KR101981104B1 - 리니어 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 리니어 압축기는, 흡입공간을 구비하는 케이싱; 왕복 운동되는 무버를 구비하는 구동 유닛; 압축실을 형성하는 실린더와, 상기 무버에 의해 왕복 운동되어 상기 압축실 내의 유체를 압축하는 피스톤을 구비하는 압축 유닛을 포함하며, 상기 피스톤은, 중공부를 구비하는 몸체; 상기 몸체의 일 단에 형성되는 헤드부; 상기 중공부에 위치되어 상기 흡입공간의 유체를 상기 압축실로 가이드하는 머플러; 및 상기 머플러와 서로 이격되고 상기 헤드부에 밀착되게 형성되는 단열부재를 포함한다. 이에 의하면, 압축실로부터 전달되는 열에 의한 중공부의 온도 상승이 제한될 수 있다.

Description

리니어 압축기{LINEAR COMPRESSOR}

본 발명은 진동체의 선형 왕복 운동에 의해 유체를 압축하도록 이루어지는 리니어 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 모터나 터빈 등의 동력 발생 장치로부터 동력을 전달 받아 공기나 냉매 등의 작동 유체를 압축하도록 이루어지는 장치를 말한다. 압축기는 산업 전반이나 가전제품, 특히, 증기압축실 냉동사이클(이하 '냉동 사이클'로 칭함) 등에 널리 적용되고 있다.

이러한 압축기의 종류에는, 피스톤과 실린더 사이에 압축실이 형성되고 피스톤이 직선 왕복 운동하여 유체를 압축하는 왕복동식 압축기, 실린더 내부에서 편심 회전되는 롤러에 의해 유체를 압축하는 로터리 압축기, 나선형으로 이루어지는 한 쌍의 스크롤이 맞물려 회전되어 유체를 압축하는 스크롤 압축기 등이 있다.

최근에는 왕복동식 압축기 중에서도, 크랭크축을 사용하지 않고 직선 왕복 운동되는 리니어 모터를 채용한 리니어 압축기가 개발되고 있다. 리니어 압축기는 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 전환하는데 따르는 기계적인 손실이 없어 효율이 향상되고, 구조가 간편한 장점이 있다.

이러한 리니어 압축기는, 밀폐 공간을 형성하는 케이싱 내부에 실린더가 위치되어 압축실을 형성하고, 압축실을 덮는 피스톤이 실린더 내부를 왕복 운동하도록 구성된다. 즉, 피스톤이 하사점(BDC, Bottom Dead Center)에 위치되도록 이동되면서 밀폐 공간 내의 유체가 압축실로 흡입되고, 상사점(TDC, Top Dead Center)에 위치되도록 이동되면서 압축실의 유체가 압축되어 토출되는 과정이 반복된다.

위와 같은 리니어 압축기의 동작 시에는, 각종 기구부의 구동과 유체의 압축 등의 요인으로 내부 온도가 상승된다. 압축기 내부의 온도 상승은, 기구부의 손상 가능성 증가뿐만 아니라 압축일의 증가로 인한 효율의 저하 등의 문제를 야기한다. 특히, 압축실로 흡입되는 유체의 온도가 높은 경우, 즉, 비체적이 큰 경우, 유체를 압축하는데 필요한 일이 증가된다는 점에서, 흡입 유체의 온도가 낮게 유지되는 것이 중요하다.

이와 관련하여, 특허문헌 1은 압축실로 유입되는 냉매의 온도를 낮추기 위한 튜브 구조물을 적용한 바 있다. 구체적으로, 특허문헌 1은 압축실로 냉매를 가이드하기 위하여 피스톤의 헤드 부분에 단열튜브가 장착되는 구조를 제시하였다. 그러나 이러한 구조는, 유체(냉매)의 온도가 높게 상승되는 압축실을 형성하는 헤드부로부터의 전도 열전달 경로가 추가되는 결과를 초래할 수 있는 문제점이 있다. 아울러, 피스톤 내부에 진동 및 소음 저감을 위한 머플러 구조물의 설치가 요구되는 경우에는 특허문헌 1의 단열튜브를 그대로 적용하기 어려운 실정이다.

이에, 압축실에서 집중적으로 발생되는 열에 의해 흡입 유체가 머무르는 공간의 온도 상승이 제한되도록 이루어지는 리니어 압축기 구조를 도출할 필요성이 있다. 특히, 이러한 단열 구조가 새롭게 추가됨에 있어 제작 비용 및 시간이 추가되 것을 최소화할 수 있는 설계가 도출되는 것이 바람직하다.

공개특허공보 KR10-2001-0064565 A (2001.07.09. 공개)

