KR100597295B1 - 리니어 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 리니어 압축기는 압축공간을 내부에 포함하는 고정부재와; 상기 고정부재 내부에서 축방향으로 왕복 직선운동하면서 상기 압축공간으로 흡입된 냉매를 압축시키는 가동부재와; 상기 가동부재를 상기 가동부재의 운동방향으로 탄성 지지하도록 설치되어 부하에 의존하여 스프링 상수(KT)가 가변되는 적어도 하나 이상의 스프링과; 상기 가동부재와 연결되도록 설치되어 상기 가동부재를 축방향으로 왕복 직선 운동시키며, 그 운전주파수(fc)를 상기 스프링 상수(KT))에 의존하는 가동부재의 고유주파수(fn)에 동기화시키는 리니어 모터로 이루어지고, 상기 가동부재는 운동방향으로 냉매가 통과할 수 있도록 중앙에 중공의 냉매유로가 형성되고, 상기 냉매유로 중 냉매가 유입되는 입구영역이 냉매가 유출되는 출구영역보다 두께가 더 얇게 구성되며, 그 결과 저주파수 영역에서도 공진 운전이 이루어지더라도 가동부재의 질량이 저감됨으로 진동 전달 특성이 향상시킬 수 있다.
리니어 압축기, 리니어 모터, 실린더, 피스톤, 머플러, 스프링, 주파수

Description

리니어 압축기{LINEAR COMPRESSOR}
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 리니어 압축기에서 부하에 따른 스트로크 및 효율이 도시된 그래프,
도 2는 냉력비에 따른 종래의 리니어 압축기 효율 및 상기 리니어 압축기가 적용된 전체 냉동사이클의 효율이 도시된 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 리니어 압축기가 도시된 측단면도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 리니어 압축기에서 부하에 따른 스트로크 및 효율이 도시된 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 리니어 압축기에서 주변 온도, 피스톤의 질량, 기계 스프링 상수, 고유주파수 가변에 따른 가스 스프링 상수 변화가 도시된 그래프,
도 6은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 가동부재가 보다 상세하게 도시된 측단면도,
도 7은 냉력비에 따른 본 발명의 리니어 압축기 효율 및 상기 리니어 압축기가 적용된 전체 냉동사이클의 효율이 도시된 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
2 : 밀폐용기 4 : 실린더
6 : 피스톤 7 : 머플러
8a,8b : 스프링 10 : 리니어 모터
12 : 이너 스테이터 14 : 아웃터 스테이터
16 : 영구자석 22 : 흡입밸브
24 : 토출밸브 어셈블리
본 발명은 가동부재가 리니어 모터에 의해 구동되어 고정부재 내측에서 왕복 직선운동하면서 냉매를 흡입, 압축, 토출시키는 리니어 압축기에 관한 것으로서, 특히 저주파수 영역에서도 공진 운전이 이루어지도록 하더라도 가동부재의 질량을 줄임으로 진동 전달 특성을 향상시킬 수 있는 리니어 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 압축기(Compressor)는 전기모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축시켜 압력을 높여주는 기계장치로써, 냉장고와 에어컨 등과 같은 가전기기 또는 산업전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.
최근에는 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키는 왕복동식 압축기 중에서, 특히 피스톤이 왕복 직선 운동하는 구동모터에 직접 연결되도록 하여 운동전환에 의한 기계적인 손실이 없어 압축효율을 향상시킬 뿐 아니라 구조가 간단한 리니어 압축기가 많이 개발되고 있다.
구체적으로, 상기 리니어 압축기는 밀폐용기 내부에 실린더가 고정되도록 설치되고, 상기 실린더 내부에 피스톤이 왕복 직선운동 가능하게 설치되며, 상기 피스톤이 상기 실린더 내부에서 왕복 직선 운동 함에 따라 상기 실린더 내부의 압축공간으로 냉매를 유입되도록 하여 압축시킨 다음, 토출시키도록 구성되며, 상기 압축공간에는 흡입밸브 어셈블리 및 토출밸브 어셈블리가 설치되어 상기 압축공간 내부의 압력에 따라 냉매의 유입 및 토출을 조절한다.
