KR102246976B1 - 토출 플레넘을 구비한 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밸브스토퍼가 일체화된 토출 플레넘 및 이를 적용한 리니어 압축기에 관한 것이다. 상기 밸브스토퍼는, 반경방향으로 연장되는 반경부재와, 상기 반경부재의 반경방향 내측 단부에서 축방향으로 연장되는 축부재를 포함한다. 축부재는 관 형태일 수 있다. 상기 축부재는, 축방향으로 연장된 형태의 슬롯유로를 구비할 수 있다. 상기 반경부재는, 축방향으로 관통된 형태의 주변홀을 구비할 수 있다. 상기 반경부재의 반경방향 내측은 상기 축부재의 중심홀을 규정할 수 있다. 상기 슬롯유로와 주변홀은, 압축실로부터 토출실로 유동하는 고압의 유체의 압력 강하와 에너지 손실을 최소화할 수 있다.

Description

토출 플레넘을 구비한 압축기{A COMPRESSOR HAVING DISCHARGE PLENUM}

본 발명은 밸브스토퍼가 일체화된 토출 플레넘 및 이를 적용한 리니어 압축기에 관한 것이다.

압축기는 모터나 터빈 등의 동력 발생 장치로부터 동력을 전달 받아 공기나 냉매 등의 작동 유체를 고압으로 압축하는 장치를 말한다. 압축기는 냉동사이클(이하 '냉동 사이클'로 칭함) 등에 널리 적용되고 있다.

이러한 압축기의 종류에는, 피스톤과 실린더 사이에 압축실이 형성되고 피스톤이 직선 왕복 운동하여 냉매를 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 크랭크 축을 사용하지 않고 피스톤을 직선 왕복 운동시키는 리니어 압축기의 사용이 증가하고 있다. 리니어 압축기는, 피스톤이 실린더의 보어로부터 빠져 나오는 동안 압축실로 유체를 유입시키고, 피스톤이 실린더 보어로 깊숙이 들어가는 동안 압축실에 있던 유체를 압축시킨다.

크랭크 샤프트와 커넥팅 로드(rod)를 이용하여 구동축의 회전 운동을 피스톤의 직선 왕복 운동으로 전환하는 왕복동 압축기와 달리, 리니어 압축기는 피스톤을 직접적으로 직선 운동하도록 구동시킨다. 이를 위해 리니어 압축기는 리니어 모터에 의해 선형 이동하는 이동부재(moving member)를 구비한다. 상기 이동부재는 피스톤에 연결된다. 또한 리니어 압축기는 서로 대향하는 피스톤의 직선 운동 방향으로 상기 피스톤을 탄성 지지하는 공진 스프링을 구비한다.

실린더에 의해 규정되는 압축실 압축된 유체는 토출실로 토출된다. 압축실과 토출실 사이에는, 압축실의 유체가 소정의 압력 이상으로 압축되었을 때 개방되는 토출밸브가 마련된다. 압축된 유체는 고압의 힘으로 토출밸브를 열면서 토출실로 토출되므로, 토출밸브는 고압의 유체에 의해 이동하게 된다.

토출밸브가 지나치게 밀려 나가는 것을 방지하기 위해, 토출실 쪽에는 상기 토출밸브의 열림 정도를 규제하는 밸브스토퍼가 설치된다.

즉 실린더의 토출 측에는, 토출밸브는 물론 밸브스토퍼가 설치되어야 하며, 아울러 고압의 유체의 누설을 방지하기 위한 실링 처리도 이루어져 한다. 이러한 복잡한 구조는 부품 수를 증가시키고, 조립 공정을 어렵게 하는 원인이 된다.

아울러 밸브스토퍼는 토출밸브가 개방되는 방향에서 토출밸브와 간섭되어야 하므로, 토출밸브가 열리면서 토출되는 고압의 유체의 흐름을 방해하는 장애물이 되기도 한다. 이러한 밸브스토퍼의 구조는 유체의 압력 손실을 가져오고, 에너지 효율을 떨어뜨리는 원인이 된다.

본 발명의 목적은 압축기의 실린더의 토출 측의 구조를 간단하게 할 수 있는 토출 플레넘 구조를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 토출밸브를 고정하고 토출밸브의 개방 정도를 제어하는 밸브스토퍼가 압축된 유체의 흐름을 방해하지 않고 유체의 흐름을 원활하게 하는 토출 플레넘 구조를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 에너지 효율이 높고 압력 손실이 적은 토출 플레넘 구조를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 제작이 용이한 토출 플레넘 구조를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 위와 같은 토출 플레넘 구조가 적용된 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예는, 압축기의 밸브스토퍼에 관한 것이다. 상기 압축기는 리니어 압축기일 수 있다. 상기 밸브스토퍼는 플레넘 형태로 실린더의 토출 측에 제공될 수 있다.

상기 밸브스토퍼는, 반경방향으로 연장되는 반경부재와, 상기 반경부재의 반경방향 내측 단부에서 축방향으로 연장되는 축부재를 포함한다. 축부재는 관 형태일 수 있다.

상기 축부재는, 축방향으로 연장된 형태의 슬롯유로를 구비할 수 있다.

상기 반경부재는, 축방향으로 관통된 형태의 주변홀을 구비할 수 있다.

상기 반경부재의 반경방향 내측은 상기 축부재의 중심홀을 규정할 수 있다.

상기 슬롯유로와 주변홀은, 압축실로부터 토출실로 유동하는 고압의 유체의 압력 강하와 에너지 손실을 최소화할 수 있다.

실시예의 리니어 압축기(1)는 실린더(40), 피스톤(50), 토출밸브 조립체(46), 및 밸브스토퍼(65)를 구비할 수 있다.

실시예의 실린더(40)는, 축방향으로 연장되고, 축방향 일측이 흡입측을 규정하고 축방향 타측이 토출측을 규정할 수 있다.

실시예의 피스톤(50)은, 상기 흡입측을 통해 상기 실린더(40)에 삽입되고, 상기 실린더(40)에서 축방향으로 직선 왕복 운동할 수 있다.

실시예의 토출밸브 조립체(46)는, 상기 실린더(40)의 토출측에 설치되어 상기 실린더(40)의 측방향 타측 단부를 개폐할 수 있다.

실시예의 상기 밸브스토퍼(65)는 상기 토출밸브 조립체(46)의 개방 정도를 규제할 수 있다.

실시예의 상기 밸브스토퍼(65)는, 반경부재(651), 중심홀(652), 축부재(654), 간섭표면(655), 및 슬롯유로(656)를 포함할 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 반경부재(651)는 반경방향으로 연장되고, 상기 중심홀(652)은 상기 반경부재(651)의 반경방향 내측 단부에 의해 규정될 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 축부재(654)는 중공의 관 형상으로서, 상기 반경부재(651)의 반경방향 내측 단부에서 축방향 일측으로 연장될 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 간섭표면(655)은 상기 축부재(654)의 축방향 일측 단부에 마련될 수 있다. 상기 간섭표면(655)은, 상기 토출밸브 조립체(46)가 개방될 때 상기 토출밸브 조립체(46)와 간섭되어 상기 토출밸브 조립체(46)의 개방 정도를 규제할 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 슬롯유로(656)는 상기 축부재(654)의 둘레면에서 상기 축부재(654)를 반경방향으로 관통하도록 형성될 수 있다. 상기 슬롯유로(656)는 상기 축부재(654)의 중공의 공간과 상기 축부재(654)의 둘레면 외측의 공간을 반경방향으로 통하도록 연결할 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 토출밸브 조립체(46)는 밸브부재(460), 밸브스프링(464) 및 스프링홀더(466)를 구비할 수 있다.

