KR20230108158A - 왕복식 압축기 및 이를 채용한 냉장고 - Google Patents

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Abstract

본 개시의 왕복식 압축기는, 실린더와, 실린더 내부에 배치되며 압축실을 형성하는 상부벽과 상부벽으로부터 연장된 측벽을 구비하는 피스톤과, 피스톤의 상부벽의 외측에 마련되는 탄성 커버와, 피스톤이 상사 위치와 하사 위치로 이동됨에 따라서 탄성 커버를 상부벽으로부터 이격되어 압축실을 축소하는 제1상태와 상부벽에 접근된 제2상태로 변형시키는 캠 기구를 포함한다.

Description

왕복식 압축기 및 이를 채용한 냉장고{reciprocal compressor and refrigerator adopting the same}
본 개시의 실시예들은, 왕복식 압축기 및 이를 채용한 냉장고에 관한 것이다.
냉장고, 에어컨 등의 냉각 시스템은 저압의 냉매를 고압의 냉매로 압축시키는 압축기를 구비한다. 왕복식 압축기는 피스톤의 왕복 운동에 의하여 냉매를 압축시킨다. 피스톤은 상사 위치에서 하사 위치로 왕복 이동되면서 냉매 유입구를 통하여 냉매를 압축실 내부로 흡입하고, 하사 위치에서 상사 위치로 이동되면서 냉매를 압축하여 냉매 배출구를 통하여 압축실로부터 배출한다. 피스톤이 상사 위치에 위치된 때에 피스톤이 실린더에 마련된 밸브 등의 구조물과 간섭되지 않도록 하기 위하여, 상사 위치에서 피스톤의 상부벽과 실린더의 상부벽은 서로 이격된다. 피스톤이 상사 위치에 위치된 때의 압축실의 체적을 사체적(clearance volume)이라 한다.
사체적은 유효한 흡입 체적으로 사용되지 않으므로, 왕복식 압축기의 체적 효율을 높이기 위하여 사체적을 최소화할 필요가 있다. 본 개시는 사체적을 줄일 수 있는 왕복식 압축기를 제공한다. 본 개시는 체적 효율이 향상된 왕복식 압축기를 제공한다. 본 개시는 내구성이 향상된 왕복식 압축기를 제공한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 왕복식 압축기는, 냉매 흡입구와 냉매 배출구가 마련된실린더; 상기 실린더 내부에 배치되며, 압축실을 형성하는 상부벽과, 상부벽으로부터 연장된 측벽을 구비하는 피스톤; 상기 피스톤의 상부벽의 외측에 마련되는 탄성 커버; 상기 피스톤이 상사 위치와 하사 위치로 이동됨에 따라서 상기 탄성 커버를 상기 상부벽으로부터 이격되어 상기 압축실을 축소하는 제1상태와 상기 상부벽에 접근된 제2상태로 변형시키는 캠 기구;를 포함한다.
일 실시예로서, 상기 상부벽과 상기 측벽은 상기 피스톤의 내부 공간을 형성하며, 상기 상부벽에는 개구부가 마련되며, 상기 캠 기구는 상기 내부 공간에 마련되어 상기 개구부를 통하여 상기 탄성 커버를 변형시킬 수 있다.
일 실시예로서, 상기 왕복식 압축기는, 크랭크축; 상기 크랭크축과 상기 피스톤에 각각 연결되는 제1단부와 제2단부를 구비하며, 상기 크랭크축이 회전됨에 따라서 상기 피스톤을 상사 위치와 하사 위치로 이동시키는 커넥팅 로드;를 포함하며, 상기 캠 기구는 상기 커넥팅 로드에 의하여 구동될 수 있다.
일 실시예로서, 상기 캠 기구는, 상기 탄성 커버를 밀어 상기 제1상태로 변형시키는 제1위치와, 상기 탄성 커버가 상기 제2상태로 복원되도록 허용하는 제2위치로 승강될 수 있게 상기 내부 공간에 배치되는 작동 부재; 상기 커넥팅 로드의 상기 제2단부에 돌출되어 형성되며 상기 피스톤이 상기 상사 위치로 이동될 때에 상기 작동 부재를 밀어 상기 제1위치로 이동시키며 상기 피스톤이 상기 하사 위치로 이동될 때에 상기 작동 부재가 상기 제2위치로 이동되도록 허용하는 캠 돌기;를 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 작동 부재는 상기 탄성 커버의 상기 제1상태에서 상기 제2상태로의 복원력에 의하여 상기 제1위치로부터 상기 제2위치로 복귀될 수 있다.
일 실시예로서, 상기 왕복식 압축기는, 상기 작동 부재에 상기 제1위치에서 상기 제2위치로 복귀되는 방향의 탄성력을 제공하는 탄성 부재;를 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 왕복식 압축기는, 상기 탄성 커버의 상기 상부벽과 대향되는 배면에 마련되어 상기 제1위치로 이동되는 상기 작동 부재와 접촉되어 상기 탄성 커버의 마모를 방지하는 마모 방지 부재;를 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 왕복식 압축기는, 상기 피스톤의 측벽에 몰입되어 형성되는 환형의 결합 홈; 상기 탄성 커버의 외측 가장자리에 마련되며, 상기 결합 홈에 탄력적으로 삽입되는 환형의 결합 돌기;를 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 냉매 배출구는 상기 실린더의 상부벽의 중심 부근에 마련될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 왕복식 압축기는, 냉매 흡입구와 냉매 배출구가 마련된 실린더; 상기 실린더 내부에 배치되며, 개구부가 마련된 상부벽과, 상기 상부벽으로부터 연장되어 상기 상부벽과 함께 내부 공간을 형성하는 측벽을 구비하는 피스톤; 상기 피스톤의 상부벽의 외측에 마련되며, 탄성을 가진 탄성 커버;를 포함한다.