또한, 상기 피스톤에 직선 운동력을 발생시키는 리니어 모터가 서로 연결되도록 설치되는데, 상기 리니어 모터는 상기 실린더 주변에 복수개의 라미네이션이 원주방향으로 적층되도록 구성된 이너 스테이터 및 아웃터 스테이터가 소정의 간극을 두고 설치되되, 상기 이너 스테이터 또는 아웃터 스테이터 내측에는 코일이 감겨지도록 설치되며, 상기 이너 스테이터와 아웃터 스테이터 사이의 간극에는 영구자석이 상기 피스톤과 연결되도록 설치된다.
이때, 상기 영구자석은 상기 피스톤의 운동방향으로 이동 가능하게 설치되며, 상기 코일에 전류가 흐름에 따라 발생되는 전자기력에 의해 상기 피스톤의 운동방향으로 왕복 직선 운동하게 되는데, 보통 상기 리니어 모터는 일정한 운전주파수(fc)로 작동될 뿐 아니라 상기 피스톤이 소정의 스트로크(S)로 왕복 직선 운동하 도록 한다.
한편, 상기 피스톤은 상기 리니어 모터에 의해 왕복 직선 운동하더라도 운동방향으로 탄성 지지될 수 있도록 각종 스프링이 설치되는데, 구체적으로 기계 스프링의 일종인 코일 스프링이 상기 피스톤의 운동방향으로 상기 밀폐용기 및 실린더에 탄성 지지되도록 설치되며, 상기 압축공간으로 흡입된 냉매 역시 가스 스프링으로 작용하게 된다.
이때, 상기 코일 스프링은 일정한 기계 스프링 상수(Km)를 가지고, 상기 가스 스프링은 부하에 따라 가변되는 가스 스프링 상수(Kg)를 가지며, 상기 기계 스프링 상수(Km) 및 가스 스프링 상수(Kg)를 고려하여 하기의 수학식 1에 따라 피스톤(리니어 압축기)의 고유주파수(fn)가 산출된다.
[수학식 1]
Figure 112004039197108-pat00001
이와 같이 산출된 피스톤의 고유주파수(fn)는 상기 리니어 모터의 운전주파수(fc)를 결정하게 되는데, 상기 리니어 모터는 운전주파수(fn)를 상기 피스톤의 고유주파수(fn)와 일치되도록 하여 상기 공진 상태에서 운전시킴으로 효율을 높일 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 리니어 압축기에서 부하에 따른 스트로 크 및 효율이 도시된 그래프이고, 도 2는 냉력비에 따른 종래의 리니어 압축기 효율 및 상기 리니어 압축기가 적용된 전체 냉동사이클의 효율이 도시된 그래프이다.
상기와 같이 구성된 리니어 압축기는 상기 리니어 모터가 설계 상에서 고려한 부하 하에서 상기 코일 스프링의 기계 스프링 상수(Km) 및 가스 스프링의 가스 스프링 상수(Kg)에 의해 산출되는 피스톤의 고유주파수(fn)에 일치하는 운전주파수(fc)로 운전되도록 구성되기 때문에 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 단지 설계 상에서 고려한 중간부하 영역에서만 상기 리니어 모터가 공진상태에서 운전됨으로 상기 피스톤이 상사점까지 도달하면서 압축작용이 이루어지는 동시에 압축효율을 높일 수 있다.
그런데, 상기와 같은 리니어 압축기는 실제 부하가 가변됨에 따라 상기 가스 스프링의 가스 스프링 상수(Kg) 및 이를 고려하여 산출된 피스톤의 고유주파수(fn)가 변경되기 때문에 설계 상에서 고려하지 않은 저부하 영역 및 고부하 영역에서는 상기 리니어 모터가 공진상태에서 운전되지 않으므로 상기 피스톤이 상사점 이상으로 도달하여 마찰 및 마모가 발생되거나, 상기 피스톤이 상사점에 도달하지 못하여 압축력이 떨어지고, 압축효율 역시 떨어진다.
