KR101189954B1 - 왕복동식 압축기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고정부재 내측에 가동부재가 왕복 직선 운동하면서 냉매를 압축시키는 왕복동식 압축기에 관한 것으로서, 특히 가동부재와 함께 왕복 직선 운동하는 조립체의 무게 중심을 이동시켜 마찰 손실을 저감시킬 수 있는 왕복동식 압축기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 왕복동식 압축기는 압축공간이 내부에 형성된 고정부재; 고정부재 내측에 축방향으로 왕복 직선 운동하고, 압축공간과 맞닿는 면에 냉매가 흡입되는 개구부가 구비된 가동부재; 그리고, 가동부재 내측에 위치되며, 가동부재의 무게 중심을 개구부 측으로 이동시키는 중량부재;를 포함하여 구성되기 때문에 가동부재와 함께 왕복 직선 운동하는 조립체의 무게 중심을 가동부재 내측으로 이동시키고, 그에 따라 마찰 손실을 저감시켜 압축 효율을 보다 높일 수 있다.
왕복동식 압축기, 리니어 압축기, 고정부재, 가동부재, 중량부재, 머플러 어셈블리, 소음관
Description
도 1은 종래 기술에 따른 왕복동식 압축기의 주요부 일예가 도시된 도면.
도 2는 도 1의 왕복동식 압축기의 주요부에 작용력이 도시된 도면.
도 3은 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 주요부 일예가 도시된 도면.
도 4는 도 3의 왕복동식 압축기의 주요부에 작용력이 도시된 도면이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
101 : 고정부재 102 : 가동부재
103 : 영구자석 104 : 서포터
105 : 중량부재 106 : 머플러 어셈블리
본 발명은 고정부재 내측에 가동부재가 왕복 직선 운동하면서 냉매를 압축시키는 왕복동식 압축기에 관한 것으로서, 특히 가동부재와 함께 왕복 직선 운동하는 조립체의 무게 중심을 이동시켜 마찰 손실을 저감시킬 수 있는 왕복동식 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 왕복동식 압축기는 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키도록 구성된다.
최근에는 왕복동식 압축기는 구동모터의 회전력을 피스톤의 왕복 직선 운동력으로 전환하기 위하여 크랭크 축 등과 같은 구성부품을 포함하기 때문에 운동전환에 의한 기계적인 손실이 크게 발생되는 문제점이 있는데, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 리니어 압축기가 많이 개발되고 있다.
이러한 리니어 압축기는 특히 피스톤이 왕복 직선 운동하는 리니어 모터에 직접 연결되도록 하여 운동전환에 의한 기계적인 손실이 없어 압축효율을 향상시킬 뿐 아니라 구조가 간단하고, 이러한 리니어 모터로 입력되는 전원을 제어하여 그 작동을 제어할 수 있기 때문에 다른 압축기에 비해 소음이 작아 실내에서 사용되는 냉장고 등과 같은 가전기기에 많이 적용된다.
도 1은 종래 기술에 따른 왕복동식 압축기의 주요부 일예가 도시된 도면이고, 도 2는 도 1의 왕복동식 압축기의 주요부에 작용력이 도시된 도면이다.
종래 기술에 따른 왕복동식 압축기의 일예인 리니어 압축기를 도 1을 참고로 하여 살펴보면, 고정부재(1) 내부에 가동부재(2)의 일단이 삽입된 압축공간을 형성하고, 가동부재(2)를 리니어 모터(미도시)가 왕복 직선 운동시키면, 냉매가 압축공간으로 흡입되어 압축된 다음, 토출된다.
보다 상세하게, 고정부재(1)는 원통형상인 반면, 가동부재(2)는 일단이 막힌 원통형상으로 형성되는 동시에 냉매가 압축공간으로 유입될 수 있도록 적어도 하나 이상의 개구부(2h)가 구비되되, 가동부재(2)의 외주면의 두 개의 베어링 부 분(2a,2b)이 고정부재(1)의 내주면과 맞닿도록 형성되고, 그 이외의 부분으로 오일이 유동되면서 냉각 및 윤활 역할을 하도록 한다.
