KR102286811B1 - 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 압축기는, 실린더와, 상기 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하는 피스톤과, 상기 피스톤이 압입 결합되는 마그넷 프레임을 포함하고, 상기 피스톤은, 피스톤 바디와, 상기 피스톤 바디의 일측 단부에 형성되고, 중앙에 토출구가 형성되는 피스톤 헤드와, 상기 피스톤 바디의 타측 단부에서 다수 회 절곡되어 형성되며, 상기 마그넷 프레임의 내부에 압입 결합되는 플랜지를 포함한다.

Description

압축기{Compressor}

본 발명은 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기(Compressor)는 전 기모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축하여 압력을 높여주는 기계장치로서, 냉장고와 에어컨 등과 같은 가전기기 또는 산업전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.

상기 압축기는 작동 유체의 압축 방식에 따라 왕복동식 압축기(Reciprrocating compressor)와, 회전식 압축기(Rotary compressor), 및 스크롤 압축기(Scroll compressor)로 구분된다.

상세히, 상기 왕복동식 압축기는, 실린더와, 실린더 내부에 직선 왕복 운동 가능하게 제공되는 피스톤을 포함한다. 그리고, 피스톤 헤드와 실린더 사이에 압축 공간이 형성되며, 상기 피스톤의 직선 왕복 운동에 의하여 상기 압축 공간이 증감되면서 상기 압축 공간 내의 작동 유체가 고온 고압으로 압축된다.

또한, 상기 회전식 압축기는, 실린더와, 상기 실린더 내부에서 편심 회전하는 롤러를 포함한다. 그리고, 상기 실린더 내부에서 상기 롤러가 편심 회전하면서 압축 공간에 공급된 작동 유체를 고온 고압으로 압축한다.

또한, 상기 스크롤 압축기는, 고정 스크롤과, 상기 고정 스크롤을 중심으로 회전하는 선회 스크롤을 포함한다. 그리고, 상기 선회 스크롤이 회전하면서 압축 공간에 공급된 작동 유체를 고온 고압으로 압축한다.

최근에는 상기 왕복동식 압축기 중에서, 직선 왕복 운동하는 리니어 모터에 피스톤이 직접 연결되도록 하는 리니어 압축기의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

종래의 로터리 압추기의 경우, 모터의 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 전환하는 과정에서 기계적인 손실이 발생할 수 밖에 없는 단점을 안고 있는 반면, 상기 리니어 압축기는 이러한 기계적 손실이 발생하지 않기 때문에 압축 효율이 좋은 장점이 있다.

상세히, 상기 리니어 압축기는, 밀폐된 쉘 내부에서 피스톤이 리니어 모터에 의해 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축 공간으로 흡입하여 압축시킨 다음 토출시키도록 구성된다.

상기 리니어 모터는 인너 스테이터 및 아우터 스테이터 사이에 영구자석이 위치되도록 구성되며, 영구자석은 전자기력에 의하여 상기 인너 스테이터와 아우터 스테이터 사이에서 직선 왕복 운동한다. 그리고, 상기 영구자석이 피스톤과 연결된 상태에서 구동됨에 따라, 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음, 토출시키도록 한다.

종래의 리니어 압축기, 특허 아래 선행 기술 1에 개시되는 리니어 압축기의 경우, 피스톤의 플랜지부는 볼트 또는 스크류와 같은 체결 부재에 의하여 서포터에 고정 지지된다.

선행기술 1 : 한국공개특허 제10-2010-0132277호(2010년12월17일) 선행기술 2 : 한국공개특허 제10-2009-0041722(2009년04월29일)

다수의 볼트 체결 지점에서 가해지는 체결 압력이 동일하지 않을 경우, 피스톤이 실린더 내부에 삽입되었을 때, 피스톤의 운동 방향 중심선이 실린더의 중심선과 어긋날 수 있다. 그러면, 상기 피스톤의 외주면이 실린더의 내주면에 접촉하면서 마찰 소음이 발생하고, 종국적으로는 피스톤과 실린더가 파손되는 현상이 발생할 수 있다.

또한, 아래 선행 기술 1의 도 1에 개시되는 종래의 리니어 압축기, 즉 선행 기술 2에 개시되는 리니어 압축기의 경우, 피스톤을 지지하는 스프링이 8개가 사용되고 4개의 볼트에 의하여 서포터에 고정되는 구조를 이룬다.

특히, 주물 소재의 피스톤을 사용할 경우, 질량 산포가 크기 때문에 질량 산포를 최소화하기 위하여 밸런스 웨이트(balance weight)(선행 기술 2에 개시되는 질량 부재(900))를 사용할 수 밖에 없다. 그러면, 피스톤의 플랜지부와 서포터 및 밸런스 웨이트를 한 몸으로 결합하기 위해서는 볼트 체결 부위가 많아지게 되고, 볼팅 체결력이 커질 수 밖에 없다.

이 경우, 다수의 볼트 체결 지짐에 가해지는 압력에 의하여 피스톤 단변 변형이 발생하여, 피스톤의 직선 왕복 운동 과정에서, 피스톤의 이동 방향과 직교하는 방향으로 피스톤의 흔들림이 발생할 수 있다. 그리고, 피스톤의 흔들림으로 인하여 피스톤이 실린더의 내주면을 긁어서 실린더와 피스톤이 마모 및 파손되는 현상이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 기술적인 문제점을 개선하기 위하여 제안된다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 압축기는, 실린더와, 상기 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하는 피스톤과, 상기 피스톤이 압입 결합되는 마그넷 프레임을 포함하고, 상기 피스톤은, 피스톤 바디와, 상기 피스톤 바디의 일측 단부에 형성되고, 중앙에 토출구가 형성되는 피스톤 헤드와, 상기 피스톤 바디의 타측 단부에서 다수 회 절곡되어 형성되며, 상기 마그넷 프레임의 내부에 압입 결합되는 플랜지를 포함한다.