본 발명의 일 목적은, 압축실로 냉매가 흡입되는 공간의 온도가 압축실에서 발생되는 열로 인하여 상승되는 것을 제한하도록 이루어지는 피스톤 구조를 갖는 리니어 압축기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은, 온도 상승을 제한하도록 이루어지는 단열부재가 흡입밸브와 한꺼번에 체결되어 피스톤에 장착될 수 있도록 이루어지는 리니어 압축기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 일 목적은, 온도 상승을 제한함과 동시에 압축실로 흡입되는 유동을 가이드할 수 있도록 이루어지는 피스톤 구조를 갖는 리니어 압축기를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 리니어 압축기는, 흡입공간을 구비하는 케이싱; 왕복 운동되는 무버를 구비하는 구동 유닛; 압축실을 형성하는 실린더와, 상기 무버에 의해 왕복 운동되어 상기 압축실 내의 유체를 압축하는 피스톤을 구비하는 압축 유닛을 포함하며, 상기 피스톤은, 중공부를 구비하는 몸체; 상기 몸체의 일 단에 형성되는 헤드부; 상기 중공부에 일부가 위치되어 상기 흡입공간의 유체를 상기 압축실로 가이드하는 머플러; 및 상기 머플러와 서로 이격되고 상기 헤드부에 밀착되게 형성되는 단열부재를 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 리니어 압축기는, 흡입공간을 구비하는 케이싱; 왕복 운동되는 무버를 구비하는 구동 유닛; 압축실을 형성하는 실린더와, 상기 무버에 의해 왕복 운동되어 상기 압축실 내의 유체를 압축하는 피스톤을 구비하는 압축 유닛을 포함하며, 상기 피스톤은, 중공부를 구비하는 몸체; 상기 몸체의 일 단에 형성되는 헤드부; 상기 헤드부 및 상기 단열부재를 관통하여 상기 압축실과 상기 중공부를 서로 연통시키는 흡입포트; 상기 흡입포트를 선택적으로 개폐하는 흡입밸브; 상기 헤드부에 밀착되게 형성되는 단열부재; 및 일 단은 상기 흡입밸브를 상기 헤드부에 결합시키고, 타 단은 상기 단열부재를 상기 헤드부에 고정시키도록 이루어지는 체결부재를 포함한다.

나아가, 본 발명의 또 다른 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 리니어 압축기는, 흡입공간을 구비하는 케이싱; 왕복 운동되는 무버를 구비하는 구동 유닛; 압축실을 형성하는 실린더와, 상기 무버에 의해 왕복 운동되어 상기 압축실 내의 유체를 압축하는 피스톤을 구비하는 압축 유닛을 포함하며, 상기 피스톤은, 중공부를 구비하는 몸체; 상기 몸체의 일 단에 형성되는 헤드부; 상기 중공부에 위치되어 상기 흡입공간의 유체를 상기 압축실로 가이드하는 머플러; 및 상기 머플러와 서로 이격되고 상기 헤드부에 밀착되게 형성되는 단열부재를 포함하고, 상기 단열부재는, 상기 머플러를 향하여 돌출되도록 형성되는 가이드부를 구비한다.

이상에서 설명한 해결 수단에 의해 구성되는 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명은의 피스톤은 헤드부에 밀착되는 단열부재를 구비함으로써, 압축실과 중공부의 온도차가 더 크게 유지될 수 있다. 이에 따라, 압축실로 유입되기 전 중공부에 머무르는 냉매가 낮은 온도 및 비체적을 갖게 되므로, 압축일이 감소되어 열효율이 향상될 수 있다. 특히, 단열부재는 흡입공간으로부터 중공부로 냉매를 가이드하는 머플러와는 이격되도록 위치되므로, 흡입 냉매와 접촉하는 머플러로 고온인 헤드부의 열이 전달되는 것이 극히 제한될 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 단열부재는 체결부재에 의해 흡입밸브와 한꺼번에 체결될 수 있다. 따라서, 단열부재가 추가됨에 따른 제조 비용 및 제조상의 복잡성이 최소화될 수 있는 이점이 있다.

나아가, 본 발명의 단열부재 또는 체결너트는 머플러를 향하여 돌출되도돌 이루어질 수 있다. 이에 따라, 머플러로부터 흡입포트까지 냉매의 흐름이 원활하게 가이드될 수 있고, 유동 저항에 의한 손실이 감소될 수 있어 기계 효율이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 압축기를 보인 종단면도.
도 2는 도 1에 도시된 영역 A의 확대도.
도 3은 도 1에 도시된 피스톤 일부분의 단면을 보인 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 체결부재를 확대하여 보인 사시도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리니어 압축기를 보인 종단면도.
도 6은 도 5에 도시된 영역 B의 확대도.
도 7은 도 5에 도시된 피스톤 일부분의 단면을 보인 사시도.

이하, 본 발명에 관련된 리니어 압축기에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

서로 다른 실시예라고 하더라도, 앞선 실시예와 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일·유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 명세서에 개시된 실시예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예들을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명에 따른 리니어 압축기는 유체를 흡입하여 압축하고, 압축된 유체를 토출하는 동작을 수행한다. 본 발명에 따른 리니어 압축기는 냉동 사이클의 구성요소가 될 수 있으며, 이하에서 유체는 냉동 사이클을 순환하는 냉매를 예로 들어 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 압축기(100)를 보인 종단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 영역 A의 확대도이다. 그리고, 도 3은 도 1에 도시된 피스톤(142) 일부분의 단면을 보인 사시도이다. 도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 리니어 압축기(100)는, 케이싱(110), 구동 유닛(130) 및 압축 유닛(140)을 포함한다.

케이싱(110)은 밀폐된 공간을 형성할 수 있다. 밀폐된 공간은 압축을 위하여 흡입되는 냉매가 채워지는 흡입공간(101)이 될 수 있다. 흡입공간(101)으로 냉매가 흡입되기 위하여, 케이싱(110)에는 흡입구(114)가 형성되고 흡입 배관(SP)이 장착될 수 있다. 또한, 케이싱(110)에는 후술하는 토출공간(102)으로부터 냉매가 외부로 토출되기 위한 토출구가 형성되고 토출 배관(DP)이 연결될 수 있다.