일 실시예로서, 상기 탄성 커버는 상기 상부벽으로부터 이격되어 압축실을 축소하는 제1상태와 상기 상부벽에 접근된 제2상태로 변형될 수 있다. 상기 왕복식 압축기는, 상기 피스톤이 상사 위치로 이동될 때에 상기 개구부를 통하여 상기 탄성 커버에 액세스하여 상기 탄성 커버를 상기 제1상태로 변형시키며 상기 피스톤이 하사 위치로 이동될 때에 상기 탄성 커버가 상기 제2상태로 변형되도록 허용하는 캠 기구;를 포함할 수 있다. 상기 캠 기구는 상기 내부 공간에 위치될 수 있다.
일 실시예로서, 상기 왕복식 압축기는, 크랭크축; 상기 크랭크축과 상기 피스톤에 각각 연결되는 제1단부와 제2단부를 구비하며 상기 크랭크축이 회전됨에 따라서 상기 피스톤을 상사 위치와 하사 위치로 이동시키는 커넥팅 로드;를 포함할 수 있다. 상기 캠 기구는, 상기 개구부를 통하여 상기 탄성 커버를 밀어 상기 제1상태로 변형시키는 제1위치와, 상기 탄성 커버가 상기 제2상태로 복원되도록 허용하는 제2위치로 승강될 수 있게 상기 내부 공간에 배치되는 작동 부재; 상기 커넥팅 로드의 상기 제2단부에 돌출되어 형성되며 상기 피스톤이 상기 상사 위치로 이동될 때에 상기 작동 부재를 밀어 상기 제1위치로 이동시키며 상기 피스톤이 상기 하사 위치로 이동될 때에 상기 작동 부재가 상기 제2위치로 이동되도록 허용하는 캠 돌기; 상기 작동 부재에 상기 제1위치에서 상기 제2위치로 복귀되는 방향의 탄성력을 제공하는 탄성 부재;를 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 왕복식 압축기는, 상기 탄성 커버의 상기 상부벽과 대향되는 배면에 마련되어 상기 제1위치로 이동되는 상기 작동 부재와 접촉되는 마모 방지 부재;를 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 냉매 배출구는 상기 실린더의 상부벽의 중심 부근에 마련될 수 있다.
일 실시예로서, 상기 왕복식 압축기는, 상기 피스톤의 측벽에 몰입되어 형성되는 환형의 결합 홈; 상기 탄성 커버의 외측 가장자리에 마련되며, 상기 결합 홈에 탄력적으로 삽입되는 환형의 결합 돌기;를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 냉장고는, 저장실; 상기 저장실을 냉각시키는 것으로서 전술한 왕복식 압축기를 포함하는 냉각 장치;를 포함한다.
본 개시의 왕복식 압축기에 따르면, 피스톤이 상사 위치에 위치된 때에 압축실의 체적을 감소시키는 상태로 변형되는 탄성 커버를 채용함으로써, 압축기의 체적 효율이 향상될 수 있다. 탄성 커버를 채용함으로써, 실린더의 상부 구조물과 피스톤과의 접촉에 의한 내구성 저하를 방지 내지 저감할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 왕복식 압축기의 개략적인 단면도이다.
도 2는 피스톤이 상사 위치에 위치된 상태를 보여주는 도면이다.
도 3은 피스톤이 하사 위치에 위치된 상태를 보여주는 도면이다.
도 4는 탄성 커버와 캠 기구의 일 예를 보여주는 분해 사시도이다.
도 5는 탄성 커버와 캠 기구의 일 예를 보여주는 단면도로서, 제2상태의 탄성 커버를 보여준다.
도 6은 탄성 커버와 캠 기구의 일 예를 보여주는 단면도로서, 제1상태의 탄성 커버를 보여준다.
도 7 내지 도 9는 흡입 행정과 압축 행정을 보여주는 개략적인 단면도들이다.
도 10은 왕복식 압축기의 압력-체적 선도의 일 예이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 냉장고의 개략도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 개시의 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 왕복식 압축기의 개략적인 단면도이다. 도 2는 피스톤(20)이 상사 위치(TDC)에 위치된 상태를 보여주는 도면이다. 도 3은 피스톤(20)이 하사 위치(BDC)에 위치된 상태를 보여주는 도면이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 왕복식 압축기의 일 실시예는, 실린더(10)와, 실린더(10) 내부에서 왕복 이동되면서 냉매를 흡입/압축하는 피스톤(20), 피스톤(20)을 왕복 이동시키는 모터(40)를 포함할 수 있다.
