KR101200660B1 - 리니어 압축기의 과도행정 방지구조 - Google Patents

리니어 압축기의 과도행정 방지구조 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 리니어 압축기의 과도행정 방지구조는 압축공간이 내부에 형성된 실린더와; 상기 실린더 내부에 일단이 삽입되어 상사점과 하사점 사이를 왕복 직선 운동하면서 상기 압축공간 내부의 냉매를 압축시키는 피스톤과; 상기 피스톤 일단에 상기 압축공간과 연통되도록 형성된 적어도 하나 이상의 흡입홀과; 상기 흡입홀에 설치되어 상기 압축공간 내부의 압력에 따라 개폐되면서 상기 압축공간으로 냉매의 흡입을 조절하는 흡입밸브와; 상기 실린더 일단에 상기 압축공간과 연통되도록 설치되어 상기 압축공간 내부의 압력에 따라 개폐되면서 상기 압축공간으로부터 토출공간으로 냉매의 토출을 조절하는 토출밸브 어셈블리와; 상기 실린더와 피스톤 사이에 형성되어 상기 피스톤이 상사점 이상으로 구동되는 과도 행정시 일시적으로 상기 토출공간으로부터 상기 압축공간으로 냉매를 유입시키는 바이패스 수단을 포함하여 구성된다.
리니어 압축기, 과도행정, 실린더, 피스톤, 흡입밸브, 토출밸브 어셈블리, 바이패스, 압축공간, 토출공간

Description

리니어 압축기의 과도행정 방지구조 {OVER STROKE PREVENTIVE STRUCTURE FOR LINEAR COMPRESSOR}
도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 일부가 도시된 측단면도,
도 2는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 일부가 도시된 측단면도,
도 3은 본 발명의 주요부가 도시된 사시도,
도 4는 본 발명의 주요부 일부가 절개 도시된 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 과도행정 메카니즘이 도시된 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
52 : 실린더 54 : 피스톤
56 : 흡입밸브 58 : 토출밸브 어셈블리
60 : 리니어 모터 62 : 이너스테이터
64 : 아우터스테이터 66 : 영구자석
68 : 모터 커버 70 : 바이패스용 홀
본 발명은 실린더, 피스톤 및 이를 구동시키는 리니어 모터로 이루어져 피스톤이 구동됨에 따라 실린더와 피스톤 사이에 형성된 압축공간으로 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음, 토출시키는 리니어 압축기에 관한 것으로서, 특히 피스톤이 상사점 이상으로 과도행정 운전시 토출공간으로부터 압축공간으로 고압의 냉매를 일시적으로 유입시킴으로 정상적인 작동이 이루어지도록 하는 리니어 압축기의 과도행정 방지구조에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 일부가 도시된 측단면도이다.
종래의 리니어 압축기는 도 1에 도시된 바와 같이 실린더(2) 내부에 피스톤(4) 일단이 삽입된 압축공간(P)을 형성하고, 상기 피스톤(4)을 리니어 모터(10)가 왕복 직선 운동시키면, 냉매가 상기 압축공간(P)으로 흡입되어 압축된 다음, 토출된다.
물론, 상기 실린더(2), 피스톤(4) 및 리니어 모터(10)로 이루어진 구조체는 밀폐공간인 쉘(미도시) 내부에 완충 스프링(미도시)에 의해 탄성 지지되도록 설치된다.
여기서, 상기 실린더(2)는 일단이 본체 프레임(3)에 고정되도록 설치되고, 상기 피스톤(4)은 일단이 상기 실린더(2) 내부에 삽입되어 그 내부에 압축공간(P)을 형성한다.
이때, 상기 피스톤(4) 일단에 상기 압축공간(P)과 연통되도록 형성된 흡입홀(4h)에 흡입밸브(6)가 설치되는 반면, 상기 실린더(2) 일단에 토출밸브(8a)가 개폐 가능하도록 토출공간(D)을 형성하는 토출캡(8b) 내측에 토출밸브 스프링(8c)에 의해 탄성 지지되는 토출밸브 어셈블리(8)가 설치되어 상기 압축공간(P) 내부의 압력에 따라 냉매의 흡/토출을 조절한다.
다음, 상기 리니어 모터(10)는 이너스테이터(12)와 아우터스테이터(14) 사이에서 영구자석(16)이 상호 전자기력을 발생시켜 상기 피스톤(4)을 구동시키도록 설치된다.