아울러, 케이싱(110) 내부에는 구동 유닛(130) 및 압축 유닛(140)을 지지하기 위한 프레임이 형성될 수 있다. 프레임은 후술하는 스테이터(131)의 양 단에 각각 결합되는 전방 프레임(121) 및 후방 프레임(122)을 포함할 수 있다. 아울러, 전방 프레임(121)의 중심부에는 후술하는 실린더(141)가 결합될 수 있다.

구동 유닛(130)은 본 발명에 따른 리니어 압축기(100)의 왕복 운동을 발생시키는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 구동 유닛(130)은 스테이터(131) 및 무버(132)를 포함할 수 있다. 스테이터(131)는 전방 및 후방 프레임(121, 122)에 결합될 수 있다. 스테이터(131)는 후술하는 압축 유닛(140)을 둘러싸도록 배치되는 아우터 스테이터(131a)와, 아우터 스테이터(131a)의 내측으로 이격되어 압축 유닛(140)을 둘러싸는 이너 스테이터(131b)를 포함할 수 있다. 아우터 스테이터(131a)와 이너 스테이터(131b) 사이에는 무버(132)가 위치될 수 있다.

한편, 아우터 스테이터(131a)에는 권선코일(133)이 장착될 수 있고, 무버(132)는 영구자석을 구비할 수 있다. 이에 따라 구동 유닛(130)에 전류가 인가되면 권선코일(133)에 의해 스테이터(131)에 자속(flux)이 형성될 수 있다. 전류 인가에 의해 형성되는 자속과 영구자석에 의해 형성되는 자속의 상호 작용에 의해 무버(132)가 움직일 수 있는 힘이 발생될 수 있다.

압축 유닛(140)은 흡입공간(101) 내의 냉매를 흡입하여, 압축 및 토출하도록 이루어진다. 압축 유닛(140)은 이너 스테이터(131b)의 내측으로 케이싱(110)의 중심부에 위치될 수 있고, 실린더(141) 및 피스톤(142)을 포함한다. 실린더(141)는 전방 프레임(121)에 의해 지지되어 내부에 압축실(P)을 형성할 수 있다. 실린더(141)는 양 단부가 개방된 원통형으로 이루어질 수 있다. 실린더(141)의 일 단부는 토출밸브(143) 및 토출 커버(144)에 의해 폐쇄될 수 있고, 타 단부는 피스톤(142)을 수용할 수 있다.

토출밸브(143)와 토출 커버(144) 사이에는 토출공간(102)이 형성될 수 있다. 도시된 것과 같이, 토출밸브(143)에 의해 압축실(P)과 토출 커버(144)가 서로 분리된 공간을 형성할 수 있다. 토출밸브(143)는 토출 커버(144)에 탄성 부재(미도시)에 의해 지지되어 실린더(141)의 개방된 일 단부를 개폐하도록 이동될 수 있다. 한편, 케이싱(110) 내부에는, 토출구와 토출공간(102)을 서로 연통시키도록 연장되는 토출 튜브(111)가 설치될 수 있다.

피스톤(142)은 실린더(141)의 개방된 타 단부로 삽입되어, 압축실(P)을 밀폐하도록 이루어질 수 있다. 피스톤(142)은 앞서 설명한 무버(132)와 연결되도록 이루어져, 무버(132)와 함께 왕복 운동될 수 있다. 무버(132)와 피스톤(142) 사이에는 이너 스테이터(131b) 및 실린더(141)가 위치될 수 있다. 이에 무버(132)와 피스톤(142)은, 실린더(141) 및 이너 스테이터(131b)를 우회하도록 형성되는 별도의 무빙 프레임(145)에 의해 서로 결합될 수 있다.

피스톤(142)은 몸체(142a) 및 헤드부(142b)를 포함할 수 있다. 몸체(142a)는 피스톤(142)의 왕복 운동 시 실린더(141)의 내면과 슬라이딩되는 부분으로, 내부에 중공부(142a1)를 구비할 수 있다. 도시된 것과 같이, 몸체(142a)는 원통형의 공간인 중공부(142a1)를 구비하는 원통형일 수 있다. 중공부(142a1)는 냉매가 피스톤(142)의 타 단부로부터 일 단부로 이동되는 공간을 제공하며, 중공부(142a1)에는 후술하는 머플러(170)가 삽입될 수 있다.

헤드부(142b)는 압축실(P)을 폐쇄하도록 몸체(142a)의 일 단에 형성될 수 있다. 헤드부(142b)는 중공부(142a1)와 압축실(P) 사이에 형성되어, 중공부(142a1)와 압축실(P)을 구획하도록 이루어질 수 있다. 헤드부(142b)는 몸체(142a)와 일체로 형성될 수 있다.

피스톤(142)에는, 압축실(P)을 밀폐하는 일 단부에 흡입포트(142c)가 관통되도록 형성된다. 본 실시예에서 흡입포트(142c)는 헤드부(142b)를 관통하도록 형성되어 중공부(142a1)와 압축실(P)을 서로 연통시키도록 형성될 수 있다. 흡입공간(101)의 냉매는 중공부(142a1)로 유입되어 흡입포트(142c)를 통과하여 압축실(P)로 흡입될 수 있다. 흡입포트(142c)는 복수 개가 구비될 수 있다.