상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 압축기에 의하면, 피스톤의 플랜지가 마그넷 프레임 내부에 압입됨으로써, 볼트 체결 방식이 적용되지 않으며, 결과적으로 볼트 체결 구조가 가지고 있는 문제점이 해소되는 장점이 있다. 즉, 볼트 체결에 의하여 발생하는 피스톤의 단면 변형 현상이 발생하지 않게 되고, 피스톤이 실린더 내부에서 실린더와 평행하게 배치되므로, 피스톤의 직선 왕복 운동 과정에서 실린더의 내주면과 접촉하는 현상이 발생하지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압축기의 내부 구조를 보여주는 종단면도.
도 2는 도 1의 A 부분의 확대도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압축기의 토출계의 구성을 보여주는 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 압축기의 마그넷과 마그넷 프레임의 결합체를 보여주는 사시도.
도 5는 상기 마그넷 프레임의 종단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 압축기를 구성하는 피스톤과 흡입 밸브의 결합체를 보여주는 사시도.
도 7은 상기 피스톤과 흡입 밸브의 분해 사시도.
도 8은 상기 피스톤의 단면도.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 압축기의 구조 및 기능에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압축기의 내부 구조를 보여주는 종단면도이고, 도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압축기의 토출계의 구성을 보여주는 분해 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압축기(10), 즉 리니어 압축기는, 하부쉘(111)과 상부쉘(112)로 이루어지는 밀폐 용기(11)와, 상기 밀폐 용기(11) 내부에 제공되는 압축 유닛, 및 상기 압축 유닛을 지지하는 지지 스프링(104)을 포함할 수 있다. 상기 지지 스프링(104)은 상기 압축 유닛의 저면과 상기 하부쉘(111)의 바닥을 연결하여, 상기 압축 유닛이 상기 밀폐 용기(11)의 내주면으로부터 이격된 상태로 지지되도록 한다. 그리고, 상기 압축기(10)는 모터 마운트(103)에 안착된다.

상세히, 상기 밀폐 용기(11)를 구성하는 상기 하부쉘(111)의 일 측면에는 유입관(101)이 관통 결합되고, 타 측면에는 토출관(102)이 결합된다. 냉동 사이클을 구성하는 증발기의 출구측 배관이 상기 유입관(101)에 연결되고, 응축기의 입구측 배관이 상기 토출관(102)에 연결된다. 따라서, 상기 증발기로부터 유입되는 저온 저압의 기상 냉매는 상기 압축기(10)에서 고온 고압의 기상 냉매로 압축된 후 상기 토출관(102)을 통하여 응축기로 보내진다.

또한, 상기 압축 유닛은, 프레임(12)과, 상기 프레임(12)에 고정되는 실린더(13)와, 상기 실린더(13)의 내부에 수용된 상태에서 직선 왕복 운동하는 피스톤(15)과, 상기 피스톤(15) 내부에 장착되는 흡입 머플러(40)와, 상기 피스톤에 직접 연결되어 상기 피스톤(15)을 직선 왕복 운동시키는 모터 어셈블리(20)와, 상기 모터 어셈블리(20)를 지지하는 모터 커버(24)와, 상기 모터 어셈블리(20)와 상기 실린더(13)를 연결하는 마그넷 프레임(53)과, 상기 마그넷 프레임(53)의 후측에서 상기 모터 커버(24)에 고정되는 백커버(17)와, 상기 피스톤(15)을 축방향으로 탄성 지지하여, 피스톤(15)을 공진 운동시키는 공진 스프링(16)을 포함할 수 있다.

그리고, 하부쉘(111)의 바닥부에는 오일 공급 장치(oil feeder)(19)가 제공되어, 상기 실린더(13)의 내주면으로 유활 오일을 공급한다. 상세히, 상기 오일 공급 장치(19)의 토출구는 상기 프레임(12)의 내부에 형성된 오일 공급 유로(121)와 연통한다. 그리고, 상기 오일 공급 유로(121)는 상기 실린더(13)에 형성된 오일 공급 유로(131)와 연통한다. 상기 오일 공급 유로(131)는 상기 실린더(13)의 외주면과 내주면을 연결하는 통로로서, 상기 오일 공급 장치(19)에서 공급되는 윤활용 오일이 상기 실린더(13)의 내주면에 도포되도록 한다.

한편, 상기 프레임(12)은 상기 실린더(3)를 고정시키는 부분으로써, 상기 실린더(13)와 일체로 구성될 수 있다. 그러나, 상기 실린더(13)가 별도의 부품으로 제공되어 체결 부재에 의하여 상기 프레임(12)에 고정될 수도 있다.

그리고, 상기 프레임(12)과, 상기 실린더(13) 및 상기 피스톤(15) 중 적어도 어느 하나는 비자성체인 알루미늄 소재로 성형될 수 있다. 상기 프레임(12)과, 상기 실린더(13) 및 상기 피스톤(15) 중 어느 하나가 비자성체로 이루어짐으로써, 상기 모터 어셈블리(20)로부터 누설되는 자속에 의하여 상기 프레임(12)과 실린더(13) 및 피스톤(15)이 자화되는 것을 방지할 수 있다.

