KR101076750B1 - 리니어 압축기의 공진 주파수 조절 시스템 - Google Patents

Abstract

리니어 압축기의 공진주파수를 조절하는 시스템으로서, 쉘의 내부에 리니어 모터(20), 실린더(1), 실린더(1) 내에서 왕복하는 피스톤(10), 피스톤(10)을 리니어 모터(20)에 연동상태로 결합하는 기동수단(9)을 구비하고, 상기 시스템이 리니어 모터(20)에 배출시의 기체압력에 관련하는 리니어 모터(20)의 작동상태에서 가해지는 부하를 검출하는 검출수단(D), 상기 작동상태에 따라 공진 조립체의 질량 및 피스톤(10)의 평균 행정에 관련하는 값 중의 적어도 하나를 급전 주파수에 대응하는 공진 조립체의 기계적 공진 주파수의 값으로 변경하는 것에 의해 주파수 조절을 형성하기 위해 검출수단(D) 및 공진 조립체와 연동상태로 결합되는 주파수 조절수단을 구비한다.

Description

리니어 압축기의 공진 주파수 조절 시스템{SYSTEM FOR ADJUSTING RESONANCE FREQUENCIES IN A LINEAR COMPRESSOR}

본 발명은 냉장고, 냉동고, 분수식 음수기 등과 같은 소형 냉각기기에 사용되는 리니어 압축기의 공진 주파수를 제어하고 조절하기 위한 시스템에 관한 것이다.

리니어 압축기는 상기 압축기가 냉각시켜야 할 기체 부하가 없는 상태(무부하 상태)에서, 즉 기체가 펌핑되지 않는 상태에서 작업하고 있는 경우에 그 압축기의 가동 구성요소의 질량 및 스프링 상수에 의해 획정된 기계적 공진 주파수를 발생한다. 압축기의 질량-스프링 시스템의 기계적 공진 주파수는 그 질량-스프링 설계안의 함수이고 압축기 고유의 기계적 공진 주파수를 형성한다.

압축기의 작동 중의 기계적 공진 주파수는 결정된 압력비에서 기체를 펌핑하는 상태에서(상기 압력비는 배출압력을 흡입압력으로 나눈 값으로 정의된다), 압축기의 압축실 내에 있는 냉각유체의 압축에 의한 기체 스프링 효과의 영향을 받고, 이 효과는 압력/데드 볼륨(dead volume)의 비율에 따라 높거나 낮아진다.

압축기의 질량-스프링 시스템은 위치에 따라 전력 시스템의 전기 공급 주파수에 상당히 가까운, 즉 약 50Hz 또는 60Hz의 기계적 공진 주파수를 제공하도록 설계된다. 이 목적을 달성하는 것을 운전동조(operational tuning)이라고 부른다.

압축기의 기계적 공진 주파수와 전력 시스템의 급전 주파수의 동조상태에서, 압축기에 공급되어야 하는 에너지는 기본적으로 기체 압축을 위해 소비하는 에너지와 작동 중의 가동 부품 사이의 마찰에 의해 소비되는 에너지의 합이다.

공지된 압축기의 설계는 통상 전력 시스템의 급전 주파수 보다 낮은 부하를 고려하지 않고 기계적 고유 공진 주파수를 가지는 질량-스프링 시스템을 제공한다.

냉각 시스템의 작동 중에 효율적으로 되기 위해서, 리니어 압축기는 압축기의 모터에 공급되는 전기 주파수와 동일하거나 적어도 실질적으로 동일한 기계적 공진 주파수를 가지고 있어야 한다. 이 상태에서 에너지의 축적과 해방이 평형을 이루어 동조된 작동상태를 확립하기 때문이다. 동조되지 않은 상태에서 압축기가 작동하면 동작을 유지하고 또 압축작업을 발생하기 위해 더 많은 에너지를 받을 필요가 있다.

냉각 시스템의 압축기의 작동 중에 펌핑되는 기체는 압축기의 질량-스프링 시스템에 추가의 스프링으로서 작용하고, 그 기계적 공진 주파수를 변경하여, 기계적 공진 주파수를 전력 시스템의 급전 주파수의 값으로부터 상방향 또는 하방향으로 발산할 수 있는 값으로 이행시킨다. 이 추가의 스프링, 즉 기체스프링은 압력/데드 볼륨의 비율의 함수인 평균상수를 제공한다. 기체를 실린더로부터 외방향으로 압축하면 압축 에너지의 일부가 기계적 시스템으로 복귀하여, 작업을 기계적 시스템으로 송출하여 스프링효과를 발생한다. 압력비가 증가하는 상태에서는 기체 스프링 효과가 증강되고, 기계적 공진 주파수를 증가시킨다. 데드 볼륨이 증가하는 상태에서는 압축기의 용량이 감소하면 기체 스프링 효과도 증강되고, 기계적 공진 주파수를 증가시킨다.

냉각 시스템에서는 압력은 냉각기기의 내부에 존재하는 열부하, 즉 그 내부에 존재하여 시스템이 제거시켜야 할 열을 생성하는 열부하의 원과 냉장고가 배치되어 있는 환경의 온도에 의존한다. 이것은 환경의 온도가 높은 경우 응축기의 온도가 환경의 온도보다 높아야 하고, 응축기는 냉각기기에 의해 냉각되고 있는 것의 외부에 있는 환경에 열을 전달해야 하기 때문이다.

날씨가 따뜻하거나 냉각되어야 할 부하가 많은 상태에서는 기체 압축 압력이 상승하고, 압축기는 냉각 시스템이 냉각 중의 냉매로부터 열을 제거할 수 있도록 더 많은 일을 해야 한다. 냉각 시스템 중의 압력변동은 압축기의 용량을 변화시키고, 그 기계적 공진 주파수와 전력 시스템의 급전 주파수의 동조상태를 변경한다.

