KR20220105468A - 리니어 압축기의 제어 방법 및 리니어 압축기를 포함하는 냉장고 - Google Patents

Abstract

본 명세서는 리니어 압축기의 제어 방법 및 리니어 압축기를 포함하는 냉장고에 관한 것이다. 본 명세서의 일 실시예에서, 압축기의 구동을 제어하는 압축기 제어기는 압축기의 구동을 제어하는 과정에서 압축기 주변의 온도를 측정한다. 압축기 제어기는 압축기 주변의 온도를 미리 정해진 기준 범위와 비교하고, 비교 결과에 따라서 압축기의 스트로크 값을 조절한다. 본 명세서의 일 실시예에서는 압축기 주변 온도가 감소할수록 압축기의 최저 스트로크 값을 증가시킴으로써 피스톤의 부상력이 감소하는 현상이 개선된다. 따라서 압축기 주변 온도가 감소하더라도 피스톤과 실린더 간의 마찰이 줄어들거나 발생하지 않게 되어 압축기의 고장 발생 가능성이 감소한다.

Description

리니어 압축기의 제어 방법 및 리니어 압축기를 포함하는 냉장고{METHOD FOR CONTROLLING LINEAR COMPRESSOR AND REFRIGERATOR INCLUDING LINEAR COMPRESSOR}

본 명세서는 리니어 압축기의 제어 방법 및 리니어 압축기를 포함하는 냉장고에 관한 것이다.

압축기는 냉매 또는 그 이외의 다양한 작동가스를 압축시켜 압력을 높이는 기계 장치로서, 냉장고나 에어컨과 같은 가전 제품에서 사용된다.

압축기는 내부 구조 및 동작 원리에 따라서 여러 종류로 구별될 수 있다. 압축기는 피스톤과 실린더 사이에 작동 가스가 흡입 및 토출되는 압축 공간이 형성되고, 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키는 왕복동식 압축기(reciprocating compressor), 편심 회전되는 롤러(roller)와 실린더 사이에 작동 가스가 흡입 및 토출되는 압축 공간이 형성되고, 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전하면서 냉매를 압축시키는 회전식 압축기(rotary compressor), 선회 스크롤(orbitting scroll)과 고정 스크롤(fixed scroll) 사이에 작동 가스가 흡입 및 토출되는 압축 공간이 형성되고, 선회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전하면서 냉매를 압축시키는 스크롤식 압축기(scroll compressor)로 분류될 수 있다.

최근에는 왕복동식 압축기 중에서 직선모터의 가동자에 피스톤을 직접 연결하여 모터의 직선운동으로 피스톤을 왕복 운동시키는 리니어 압축기가 많이 사용되고 있다. 리니어 압축기에서 냉매는 리니어 모터에 의해 실린더 내부에서 왕복 직선 운동하는 피스톤에 의해서 흡입 및 압축된 후 외부로 토출된다.

선행문헌(국내등록특허공보 제10-1332556호)에는 왕복동식 압축기(리니어 압축기)의 구조가 개시된다.

보다 구체적으로, 선행문헌에는 오일과 같은 윤활제에 의해서 피스톤과 실린더 사이가 윤활되는 압축기의 단점을 보완하기 위한 압축기, 즉 피스톤과 실린더 사이로 냉매의 일부가 바이패스됨으로써 피스톤과 실린더 사이에 유체 베어링이 형성되는 유체 베어링 방식 또는 오일리스 베어링(oilless bearing) 방식의 리니어 압축기가 개시된다.

선행문헌에 개시된 유체 베어링 방식의 리니어 압축기에서는 피스톤에 의해서 압축된 냉매가 토출될 때, 토출되는 냉매의 일부(이하, 베어링 냉매)가 실린더 내부로 유입된다. 실린더 내부로 유입되는 베어링 냉매는 피스톤에 부상력을 제공한다. 베어링 냉매가 제공하는 부상력에 의해서 피스톤이 실린더 내부에서 부상함으로써 피스톤과 실린더가 서로 마찰되지 않는다.

그런데 종래 기술에 따르면 리니어 압축기의 주변 온도가 낮아지면 리니어 압축기의 냉력이 감소하면서 실린더 내부로 유입되는 베어링 냉매의 양이 감소한다. 실린더 내부로 유입되는 베어링 냉매의 양이 감소하면 피스톤의 부상력이 약해지면서 왕복 운동 과정에서 피스톤과 실린더 사이에 마찰이 발생한다. 이에 따라서 피스톤 외부 또는 실린더 내부에 마모가 발생할 수 있다. 이러한 피스톤 또는 실린더의 마모는 압축기의 성능 저하 또는 압축기의 고장 발생을 유발할 수 있다.

본 명세서의 목적은 리니어 압축기의 주변 온도가 낮아질 때 실린더 내부로 유입되는 베어링 냉매에 의한 피스톤의 부상력을 높임으로써 피스톤과 실린더의 마찰이 감소되고 피스톤 또는 실린더의 마모가 방지되는 리니어 압축기의 제어 방법 및 리니어 압축기를 포함하는 냉장고를 제공하는 것이다.

또한 본 명세서의 목적은 주변 온도가 낮아질 때 피스톤 또는 실린더의 마모를 방지함으로써 리니어 압축기의 성능 저하를 방지하고 리니어 압축기 및 냉장고의 고장 발생 가능성을 줄이는 것이다.

본 명세서의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 명세서의 다른 목적 및 장점들은 이하에서 기술되는 본 명세서의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 명세서의 목적 및 장점들은 청구범위에 기재된 구성요소들 및 그 조합에 의해 실현될 수 있다.

본 명세서의 일 실시예에서, 압축기의 구동을 제어하는 압축기 제어기는 압축기의 구동을 제어하는 과정에서 압축기 주변의 온도를 측정한다. 압축기 제어기는 압축기 주변의 온도를 미리 정해진 기준 범위와 비교하고, 비교 결과에 따라서 압축기의 스트로크 값을 조절한다.

보다 구체적으로, 본 명세서의 일 실시예에서 압축기 제어기는 압축기 주변 온도가 낮아지면 압축기의 최저 스트로크 값을 기본 스트로크 값보다 높은 값으로 설정한다. 본 명세서의 일 실시예에서 압축기 제어기는 압축기가 구동될 때 압축기의 스트로크 값이 최저 스트로크 값보다 낮은 값이 되지 않도록 제어한다. 따라서 압축기의 최저 스트로크 값이 기본 스트로크 값보다 높아지면 압축기의 스트로크 값이 증가하여 피스톤의 토크가 증가한다.

피스톤의 토크가 증가하면 피스톤에 의해서 압축된 후 외부로 토출되는 냉매, 즉 토출 냉매의 압력이 증가한다. 토출 냉매의 압력이 증가하면 압축기 구동 과정에서 실린더 내부로 유입되는 베어링 냉매의 양이 증가한다. 베어링 냉매의 양이 증가하면 피스톤의 부상력이 증가하므로 피스톤과 실린더 간의 마찰이 감소한다.

이처럼 본 명세서의 일 실시예에서는 압축기 주변 온도가 감소할수록 압축기의 최저 스트로크 값을 증가시킴으로써 피스톤의 부상력이 감소하는 현상이 개선된다. 따라서 압축기 주변 온도가 감소하더라도 피스톤과 실린더 간의 마찰이 줄어들거나 발생하지 않게 되어 압축기의 고장 발생 가능성이 감소한다.

본 명세서의 일 실시예에 따른 리니어 압축기의 제어 방법은, 압축기의 주변 온도 값을 입력받는 단계, 상기 주변 온도 값을 미리 정해진 기준 온도 범위와 비교하는 단계 및 상기 주변 온도 값과 상기 기준 온도 범위의 비교 결과에 따라서 상기 압축기의 스트로크 값을 조절하는 단계를 포함한다.

본 명세서의 일 실시예에서, 상기 압축기의 스트로크 값을 조절하는 단계는 상기 압축기의 최저 스트로크 값을 상기 주변 온도 값이 속하는 기준 온도 범위와 대응되는 값으로 조절하는 단계를 포함한다.

본 명세서의 일 실시예에서, 상기 주변 온도 값이 낮아질수록 상기 최저 스트로크 값은 증가하도록 설정된다.

본 명세서의 일 실시예에서, 상기 압축기의 스트로크 값을 조절하는 단계는 상기 주변 온도 값이 미리 정해진 기준 온도 값 이상이면 상기 압축기의 최저 스트로크 값을 미리 정해진 기본 스트로크 값으로 설정하는 단계 및 상기 주변 온도 값이 상기 기준 온도 값 미만이면 상기 최저 스트로크 값을 상기 기본 스트로크 값보다 높은 값으로 설정하는 단계를 포함한다..

본 명세서의 일 실시예에서, 상기 압축기의 스트로크 값을 조절하는 단계는 상기 주변 온도 값이 낮아질수록 상기 압축기의 스트로크 값이 증가하도록 설정하는 단계를 포함한다.