특히, 상기 피스톤(15)이 비자성체인 알루미늄 소재로 이루어짐으로써, 주물로 성형되는 경우에 비하여 질량 산포가 적기 때문에, 밸런스 웨이트의 사용을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

상기 실린더(13)는 내부에 압축 공간(P)이 구비될 수 있는 원통 형상으로 이루어질 수 있고, 압출봉 가공 방법에 의하여 성형될 수 있다.

상기 피스톤(15)은 상기 실린더(13)와 같이 동일한 소재인 알루미늄 소재로 성형되어, 열팽창 계수가 같아지게 된다. 그리고, 열팽창 계수가 동일하므로, 상기 피스톤(15)과 실린더(13)는 동일한 양만큼 열변형될 수 있다. 상기 피스톤(15)과 실린더(13)가 동일한 양으로 열변형됨으로써, 상기 피스톤(15)이 실린더(13)의 내주면과 간섭되는 현상을 방지할 수 있다.

상기 유입관(101)을 통하여 상기 밀폐 용기(11) 내부로 유입되는 작동 유체, 즉 냉매는 상기 흡입 머플러(40)를 통과하여 상기 피스톤(15) 내부로 유입된다. 상기 피스톤(15) 내부로 유입된 냉매는, 상기 피스톤(15)의 직선 왕복 운동에 의하여 발생하는 상기 압축 공간(P) 내부의 압력 변화에 의하여, 상기 압축 공간(P)으로 안내된다.

그리고, 상기 흡입 머플러(40)는 플라스틱과 같은 비자성 물질로 성형될 수 있고, 내부에는 각종 소음 공간 및 소음관이 형성되어, 흡입 밸브(후술함)의 개폐 소음을 비롯한 다양한 주파수를 가지는 소음을 감쇄시킨다.

또한, 상기 흡입 머플러(40)의 내부 구조가 매우 복잡하기 때문에, 단일체로 가공 또는 성형하기에는 어려움이 있어서, 다수의 부재가 결합된 형태로 성형될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 흡입 머플러(40)가 제 1 내지 제 3 머플러(41 ~ 43)로 이루어지는 것이 제시된다.

한편, 상기 모터 어셈블리(20)는, 아우터 스테이터(21)와, 상기 아우터 스테이터(21)의 내측에 제공되는 인너 스테이터(22)와, 상기 아우터 스테이터(21)와 인너 스테이터(22) 사이에 개재되는 마그넷(23)을 포함할 수 있다.

상세히, 상기 아우터 스테이터(21)와 인너 스테이터(22)는 상기 실린더(13)의 외주면을 감싸는 형태로 제공된다. 상기 아우터 스테이터(21)는, 한 쌍의 블록으로 이루어지는 스테이터 코어(211)와, 상기 스테이터 코어(211)의 내측에 구비되는 코일 권선체를 포함한다. 상기 코일 권선체는, 보빈(212)가 상기 보빈(212)의 원주 방향으로 권선된 코일(213)을 포함한다.

상기 아우터 스테이터(21)의 축방향 일단은 상기 프레임(12)에 고정되고, 축방향 타단은 상기 모터 커버(24)에 고정되며, 상기 모터 커버(24)는 체결 부재에 의하여 상기 프레임(12)에 고정된다.

상기 인너 스테이터(22)는 상기 실린더(13)의 외주면을 감싸는 원통 형상으로 이루어지고, 일단이 상기 프레임(12)에 맞닿고, 타단은 고정링(14)에 의하여 상기 실린더(13)의 외주면에 고정된다. 그리고, 상기 아우터 스테이터(21)와 인너 스테이터(22) 사이에는 에어갭(air gap)이 형성되며, 상기 에어갭에 상기 마그넷(23)이 개재되어 직선 왕복 운동한다.

상기 마그넷(23)은 상기 피스톤(15)의 축 방향으로 다수의 영구 자석이 배열되는 형태로 제공되고, 상기 인너 스테이터(22) 및 아우터 스테이터(21)와 마주보는 면에 자극(N-S)이 형성된다. 그리고, 상기 마그넷(23)은 마그넷 프레임(53)에 연결되고, 상기 피스톤(15)의 단부도 상기 마그넷 프레임(53)에 연결되어, 상기 피스톤(15)이 상기 마그넷(23)과 한 몸으로 직선 왕복 운동하게 된다.

그리고, 상기 아우터 스테이터(21)를 구성하는 상기 코일 권선체에 전원이 입력되면, 상기 아우터 스테이터(21)와 인너 스테이터(22) 간에 전자기력이 발생하고 상기 마그넷(23)이 가지는 자속이 상호 작용하여, 인력과 척력을 발생시킨다. 그 결과, 상기 마그넷(23)은 상기 피스톤(15)과 한 몸으로 직선 왕복 운동하게 된다.

한편, 상기 선행 기술 2에 개시된 바와 같이, 상기 압축기(10)의 효율을 최적화하기 위해서는 상기 피스톤(15)과 마그넷(23)을 포함하는 이동 부재의 질량(M)과, 이들을 지지하는 상기 공진 스프링(16)의 복원력에 의하여 얻어지는 기계 스프링 상수(K_mechanical), 압축 공간(P) 내부로 유입되는 작동 유체의 압력에 의하여 얻어지는 가스 스프링 상수(K_gas) 및 자기 스프링 상수(K_magnet)에 의하여 정의되는 M-K 공진 주파수가 산출된다. 그리고, 상기 모터 어셈블리(20)에 인가되는 전원 주파수가 상기 M-K 공진 주파수를 추종하도록 설계함으로써, 상기 압축기(10)의 효율을 최적화할 수 있다.