실린더(10)는 압축실(30)을 제공한다. 실린더(10)에는 냉매 흡입구(11)와, 냉매 배출구(12)가 마련된다. 냉매 흡입구(11)와 냉매 배출구(12)에는 흡입 밸브(13)와 배출 밸브(14)가 각각 마련된다. 흡입 밸브(13)와 배출 밸브(14)는 각각 냉매 흡입구(11)와 냉매 배출구(12)를 개폐한다. 흡입 밸브(13)와 배출 밸브(14)는 냉매 흡입구(11)와 냉매 배출구(12)를 통한 냉매의 일방향의 흐름을 허용하는 체크 밸브일 수 있다. 예를 들어, 흡입 밸브(13)는 냉매 흡입구(11)를 통하여 냉매가 압축실(30)로 유입되는 유입 방향의 흐름을 허용한다. 배출 밸브(14)는 냉매 배출구(12)를 통하여 냉매가 압축실(30)로부터 배출 배출 방향의 흐름을 허용한다. 냉매는 유입관(101)을 통하여 하우징(100) 내부로 유입되며, 유입관(101)은 냉매 흡입구(11)와 연결되다. 배출관(102)은 냉매 배출구(12)와 연결되며, 냉매는 배출관(102)을 통하여 하우징(100) 외부로 배출된다. 압축 행정 시, 다시 말하면, 피스톤(20)의 하사 위치(BDC)로부터 상사 위치(TDC)로 이동될 때에 냉매의 토출 유속은 실린더(10)의 중심부에서 가장 빠르다. 이러한 점을 감안하여, 냉매 배출구(12)는 실린더(10)의 상부벽의 중심 부근에 마련될 수 있다.
피스톤(20)은 실린더(10) 내부에 배치되어 압축실(30)을 형성한다. 피스톤(20)은 압축실(30)을 형성하는 상부벽(22)과, 상부벽(22)으로부터 연장된 측벽(23)을 구비할 수 있다. 피스톤(20)은 모터(40)에 의하여 상사 위치(TDC)와 하사 위치(BDC)로 왕복 이동된다. 예를 들어, 모터(40)는 크랭크 축(60)을 회전시킨다. 피스톤(20)은 커넥팅 로드(50)에 의하여 크랭크 축(60)과 연결된다. 크랭크 축(60)은 편심부(61)를 구비한다. 커넥팅 로드(50)의 제1단부(51)는 편심부(61)에 회전될 수 있게 연결된다. 커넥팅 로드(50)의 제2단부(52)는 피스톤(20)에 회전될 수 있게 연결된다. 예를 들어, 커넥팅 로드(50)의 제2단부(52)는 피스톤 핀(21)을 개재하여 피스톤(20)에 회전될 수 있게 연결될 수 있다. 크랭크 축(60)의 회전 운동은 커넥팅 로드(50)의 왕복운동으로 변환된다. 따라서, 모터(40)가 회전되면, 피스톤(20)은 실린더(10) 내부에서 상사 위치(TDC)와 하사 위치(BDC)로 왕복 이동된다.
피스톤(20)이 상사 위치(TDC)에서 하사 위치(BDC)로 이동될 때에, 압축실(30)의 용적이 증가되면서 압축실(30) 내부에 흡입 압력이 생성된다. 흡입 밸브(13)에 의하여 냉매 흡입구(11)가 개방되며 배출 밸브(14)에 의하여 냉매 배출구(12)를 폐쇄된다. 유입관(101)을 통하여 하우징(100) 내부로 유입된 냉매는 냉매 흡입구(11)를 통하여 압축실(30)로 유입된다. 피스톤(20)이 하사 위치(BDC)에서 상사 위치(TDC)로 이동되면 압축실(30)의 용적이 감소하면서 압축실(30) 내부에 배출 압력이 생성된다. 흡입 밸브(13)에 의하여 냉매 흡입구(11)가 폐쇄되며 배출 밸브(14)에 의하여 냉매 배출구(12)를 개방된다. 냉매는 압축되어 냉매 배출구(12)를 통하여 압축실(30)로부터 배출되며, 배출관(102)을 통하여 하우징(100) 외부로 배출된다.
피스톤(20)이 상사 위치(TDC)에 위치된 때에 압축실(30)의 체적이 "0"이 되는 것이 이상적이다. 그러나, 피스톤(20)과 실린더(10)의 상부 구조물, 예를 들어 흡입 밸브(13) 또는 배출 밸브(14)와의 간섭을 피하기 위하여, 피스톤(20)이 상사 위치(TDC)에 위치되더라도 압축실(30)의 체적은 "0" 이 아니다. 피스톤(20)이 상사 위치(TDC)에 위치된 때의 압축실(30)의 체적을 사체적(clearance volume)(31)이라 한다. 사체적(31)은 유효한 냉매 흡입 체적으로서 활용되지 않는다. 따라서, 사체적(31)의 존재는 왕복식 압축기의 체적 효율을 저하시키는 요인이 된다. 사체적(31)을 작게 할수록 왕복식 압축기의 체적 효율이 증가될 수 있다. 사체적(31)의 크기는 왕복식 압축기를 형성하는 부재들의 가공 정밀도에 따라서 달라질 수 있으나, 왕복식 압축기를 형성하는 부재들의 제조 오차, 조립 오차 등으로 인하여 사체적(31)을 작게 하는 데에는 한계가 있다.