또한 본 명세서의 일 실시예에 따른 냉장고는, 내부에 저장실이 형성되는 캐비닛, 상기 저장실에 냉기를 공급하기 위한 냉매를 압축하며 상기 캐비닛 내부에 형성되는 기계실 내부에 배치되는 압축기, 상기 압축기의 주변 온도를 측정하는 온도 센서, 상기 압축기의 구동을 제어하는 압축기 제어기를 포함한다.

본 명세서의 일 실시예에서, 상기 압축기 제어기는 상기 온도 센서에 의해서 측정되는 주변 온도 값을 입력받고, 상기 주변 온도 값을 미리 정해진 기준 온도 범위와 비교하고, 상기 주변 온도 값과 상기 기준 온도 범위의 비교 결과에 따라서 상기 압축기의 스트로크 값을 조절한다.

본 명세서의 일 실시예에서, 상기 압축기 제어기는 상기 압축기의 최저 스트로크 값을 상기 주변 온도 값이 속하는 기준 온도 범위와 대응되는 값으로 조절한다.

본 명세서의 일 실시예에서, 상기 주변 온도 값이 낮아질수록 상기 최저 스트로크 값은 증가하도록 설정된다.

본 명세서의 일 실시예에서, 상기 압축기 제어기는 상기 주변 온도 값이 미리 정해진 기준 온도 값 이상이면 상기 압축기의 최저 스트로크 값을 미리 정해진 기본 스트로크 값으로 설정하고, 상기 주변 온도 값이 상기 기준 온도 값 미만이면 상기 최저 스트로크 값을 상기 기본 스트로크 값보다 높은 값으로 설정한다.

본 명세서의 일 실시예에서, 상기 압축기 제어기는 상기 주변 온도 값이 낮아질수록 상기 압축기의 스트로크 값이 증가하도록 설정한다.

본 명세서의 실시예에 따르면 리니어 압축기의 주변 온도가 낮아질 때 피스톤의 스트로크 값이 증가함으로써 실린더 내부로 유입되는 베어링 냉매에 의한 피스톤의 부상력이 감소되지 않는다. 따라서 피스톤이 실린더 내부를 왕복 운동하는 과정에서 피스톤과 실린더 간의 마찰이 일어나지 않으므로 피스톤 또는 실린더의 마모가 방지될 수 있다.

또한 본 명세서의 실시예에 따르면 리니어 압축기의 주변 온도가 낮아질 때 피스톤 또는 실린더의 마모가 방지되므로 리니어 압축기의 성능 저하가 방지되고 리니어 압축기 및 냉장고의 고장 발생 가능성이 줄어든다.

도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 냉장고의 사시도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 리니어 압축기의 외관을 도시한 도면이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 리니어 압축기의 쉘 및 쉘 커버가 분해된 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 리니어 압축기를 분해하여 도시한 도면이다.
도 5는 도 2의 V-V'를 따라 절개한 단면을 도시한 도면이다.
도 6은 본 명세서의 일 실시예에 따른 냉장고의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 명세서의 일 실시예에 따른 리니어 압축기의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 리니어 압축기의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 명세서의 또 다른 실시예에 따른 리니어 압축기의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10은 리니어 압축기의 구동 시간에 따른 리니어 압축기 내부로 흡입되는 냉매의 압력 및 리니어 압축기로부터 토출되는 냉매의 압력의 변화량을 나타내는 그래프이다.
도 11은 리니어 압축기 내부로 흡입되는 냉매의 압력 및 리니어 압축기로부터 토출되는 냉매의 압력 간의 차이값에 따른 피스톤과 실린더 간 마찰력의 변화를 나타나는 그래프이다.
도 12 및 도 13은 리니어 압축기의 구동 시간에 따라서 실린더가 받는 하중의 크기 변화를 나타내는 그래프이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 명세서의 실시예들을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 명세서를 설명함에 있어서 본 명세서와 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리킨다.

도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 냉장고의 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 명세서의 일 실시예에 따른 냉장고(1)는 외관을 형성하는 캐비닛(2)과 캐비닛(2)에 결합되는 적어도 하나의 냉장고 도어(3)를 포함한다.

캐비닛(2)의 내부에는 적어도 하나의 저장실(4)이 구비된다. 냉장고 도어(3)는 저장실(4)을 개폐하도록 캐비닛(2)의 전면에 회전 또는 슬라이딩 가능하게 연결될 수 있다. 저장실(4)은 냉장실 및 냉동실 중 적어도 하나를 포함하며, 각각의 저장실은은 격벽에 의해 구획될 수 있다.

또한 캐비닛(2)의 내부에는 압축기(10)가 배치되는 기계실(5)이 구비된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기계실(5)은 캐비닛(2)의 후측 하부에 배치될 수 있다. 그러나 도 1에 도시된 기계실(5) 및 압축기(10)의 배치는 예시적인 것에 불과하고, 실시예에 따라서 기계실(5) 및 압축기(10)는 다른 위치에 배치될 수 있다.

저장실이 낮은 온도로 유지되기 위해서는 저장실 내부로 냉기가 공급되어야 한다. 냉기 공급을 위해 압축기(10)가 구동되면, 압축기(10)는 가스 형태의 냉매를 흡입하여 압축시키고, 압축된 고온/고압의 냉매는 응축기를 거치면서 액화된다. 응축기에서 나온 냉매는 증발기를 거치면서 열교환을 통해 증발기 주변의 공기 온도를 낮추어 냉기가 생성된다. 증발기를 통과한 냉매는 다시 압축기(10)로 공급되어 냉매의 순환이 이루어진다. 이와 같은 과정이 반복되어 냉매가 순환됨으로써 저장실 내부에 냉기가 공급된다.

후술하는 바와 같이 압축기(10)와 전기적으로 연결되는 압축기 제어기에 의해서 압축기(10)가 구동되거나 압축기(10)의 구동이 정지된다. 또한 후술하는 바와 같이 본 명세서의 일 실시예에 따른 압축기(10)는 유체 베어링 방식 또는 오일리스 베어링 방식의 리니어 압축기이다.

도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 리니어 압축기의 외관을 도시한 도면이고, 도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 리니어 압축기의 쉘 및 쉘 커버가 분해된 상태를 도시한 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 압축기(10)는 쉘(101) 및 쉘(101)에 결합되는 쉘 커버(102, 103)를 포함한다. 넓은 의미에서, 쉘 커버(102, 103)는 쉘(101)의 일 구성으로서 이해될 수 있다.

쉘(101)의 하측에는 레그(50)가 결합될 수 있다. 레그(50)는 압축기(10)가 설치되는 제품의 베이스에 결합될 수 있다. 다시 말해서 레그(50)는 앞서 설명한 냉장고(1)의 기계실(5)에 결합될 수 있다.

쉘(101)은 원통 형상을 가지며 가로 방향 또는 축방향으로 배치될 수 있다. 예컨대 도 2에 도시된 실시예에서 쉘(101)은 가로 방향으로 배치된다.

쉘(101)의 외면에는 터미널(108)이 설치될 수 있다. 터미널(108)은 외부 전원과 모터 어셈블리(140, 도 4 참조)를 전기적으로 연결하기 위한 수단으로서, 코일(141c, 도 4 참조)의 리드선에 연결될 수 있다.

터미널(108)의 외측에는 브라켓(109)이 설치된다. 브라켓(109)은 터미널(108)을 둘러싸는 복수의 브라켓을 포함한다. 브라켓(109)은 외부의 충격 등으로부터 터미널(108)을 보호한다.

쉘(101)의 양측부는 개구되도록 구성된다. 개구된 쉘(101)의 양측부에는 쉘 커버(102, 103)가 결합될 수 있다. 보다 구체적으로, 쉘 커버(102, 103)는 쉘(101)의 개구된 일측부에 결합되는 제1 쉘커버(102) 및 쉘(101)의 개구된 타측부에 결합되는 제2 쉘커버(103)를 포함한다. 쉘 커버(102, 103)에 의하여 쉘(101)의 내부공간은 밀폐될 수 있다.

도 2에 도시된 실시예에서 제1 쉘커버(102)는 압축기(10)의 우측부에 배치되며, 제2 쉘커버(103)는 압축기(10)의 좌측부에 배치된다. 이에 따라서 제1 쉘커버(102) 및 제2 쉘커버(103)는 서로 마주보도록 배치된다.

또한 압축기(10)는 쉘(101) 또는 쉘 커버(102, 103)와 연결되며 냉매를 흡입하거나 토출하는 복수의 파이프(104, 105, 106)를 포함한다.

복수의 파이프(104, 105, 106)는 압축기(10) 내부로 냉매를 흡입시키는 흡입 파이프(104), 압축기(10) 내부에서 압축된 냉매를 토출시키는 토출 파이프(105), 냉매 보충을 위하여 압축기(10)에 냉매를 주입하기 위한 프로세스 파이프(106)가 포함된다.

