 11을 참조하면, 가장 인접한 2개의 날개부 사이의 공간은 상기 흡입밸브(200)의 외부 반경방향을 향할수록 점점 커지도록 형성될 수 있다. 이하에서는, 제 1 날개부(220a)와 상기 제 1 날개부(220a)의 좌측에 위치한 제 2 날개부(220b)를 이용하여 설명한다.
상세히, 상기 제 1 날개부(220a)에 구비되는 제 1 테두리부(231)와, 상기 제 2 날개부(220b)에 구비되는 제 1 테두리부(231)의 사이에는, 상기 제 1,2 날개부(220a,220b)를 이격시키는 공간이 형성된다. 이러한 공간을 "날개 공간부"라 이름한다. 상기 날개 공간부는, 상기 흡입밸브(200)의 반경방향 외측으로 갈수록 점점 커지도록 구성될 수 있다.
상기 제 1 날개부(220a)의 제 1 테두리부(231)와, 상기 제 2 날개부(220b)의 제 1 테두리부(231)를 연장하여 만나는 지점을 테두리 중심부(C2)라 정의한다. 상기 테두리 중심부(C2)는, 상기 고정부(210)의 일 지점에 형성될 수 있다.
상기 테두리 중심부(C2)를 기준으로, 상기 제 1 날개부(220a)의 제 1 테두리부(231)와, 상기 제 2 날개부(220b)의 제 1 테두리부(231)가 이루는 각도는 설정각도(θ)를 형성할 수 있다. 일례로, 상기 설정각도(θ)는 약 30~70도의 범위 내에서 결정될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 제 1 날개부(220a)의 제 1 테두리부(231)와, 상기 제 2 날개부(220b)의 제 1 테두리부(231)간의 거리는, 상기 흡입밸브(200)의 외부를 향하여, 점점 커지도록 구성될 수 있다.
즉, 상기 테두리 중심부(C2)로부터 제 1 설정거리(P1)만큼 이격된 지점에서, 2개의 제 1 테두리부(231)간의 거리는 제 1 이격거리(ℓ1)을 형성한다. 그리고, 상기 테두리 중심부(C2)로부터 제 2 설정거리(P2)만큼 이격된 지점에서, 2개의 제 1 테두리부(231)간의 거리는 제 2 이격거리(ℓ2)를 형성한다. 여기서, 상기 P2는 P1보다 크고, 상기 ℓ2는 ℓ1보다 클 수 있다.
이와 같이, 제 1,2 날개부(220a,220b)의 사이에, 상기 날개 공간부, 즉 절개된 공간부의 크기가 상대적으로 크게 형성될 수 있으므로, 상기 흡입밸브(200)의 전체 질량을 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
그리고, 상기 제 1 날개부(200a)가 개방되었을 때 상기 제 1 흡입공(133a)을 통하여 흡입되는 냉매의 유로와, 상기 제 2 날개부(200b)가 개방되었을 때 상기 제 3 흡입공(133c)을 통하여 흡입되는 냉매의 유로간에 거리가 증가할 수 있다. 따라서, 상기 냉매들간에 유동 저항이 감소될 수 있으며, 이에 따라 흡입밸브를 통한 냉매의 흡입성능이 개선될 수 있다는 효과가 나타난다.
상기 흡입 밸브(200)에는, 제 1 날개부(220a)의 제 1 테두리부(231)와, 상기 제 2 날개부(220b)의 제 1 테두리부(231)를 연결하며, 라운드지게 연장되는 만곡부(231a)가 포함된다. 상기 만곡부(231a)가 라운드지게 연장됨으로써, 상기 제 1 날개부(220a)의 제 1 테두리부(231)와 상기 제 2 날개부(220b)의 제 1 테두리부(231)를 연결하는 지점에 응력 집중을 해소할 수 있고, 이에 따라 흡입 밸브(200)의 파손을 방지할 수 있다.