결과적으로, 종래의 리니어 압축기는 부하가 가변됨에 따라 피스톤의 고유주파수(fn)가 가변되는 반면, 리니어 모터의 운전주파수(fc)는 일정하기 때문에 상기 리니어 모터가 공진 상태에서 운전되지 않으므로 그 효율이 떨어지고, 능동적으로 부하에 대응하지 못하여 신속하게 부하를 해소할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 부하에 비례하여 입력전류를 조절하여 상기 리니어 모터의 운전주파수(fc)를 가변시키는데, 특히 도 2에 도시된 바와 같이 고부하에서 저부하로 변경됨에 따라 냉력비가 감소되면, 상기 리니어 모터의 운전주파수(fc)가 낮아지도록 제어하더라도 실제 공진 상태에서 압축작용이 이루어지지 않아 압축기 효율은 크게 떨어지나, 전체 냉동사이클의 효율이 증가함으로 실제적으로 전체 효율이 그다지 증가하지 않는다.
아울러, 종래의 리니어 압축기는 상기 리니어 모터가 중간부하 영역을 기준으로 소정의 운전주파수로 운전되는 상태에서 최소 진동 전달 특성을 가지도록 상기 피스톤의 질량이 설계되기 때문에 상기 리니어 모터가 저부하 영역에서 압축용량을 가변시키기 위하여 저주파수로 운전될 경우 상대적으로 진동 전달 특성이 나빠져 진동이 크게 전달될 뿐 아니라 마모 및 파손 등의 위험이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 부하에 따라 가변되는 피스톤의 고유주파수에 리니어 모터의 운전주파수가 동기화되도록 운전되더라도 모든 부하영역에서 피스톤이 소정의 강성을 유지하면서 진동 전달 특성을 높일 수 있도록 설계된 리니어 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 리니어 압축기는 압축공간을 내부에 포함하는 고정부재와; 상기 고정부재 내부에서 축방향으로 왕복 직선운동하면서 상기 압축공간으로 흡입된 냉매를 압축시키는 가동부재와; 상기 가동부재를 상기 가동부재의 운동방향으로 탄성 지지하도록 설치되는, 적어도 하나의 스프링;으로서, 부하에 의존하여 가변되는 스프링 상수(KT)를 가지는 적어도 하나의 스프링과; 상기 가동부재와 연결되도록 설치되어 상기 가동부재를 축방향으로 왕복 직선 운동시키며, 그 운전주파수(fc)를 상기 스프링 상수(KT)에 의존하는 가동부재의 고유주파수(fn)에 동기화시키는 리니어 모터;로 이루어지고, 상기 가동부재는 운동방향으로 냉매가 통과할 수 있도록 중앙에 중공의 냉매유로가 형성되고, 상기 냉매유로 중 냉매가 유입되는 입구영역의 가동부재의 두께가 냉매가 유출되는 출구영역의 가동부재의 두께보다 두께가 더 얇게 구성된다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 리니어 압축기가 도시된 측단면도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 리니어 압축기에서 부하에 따른 스트로크 및 효율이 도시된 그래프이다.
본 발명에 따른 리니어 압축기는 도 3에 도시된 바와 같이 밀폐용기(2) 일측에 냉매가 유,출입되는 유입관(2a) 및 유출관(2b)이 설치되고, 상기 밀폐용기(2) 내측에 실린더(4)가 고정되도록 설치되며, 상기 실린더(4) 내부의 압축공간(P)으로 흡입된 냉매를 압축시킬 수 있도록 상기 실린더(4) 내부에 상기 피스톤(6)이 왕복 직선 운동 가능하게 설치되는 동시에 상기 피스톤(6)의 운동방향에 탄성 지지되도록 각종 스프링이 설치되고, 상기 피스톤(6)은 직선 왕복 구동력을 발생시키는 리니어 모터(10)와 연결되도록 설치되되, 상기 리니어 모터(10)는 부하에 따라 피스톤의 고유주파수(fn)가 가변되더라도 소정의 주파수 추정 알고리즘에 따라 상기 피스톤의 고유주파수(fn)를 추정하고, 그에 따라 운전주파수(fc)를 동시화시키도록 제어함으로 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 상기 피스톤(6)이 상사점(TDC)까지 도달하면서 압축작용이 이루어질 뿐 아니라 모든 부하 영역에서 압축효율을 향상시킬 수 있다.