흡입 파이프(104)는 제1 쉘커버(102)에 결합될 수 있다. 냉매는 흡입 파이프(104)를 통하여 축방향을 따라 압축기(10)의 내부로 흡입된다.

토출 파이프(105)는 쉘(101)의 외주면에 결합될 수 있다. 흡입 파이프(104)를 통하여 흡입된 냉매는 축방향으로 유동하면서 압축된다. 압축된 냉매는 토출 파이프(105)를 통하여 압축기(10) 외부로 배출된다. 토출 파이프(105)는 제1 쉘커버(102)보다 제2 쉘커버(103)와 더 인접하도록 배치될 수 있다.

프로세스 파이프(106)는 쉘(101)의 외주면에 결합될 수 있다. 작업자는 상기 프로세스 파이프(106)를 통하여 압축기(10)의 내부로 냉매를 주입할 수 있다.

프로세스 파이프(106)는 토출 파이프(105)와의 간섭을 피하기 위하여 토출 파이프(105)와 다른 높이에서 상기 쉘(101)에 결합될 수 있다. 여기서 파이프의 높이는 레그(50)로부터 수직방향(또는 반경방향)으로 측정된 파이프까지의 거리를 의미한다. 토출 파이프(105)와 프로세스 파이프(106)가 서로 다른 높이에서 쉘(101)의 외주면에 결합됨으로써 작업 편의성이 도모될 수 있다.

프로세스 파이프(106)가 결합되는 지점에 대응하는 쉘(101)의 내주면에는 제2 쉘커버(103)의 적어도 일부분이 인접하게 위치될 수 있다. 다시 말해서 제2 쉘커버(103)의 적어도 일부분은 프로세스 파이프(106)를 통하여 주입된 냉매의 저항으로서 작용할 수 있다.

따라서, 냉매의 유로관점에서, 프로세스 파이프(106)를 통하여 유입되는 냉매의 유로 크기는 쉘(101)의 내부공간으로 진입하면서 제2 쉘커버(103)에 의해 작아지고 제2 쉘커버(103)를 지나면서 다시 커진다. 냉매가 프로세스 파이프(106)를 통과하면서 냉매의 압력이 감소하여 냉매의 기화가 이루어질 수 있다.

제1 쉘커버(102)의 내측면에는 커버 지지부(102a)가 구비된다. 커버 지지부(102a)에는 후술할 제2 지지장치(185)가 결합될 수 있다. 커버 지지부(102a) 및 제2 지지장치(185)는 압축기(10)의 본체를 지지하는 수단이다. 여기서, 압축기(10)의 본체는 쉘(101)의 내부에 구비되는 부품을 의미한다. 예를 들어 압축기(10)의 본체는 전후 왕복운동 하는 구동부 및 구동부를 지지하는 지지부룰 포함한다.

압축기(10)의 구동부는, 후술할 피스톤(130), 마그넷 프레임(138), 영구자석(146), 서포터(137) 및 흡입 머플러(150)를 포함한다.그리고 지지부는, 후술할 공진스프링(176a,176b), 리어 커버(170), 스테이터 커버(149), 제1 지지장치(165) 및 제2 지지장치(185)를 포함한다.

제1 쉘커버(102)의 내측면에는 스토퍼(102b)가 구비된다. 스토퍼(102b)는 압축기(10)의 운반 중 발생하는 진동 또는 충격 등에 의하여, 압축기의 본체, 특히 모터 어셈블리(140)가 쉘(101)에 부딪혀 파손되는 것을 방지한다. 스토퍼(102b)는 후술할 리어 커버(170)에 인접하게 배치된다. 압축기(10)에 흔들림이 발생할 때, 리어 커버(170)가 스토퍼(102b)에 간섭됨으로써 모터 어셈블리(140)에 충격이 전달되는 것을 방지할 수 있다.

쉘(101)의 내주면에는 스프링체결부(101a)가 구비된다. 예를 들어, 스프링체결부(101a)는 상기 제2 쉘커버(103)에 인접한 위치에 배치될 수 있다. 스프링체결부(101a)는 후술할 제1 지지장치(165)의 제1 지지스프링(166)에 결합될 수 있다. 스프링체결부(101a)와 제1 지지장치(165)가 결합됨으로써, 압축기(10)의 본체는 쉘(101)의 내측에 안정적으로 지지될 수 있다.

도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 리니어 압축기를 분해하여 도시한 도면이고, 도 5는 도 2의 V-V'를 따라 절개한 단면을 도시한 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 압축기(10)는 실린더(120), 실린더(120)의 내부에서 왕복 직선 운동하는 피스톤(130) 및 피스톤(130)에 구동력을 부여하는 모터 어셈블리(140)를 포함한다.

또한, 압축기(10)는 피스톤(130)에 연결되며 흡입 파이프(104)를 통하여 흡입된 냉매로부터 발생되는 소음을 저감하기 위한 흡입 머플러(150)를 포함한다. 흡입 파이프(104)를 통하여 흡입된 냉매는 흡입 머플러(150)를 거쳐 피스톤(130)의 내부로 유동된다. 냉매가 흡입 머플러(150)를 통과하는 과정에서 냉매의 유동소음이 저감된다.

흡입 머플러(150)는 복수의 머플러(151, 152, 153)를 포함한다. 복수의 머플러(151, 152, 153)는 서로 결합되는 제1 머플러(151), 제2 머플러(152) 및 제3 머플러(153)를 포함한다.

제1 머플러(151)는 피스톤(130)의 내부에 배치되며 제2 머플러(152)는 제1 머플러(151)의 후측에 결합된다. 그리고 제3 머플러(153)는 제2 머플러(152)를 내부에 수용하며, 제1 머플러(151)의 후방으로 연장될 수 있다. 냉매의 유동방향 관점에서, 흡입 파이프(104)를 통하여 흡입된 냉매는 제3 머플러(153), 제2 머플러(152) 및 제1 머플러(151)를 차례로 통과한다. 이 과정에서 냉매의 유동소음이 저감된다.

제1 머플러(151)와 제2 머플러(152)가 결합되는 경계면에는 머플러 필터(미도시)가 배치될 수 있다. 머플러 필터는 원형의 형상을 가질 수 있으며, 머플러 필터의 외주부는 제1, 2 머플러(151, 152)의 사이에 지지될 수 있다.

이하에서 "축 방향"은 피스톤(130)이 왕복운동 하는 방향, 즉 도 5에서 가로 방향을 의미한다. "축 방향" 중에서 흡입 파이프(104)로부터 압축 공간(P)을 향하는 방향, 즉 냉매가 유동하는 방향을 "전방"이라 하고, 그 반대방향을 "후방"이라 정의한다. 예를 들어, 피스톤(130)이 전방으로 이동할 때, 압축 공간(P)은 압축될 수 있다.

또한 이하에서 "반경 방향"은 피스톤(130)이 왕복운동 하는 방향에 수직한 방향으로서, 도 5에서 세로 방향을 의미한다.

피스톤(130)은 원통형상의 피스톤 본체(131) 및 피스톤 본체(131)로부터 반경 방향으로 연장되는 피스톤 플랜지(132)를 포함한다. 피스톤 본체(131)는 실린더(120)의 내부에서 왕복 운동하며, 피스톤 플랜지(132)는 실린더(120)의 외측에서 왕복 운동한다.

또한, 피스톤(130)은 냉매가 유동되는 흡입공(133) 및 흡입공(133)를 개폐하는 흡입밸브(135)를 포함한다. 흡입공(133)은 피스톤 본체(131)의 전면부에 형성된다.

또한, 피스톤(130)은 흡입밸브(135)를 피스톤(130)에 체결시키는 밸브 체결부재(134)를 더 포함한다. 밸브 체결부재(134)는 흡입밸브(135)를 관통하여 피스톤 본체(131)의 전면부에 결합될 수 있다.

실린더(120)는 피스톤(130)을 수용한다. 실린더(120)는 제1 머플러(151) 및 피스톤 본체(131)의 적어도 일부분을 수용할 수 있다. 실린더(120)의 내부에는 피스톤(130)에 의하여 냉매가 압축되는 압축 공간(P)이 형성된다.

또한 압축기(10)는 토출커버(160) 및 토출밸브 어셈블리(161, 163)를 포함한다. 토출커버(160)는 압축 공간(P)의 전방에 설치되어 압축 공간(P)에서 배출된 냉매가 유동되는 토출공간(160a)을 형성한다. 토출공간(160a)은 토출커버(160)의 내부 벽에 의하여 구획되는 복수의 공간부를 포함한다. 복수의 공간부는 전후 방향으로 배치되며 서로 연통될 수 있다.

토출밸브 어셈블리(161, 163)는 토출커버(160)에 결합되며 압축 공간(P)에서 압축된 냉매를 선택적으로 배출시킨다. 상기 토출밸브 어셈블리(161, 163)에는, 상기 압축 공간(P)의 압력이 토출압력 이상이 되면 개방되어 냉매를 상기 토출공간(160a)으로 유입시키는 토출 밸브(161) 및 상기 토출 밸브(161)와 토출커버(160)의 사이에 제공되어 축 방향으로 탄성력을 제공하는 스프링 조립체(163)가 포함된다.