또한, 압축실(P)과 인접한 피스톤(142)의 일 단부면에는 흡입포트(142c)를 선택적으로 개폐하는 흡입밸브(142d)가 장착될 수 있다. 즉, 흡입밸브(142d)는 후술하는 체결부재(142f)에 의해 헤드부(142b)의 일 단부면에 결합될 수 있다. 흡입밸브(142d)는 탄성 변형에 의해 동작될 수 있으며, 흡입포트(142c)를 통과하여 압축실(P) 쪽으로 흐르는 냉매의 압력에 의하여 흡입포트(142c)를 개방하도록 탄성 변형될 수 있다.

한편, 앞서 설명한 구동 유닛(130) 및 압축 유닛(140)은 지지 스프링(150)과 공진 스프링(160)에 의해 지지될 수 있다. 지지 스프링(150)은, 구동 및 압축 유닛(130, 140)을 케이싱(110)에 탄성 지지하는 역할을 수행한다. 지지 스프링(150)은, 구동 및 압축 유닛(130, 140)을 피스톤(142)의 왕복 운동 방향으로 양 단부에서 지지하도록 이루어질 수 있고, 판 스프링으로 이루어질 수 있다.

일 단부의 지지를 위하여, 토출공간(102)을 형성하는 토출 커버(144)의 일 단부에서 돌출되도록 연결부재(146)가 결합될 수 있다. 연결부재(146)는 판 스프링인 지지 스프링(150)의 중심부에 고정될 수 있고, 아울러, 지지 스프링(150)의 외주부는 케이싱(110)의 내벽에 고정되도록 이루어질 수 있다.

타 단부의 지지를 위하여, 지지 스프링(150)의 중심부는 흡입구(114)에서 케이싱(110) 내부로 돌출되게 형성되는 흡입가이드(112)에 고정될 수 있다. 지지 스프링(150)의 외주부는 후방 프레임(122)과 결합되는 커버부재(123)에 고정될 수 있다.

공진 스프링(160)은 후방 프레임(122)과 커버부재(123) 사이에 위치될 수 있다. 도시된 것과 같이, 공진 스프링(160)은 코일 스프링으로 이루어질 수 있다. 공진 스프링(160)의 양 단부는 고정체와 진동체에 각각 연결될 수 있다. 예를 들면, 공진 스프링(160)의 일 단부는 무빙 프레임(145)에 연결되고, 타 단부는 커버부재(123)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 일 단부에서 진동되는 진동체와, 타 단부에서 고정된 고정체 사이에서 탄성 변형될 수 있다. 공진 스프링(160)의 고유 진동수는 압축기 운전 시 무버 및 피스톤(142)의 공진 주파수와 일치되도록 설계되어, 피스톤(142)의 왕복 운동을 증폭시킬 수 있다. 다만, 여기서 고정체는 케이싱(110)과는 지지 스프링(150)에 의해 탄성 지지되므로, 압축기 운전 시 엄밀하게 고정되어 있는 것은 아닐 수 있다.

이상에서 설명한 리니어 압축기(100)는 다음과 같이 동작된다.

먼저, 구동 유닛(130)에 전류가 인가되면 권선코일(133)에 흐르는 전류에 의해 스테이터(131)에 자속이 형성될 수 있다. 스테이터(131)에 형성되는 자속에 의해 발생되는 전자기력에 의해, 영구자석을 구비하는 무버(132)가 직선 왕복 운동될 수 있다. 이러한 전자기력은, 압축 행정 시에는 피스톤(142)이 상사점을 향하는 방향으로 발생되고, 흡입 행정 시에는 피스톤(142)이 하사점을 향하는 방향으로 번갈아가며 발생할 수 있다. 즉, 구동 유닛(130)은 무버(132) 및 피스톤(142)을 이동 방향으로 미는 힘인 추력(推力)을 발생시킬 수 있다.

실린더(141) 내부에서 왕복 운동되는 피스톤(142)은, 압축실(P)의 체적을 증가 및 감소시키는 운동을 반복하게 된다. 피스톤(142)이 압축실(P)의 체적을 증가시키면서 이동될 때, 압축실(P) 내부의 압력은 감소한다. 이에, 피스톤(142)에 장착되는 흡입밸브(142d)가 개방되고, 흡입공간(101)에 머무르던 냉매가 압축실(P)로 흡입될 수 있다. 이러한 흡입 행정은, 피스톤(142)이 압축실(P)의 체적을 최대로 증가시켜 하사점(BDC, Bottom Dead Center)에 위치될 때까지 진행된다.

하사점에 도달한 피스톤(142)은 운동 방향이 전환되어 압축실(P)의 체적을 감소시키면서 압축 행정을 수행한다. 압축 행정은, 피스톤(142)이 압축실(P)의 체적이 최소가 되도록 감소시키는 상사점(TDC, Top Dead Center)까지 이동되는 동안 수행된다. 압축 행정 시에는, 압축실(P) 내부의 압력이 증가되어 흡입된 냉매가 압축될 수 있다. 압축실(P)의 압력이 기설정된 압력에 도달하면, 압축실(P)의 압력에 의해 토출밸브(143)가 밀려 실린더(141)와 이격되면서 개방되어 냉매가 토출공간(102)으로 토출된다.