실시예의 상기 밸브부재(460)는 상기 실린더(40)의 토출측을 덮는 부재일 수 있다.

실시예의 상기 밸브스프링(464)은, 상기 밸브부재(460)가 상기 토출측을 덮는 방향으로 상기 밸브부재(460)에 탄성력을 가할 수 있다.

실시예의 상기 스프링홀더(466)는 상기 밸브스프링(464)을 지지하여, 상기 밸브스프링(464)이 상기 밸브부재(460)에 탄성력을 가하도록 할 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 반경부재(651)의 반경방향 외측 단부는, 축방향 일측으로 연장되는 제1관부(611)와 연결될 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 제1관부(611)의 축방향 일측 단부에는, 상기 토출밸브 조립체(46)를 상기 실린더(40)에 고정하는 밸브 마운터(613)가 마련될 수 있다. 상기 밸브 마운터(613)는, 단턱(614)에 의해 내경이 확장된 형상을 포함할 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 반경부재(651)의 반경방향 외측 단부는, 축방향 타측으로 연장되는 제2관부(612)와 연결될 수 있다.

상기 제2관부(612)의 축방향 타측에는 토출커버(80)가 연결되며, 이에 따라 상기 제2관부(612)와 토출커버(80)는, 상기 실린더(40)의 압축실(44)에서 상기 토출밸브 조립체(46)를 통해 토출된 고압의 유체를 수용하는 토출실(88)을 규정할 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 축부재(654)에 의해 규정되는 중공의 공간은, 상기 밸브스토퍼(65)에 대해 축방향으로 일측에 마련된 공간과 축방향으로 통하도록 연결될 수 있다. 즉 상기 축부재(654)는 전후 방향으로 모두 개방된 형태일 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 슬롯유로(656)는 축방향 길이가 둘레방향 길이보다 큰 장공 형상일 수 있다. 상기 장공은 축방향으로 연장된 직선 형상일 수 있다.

실시예의 상기 슬롯유로(656)는 둘레 방향으로 등 간격으로 복수 개 마련될 수 있다. 상기 슬롯유로(656)는, 가령 3개 또는 4개 구비될 수 있다.

상기 슬롯유로(656)는 상기 축방향 일측으로 개방된 형태이거나 상기 축방향 일측으로 닫힌 형태일 수 있다.

상기 간섭표면(655)은 링 형상으로 연결된 폐루프 형상을 포함할 수 있다.

한편 실시예의 반경부재(651)는 축방향으로 관통된 주변홀(653)을 구비할 수 있다.

상기 주변홀(653)은 상기 밸브스토퍼(65)에 대해 축방향으로 일측에 마련된 공간과 축방향으로 타측에 마련된 공간을 축방향으로 서로 통하도록 연결할 수 있다.

상기 주변홀(653)은 둘레 방향으로 등 간격 복수 개 마련될 수 있다. 상기 주변홀(653)은 상기 중심홀(652) 주변에 마련될 수 있다.

상기 주변홀(653)은 둘레방향 길이가 반경방향 길이보다 큰 호형 장공 형상일 수 있다.

실시예의 상기 축부재(654)는 축방향 일측으로 갈수록 점차 직경이 작아지는 원뿔대의 레이아웃을 가질 수 있다. 이에 따라 상기 축부재(654)의 외주면과 내주면 모두 원뿔대의 레이아웃을 가질 수 있다.

실시예의 리니어 압축기(1)는 상기 실린더(40)와 토출밸브스토퍼(65)와 밸브스토퍼(65)를 구비하는 프레임(20)을 더 포함할 수 있다.

실시예의 상기 프레임(20)은 제1내경부(21), 제2내경부(22) 및 내향단턱(614)을 포함할 수 있다.

실시예의 제1내경부(21)는 축방향 일측에 배치되고, 제2내경부(22)는 내향단턱(614)을 사이에 두고 상기 제1내경부(21)와 대향하는 위치에 배치될 수 있다.

실시예에 따르면 상기 제1내경부(21)와 제2내경부(22)는 동심을 이룰 수 있다. 상기 제2내경부(22)는, 상기 제1내경부(21)보다 축방향 타측에 배치될 수 있다.

상기 내향 단턱(23)은 상기 제1내경부(21)와 제2내경부(22) 사이에 마련되고, 반경방향 내측으로 돌출되는 형상일 수 있다.

실시예의 상기 실린더(40)는 상기 제1내경부(21)에 삽입되어 고정될 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 상기 실린더(40)가 상기 프레임(20)에 고정된 상태에서, 상기 실린더(40)의 토출측 단부는 상기 내향 단턱(23)을 거쳐 상기 제2내경부(22)까지 연장될 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 토출밸브 조립체(46)는 제2내경부(22)에 수용될 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 토출밸브 조립체(46)는, 축방향으로 상기 실린더(40)의 토출측 단부와 상기 밸브 마운터(613) 사이에 개재될 수 있다.

상기 리니어 압축기는 피스톤(50)을 직선 왕복 구동하는 리니어 모터(30)를 더 포함할 수 있다.

상술한 토출 플레넘은 리니어 압축기에 한정된 구조는 아니다. 즉 상기 토출 플레넘은 다른 종류의 압축기에 설치될 수도 있다.

또한 본 발명에 따른 토출 플레넘을 구비하는 압축기는, 압축기의 실린더의 토출 측의 구조를 간단하게 할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 밸브스토퍼가 압축된 유체의 흐름을 방해하지 않고 유체의 흐름을 원활하게 안내한다.

또한 본 발명에 따르면, 압축기의 에너지 효율이 높고 압력 손실이 적다.

또한 본 발명에 따르면, 토출 플레넘의 제작과 조립이 용이하다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 실시예의 리니어 압축기를 간단히 나타낸 측면 단면도이다.
도 2는 다른 실시예의 리니어 압축기의 실린더의 토출 측을 확대하여 나타낸 측면 단면도이다.
도 3은 다른 실시예의 리니어 압축기의 실린더의 토출 측을 확대하여 나타낸 단면사시도이다.
도 4는 도 3의 밸브스토퍼를 나타낸 측면 단면도이다.
도 5와 도 6은 도 3의 실시예의 리니어 압축기의 압축실의 토출 과정에서 유체의 압력분포와 속도벡터를 각각 나타낸 것이다.
도 7은 다른 실시예의 리니어 압축기의 프레임과 실린더와 피스톤과 토출플레넘과 토출커버의 분해 단면사시도이다.
도 8은 도 7의 실시예의 조립된 상태의 단면사시도이다.
도 9는 도 7의 리니어 압축기의 토출플레넘의 사시도이다.
도 10은 도 9의 토출플레넘의 밸브스토퍼의 확대도이다.
도 11은 도 7의 토출플레넘의 밸브스토퍼 부분과 밸브부재를 확대하여 나타낸 단면 사시도이다.
도 12는 도 7의 프레임과 실린더와 토출플레넘과 밸브부재와 밸브스프링 부분을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 13과 도 14는 도 7의 실시예의 리니어 압축기의 압축실의 토출 과정에서 유체의 압력분포와 속도벡터를 각각 나타낸 것이다.
도 15는 밸브스토퍼의 주변홀과 슬롯유로 유무에 따라 달라지는 압력손실량과 에너지 효율(EER; energy efficiency rate)을 나타낸 그래프이다.
도 16 내지 도 18은 토출플레넘의 변형예들을 나타낸 도면이다.
도 19와 도 20은 토출플레넘의 또 다른 변형예를 나타낸 도면이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