상기 자기 스프링 상수(K_magnet)는 자기 스프링(magnet spring)의 스프링 상수이고, 상기 자기 스프링은, 상기 마그넷(23)이 상기 인너 스테이터(22)와 아우터 스테이터(21) 사이에 위치하도록 하는 전자기적 복원력을 의미한다. 상기 전자기적 복원력은 상기 공진 스프링(16)의 의 복원력과 같은 방향으로 작용하는 힘이기 때문에 자기 스프링으로 정의할 수 있다.

상기 M-K 공진 주파수를 산출하기 위한 식은 상기 선행 기술 2의 상세 설명에 개시되어 있으므로, 이에 대한 추가적인 설명은 생략한다.

한편, 상기 공진 스프링(16)은, 상기 실린더(13)의 단부와 상기 피스톤(15)의 플랜지(후술함) 사이에 놓이는 제 1 스프링(또는 프런트 스프링)(161)과, 상기 마그넷 프레임(53)과 상기 백커버(17) 사이에 놓이는 제 2 스프링(또는 리어 스프링)(162)을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제 1 스프링(161)과 제 2 스프링(162)은 일렬 배치될 수 있다.

여기서, 상기 자기 스프링 상수값이 의미를 가지기 때문에, 상기 기계 스프링 상수값을 작게 할 수 있다. 그리고, 상기 기계 스프링 상수값을 작게 하기 위하여, 상기 선행 기술 1에 개시되는 압축기에 적용되는 메인 스프링들 중 일부와 서포터 등을 생략하고, 본 발명과 같이 일렬 배치되는 두 개의 스프링만 적용하는 것이 가능하게 된다. 그 결과 압축기의 소형화 및 경량화를 달성할 수 있게 되었다.

상기 제 1 스프링(161)과 상기 제 2 스프링(162)은 서로 반대 방향으로 거동한다. 즉, 상기 피스톤(15)이 하사점(BDC:Bottom Dead Center)에 가까워지는 방향, 즉 상기 압축 공간(P)이 팽창하는 방향으로 이동할 때, 상기 제 1 스프링(161)은 신장되면서 원래 상태로 복원되고, 상기 제 2 스프링(162)은 수축되면서 복원력을 축적한다. 반대로, 상기 피스톤(15)이 상사점(TDC:Top Dead Center)에 가까워지는 방향, 즉 상기 압축 공간(P)이 축소되는 방향으로 이동할 때, 상기 제 1 스프링(161)은 수축되면서 복원력을 축적하고, 상기 제 2 스프링(162)은 신장되면서 원래 상태로 복원된다.

또한, 상기 제 1 스프링(161)과 상기 제 2 스프링(162)의 바닥부는 스프링 시트(18)에 안착된다.

상기 실린더(13)의 헤드부, 즉 상기 압축 공간(P)이 형성되는 부분에는 상기 토출 밸브 어셈블리(30)가 안착된다.

상세히, 상기 실린더(13)의 양 단부는, 상기 피스톤(15)이 삽입되기 위하여 개구되는 말단부와, 상기 말단부의 반대 쪽 단부로 정의되고, 상기 토출 밸브 어셈블리(30)가 안착되는 헤드부로 정의될 수 있다.

그리고, 상기 실린더(13)의 헤드부에는 원통형 슬리브(132)가 연장 형성되고, 상기 슬리브(132) 내측에 상기 토출 밸브 어셈블리(30)가 안착된다. 그리고, 상기 슬리브(132)의 외측에 해당하는 상기 실린더(13)의 헤드부에는 커버 가스켓(511)이 안착된다. 그리고, 상기 커버 가스켓(511)이 안착되는 부분에 상기 토출 커버(522)가 안착되어, 상기 토출 밸브 어셈블리(30)를 덮는다.

또한, 상기 토출 커버(51)는, 내부에 토출 공간이 형성되도록 볼록하게 라운드지게 형성되는 캡부(512)와, 상기 캡부(512)의 하단에서 절곡 연장되는 플랜지부(511)로 이루어진다. 그리고, 상기 캡부(512)의 중심에는 토출구(513)가 형성된다. 그리고, 상기 캡부(512)의 내측에는 상기 토출 밸브 어셈블리(30)로부터 토출되는 고온 고압의 냉매가 모이는 토출 공간이 형성된다.

또한, 상기 토출 커버(51)의 플랜지부(511)가 놓이는 상기 실린더(13)의 헤드부에는 실링(seal ring)(130)이 장착된다. 상기 실링(130)에 의하여 상기 토출 커버(51)의 캡부(512)로 토출된 냉매가 상기 토출 커버(51)의 외부로 누설되는 것을 방지한다. 상기 밀폐 용기(11) 내부는 저압 상태이기 때문에, 상기 토출 커버(51)로부터 누설되는 고압의 냉매가 상기 밀폐 용기(11) 내부의 저압 공간으로 누설되지 않도록 하여야 한다.

한편, 상기 토출 머플러(52)는 상기 토출 커버(51)의 캡부를 둘러싸는 형태로 상기 실린더(13)에 결합된다. 상세히, 상기 토출 머플러(52)는, 하나 또는 다수 개가 제공될 수 있으며, 각각의 머플러는 루프 파이프(55)에 의하여 연결된다. 그리고, 상기 토출 머플러(52)의 내부에도 토출 공간이 형성된다.