피스톤(142)의 흡입 및 압축 행정이 반복되면서, 흡입구(114)로 유입된 흡입공간(101)의 냉매가 압축실(P)로 흡입되어 압축되고, 토출공간(102), 토출 튜브(111) 및 토출구를 거쳐 압축기의 외부로 토출되는 냉매 흐름이 형성될 수 있다.

이때, 흡입구(114) 및 흡입가이드(112)를 통과한 냉매는 머플러(170)를 경유하여 압축실(P)로 유입될 수 있다. 머플러(170)는 냉매를 압축실(P)로 가이드하면서, 피스톤(142)의 왕복 운동에 따른 진동 및 소음을 저감하도록 이루어질 수 있다.

구체적으로, 머플러(170)는 외측 몸체부(171), 내측 몸체부(172) 및 파이프부(173)를 포함할 수 있다. 외측 몸체부(171)는 피스톤(142)의 타 단부로부터 흡입가이드(112)를 향하여 흡입공간(101)에 노출되도록 배치될 수 있다. 흡입공간(101)의 냉매는, 흡입가이드(112)와 동심으로 형성되는 외측 몸체부(171)의 입구로 유입될 수 있다. 외측 몸체부(171)의 내부에는 내측 몸체부(172)가 결합될 수 있다. 내측 몸체부(172)의 냉매 통로는 외측 몸체부(171)의 입구와 동심으로 이루어질 수 있고, 외측 몸체부(171)와 함께 완충공간을 형성할 수 있다. 완충공간에 의해, 냉매는 소음 및 진동이 저감되면서 이동될 수 있다.

파이프부(173)는 피스톤(142) 내부 공간인 중공부(142a1)로 삽입되도록 배치될 수 있다. 이때, 파이프부(173)는 몸체(142a)의 단부에만 결합됨으로써, 몸체(142a)의 내면 및 헤드부(142b)와는 접촉되지 않도록 이루어질 수 있다. 즉, 헤드부(142b)를 향하는 파이프부(173)의 일 단부는, 피스톤(142)의 일 단부에 형성되는 헤드부(142b)와는 이격되도록 위치될 수 있고, 파이프부(173)의 타 단부는 몸체(142a)의 타 단부에 장착되도록 이루어질 수 있다. 외측 및 내측 몸체부(171, 172)를 통과한 냉매는 피스톤(142)의 타 단부로부터 일 단부를 향하여 흐르도록 파이프부(173)에 의해 가이드될 수 있다. 중공부(142a1) 중에서도, 파이프부(173)의 외주면과 몸체(142a)의 내주면 사이에 형성되는 공간은 완충 및 단열 공간이 될 수 있다.

이상에서는 본 발명에 따른 리니어 압축기(100)의 개략적인 구조 및 동작 과정에 대하여 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따라, 중공부(142a1)에 머무르는 냉매의 온도 상승을 제한할 수 있도록 이루어지는 피스톤(142) 구조에 대하여 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 압축기(100)의 피스톤(142)은, 단열부재(142e)를 더 포함한다. 단열부재(142e)는 열전도도가 낮은 물질로 이루어질 수 있고, 압축실(P)로부터 전달되는 열에 의한 중공부(142a1)의 온도 상승을 제한하는 기능을 수행한다.

단열부재(142e)는 헤드부(142b)에 밀착되도록 결합될 수 있고, 머플러(170)와는 이격되도록 위치될 수 있다. 단열부재(142e)는, 흡입밸브(142d)가 결합되는 헤드부(142b)의 일 단부의 반대편인 타 단부를 덮도록 장착될 수 있다. 즉, 단열부재(142e)는 중공부(142a1)와 헤드부(142b) 사이에 개재될 수 있다. 또한, 단열부재(142e)의 일부는 몸체(142a)의 내주면 일부에도 밀착되도록 이루어질 수 있다. 단열부재(142e)는 열전도도가 피스톤(142)의 열전도도보다 낮은 재질로 이루어질 수 있고, 예를 들면, 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.

한편 헤드부(142b)와 마찬가지로, 단열부재(142e)에는 흡입포트(142c)가 형성될 수 있다. 즉, 흡입포트(142c)는 헤드부(142b)와 단열부재(142e)를 연이어 나란하게 관통하도록 형성될 수 있다.

본 발명의 피스톤(142)에 단열부재(142e)가 구비됨으로써, 압축실(P)과 중공부(142a1)의 온도차는 종래보다 더 크게 유지될 수 있다. 압축실(P)의 발생 열량이 동일한 조건이라고 하더라도, 열전도도가 낮은 단열부재(142e)가 개재되는 경우 열 저항이 증가되어 중공부(142a1)의 온도는 상대적으로 낮게 형성될 수 있다. 따라서, 압축실(P)로 유입되기 전 중공부(142a1)에 머무르는 냉매의 온도 및 비체적이 낮게 유지될 수 있고, 압축일의 감소 및 열효율의 향상이 달성될 수 있는 효과가 있다.

특히 특허문헌 1과 같은 구조와는 달리, 본 발명의 단열부재(142e)는 머플러(170)와는 이격되도록 위치된다. 머플러(170, 특히 본 실시예에서 파이프부(173))는 흡입되는 냉매를 가이드하며 냉매와 직접 접촉되는 구조물이므로, 중공부(142a1)로 흡입되는 냉매의 온도에 큰 영향을 미칠 수 있다. 머플러(170)와 단열부재(142e)가 서로 접촉되지 않음으로써, 압축실(P)의 열이 머플러(170)를 통하여 흡입되는 냉매에 직접적으로 전달되는 것이 방지될 수 있는 효과가 있다.