이때, 상기 이너스테이터(12)는 복수개의 라미네이션이 원주방향으로 적층되어 오링(O)에 의해 원통형상으로 조립되되, 일단이 상기 본체 프레임(3)에 지지되는 동시에 다른 일단이 상기 실린더(2) 외주면에 형성된 링 형상의 고정용 홈(미도시)에 압입된 일종의 'C' 형상의 고정링(C)에 의해 지지되어 축방향으로 고정되는 반면, 상기 아우터스테이터(14)는 코일 권선체에 복수개의 라미네이션이 원주방향으로 적층되도록 구성되되, 상기 이너스테이터(12)의 외주면에 반경방향으로 일정 간격을 두고 위치되도록 상기 본체 프레임(3) 및 모터 커버(18) 사이에 축방향으로 서로 볼트 고정되도록 설치된다.
또한, 상기 영구자석(16)은 상기 이너스테이터(12)와 아우터스테이터(14)와 반경방향으로 소정의 간극을 두고 상기 피스톤(4)의 다른 일단과 연결된 연결부재에 고정되도록 설치된다.
물론, 상기 영구자석(16)은 상기 이너스테이터(12)와 아우터스테이터(14) 사 이에 상호 전자기력이 발생되면, 상기 피스톤(4)의 일단을 상기 압축공간(P) 내부에서 상사점(TDC)과 하사점(BDC) 사이에서 왕복 직선 운동하도록 구동시킨다.
따라서, 상기 아우터스테이터(14)에 전압이 공급되면, 상기 이너스테이터(12) 및 아우터스테이터(14)와 영구자석(16) 사이에 상호 전자기력이 발생되어 상기 피스톤(4)을 왕복 직선 구동시키되, 상기 피스톤(2)의 일단이 상사점(TDC)과 하사점(BDC) 사이에서 왕복 직선 운동하고, 그에 따라 상기 압축공간(P) 내부의 압력이 가변되면서 상기 흡입밸브(6) 및 토출밸브(8a)가 개폐되어 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음, 토출시킨다.
이때, 상기 피스톤(4)이 상사점(TDC)에서 하사점(BDC)으로 이동되면서 상기 압축공간(P) 내부의 압력이 설정 흡입압력 이하로 낮아지는 경우, 상기 흡입밸브(6)가 개방되면서 냉매가 상기 압축공간(P)으로 흡입된다.
반면, 상기 피스톤(P)이 하사점(BDC)에서 상사점(TDC)으로 이동되면서 상기 흡입밸브(6) 및 토출밸브(8a)가 닫힌 상태에서 상기 압축공간(P) 내부의 냉매가 압축되고, 이에 따라 상기 압축공간(P) 내부의 압력이 설정 토출압력 이상으로 높아지는 경우, 상기 토출밸브(8a)가 개방되면서 냉매가 상기 압축공간(P)으로부터 토출공간(D)으로 토출되며, 이와 같은 과정을 반복하게 된다.
그러나, 종래 기술에 따른 리니어 압축기는 상기 리니어 모터(10)에 전압이 공급됨에 따라 상호 전자기력에 의해 상기 피스톤(4)이 구동되어 왕복 직선 운동하되, 극저온저압의 냉매유입 또는 외부 충격 등과 같은 부하조건, 전원의 이상 공급 등과 같은 전원조건으로 인하여 상기 피스톤(4)이 상사점(TDC) 이상으로 왕복 직선 운동하는 과도행정(Over stroke)이 이루어질 수 있으며, 이와 같은 과도행정이 이루어짐에 따라 각종 구성부품이 서로 충돌되어 부품이 손상될 수 있을 뿐 아니라 작동의 신뢰성 및 작동 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 피스톤이 상사점 이상으로 왕복 직선 운동하는 과도행정이 이루어지더라도 압축공간 내부의 압력을 증가시킴으로 신속하게 정상적인 작동이 이루어지도록 하는 리니어 압축기의 과도행정 방지구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 리니어 압축기의 과도행정 방지구조는 압축공간이 내부에 형성된 실린더와; 상기 실린더 내부에 일단이 삽입되어 상사점과 하사점 사이를 왕복 직선 운동하면서 상기 압축공간 내부의 냉매를 압축시키는 피스톤과; 상기 피스톤 일단에 상기 압축공간과 연통되도록 형성된 적어도 하나 이상의 흡입홀과; 상기 흡입홀에 설치되어 상기 압축공간 내부의 압력에 따라 개폐되면서 상기 압축공간으로 냉매의 흡입을 조절하는 흡입밸브와; 상기 실린더 일단에 상기 압축공간과 연통되도록 설치되어 상기 압축공간 내부의 압력에 따라 개폐되면서 상기 압축공간으로부터 토출공간으로 냉매의 토출을 조절하는 토 출밸브 어셈블리와; 상기 실린더와 피스톤 사이에 형성되어 상기 피스톤이 상사점 이상으로 구동되는 과도 행정시 일시적으로 상기 토출공간으로부터 상기 압축공간으로 냉매를 유입시키는 바이패스 수단을 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 일부가 도시된 측단면도이고, 도 3은 본 발명의 주요부가 도시된 사시도이며, 도 4는 본 발명의 주요부 일부가 절개 도시된 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 과도행정 메카니즘이 도시된 그래프이다.