다시 말하면, 상기 토출 커버(51)와 상기 토출 머플러(52) 사이에는 상기 토출구(513)를 통과하는 고온 고압의 냉매가 모이는 토출 공간이 형성되고, 냉매가 상기 토출 머플러(52) 토출 공간으로 이동하면서 유동 소음이 감소된다.

또한, 상기 토출 머플러(52)와 상기 토출 커버(51)는 동일한 체결 부재에 의하여 상기 실린더(13)의 헤드부에 한 몸으로 고정된다.

상기 토출 머플러(52)의 일측에는 토출 포트가 형성되는데, 본 실시예에서는 상기 서브 토출 머플러(522)의 일측에 토출 포트(522a)가 형성되는 것으로 제시된다. 상기 토출 포트(522a)도 상기 루프 파이프(55)와 동일한 루프 파이프가 연결되고, 상기 토출 포트(522a)에 연결되는 루프 파이프의 출구단은 상기 토출관(102)에 연결된다.

본 실시예에서는 상기 토출 머플러(52)가 메인 토출 머플러(521)와 서브 토출 머플러(522)를 포함하는 것으로 제시되어 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 토출 머플러의 개수가 많을수록, 또는 상기 토출 머플러

그리고, 상기 캡부(512)의 내측에는 밸브 스프링(54)이 놓이고, 상기 밸브 스프링(54)은 상기 토출 밸브 어셈블리(30)를 가압한다.

한편, 상기 토출 밸브 어셈블리(30)는, 상술한 바와 같이, 상기 실린더(13)의 슬리브(132) 내부에 안착된다. 상기 슬리브(132)의 내주면 단턱부(132a)가 형성된다. 상기 토출 밸브 어셈블리(30)가 수용되는 상기 슬리브(132)의 내부 공간의 직경은, 상기 피스톤(15)이 수용되는 상기 실린더(13)의 내부 공간의 직경보다 크게 형성되어, 상기 단턱부(132a)가 형성된다. 그리고, 상기 단턱부(132a)에 상기 토출 밸브 어셈블리(30)가 안착된다.

또한, 상기 압축 공간(P)은, 상기 피스톤(15)의 헤드부를 지나는 면(S2)과 상기 단턱부를 지나는 면(S1) 사이에 형성되는 공간으로 정의될 수 있다. 그리고, 상기 압축 공간은, 상기 피스톤(15)의 직선 왕복 운동에 의하여 증가 또는 감소하게 된다.

상세히, 상기 토출 밸브 어셈블리(30)는, 상기 단턱부에 안착되는 원형의 밸브 플레이트(31)와, 상기 밸브 플레이트(31)의 측면에 둘러지는 실링(seal ring)(32)과, 상기 밸브 플레이트(31)의 전면(또는 상면)에 놓이는 토출 밸브(33)와, 상기 토출 밸브(33)의 전후면(또는 상하면) 가장자리에 각각 배치되는 가스켓(34)과, 상기 토출 밸브(33)의 전면(또는 상면)에 놓이는 밸브 스토퍼(35)를 포함할 수 있다.

상기 밸브 플레이트(31)의 중심에는 토출구(311)가 관통 형성되고, 상기 토출구(311)는 입구단에서 출구단으로 갈수록 폭이 좁아지게 형성될 수 있다. 상기 밸브 플레이트(31)는 냉매가 압축 및 토출되는 과정에서는, 상기 실링(32)과 상기 슬리브(132) 내주면에 사이에 발생하는 마찰력에 의하여 고정된 상태로 유지된다. 그러나, 상기 피스톤(14)의 상사점 위치를 확인하는 소위 "상사점 서칭(TDC searching)" 과정에서 상기 피스톤(14)의 가압력에 의하여 상기 단턱부(132a)로부터 분리된다.

상사점의 정확한 위치를 파악하기 위한 상기 상사점 서칭 과정에서는, 상기 피스톤(14)이 상기 밸브 플레이트(31)를 밀어내는 위치까지 이동한다. 그리고, 상기 밸브 플레이트(31)가 상기 피스톤(14)에 의하여 밀리면, 상기 단턱부(132a)로부터 분리되어 전방으로 이동하게 된다. 그러면, 상기 밸브 스프링(54)이 압축되고, 이와 동시에 상기 압축 공간(P)의 체적이 증가하면서, 상기 압축 공간(P) 내부의 압력이 순간적으로 급격히 떨어지게 된다. 그러면, 압축기의 제어부에서는 상기 압축 공간(P) 내부의 압력이 급격히 떨어지는 시점에서의 상기 피스톤(15)의 위치를 상사점으로 판단하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 토출 밸브 어셈블리(30)의 구조적 특징에 의하면, 상기 토출 밸브(33)가 개방될 때 발생하는 상기 압축 공간(P) 내부의 압력 강하 정도에 비하여, 상기 밸브 플레이트(31)가 움직일때 발생하는 상기 압축 공간(P) 내부의 압력 강하 정도가 현저히 크기 때문에, 상사점의 위치 확인이 용이하게 이루어질 수 있다.

한편, 상기 토출 밸브(33)는, 원판 형태의 밸브 바디(332)와, 상기 밸브 바디(332)의 내측에 형성되는 플랩(flap)(311)으로 이루어지는 플렉시블 플랩 첵밸브(flexible flap check valve)일 수 있다. 상기 토출 밸브(33)는 상기 밸브 플레이트(31)의 전면에 안착되어, 상기 플랩(331)이 상기 밸브 플레이트(31)의 토출구(311)를 폐쇄하는 형태로 제공된다. 그리고, 상기 압축 공간(P)의 압력이 상기 토출 커버(51)의 토출 공간 압력보다 높아지는 순간, 상기 플랩(331)이 휘어지면서 상기 토출구(311)가 개방된다.