도 4는 도 3에 도시된 체결부재(142f)를 확대하여 보인 사시도이다. 이하에서는 도 1 내지 4를 참조하여, 단열부재(142e)가 피스톤(142)에 간결하게 장착될 수 있는 구조에 대하여 설명한다.

본 실시예의 피스톤(142)은 체결부재(142f)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에서 체결부재(142f)는 흡입밸브(142d)와 단열부재(142e)를 피스톤(142)에 한꺼번에 결합시킬 수 있도록 이루어진다. 도시된 것과 같이 체결부재(142f)는 일 방향으로 연장되는 볼트 형상으로 이루어질 수 있다. 체결부재(142f)의 일 단은 흡입밸브(142d)를 헤드부(142b)에 결합시키고, 체결부재(142f)의 타 단은 단열부재(142e)를 헤드부(142b)에 고정시키도록 이루어질 수 있다.

도시된 것과 같이, 체결부재(142f)는 헤드부(142b)를 압축실(P) 측으로부터 중공부(142a1) 측으로 관통하도록 장착될 수 있다. 이를 위하여 헤드부(142b)에는 체결부재(142f)가 삽입되도록 형성되는 체결공(142g)이 관통될 수 있다. 아울러, 흡입밸브(142d)와 단열부재(142e)에도 체결공(142g)이 형성될 수 있으며, 흡입밸브(142d), 헤드부(142b) 및 단열부재(142e)에 형성되는 체결공(142g)은 동심으로 나란하게 형성될 수 있다. 이에 따라, 체결부재(142f)가 헤드부(142b)의 체결공(142g)에 장착되면서, 헤드부(142b)의 일 면에는 흡입밸브(142d)를 고정하고, 헤드부(142b)의 타 면에는 단열부재(142e)를 고정할 수 있다.

본 실시예와 같은 피스톤(142) 결합 구조에 의해, 단열부재(142e)가 피스톤(142)의 내부에 조립되는 과정이 추가됨에 따른 불편이 감소될 수 있다. 따라서, 앞서 언급한 것과 같이 압축기의 열효율 향상을 도모하면서도, 부가되는 제조 비용이 최소화될 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 실시예의 체결부재(142f)는 볼트 형상으로 이루어질 수 있다. 이에 따라 체결공(142g)은 체결부재(142f)와 나사 결합되도록 가공될 수 있다. 이때, 결합 구조를 보다 견고하게 구현하기 위하여, 본 실시예의 피스톤(142)은 체결너트(142h)를 더 포함할 수 있다.

체결너트(142h)는 단열부재(142e)에 삽입됨에 따라 축방향 회전이 방지되도록 이루어질 수 있다. 이를 위하여 단열부재(142e)에는 너트 홈(142e1)이 형성될 수 있다. 너트 홈(142e1)은, 단열부재(142e)가 중공부(142a1)를 바라보는 표면에서 체결부재(142f)가 연장되는 방향으로 리세스되도록 형성될 수 있다. 도시된 것과 같이, 체결너트(142h)가 체결부재(142f)의 축방향으로 회전되는 것이 제한되도록, 체결너트(142h) 및 너트 홈(142e1)은 다각형 구조로 형성될 수 있다. 체결너트(142h)는 체결부재(142f)와 서로 나사 결합되도록 이루어질 수 있고, 체결공(142g) 또는 체결부재(142f)의 연장 방향을 중심축으로 회전되어 나사 결합될 수 있다.

특히, 본 실시예의 체결부재(142f)와 체결너트(142h)의 결합 구조는, 열전달을 저해하여 단열 효과를 향상시킬 수 있는 공극(air-gap, ag)을 형성할 수 있다. 도시된 것과 같이, 체결너트(142h)에는 체결부재(142f)의 타 단부를 수용하도록 리세스되는 볼트 홈(124h1)이 형성될 수 있다. 이때, 볼트 홈(124h1)은 체결부재(142f)가 최종적으로 삽입되는 깊이보다 더 깊게 리세스되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 체결부재(142f)가 볼트 홈(124h1)에 삽입되었을 때, 볼트 홈(124h1) 내부에는 체결부재(142f)의 타 단부에 인접한 공극(ag)이 형성될 수 있다.

체결부재(142f)와 체결너트(142h)가 형성하는 공극(ag)에는, 공기 또는 냉매를 포함하는 유체가 유입되어 잔류하게 될 수 있다. 공기 또는 냉매를 포함하는 유체의 열전도도는 통상적인 체결부재(142f) 또는 체결너트(142h)보다 현저히 낮으므로, 압축실(P)로부터 체결부재(142f) 및 체결너트(142h)를 거쳐 중공부(142a1)로 이어지는 전도 열전달 경로가 일정 부분 차단될 수 있는 효과가 있다.

나아가, 본 실시예의 체결너트(142h)는 압축실(P)과 중공부(142a1) 사이의 밀폐를 보장하기 위한 구조로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 체결너트(142h)는 다리부(142h2) 및 실링부(142h3)를 더 구비할 수 있다.

다리부(142h2)는 볼트 홈(124h1)을 형성하는 측벽 구조가 될 수 있다. 즉, 다리부(142h2)는 체결부재(142f)를 감싸면서, 헤드부(142b)와 접촉될 수 있는 길이로 연장되게 형성될 수 있다. 다리부(142h2)의 내주면에는 체결부재(142f)와 나사 결합을 위한 나사선이 형성될 수 있다.