스프링 조립체(163)는 밸브 스프링(163a) 및 밸브 스프링(163a)을 토출커버(160)에 지지하기 위한 스프링지지부(163b)를 포함한다. 밸브 스프링(163a)은 판 스프링을 포함한다. 스프링지지부(163b)는 사출공정에 의하여 밸브 스프링(163a)과 일체로 사출 성형될 수 있다.

토출 밸브(161)는 밸브 스프링(163a)에 결합되며, 토출 밸브(161)의 후방부 또는 후면은 실린더(120)의 전면에 지지 가능하도록 배치된다. 토출 밸브(161)가 실린더(120)의 전면에 지지되면 압축 공간(P)은 밀폐된 상태를 유지하며, 토출 밸브(161)가 실린더(120)의 전면으로부터 이격되면 압축 공간(P)은 개방되어 압축 공간(P) 내부의 압축된 냉매가 배출될 수 있다.

압축 공간(P)은 흡입밸브(135)와 토출 밸브(161)의 사이에 형성되는 공간이다. 흡입밸브(135)는 압축 공간(P)의 일측에 형성되고, 토출 밸브(161)는 압축 공간(P)의 타측, 즉 흡입밸브(135)의 반대 측에 배치된다.

피스톤(130)이 실린더(120)의 내부에서 왕복 직선운동 하는 과정에서, 압축 공간(P)의 압력이 흡입압력 이하가 되면 흡입밸브(135)가 개방되어 냉매는 압축 공간(P)으로 흡입된다. 반면에, 압축 공간(P)의 압력이 흡입압력 이상이 되면 흡입밸브(135)가 닫힌 상태에서 압축 공간(P)의 냉매가 압축된다.

압축 공간(P)의 압력이 토출압력 이상이 되면, 밸브 스프링(163a)이 전방으로 변형하면서 토출 밸브(161)를 개방시키고, 냉매는 압축 공간(P)으로부터 토출되어 토출커버(160)의 토출공간으로 배출된다. 냉매의 배출이 완료되면, 밸브 스프링(163a)은 토출 밸브(161)에 복원력을 제공하여 토출 밸브(161)가 닫혀지도록 한다.

토출 커버(160)의 토출공간(160a)을 유동하는 냉매를 배출시키도록 토출 커버(160)에 커버파이프(162a)가 결합된다. 커버파이프(162a)는 금속재질로 구성될 수 있다.

커버파이프(162a)를 유동하는 냉매를 토출 파이프(105)로 전달하도록 커버파이프(162a)에 루프 파이프(162b)가 결합된다. 루프 파이프(162b)의 일측은 커버파이프(162a)에 결합되며, 타측은 토출 파이프(105)에 결합될 수 있다.

루프 파이프(162b)는 플렉서블한 재질로 구성되며, 상대적으로 길게 형성될 수 있다. 그리고, 루프 파이프(162b)는 커버파이프(162a)로부터 쉘(101)의 내주면을 따라 라운드지게 연장되어, 토출 파이프(105)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 루프 파이프(162b)는 감겨진 형상을 가질 수 있다.

또한 압축기(10)는 프레임(110)을 포함한다. 프레임(110)은 실린더(120)를 고정시킨다. 실린더(120)는 프레임(110)의 내측에 압입(press fitting)될 수 있다. 실린더(120) 및 프레임(110)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질로 구성될 수 있다.

프레임(110)은 실린더(120)를 둘러싸도록 배치된다. 실린더(120)는 프레임(110)의 내측에 수용된다. 토출커버(160)는 체결부재에 의하여 프레임(110)의 전면에 결합될 수 있다.

실린더(120)는 축방향으로 연장되는 실린더 본체(121) 및 실린더 본체(121)의 전방부 외측에 구비되는 실린더 플랜지(122)를 포함한다. 실린더 본체(121)는 축방향의 중심축을 가지는 원통 형상을 이루며 프레임(110)의 내부에 삽입된다. 따라서, 실린더 본체(121)의 외주면은 상기 프레임(110)의 내주면에 대향되도록 배치될 수 있다.

모터 어셈블리(140)는 프레임(110)에 고정되어 실린더(120)를 둘러싸도록 배치되는 아우터 스테이터(141), 아우터 스테이터(141)의 내측으로 이격되어 배치되는 이너 스테이터(148) 및 아우터 스테이터(141)와 이너 스테이터(148)의 사이 공간에 위치하는 영구자석(146)을 포함한다.

영구자석(146)은 아우터 스테이터(141) 및 이너 스테이터(148)와의 상호 전자기력에 의하여 직선 왕복 운한다. 영구자석(146)은 1개의 극을 가지는 단일 자석으로 구성되거나, 3개의 극을 가지는 복수의 자석이 결합되어 구성될 수 있다.

영구자석(146)은 마그넷 프레임(138)에 설치될 수 있다. 마그넷 프레임(138)은 원통 형상을 가지며, 아우터 스테이터(141)와 이너 스테이터(148)의 사이 공간에 삽입된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 마그넷 프레임(138)은 피스톤 플랜지(132)에 결합되어 외측 반경방향으로 연장되며 전방으로 절곡될 수 있다. 영구자석(146)은 마그넷 프레임(138)의 전방부에 설치될 수 있다. 따라서 영구자석(146)이 왕복 운동할 때, 피스톤(130)은 영구자석(146)과 함께 축 방향으로 왕복 운동한다.

아우터 스테이터(141)는 코일 권선체(141b, 141c, 141d) 및 스테이터 코어(141a)를 포함한다. 코일 권선체(141b, 141c, 141d)는 보빈(141b) 및 보빈(141b)의 원주 방향으로 권선된 코일(141c)을 포함한다. 코일 권선체(141b, 141c, 141d)는 코일(141c)에 연결되는 전원선이 아우터 스테이터(141)의 외부로 인출 또는 노출되도록 가이드하는 단자부(141d)를 더 포함한다.

스테이터 코어(141a)는 복수 개의 라미네이션(lamination)이 원주 방향으로 적층되어 구성된 복수의 코어 블럭을 포함한다. 복수의 코어 블럭은 코일 권선체(141b, 141c, 141d)의 적어도 일부분을 둘러싸도록 배치될 수 있다.

아우터 스테이터(141)의 일측에는 스테이터 커버(149)가 제공된다. 아우터 스테이터(141)의 일측부는 프레임(110)에 의하여 지지되며, 타측부는 스테이터 커버(149)에 의하여 지지된다.

스테이터 커버(149)와 프레임(110)은 커버체결부재(149a)에 의해 체결된다. 커버체결부재(149a)는 스테이터 커버(149)를 관통하여 프레임(110)을 향하여 전방으로 연장되며 프레임(110)에 마련된 체결홀에 결합될 수 있다.

이너 스테이터(148)는 프레임(110)의 외주에 고정된다. 복수 개의 라미네이션이 프레임(110)의 외측에서 원주 방향으로 적층되어 이너 스테이터(148)를 구성한다.

코일(141c)에 소정의 전류가 인가됨에 따라 아우터 스테이터(141)와 이너 스테이터(148)가 전기장을 형성한다. 이 전기장에 의해서 영구자석(146)이 전자기력을 부여받아 피스톤(130)과 함께 축방향으로 왕복운동할 수 있다.

코일(141c)에 인가되는 전류값에 따라 영구자석(146)의 왕복운동 속도 및 거리가 변경될 수 있다. 즉, 모터 어셈블리(140)에 인가되는 전류값에 따라 피스톤(130)의 운동이 변화될 수 있다.

압축기(10)는 피스톤(130)을 지지하는 서포터(137)를 더 포함한다. 서포터(137)는 피스톤(130)의 후측에 결합되며, 그 내측에는 흡입 머플러(150)가 관통하도록 배치된다. 피스톤 플랜지(132), 마그넷 프레임(138) 및 서포터(137)는 체결부재에 의하여 체결될 수 있다.

서포터(137)에는 밸런스 웨이트(179)가 결합된다. 밸런스 웨이트(179)의 중량은 압축기 본체의 운전주파수 범위에 기초하여 결정될 수 있다.

압축기(10)는 스테이터 커버(149)에 결합되어 후방으로 연장되며 제2 지지장치(185)에 의하여 지지되는 리어 커버(170)를 더 포함한다.

리어 커버(170)는 3개의 지지레그를 포함한다. 3개의 지지레그는 스테이터 커버(149)의 후면에 결합된다. 3개의 지지레그와 스테이터 커버(149)의 후면 사이에, 스페이서(181)가 개재된다. 스페이서(181)의 두께에 따라서 스테이터 커버(149)로부터 리어 커버(170)의 후단부까지의 거리가 결정된다. 리어 커버(170)는 서포터(137)에 탄성 지지된다.