상기 가스켓(34)은 원형의 띠 형태로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 가스켓(34)은, 상기 토출 밸브(33)의 전면 가장자리에 둘러지는 전면 가스켓(342)과, 상기 토출 밸브(33)의 배면 가장자리에 둘러지는 후면 가스켓(341)을 포함할 수 있다. 상기 가스켓(34)에 의하여, 상기 토출 밸브(33)가 상기 밸브 플레이트(31)에 안착된 상태에서 원주 방향으로 헛도는 현상을 방지할 수 있다.

상기 밸브 서토퍼(35)는 상기 토출 밸브(33)와 상기 밸브 플레이트(21)의 가장자리를 눌러주고, 상기 플랩(331)의 과동한 휘어짐을 제한하는 기능이 수행되도록 형성된다. 그리고, 상기 밸브 스프링(54)은 상기 밸브 스토퍼(35)의 가장자리를 가압하여, 상기 밸브 플레이트(31)가 실린더(13)의 슬리브(132)를 벗어나지 않도록 기능한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 압축기의 마그넷과 마그넷 프레임의 결합체를 보여주는 사시도이고, 도 5는 상기 마그넷 프레임의 종단면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압축기(10)는 상기 모터 어셈블리(20)를 구성하는 인너 스테이터22)와 아우터 스테이터(21) 사이에 상기 마그넷(23)이 직선 왕복 운동 가능하게 배치되는 구조로 이루어진다.

상세히, 상기 마그넷(23)은 상기 마그넷 프레임(53)에 고정되고, 상기 마그넷 프레임(53)의 내부에 상기 피스톤(15)이 고정된다. 따라서, 상기 마그넷(23)과, 상기 마그넷 프레임(53) 및 상기 피스톤(15)은 한 몸으로 직선 왕복 운동한다. 상기 마그넷 프레임(53)은, 알루미늄 소재의 비자성체로 성형될 수 있다.

더욱 상세히, 상기 마그넷 프레임(53)은 원형의 바닥부(531)와, 상기 바닥부(531)의 가장자리에서 절곡되어 연장되는 원통부(535)와, 상기 원통부(535)의 단부에서 절곡되는 플랜지부(536)로 이루어질 수 있다.

방열 및/또는 유로 저항의 감소를 위하여, 상기 원통부(535)에는 다수의 프레임 홀(537)이 형성될 수 있다.

또한, 상기 바닥부(531)의 중심에는 관통홀(534)이 형성되고, 상기 흡입 머플러(40)가 상기 관통홀(534)을 통과하여 상기 피스톤(15) 내부에 삽입된다.

상기 바닥부(531)에는 버링부(burring portion)(533)가 형성될 수 있으며, 상기 버링부(533)는, 상기 관통홀(534)의 가장자리 부분이 절곡되어 상기 바닥부(531)의 외면으로부터 소정 길이 연장되는 형태로 이루어진다. 그리고, 상기 버링부(533)의 외측에 상기 제 2 스프링(162)이 끼워진다.

또한, 상기 바닥부(531)의 내면 중심부에는 단차부(532)가 형성될 수 있다. 상기 단차부(532)는 상기 관통홀(534)의 가장자리를 따라서 소정의 폭을 가지고 형성될 수 있다. 그리고,도 2에 도시된 바와 같이, 상기 단차부(532)에는 상기 제 3 머플러(43)의 일단이 걸리도록 할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 압축기를 구성하는 피스톤과 흡입 밸브의 결합체를 보여주는 사시도이고, 도 7은 상기 피스톤과 흡입 밸브의 분해 사시도이며, 도 8은 상기 피스톤의 단면도이다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압축기(10)를 구성하는 피스톤(15)은 상기 실린더(13) 내부에서 전후 방향으로 직선 왕복 운동 가능하게 제공되며, 알루미늄 소재의 비자성체로 이루어질 수 있다.

상세히, 상기 피스톤(15)은, 내부에 중공부(159)가 형성되는 원통 형상의 피스톤 몸체(151)와, 상기 피스톤 몸체(151)의 일 단부에 형성되는 피스톤 헤드(153)와, 상기 피스톤 몸체(151)의 타 단부에 형성되는 플랜지(155)를 포함할 수 있다.

상기 피스톤 몸체(151)의 외주면은, 표면 처리부(152)와 표면 미처리부(153)로 구분될 수 있다. 상기 표면 처리부(152)에는 테프론 코팅 처리되는 부분을 의미하는 것으로서, 표면 처리부에 의하여 상기 피스톤(15)과 실린더(13)가 마찰에 의하여 발생하는 열로 인하여 피스톤(15)이 급격하게 열팽창하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 실린더(13) 내부로 인입되지 않는 영역 및 상기 압축 공간(P)으로부터 상대적으로 먼 영역에 해당하는 상기 피스톤(15)의 외주면에는 표면 처리가 되지 않도록 하여, 피스톤이 불균일하게 팽창하는 것을 최소화할 수 있다.

한편, 상기 피스톤 헤드(154)의 중앙부에는 볼트홈(154a)이 형성되고, 상기 볼트홀(154a)로부터 이격되는 지점에는 하나 또는 다수의 흡입구(154b)가 형성될 수 있다. 상기 흡입구(154b)를 통하여 상기 중공부(159)로 유입된 냉매가 상기 압축 공간(P)으로 안내된다.