결정된 상황에서는 압축기 내의 전기적 주파수와 기계적 주파수의 평형이 상실되면 기계적 주파수를 위한 기체의 펌핑을 유지하기 위하여 에너지의 요구량이 더 높아진다.

냉각기기가 오프상태로부터 온상태로 이행하는 상황에서는 이 기기의 냉각 시스템은 최대 펌핑용량의 높은 압력 피이크를 받고, 이 압력 피이크는 압축기의 기계적 공진 주파수를 증가시켜 상기 기계적 공진 주파수와 전력 시스템의 급전 주파수의 불균형의 원인이 된다. 이와 같은 상태에서 압축기의 모터는 전력 시스템의 주파수와 동일한 주파수로 기구를 유지하기 위해 작동력을 증가시켜야 한다. 모터 수율(yield)은 작동력의 함수이므로 기계적 공진 주파수가 전력 시스템의 급전 주파수와 동등해지지 평형이 유지되지 않을 때마다 모터 효율의 손실이 있다.

선행기술의 해결법으로부터 작동 중의 압축기의 기계적 공진 주파수로 급전 주파수를 조절하는 것이 알려져 있다. 상기 해결법의 하나에서는 주파수의 조절이 전자적 평형에 의해 달성되고, 전력 시스템의 주파수를 정류하고, 다음에 기계적 시스템 내에 발생하는 변화에 따라 주파수를 변경한다.

이 개념 내의 특정의 해결법에서는 압축기 모터의 속도를 변경하는 것에 의해 전자적 평형을 달성한다(브라질 특허 PI9601535-7). 그러나, 이 해결법은 고비용이 들고, 에너지 손실이 있다.

알려져 있는 선행기술의 해결법에는 기계적 공진 주파수를 조절하기 위해 작동상태에서 상기 주파수를 보정하고, 그 후에 전력 시스템의 급전 주파수와 실질적으로 동일하게 할 수 있는 해결법이 없다.

[발명의 목적]

따라서, 본 발명의 목적은 리니어 압축기의 공진주파수를 조절하기 위해 전자 제어 시스템의 고비용 및 고에너지 손실을 나타내지 않고, 적어도 결정된 작동상태에서 압축기의 기계적 공진 주파수를 압축기의 급전 주파수에 실질적으로 근접하는 값으로 제어하고 실행하는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가의 목적은 작동 중에 압축기의 데드 볼륨을 최소치에 유지하고, 최소의 에너지 손실로 최적의 용적 수율을 유지하는 전술한 바와 같은 시스템을 제공하는 것이다.

[발명의 요지]

이상의 목적 및 기타의 목적은 리니어 압축기의 기계적 공진 주파수를 조절하는 시스템으로 쉘 내에 소정의 급전 주파수를 나타내는 AC전류가 공급되는 리니어 모터와, 밸브 플레이트에 의해 폐쇄된 압축실을 내부에 형성하는 실린더와, 연속적인 흡입 및 압축 행정으로 실린더 내에서 왕복하는 피스톤, 및 피스톤을 리니어 모터에 연동상태로 결합하는 기동수단에 의해 형성되는 공진 조립체를 구비하는 시스템을 통해 달성된다. 본 발명의 기계적 공진 주파수를 조절하는 시스템은 배출시의 기체압력에 관련하는 리니어 모터의 작동상태에서 압축기의 리니어 모터에 가해지는 부하를 검출하는 검출수단과, 압축기의 배출시의 기체에서 검출되는 작동상태의 함수로서 공진 조립체의 질량 및 피스톤의 평균 행정에 관련하는 값들 중의 적어도 하나를 급전 주파수에 대응하는 공진 조립체의 기계적 공진 주파수의 값으로 변경하고, 각 압축 행정의 말기에 피스톤과 밸브 플레이트 사이의 최단거리를 변경하지 않는 상태에 유지하는 것에 의해 주파수 조절을 규정하기 위해 검출수단 및 공진 조립체와 연동하는 주파수 조절수단을 구비한다.

본 발명을 첨부된 도면을 참고하여 이하에서 설명한다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 리니어 압축기의 단순화된 개략 종방향 종단면도이다;

도 1a는 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 도 1과 유사한 개략도이다;

도 2는 밸브 플레이트의 반대측의 피스톤 사점(dead point)이 액압 또는 공기압 임펠러에 의해 변화되는 본 발명의 제1 실시예를 도시하는 도 1의 압축기의 부분 개략 종단면도이다;

도 3은 밸브 플레이트의 반대측의 피스톤 사점은 액압 또는 공기압 임펠러에 의해 변화되는 본 발명의 제2 실시예를 도시하는 도 1의 압축기의 부분 개략 종단면도이다;

도 4는 밸브 플레이트의 반대측의 피스톤 사점은 선형 변위를 가지는 캠의 형태의 기계적 임펠러에 의해 변화되는 본 발명의 제3 실시예를 도시하는 도 1의 압축기의 부분 개략 종단면도이다;

도 4a는 본 발명의 제3 실시예의 선형 변위를 가지는 캠의 다른 실시예를 도시하는 도 1의 압축기의 부분 개략 종단면도;

도 5는 밸브 플레이트의 반대측의 피스톤 사점은 로터리 캠 형태의 기계적 임펠러에 의해 변화되는 본 발명의 제4 실시예를 도시하는 도 1의 압축기의 부분 개략 종단면도이다;

도 6은 밸브 플레이트의 반대측의 피스톤 사점은 나사형의 기계적 정지수단의 형태의 기계적 임펠러에 의해 변화되는 본 발명의 제5 실시예를 도시하는 도 1의 압축기의 부분 개략 종단면도이다;

도 7은 밸브 플레이트의 반대측의 피스톤 사점은 특정의 구조를 가지는 공기압 임펠러에 의해 변화되는 본 발명의 제6 실시예를 도시하는 도 1의 압축기의 부분 개략 종단면이다;

도 8은 본 발명의 공진 주파수의 조절의 변화가 피스톤의 내부의 질량을 변동시키는 것에 의해 획득되는 본 발명의 제7 실시예를 도시하는 도 1의 압축기의 부분 개략 종단면도이다.