아울러, 상기 압축공간(P)과 접하고 있는 상기 피스톤(6)의 일단에 흡입밸브(22)가 설치되고, 상기 압축공간(P)과 접하고 있는 상기 실린더(4)의 일단에 토출밸브 어셈블리(24)가 설치되며, 상기 흡입밸브(22) 및 토출밸브 어셈블리(24)는 각각 상기 압축공간(P) 내부의 압력에 따라 개폐되도록 자동적으로 조절된다.
여기서, 상기 밀폐용기(2)는 내부가 밀폐되도록 상,하부 쉘이 서로 결합되도록 설치되고, 일측에 냉매가 유입되는 유입관(2a) 및 냉매가 유출되는 유출관(2b)이 설치되며, 상기 실린더(4) 내측에 상기 피스톤(6)이 왕복 직선 운동 가능하게 운동방향으로 탄성 지지되도록 설치됨과 아울러 상기 실린더(4) 외측에 상기 리니어 모터(10)가 프레임(18)에 의해 서로 조립되어 조립체를 구성하고, 이러한 조립체가 상기 밀폐용기(2) 내측 바닥면에 지지스프링(29)에 의해 탄성 지지되도록 설 치된다.
아울러, 상기 밀폐용기(2) 내부 바닥면에는 소정의 오일이 담겨지고, 상기 조립체 하단에는 오일을 펌핑하는 오일공급장치(30)가 설치됨과 아울러 상기 조립체 하측 프레임(18) 내부에는 오일을 상기 피스톤(6)과 실린더(4) 사이로 공급될 수 있도록 오일공급관(18a)이 형성되며, 이에 따라 상기 오일공급장치(30)는 상기 피스톤(6)의 왕복 직선 운동함에 따라 발생되는 진동에 의해 작동되어 오일을 펌핑하고, 이러한 오일은 상기 오일공급관(18a)을 따라 상기 피스톤(6)과 실린더(4) 사이의 간극으로 공급되어 냉각 및 윤활 작용을 하도록 한다.
다음, 상기 실린더(4)는 상기 피스톤(6)이 왕복 직선 운동할 수 있도록 중공 형상으로 형성됨과 아울러 일측에 압축공간(P)이 형성되고, 상기 유입관(2a) 내측에 일단이 근접하게 위치된 상태에서 상기 유입관(2a)과 동일 직선상에 설치되는 것이 바람직하다.
물론, 상기 실린더(4)는 상기 유입관(2a)과 근접한 일단 내부에 상기 피스톤(6)이 왕복 직선 운동 가능하게 설치되고, 상기 유입관(2a)과 반대방향 측 일단에 상기 토출밸브 어셈블리(24)가 설치된다.
이때, 상기 토출밸브 어셈블리(24)는 상기 실린더(4)의 일단 측에 소정의 토출공간을 형성하도록 설치되는 토출커버(24a)와, 상기 실린더의 압축공간(P) 측 일단을 개폐하도록 설치되는 토출밸브(24b)와, 상기 토출커버(24a)와 토출밸브(24b) 사이에 축방향으로 탄성력을 부여하는 일종의 코일 스프링인 밸브 스프링(24c)으로 이루어지되, 상기 실린더(4)의 일단 내둘레에 오링(R)이 끼움되도록 설치되어 상기 토출밸브(24a)가 상기 실린더(4) 일단을 밀착되도록 한다.
아울러, 상기 토출커버(24a)의 일측과 상기 유출관(2b) 사이에는 굴곡지게 형성된 루프 파이프(28)가 연결 설치되는데, 상기 루프 파이프(28)는 압축된 냉매가 외부로 토출될 수 있도록 안내할 뿐 아니라 상기 실린더(4), 피스톤(6), 리니어 모터(10)의 상호 작용에 의한 진동이 상기 밀폐용기(2) 전체로 전달되는 것을 완충시켜 준다.