또한 압축기(10)는 리어 커버(170)에 결합되어 흡입 머플러(150)로의 냉매 유입을 가이드하는 유입 가이드부(156)를 더 포함한다. 유입 가이드부(156)의 적어도 일부분은 흡입 머플러(150)의 내측에 삽입될 수 있다.

또한 압축기(10)는 피스톤(130)의 공진 운동을 위하여 각 고유 진동수가 조절된 복수의 공진 스프링(176a, 176b)을 더 포함한다.

복수의 공진 스프링(176a, 176b)은 서포터(137)와 스테이터 커버(149)의 사이에 지지되는 제1 공진스프링(176a) 및 서포터(137)와 리어 커버(170)의 사이에 지지되는 제2 공진스프링(176b)을 포함한다. 복수의 공진 스프링(176a, 176b)의 작용에 의하여, 압축기(10)의 내부에서 왕복 운동하는 구동부의 안정적인 움직임이 보장되며, 구동부의 움직임에 따른 진동 또는 소음 발생이 감소한다.

서포터(137)는 제1 공진스프링(176a)에 결합되는 제1 스프링지지부(137a)를 포함한다.

또한 압축기(10)는 프레임(110)과 프레임(110) 주변의 부품간의 결합력을 증대하기 위한 복수의 실링부재(127, 128, 129a, 129b)를 포함한다.

복수의 실링부재(127, 128, 129a, 129b)는 프레임(110)과 토출커버(160)가 결합되는 부분에 구비되는 제1 실링부재(127)를 포함한다. 제1 실링부재(127)는 프레임(110)의 제1 설치홈에 배치될 수 있다.

또한 복수의 실링부재(127, 128, 129a, 129b)는 프레임(110)과 실린더(120)가 결합되는 부분에 구비되는 제2 실링부재(128)를 포함한다. 제2 실링부재(128)는 프레임(110)의 제2 설치홈에 배치될 수 있다.

또한 복수의 실링부재(127, 128, 129a, 129b)는 실린더(120)와 프레임(110) 사이에 제공되는 제3 실링부재(129a)를 포함한다. 제3 실링부재(129a)는 실린더(120)의 후방부에 형성되는 실린더홈에 배치될 수 있다. 제3 실링부재(129a)는 프레임의 내주면과 실린더의 외주면 사이에 형성되는 가스 포켓의 냉매가 외부로 누설되는 것을 방지하며, 프레임(110)과 실린더(120)의 결합력을 증대시킨다.

또한 복수의 실링부재(127, 128, 129a, 129b)는 프레임(110)과 이너 스테이터(148)가 결합되는 부분에 구비되는 제4 실링부재(129b)를 포함한다. 제4 실링부재(129b)는 프레임(110)의 제3 설치홈에 배치될 수 있다. 제1 내지 제4 실링부재(127, 128, 129a, 129b)는 링 형상일 수 있다.

또한 압축기(10)는 압축기(10)의 본체의 일측을 지지하는 제1 지지장치(165)와 압축기(10)의 본체의 타측을 지지하는 제2 지지장치(185)를 더 포함한다.

제1 지지장치(165)는 제2 쉘커버(103)에 인접하게 배치되고, 토출커버(160)에 결합되어 압축기(10)의 본체를 탄성 지지한다. 제2 지지장치는 제1 쉘커버(102) 및 리어 커버(170)에 결합되어 압축기(10)의 본체를 탄성 지지한다.

제1 지지장치(165)는 도 3에 도시된 스프링체결부(101a)에 결합되는 제1 지지스프링(166)을 포함한다. 또한 제2 지지장치(185)는 도 3에 도시된 커버 지지부(102a)에 결합되는 제2 지지스프링(186)을 포함한다.

또한 본 명세서의 일 실시예에 따른 압축기(10)는 피스톤(130)에 베어링 냉매를 공급하는 베어링 유로를 포함한다. 베어링 냉매는 피스톤(130)과 실린더(120) 내벽 사이에 공급되어 베어링 기능을 수행하는 냉매를 의미한다.

베어링 냉매는 피스톤(130)에 의해 압축된 냉매 중 일부이다. 피스톤(130)에 의해 압축 공간(P)에서 압축된 냉매는 외부로 토출된다. 이때 토출되는 냉매 중 일부 냉매(베어링 냉매)는 프레임(110) 및 실린더(120)를 통과하여 피스톤(130)과 실린더(120) 사이에 공급될 수 있다.

베어링 유로는 실린더(120)에 형성되는 실린더 베어링 유로(125, 126) 및 프레임(110)에 형성되는 프레임 베어링 유로(114)를 포함한다. 피스톤(130)에 의해 압축된 냉매 중 적어도 일부는 실린더 베어링 유로(125, 126) 및 프레임 베어링 유로(114)로 유동되어 피스톤(130)과 실린더(120) 사이에 공급될 수 있다.

프레임 베어링 유로(114)는 프레임(110)을 관통하여 형성된다. 프레임 베어링 유로(114)는 프레임(110)의 전면에서 상기 실린더(120)의 외주면까지 연장되어 형성된다. 도 5를 참조하면, 프레임 베어링 유로(114)는 축방향을 따라서 비스듬하게 배치된다.

실린더 베어링 유로는 가스유입부(126) 및 실린더 노즐(125)을 포함한다.

가스유입부(126)는 실린더 본체(121)의 외주면으로부터 반경방향 내측으로 함몰되어 형성된다. 가스유입부(126)는 축방향 중심축을 기준으로, 실린더 본체(121)의 외주면을 따라 원형으로 형성될 수 있다. 본 명세서의 일 실시예에서, 복수의 가스유입부(126)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 2개의 가스유입부(126)가 축방향으로 이격되어 배치될 수 있다.

실린더 노즐(125)은 가스유입부(126)에서 실린더 본체(121)의 내주면까지 연장되어 형성된다. 특히, 실린더 노즐(125)은 가스유입부(126)로부터 반경방향 내측으로 연장될 수 있다.

베어링 냉매는 압축기(10)를 유동하는 냉매 중 일부에 해당된다. 따라서 베어링 냉매의 양이 너무 많은 경우, 압축기(10)에 의해 압축되는 냉매의 양이 줄어든다. 따라서, 실린더 노즐(125)의 직경을 조절하여 베어링 냉매의 양을 적절하게 조절할 수 있다.

실린더(120)와 프레임(110)의 사이에는 가스 포켓이 형성될 수 있다. 실린더 본체(121)의 외주면과 프레임(110)의 내주면 사이에는 소정의 베어링 냉매가 유동될 수 있다. 따라서 프레임 베어링 유로(114)를 따라 유동된 냉매가 가스유입부(126)로 유동될 수 있다.

가스유입부(126)를 통과한 냉매, 즉 베어링 냉매는 실린더 노즐(125)을 통하여 실린더 본체(121)의 내주면과 피스톤 본체(131)의 외주면 사이 공간으로 유입된다. 베어링 냉매는 피스톤(130)에 부상력을 제공하여 피스톤(130)이 왕복 운동할 때 실린더 본체(121)의 내주면과 마찰을 최소화한다. 보다 구체적으로, 베어링 냉매는 피스톤(130)의 외주면으로 공급되어 피스톤(130)을 실린더(120)과 이격시킨다. 따라서 피스톤(130)의 왕복 운동과정에서 실린더(120) 및 피스톤(130) 사이의 마찰이 최소화된다.

한편, 전술한 바와 같이 압축기(10)의 주변 온도가 낮아지면 압축기(10)의 냉력이 감소하면서 실린더(120) 내부로 유입되는 베어링 냉매의 양이 감소한다. 실린더(120) 내부로 유입되는 베어링 냉매의 양이 감소하면 피스톤(130)의 부상력이 약해지면서 왕복 운동 과정에서 피스톤(130)과 실린더(120) 사이의 마찰이 커진다. 이에 따라서 피스톤(130)의 외부면 또는 실린더(120)의 내부면에 마모가 발생할 수 있다. 피스톤(130) 또는 실린더(120)의 마모는 압축기(10)의 성능 저하를 유발한다. 또한 피스톤(130) 또는 실린더(120)의 마모가 심화되면 피스톤(130) 또는 실린더(120)의 표면 일부가 뜯겨져 나가는 현상이 발생할 수 있다. 이러한 현상은 결과적으로 압축기(10)의 고장으로 이어질 수 있다.

이하에서는 압축기(10)의 주변 온도가 낮아질 때 피스톤(130)과 실린더(120) 사이에 발생하는 마찰을 줄이기 위한 압축기(10)의 제어 방법이 기술된다.

도 6은 본 명세서의 일 실시예에 따른 냉장고의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 6을 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 냉장고(1)는 메인 제어기(20), 온도 센서(214), 제어 패널(206), 압축기 제어기(204), 압축기(10)를 포함한다.