본 발명에 따른 리니어 압축기는 도 2에 도시된 바와 같이 실린더(52) 내부에 피스톤(54) 일단이 삽입되어 압축공간(P)을 형성되고, 상기 피스톤(54)이 리니어 모터(60)에 의해 구동되면서 상기 압축공간(P)으로 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음, 토출시키되, 상기 실린더(52)와 피스톤(54) 사이에 별도로 적어도 하나 이상의 바이패스용 홀(70)을 형성하여 과도행정으로 운전되더라도 상기 압축공간(P)으로 고압의 냉매를 일시적으로 유입시킴으로 신속하게 정상적인 작동이 이루어지도록 한다.
물론, 상기 실린더(52), 피스톤(54) 및 리니어 모터(60)로 이루어진 구조체는 밀폐공간인 쉘(미도시) 내부에 완충 스프링(미도시)에 의해 지지되도록 설치되고, 상기 실린더(52)와 피스톤(54) 사이에는 상기 쉘 내부에 저장된 오일이 펌핑되어 순환되면서 냉각 및 윤활이 이루어지도록 한다.
여기서, 상기 실린더(52)의 일단이 본체 프레임(53)에 고정되고, 상기 피스톤(54)의 일단이 상기 실린더(52) 내부에 삽입되어 그 내부에 압축공간(P)을 형성하되, 상기 피스톤(54) 일단에 상기 압축공간(P)과 연통되도록 축방향으로 형성된 흡입홀(54h)에 박형의 흡입밸브(56)가 설치되는 반면, 상기 실린더(52) 일단에 토출밸브 어셈블리(58)가 설치된다.
이때, 상기 토출밸브 어셈블리(8)는 토출밸브(58a), 토출캡(58b) 및 토출밸브 스프링(58c)으로 이루어지되, 상기 토출밸브(58a)는 상기 실린더(52) 일단을 막아주도록 위치되고, 상기 토출캡(58b)이 상기 실린더(52) 일단에 결합되어 내부에 토출공간(D)을 형성하며, 상기 토출밸브 스프링(58c)이 상기 토출밸브(58a)를 상기 토출캡(58b) 내측에 탄성 지지하도록 설치되어 상기 토출밸브(58a)를 상기 압축공간(P) 내부의 압력에 따라 개폐시키도록 한다.
물론, 상기 흡입밸브(56)는 상기 압축공간(P) 내부의 압력이 설정 흡입압력 이하로 낮아지면, 개방되도록 작동되는 반면, 상기 토출밸브(58a)는 상기 압축공간(P) 내부의 압력이 설정 토출압력 이상으로 높아지면, 개방되도록 작동된다.
다음, 상기 리니어 모터(60)는 복수개의 라미네이션이 원주방향으로 적층되어 오링(O)으로 서로 고정된 이너스테이터(62)와, 코일 권선체에 복수개의 라미네이션이 원주방향으로 적층된 아우터스테이터(64)와, 상기 이너스테이터(62)와 아우터스테이터(64) 사이에서 상호 전자기력을 발생시키는 영구자석(66)으로 이루어진다.
이때, 상기 이너스테이터(62)는 일단이 상기 본체 프레임(53)에 지지되는 동 시에 다른 일단이 상기 실린더(52) 외주면에 형성된 링 형상의 고정용 홈(미도시)에 압입된 일종의 'C' 형상의 고정링(C)에 의해 지지되어 축방향으로 고정되는 반면, 상기 아우터스테이터(64)는 상기 이너스테이터(62)의 외주면에 반경방향으로 일정 간격을 두고 위치되도록 상기 본체 프레임(53) 및 모터 커버(58) 사이에 축방향으로 서로 볼트 고정되도록 설치되고, 상기 영구자석(66)은 상기 이너스테이터(62)와 아우터스테이터(64)와 반경방향으로 소정의 간극을 두고 상기 피스톤(54)의 다른 일단과 연결된 연결부재에 고정되도록 설치된다.