또한, 리니어 모터는 이너스테이터(미도시)와 아우터스테이터(미도시) 사이에 영구자석(3)이 간극을 유지하도록 설치되되, 영구자석(3)이 이너스테이터와 아우스테이터의 상호 전자기력에 의해 축방향으로 왕복 직선 운동하게 되고, 영구자석(3)이 가동부재(2)와 연결부재(3a)로 연결됨에 따라 가동부재(2)와 영구자석(3)이 일체로 왕복 직선 운동한다.
물론, 가동부재(2)가 영구자석(3)과 함께 왕복 직선 운동하더라도 축방향으로 스프링(미도시)에 의해 탄성 지지되되, 가동부재(2)의 일단에 연결된 서포터(4)가 양측의 축방향으로 스프링에 의해 탄성 지지된다.
따라서, 가동부재(2)의 일단이 고정부재에 삽입되는 반면, 가동부재(2)의 다른 일단이 연결부재(3a) 및 영구자석(3), 서포터(4) 이외에도 중량부재(5), 머플러 어셈블리(6)와 연결된다.
이때, 머플러 어셈블리(6)는 가동부재(2)가 왕복 직선 운동함에 따라 가동부재(2) 내측으로 흡입되는 냉매의 유동 소음을 저감시키기 위하여 장착되되, 가동부재(2) 외측에 위치된 소음캡(6a), 가동부재(2) 내측에 위치된 축방향으로 긴 소음관(6b), 소음관(6b)을 소음캡(6a) 내측에 고정시키는 격벽(6c) 등으로 이루어지며, 다양한 공간을 구획하여 냉매의 유동 소음을 저감시키도록 한다.
이와 같이, 고정부재(1) 및 가동부재(2), 리니어 모터가 하나의 구조물을 이루되, 구조물 내에서 가동부재(2)를 비롯한 영구자석, 서포터(4), 머플러 어셈블 리(6)가 스프링에 의해 탄성 지지되도록 질량-스프링 구조물로 구성되기 때문에 m-k 공진을 통하여 효율을 보다 높일 수 있으며, 이를 위하여 별도의 중량부재(5)가 가동부재(2)의 다른 일단에 서포터(4)와 소음캡(6a) 사이에 볼트로 고정시킨다.
물론, 가동부재(2)의 다른 일단에 머플러 어셈블리(6) 이외에도 중량부재(5)가 장착되기 때문에 도 2에 도시된 바와 같이 구조물의 무게 중심(G)이 가동부재(2)의 다른 일단에 치우지게 된다.
보다 상세하게, 구조물의 하중에 의해 가동부재(2)의 각 베어링 부분(2a,2b)에 작용하는 하중(Ra,Rb)은 하기의 [수학식 1]에 의해 결정되고, 가동부재(2)의 각 베어링 부분(2a,2b)에 작용하는 마찰 손실의 합(T)은 역시 하기의 [수학식 2]에 의해 결정된다.
[수학식 1]
[수학식 2]
즉, 가동부재(2)의 마찰손실은 구조물의 무게 중심(G)의 위치에 따라 가변되되, 무게 중심(G)이 중간 베어링 부분(2a,2b)으로부터 멀어질수록 더 커지게 된다.
따라서, 종래의 왕복동식 압축기는 왕복 직선 운동하는 구조물에서 중량부 재(5)가 가동부재(2)의 다른 일단에 서포터(4) 및 머플러 어셈블리(6)와 함께 부착되기 때문에 구조물의 무게 중심(G)이 고정부재(1) 내측에 가동부재(2)가 접하는 베어링 부분(2a,2b)으로부터 멀어지게 되고, 이는 마찰 손실을 증가시킨다.
또한, 종래의 왕복동식 압축기는 중량부재를 고정시키기 위하여 볼트가 사용되기 때문에 조립하기 위하여 부품이 사용될 뿐 아니라 조립 시간이 길어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 중량부재의 설치 위치를 가변시켜 고정부재와 가동부재 사이의 마찰 손실을 줄일 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 중량부재를 별도의 조립부품 없이도 손쉽게 조립할 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은 압축공간이 내부에 형성된 고정부재; 고정부재 내측에 축방향으로 왕복 직선 운동하고, 압축공간과 맞닿는 면에 냉매가 흡입되는 개구부가 구비된 가동부재; 그리고, 가동부재 내측에 위치되며, 가동부재의 무게 중심을 개구부 측으로 이동시키는 중량부재;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기를 제공한다.
또한, 가동부재로 흡입되는 냉매의 흡입 소음을 저감시키기 위하여, 가동부재에 고정되는 동시에 중량부재를 가동부재에 고정시키는 머플러 어셈블리;를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기를 제공한다.