본 발명을 냉각 시스템에서 사용되는 유형의 리니어 모터에 의해 구동되고, 기밀성 쉘(도시생략) 내에 일단부가 밸브 플레이트(2)에 의해 폐쇄되고, 내측에는 연속적인 흡입 및 압축 행정으로 왕복하는 피스톤(10)이 설치되어 있는 실린더(1)를 포함하는 모터압축기 조립체를 구비하는 왕복압축기에 관하여 설명한다.

종래의 구조에서는 쉘의 내부 하부분이 압축기의 윤활유의 저장용기를 형성한다.

밸브 플레이트(2) 내에는 실린더(1) 내에서 피스톤(10)의 정부와 밸브 플레이트(2)의 사이에 형성된 압축실(CC)과, 압축기를 포함하는 냉각 시스템의 저압측 및 고압측과 유체연통된 상태에서 유지되는 실린더 헤드(7)의 각각의 내부 부분 사이의 선택적 유체연통을 허용하기 위해 흡입밸브(5) 및 배출밸브(6)에 의해 각각 그리고 선택적으로 폐쇄되는 압축기의 흡입 오리피스(3) 및 배출 오리피스(4)가 형성된다.

첨부 도면에 도시되는 바와 같이, 압축기는 실린더(1) 및 피스톤(10)의 주위에 장착된 리니어 모터(20)를 더 구비하고, 이것은 자석(22)이 삽입되어 리니어 모터(20)에 통전하면 축방향으로 추진되는 내부적층(21)의 스택 및 외부적층(23)의 스택을 포함한다.

도시된 구조에서, 압축기는 공진 조립체를 압축기의 비공진 조립체(C)에 결합하여 피스톤(10)의 변위방향에서 축방향으로 탄성변형이 가능한 종래의 스프링 수단(8)과, 자석(22)을 구비하는 기동수단(9)을 구비하고, 상기 기동수단(9)은 피스톤(10)을 리니어 모터에 연동상태로 결합하고, 상기 피스톤(10) 및 스프링 수단(8)과 함께 압축기의 공진 조립체를 형성한다.

리니어 모터(20)에는 전력 시스템의 급전 주파수에 대체로 대응하는 예를 들면 약 50 또는 60 Hz의 사전에 결정된 급전 주파수를 나타내는 전류가 공급된다.

본 발명에 의하면 압축기의 기계적 공진 주파수와 그 급전 주파수의 조절은 주파수를 조절하는 시스템을 통해 달성되고, 이것은 일반적으로 작동상태에서 압축기의 리니어 모터(20)에 가해지고, 배출시의 기체의 압력에 관련하는 부하를 감지하는 검출수단(D)과, 주파수 조절수단을 구비하고, 주파수 조절수단은 공진 조립체의 질량 및 피스톤(10)의 평균 행정에 관한 값 중의 적어도 하나를 급전 주파수에 대응하는 공진 조립체의 기계적 공진 주파수의 값으로 변경하고, 각 압축 행정의 말기에 피스톤(10)과 밸브 플레이트(2) 사이의 최단거리를 변경하지 않는 상태를 유지하는 것에 의해 압축기로부터 배출되는 압축기체에 대하여 검출되는 작동상태, 예를 들면 압축기의 배출시에 압축되는 기체의 압력 및 온도, 및 리니어 모터(20)의 작동전류라고 하는 상태 중의 적어도 하나에 대응하여, 주파수 조절을 형성하도록 작동상태에서 검출수단(D) 및 공진 조립체에 관련한다.

이하에서 설명하는 일 실시예에서, 본 발명의 조절시스템은 피스톤(10)의 평균 행정의 변경 및 공진 조립체의 질량의 변경에 관한 작동 중의 하나를 제공하도록 주파수 조절수단에 명령하기 위해, 압축기의 배출시의 기체의 압력 및 온도, 및 리니어 모터(20)의 작동전류 중의 하나의 작동 상태에 관한 정보를 검출수단으로부터 수신하기 위해 검출수단(D) 및 주파수 조절수단의 양자와 연동하도록 접속된 제어 유닛(30)을 포함한다.

냉각 시스템에서, 압력은 냉각 시스템이 제거해야 할 열로서 매체의 온도를 형성하는 열을 발생하는 냉각기기의 내측에서 발견되는 열부하에 의존하고, 매체의 온도가 높을수록 열을 상기 매체에 전달하기 위해 응축기의 온도도 높아져야 한다. 냉각 시스템 내의 압력은 연속적으로 변화하고, 이와 같은 변화를 보상하기 위해 압축기의 용량을 변경하는 것이 필요하다.

냉각기기, 예를 들면 냉각기가 오프상태로부터 온상태로 이행하는 상황에서 냉각 시스템에는 높은 압력 피이크가 가해지고, 기계적 공진 주파수가 증가한다.