온도 센서(214)는 압축기(10)의 주변 온도를 측정한다. 온도 센서(214)의 예시로서 냉장고(1)의 일측에 배치되어 냉장고(1) 외부의 온도를 측정하는 외기 온도 센서 또는 기계실(5)의 내부에 배치되어 기계실(5) 내부의 온도를 측정하는 기계실 온도 센서를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 온도 센서(214)로서 외기 온도 센서가 사용될 경우, 냉장고(1) 외부의 온도, 즉 외기 온도는 압축기(10)가 배치되는 기계실(5) 내부의 온도와 동일한 것으로 간주될 수 있다. 온도 센서(214)는 측정된 온도 값, 즉 주변 온도 값을 메인 제어기(20)에 전달한다.

제어 패널(206)은 냉장고의 사용을 위한 명령이나 정보를 입력할 수 있는 입력 기능 및 냉장고와 관련된 정보를 표시하는 표시 기능을 갖는다. 예를 들어 사용자는 제어 패널(206)을 통해서 저장실, 즉 냉장실 또는 냉동실의 설정 온도를 각각 입력하거나 저장실의 구동 모드를 변경할 수 있다. 또한 제어 패널(206)에는 사용자에 의해서 입력되는 저장실의 설정 온도 또는 현재 저장실 내부의 온도가 표시된다. 사용자가 제어 패널(206)을 통해서 입력하는 냉장실(130)의 설정 온도 값 또는 냉동실(140)의 설정 온도 값은 메인 제어기(20)에 전달된다.

제어 패널(206)의 예시로서 터치에 의한 입력 기능 및 표시 기능을 갖는 터치 패널을 들 수 있다. 제어 패널(206)의 다른 예시로서 물리적인 입력 버튼 및 정보가 표시되는 디스플레이 패널을 들 수 있다.

제어 패널(206)은 캐비닛(2)의 단부 또는 도어(3)의 외부면에 배치될 수 있으나, 제어 패널(206)의 위치는 실시예에 따라서 달라질 수 있다.

메인 제어기(20)는 제어 패널(206)을 통해서 입력되는 저장실의 설정 온도 값 및 고내 온도 센서(미도시)에 의해서 측정되는 저장실의 내부 온도에 기초하여 압축기(10)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 출력한다.

본 명세서의 일 실시예에서, 메인 제어기(20)에 의해서 출력되는 제어 신호는 압축기 제어기(204)에 공급된다. 예컨대 메인 제어기(20)는 압축기 구동 신호 또는 압축기 정지 신호 중 어느 하나를 압축기 제어기(204)에 공급할 수 있다.

압축기 제어기(204)는 압축기(10)와 전기적으로 연결된다. 압축기 제어기(204)는 메인 제어기(20)가 공급하는 제어 신호에 따라서 압축기(10)를 구동시킨다. 메인 제어기(20)로부터 압축기 구동 신호를 수신하면 압축기 제어기(204)는 압축기(10)에 구동을 위한 전력을 공급한다. 이에 따라서 압축기(10)가 구동된다. 반대로 메인 제어기(20)로부터 압축기 정지 신호를 수신하면 압축기 제어기(204)는 압축기(10)에 대한 전력 공급을 중단한다. 이에 따라서 압축기(10)의 구동이 정지된다.

본 명세서의 일 실시예에서 압축기 제어기(204)는 압축기(10)의 스트로크 값을 제어할 수 있다. 압축기(10)의 스트로크 값은 피스톤(130)의 상사점과 하사점 간의 거리를 의미한다. 따라서 압축기(10)의 스트로크 값이 증가하면 피스톤(130)의 이동 거리가 길어져 피스톤(10)의 토크가 증가하고, 압축기(10)의 스트로크 값이 감소하면 피스톤(130)의 이동 거리가 짧아져 피스톤(10)의 토크가 감소한다.

본 명세서의 일 실시예에서 압축기 제어기(204)는 압축기(10)가 구동될 때 압축기의 스트로크 값이 최저 스트로크 값보다 낮은 값이 되지 않도록 제어한다. 최저 스트로크 값은 압축기(10)의 스트로크 값 중 가장 작은 값을 의미하며, 압축기(10)의 최초 구동 시 미리 정해진 기본 스트로크 값으로 설정된다. 따라서 압축기(10)의 최저 스트로크 값이 높아지면 압축기(10)의 스트로크 값이 증가하여 피스톤의 토크가 증가하고, 최저 스트로크 값이 낮아지면 압축기(10)의 스트로크 값이 감소하여 피스톤의 토크가 감소한다.

압축기(10)는 압축기 제어기(204)에 의한 전력 공급에 의해서 구동된다. 압축기(10)가 구동되면 압축기(10)에 의해서 압축되는 냉매가 저장실의 후면에 배치되는 증발기로 공급되면서 저장실 내부로 냉기가 공급된다. 이에 따라서 저장실 내부의 온도가 하강한다. 반대로 압축기(10)의 구동이 정지되면 저장실 내부로의 냉기 공급이 중단되어 저장실 내부의 온도가 상승한다.

본 명세서의 일 실시예에서, 압축기 제어기(204)는 온도 센서(214)에 의해서 측정되는 주변 온도 값을 입력는다. 압축기 제억(204)는 온도 센서(214)로부터 직접 주변 온도 값을 입력받을 수도 있고, 메인 제어기(20)롤 통해서 주변 온도 값을 입력받을 수도 있다.

압축기 제어기(204)는 주변 온도 값을 미리 정해진 기준 온도 범위와 비교한다. 압축기 제어기(204)는 주변 온도 값과 기준 온도 범위의 비교 결과에 따라서 압축기(10)의 스트로크 값을 조절할 수 있다.

이하에서는 압축기 제어기(204)가 주변 온도 값에 따라서 압축기(10)의 스트로크 값을 조절하는 실시예들이 기술된다.

도 7은 본 명세서의 일 실시예에 따른 리니어 압축기의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.

냉장고(1)가 전원 온 상태가 되어 압축기(10) 구동 제어가 시작되면, 압축기 제어기(204)는 온도 센서(214)에 의해서 측정되는 주변 온도 값을 입력받는다(702).

압축기 제어기(204)는 입력된 주변 온도 값을 미리 정해진 기준 온도 범위와 비교한다(704). 본 명세서의 일 실시예에서, 하나 이상의 기준 온도 범위가 설정될 수 있다. 압축기 제어기(204)는 입력된 주변 온도 값이 미리 정해진 기준 온도 범위 중 어느 온도 범위에 속하는지 판별한다.

압축기 제어기(204)는 주변 온도 값과 기준 온도 범위의 비교 결과에 따라서 압축기(10)의 스트로크 값을 조절한다(706).

본 명세서의 일 실시예에서, 압축기(10)의 스트로크 값을 조절하는 단계(706)는 압축기(10)의 최저 스트로크 값을 주변 온도 값이 속하는 기준 온도 범위와 대응되는 값으로 조절하는 단계를 포함한다.

또한 본 명세서의 일 실시예에서, 주변 온도 값이 낮아질수록 최저 스트로크 값은 증가하도록 설정된다.

또한 본 명세서의 일 실시예에서, 압축기(10)의 스트로크 값을 조절하는 단계(706)는 주변 온도 값이 미리 정해진 기준 온도 값 이상이면 압축기(10)의 최저 스트로크 값을 미리 정해진 기본 스트로크 값으로 설정하는 단계 및 주변 온도 값이 기준 온도 값 미만이면 최저 스트로크 값을 기본 스트로크 값보다 높은 값으로 설정하는 단계를 포함한다.

또한 본 명세서의 일 실시예에서, 압축기(10)의 스트로크 값을 조절하는 단계(706)는 주변 온도 값이 낮아질수록 압축기(10)의 스트로크 값이 증가하도록 설정하는 단계를 포함한다.

도 8은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 리니어 압축기의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.

외부 전원으로부터 전력이 공급되어 냉장고(1)의 전원이 온 상태가 되면(802), 압축기 제어기(204)는 메인 제어기(20)의 제어 신호에 따라서 압축기(10)의 구동을 제어한다(804).

압축기(10)의 구동을 제어하는 동안 압축기 제어기(204)는 온도 센서(214)에 의해서 측정되는 압축기(10)의 주변 온도 값을 입력받는다(806).

압축기 제어기(204)는 입력된 주변 온도 값을 미리 정해진 기준 온도 값과 비교한다(808). 예컨대 압축기 제어기(204)는 주변 온도 값이 기준 온도 값인 -8℃ 이상인지 여부를 판별한다. 여기서 기준 온도 값은 실시예에 따라 다르게 설정될 수 있는 값이다.

만약 주변 온도 값이 기준 온도 값인 -8℃ 이상이면, 압축기 제어기(204)는 압축기(10)의 최저 스트로크 값을 미리 정해진 기본 스트로크 값(예컨대, 8mm)으로 설정한다(810). 이에 따라서 압축기 제어기(204)는 기본 스트로크 값을 최저 스트로크 값으로 설정하고 단계(804)로 복귀한다.