본 개시의 왕복식 압축기는 사체적(31)을 최소화하고, 피스톤(20)과 실린더(10)의 상부 구조물의 간섭에 의한 내구성 감소를 최소화하기 위한 구조를 채용한다. 본 개시의 왕복식 압축기는, 피스톤(20)의 상부벽(22)의 외측에 마련되는 탄성 커버(200)와, 피스톤(20)이 상사 위치(TDC)와 하사 위치(BDC)로 이동됨에 따라서 탄성 커버(200)를 상부벽(22)으로부터 이격되어 압축실(30)을 축소하는 제1상태와 상부벽(22)에 접근된 제2상태로 각각 변형시키는 캠 기구(도 4: 300)를 포함한다.
도 4는 탄성 커버(200)와 캠 기구(300)의 일 예를 보여주는 분해 사시도이다. 도 5와 도 6은 탄성 커버(200)와 캠 기구(300)의 일 예를 보여주는 단면도들로서, 도 5는 제2상태의 탄성 커버(200)를, 도 6은 제1상태의 탄성 커버(200)를 각각 보여준다. 도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 왕복식 압축기는 탄성 커버(200)를 포함한다. 탄성 커버(200)는 예를 들어 피스톤(20)의 상부벽(22)의 외측에 위치된다. 탄성 커버(200)는 다양한 방식으로 피스톤(20)에 결합될 수 있다. 일 예로서, 피스톤(20)의 측벽(23)에 환형의 결합 홈(27)이 마련될 수 있다. 환형의 결합 홈(27)은 피스톤(20)의 측벽(23)에 몰입되어 형성될 수 있다. 탄성 커버(200)의 외측 가장자리에는 결합 홈(27)에 탄력적으로 삽입되는 환형의 결합 돌기(201)가 마련될 수 있다. 예를 들어, 결합 돌기(201)는 "L"가 형상일 수 있으며, 결합 홈(27)은 결합 돌기(201)와 상보적인 형상일 수 있다. 이와 같은 구성에 의하여, 나사 등의 체결 부재를 이용하지 않고 탄성 커버(200)를 피스톤(20)에 결합할 수 있다.
탄성 커버(200)는 도 6에 도시된 바와 같이 피스톤(20)의 상부벽(22)으로부터 이격된 제1상태와, 도 5에 도시된 바와 같이 피스톤(20)의 상부벽(22)에 인접한 제2상태를 가질 수 있다. 제1상태는 압축실(30)의 체적을 축소하는 상태이다. 탄성 커버(200)는 상부벽(22)에 대응되는 판 형상, 예를 들어 원판 형상일 수 있다. 탄성 커버(200)는 제1상태와 제2상태로 변형 가능한, 탄성을 갖는 재료로 형성될 수 있다. 탄성 커버(200)는 외력에 의하여 제2상태로부터 제1상태로 탄력적으로 변형될 수 있으며, 외력이 제거되면 제1상태로부터 제2상태로 탄력적으로 복원될 수 있다. 탄성 커버(200)는 예를 들어, 탄성을 갖는 합성 수지로 형성될 수 있다. 일 예로서, 탄성 커버(200)는 테플론 수지로 형성될 수 있다.
캠 기구(300)는 피스톤(20)이 하사 위치(BDC)로 상사 위치(BDC)로 이동될 때에 탄성 커버(200)를 상부벽(22)으로부터 이격되어 압축실(30)을 축소하는 제1상태로 탄력적으로 변형시킬 수 있다. 캠 기구(300)는 피스톤(20)이 상사 위치(TDC)로 하사 위치(BDC)로 이동될 때에 탄성 커버(200)를 상부벽(22)에 접근된 제2상태로 탄력적으로 복원되도록 허용할 수 있다. 피스톤(20)의 상부벽(22)과 측벽(23)은 내부 공간(29)을 형성할 수 있다. 캠 기구(300)는 피스톤(20)의 내부 공간(29)에 마련될 수 있다. 캠 기구(300)는 피스톤(20)의 상부벽(22)에 마련된 개구부(25)를 통하여 탄성 커버(200)를 변형시킬 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 컴팩트한 왕복식 압축기의 구현이 가능하다.
일 예로서, 캠 기구(300)는 커넥팅 로드(50)에 의하여 구동될 수 있다. 커넥팅 로드(50)는 크랭크 축(60)이 회전됨에 따라서 왕복 이동되며, 커넥팅 로드(50)의 제2단부(52)는 피스톤 핀(21)을 중심으로 요동된다. 캠 기구(300)는 커넥팅 로드(50)의 제2단부(52)의 요동에 의하여 구동될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 별도의 액추에이터를 채용하지 않고, 모터(40)의 구동력을 이용하여 캠 기구(300)를 구동할 수 있다.