따라서, 상기 피스톤(6)이 상기 실린더(4) 내부에서 왕복 직선 운동함에 따라 상기 압축공간(P)의 압력이 소정의 토출압력 이상이 되면, 상기 밸브 스프링(24c)이 압축되어 상기 토출밸브(24b)를 개방시키고, 냉매가 상기 압축공간(P)으로부터 토출된 다음, 상기 루프 파이프(28) 및 유출관(2b)을 따라 완전히 외부로 토출된다.
다음, 상기 피스톤(6)은 상기 유입관(2a)으로부터 유입된 냉매가 유동될 수 있도록 냉매유로(6a)가 중앙에 형성되고, 상기 유입관(2a)과 근접한 흡입영역(IN) 일단이 연결부재(17)에 의해 상기 리니어 모터(10)가 직접 연결되도록 설치됨과 아울러 상기 유입관(2a)과 반대방향 측 토출영역(OUT) 일단에 상기 흡입밸브(22)가 설치되며, 상기 피스톤(6)의 운동방향으로 각종 스프링에 의해 탄성 지지되도록 설치된다.
이때, 상기 흡입밸브(22)는 박판 형상으로 중앙부분이 상기 피스톤의 냉매유로(6a)를 개폐시키도록 중앙부분이 일부 절개되도록 형성되고, 일측이 상기 피스톤(6a)의 일단에 스크류에 의해 고정되도록 설치된다.
따라서, 상기 피스톤(6)이 상기 실린더(4) 내부에서 왕복 직선 운동함에 따라 상기 압축공간(P)의 압력이 상기 토출압력보다 더 낮은 소정의 흡입압력 이하가 되면, 상기 흡입밸브(22)가 개방되어 냉매가 상기 압축공간(P)으로 흡입되고, 상기 압축공간(P)의 압력이 소정의 흡입압력 이상이 되면, 상기 흡입밸브(22)가 닫힌 상태에서 상기 압축공간(P)의 냉매가 압축된다.
특히, 상기 피스톤(6)은 운동방향으로 탄성 지지되도록 설치되는데, 구체적으로 상기 유입관(2a)과 근접한 피스톤(6)의 일단에 반경방향으로 돌출된 피스톤 플랜지(6b)가 코일 스프링 등과 같은 기계 스프링(8a,8b)에 의해 상기 피스톤(6)의 운동방향으로 탄성 지지되고, 상기 유입관(2a)과 반대방향 측 압축공간(P)에 포함된 냉매가 자체 탄성력에 의해 가스 스프링으로 작용하여 상기 피스톤(6)을 탄성 지지하게 된다.
여기서, 상기 기계 스프링(8a,8b)은 부하와 상관없이 일정한 기계 스프링 상수(Km)를 가지되, 상기 기계 스프링(8a,8b)은 상기 피스톤 플랜지(6b)를 기준으로 상기 리니어 모터(10)에 고정되는 소정의 지지프레임(26)과 상기 실린더(4)에 각각 축방향으로 나란하게 설치되는 것이 바람직하다.
하지만, 상기 가스 스프링은 부하에 의존하는 가변되는 가스 스프링 상수(Kg)를 가지되, 상기 압축공간(P)에 포함된 가스는 주변온도가 높아질수록 냉매의 압력이 커짐에 따라 자체 탄성력이 커짐으로 상기 가스 스프링은 부하가 커질수록 가스 스프링 상수(Kg)가 커지게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 리니어 압축기에서 주변 온도, 피스톤의 질량, 기계 스프링 상수, 고유주파수 가변에 따른 가스 스프링 상수 변화가 도시된 그래프이다.
이때, 상기 가스 스프링 상수(Kg)를 도 5를 참조로 하여 살펴보면, 상기 기계 스프링 상수(Km)가 작아질수록 기계 스프링 상수(Km) 및 가스 스프링 상수(Kg)를 합한 전체 스프링 상수(KT)에 대한 상기 가스 스프링 상수(Kg)의 비율이 커지고, 주변온도가 높아질수록 즉 부하가 커질수록 상기 전체 스프링 상수(KT)에 대한 상기 가스 스프링 상수(Kg)가 차지하는 비율이 커지며, 상기 전체 스프링 상수(KT)에 대한 상기 가스 스프링 상수(Kg)가 차지하는 비율이 커질수록 상기 고유주파수(fn)의 변동이 크게 나타난다.