헤드부(142b)와 접촉되는 다리부(142h2)의 단부에는 실링부(142h3)가 형성될 수 있다. 실링부(142h3)는 체결부재(142f)를 감싸도록 연장되고, 원주 방향으로 연장되는 환형으로 이루어질 수 있다. 실링부(142h3)는 헤드부(142b)와의 접촉면에서 리세스되는 홈부분 및 홈부분에 일부분이 돌출되도록 삽입되는 오링으로 이루어질 수 있다.

실링부(142h3)가 마련됨으로써, 압축실(P)과 중공부(142a1) 사이의 냉매는 서로 효과적으로 차단될 수 있다. 압축실(P)로부터 체결공(142g)과 체결부재(142f) 사이로 소량의 냉매가 유입된다고 하더라도, 실링부(142h3)에 의해 냉매가 헤드부(142b)와 단열부재(142e) 사이로 흐르는 것이 차단될 수 있다. 결과적으로 소량의 냉매는 볼트 홈(124h1) 내부에 마련되는 공극(ag)에 잔류 될 뿐, 중공부(142a1)로 유출되는 것은 방지될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따라, 압축실(P)의 열 발생으로 인하여 흡입 냉매의 온도가 상승되는 것이 제한될 수 있는 구조에 대하여 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따라 흡입 냉매의 온도 상승을 제한하는 것뿐만 아니라 흡입 냉매의 유동 손실을 감소시킬 수 있도록 이루어지는 구조에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리니어 압축기(100)를 보인 종단면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 영역 B를 보인 확대도이다. 그리고, 도 7은 도 5에 도시된 피스톤(142) 일부분의 단면을 보인 사시도이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 리니어 압축기(100)의 피스톤(142)은, 앞선 실시예와 유사한 흡입포트(142c), 흡입밸브(142d), 단열부재(142e) 및 체결부재(142f)를 포함할 수 있다.

아울러, 본 실시예의 피스톤(142)은 체결부재(142f)와 결합되는 체결너트(142h)를 구비하며, 체결너트(142h)는 단열부재(142e)에 형성되는 너트 홈(142e1)에 수용될 수 있다. 또한, 체결너트(142h)에 볼트 홈(124h1)이 형성되어 체결부재(142f)가 수용될 수 있다.

다만, 본 실시예에서 체결너트(142h)는 가이드부(142h4)를 구비할 수 있다. 가이드부(142h4)는 머플러(170)를 통과한 흡입 냉매가 흡입포트(142c)로 원활하게 유입될 수 있는 유로를 형성하는 역할을 수행할 수 있다.

구체적으로, 가이드부(142h4)는 머플러(170)를 향하여 돌출되도록 이루어질 수 있다. 체결너트(142h)는 단열부재(142e)에 형성되는 너트 홈(142e1)에 리세스되도록 결합되는데, 도시된 것과 같이 너트 홈(142e1)이 리세스되는 방향은 머플러(170)를 향하는 반대 방향일 수 있다. 따라서, 가이드부(142h4)는 너트 홈(142e1)이 리세스되는 방향의 반대 방향으로 단열부재(142e)의 표면에서 돌출되도록 이루어질 수 있다.

머플러(170)의 파이프부(173)를 통과한 냉매를 흡입포트(142c) 측으로 안내하기 위하여, 가이드부(142h4)는 원뿔 형상으로 이루어질 수 있다. 구체적으로 원뿔형의 가이드부(142h4)는, 머플러(170) 또는 파이프부(173)의 중심축과 나란하게 연장되고, 머플러(170)에서 멀어질수록 외경이 증가되는 형태로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 파이프부(173)를 통과한 냉매는 반경 방향으로 점진적으로 이동되면서, 헤드부(142b) 및 단열부재(142e)의 외주부에 위치되는 흡입포트(142c)로 흐를 수 있다.

여기서, 본 실시예와는 달리, 가이드부는 단열부재(142e)의 일부분이 될 수도 있다. 즉, 체결너트(142h)의 유무와 관계 없이, 단열부재(142e)는 중공부(142a1)를 향하는 표면에서 돌출되도록 형성되는 가이드부를 구비할 수 있다. 이 경우에도, 가이드부는 원뿔형으로 돌출될 수 있고, 반경 방향으로 냉매가 확산되는 흐름을 안정적으로 형성할 수 있다.

본 발명의 가이드부(142h4)에 의하면, 머플러(170, 특히 파이프부(173))에 의해 헤드부(142b) 가까이로 이동된 냉매가 정확하게 흡입포트(142c) 측으로 가이드될 수 있다. 특히, 원뿔형의 형상에 의해, 냉매가 반경 방향으로 점진적으로 퍼져나갈 수 있어 급격한 유로의 변화 또는 냉매의 교반에 따른 유동 에너지의 손실 가능성이 제거될 수 있다. 즉, 압축실(P)로 흡입되는 냉매의 유동이 부드럽게 형성되어, 본 발명에 따른 리니어 압축기(100)의 기계 효율이 향상될 수 있는 효과가 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 리니어 압축기를 실시하기 위한 실시예들에 불과한 것으로서, 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않고, 이하의 청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