또한, 중량부재는 가동부재의 내측에 맞물리는 통형상인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기를 제공한다.
또한, 중량부재는 가동부재의 개구부로 냉매의 유동을 안내하기 위하여 일단이 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기를 제공한다.
또한, 중량부재의 일단이 가동부재의 개구부가 형성된 면에 지지되고, 중량부재의 다른 일단이 머플러 어셈블리의 일부에 지지되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기를 제공한다.
또한, 머플러 어셈블리는 가동부재 및 중량부재 내측에 축방향으로 길게 위치되고, 중량부재의 다른 일단을 축방향으로 지지하도록 일부에 반경방향으로 돌출된 지지부가 구비된 소음관;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기를 제공한다.
또한, 중량부재는 비자성 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기를 제공한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 주요부 일예가 도시된 도면이고, 도 4는 도 3의 왕복동식 압축기의 주요부에 작용력이 도시된 도면이다.
본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 일예인 리니어 압축기를 도 3을 참고로 하여 살펴보면, 고정부재(101) 내부에 가동부재(102)의 일단이 삽입되고, 가동부재(102)가 리니어 모터(미도시)에 의해 왕복 직선 운동하는 동시에 가동부재(102) 가 서포터(104)에 의해 스프링에 축방향으로 탄성 지지되되, 가동부재(102) 내측에 중량부재(105)가 머플러 어셈블리(106)에 의해 고정되도록 설치된다.
보다 상세하게, 원통형상의 고정부재(101) 내측에 일단이 막힌 가동부재(102)가 삽입되되, 가동부재(102)의 막힌 일단에 고정부재(101)와 가동부재(102) 사이에 형성된 압축공간으로 냉매가 유입되는 개구부(102h)가 구비되고, 가동부재(102)의 다른 일단에 연결부재(103a)에 의해 영구자석(103)이 연결된다.
물론, 영구자석(103)은 고정부재(101) 외측에 고정된 이너스테이터와 아우터스테이터 사이에 상호 전자기력에 의해 왕복 직선 운동하고, 서포터(104)와 연결된 가동부재(102)가 스프링에 의해 탄성 지지되는 동시에 영구자석(103)과 함께 가동부재(102) 역시 왕복 직선 운동하면서 냉매를 압축공간으로 흡입하여 압축시킨 다음, 토출시킨다.
특히, 가동부재(102)는 그 외주면에 고정부재(101) 내주면과 맞닿는 베어링 부분(102a,102b)이 구비되고, 가동부재(102) 내측에 중량부재(105)가 삽입되는 동시에 머플러 어셈블리(106)에 의해 고정되되, 중량부재(105)는 근접한 이너스테이터 및 아우터스테이터, 영구 자석(103) 사이에서 발생되는 상호 전자력의 손실을 방지하기 위하여 비자성 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
이때, 중량부재(105)는 외경이 가동부재(102)의 내경과 일치하는 원통형상으로 형성되어 중량부재(105)가 가동부재(102) 내측에 맞닿음되도록 삽입되고, 중량부재(105)의 일단이 가동부재(102)의 일단에 지지되는 동시에 중량부재(105)의 다른 일단이 머플러 어셈블리(106)의 일부에 의해 축방향으로 지지된다.
나아가, 중량부재(105)의 일단과 가동부재(102)의 개구부(102h)가 서로 간섭되는 것을 방지하는 동시에 냉매의 유동을 가동부재(102)의 개구부(102h)로 안내하기 위하여 중량부재(105)의 일단이 테이퍼지도록 경사진 경사부(105a)를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 머플러 어셈블리(106)는 기존의 구성과 마찬가지로 소음캡(106a), 소음관(106b) 및 격벽(106c)으로 이루어지되, 소음관(106b)의 일부가 반경방향으로 확장된 지지부(106b')가 중량부재(105)의 다른 일단을 축방향으로 지지하도록 조립되며, 소음관(106b)의 지지부(106b')가 확장되더라도 냉매가 유동될 수 있도록 가동부재(102)의 내경보다 소정간격을 두고 더 작게 형성되는 것이 바람직하며, 일예로 소음관(106b)의 지지부(106b')는 그 측단면이 'U' 형상을 가지도록 각각 반경방향으로 돌출되도록 구성할 수 있다.