상기와 같은 부하에 따른 각종 변수들의 특성을 파악하여 설계 당시 가스 스프링 상수(Kg) 및 기계 스프링 상수(Km), 피스톤의 고유주파수(fn) 및 질량 등을 결정하게 된다.
다음, 상기 리니어 모터(10)는 복수개의 라미네이션(12a)이 원주방향으로 적층되도록 구성되어 상기 프레임(18)에 의해 상기 실린더(4) 외측에 고정되도록 설치되는 이너 스테이터(12)와, 코일이 감겨지도록 구성된 코일 권선체(14a) 주변에 복수개의 라미네이션(14b)이 원주방향으로 적층되도록 구성되어 상기 프레임(18)에 의해 상기 실린더(4) 외측에 상기 이너 스테이터(12)와 소정의 간극을 두고 설치되 는 아웃터 스테이터(14)와, 상기 이너 스테이터(12)와 아웃터 스테이터(14) 사이의 간극에 위치되어 상기 피스톤(6)과 연결부재(17)에 의해 연결되도록 설치되는 영구자석(16)으로 이루어지되, 상기 코일 권선체(14a)는 상기 이너 스테이터(12) 외측에 고정되도록 설치될 수도 있다.
상기와 같은 리니어 모터(10)에서 상기 코일 권선체(14a)에 전류가 인가됨에 따라 전자기력이 발생되고, 이와 같은 전자기력과 상기 영구자석(16)의 상호작용에 의해 상기 영구자석(16)이 왕복 직선 운동하게 되고, 상기 영구자석(16)과 연결된 피스톤(6)이 상기 실린더(4) 내부에서 왕복 직선 운동하게 된다.
물론, 상기 리니어 모터의 운전주파수(fc)는 소정의 주파수 추정 알고리즘에 의해 추정된 상기 피스톤의 고유주파수(fn)와 일치하도록 조절됨으로 공진운전이 이루어지도록 한다.
특히, 본 발명의 리니어 압축기는 상기 리니어 모터(10)가 30 ~ 55 Hz 의 저주파수 영역에서도 공진 운전이 이루어지도록 하여 압축기 효율 및 전체 냉동사이클의 효율을 극대화시키기 위하여 상기 피스톤의 고유주파수(fn)가 30 ~ 55 Hz 의 저주파수 영역에서 설정되도록 하는데, 이와 같이 상기 피스톤의 고유주파수(fn)가 저주파수 영역에서 설정되도록 하기 위하여 도 5에 도시된 바와 같이 기존의 리니어 압축기에서보다 상기 기계 스프링 상수(Km)를 줄임으로 상대적으로 상기 가스 스프링 상수(Kg)가 전체 스프링 상수(KT)에서 차지하는 비율이 높아지도록 구성한다.
이때, 상기 피스톤(6)은 상기 리니어 모터(10)가 저주파수 영역에서 운전되더라도 진동 전달 특성이 향상되도록 하기 위하여 기존의 리니어 압축기에서보다 질량이 더 줄어들도록 설계되는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 가동부재가 보다 상세하게 도시된 측단면도이고, 도 7은 냉력비에 따른 본 발명의 리니어 압축기 효율 및 상기 리니어 압축기가 적용된 전체 냉동사이클의 효율이 도시된 그래프이다.
구체적으로, 상기 피스톤(6)은 도 6에 도시된 바와 같이 운동방향으로 냉매유로(6a)가 관통되도록 중공형상으로 형성되되, 상기 냉매유로(6a)를 크게 냉매가 흡입되는 흡입영역(IN) 및 냉매가 토출되는 토출영역(OUT)으로 나뉘어지고, 상기 흡입영역(IN) 및 토출영역(OUT)의 외경은 동일하게 형성되지만, 상기 흡입영역의 내경(
Figure 112004041880469-pat00011
IN)이 상기 토출영역의 내경(
Figure 112004041880469-pat00012
OUT)보다 더 크게 형성되도록 구성된다.