100: 리니어 압축기 101: 흡입공간
102: 토출공간 110: 케이싱
111: 토출 튜브 112: 흡입가이드
114: 흡입구 121: 전방 프레임
122: 후방 프레임 123: 커버부재
130: 구동 유닛 131: 스테이터
131a: 아우터 스테이터 131b: 이너 스테이터
132: 무버 133: 권선코일
140: 압축 유닛 141: 실린더
142: 피스톤 142a: 몸체
142a1: 중공부 142b: 헤드부
142c: 흡입포트 142d: 흡입밸브
142e: 단열부재 142e1: 너트 홈
142f: 체결부재 142g: 체결공
142h: 체결너트 142h1: 볼트 홈
142h2: 다리부 142h3: 실링부
142h4: 가이드부 143: 토출밸브
144: 토출 커버 145: 무빙 프레임
146: 연결부재 150: 지지 스프링
160: 공진 스프링 170: 머플러
171: 외측 몸체부 172: 내측 몸체부
173: 파이프부

Claims (11)

1. 흡입공간을 구비하는 케이싱;
   상기 케이싱 내에서 왕복 운동되는 무버와, 상기 무버를 구동하도록 이루어지는 스테이터 및 권선코일을 구비하는 구동 유닛;
   상기 케이싱 내부에 압축실을 형성하는 실린더와, 상기 무버에 의해 왕복 운동되어 상기 압축실 내의 유체를 압축하도록 이루어지는 피스톤을 구비하는 압축 유닛을 포함하며,
   상기 피스톤은,
   중공부를 구비하는 몸체;
   상기 압축실을 폐쇄하도록 상기 몸체의 일 단에 형성되는 헤드부;
   상기 중공부에 일부가 위치되어 상기 흡입공간의 유체를 상기 압축실로 가이드하도록 이루어지는 머플러; 및
   상기 압축실로부터 전달되는 열에 의한 상기 중공부의 온도 상승을 제한하도록, 상기 머플러와 서로 이격되고 상기 헤드부에 밀착되게 형성되는 단열부재;
   상기 헤드부 및 상기 단열부재를 나란하게 관통하여 상기 압축실과 상기 중공부를 서로 연통시키도록 형성되는 흡입포트;
   상기 흡입포트를 선택적으로 개폐하도록 이루어지는 흡입밸브;
   일 단은 상기 흡입밸브를 상기 헤드부에 결합시키고, 타 단은 상기 단열부재를 상기 헤드부에 고정시키도록 이루어지는 체결부재; 및
   상기 단열부재에 형성되는 너트 홈에 수용되고 상기 체결부재와 서로 나사 결합되는 체결너트를 포함하며,
   상기 체결너트는, 상기 체결부재를 감싸고 상기 헤드부와 접촉되도록 연장되는 다리부를 구비하고,
   상기 다리부의 상기 헤드부와 접촉되는 단부에는 상기 체결부재의 반경 방향으로 유체를 밀폐시키도록 상기 헤드부에 밀착되는 실링부가 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 흡입밸브, 헤드부 및 단열부재에는 상기 체결부재가 삽입되도록 나란하게 관통되는 체결공이 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 체결너트는, 상기 체결부재의 타 단을 수용하도록 형성되는 볼트 홈을 구비하고,
   상기 체결부재가 상기 볼트 홈에 결합될 때, 상기 볼트 홈 내부에는 공극(air-gap)이 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 단열부재는, 상기 머플러를 향하여 돌출되도록 형성되는 가이드부를 구비하는 리니어 압축기.
9. 제1항에 있어서,
   상기 체결너트는, 상기 머플러를 향하여 돌출되도록 형성되는 가이드부를 구비하는 리니어 압축기.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 가이드부는 상기 머플러의 중심축과 나란하게 배치되는 원뿔 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
11. 흡입공간을 구비하는 케이싱;
    상기 케이싱 내에서 왕복 운동되는 무버와, 상기 무버를 구동하도록 이루어지는 스테이터 및 권선코일을 구비하는 구동 유닛;
    상기 케이싱 내부에 압축실을 형성하는 실린더와, 상기 무버에 의해 왕복 운동되어 상기 압축실 내의 유체를 압축하도록 이루어지는 피스톤을 구비하는 압축 유닛을 포함하며,
    상기 피스톤은,
    중공부를 구비하는 몸체;
    상기 압축실을 폐쇄하도록 상기 몸체의 일 단에 형성되는 헤드부;
    상기 헤드를 관통하여 상기 압축실과 상기 중공부를 서로 연통시키도록 형성되는 흡입포트;
    상기 흡입포트를 선택적으로 개폐하도록 이루어지는 흡입밸브;
    상기 압축실로부터 전달되는 열에 의한 상기 중공부의 온도 상승을 제한하도록, 상기 헤드부에 밀착되게 형성되는 단열부재; 및
    일 단은 상기 흡입밸브를 상기 헤드부에 결합시키고, 타 단은 상기 단열부재를 상기 헤드부에 고정시키도록 이루어지는 체결부재; 및
    상기 단열부재에 형성되는 너트 홈에 수용되고 상기 체결부재와 서로 나사 결합되는 체결너트를 포함하며,
    상기 체결너트는, 상기 체결부재의 타 단을 수용하도록 형성되는 볼트 홈을 구비하고,
    상기 체결부재가 상기 볼트 홈에 결합될 때, 상기 볼트 홈 내부에는 공극(air-gap)이 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.

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