일 예로서, 캠 기구(300)는 작동 부재(310)와, 캠 돌기(320)를 포함할 수 있다. 작동 부재(310)는 피스톤(20)의 내부 공간(29)에 배치될 수 있다. 작동 부재(310)는 측벽(23)을 따라서 피스톤(20)의 왕복 운동 방향으로 제1위치와 제2위치로 이동될 수 있게 내부 공간(29)에 배치될 수 있다. 작동 부재(310)는 개구부(25)에 출입하는 돌출부(311)를 구비할 수 있다. 도 6을 참조하면, 작동 부재(310)의 제1위치는 돌출부(311)가 개구부(25)를 통하여 피스톤(20)의 상부벽(22)을 넘어서 돌출되어 탄성 커버(200)를 밀어서 제1상태로 변형시키는 위치이다. 도 5를 참조하면, 작동 부재(310)의 제2위치는 돌출부(311)가 탄성 커버(200)로부터 이격되어 탄성 커버(200)가 제2상태로 탄력적으로 복귀되도록 허용하는 위치이다.
캠 돌기(320)는 커넥팅 로드(50)의 제2단부(52)에 마련될 수 있다. 캠 돌기(320)는 커넥팅 로드(50)의 제2단부(52)에 돌출되어 형성될 수 있다. 작동 부재(310)는 피스톤(20)의 상부벽(22)과 캠 돌기(320) 사이에 개재된다. 전술한 바와 같이 커넥팅 로드(50)의 제2단부(52)는 크랭크 축(60)이 회전됨에 따라서 피스톤 핀(21)을 중심으로 요동된다. 캠 돌기(320)는 피스톤(20)이 하사 위치(BDC)에 위치된 때에 도 5에 도시된 바와 같이 피스톤(20)의 상부벽(22)으로부터 후퇴된 위치에 위치되며, 피스톤(20)이 상사 위치(TDC)에 위치된 때에 도 6에 도시된 바와 같이 피스톤(20)의 상부벽(22)을 향하여 돌출된 위치에 위치된다. 캠 돌기(320)는 피스톤(20)이 상사 위치(TDC)로 이동될 때에 피스톤(20)의 상부벽(22)을 향하여 돌출되면서 작동 부재(310)를 밀어 제1위치로 이동시킨다. 캠 돌기(320)는 피스톤(20)이 하사 위치(BDC)로 이동될 때에 피스톤(20)의 상부벽(22)으로부터 멀어지는 방향으로 이동되어 작동 부재(310)가 제2위치로 이동되도록 허용한다.
피스톤(20)이 하사 위치(BDC)로 이동될 때에, 작동 부재(310)는 탄성 커버(200)의 제1상태에서 제2상태로의 복원력에 의하여 제1위치로부터 제2위치로 복귀될 수 있다. 다시 말하면, 피스톤(20)이 상사 위치(TDC)에서 하사 위치(BDC)로 이동되면 캠 돌기(320)가 작동 부재(310)로부터 이격되는 방향으로 요동되고, 작동 부재(310)가 탄성 커버(200)를 미는 힘이 제거된다. 탄성 커버(200)는 탄성 복원력에 의하여 제1상태로부터 제2상태로 복귀된다. 이때, 탄성 커버(200)는 제1위치에 위치된 작동 부재(310), 예를 들어 돌출부(311)를 누른다. 이에 의하여, 작동 부재(310)가 제1위치로부터 제2위치로 복귀될 수 있다.
캠 기구(300)의 일 실시예는, 작동 부재(310)에 제1위치로부터 제2위치로 복귀되는 방향의 탄성력을 제공하는 탄성 부재(330)를 더 구비할 수 있다. 탄성 부재(330)는 코일 스프링, 리프 스프링 등 다양한 형태로 구현될 수 있다. 일 예로서, 탄성 부재(330)는 피스톤(20)의 상부벽(22)과 작동 부재(310) 사이에 개재되는 리프 스프링에 의하여 구현될 수 있다. 탄성 부재(330)에는 작동 부재(310)의 돌출부(311)가 통과될 수 있도록 개구된 관통부(331)가 마련될 수 있다. 피스톤(20)이 상사 위치(TDC)로 이동될 때에 탄성 부재(330)가 제1위치로 이동되는 작동 부재(310)와 피스톤(20)의 상부벽(22) 사이에서 압축되며, 탄성 부재(330)에 탄성 에너지가 축적된다. 피스톤(20)이 하사 위치(BDC)로 이동될 때에 탄성 부재(330)가 복원되면서 작동 부재(310)를 캠 돌기(320) 쪽으로 탄력적으로 밀어서 제2위치로 복귀시킨다. 작동 부재(310)가 제2위치로 완전하게 복귀되지 않으면, 탄성 커버(200)가 제2상태로 복원되지 않는다. 이 경우, 압축실(30)의 유효 흡입 체적이 줄어들어 체적 효율이 저하될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 탄성 부재(330)를 채용함으로써, 작동 부재(310)가 제2위치로 완전하게 복귀될 수 있으며 탄성 커버(200)가 제2상태로 복원되어, 압축실(30)의 체적 효율의 저하가 방지될 수 있다.