여기서, 상기 피스톤(6)은 기존의 피스톤에 비해 상기 흡입영역(IN)의 내주면 일부가 생략된 것으로 볼 수 있으며, 그 질량을 보다 감소시켜 설계할 수 있다.
이때, 상기 피스톤의 토출영역(OUT)은 상기 실린더(4) 내부에서 왕복 직선 운동하면서 비교적 힘을 많이 받는 일종의 베어링 역할을 담당하기 때문에 소정의 강성을 유지해야 함으로 상기 피스톤의 흡입영역(IN)보다 더 두껍게 구성되는 것이 바람직하되, 상기 토출영역(OUT) 두께는 상기 흡입영역(IN) 두께보다 두 배 정도로 두껍게 구성되는 것이 더욱 바람직하다.
아울러, 상기 피스톤(6)이 왕복 직선 운동함에 따라 냉매가 상기 피스톤의 냉매유로(6a)를 따라 유동되면서 소음이 발생되는데, 이와 같은 냉매의 유동소음을 저감시키기 위하여 상기 피스톤의 흡입영역(IN)에 머플러(7)가 고정되도록 설치된다.
이때, 상기 머플러(7) 역시 상기 피스톤(6)과 함께 왕복 직선 운동하는 일종의 가동부재이기 때문에 상기 피스톤(6)의 진동 전달 특성에 영향을 미칠 수 있으므로 가볍게 설계되는 것이 바람직하되, 일예로 상기 머플러(6)는 플라스틱 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
물론, 상기 머플러(7)는 다양하게 구성될 수 있으나, 보통 운동방향으로 가늘고 길게 형성된 소음관(7a)과, 상기 소음관(7a) 입구 측에 보다 더 크게 형성된 중공의 소음 저감실(7b)로 이루어지되, 상기 소음 저감실(7b) 내측에는 다양한 주파수 대역의 소음을 저감시킬 수 있도록 복수개의 공간을 형성하기 위하여 다양한 구획판(7b') 및 관(7b'') 등이 연결 설치된다.
상기와 같이 구성된 리니어 압축기는 가스 스프링 상수(Kg)가 전체 스프링 상수(KT)에서 차지하는 비율이 크기 때문에 상기 피스톤의 고유주파수(fn)가 저주파수 영역에서 설정되고, 이때 상기 리니어 모터(10)는 소정의 주파수 추정 알고리즘을 통하여 도 5와 같은 데이터를 사용하여 가변되는 상기 피스톤의 고유주파수(fn)를 추정하고, 이에 운전주파수(fc)를 동기화함으로 저주파수 영역에서 공진 운전이 이루어지도록 함으로 도 7에 도시된 바와 같이 압축기 자체 효율을 높은 상태로 유지할 수 있을 뿐 아니라 나아가 상기와 같은 리니어 압축기가 적용된 냉동사이클 효율 역시 더 높아지도록 할 수 있다.
또한, 상기와 같이 구성된 리니어 압축기는 피스톤(6) 및 머플러(7)가 소정의 강성을 유지하는 동시에 그 질량이 기존에 비해 저감되도록 구성되기 때문에 저주파수 영역에서 왕복 운전되더라도 피스톤(6)의 진동 전달 특성을 향상시킬 수 있으므로 진동을 저감시킬 뿐 아니라 소비전력이 감소시킬 수 있다.