따라서, 가동부재(102)의 일단 내측에 중량부재(105)가 삽입되되, 중량부재(105)의 경사부(105a)가 가동부재(102)의 일단 내측에 맞닿도록 삽입되고, 가동부재(102)의 다른 일단에 연결부재(103a)에 의해 영구자석(103)이 조립되는 동시에 그 외측에 서포터(104)가 조립되는 한편, 머플러 어셈블리(106)는 소음캡(106a), 소음관(106b) 및 격판(106c)이 서로 조립된 다음, 소음관(106b)이 가동부재(102)의 다른 일단 내측으로 삽입되는 동시에 소음캡(106a)이 가동부재(102)의 다른 일단에 고정된다.
이때, 중량부재(105)의 일단이 가동부재(102)의 일단 내측에 지지되는 동시에 중량부재(105)의 다른 일단이 소음관(106b)의 지지부(106b')에 의해 지지되면서 고정되기 때문에 간단하게 중량부재(105)를 고정시킬 수 있다.
상기와 같은 리니어 압축기는 도 4에 도시된 바와 같이, 가동부재(102)를 비롯하여 영구자석(103), 서포터(104) 및 머플러 어셈블리(106) 등이 일종의 질량-스프링 구조물을 형성하고, 이와 같은 질량-스프링 구조물을 m-k 공진시키기 위하여 소정의 질량을 가진 중량부재(105)를 가동부재(102) 내측에 삽입하며, 그 결과 중량부재(105)가 더해진 질량-스프링 구조물의 무게 중심은 고정부재(101)와 가동부재(102)가 접촉하는 베어링 부분(102a,102b)과 보다 가까워지게 되기 때문에 상기의 [수학식 1]에 의거하여 가동부재(102)의 각 베어링 부분(102a,102b)에 작용하는 하중(Ra,Rb)을 저감시키고, 상기의 [수학식 2]에 의거하여 가동부재(102)의 마찰 손실(T)을 줄일 수 있으며, 나아가 압축 효율을 보다 높일 수 있게 된다.
이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 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 왕복동식 압축기는 고정부재 내측에 가동부재의 일단이 삽입되고, 가동부재의 일단 내측에 중량부재가 장착되기 때문에 왕복 직선 운동하는 구조물의 무게 중심을 고정부재와 가동부재 사이의 베이링 부분과 가까운 위치로 이동시킬 수 있어 고정부재와 가동부재 사이의 마찰 손실을 줄이고, 나아가 압축 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 왕복동식 압축기는 중량부재의 일단이 가동부재의 일단 내측에 지지되는 동시에 중량부재의 다른 일단이 머플러 어셈블리의 일부에 의해 지지되도록 설치되기 때문에 별도의 조립 부품이 없더라도 조립이 용이하여 조립시간을 보다 단축시킬 수 있는 이점이 있다.
Claims (7)
- 압축공간이 내부에 형성된 고정부재;고정부재 내측에 축방향으로 왕복 직선 운동하고, 압축공간과 맞닿는 면에 냉매가 흡입되는 개구부가 구비된 가동부재; 그리고,가동부재 내측에 위치되며, 가동부재의 무게 중심을 개구부 측으로 이동시키는 중량부재;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
- 제 1 항에 있어서,가동부재로 흡입되는 냉매의 흡입 소음을 저감시키기 위하여, 가동부재에 고정되는 동시에 중량부재를 가동부재에 고정시키는 머플러 어셈블리;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,중량부재는 가동부재의 내측에 맞물리는 통형상인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
- 제 3 항에 있어서,중량부재는 가동부재의 개구부로 냉매의 유동을 안내하기 위하여 일단이 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,중량부재의 일단이 가동부재의 개구부가 형성된 면에 지지되고, 중량부재의 다른 일단이 머플러 어셈블리의 일부에 지지되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
- 제 5 항에 있어서,머플러 어셈블리는 가동부재 및 중량부재 내측에 축방향으로 길게 위치되고, 중량부재의 다른 일단을 축방향으로 지지하도록 일부에 반경방향으로 돌출된 지지부가 구비된 소음관;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,중량부재는 비자성 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
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-
2006
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Patent Citations (2)
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JPH11324955A (ja) | 1998-05-07 | 1999-11-26 | Toshiba Corp | ヘリカルブレード式圧縮機 |
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