이하 실시예를 설명함에 있어서 축방향이라 함은 피스톤의 직선 왕복 운동 방향을 의미한다. 전방이라 함은 축방향으로 피스톤이 실린더에 들어가는 방향과 나란한 방향을 의미한다. 후방이라 함은 축방향으로 피스톤이 실린더로부터 나오는 방향과 나란한 방향을 의미한다. 후방이 축방향의 일측 방향이라 하면, 전방은 축방향의 타측 방향이라 할 수 있다. 반경방향이라 함은 상기 축으로부터 멀어지거나 축에 가까워지는 방향을 의미한다. 원심방향이라 함은 상기 축으로부터 멀어지는 방향을 의미하고, 구심방향이라 함은 상기 축에 가까워지는 방향을 의미한다. 원주방향 또는 둘레방향이라 함은 상기 축의 둘레를 감싸는 방향을 의미한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.

떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B 를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다

이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 리니어 압축기의 피스톤 구조를 설명하도록 한다.

[리니어 압축기의 구조]

먼저 도 1을 참조하여 리니어 압축기의 전반적인 구조를 살핀다. 리니어 압축기(1)는 실린더(40)에 대해 피스톤(50)이 직선 왕복 운동한다. 실린더(40)와 피스톤(50)에 의해 규정되는 압축실(44)의 공간은 피스톤(50)이 직선 왕복 운동함에 따라 체적이 증가하고 감소함을 반복한다. 피스톤(50)의 직선 왕복 운동을 구동하기 위해, 상기 실린더(40)의 외측 둘레에는 리니어 모터(30)가 마련된다. 상기 리니어 모터(30)는 서로 다른 직경을 가지는 한 쌍의 환 형 스테이터(32, 34)와, 상기 한 쌍의 스테이터(32, 34) 사이에 배치된 이동부재(36)를 구비한다. 이동부재(36)는 피스톤(50)에 연결되어 피스톤(50)과 일체로 직선 왕복 운동한다.

유체의 압축을 위한 상술한 구조는 쉘(10) 내부에 배치된다. 쉘(10)의 내부 공간은 쉘(10)에 의해 외부와 격리된다. 실시예의 쉘(10)은 상부로 개방된 용기 모양의 바디쉘(11)과, 상기 바디쉘(11)의 상부에서 상기 바디쉘(11)을 덮는 리드쉘(12)을 포함한다. 상기 바디쉘(11)과 리드쉘(12)은, 가령 판금을 프레스 가공하여 제작될 수 있다. 상기 바디쉘(11)의 저면에는 상기 쉘(10)을 고정하기 위한 이어마운트(13)가 배치된다. 상기 쉘(10)에는 유입관(14)이 연결되고, 상기 유입관(14)을 통해 냉매가 쉘(10)의 내부 공간으로 유입된다. 쉘의 형태와 조립 방식은 실시예의 쉘(10)에 한정되지 않는다.

쉘(10)의 바닥에는 상부로 돌출된 복수 개의 설치핀(15)이 마련된다. 그리고 복수 개의 상기 설치핀(15)에는 각각 코일스프링과 같은 탄성체(25)가 설치된다. 앞서 설명한 실린더(40), 피스톤(50) 및 리니어 모터(30)를 구비하는 프레임(20)은 상기 탄성체(25) 상에 얹어져 설치된다. 이에 따라 상기 피스톤(50)이 실린더(40)에 대해 상대적으로 축방향으로 직선 왕복 운동하며 발생하는 진동은 쉘(10)에 전달되지 않을 수 있다. 탄성체의 종류와 설치 방식은 실시예의 코일스프링에 한정되지 않는다. 가령 판스프링이 사용되거나, 와이어에 프레임(20)을 매다는 방식이 사용될 수도 있다.

프레임(20)은 상기 실린더(40)를 구비한다. 상기 실린더(40)는 프레임(20)과 일체로 제작될 수 있다. 일체로 제작된다 함은 실린더(40)와 프레임(20)이 서로 다른 부품으로 제작된 후 조립되어 일체를 이루거나, 처음부터 하나의 부품으로 제작되는 개념을 포함한다.

실린더(40)는 축방향으로 배열되는 원통형 구조이며, 축방향의 전방은 토출밸브 조립체(46)로 덮여 있고, 축방향의 후방은 개방되어 있다. 토출밸브 조립체(46)는 소정 값 이상의 압력에 의해 개방되는 밸브부재를 구비한다. 상기 토출밸브 조립체(46)보다 전방에는 토출커버(80)가 설치된다. 상기 토출커버(80)는 프레임(20)에 고정된다. 상기 토출커버(80)와 토출밸브 조립체(46)에 의해 규정되는 내부 공간은 토출실(88)을 규정한다.

압축실(44)은, 상기 토출밸브 조립체(46), 실린더(40)의 보어(42) 및 피스톤(50)의 헤드(54)에 의해 규정된다.

압축실(44)에서 압축된 유체는, 상기 토출밸브 조립체(46)를 통해 상기 토출실(88)로 토출된다.

피스톤(50)은 헤드(54)와 피스톤바디(57)와 플랜지(56)를 포함한다. 헤드(54)는 피스톤(50)의 축방향 전방에 마련되고, 상기 압축실(44)과 마주한다. 헤드(54)의 단면은 실린더(40)의 보어(42)의 내부 단면과 대응한다. 상기 헤드(54)에는 체크밸브가 설치된다. 상기 체크밸브는, 상기 헤드(54)보다 축방향 후방에 마련된 공간의 유체가 상기 압축실(44)로 유입되는 것은 허용하고, 상기 압축실(44)의 유체가 상기 헤드(54)보다 축방향 후방에 마련된 공간으로 역류하는 것은 방지한다.

피스톤바디(57)는 헤드(54)의 반경방향 외측 단부로부터 축방향 후방으로 연장되는 원통 형상이다. 상기 피스톤바디(57)는 상기 실린더(40)의 보어(42)와 접하며 슬라이드 한다. 상기 실린더(40)의 보어(42)에 대한 피스톤바디(57)의 마찰 계수를 줄이고 마모를 방지하기 위해, 상기 피스톤바디(57)에는 소정의 표면 처리가 이루어진다. 가령 이러한 표면 처리는, 표면의 경도(hardness)를 높이고 표면의 조도(roughness)를 최소화하여 매끄럽게 하는 처리일 수 있다. 이러한 표면 처리는, 가령 PTFE(Polytetrafluoroethylene), DLC(Diamond-Like-Carbon), 애노다이징(anodizing) 등일 수 있다. 실시예에서는 DLC 처리가 이루어지는 것이 예시된다.