반면에, 리니어 모터(20)에 가해지는 부하의 변동은 전류의 위상/강도의 변동을 유발하고, 그 기구의 역학적 성질은 이하의 파라메터, 즉 변위, 속도 또는 가속도 중의 하나에 의해 규정된다.

급전 주파수에 대한 기계적 공진 주파수의 조절은 이하에 의해 달성된다:

- 압력비가 상승하면 기계적 공진 주파수가 증가한다는 것을 고려하여, 배출압력/흡입압력의 비율을 변경하고;

- 행정이 증대하면 기계적 공진 주파수가 감소하는 것을 고려하여, 피스톤(10)의 행정을 변경하고;

- 데드 볼륨이 증가하면 기계적 공진 주파수가 증가한다는 것을 고려하여, 데드 볼륨을 변경하고;

- 피스톤(10)의 질량이 증가하면 기계적 공진 주파수가 감소하는 것을 고려하여, 피스톤(10)의 질량을 변경한다.

본 발명은 공진을 조절하는 시스템을 제공하고, 이것은 피스톤(10)의 평균 행정 및 압축기의 공진 조립체의 질량에 관한 값 중의 적어도 하나를 사용하고, 냉각 시스템이 요구하는 임계조건을 최소의 데드 볼륨으로 극복하기 위해 높은 압력비 조건으로 작업하도록 압축기를 동조시킨다.

도 2-7에 도시된 본 발명의 구조적 형태에 의하면 공진 조립체의 기계적 공진 주파수의 소망의 조절은 피스톤(10)의 작동평균 행정을 변경하는 주파수 조절수단에 의해 실행되고, 이것은 흡입 행정의 말기에서 피스톤(10)의 사점을 변경하는 것에 의해 획득된다.

도 2 내지 도 6에 도시된 실시예에서는 흡입 행정의 말기에 피스톤(10)의 사점을 변경하는 것은 임펠러(I)의 형태의 주파수 조절수단에 의해 실행되고, 이것은 예를 들면 액압 액츄에이터, 공기압 액츄에이터, 및 기계적 액츄에이터 등에 의해 형성할 수 있고, 이것은 피스톤(10)의 행정에 어떠한 변경도 발생하지 않는 비작동 상태와, 급전 주파수에 맞추어 공진 조립체의 기계적 공진 주파수를 조절하기 위하여 피스톤(10)의 행정을 변경하는 작동상태와의 사이에서 제어 유닛(30)에 의해 구동되도록 작동상태에서 공진 조립체 및 제어 유닛(30)에 결합된다.

임펠러(I)가 액압 액츄에이터(40)인 도 2의 실시예에서는 액압 액츄에이터는 압축기의 비공진 조립체(C)의 일부 내에 형성된 실린더(C1) 및 스프링 수단(8)에 연동상태로 결합된 플런저를 가지고, 액압 액츄에이터(40)는 압축기 쉘의 내부 또는 외부에 설치된 평형유체의 저장용기와 적절한 덕트(D1)를 통해 직접 유체연통된 상태에서 유지된다. 본 발명의 일 실시예에서는 평형유체는 압축기의 윤활유이다.

임펠러(I)가 공기압 액츄에이터(50)인 실시예에서는 공기압 액츄에이터를 비압축성의 평형유체로 기체 등의 압축성 유체를 치환하는 것만으로 도 2에 도시된 액압 액츄에이터(40)에 관하여 설명한 바와 같이 구축하는 것이 가능하다. 하나의 건설적 해결법에서는 공기압 액츄에이터(50)를 작동시키는 기체는 쉘 내에 존재하는 냉매 가스다.

도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에서는 공기압 액츄에이터(50)는 비공진 조립체(C) 및 스프링 수단(8)에 연동상태로 결합된 벨루우즈의 형태이다.

알 수 있는 바와 같이, 흡입 행정의 말기에 피스톤(10)의 흡입사점을 상응하여 변화시키기 위해 액압 또는 공기압 액츄에이터의 내부가압을 상승시키거나 하강시키면 각각의 피스톤(41, 51)의 소정의 축방향 변위를 달성할 수 있다. 흡입사점의 변화는 냉각 시스템의 작동상태의 변화에 따라 상기 주파수의 변화를 보상하는 것이 가능한 공진 조립체의 기계적 주파수의 변화를 발생시키기 위해 필요하다.

피스톤(10)의 이와 같은 행정의 변경은 압축 행정의 말기에 피스톤의 사점을, 즉 압축실(CC)의 데드 볼륨을 변경하지 않는 상태에서 유지하기 위해 실행된다.

도 4-6에 의하면, 임펠러(I)는 기계적 액츄에이터이고, 비공진 조립체(C) 및 스프링 수단(8)에 연동상태로 결합하고, 모터 또는 액압 또는 공기압 액츄에이터 형태의 구동수단(M)에 의해 작동되고, 이것은 상기 기계적 액츄에이터를 다양한 작동위치로 이동시킨다.

본 발명의 일 실시예에서, 구동수단(M)은 피스톤(10)의 평균 행정을 변경하는 명령을 제어 유닛(30)으로부터 수신하도록 제어 유닛(30)에 연동상태로 접속된 전기모터이다.

도 4에 도시된 실시예에서, 기계적 액츄에이터(60)는 선형 변위 캠(61)의 형태이고, 이것에는 예를 들면 흡입 행정의 말기에 피스톤(10)의 사점이 다양한 위치를 형성하도록 치수가 정해진 단(step; 62)이 형성되어 있다. 도시된 구조에서 선형 변위 캠(61)은 흡입 행정의 말기에 피스톤(10)의 사점에 대하여 2개의 상이한 위치결정 레벨을 형성하는 2개의 단(62)을 가지고, 상기 단(62)은 경사면(63)을 통해 상호 접합된다.