물론, 상기 피스톤(54)은 상기 리니어 모터(60)에 의해 왕복 직선 운동하더라도 축방향으로 탄성 지지되되, 상기 피스톤(54)의 다른 일단에 연결된 서포터(미도시)가 상기 모터 커버(68) 및 이와 운동방향으로 소정 간격을 두고 설치된 본체 커버(미도시) 사이에 복수개의 스프링(미도시)에 의해 운동방향으로 탄성 지지되도록 설치된다.
따라서, 상기 리니어 모터(60)는 상기 아우터스테이터(64)에 전압이 공급되면, 상기 이너스테이터(62)와 아우터스테이터(64) 사이에 발생된 플럭스가 상기 영구자석(66)과 상호 전자기력에 의해 상기 피스톤(54)을 왕복 직선 구동하되, 상기 피스톤(54)이 상사점(TDC)과 하사점(BDC) 사이에서 왕복 직선 운동하도록 한다.
특히, 상기 피스톤(54)은 상기 리니어 모터(60)에 의해 구동되더라도 부하조건 또는 전원조건에 의해 과도행정으로 작동될 수 있는데, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 바이패스용 홀(70)이 상기 피스톤(54)의 막힌 일단 측면에 상기 압축공간(P)과 연통되도록 반경방향으로 관통되어 과도행정시 상기 토출공간(D) 내부 의 고압의 냉매를 일시적으로 상기 압축공간(P)으로 유입되도록 한다.
즉, 정상 작동시 상기 바이패스용 홀(70)은 상기 실린더(52) 일단의 내주면과 접촉되어 상기 압축공간(P)으로 고압의 냉매가 유입되는 것을 방지하는 반면, 과도 행정시 상기 바이패스용 홀(70)은 상기 피스톤(54)의 일단이 상기 실린더(52)의 일단으로부터 노출됨에 따라 상기 토출공간(D)으로 노출되어 상기 토출공간(D) 내부의 고압의 냉매가 상기 압축공간(P)으로 일시적으로 유입되도록 한다.
이때, 상기 바이패스용 홀(70)은 상기 피스톤(54)의 막힌 일단으로부터 축방향으로 일정간격 내측에 위치되되, 상기 흡입홀(54h)과 연통되도록 구성될 수도 있다.
또한, 상기 바이패스용 홀(70)은 적어도 하나 이상이 동일한 원주 상에 일정간격을 두고 형성되어 상기 토출공간(D)으로부터 고압의 냉매가 보다 균일하고 신속하게 상기 압축공간(P)으로 유입되도록 하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 리니어 압축기의 작동을 살펴보면, 상기 아우터스테이터(64)에 전압이 공급됨에 따라 상기 이너스테이터(62) 및 아우터스테이터(64)와 영구자석(66) 사이에 상호 전자기력이 발생되어 상기 피스톤(54)을 왕복 직선 구동시키되, 상기 피스톤(52)의 일단이 상사점(TDC)과 하사점(BDC) 사이에서 왕복 직선 운동하고, 그에 따라 상기 압축공간(P) 내부의 압력이 가변되면서 상기 흡입밸브(56) 및 토출밸브(58a)가 개폐되어 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음, 토출시킨다.
이때, 상기 피스톤(54)이 상사점(TDC)에서 하사점(BDC)으로 이동되면서 상기 압축공간(P) 내부의 압력이 설정 흡입압력 이하로 낮아지는 경우, 상기 흡입밸브 (56)가 개방되면서 냉매가 상기 압축공간(P)으로 흡입된다.
반면, 상기 피스톤(P)이 하사점(BDC)에서 상사점(TDC)으로 이동되면서 상기 흡입밸브(56) 및 토출밸브(58a)가 닫힌 상태에서 상기 압축공간(P) 내부의 냉매가 압축되고, 이에 따라 상기 압축공간(P) 내부의 압력이 설정 토출압력 이상으로 높아지는 경우, 상기 토출밸브(58a)가 개방되면서 냉매가 상기 압축공간(P)으로부터 토출공간(D)으로 토출되며, 이와 같은 과정을 반복하게 된다.