피스톤바디(57)의 축방향 후방 단부에는 플랜지(56)가 연결된다. 플랜지(56)는 상기 피스톤바디(57)로부터 반경방향으로 외향 연장된다.

상기 피스톤(50)을 직선 왕복 구동하는 구동수단인 리니어 모터(30)는 스테이터와 이동부재를 포함한다. 스테이터는 프레임(20)에 고정될 수 있다. 상기 스테이터는, 실린더(40)의 외주 둘레에 설치되는 이너 스테이터(34)와, 상기 이너 스테이터(34)로부터 반경방향 외측에 이격 배치된 아우터 스테이터(32)를 포함한다. 상기 이동부재(36)는 상기 아우터 스테이터(32)와 이너 스테이터(34) 사이에 배치되어 축방향을 따라 직선 왕복 이동할 수 있다. 아우터 스테이터(32)에는 권선코일이 장착될 수 있으며, 이동부재(36)는 영구자석을 포함할 수 있다. 리니어 모터(30)에 전류가 인가되면, 권선코일에 의해 스테이터(32, 34)에 자속(flux)이 형성된다. 이러한 자속은 상기 이동부재(36)의 영구자석의 자속과 상호작용하고, 이에 따라 이동부재(36)는 전후 방향으로 직선 왕복 운동할 수 있다. 다만 리니어 모터의 구조와 작동 원리는 상술한 내용에 한정되지 않는다.

상기 이동부재(36)의 후방 단부는 상기 피스톤(50)의 플랜지(56)에 고정된다. 따라서 이동부재(36)는 피스톤(50)과 함께 전후 방향으로 이동한다.

또한 상기 피스톤(50)은 공진 스프링(70)에 연결된다. 상기 공진 스프링(70)은 상기 플랜지(56)를 통해 피스톤(50)에 연결된다. 상기 공진 스프링(70)은 상기 피스톤(50)을 각각 전방과 후방으로 탄성 가압하는 제1스프링(71)과 제2스프링(72)을 포함할 수 있다. 실시예에서는 상기 공진 스프링(70)으로서 압축 코일 스프링이 적용된 구조가 예시된다. 그러나 스프링의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.

제1스프링(71)과 제2스프링(72)의 일측 단부는 프레임(20)에 의해 지지되고, 타측 단부는 상기 피스톤(50)을 서로 대향하는 방향으로 가압한다. 상기 공진 스프링(70)은 이동부재(36)와 피스톤(50)의 직선 왕복 운동의 진동을 증폭시켜, 유체의 압축이 보다 효율적으로 이루어지도록 한다.

[리니어 압축기의 작동]

이하 설명하는 실시예는 쉘(10)의 내부 공간이 저압을 이루는 저압식 압축기를 예시한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.

리니어 모터(30)가 작동하면 피스톤(50)이 축방향으로 직선 왕복 운동한다. 피스톤(50)이 후방으로 이동하면 압축실(44)의 체적은 늘어나고, 압축실(44)을 제외한 쉘(10) 내부 공간의 체적은 줄어든다. 이에 따라 압축실(44) 내부 공간의 유체의 압력이 쉘(10)의 내부 공간의 유체의 압력보다 크게 낮아지므로, 피스톤(50)의 헤드(54)에 마련된 체크밸브가 개방되고, 쉘(10) 내부 공간의 유체(가령, 냉매)는 상기 압축실(44) 내부로 유입된다.

피스톤(50)이 전방으로 이동하면 압축실(44)의 체적은 줄어들고, 압축실(44)을 제외한 쉘(10) 내부 공간의 체적은 늘어난다. 이에 따라 압축실(44) 내부 공간의 유체의 압력이 쉘(10)의 내부 공간의 유체의 압력보다 크게 높아지므로, 피스톤(50)의 헤드(54)의 체크밸브는 닫히게 되고, 압축실(44)의 유체는 쉘(10)의 내부 공간으로 역류하지 않는다. 피스톤(50)이 전방으로 이동함에 따라 늘어나는 쉘(10) 내부의 체적만큼, 유입관(14)을 통해 유체(냉매)가 쉘(10) 내부로 유입된다.

피스톤(50)이 전방으로 이동함에 따라 압축실(44)의 유체는 고압으로 압축된다. 상기 유체의 압력이 소정의 압력 이상이 되면, 실린더(40)의 압축실(44) 전방에 배치된 토출밸브 조립체(46)를 통해, 고압의 유체가 토출실(88)로 토출된다. 토출된 고압의 유체는, 토출포트(47)와 토출관(미도시)을 통해 쉘(10) 외부로 토출된다.

냉동사이클에서 상기 유입관(14)은 증발기에 연결될 수 있고, 상기 토출관은 응축기에 연결될 수 있다.

상기 이동부재(36)와 피스톤(50)이 전후로 이동할 때, 상기 공진 스프링(70)은 피스톤의 전후 방향 이동을 증폭시킨다. 상기 피스톤(50)과 관련 부품들이 전후로 이동함에 따라 발생하는 진동은 탄성체(25)에 의해 저감되므로, 진동이 쉘(10)에는 거의 전달되지 않는다.

[토출밸브 조립체]

이하 도 2를 참조하여, 리니어 압축기에 설치된 토출밸브 조립체(46)의 구조를 살펴본다. 참고로, 도 2에 도시된 압축기는 도 1에 도시된 압축기와 다른 구조를 가진다.

토출밸브 조립체(46)는 밸브부재(460)와, 밸브스프링(464)과, 스프링홀더(466)를 포함한다. 밸브부재(460)는 실린더(40)의 토출측 단부를 개폐하는 부재이다. 밸브스프링(464)은 상기 밸브부재(460)가 상기 실린더(40)의 토출측 단부를 닫는 방향으로 상기 밸브부재(460)에 탄성력을 제공한다. 상기 스프링홀더(466)는 상기 밸브스프링(464)을 지지하고, 상기 토출밸브 조립체(46)를 상기 실린더(40)의 전방에 고정한다.

상기 밸브부재(460)는, 상기 실린더(40)의 내주면, 즉 보어(42)보다 직경이 크고 상기 실린더(40)와 동심을 이루는 원반 형태의 밸브판(461)과, 상기 밸브판(461)의 중심에서 축방향 전방으로 연장되는 축돌기(462)를 포함한다.

상기 밸브스프링(464)은 반경방향으로 연장되는 판 스프링일 수 있다. 상기 밸브스프링(464)의 반경방향 내측 단부는 끼움홀(465)을 규정하고, 상기 축돌기(462)의 외주면에 마련된 스프링마운트(463)는 상기 끼움홀(465)에 끼워진다. 이에 따라 상기 밸브스프링(464)의 반경방향 내측 단부는 상기 축돌기(462)를 축방향으로 구속한다. 즉 상기 밸브부재(460)가 상기 전방(밸브가 열리는 방향)으로 이동하려고 할 때, 상기 축돌기(462)는 상기 밸브스프링(464)의 반경방향 내측 단부와 간섭되어 상기 밸브스프링(464)으로부터 탄성 저항을 받는다.