이 실시예에서, 선형 변위 캠(61)은 축방향으로 작동이 가능한 슬라이드(64)에 대항하여 작용하고, 공진 조립체(C)의 스프링 수단(8) 상에 배치된 캠 종동자를 형성한다. 슬라이드(64)는 비공진 조립체(C)에 합체된 안내수단(65)의 내부에서 실행되는 축방향 변위를 가진다.

이 도시된 실시예에서, 슬라이드는 선형 변위 캠(61)과 대면하는 슬라이드(64)의 표면에 합체된 볼록 표면을 가지는 부분과 같은 접촉부분(64a)을 구비하고, 상기 볼록 표면은 도시된 바와 같이 구형의 소형돌기(calotte)이다.

도 4a는 본 발명의 상이한 구조를 도시하는 것으로서, 기계적 액츄에이터(60)는 선형 변위 캠(61')의 형태이고, 슬라이드(64)에 관하여 설명한 바와 같이 캠 종동자를 형성하여 축방향으로 동작하는 슬라이드(64')의 대면하는 경사표면(66)에 슬라이드 상태로 위치하는 경사면(63')을 제공한다. 도 4에 도시된 구조에 관하여 설명한 바와 같이, 이 구조에서 슬라이드(64')는 공진 조립체의 스프링 수단(8) 상에 위치한다. 다른 구조에서 도 5에 도시된 바와 같이, 기계적 액츄에이터(70)는 연속적인 경사면(71a)을 제공하는 로터리 캠(71)의 형태로서, 흡입 행정의 말기에 피스톤(10)의 사점의 다양한 위치를 연속적으로 형성하도록 치수가 정해지고, 상기 로터리 캠(71)은 비공진 조립체(C)의 인접부분에 장착되고, 공진 조립체의 스프링 수단(8) 상에 위치하는 캠 종동자를 형성하는 슬라이드(72)에 작용하고, 상기 슬라이드(72)에도 연속적인 경사면(73)이 제공되어 있고, 이 연속적인 경사면에 대하여 로터리 캠(71)의 연속적 경사면(71a)이 슬라이드 상태로 배치된다.

도 6에 도시된 구조에서, 기계적 액츄에이터는 비공진 조립체(C)에 나사결합되는 기계적 스토퍼 수단(80)의 형태이고, 흡입 행정의 말기에 구동수단(M)에 의해 종방향축선을 중심으로 회전시 피스톤(10)의 사점을 변경하기 위해 공진 조립체에 연동상태로 결합된다.

도 2-6에 도시된 구조적 해결법 및 이하에서 검토되는 도 8에 도시된 구조적 해결법에서, 흡입 행정의 말기에 피스톤(10)의 사점을 변경하는 것은 제어 유닛(30)이 검출수단(D)으로부터 수신한 정보에 따라 제어 유닛(30)에 의해 지령된다.

도 7에 도시된 본 발명의 구조적 형태에서, 흡입 행정의 말기의 피스톤(10)의 사점은 압축기의 배출시의 기체압력변동에 의해 자동적으로 변경된다.

이 구조에서, 임펠러(I)는 예를 들면 도 2에 도시된 액압 액츄에이터에 관하여 설명한 바와 같이 구성된 공기압 액츄에이터(90)로서, 이것은 비공진 조립체(C)에 합체된 실린더(91)와, 실린더(91) 내에서 축방향으로 변위할 수 있는 그리고 공진 조립체의 스프링 수단(8)이 배치되는 가동형 스토퍼 수단으로서 작동하는 플런저(92)를 구비한다.

이 구조에서, 플런저(92)의 변위는 냉각 시스템에서 사용되는 냉매 가스에 의해 실린더(91)의 가압상태가 높아지거나 낮아지는 것에 의해 얻어진다.

도 7에 도시된 구조에서, 실린더(91)의 폐쇄된 단부에 적어도 하나의 개구(93)가 형성되고, 이것은 밀봉수단(110)을 수용하는 제어밸브(100)의 본체 내부와 유체연통된 상태에서 유지되고, 밀봉수단은 압축기의 배출시에 실린더(91)의 개구(93)를 차단하고, 실린더(91)의 내부를 압축기 쉘의 내부와 연통시키기 위해 폐쇄위치, 가압위치, 및 압력해제위치 사이에서 선택적으로 변위된다.

제어밸브(100)에는 적어도 2개의 통로(101)가 제공되고, 그 중 하나는 압축기 쉘의 내부에 개방되고, 상기 통로(101)의 다른 하나는 제어밸브(100)의 내부에서 밀봉수단(110)의 변위에 따라 실린더(91)의 내부와 압축기 쉘의 내부 사이의 유체연통을 선택적으로 허용하도록 실린더(91)의 폐쇄단부의 각각의 개구(93)에 대하여 개방되도록 형성된다.

밀봉수단(110)으로 개구(93)를 폐쇄하면 플런저(92)를 안정위치에 유지할 수 있고, 피스톤(10)의 결정된 행정을 형성할 수 있다. 배출압력의 상승이 발생하면 밀봉수단은 실린더(91)의 내부를 압축기 쉘과 연통하기 위해 압력해방위치로 자동적으로 변위되고, 피스톤(10)의 평균 코스를 증가시키는 것에 의해 상응하는 기계적 공진 주파수를 저하시키기에 충분하게 감압을 촉진시킨다.