또한, 상기 피스톤 헤드(154)의 헤드면(154c)에는 상기 흡입 밸브(50)가 안착되고, 상기 흡입 밸브(50)는 볼트(150)에 의하여 상기 헤드면에 고정될 수 있다. 상기 볼트(150)는 상기 흡입 밸브(50)의 중심을 관통하여 상기 피스톤 헤드(154)의 볼트홈(154a)에 삽입된다. 그리고, 상기 볼트(150)의 헤드 부분은 절단된 원추 형상(truncated cone)으로 이루어져서, 상기 밸브 플레이트(31)의 토출구(311)에 끼워질 수 있다. 상기 볼트(150)의 헤드 부분이 상기 토출구(311)에 인입됨으로써, 상기 토출구(311) 영역에 남아있는 냉매를 효과적으로 토출시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기 흡입 밸브(50)는 상기 토출 밸브(32)와 마찬가지로, 플렉시블 플랩 체크 밸브일 수 있다. 즉, 상기 피스톤(15)이 후퇴할 때 발생하는, 상기 압축 공간(P)과 상기 피스톤(15) 내부의 중공부(159) 간의 압력 차에 의하여, 상기 흡입 밸브(50)가 휘어져서 상기 흡입구(154b)가 개방된다.

또한, 상기 플랜지(155)는 상기 피스톤 몸체(151)의 일단이 절곡되어 형성되는 부분이다. 상세히, 상기 플랜지(155)는, 상기 피스톤 몸체(151)의 단부에서 절곡되는 바닥부(156)와, 상기 바닥부(156)의 단부에서 상기 피스톤 헤드(154) 쪽으로 재차 절곡되어 형성되는 연장부(157)를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 바닥부(156)의 중앙에는 개구부(158)가 형성되고, 상기 바닥부(156)의 후면에는 상기 개구부(158)의 가장자리를 따라 소정의 폭과 깊이로 함몰되는 단턱부(156b)가 형성된다. 그리고, 상기 바닥부(156)의 전면에는 상기 피스톤 몸체(151)의 외주면 가장자리를 따라 함몰되는 스프링 시트 안착부(156a)가 형성된다.

상기 단턱부(156b)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 흡입 머플러(41)의 후단이 걸리는 부분이다. 그리고, 상기 단턱부(156b)와 상기 마그넷 프레임(53)에 형성되는 상기 단차부(532)는 동일한 직경으로 형성될 수 있다.

상세히, 상기 흡입 머플러(40)가 상기 피스톤(15)의 중공부(159)에 완전히 삽입되면, 상기 제 1 머플러(41)의 후단이 상기 단턱부(156b)에 걸리게 된다. 이 상태에서, 피스톤(15)을 상기 마그넷 프레임(53)에 결합하면, 상기 제 3 머플러(43)의 전단부가 상기 단차부(532)에 걸려서, 상기 머플러(40)가 상기 피스톤(15)으로부터 분리되지 않는다.

한편, 상기 플랜지(155)를 구성하는 상기 연장부(157)는, 상기 바닥부(156)의 단부에서 절곡되어 연장되는 제 1 연장부(157a)와, 상기 제 1 연장부(157a)의 단부에서 상기 피스톤 몸체(151)로부터 멀어지는 방향으로 경사지는 경사부(157b), 및 상기 경사부(157b)의 단부에서 상기 제 1 연장부(157a)와 평행하게 연장되는 제 2 연장부(157c)를 포함할 수 있다.

상기 연장부(157)는, 도시된 바와 같이 직선 형태의 제 1 및 제 2 연장부(157a,157c) 사이에 상기 연장부(157)의 직경이 커지는 방향으로 경사지는 경사부(157b)가 교번하여 형성되는 형태로 이루어져서, 상기 플랜지(155)가 상기 마그넷 프레임(53)에 압입될 때, 상기 연장부(157)의 일부분만 상기 마그넷 프레임(53)의 원통부(535) 내주면과 접촉하도록 할 수 있다.

상기 제 1 연장부(157a)와 경사부(157b)의 외경은, 상기 마그넷 프레임(53)의 원통부(535)의 내경보다 작게 형성되어, 상기 플랜지(155)가 상기 마그넷 프레임(53)의 내부에 압입되는 과정에서, 상기 원통부(535)의 내주면과 마찰을 일으키지 않는다. 반면, 상기 제 2 연장부(157a)의 외경은 상기 원통부(535)의 내경보다 크게 형성되어, 압입 시 상기 원통부(535)의 내주면 사이에 마찰력이 발생한다. 그리고, 상기 마찰력에 의하여, 상기 플랜지(155)가 상기 원통부(535)에 안정적으로 결합될 수 있다.

만일, 상기 제 1 연장부(157a)의 외주면부터 상기 원통부(535)에 삽입될 때 원통부(535)이 내주면과 마찰을 일으키는 경우, 압입 과정에서 마찰력에 의하여 상기 플랜지(155)의 형상 변형이 심하게 일어날 수 있다. 즉, 압입 전에는 상기 바닥부(156)가 상기 피스톤 몸체(151)와 수직한 상태였으나, 상기 마그넷 프레임(53)에 압입되면서 상기 바닥부(156)가 마찰력에 의하여 휘어질 수 있다. 그러면, 도 8에서 점선으로 표시된 바와 같이, 상기 피스톤 몸체(151)와 이루는 각이 90도 미만이 될 수 있다. 그러면, 상기 연장부(157)는 상기 원통부(535)의 내주면과 제대로 접촉하지 못하여, 상기 피스톤(15)이 상기 마그넷 프레임(53)으로부터 쉽게 분리되는 문제가 발생할 수 있다.