상기 밸브스프링(464)의 반경방향 외측 단부는 상기 스프링홀더(466)에 고정된다. 상기 스프링홀더(466)는 환형의 링 형상을 가진다. 상기 스프링홀더(466)의 내경은 상기 밸브부재(460)의 외경보다 커서, 스프링홀더(466)와 밸브부재(460)가 동심 정렬된 상태에서 상호 간섭되지 않는다. 상기 스프링홀더(466)는 상기 실린더(40)의 전방 단부와 고정된다. 도 2의 실시예는 스프링홀더(466)와 실린더(40) 사이에 실링 링(sealing ring)이 개재된 구조를 통해 유체의 누설을 방지한 구조를 예시하고 있다. 그러나 고압 유체의 누설 방지를 위한 실링 링의 위치가 반드시 이에 한정될 필요는 없다.

상기 토출밸브 조립체(46)의 스프링홀더(466)는 밸브스토퍼(65)에 의해 실린더(40)에 고정된다. 밸브스토퍼(65)는 상기 밸브부재(460)가 지나치게 개방되는 것을 저지하는 구성이다. 상기 밸브스토퍼(65)는, 상기 밸브부재(460)의 축돌기(462)와 간섭하여, 상기 밸브부재(460)의 전방 이동의 범위, 즉 밸브의 개방의 정도를 규제한다.

상기 밸브스토퍼(65)의 축방향 전방에는 토출커버(80)가 마련되고, 상기 토출커버(80)는 토출실(88)을 규정한다.

[밸브스토퍼]

이하 도 3과 도 4를 참조하여, 리니어 압축기에 설치된 밸브스토퍼(65)의 구조를 살펴본다. 참고로, 도 3에 도시된 압축기는 도 1의 압축기 및 도 2의 압축기와 다른 구조를 가진다. 설명의 편의상, 도 3에서는 토출밸브 조립체(46)의 밸브스프링(464)과 스프링홀더(466)를 생략하였다.

상기 밸브스토퍼(65)는, 반경방향으로 연장되는 반경부재(651)와, 축방향으로 연장되는 축부재(654)를 포함한다. 반경부재(651)는 중앙에 중심홀(652)이 형성된 원반 형태일 수 있다. 상기 반경부재(651)의 반경방향 내측은 축부재(654)와 연결된다. 축부재(654)는 상기 반경부재(651)로부터 축방향 후방으로 연장된다. 상기 축부재(654)는 관 형태일 수 있으며, 후방으로 갈수록 외경과 내경이 모두 점차 줄어드는 형태일 수 있다. 상기 축부재(654)의 후방 단부에는 간섭표면(655)이 마련된다. 상기 간섭표면(655)은 상기 밸브부재(460)가 개방되면서 축방향 전방으로 이동할 때, 상기 밸브부재(460)의 축돌기(462)와 간섭하여 밸브부재(460)가 전방으로 이동하는 정도를 규제할 수 있다.

상기 반경부재(651)의 반경방향의 외측은 제1관부(611)와 연결된다. 상기 제1관부(611)는 상기 반경부재(651)로부터 축방향 후방으로 연장된다. 상기 제1관부(611)는 상기 축부재(654)보다 더 후방으로 길게 연장되고, 상기 제1관부(611)의 후방 단부는 실링부재(S1)를 가압할 수 있다. 그러면, 제1관부(611)와 프레임(20) 사이에 실링이 이루어질 수 있다. 실린더(40)는 프레임(20)의 내부에 삽입되어 프레임(20)과 일체를 이루며, 그 전방 단부의 외주면이 상기 실링부재(S1)에 밀착된다. 따라서 압축실(44)에서 밸브부재(460)를 밀어내고 토출실(88)로 빠져나간 고압의 유체는, 상기 실링부재(S1)에 의해 누설이 방지된다.

상기 제1관부(611)의 후방 단부의 내주면에는, 단턱(614)에 의해 내경이 확장된 형태의 밸브 마운터(613)가 마련된다. 밸브 마운터(613)는 토출밸브 조립체(46)의 스프링홀더(466)의 외주면과 축방향 앞면을 지지한다. 제1관부(611)가 후방으로 가압된 상태로 고정되면, 밸브 마운터(613)에 지지된 스프링홀더(466)는 단턱(614)과 실링부재(S1) 사이에 개재되어 고정된다.

압축실(44)에서 밸브부재(460)를 밀어내고 토출실(88) 쪽으로 빠져나온 고압의 유체는, 도 3에 점선으로 도시된 바와 같이, 밸브스토퍼(65)의 간섭표면(655)과 밸브부재(460)의 축돌기(462) 사이의 틈을 통해 밸브스토퍼(65)를 통과하여 토출실(88)로 유동한다.

압축실(44)에서 압축된 유체는 밸브부재(460)의 반경방향 외측 단부를 통해 압축실(44)로부터 빠져 나온다. 그런데 밸브스토퍼(65)의 반경부재(651)와 축부재(654)는 축부재(654)의 반경방향 외측 둘레에 막다른 공간을 형성한다. 따라서 밸브부재(460)를 빠져나온 공기는 막다른 공간에서 맴돌이 유동(recirculation)을 일으킬 가능성을 배제할 수 없다.

맴돌이 유동은, 도 5에 도시된 바와 같이, 밸브스토퍼(65)의 간섭표면(655)과 밸브부재(460)의 축돌기(462) 사이의 협소한 틈을 빠져나가면서 압력 손실을 일으킬 수 있다. 그리고 도 6에 도시된 바와 같이 모든 유동이 밸브스토퍼(65)의 간섭표면(655)과 밸브부재(460)의 축돌기(462) 사이의 협소한 틈에 집중되어 유동 손실이 발생할 수 있다.

[토출 플레넘]

이하 도 7 내지 도 12를 참조하여, 밸브스토퍼(65)에 의한 압력 손실과 유동 손실을 개선한 밸브스토퍼(65)가 일체로 형성된 토출 플레넘(60)과, 상기 토출 플레넘(60)이 적용된 프레임(20)의 구조를 설명한다.

압축기(1)의 프레임(20)은 전후 방향으로 연장된 긴 원통 형상일 수 있다. 상기 프레임(20)은 전후 방향으로 모두 개방되어 있으며, 프레임(20)의 전방 단부에는 반경방향으로 연장되는 플랜지부(24)가 마련될 수 있다. 상기 프레임(20)의 축방향의 대략 중앙부에는 반경방향 내측으로 돌출된 내향 단턱(23)이 마련된다. 상기 내향 단턱(23)의 후방은 상기 내향 단턱(23)보다 내경이 큰 제1내경부(21)를 이루고, 상기 내향 단턱(23)의 전방은 상기 내향 단턱(23)보다 내경이 큰 제2내경부(22)를 이룬다. 실시예에서는 제2내경부(22)가 제1내경부(21)보다 더 내경이 큰 구조를 예시하나, 이들은 동심을 이루면 족하고 내경이 서로 동일할 필요는 없다.