만약 주변 온도 값이 기준 온도 값인 -8℃ 미만이면, 압축기 제어기(204)는 압축기(10)의 최저 스트로크 값을 기본 스트로크 값(예컨대, 8mm)보다 큰 값(예컨대, 10mm)으로 설정한다(812). 다시 말해서, 압축기 제어기(204)는 주변 온도 값이 낮아지면 압축기(10)의 최저 스트로크 값이 증가하도록 설정한다.

압축기 제어기(204)는 새로 설정된 최저 스트로크 값(예컨대, 10mm)에 기초하여 단계(804)로 복귀한다. 이에 따라서 압축기(10)의 스트로크 값이 증가하므로 압축기(10)의 토크가 증가한다. 압축기(10)의 토크가 증가하면 피스톤(130)에 의해서 압축된 후 외부로 토출되는 냉매의 압력, 다시 말해서 냉매의 토출 압력이 증가한다. 냉매의 토출 압력이 증가하면 피스톤(130)과 실린더(120) 사이에 공급되는 냉매, 즉 베어링 냉매의 양이 증가하므로 피스톤(130)의 부상력이 감소하지 않는다. 이에 따라서 피스톤(130)과 실린더(120) 사이의 마찰이 감소하므로 피스톤(130)이나 실린더(120)의 마모 발생율이 감소한다.

도 8의 실시예에서 압축기 제어기(204)는 주변 온도 값을 2개의 기준 범위(-8℃ 이상, -8℃ 미만)와 비교하고, 비교 결과에 따라서 최저 스트로크 값을 2개의 스트로크 값(8mm, 10mm) 중 어느 하나로 설정한다. 그러나 기준 범위 및 스트로크 값의 수는 실시예에 따라 달라질 수 있다.

도 9는 본 명세서의 또 다른 실시예에 따른 리니어 압축기의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.

외부 전원으로부터 전력이 공급되어 냉장고(1)의 전원이 온 상태가 되면(902), 압축기 제어기(204)는 메인 제어기(20)의 제어 신호에 따라서 압축기(10)의 구동을 제어한다(904).

압축기(10)의 구동을 제어하는 동안 압축기 제어기(204)는 온도 센서(214)에 의해서 측정되는 압축기(10)의 주변 온도 값을 입력받는다(906).

압축기 제어기(204)는 입력된 주변 온도 값이 미리 정해진 제1 기준 범위에 포함되는지 판별한다(908). 예컨대 압축기 제어기(204)는 주변 온도 값이 제1 기준 범위(-8℃ 미만이고 -10℃ 이상)에 포함되는지 판별한다.

단계(908)에서 주변 온도 값이 제1 기준 범위에 포함되면 압축기 제어기(204)는 압축기(10)의 최저 스트로크 값을 미리 정해진 제1 스트로크 값(예컨대, 10mm)으로 설정하고(910), 단계(904)로 복귀한다.

단계(908)에서 주변 온도 값이 제1 기준 범위에 포함되지 않으면, 압축기 제어기(204)는 주변 온도 값이 미리 정해진 제2 기준 범위에 포함되는지 판별한다(912). 예컨대 압축기 제어기(204)는 주변 온도 값이 제2 기준 범위(-10℃ 미만이고 -12℃ 이상)에 포함되는지 판별한다.

단계(912)에서 주변 온도 값이 제2 기준 범위에 포함되면 압축기 제어기(204)는 압축기(10)의 최저 스트로크 값을 미리 정해진 제2 스트로크 값(예컨대, 12mm)으로 설정하고(914), 단계(904)로 복귀한다.

단계(912)에서 주변 온도 값이 제2 기준 범위에 포함되지 않으면, 압축기 제어기(204)는 주변 온도 값이 미리 정해진 제3 기준 범위에 포함되는지 판별한다(916). 예컨대 압축기 제어기(204)는 주변 온도 값이 제3 기준 범위(-12℃ 미만)에 포함되는지 판별한다.

단계(916)에서 주변 온도 값이 제3 기준 범위에 포함되면 압축기 제어기(204)는 압축기(10)의 최저 스트로크 값을 미리 정해진 제3 스트로크 값(예컨대, 14mm)으로 설정하고(918), 단계(904)로 복귀한다.

단계(916)에서 주변 온도 값이 제3 기준 범위에 포함되지 않으면 압축기 제어기(204)는 주변 온도 값 제4 기준 범위(-8℃ 이상)에 포함되는 것으로 판별하고, 최저 스트로크 값을 기본 스트로크 값(예컨대, 8mm)으로 설정하고(920), 단계(904)로 복귀한다.

도 9에 도시된 실시예에서, 압축기 제어기(204)는 주변 온도 값이 낮아질수록 압축기(10)의 최저 스트로크 값이 증가하도록 설정한다. 이에 따라서 주변 온도 값이 낮아지더라도 압축기(10)의 스트로크 값이 증가하므로 압축기(10)의 토크가 증가한다. 압축기(10)의 토크가 증가하면 피스톤(130)에 의해서 압축된 후 외부로 토출되는 냉매의 압력, 다시 말해서 냉매의 토출 압력이 증가한다. 냉매의 토출 압력이 증가하면 피스톤(130)과 실린더(120) 사이에 공급되는 냉매, 즉 베어링 냉매의 양이 증가하므로 피스톤(130)의 부상력이 감소하지 않는다. 이에 따라서 피스톤(130)과 실린더(120) 사이의 마찰이 감소하므로 피스톤(130)이나 실린더(120)의 마모 발생율이 감소한다.

도 9의 실시예에서 압축기 제어기(204)는 주변 온도 값을 4개의 기준 범위(-8℃ 이상, -8℃ 미만이고 -10℃ 이상, -10℃ 미만이고 -12℃ 이상, -12℃ 미만)와 비교하고, 비교 결과에 따라서 최저 스트로크 값을 4개의 스트로크 값(8mm, 10mm, 12mm, 14mm) 중 어느 하나로 설정한다. 그러나 기준 범위 및 스트로크 값의 수는 실시예에 따라 달라질 수 있다.

도 10은 리니어 압축기의 구동 시간에 따른 리니어 압축기 내부로 흡입되는 냉매의 압력 및 리니어 압축기로부터 토출되는 냉매의 압력의 변화량을 나타내는 그래프이다.

도 10에는 압축기(10)의 주변 온도가 -10℃일 때 압축기(10) 내부로 흡입되는 냉매의 압력(1002)(이하, 흡입 압력) 및 피스톤(130)에 의해서 압축기(10) 내부에서 압축되어 외부로 토출되는 냉매의 압력(1004, 1006)(이하, 토출 압력)이 각각 도시된다.

또한 도 10에서 토출 압력(1004)은 압축기(10)의 최저 스트로크 값이 8mm로 설정되었을 때의 압력이고, 토출 압력(1006)은 압축기(10)의 최저 스트로크 값이 10mm로 설정되었을 때의 압력이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 압축기(10)의 최저 스트로크 값이 달라지더라도 냉매의 흡입 압력(1002)은 일정하다. 그러나 압축기(10)의 최저 스트로크 값이 증가함에 따라서 냉매의 토출 압력은 증가한다.

따라서 압축기(10)의 최저 스트로크 값이 8mm일 때 토출 압력(1004)과 흡입 압력(1002)의 차이값은 0.8이 되고, 압축기(10)의 최저 스트로크 값이 10mm일 때 토출 압력(1006)과 흡입 압력(1002)의 차이값은 1.1이 된다. 다시 말해서, 압축기(10)의 최저 스트로크 값이 증가할수록 토출 압력과 흡입 압력의 차이값도 증가한다.

결국 도 10에 따르면 압축기(10)의 최저 스트로크 값이 증가할수록 압축기(10)로부터 토출되는 냉매의 압력(토출 압력) 및 토출 압력과 흡입 압력의 차이값이 증가한다. 본 명세서에 따른 리니어 압축기의 제어 방법에 따르면, 이와 같은 특성을 기초로 압축기(10)의 주변 온도가 낮아질수록 압축기(10)의 최저 스트로크 값을 증가시킴으로써 피스톤(130)의 부상력이 저하되는 현상이 방지된다.

도 11은 리니어 압축기 내부로 흡입되는 냉매의 압력 및 리니어 압축기로부터 토출되는 냉매의 압력 간의 차이값에 따른 피스톤과 실린더 간 마찰력의 변화를 나타나는 그래프이다.

도 11에서 가로 축은 냉매의 토출 압력과 흡입 압력의 압력차를 나타내고, 세로 축은 피스톤(130)과 실린더(120) 사이의 마찰력과 비례하는 값인 마찰 입력값을 나타낸다.