10 : 리니어 압축기 101 : 쉘
110 : 프레임 120 : 실린더
121 : 실린더 본체 122 : 실린더 플랜지
130 : 피스톤 133 : 흡입공
134 : 밸브 체결부재 200 : 흡입밸브
210 : 고정부 220 : 날개부
230 : 날개 본체 231 : 제 1 테두리부
232 : 테두리 연결부 233 : 제 2 테두리부
235 : 차폐부 236 : 연결부
240 : 유동공

Claims (18)

  1. 압축공간으로 냉매를 흡입시키는 흡입공을 가지는 피스톤; 및
    상기 피스톤에 결합되어, 상기 흡입공을 선택적으로 개방시키는 흡입 밸브가 포함되며,
    상기 흡입 밸브에는, 밸브 체결부재가 결합되는 밸브 결합공을 가지는 고정부; 및 상기 고정부의 외측으로 연장되는 다수의 날개부가 포함되며,
    상기 날개부에는, 상기 고정부로부터 외부 방향으로 연장되는 2개의 제 1 테두리부; 및 상기 날개의 외주부를 형성하는 제 2 테두리부가 포함되고,
    상기 다수의 날개부 중 제 1 날개부에 구비되는 제 1 테두리부와, 제 2 날개부에 구비되는 제 2 테두리부간의 거리는,
    상기 흡입 밸브의 외부를 향하여, 점점 커지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 날개부에는,
    상기 고정부로부터 반경방향으로 연장되는 2개의 연결부;
    상기 2개의 연결부로부터 반경방향으로 연장되어, 상기 흡입공을 차폐하는 차폐부; 및
    상기 2개의 연결부의 사이에 형성되는 유동공이 포함되는 리니어 압축기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 날개부에는,
    상기 유동공의 내면을 정의하는 내주면부가 포함되며, 상기 내주면부에는,
    상기 고정부의 외면을 형성하는 제 1 내주면; 및
    상기 차폐부의 내면을 형성하는 제 2 내주면이 포함되는 리니어 압축기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 내주면과 상기 제 2 내주면은 서로 마주보는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 내주면과 상기 제 2 테두리부는 서로 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 내주면부에는,
    상기 2개의 연결부 중 일 연결부의 내면을 형성하는 제 3 내주면; 및
    상기 2개의 연결부 중 타 연결부의 내면을 형성하는 제 4 내주면이 포함되는 리니어 압축기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 3 내주면과 상기 제 4 내주면은 서로 마주보는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 3 내주면과 상기 제 4 내주면은 서로 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 3 내주면과 상기 제 4 내주면은 서로 동일한 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 날개부의 외면 형상과, 상기 유동공의 형상은 서로 대응되는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 날개부의 제 1 테두리부와, 상기 제 2 날개부의 제 1 테두리부를 연장하여 만나는 지점은 테두리 중심부(C2)를 형성하며,
    상기 테두리 중심부(C2)를 기준으로, 상기 제 1 날개부의 제 1 테두리부와, 상기 제 2 날개부의 제 1 테두리부가 이루는 각도는 설정각도(θ)를 형성하는 리니어 압축기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 설정각도(θ)는 약 30~70도의 범위 내에서 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 테두리 중심부(C2)로부터 제 1 설정거리(P1)만큼 이격된 지점에서, 상기 제 1 날개부의 제 1 테두리부와 상기 제 2 날개부의 제 1 테두리부간의 거리는 제 1 이격거리(ℓ1)을 형성하며,
    상기 테두리 중심부(C2)로부터 제 2 설정거리(P2)만큼 이격된 지점에서, 상기 제 1 날개부의 제 1 테두리부와 상기 제 2 날개부의 제 1 테두리부간의 거리는 제 2 이격거리(ℓ2)를 형성하고,
    상기 P2는 P1보다 크고, 상기 ℓ2는 ℓ1보다 큰 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡입 밸브에는,
    상기 제 1 날개부의 제 1 테두리부와, 상기 제 2 날개부의 제 1 테두리부를 연결하며, 라운드지게 연장되는 만곡부가 더 포함되는 리니어 압축기.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡입공은 다수 개가 구비되며,
    상기 제 1 날개부는 상기 다수 개의 흡입공 중 일부의 흡입공을 차폐하며,
    상기 제 2 날개부는 상기 다수 개의 흡입공 중 나머지 일부의 흡입공을 차폐하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 다수 개의 흡입공에는, 8개의 흡입공이 포함되고,
    상기 다수의 날개부에는 4개의 날개부가 포함되어, 각 2개의 흡입공을 차폐하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 리니어 압축기의 운전주파수는 80~110Hz의 범위에서 형성되는 리니어 압축기.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 흡입밸브의 두께는 60~80μm의 범위에서 형성되는 리니어 압축기.
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