한편, 부하조건 또는 전원조건으로 인하여 상기 피스톤(54)이 상사점(TDC) 이상으로 왕복 직선 운동하는 과도행정이 이루어질 수 있는데, 일예로 상기 리니어 모터(60)로 입력되는 전압이 상승함에 따라 과도행정이 이루어지는 경우를 살펴보면, 다음과 같다.
구체적으로, 상기 리니어 모터(60)로 입력되는 전압이 상승하면, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 피스톤(54)이 ① 위치 즉 상사점(TDC) 이상으로 이동되면서 과도행정이 이루어지되, 상기 바이패스용 홀(70)을 통하여 상기 토출공간(D)으로부터 상기 압축공간(P)으로 고압의 냉매가 유입됨에 따라 상기 피스톤(54)이 ② 위치 즉 역시 상사점(TDC) 이상에서 과도행정으로 운전된다.
이때, 상기 압축공간(P)의 내부 압력(Ps)에 대해 상기 토출공간(D)의 내부 압력(Pd)이 상대적으로 낮아지면서 상기 피스톤(P)이 ③ 위치 즉 다시 상사점(TDC) 이하로 이동되면서 정상행정이 이루어진다.
결과적으로, 상기 리니어 압축기의 운전 특성상 상기 압축공간(P)의 내부 압력(Ps)에 대한 상기 토출공간(D)의 내부 압력(Pd) 비율이 클수록 상기 압축공간(P) 의 내부 압력(Ps)과 상기 토출공간(D)의 내부 압력(Pd)이 불균형을 이루면서 과도행정이 이루어질 확률이 커지게 된다.
따라서, 이를 고려하여 과도행정이 이루어지더라도 상기 바이패스용 홀(70)을 통하여 상기 토출공간(D)의 내부 압력(Pd)을 신속하게 낮추어 주는 동시에 상기 압축공간(P)의 내부 압력(Ps)을 신속하게 높여주기 때문에 상기 압축공간(P)의 내부 압력(Ps)과 상기 토출공간(D)의 내부 압력(Pd)이 균형을 이루도록 하여 과도행정이 해지되고, 정상행정이 이루어지도록 구현할 수 있다.
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 리니어 압축기의 과도행정 방지구조는 피스톤 일단에 흡입홀 이외에 별도의 바이패스용 홀을 형성하여 피스톤이 상사점 이상으로 왕복 직선 운동하는 과도행정이 이루어지더라도 바이패스용 홀을 통하여 토출공간으로부터 압축공간으로 고압의 냉매가 유입되도록 하여 압축공간의 내부 압력과 토출공간의 내부 압력이 균형을 이루도록 하기 때문에 과도행정이 발생되더라도 신속하게 정상적인 작동이 이루어지도록 하고, 그에 따라 각종 구성부품 사이 에 충돌을 방지하여 부품의 손상을 방지할 뿐 아니라 작동의 신뢰성 및 작동 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.

Claims (3)

  1. 압축공간이 내부에 형성된 실린더와;
    상기 실린더 내부에 일단이 삽입되어 상사점과 하사점 사이를 왕복 직선 운동하면서 상기 압축공간 내부의 냉매를 압축시키는 피스톤과;
    상기 피스톤 일단에 상기 압축공간과 연통되도록 형성된 적어도 하나 이상의 흡입홀과;
    상기 흡입홀에 설치되어 상기 압축공간 내부의 압력에 따라 개폐되면서 상기 압축공간으로 냉매의 흡입을 조절하는 흡입밸브와;
    상기 실린더 일단에 상기 압축공간과 연통되도록 설치되어 상기 압축공간 내부의 압력에 따라 개폐되면서 상기 압축공간으로부터 토출공간으로 냉매의 토출을 조절하는 토출밸브 어셈블리와;
    상기 실린더와 피스톤 사이에 형성되어 상기 피스톤이 상사점 이상으로 구동되는 과도 행정시 일시적으로 상기 토출공간으로부터 상기 압축공간으로 냉매를 유입시키는 바이패스 수단을 포함하며, 상기 바이패스 수단은 상기 피스톤 일단 측면에 상기 압축공간과 연통되도록 형성되어 상기 피스톤이 상사점 이상으로 구동시 상기 실린더 일단으로부터 상기 토출공간으로 노출되면서 냉매를 유입시키는 바이패스용 홀인 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 과도행정 방지구조.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이패스용 홀은 상기 피스톤 일단 측면의 동일한 원주 상에 일정간격을 두고 복수개가 형성된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 과도행정 방지구조.
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