왕복식 압축기의 일 실시예는, 마모 방지 부재(210)를 더 구비할 수 있다. 마모 방지 부재(210)는 피스톤(20)의 상부벽(22)과 대향되는 탄성 커버(200)의 배면 쪽에 마련될 수 있다. 마모 방지 부재(210)는 제1위치로 이동되는 작동 부재(310), 예를 들어 돌출부(311)와 접촉되어 탄성 커버(200)의 마모를 방지한다. 마모 방지 부재(210)는 탄성 커버(200)의 배면에 마련될 수 있다. 마모 방지 부재(210)는 탄성 커버(200)의 배면에 고정될 수 있다. 마모 방지 부재(210)는 탄성 커버(200)의 배면에 고정될 수 있다. 마모 방지 부재(210)는 피스톤(20)의 상부벽(22)과 탄성 커버(200) 사이에 개재될 수 있다. 마모 방지 부재(210)는 예를 들어 금속 박판일 수 있다. 마모 방지 부재(210)는 탄성을 가지는 재료로 형성될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하여, 탄성 커버(200)와 작동 부재(310)와의 직접 접촉을 차단하여, 탄성 커버(200)의 마모를 방지할 수 있으며, 왕복식 압축기의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 7 내지 도 9는 흡입 행정과 압축 행정을 보여주는 개략적인 단면도들이다. 도 7 내지 도 9를 참조하여, 왕복식 압축기의 작용을 설명한다. 먼저 도 7을 참조하면, 피스톤(20)이 하사 위치(BDC)에 위치되어 있다. 캠 돌기(320)는 중심선(CL)에 대하여 반시계 방향으로 치우진 위치에 위치되어 있다. 작동 부재(310)는 탄성 부재(330)의 탄성력에 의하여 제2위치에 위치되어 있다. 탄성 커버(200)는 피스톤(20)의 상부벽(22)에 접근된 제2상태이다. 이 상태에서 크랭크 축(60)이 시계 방향으로 회전되면, 피스톤(20)이 상사 위치(TDC)를 향하여 상승된다. 압축 행정이 개시된다. 흡입 밸브(13)는 냉매 흡입구(11)를 폐쇄한다. 압축실(30)의 체적이 축소되면서 압축실(30) 내부의 냉매가 압축된다. 배출 밸브(14)에 의하여 냉매 배출구(12)가 개방된다. 압축된 냉매는 냉매 배출구(12)를 통하여 배출된다.
캠 돌기(320)는 시계 방향으로 회전되어 중심선(CL)에 접근된다. 캠 돌기(320)는 작동 부재(310)를 상부벽(22)을 향하여 민다. 그러면, 탄성 부재(330)가 압축되면서 작동 부재(310)가 탄성 커버(200)를 향하여 접근된다. 작동 부재(310)의 돌출부(311)는 상부벽(22)에 마련된 개구부(25)를 통하여 상부벽(22)의 외측으로 돌출되면서 마모 방지 부재(210)를 개재하여 탄성 커버(200)를 민다. 탄성 커버(200)는 상부벽(22)으로부터 부분적으로 이격되기 시작한다.
도 8에 도시된 피스톤(20)이 상사 위치(TDC)에 도달되면, 캠 돌기(320)는 중심선(CL)에 정렬되며, 작동 부재(310)가 제1위치에 도달된다. 탄성 커버(200)는 작동 부재(310)에 밀려서 제1상태로 탄력적으로 변형된다. 탄성 커버(200)의 변형량에 비례하여 압축실(30)의 체적이 감소된다. 따라서, 피스톤(20)이 상사 위치(TDC)에 위치된 때의 압축실(30)의 체적, 즉 사체적이 줄어든다. 압축 행정이 완료된다.
크랭크 축(60)이 계속하여 시계 방향으로 회전되면 피스톤(20)이 하사 위치(BDC)를 향하여 하강한다. 흡입 행정이 개시된다. 배출 밸브(14)에 의하여 냉매 배출구(12)가 폐쇄된다. 흡입 밸브(13)는 냉매 흡입구(11)를 개방한다. 압축실(30)의 체적이 증가되면서 냉매 흡입구(11)를 통하여 압축실(30) 내부로 냉매가 흡입된다. 캠 돌기(320)는 시계 방향으로 회전되어 중심선(CL)으로부터 멀어진다. 캠 돌기(320)는 작동 부재(310)로부터 이격되는 방향으로 이동된다. 탄성 부재(330)가 탄력적으로 복원되면서 작동 부재(310)를 캠 돌기(320) 쪽으로 민다. 작동 부재(310)는 탄성 커버(200)로부터 이격된다. 탄성 커버(200)는 탄력적으로 복원되면서 상부벽(22)에 접근된다. 도 9에 도시된 피스톤(20)이 하사 위치(BDC)에 도달되면, 캠 돌기(320)는 중심선(CL)으로부터 시계 방향으로 이격된 위치에 위치되며, 작동 부재(310)가 제2위치에 도달된다. 탄성 커버(200)는 탄력적으로 제2상태로 복원된다. 흡입 행정이 완료된다.