상기 제1내경부(21)의 내부에는, 후방으로부터 실린더(40)가 끼워진다. 실린더(40)의 보어(42)는 피스톤(50)과 지속적으로 슬라이드 접촉하는 표면으로서, 소정의 경면 처리가 이루어질 수 있다. 실시예에 따르면, 단순한 원통 형태의 실린더(40)를 제작하고 실린더(40)의 내주면을 표면 처리한 뒤 제1내경부(21)에 삽입하므로, 표면 처리 비용을 절감할 수 있다.

상기 실린더(40)를 제1내경부(21)에 삽입하는 깊이는 상기 내향 단턱(23)에 의해 규제될 수 있다. 즉 실린더(40)의 외주면은 상기 제1내경부(21)의 내주면과 대응하는 치수를 가지되, 상기 실린더(40)의 전방 단부는 상기 내향 단턱(23)에 상보적인 형상을 가지도록 함으로써, 실린더(40)의 삽입 깊이를 정확히 규제할 수 있다. 실린더(40)가 제1내경부(21)에 삽입되 상태에서, 상기 실린더(40)의 전방 단부는 상기 내향 단턱(23)보다 더 전방으로 돌출될 수 있다.

피스톤(50)은 후방으로부터 상기 실린더(40)에 삽입될 수 있다. 피스톤바디(57)의 외주면은, 상기 실린더(40)의 내주면과 지속적으로 슬라이드 접촉하는 부위로서, 표면 처리가 이루어질 수 있다. 상기 피스톤(50)의 후방 단부에 마련되고 반경방향으로 연장되는 플랜지(56) 부분은, 상기 실린더(40)에 삽입되지 않는다.

상기 제2내경부(22)에는 전방으로부터 토출 플레넘(60)이 삽입된다. 토출 플레넘(60)은 원통 형상의 삽입관부(61)와, 상기 삽입관부(61)의 전방에 마련되고 상기 삽입관부(61)보다 직경이 확장된 형태의 확장관부(62)와, 상기 확장관부(62)의 외주면에서 반경방향으로 외향 연장되는 확장플랜지(63)를 구비한다.

상기 밸브스토퍼(65)는 상기 삽입관부(61)에 마련될 수 있다. 상기 삽입관부(61)는, 상기 밸브스토퍼(65)보다 후방에 배치되는 제1관부(611) 및 상기 밸브스토퍼(65)보다 전방에 배치되는 제2관부(612)를 포함한다. 밸브스토퍼(65)의 반경부재(651)의 반경방향 외측 단부에서, 제1관부(611)는 후방으로 연장되고, 제2관부(612)는 전방으로 연장된다.

삽입관부(61)는 상기 제2내경부(22)에 삽입되어 고정된다. 삽입관부(61)가 제2내경부(22)에 삽입된 상태에서, 상기 확장관부(62)와 확장플랜지(63)는 상기 프레임(20)의 플랜지부(24)에 마련된 상보적인 형상의 홈에 안착된다.

상기 확장관부(62)에서 상기 플랜지부(24)보다 전방에는 마운트(64)가 마련된다. 마운트(64)는 토출커버(80)와 맞물리는 부위로서, 상기 확장관부(62)보다 더 큰 내경을 가지는 관 형상일 수 있다.

토출커버(80)는, 상기 마운트(64)의 전방의 개구를 덮도록 반경방향으로 연장되는 축커버(81)와, 상기 마운트(64)의 외주면을 덮도록 축방향으로 연장되는 반경커버(82)와, 상기 반경커버(82)의 후방 단부에서 반경방향으로 외향 연장되는 결합면부(83)를 구비한다.

상기 토출커버(80)가 상기 마운트(64)에 결합된 상태에서, 상기 토출커버(80)의 결합면부(83)는 확장플랜지(63)와 마주한다.

상기 토출커버(80)의 축커버(81)와, 상기 토출 플레넘(60)의 제2관부(612), 확장관부(62) 및 마운트(64)에 의해 규정되는 공간은, 압축실(44)에서 토출된 고압의 유체가 머무르는 토출실(88)을 이룰 수 있다. 상기 결합면부(83)의 후면과 확장플랜지(63)의 전면 사이에는 실링 링이 개재되어, 토출실(88)의 고압의 유체를 밀봉한다.

상기 토출커버(80)의 축커버(81)에는, 상기 토출실(88)의 고압의 유체를 수요처에 공급하는 통로가 되는 토출포트(47)가 마련된다. 상기 수요처는 가령 냉동사이클의 응축기일 수 있다.

도 12를 참조하면, 상기 삽입관부(61)의 제1관부(611)의 후방 단부와 프레임(20)의 내향 단턱(23)은 축방향으로 약간 이격되고, 여기에 실링부재(S1)가 개재되어 압착된다. 또한 상기 제1관부(611)의 후방 단부에 마련된 밸브 마운터(613)에 설치되는 스프링홀더(466) 역시 상기 실링부재(S1)를 압착한다. 압착된 상기 실링부재(S1)의 내주면은 상기 실린더(40)의 외주면과 강하게 밀착될 수 있다. 이에 따라 압축실(44)로부터 토출 플레넘(60) 내부로 토출된 고압의 유체의 누설이 방지된다.

상기 밸브스토퍼(65)의 반경부재(651)는 중심홀(652)을 규정한다. 상기 반경부재(651)에는, 상기 중심홀(652)의 둘레를 따라 복수 개의 주변홀(653)이 마련될 수 있다. 상기 주변홀(653)은 상기 밸브스토퍼(65) 후방의 공간과 전방의 공간을 통하도록 연결한다. 주변홀(653)은 도 10 등에 도시된 바와 같이 원형일 수 있다. 또한 주변홀(653)은 도 18에 도시된 바와 같이 원호형 장공일 수 있다. 물론 도 16에 도시된 바와 같이 이러한 주변홀(653)이 생략될 수도 있음은 물론이다.

상기 주변홀(653)은 반경부재(651)의 후방의 공간을 전방의 공간과 축방향으로 직접적으로 연결하므로, 앞서 도 3을 참조하여 언급한 유체의 맴돌이 유동을 크게 완화할 수 있고, 유동 손실과 압력 손실을 줄여 에너지 손실을 줄일 수 있다.

상기 주변홀(653)은 중심홀(652)의 둘레를 따라 등간격으로 복수 개 마련될 수 있으며, 간격과 주변홀(653)의 개수는 제한이 없다. 아울러 주변홀(653)이 장공일 경우 장공의 둘레방향 길이 역시 제한이 없다.

축부재(654)는 축방향으로 연장되는 관 형상일 수 있으며, 그 전방은 상기 중심홀(652)에 의해 전방으로 오픈되어 있고, 후방으로도 오픈되어 있다. 즉 축부재(654)에 의해 규정되는 축부재(654)의 반경방향 내측 공간은, 전방과 후방으로 모두 개방되어 있다. 따라서 축부재(654) 후방의 유체는 축부재(654) 내부의 공간을 통해 축부재(654) 전방으로 유동할 수 있다.

또한 상기 축부재(654)에는 축방향으로 연장되는 슬롯유로(656)가 마련된다. 상기 슬롯유로(656)는 전후방향으로 연장된 장공 형태일 수 있으며, 상기 축부재(654)의 둘레에 복수 개가 등 간격으로 형성될 수 있다. 상기 슬롯유로(656)는, 도시된 바와 같이 후방으로 개구된 형태일 수 있다. 즉 상기 슬롯유로(656)는 축부재(654)를 후방으로 분할시킨 형태로 만들 수 있다.