반면에, 압축기의 배출압력의 감소가 발생하면 밀봉수단(110)이 가압위치로 자동적으로 변위되고, 개구(93)와 제어밸브(100)의 통로의 위치를 정렬시키는 것에 의해 실린더(91)의 내부를 압축기의 배출부와 연통시키고, 플런저(92)를 실린더(91)의 개방단부를 향해 변위시키는 것에 충분하도록 실린더(91)의 가압의 정도를 촉진하고, 이것에 의해 피스톤(10)의 평균 행정을 감소시키고, 그 결과 기계적 공진 주파수를 증가시켜 배출시의 압력저하에 의해 유발되는 기계적 공진 주파수의 저하를 보상한다.

다양한 작동위치 사이의 밀봉수단(110)의 변위는 제1 방향에서 배출기체압력에 의해 생성되는 힘의 반대방향으로 밀봉수단(110) 상에 작용하는 배출압력 자체에 의해 수행된다.

도시된 예에서, 밀봉수단(110)은 내부통로(111)를 구비하는 슬라이드 형태를 취하고, 이것은 도시된 제어밸브(100)의 구조에 설치된 각 통로(101)에 대하여 밀봉수단(110)의 상기 통로(101)를 정렬시키거나 정렬을 해제시키기 위해 배출기체압력 및 복귀탄성수단(20)에 의해 일방향 및 타방향으로 직선 변위된다.

흡입 행정의 말기에 피스톤(10)의 사점을 변경하는 것에 의해 얻어지는 피스톤(10)의 작동시의 평균 행정의 변화를 나타내는 구조에서, 본 해결법은 예를 들면 압축기에 의해 압축된 기체의 온도(또는 압력) 상승이 검출되면, 임펠러수단(I)은 자동적으로 또는 제어 유닛(30)의 명령에 의해 기계적 공진 주파수가 압축기의 급전 주파수에 맞추어 조절될 때까지 압축기의 공진 조립체의 기계적 공진 주파수를 대응하여 상승시키기에 충분한 값만큼 피스톤(10)의 평균 행정을 감소시키도록 공진 조립체 상에 작용한다.

압축기에 의해 압축된 기체의 온도(또는 압력)가 저하된 경우, 피스톤(10)의 평균 행정을 증가시키고 그 결과 압축기의 기계적 공진 주파수를 감소시키기 위해 추진수단이 공진 조립체 상에 작용한다. 피스톤(10)의 평균 행정의 이와 같은 변경은 압축 행정의 말기에 피스톤(10)의 사점, 즉 압축실(CC) 내의 데드 볼륨을 변경하지 않는 상태로 유지하도록 실행된다.

도 8에 도시된 실시예에서, 압축기의 주파수 조절은 예를 들면 피스톤(10) 및 기동수단(9)에 의해 형성된 부품 중의 적어도 하나의 질량을 변경하는 것에 의해 공진 조립체의 질량을 변경하는 주파수 조절수단에 의해 수행된다. 이 해결법에서 변경은 검출수단으로부터 수신된 정보의 함수로서 제어 유닛(30)에 의해 지령된다.

본 발명에 따르면, 질량이 변경되는 공진 조립체의 각 부분은 평형유체를 포함하고, 압축기 쉘의 내부 또는 외부에 형성된 평형유체 저장용기와 유체연통을 유지하는 내실(11)을 구비하고, 공진 조립체의 질량의 변화는 내실의 내부의 유체의 질량을 변경하는 것에 의해 실행된다.

도시된 구조에서, 공진 조립체의 질량의 변화는 예를 들면 일정한 체적으로 피스톤(10)의 내부에 형성되어 있는 내실(11)의 질량을 변경하는 것에 의해 수행되고, 상기 내실(11)은 제어 유닛(30)의 명령에 의해 상기 평형유체를 상기 내실(11)의 내외로 선택적으로 펌핑하도록 평형유체 저장용기와 유체연통하는 압축기 쉘의 내부에 설치된 평형유체 추진수단(130)과 유체연통 상태로 유지된다.

본 발명의 일 실시예에서, 평형유체는 압축기 쉘의 저부에 형성된 오일 저장용기에 제공된 압축기의 윤활유로서 규정된다.

이 실시예에 따르면, 검출수단이 제어 유닛(30)에 대해 예를 들면 압축기의 배출시에 압축되는 기체의 온도 등에서 분석 중인 파라메터의 값의 변화가 발생한 것을 통지하면 제어 유닛(30)은 평형유체 추진수단(130)에 대해 기체의 배출압력의 변동에 의해 유발되는 공진주파수의 변동을 보상하기 위한 질량을 변동시키는 것에 충분한 소정량의 평형유체를 내실(11)에 추가하거나 제거하는 목적에서 각각의 레귤레이터-액츄에이터(131)를 변위하도록 지시하고, 상기 상태는 고려되는 파라메터의 값이 압축기의 정상 작동에 대응하는 값에 도달한 것을 검출수단이 통지할 때까지 제어 유닛(30)의 지시에 의해 유지된다.

본 해결법은 예를 들면 압축기에 의해 압축된 기체의 온도(또는 압력)의 상승 등이 검출되면 제어 유닛(30)이 평형유체 추진수단(130)에 대해 압축기의 공진 조립체의 기계적 공진 주파수가 결정된 증가량이 되는 값만큼 피스톤(10)의 질량을 감소시키기에 충분한 량의 평형유체를 피스톤(10)의 내실(11)로부터 제거하도록 지시한다. 제어 유닛(30)은, 그 증가에 기인되어 압축된 기체의 온도(또는 압력)가 공진 조립체의 기계적 공진 주파수의 변화에 대응하는 소정의 값에 도달했다는 정보를 검출수단으로부터 수신하면, 평형유체 추진수단(130)에 대해 소정량의 평형유체를 내실(11)에 삽입하고, 공진 조립체의 질량을 증가시키도록 지시한다. 이 경우, 공진 조립체의 질량을 증가시키는 지시는 결과적으로 기계적 공진 주파수의 감소를 결정한다. 특히 피스톤(10)에 관하여 도시된 공진 조립체의 질량의 이와 같은 변동은 압축 행정의 말기의 피스톤(10)의 사점, 즉 압축실(CC)의 데드 볼륨을 변경하지 않는 상태에서 유지시킴으로써 실행된다.