크랭크 축(60)이 시계 방향으로 계속하여 회전되면, 왕복식 압축기는 도 9의 상태에서 도 8의 상태로 전환되면서 압축 행정을 수행하고, 도 8의 상태에서 도 7의 상태로 전환되면서 흡입 행정을 수행한다. 이와 같이, 캠 돌기(320)는 중심선(CL)을 기준으로 하여 시계 방향과 반시계 방향으로 요동되면서 작동 부재(310)를 승강시켜 탄성 커버(200)를 제1상태와 제2상태로 변형시킬 수 있다. 이에 의하면, 도 10에 도시된 바와 같이, 흡입 체적이 탄성 커버(200)와 캠 기구(300)를 채용하지 않은 경우에 비하여 VT만큼 증가되어 왕복식 압축기의 체적 효율이 증가될 수 있다. 제조 오차 등에 의하여 피스톤(20)이 실린더(10)의 상부 구조물, 예를 들어 흡입 밸브(13), 배출 밸브(14) 등과 접촉되더라도, 탄력을 가진 탄성 커버(200)가 피스톤(20)의 상부벽(22)의 외측에 배치되기 때문에 실린더(10)의 상부 구조물의 손상 위험을 줄일 수 있다. 또한, 탄력을 가진 탄성 커버(200)가 피스톤(20)의 상부벽(22)의 외측에 배치되기 때문에, 피스톤(20)의 상사 위치(TDC)를 더 높게 설계할 수 있으며, 사체적을 더욱 줄일 수 있다.
도 11은 본 개시의 왕복식 압축기가 채용된 냉장고의 일 실시예의 개략도이다. 도 11을 참조하면, 냉장고의 일 실시예는, 저장물, 예를 들어 식품을 저장하는 저장실과, 저장실을 냉각시키는 냉각 장치를 포함할 수 있다. 일 예로서, 저장실은 제1저장실(1100)과 제2저장실(1200)으로 구획될 수 있다. 예를 들어, 제1저장실(1100)은 냉장실일 수 있으며, 제2저장실(1200)는 냉동실일 수 있다. 냉각 장치는, 냉매를 압축하는 압축기(1001), 냉매를 응축하는 응축기(1002), 냉매를 감압하는 팽창 밸브, 및 냉매를 증발시키는 증발기를 포함할 수 있다. 일 예로서, 증발기는 제1증발기(1101)와 제2증발기(1201)를 포함할 수 있다. 제1증발기(1101)는 제1저장실(1100)을 냉각시킬 수 있다. 제2증발기(1201)는 제2저장실(1200)을 냉각시킬 수 있다. 팽창 밸브는 제1팽창 밸브(1102)와 제2팽창 밸브(1202)를 포함할 수 있다. 제1팽창 밸브(1102)는 응축기(1002)와 제1증발기(1101) 사이에 배치된다. 제2팽창 밸브(1202)는 응축기(1002)와 제2증발기(1201) 사이에 배치된다.
압축기(1001)는 외부 전원으로부터 전기 에너지를 공급받아 구동된다. 압축기(1001)는 도 1 내지 도 10에서 설명한 왕복식 압축기일 수 있다. 압축기(1001)는 유입관(101)을 통하여 증발기로부터 유입되는 기상의 냉매를 고압의 기상 냉매로 압축한다. 고압의 기상 냉매는 배출관(102)을 통하여 압축기(1001)로부터 배출되며, 응축기(1002)로 운반된다. 응축기(1002)는 고압의 기상 냉매를 고압의 액상 냉매로 응축한다. 냉각팬(1003)은 응축기(1002)를 통과하는 냉매와 외부 공기 사이에 열교환이 일어나도록 응축기(1002)에 외부 공기를 공급한다. 냉매 조절 밸브(1004)는 응축기(1002)로부터 나오는 냉매를 제1증발기(1101)와 제2증발기(1201)로 분배한다. 제1, 제2팽창 밸브(1102)(1202)는 각각 응축기(1002)로부터 제1, 제2증발기(1101)(1201)로 공급되는 고압의 액상 냉매를 감압한다. 제1, 제2증발기(1101)(1201)에서 냉매는 기-액 상변화를 거치며, 제1, 제2저장실(1100)(1200) 내부 공기와의 열교환에 의하여 제1, 제2저장실(1100)(1200)의 내부 온도를 낮춘다. 제1, 제2송풍기(1103)(1203)는 제1, 제2증발기(1101)(1201)와 제1, 제2저장실(1100)(1200)로 공기를 순환시킨다. 증발기에서 냉매가 액-기 상변화를 거치면서 저장실 내부의 열을 흡수하고, 응축기(1002)에서 냉매가 기-액 상변화를 거치면서 흡수한 열을 외부 공기로 배출한다. 이에 의하여, 저장실 내부의 온도를 낮출 수 있다.
이상에서 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

Claims (16)

  1. 냉매 흡입구와 냉매 배출구가 마련된 실린더;
    상기 실린더 내부에 배치되며, 압축실을 형성하는 상부벽과, 상부벽으로부터 연장된 측벽을 구비하는 피스톤;
    상기 피스톤의 상부벽의 외측에 마련되는 탄성 커버;
    상기 피스톤이 상사 위치와 하사 위치로 이동됨에 따라서 상기 탄성 커버를 상기 상부벽으로부터 이격되어 상기 압축실을 축소하는 제1상태와 상기 상부벽에 접근된 제2상태로 변형시키는 캠 기구;를 포함하는 왕복식 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부벽과 상기 측벽은 내부 공간을 형성하며,
    상기 상부벽에는 개구부가 마련되며,
    상기 캠 기구는 상기 내부 공간에 마련되어 상기 개구부를 통하여 상기 탄성 커버를 변형시키는 왕복식 압축기.