도 11에서 마찰 입력값이 W1에 도달하면 실린더(120) 내에서 피스톤(130)이 완전히 부상하여 피스톤(130)과 실린더(120) 사이의 마찰이 발생하지 않는다. (완전 부상 영역) 또한 마찰 입력값이 W1에서 W2 사이이면 피스톤(130)이 실린더(120) 내에서 부상하는 과정에서 피스톤(130)과 실린더(120) 사이에 경계 마찰이 발생한다. (경계 마찰 영역) 피스톤(130)이 실린더(120) 내에서 부상하지 않은 상태, 다시 말해서 압축기(10)가 전혀 구동되지 않은 상태에서 마찰 입력값은 W2보다 큰 값을 갖는다. (미운전 영역) 다시 말해서, 마찰 입력값이 클수록 피스톤(130)과 실린더(120) 사이에 충분한 양의 베어링 냉매가 공급되지 못함을 의미한다.

도 11에는 압축기(10)의 최저 스트로크 값이 8mm일 때 토출 압력과 흡입 압력의 압력차에 따른 마찰 입력 값의 변화량(1104) 및 압축기(10)의 최저 스트로크 값이 10mm일 때 토출 압력과 흡입 압력의 압력차에 따른 마찰 입력 값의 변화량(1106)이 각각 도시된다.

또한 도 11에서 포인트(1112)는 압축기(10)의 주변 온도가 -5℃일 때 측정된 값이고, 포인트(1114) 및 포인트(1116)은 압축기(10)의 주변 온도가 -25℃일 때 측정된 값이다.

도 11을 참조하면, 압축기(10)의 주변 온도가 -5℃일 때에는 압축기(10)의 최저 스트로크 값과 관계없이 냉매의 토출 압력과 흡입 압력의 압력차는 P2가 되고 마찰 입력값은 W1이 된다. (포인트(1112) 참조) 다시 말해서 압축기(10)의 주변 온도가 -5℃일 때에는 압축기(10)의 최저 스트로크 값과 관계없이 피스톤(130)이 실린더(120) 내부에서 완전히 부상하여 피스톤(130)과 실린더(120) 사이에 마찰이 거의 발생하지 않는다.

그러나 압축기(10)의 주변 온도가 -25℃로 하강한 경우, 압축기(10)의 최저 스트로크 값이 8mm로 설정되면 냉매의 토출 압력과 흡입 압력의 압력차는 P2로 낮아지면서 마찰 입력값이 W2로 증가한다. (포인트(1114) 참조) 이에 따라서 피스톤(130)은 실린더(120) 내부에서 완전히 부상하지 못하고 피스톤(130)과 실린더(120) 사이에 경계 마찰이 발생한다.

한편, 압축기(10)의 주변 온도가 -25℃로 하강한 경우, 압축기(10)의 최저 스트로크 값이 10mm로 설정되면 냉매의 토출 압력과 흡입 압력의 압력차는 P2로 낮아지지만 마찰 입력값이 W1으로 유지된다. (포인트(1116) 참조) 이 경우 냉매의 토출 압력과 흡입 압력의 압력차가 낮아지더라도 피스톤(130)의 토크가 증가하면서 냉매의 토출 압력이 증가하므로 최저 스트로크 값이 8mm일 때에 비해서 베어링 냉매의 양이 증가한다. 이에 따라서 피스톤(130)이 실린더(120) 내부에서 완전히 부상하여 피스톤(130)과 실린더(120) 사이에 마찰이 거의 발생하지 않는다.

이처럼 압축기(10)의 주변 온도가 낮아질수록 압축기(10)의 최저 스트로크 값을 증가시키면 피스톤(130)을 완전 부상 영역에 머물도록 할 수 있으므로 피스톤(130)과 실린더(120) 사이의 마찰 발생 가능성이 감소한다.

도 12 및 도 13은 리니어 압축기의 구동 시간에 따라서 실린더가 받는 하중의 크기 변화를 나타내는 그래프이다.

도 12는 압축기(10)의 주변 온도가 -25℃이고 압축기(10)의 최저 스트로크 값이 8mm일 때 압축기(10)의 구동 시간에 따라서 실린더(120) 외측 하부면에서 측정된 실린더(120)가 받는 하중의 크기 변화를 나타낸다.

또한 도 13은 압축기(10)의 주변 온도가 -25℃이고 압축기(10)의 최저 스트로크 값이 10mm일 때 압축기(10)의 구동 시간에 따라서 실린더(120) 외측 하부면에서 측정된 실린더(120)가 받는 하중의 크기 변화를 나타낸다.

도 12에 도시된 바와 같이, 압축기(10)의 주변 온도가 -25℃이고 압축기(10)의 최저 스트로크 값이 8mm일 때에는 피스톤(130)이 실린더(120) 내부에서 완전히 부상하지 못하여 하중 값의 최대 값이 500까지 도달한다.

그러나 도 13에 도시된 바와 같이, 압축기(10)의 주변 온도가 -25℃이고 압축기(10)의 최저 스트로크 값이 10mm일 때에는 피스톤(130)이 실린더(120) 내부에서 완전히 부상하므로 하중 값의 최대 값은 400까지 도달한다.

결국 압축기(10)의 주변 온도가 -25℃일 때 압축기(10)의 최저 스트로크 값이 높을수록 피스톤(130)의 부상력이 커지므로 피스톤(130)이 실린더(120) 내부에서 완전히 부상할 수 있다.

본 명세서의 일 실시예에 따르면 전술한 특성에 따라서 압축기(10)의 주변 온도가 낮아질수록 압축기(10)의 최저 스트로크 값이 증가함으로써 피스톤(130)의 부상력이 높아진다. 이에 따라서 피스톤(130)과 실린더(120) 사이의 마찰 발생 가능성이 감소한다. 이로 인해 피스톤(130)이나 실린더(120)의 마모 또는 고장 발생 가능성이 감소하고, 냉장고(1)의 신뢰성이 향상될 수 있다.

이상과 같이 본 명세서에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 명세서가 한정되는 것은 아니며, 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있을 것이다. 아울러 앞서 본 명세서의 실시예를 설명하면서 본 명세서의 구성에 따른 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 한다.

Claims (10)

1. 압축기의 주변 온도 값을 입력받는 단계;
   상기 주변 온도 값을 미리 정해진 기준 온도 범위와 비교하는 단계; 및
   상기 주변 온도 값과 상기 기준 온도 범위의 비교 결과에 따라서 상기 압축기의 스트로크 값을 조절하는 단계를 포함하는
   리니어 압축기의 제어 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 압축기의 스트로크 값을 조절하는 단계는
   상기 압축기의 최저 스트로크 값을 상기 주변 온도 값이 속하는 기준 온도 범위와 대응되는 값으로 조절하는 단계를 포함하는
   리니어 압축기의 제어 방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 주변 온도 값이 낮아질수록 상기 최저 스트로크 값은 증가하도록 설정되는
   리니어 압축기의 제어 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 압축기의 스트로크 값을 조절하는 단계는
   상기 주변 온도 값이 미리 정해진 기준 온도 값 이상이면 상기 압축기의 최저 스트로크 값을 미리 정해진 기본 스트로크 값으로 설정하는 단계; 및
   상기 주변 온도 값이 상기 기준 온도 값 미만이면 상기 최저 스트로크 값을 상기 기본 스트로크 값보다 높은 값으로 설정하는 단계를 포함하는
   리니어 압축기의 제어 방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 압축기의 스트로크 값을 조절하는 단계는
   상기 주변 온도 값이 낮아질수록 상기 압축기의 스트로크 값이 증가하도록 설정하는 단계를 포함하는
   리니어 압축기의 제어 방법.
   
6. 내부에 저장실이 형성되는 캐비닛;
   상기 저장실에 냉기를 공급하기 위한 냉매를 압축하며 상기 캐비닛 내부에 형성되는 기계실 내부에 배치되는 압축기;
   상기 압축기의 주변 온도를 측정하는 온도 센서;
   상기 압축기의 구동을 제어하는 압축기 제어기를 포함하고,
   상기 압축기 제어기는
   상기 온도 센서에 의해서 측정되는 주변 온도 값을 입력받고, 상기 주변 온도 값을 미리 정해진 기준 온도 범위와 비교하고, 상기 주변 온도 값과 상기 기준 온도 범위의 비교 결과에 따라서 상기 압축기의 스트로크 값을 조절하는
   냉장고.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 압축기 제어기는
   상기 압축기의 최저 스트로크 값을 상기 주변 온도 값이 속하는 기준 온도 범위와 대응되는 값으로 조절하는
   냉장고.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 주변 온도 값이 낮아질수록 상기 최저 스트로크 값은 증가하도록 설정되는
   냉장고.
   
9. 제6항에 있어서,
   상기 압축기 제어기는
   상기 주변 온도 값이 미리 정해진 기준 온도 값 이상이면 상기 압축기의 최저 스트로크 값을 미리 정해진 기본 스트로크 값으로 설정하고,
   상기 주변 온도 값이 상기 기준 온도 값 미만이면 상기 최저 스트로크 값을 상기 기본 스트로크 값보다 높은 값으로 설정하는
   냉장고.
   
10. 제6항에 있어서,
    상기 압축기 제어기는
    상기 주변 온도 값이 낮아질수록 상기 압축기의 스트로크 값이 증가하도록 설정하는
    냉장고.
    

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