본 발명을 실행하는 몇 가지 방법에 대해 설명하고 도시하였으나, 첨부된 청구범위에 정의된 발명의 개념 내에서 다른 실시예가 가능하다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (30)

1. 리니어 압축기의 공진주파수를 조절하는 시스템으로서, 쉘의 내부에 소정의 급전 주파수를 나타내는 AC전류가 공급되는 리니어 모터(20); 밸브 플레이트(2)에 의해 폐쇄된 압축실(CC)이 내부에 형성되는 실린더(1); 연속적인 흡입 및 압축 행정으로 실린더(1) 내에서 왕복하는 피스톤(10); 및 피스톤(10)을 리니어 모터(20)에 연동상태로 결합하는 기동수단(9)을 포함하고, 상기 피스톤(10) 및 기동수단(9)이 공진 조립체의 일부를 형성하는, 리니어 압축기의 공진주파수를 조절하는 시스템에 있어서,

   - 압축기의 배출시의 기체압력에 관련된 리니어 모터의 작동상태에서 압축기의 리니어 모터(20)에 가해지는 부하를 검출하는 검출수단(D); 및

   - 압축기의 배출시에 기체에서 검출되는 작동상태에 따라, 공진 조립체의 질량 및 피스톤(10)의 평균 행정에 관련하는 값 중의 적어도 하나를 급전 주파수에 대응하는 공진 조립체의 기계적 공진 주파수의 값으로 변경하고, 각 압축 행정의 말기에 피스톤과 밸브 플레이트 사이의 최단거리를 변경되지 않은 상태로 유지하는 것에 의해 주파수 조절을 형성하기 위해 검출수단(D) 및 공진 조립체와 연동상태로 결합되는 주파수 조절수단을 구비한다는 것을 특징으로 하는 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 검출수단(D)가 압축기의 배출시에 압축되는 기체의 압력 및 온도, 및 리니어 모터(20)의 작동전류의 조건들 중의 적어도 하나를 검출하는 것을 특징으로 하는 시스템.
3. 제 2 항에 있어서, 압축기의 배출시의 기체의 압력 및 온도, 및 리니어 모터(20)의 작동전류의 작동조건 중의 하나에 관한 정보를 검출수단(D)으로부터 수신하고, 피스톤(10)의 평균 행정의 변경 및 공진 조립체의 질량의 변경하는 동작들 중의 하나를 제공하도록 주파수 조절수단에 지시하기 위해 검출수단(D) 및 주파수 조절수단의 양자에 연동상태로 접속된 제어유닛(30)을 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
4. 제 3 항에 있어서, 공진 조립체의 질량의 변경이 기동수단(9) 및 피스톤(10)에 의해 형성된 부분의 적어도 하나의 질량을 변경하는 것에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 시스템.
5. 제 4 항에 있어서, 공진 조립체의 각 부분은 질량 변경을 위해 평형유체를 포함하고, 압축기 쉘의 내부에서 형성된 평형유체 저장용기와 유체연통된 상태로 유지되는 내실(11)을 구비하고, 공진 조립체의 질량의 변경이 내실(11) 내의 유체의 질량을 변경하는 것에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 시스템.
6. 제 5 항에 있어서, 피스톤(10)의 내실(11)이 일정한 체적을 구비하고, 상기 내실(11)의 내외로 상기 평형유체를 선택적으로 펌핑하기 위해 평형유체 저장용기와 유체연통된 쉘의 내부에 제공된 평형유체 추진수단(130)과 유체연통된 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 시스템.
7. 제 6 항에 있어서, 평형유체가 압축기 쉘의 저부에 형성된 오일 저장용기 내에 제공된 압축기의 윤활유에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
8. 제 2 항 및 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 피스톤(10)의 작동 행정의 변동이 흡입 행정의 말기에 피스톤(10)의 사점을 변경하는 것에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 시스템.
9. 제 8 항에 있어서, 흡입 행정의 말기의 피스톤(10)의 사점의 변경이 임펠러(I)의 형태의 주파수 조절수단에 의해 달성되고, 이 주파수 조절수단은 공진 조립체의 기계적 공진 주파수를 급전 공진주파수로 조절하기 위해 피스톤(10)의 행정을 변경하지 않는 비작동 상태와 피스톤(10)의 행정을 변경하는 작동상태의 사이에서 제어유닛(30)에 의해 구동되도록 제어유닛 및 공진 조립체에 연동상태로 결합되는 것을 특징으로 하는 시스템.
10. 제 9 항에 있어서, 임펠러(I)가 액압 액츄에이터(40), 공기압 액츄에이터(50), 및 기계적 액츄에이터(60)에 의해 형성된 장치들 중의 하나인 것을 특징으로 하는 시스템.
11. 제 10 항에 있어서, 액압 액츄에이터(40)가 쉘의 내부에 설치된 평형유체 저장용기와 유체연통된 상태에 유지되고, 상기 액압 액츄에이터(40)가 압축기의 비공진 부분 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
12. 제 11 항에 있어서, 공진 조립체가 공진 조립체를 압축기의 비공진 조립체(C)에 결합하는 스프링 수단(8)을 구비하는 시스템으로서, 액압 액츄에이터(40)가 스프링 수단(8)과 연동상태로 결합하는 것을 특징으로 하는 시스템.