  3. 제2항에 있어서,
    크랭크축;
    상기 크랭크축과 상기 피스톤에 각각 연결되는 제1단부와 제2단부를 구비하며, 상기 크랭크축이 회전됨에 따라서 상기 피스톤을 상사 위치와 하사 위치로 이동시키는 커넥팅 로드;를 포함하며,
    상기 캠 기구는 상기 커넥팅 로드에 의하여 구동되는 왕복식 압축기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 캠 기구는,
    상기 탄성 커버를 밀어 상기 제1상태로 변형시키는 제1위치와, 상기 탄성 커버가 상기 제2상태로 복원되도록 허용하는 제2위치로 승강될 수 있게 상기 내부 공간에 배치되는 작동 부재;
    상기 커넥팅 로드의 상기 제2단부에 돌출되어 형성되며 상기 피스톤이 상기 상사 위치로 이동될 때에 상기 작동 부재를 밀어 상기 제1위치로 이동시키며 상기 피스톤이 상기 하사 위치로 이동될 때에 상기 작동 부재가 상기 제2위치로 이동되도록 허용하는 캠 돌기;를 포함하는 왕복식 압축기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 작동 부재는 상기 탄성 커버의 상기 제1상태에서 상기 제2상태로의 복원력에 의하여 상기 제1위치로부터 상기 제2위치로 복귀되는 왕복식 압축기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 작동 부재에 상기 제1위치에서 상기 제2위치로 복귀되는 방향의 탄성력을 제공하는 탄성 부재;를 포함하는 왕복식 압축기.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 탄성 커버의 상기 상부벽과 대향되는 배면에 마련되어 상기 제1위치로 이동되는 상기 작동 부재와 접촉되어 상기 탄성 커버의 마모를 방지하는 마모 방지 부재;를 포함하는 왕복식 압축기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 피스톤의 측벽에 몰입되어 형성되는 환형의 결합 홈;
    상기 탄성 커버의 외측 가장자리에 마련되며, 상기 결합 홈에 탄력적으로 삽입되는 환형의 결합 돌기;를 포함하는 왕복식 압축기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 배출구는 상기 실린더의 상부벽의 중심 부근에 마련되는 왕복식 압축기.
  10. 냉매 흡입구와 냉매 배출구가 마련된 실린더;
    상기 실린더 내부에 배치되며, 개구부가 마련된 상부벽과, 상기 상부벽으로부터 연장되어 상기 상부벽과 함께 내부 공간을 형성하는 측벽을 구비하는 피스톤;
    상기 피스톤의 상부벽의 외측에 마련되며, 탄성을 가진 탄성 커버;를 포함하는 왕복식 압축기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 탄성 커버는 상기 상부벽으로부터 이격되어 압축실을 축소하는 제1상태와 상기 상부벽에 접근된 제2상태로 변형가능하며,
    상기 내부 공간에 마련되며, 상기 피스톤이 상사 위치로 이동될 때에 상기 개구부를 통하여 상기 탄성 커버에 액세스하여 상기 탄성 커버를 상기 제1상태로 변형시키며, 상기 피스톤이 하사 위치로 이동될 때에 상기 탄성 커버가 상기 제2상태로 변형되도록 허용하는 캠 기구;를 더 포함하는 왕복식 압축기.
  12. 제11항에 있어서,
    크랭크축;
    상기 크랭크축과 상기 피스톤에 각각 연결되는 제1단부와 제2단부를 구비하며, 상기 크랭크축이 회전됨에 따라서 상기 피스톤을 상사 위치와 하사 위치로 이동시키는 커넥팅 로드;를 포함하며,
    상기 캠 기구는,
    상기 개구부를 통하여 상기 탄성 커버를 밀어 상기 제1상태로 변형시키는 제1위치와, 상기 탄성 커버가 상기 제2상태로 복원되도록 허용하는 제2위치로 승강될 수 있게 상기 내부 공간에 배치되는 작동 부재;
    상기 커넥팅 로드의 상기 제2단부에 돌출되어 형성되며 상기 피스톤이 상기 상사 위치로 이동될 때에 상기 작동 부재를 밀어 상기 제1위치로 이동시키며 상기 피스톤이 상기 하사 위치로 이동될 때에 상기 작동 부재가 상기 제2위치로 이동되도록 허용하는 캠 돌기;
    상기 작동 부재에 상기 제1위치에서 상기 제2위치로 복귀되는 방향의 탄성력을 제공하는 탄성 부재;를 포함하는 왕복식 압축기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 탄성 커버의 상기 상부벽과 대향되는 배면에 마련되어 상기 제1위치로 이동되는 상기 작동 부재와 접촉되는 마모 방지 부재;를 포함하는 왕복식 압축기.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 냉매 배출구는 상기 실린더의 상부벽의 중심 부근에 마련되는 왕복식 압축기.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 피스톤의 측벽에 몰입되어 형성되는 환형의 결합 홈;
    상기 탄성 커버의 외측 가장자리에 마련되며, 상기 결합 홈에 탄력적으로 삽입되는 환형의 결합 돌기;를 포함하는 왕복식 압축기.
  16. 저장실;
    상기 저장실을 냉각시키는 냉각 장치;를 포함하며,
    상기 냉각 장치는, 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 왕복식 압축기;를 포함하는 냉장고.
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