이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 무빙 마그네트 타입의 리니어 모터가 작동되고, 이와 연결된 피스톤이 실린더 내부에서 왕복 직선 이동되면서 냉매를 흡입, 압축, 토출시키는 리니어 압축기를 예로 들어 상세하게 설명하였다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 리니어 압축기는 기계 스프링 상수를 줄임으로 피스톤의 고유주파수가 저주파수 영역에서 설정되도록 하고, 리니어 모터의 운전주파수를 부하에 따라 피스톤의 고유주파수가 가변되더라도 주파수 추정 알고리즘에 따라 동기화시킴으로 저주파수 영역에서 공진 운전이 이루어지도록 하기 때문에 압축효율을 높일 수 있고, 나아가 피스톤 및 머플러가 소정의 강성을 유지하면서도 가볍게 제작할 수 있기 때문에 리니어 모터가 저주파수 영역에서 운전되 더라도 피스톤 및 머플러의 진동 전달 특성이 향상되어 진동을 저감시킬 수 있을 뿐 아니라 마모 및 파손의 위험을 줄일 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

  1. 압축공간을 내부에 포함하는 고정부재와;
    상기 고정부재 내부에서 축방향으로 왕복 직선운동하면서 상기 압축공간으로 흡입된 냉매를 압축시키는 가동부재와;
    상기 가동부재를 상기 가동부재의 운동방향으로 탄성 지지하도록 설치되는 적어도 하나 스프링;으로서, 부하에 의존하여 가변되는 스프링 상수(KT)를 가지는 적어도 하나의 스프링과;
    상기 가동부재와 연결되도록 설치되어 상기 가동부재를 축방향으로 왕복 직선 운동시키며, 그 운전주파수(fc)를 상기 스프링 상수(KT)에 의존하는 가동부재의 고유주파수(fn)에 동기화시키는 리니어 모터;로 이루어지고,
    상기 가동부재는 운동방향으로 냉매가 통과할 수 있도록 중앙에 중공의 냉매유로가 형성되고, 상기 냉매유로 중 냉매가 유입되는 입구영역의 가동부재의 두께가 냉매가 유출되는 출구영역의 가동부재의 두께보다 더 얇게 구성된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동부재는 상기 입구영역의 내경이 상기 출구영역의 내경보다 더 크게 형성된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가동부재는 상기 입구영역의 외경 및 출구영역의 외경이 동일하게 형성된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동부재는 상기 리니어 모터가 소정의 저주파수로 운전되더라도 상기 가동부재의 고유주파수(fn)와 동기화될 수 있도록 상기 스프링 상수(KT)를 고려하여 질량이 결정되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가동부재의 입구영역 내측에 일부 삽입된 상태로 상기 가동부재와 연결 설치되어 냉매의 유동 소음을 저감시키는 플라스틱 재질의 머플러가 더 포함되도록 구성된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101296023B1 (ko) * 2006-11-25 2013-08-16 엘지전자 주식회사 냉장고

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020025655A (ko) * 2000-09-29 2002-04-04 이마이 기요스켘 선형진동자
KR20020080572A (ko) * 2001-04-16 2002-10-26 엘지전자주식회사 왕복동식 압축기의 흡입가스 안내 시스템
KR20020090004A (ko) * 2001-05-25 2002-11-30 주식회사 엘지이아이 왕복동식 압축기의 가동자 공진주파수 조절장치
KR20030037837A (ko) * 2001-11-06 2003-05-16 엘지전자 주식회사 왕복동식 압축기의 공진주파수 조절 장치
KR20040032850A (ko) * 2002-07-16 2004-04-17 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 모터 구동 장치와, 이것을 포함한 공기 조절 장치,냉동기, 극저온 냉동기, 온수 공급 유닛 및 휴대 전화
KR20050050969A (ko) * 2003-11-26 2005-06-01 엘지전자 주식회사 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020025655A (ko) * 2000-09-29 2002-04-04 이마이 기요스켘 선형진동자
KR20020080572A (ko) * 2001-04-16 2002-10-26 엘지전자주식회사 왕복동식 압축기의 흡입가스 안내 시스템
KR20020090004A (ko) * 2001-05-25 2002-11-30 주식회사 엘지이아이 왕복동식 압축기의 가동자 공진주파수 조절장치
KR20030037837A (ko) * 2001-11-06 2003-05-16 엘지전자 주식회사 왕복동식 압축기의 공진주파수 조절 장치
KR20040032850A (ko) * 2002-07-16 2004-04-17 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 모터 구동 장치와, 이것을 포함한 공기 조절 장치,냉동기, 극저온 냉동기, 온수 공급 유닛 및 휴대 전화
KR20050050969A (ko) * 2003-11-26 2005-06-01 엘지전자 주식회사 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법

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