13. 제 12 항에 있어서, 쉘의 저부에 윤활유 저장용기가 형성되는 시스템으로서, 평형유체가 압축기의 윤활유에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
14. 제 10 항에 있어서, 공기압 액츄에이터(50)가 쉘의 내부에 제공된 기체 형태의 평형유체의 저장용기와 유체연통된 상태에서 유지되고, 상기 공기압 액츄에이터(50)가 압축기의 비공진 부분 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
15. 제 14 항에 있어서, 공진 조립체가 공진 조립체를 압축기의 비공진 조립체(C)에 결합하는 스프링 수단(8)을 구비하는 시스템으로서, 공기압 액츄에이터(50)가 스프링 수단(8)과 연동상태로 결합하는 것을 특징으로 하는 시스템.
16. 제 15 항에 있어서, 공기압 액츄에이터(50)가 비공진 조립체(C)에 합체된 실린더(91), 실린더(91)의 내부에서 축방향으로 변위가능하고, 공진 조립체의 스프링 수단(8)가 배치된 가동형 스토퍼 수단으로서 작동하는 플런저(92)를 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
17. 제 16 항에 있어서, 공기압 액츄에이터(50)가 벨로우즈인 것을 특징으로 하는 시스템.
18. 제 10 항에 있어서, 기계적 액츄에이터(60, 70, 80)가 비공진 조립체(C) 및 스프링 수단(8)에 연동상태로 결합되고, 상기 기계적 액츄에이터(60, 70, 80)를 다양한 작동위치로 동작시키는 구동수단(M)에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는 시스템.
19. 제 18 항에 있어서, 구동수단(M)이 모터, 액압 액츄에이터, 및 공기압 액츄에이터에 의해 형성되는 장치들 중의 하나인 것을 특징으로 하는 시스템.
20. 제 19 항에 있어서, 구동수단(M)이 제어유닛(30)에 연동상태로 접속하는 것을 특징으로 하는 시스템.
21. 제 18 항에 있어서, 기계적 액츄에이터(60, 70)가 선형 변위캠(61, 61') 및 압축기의 비공진 조립체(C)에 결합된 로터리 캠(71)에 의해 형성된 요소들 중의 하나, 및 선형 변위캠(61, 61') 및 로터리 캠(71)에 의해 형성된 상기 요소들 중의 하나를 스프링 수단(8)에 결합하는 캠 종동자를 형성하는 슬라이드(64, 72)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
22. 제 21 항에 있어서, 선형 변위캠(61)에 흡입 행정의 말기에 피스톤(10)의 사점을 위한 다양한 위치를 형성하도록 치수가 정해진 단(62)이 제공된 것을 특징으로 하는 시스템.
23. 제 22 항에 있어서, 선형 변위캠(61)에 관련하는 슬라이드(64)가 선형 변위캠(61)에 대면하는 상기 슬라이드(64)의 표면의 접촉부분(64a)을 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
24. 제 23 항에 있어서, 접촉부분(64a)이 선형 변위캠(61)과 대면하는 슬라이드(64)의 표면에 합체된 볼록 표면부분인 것을 특징으로 하는 시스템.
25. 제 21 항에 있어서, 선형 변위캠(61')이 축방향 변위부의 슬라이드(64')의 대면하는 경사표면(66)에 슬라이드 상태에서 배치되는 하나의 경사면(63')을 제공하는 것을 특징으로 하는 시스템.
26. 제 21 항에 있어서, 로터리 캠(71)에는 슬라이드(72) 상에서 작동하는 것에 의해 흡입 행정의 말기에 피스톤(10)의 사점의 다양한 위치를 연속적으로 형성하도록 치수가 정해진 연속적 경사면(71a)이 제공되는 것을 특징으로 하는 시스템.
27. 제 18 항에 있어서, 기계적 액츄에이터는 비공진 조립체(C)에 나사결합되는 기계적 스토퍼 수단(80)을 포함하고, 이 기계적 스토퍼 수단은 종방향 축선의 주위에서 회전시 흡입 행정의 말기의 피스톤(10)의 사점을 변경하기 위해 공진 조립체에 연동상태로 결합되는 것을 특징으로 하는 시스템.
28. 제 10 항에 있어서, 평형유체가 압축기에 의해 압축되는 냉매 가스인 것을 특징으로 하는 시스템.
29. 제 28 항에 있어서, 실린더(91)의 적어도 하나의 개구(93)를 통해 공기압 액츄에이터(90)의 상기 실린더(91)와 유체연통된 상태에 유지되는 제어밸브(100)를 포함하고, 제어밸브(100)가 선택적으로 압축기의 배출시에 실린더(91)의 개구(93)를 차단하고, 실린더(91)의 내부를 압축기 쉘의 내부와 연통하기 위해 폐쇄위치, 가압위치 및 압력해제 위치 사이에서 선택적으로 변위하는 밀봉수단(110)을 수용하는 것을 특징으로 하는 시스템.
30. 제 29 항에 있어서, 밀봉수단(110)이 내부통로(111)를 구비하는 슬라이드이고, 이 슬라이드는 개구(93)에 대해 상기 내부통로(111)의 정렬상태 및 비정렬상태를 제공하기 위해 배출기체의 압력 및 복귀 탄성수단(120)에 의해 일방향 및 타방향으로 직선으로 변위가능한 것을 특징으로 하는 시스템.

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