상기 슬롯유로(656)의 축방향 길이는, 상기 슬롯유로(656)의 둘레방향 폭보다 더욱 클 수 있다. 상기 슬롯유로(656)는 축부재(654)의 축방향 길이의 1/2 이상 연장된 형태일 수 있다.

상기 축부재(654)는 밸브부재(460)의 축방향 변위를 규제하고, 상기 슬롯유로(656)는, 상기 밸브부재(460)가 상기 축부재(654)의 간섭표면(655)에 간섭된 상태에서도, 상기 축부재(654)의 반경방향 외측에 있는 고압의 유체가 상기 슬롯유로(656)를 통해 축부재(654)의 반경방향 내측 공간으로 유동할 수 있는 통로를 제공한다. 축부재(654)의 반경방향 내측 공간의 유체는 상기 중심홀(652)을 통해 토출실(88)로 토출될 수 있다.

즉 밸브부재(460)를 밀고 나온 압축실(44)의 고압의 유체는, 상기 주변홀(653)을 통해 토출실(88)로 토출되거나, 상기 슬롯유로(656)와 중심홀(652)을 통해 토출실(88)로 토출될 수 있다.

상기 주변홀(653)과 슬롯유로(656)를 적용한 밸브스토퍼(65)는, 도 13에 도시된 바와 같이 압력 강하가 발생하지 않고, 도 14에 도시된 바와 같이, 유동이 집중되거나 유속이 과도하게 빨라짐으로써 발생하는 에너지 손실을 최소화할 수 있다.

주변홀(653)과 슬롯유로(656)가 적용된 밸브스토퍼(65)는, 그렇지 않은 밸브스토퍼보다 에너지 효율(EER)이 높아지고 압력손실이 줄어든다.

도 7 내지 도 12에는, 4개의 슬롯유로(656)가 둘레방향으로 90도 간격으로 배치된 밸브스토퍼(65) 구조가 예시된다. 그러나 상기 슬롯유로(656)의 개수는 이에 한정되지 않는다. 가령 도 16 내지 도 18에 도시된 바와 같이, 앞서 설명한 것보다 둘레방향 폭이 더 큰 슬롯유로(656)가 120도 간격으로 3개 마련될 수도 있다.

또한 상기 슬롯유로(656)는 후방으로 개방된 형태에 한정되지 않는다. 도 19와 도 20에 도시된 바와 같이, 4개의 슬롯유로(656)가 축방향으로 길게 연장되되, 후방으로 개방되지 않은 형태로 제공될 수도 있다. 즉 이와 같은 슬롯유로(656)는 축부재(654)를 후방으로 분할하지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 간섭표면(655)은 링 형상으로 연결된 폐루프 구조를 가질 수 있고, 후방으로 분할된 캔틸레버 구조의 축부재(654)(도 7 내지 도 17 참조)보다 축부재(654)의 강도를 더 확보할 수 있다.

간섭표면(655)이 축부재(654)의 후방 단부에서 내주면에 마련되어 있어, 밸브부재(460)의 축돌기(462)가 지나치게 전방으로 이동할 경우 축부재(654)의 후방 단부가 반경방향 외측으로 벌어지는 현상이 발생할 수도 있다. 그러나, 도 19와 도 20에 도시된 형태의 밸브스토퍼(65)는 슬롯유로(656)에 의해 분할된 형태의 축부재(654)의 후방 단부가 링 형태로 연결되어 있어, 이러한 현상이 발생할 여지가 없다.

상기 프레임(20)과 실린더(40)와 피스톤(50)은 강도와 내마모성을 확보하기 위해 금속 재질로 제작될 수 있다. 이에 반해 형상이 상대적으로 복잡하고, 상대적으로 강도와 내마모성이 요구되지 않는 토출 플레넘(60)은 합성수지로 제작될 수 있다.

상기 축부재(654)는 후방으로 갈수록 점차 작아지는 원뿔대의 프로파일을 가질 수 있다. 상기 축부재(654)의 외주면이 후방으로 갈수록 점차 작아지는 원뿔대의 프로파일을 가진다는 것은, 상기 축부재(654)의 반경방향 외측의 공간이 전방으로 갈수록 그 단면적이 줄어든다는 의미이다. 또한 상기 축부재(654)의 내주면이 후방으로 갈수록 점차 작아지는 원뿔대의 프로파일을 가진다는 것은, 상기 축부재(654)의 반경방향 내측의 공간으로 전방으로 갈수록 그 단면적이 커진다는 의미이다.

압축실(44)에서 토출된 유체는, 상기 축부재(654)의 반경방향 외측 공간에서 전방으로 유동한다. 상기 축부재(654)의 반경방향 외측 공간은, 전방으로 갈수록 점차 유동 단면적이 작아진다. 따라서 상기 축부재(654)의 반경방향 외측 공간에서 전방으로 유동하는 유체는, 자연스럽게 상기 슬롯유로(656)를 통해 축부재(654)의 반경방향 내측 공간으로 유동하도록 유도된다.

또한 상기 축부재(654)의 반경방향 내측 공간은 전방으로 갈수록 점차 유동 단면적이 커지므로, 상기 슬롯유로(656)를 통해 상기 축부재(654)의 반경방향 내측 공간에 유입된 유체는, 자연스럽게 상기 중심홀(652)을 통해 전방으로 유동하도록 유도된다.

이러한 유동의 유도 효과는, 상기 축부재(654)가 후방으로 갈수록 점차 작아지는 테이퍼 형태를 가지고, 이러한 축부재(654)에 축방향을 따라 슬롯유로(656)가 길게 마련된 구조에 의해 얻을 수 있다.

상기 프레임(20)은 압축기에 의해 압축되는 고압의 유체의 압력을 견딜 수 있도록 금속 재질로 제작될 수 있다. 상기 프레임(20)의 제2내경부(22)에 설치되는 상기 토출 플레넘(60)은, 이미 프레임(20)에 의해 강도가 보강된 상태이기 때문에, 큰 강도를 확보할 필요는 없다. 상기 토출 플레넘(60)은 밸브스토퍼(65) 등을 포함하는 복잡한 형상을 가지므로, 합성수지로 제작될 수 있다. 가령 상기 토출 플레넘(60)은 사출성형에 의해 제작될 수 있다.

상기 축부재(654)의 프로파일은 실질적으로 원뿔대에 가까우며, 이는 사출 성형 후 금형으로부터 토출 플레넘(60)을 취출하기 용이한 형상이기도 하다.

상기 토출 플레넘(60)의 제1내경부(21)의 후방 단부의 단턱(614) 형상은 밸브스토퍼(65)로부터 후방으로 갈수록 내경이 커지는 형태가 되므로, 사출 금형에 밸브스토퍼(65)의 후면과 제1내경부(21)의 내주면을 성형한 뒤, 해당 금형으로부터 토출 플레넘(60)을 전방으로 취출하기 용이하다.