상기와 같은 문제점을 최소화하기 위하여, 상기 연장부(157)의 외주면 중에서, 상기 원통부(535)의 내주면과 접촉하여 마찰력을 발생시키는 상기 지점은 상기 바닥부(156)로부터 먼 쪽에 형성되는 것이 좋다. 따라서, 상기 마찰력 발생 영역은 상기 연장부(157)의 단부 쪽에 형성되도록 상기 플랜지(155)가 설계될 수 있다.

이와 같은 구조에 의하면, 상기 원통부(535)와 접촉하여 마찰력을 발생시키는 부분이 상기 연장부(157)의 원주 방향으로 전체면에 균일하게 형성된다. 따라서, 상기 피스톤(15)이 상기 마그넷 프레임(53)에 압입 결합된 후에도, 상기 피스톤(15)의 길이 방향 중심선과 상기 피스톤의 직선 왕복 운동축이 일치하게 된다.

상기 선행 기술 1 및 2에 개시되는 압축기의 경우, 상기 피스톤의 플랜지부가 다수 개의 볼트에 의하여 상기 마그넷 프레임에 결합되는 구조를 이룬다. 다수의 볼트에 작용하는 체결력이 동일하지 못할 경우, 상기 피스톤의 길이 방향 중심선이 피스톤의 직선 왕복 운동축과 일치되지 못하고 비스듬하게 어긋날 수 있다. 그러면, 상기 피스톤의 운동 과정에서 실린더 내벽과의 간섭에 의하여 피스톤과 실린더가 파손되는 현상이 발생할 수 있다. 뿐만 아니라, 볼트 체결 부위에 과도한 체결력이 가해질 경우, 피스톤의 단면 형상이 변형될 수도 있다.

그러나, 본 발명의 경우, 상기 플랜지(155)가 상기 마그넷 프레임(53) 내부로 압입될 때, 원통 형상의 상기 제 2 연장부(157c)와 상기 마그넷 프레임(53)의 내주면이 접촉하는 영역이 상기 피스톤 몸체(151)의 원주 방향으로 균일하게 형성된다. 따라서, 상기 선행 기술들이 가지는 문제점이 발생하지 않는 장점이 있다.

Claims (8)

1. 밀폐 용기;
   상기 밀폐 용기의 내부에 제공되는 실린더;
   상기 실린더 내부에서 축 방향으로 직선 왕복 운동하는 피스톤;
   상기 피스톤의 일 단부가 압입 결합되는 마그넷 프레임;
   상기 마그넷 프레임에 연결되는 마그넷과, 상기 마그넷의 내측에 둘러지는 인너 스테이터, 및 상기 마그넷의 외측에 둘러지는 아우터 스테이터를 포함하는 모터 어셈블리;를 포함하고,
   상기 마그넷 프레임은,
   중앙에 관통홀이 형성되는 원형의 바닥부와,
   상기 바닥부의 가장자리에서 절곡되어 상기 피스톤의 축 방향으로 연장되는 원통부를 포함하고,
   상기 피스톤은,
   상기 피스톤의 축 방향으로 연장되는 원통 형상의 피스톤 바디와,
   상기 피스톤 바디의 전방 단부에 형성되며 압축 공간으로 냉매를 가이드 하는 흡입구가 형성되는 피스톤 헤드와,
   상기 피스톤 바디의 후방 단부에서 다수 회 절곡되어 형성되며, 상기 마그넷 프레임의 원통부의 내부에 압입 결합되는 플랜지를 포함하고,
   상기 플랜지는, 상기 피스톤 바디의 후방 단부에서 반경 방향으로 절곡되어 상기 원통부의 바닥부에 안착되며 상기 관통홀과 정렬되는 개구부가 형성되는 바닥부와,
   상기 바닥부의 단부에서 전방을 향하여 상기 피스톤의 축 방향으로 연장되는 연장부를 포함하고,
   상기 연장부는,
   상기 바닥부의 단부에서 절곡되어 전방을 향해 연장되며 상기 원통부의 내경보다 작게 형성되는 외경을 가지는 제1연장부와,
   상기 제1연장부의 단부에서 경사지게 연장되는 경사부와,
   상기 경사부의 단부에서 전방을 향해 상기 피스톤의 축 방향으로 연장되며 상기 원통부의 내경보다 크게 형성되는 외경을 가지는 제2연장부를 포함하고,
   상기 제1연장부 및 상기 경사부가 상기 원통부의 내측에 위치된 상태에서, 상기 제2연장부는 상기 원통부의 내주면에 압입되어 결합되는 압축기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 경사부는 상기 피스톤 바디와 멀어지는 방향으로 경사지게 형성되며,
   상기 경사부의 외경은 상기 원통부의 내경보다 작게 형성되는 압축기.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제2연장부는 상기 제1연장부와 평행하게 연장되는 압축기.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1연장부 및 상기 제2연장부는 원통 형상으로 형성되는 압축기.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 마그넷 프레임은,
   상기 바닥부의 관통홀의 가장자리 부분이 상기 바닥부로부터 후방을 향해 연장되며 외측에 상기 피스톤의 공진 운동을 위한 스프링이 끼워지는 버링부를 더 포함하는 압축기.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
   상기 바닥부의 전면에는 상기 피스톤 바디의 외주면을 따라 스프링 시트 안착부가 함몰 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.

Images