또한 상기 토출 플레넘(60)의 제2내경부(22), 확장관부(62) 및 마운트(64) 구조 역시, 상기 밸브스토퍼(65)로부터 전방으로 갈수록 내경이 커지는 형태가 되므로, 사출 금형으로 이들의 내주면을 성형한 뒤, 해당 금형으로부터 토출 플레넘(60)을 후방으로 취출하기 용이하다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

1: 리니어 압축기
10: 쉘
11: 바디쉘
12: 리드쉘
13: 이어마운트
14: 유입관
20: 프레임
21: 제1내경부
22: 제2내경부
23: 내향 단턱
24: 플랜지부
25: 탄성체(코일스프링)
30: 리니어 모터
32: 아우터 스테이터
34: 이너 스테이터
36: 이동부재
40: 실린더
42: 보어
44: 압축실
46: 토출밸브 조립체
460: 밸브부재
461: 밸브판
462: 축돌기
463: 스프링마운트
464: 밸브스프링
465: 끼움홀
466: 스프링홀더
47: 토출포트
50: 피스톤
54: 헤드
56: 플랜지
57: 피스톤바디
60: 토출 플레넘
61: 삽입관부
611: 제1관부
612: 제2관부
613: 밸브 마운터
614: 단턱
62: 확장관부
63: 확장플랜지
64: 마운트
65: 밸브스토퍼
651: 반경부재
652: 중심홀
653: 주변홀
654: 축부재
655: 간섭표면
656: 슬롯유로
70: 공진 스프링
71: 제1스프링
72: 제2스프링
80: 토출커버
81: 축커버(axial cover)
82: 반경커버(radial cover)
83: 결합면부
88: 토출실
S1: 실링부재

Claims (16)

1. 축방향으로 연장되고, 축방향 일측이 흡입측을 규정하고 축방향 타측이 토출측을 규정하는 실린더(40);
   상기 흡입측을 통해 상기 실린더(40)에 삽입되고, 축방향으로 직선 왕복 운동하는 피스톤(50);
   상기 실린더(40)의 토출측에 설치되어 상기 실린더(40)의 측방향 타측 단부를 개폐하는 토출밸브 조립체(46); 및
   상기 토출밸브 조립체(46)의 개방 정도를 규제하는 밸브스토퍼(65);를 포함하고,
   상기 밸브스토퍼(65)는:
   반경방향으로 연장되는 반경부재(651);
   상기 반경부재(651)의 반경방향 내측 단부에 의해 규정되는 중심홀(652);
   상기 반경부재(651)의 반경방향 내측 단부에서 축방향 일측으로 연장되는 중공의 축부재(654);
   상기 축부재(654)의 축방향 일측 단부에 마련되고 상기 토출밸브 조립체(46)가 개방될 때 상기 토출밸브 조립체(46)와 간섭되어 상기 토출밸브 조립체(46)의 개방 정도를 규제하는 간섭표면(655); 및
   상기 축부재(654)의 둘레면에서 상기 축부재(654)를 반경방향으로 관통하도록 형성되어, 상기 축부재(654)의 중공의 공간과 상기 축부재(654)의 둘레면 외측의 공간을 반경방향으로 통하도록 연결하는 슬롯유로(656);를 포함하는, 압축기.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 토출밸브 조립체(46)는:
   상기 실린더(40)의 토출측을 덮는 밸브부재(460);
   상기 밸브부재(460)가 상기 토출측을 덮는 방향으로 상기 밸브부재(460)에 탄성력을 가하는 밸브스프링(464); 및
   상기 밸브스프링(464)을 지지하는 스프링홀더(466);를 포함하는, 압축기.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 반경부재(651)의 반경방향 외측 단부는, 축방향 일측으로 연장되는 제1관부(611)와 연결되고,
   상기 제1관부(611)의 축방향 일측 단부에는, 상기 토출밸브 조립체(46)를 상기 실린더(40)에 고정하는 밸브 마운터(613)가 마련되는, 압축기.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 반경부재(651)의 반경방향 외측 단부는, 축방향 타측으로 연장되는 제2관부(612)와 연결되고,
   상기 제2관부(612)의 축방향 타측에는 토출커버(80)가 연결되며,
   상기 제2관부(612)와 토출커버(80)는, 상기 실린더(40)의 압축실(44)에서 상기 토출밸브 조립체(46)를 통해 토출된 고압의 유체를 수용하는 토출실(88)을 규정하는, 압축기.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 축부재(654)에 의해 규정되는 중공의 공간은, 상기 밸브스토퍼(65)에 대해 축방향으로 일측에 마련된 공간과 축방향으로 통하도록 연결된, 압축기.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 슬롯유로(656)는 축방향 길이가 둘레방향 길이보다 큰 직선형 장공 형상인, 압축기.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 슬롯유로(656)는 둘레 방향으로 등 간격으로 복수 개 마련되는, 압축기.
   
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 슬롯유로(656)는 상기 축방향 일측으로 개방된 형태인, 압축기.
   
9. 청구항 6에 있어서,
   상기 슬롯유로(656)는 상기 축방향 일측으로 닫힌 형태인, 압축기.
   
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 간섭표면(655)은 링 형상으로 연결된 폐루프 형상을 포함하는, 압축기.
    
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 반경부재(651)는 축방향으로 관통된 주변홀(653)을 구비하고,
    상기 주변홀(653)은 상기 밸브스토퍼(65)에 대해 축방향으로 일측에 마련된 공간과 축방향으로 타측에 마련된 공간을 축방향으로 서로 통하도록 연결하는, 압축기.
    
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 주변홀(653)은 둘레 방향으로 등 간격 복수 개 마련되는, 압축기.
    
13. 청구항 11에 있어서,
    상기 주변홀(653)은 둘레방향 길이가 반경방향 길이보다 큰 호형 장공 형상인, 압축기.
    
14. 청구항 1에 있어서,
    상기 축부재(654)는 축방향 일측으로 갈수록 점차 직경이 작아지는 원뿔대의 레이아웃을 가지는, 압축기.
    
15. 청구항 3에 있어서,
    상기 실린더(40)와 토출밸브스토퍼(65)와 밸브스토퍼(65)를 구비하는 프레임(20)을 더 포함하고,
    상기 프레임(20)은:
    축방향 일측에 배치되는 제1내경부(21);
    상기 제1내경부(21)와 동심을 이루고, 상기 제1내경부(21)보다 축방향 타측에 배치되는 제2내경부(22); 및
    상기 제1내경부(21)와 제2내경부(22) 사이에 마련되고, 반경방향 내측으로 돌출되는 내향 단턱(23);을 포함하고,
    상기 실린더(40)는 상기 제1내경부(21)에 삽입되어 고정되고,
    상기 실린더(40)가 상기 프레임(20)에 고정된 상태에서, 상기 실린더(40)의 토출측 단부는 상기 내향 단턱(23)을 거쳐 상기 제2내경부(22)까지 연장되고,
    상기 토출밸브 조립체(46)는 제2내경부(22)에 수용되고,
    상기 토출밸브 조립체(46)는, 축방향으로 상기 실린더(40)의 토출측 단부와 상기 밸브 마운터(613) 사이에 개재되는, 압축기.
    
16. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축기는 리니어 모터(30)로 피스톤(50)을 직선 왕복 구동하는 리니어 압축기(1)인, 압축기.
    

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