KR102311953B1 - 리니어 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기는, 원통 형상의 쉘; 상기 쉘 내부에 삽입되는 압축기 본체; 상기 쉘의 후단부에 결합되는 제 1 쉘 커버; 상기 압축기 본체의 전단부에 결합되어, 상기 압축기 본체의 전단부를 지지하는 제 1 지지 장치; 및 상기 압축기 본체의 후단부와 상기 제 1 쉘 커버를 연결하여, 상기 압축기 본체의 후단부를 지지하는 제 2 지지 장치를 포함하고, 상기 제 1 지지 장치는, 상기 압축기 본체의 전단부 중심에 결합되는 지지 헤드와, 양 단부가 상기 지지 헤드와 상기 쉘의 내주면에 각각 연결되는 한 쌍의 댐핑 유닛을 포함할 수 있다.

Description

리니어 압축기{Linear compressor}
본 발명은 리니어 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 압축기(Compressor)는 전기모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축하여 압력을 높여주는 기계장치로서, 상기 가전제품 또는 산업전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.
이러한 압축기를 크게 분류하면, 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키는 왕복동식 압축기(Reciprocating compressor)와, 편심 회전되는 롤러(Roller)와 실린더 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되고 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전되면서 냉매를 압축시키는 회전식 압축기(Rotary compressor) 및 선회 스크롤(Orbiting scroll)과 고정 스크롤(Fixed scroll) 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성되고 상기 선회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전하면서 냉매를 압축시키는 스크롤식 압축기(Scroll compressor)로 구분될 수 있다.
최근에는 상기 왕복동식 압축기 중에서 특히 피스톤이 왕복 직선 운동하는 구동모터에 직접 연결되도록 하여 운동전환에 의한 기계적인 손실이 없이 압축효율을 향상시킬 수 있고 간단한 구조로 구성되는 리니어 압축기가 많이 개발되고 있다.
보통, 리니어 압축기는, 밀폐된 쉘 내부에서 피스톤이 리니어 모터에 의해 실린더 내부에서 왕복 직선 운동하면서 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음 토출시키도록 구성된다.
상기 리니어 모터는 이너 스테이터 및 아우터 스테이터 사이에 영구자석이 위치되도록 구성되며, 영구자석은 영구자석과 이너(또는 아우터) 스테이터 간의 상호 전자기력에 의해 직선 왕복 운동하도록 구동된다.
그리고, 상기 영구자석이 피스톤과 연결된 상태에서 구동됨에 따라, 피스톤이 실린더 내부에서 왕복 직선운동하면서 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음, 토출시키도록 한다.
아래의 선행 기술에는 리니어 압축기의 구조가 개시된다.
종래의 리니어 압축기는, 아래의 선행 기술에 보이는 바와 같이, 원통 형상의 쉘 내부에 압축기 본체가 구비되고, 압축기 본체의 전단부와 후단부는 각각 판 스프링에 의하여 지지되는 구조를 이룬다.
이와 같이, 두 개의 판 스프링에 의하여 전후 단부가 지지되는 리니어 압축기는 다음과 같은 문제점을 안고 있다.
첫째, 판 스프링을 압축기 본체와 쉘 내주면에 연결하기 위해서는 다수의 볼트를 포함하는 부품들의 개수가 많아서 재료 비용이 비싸다.
둘째, 부품 수가 많기 때문에, 조립 작업에 시간이 걸리고, 볼트를 이용하여 판 스프링과 쉘을 연결하므로 볼트 체결 불량이 발생할 가능성이 높다.
셋째, 판스프링 지지 구조가 코일 스프링 지지구조에 비하여 소음과 진동 흡수 능력이 떨어지는 단점이 있다.
한국공개특허 제2016-0000403호(2016년01월04일)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안된다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기는, 원통 형상의 쉘; 상기 쉘 내부에 삽입되는 압축기 본체; 상기 쉘의 후단부에 결합되는 제 1 쉘 커버; 상기 압축기 본체의 전단부에 결합되어, 상기 압축기 본체의 전단부를 지지하는 제 1 지지 장치; 및 상기 압축기 본체의 후단부와 상기 제 1 쉘 커버를 연결하여, 상기 압축기 본체의 후단부를 지지하는 제 2 지지 장치를 포함하고, 상기 제 1 지지 장치는, 상기 압축기 본체의 전단부 중심에 결합되는 지지 헤드와, 양 단부가 상기 지지 헤드와 상기 쉘의 내주면에 각각 연결되는 한 쌍의 댐핑 유닛을 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 댐핑 유닛은, 상기 지지 헤드의 원주 방향으로 소정 각도 벌어지는 역 ‘V’자 형태로 상기 지지 헤드에 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 한 쌍의 댐핑 유닛의 벌어진 각도는 90도 ~ 120도 범위인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 한 쌍의 댐핑 유닛의 벌어진 각도는 108도인 것을 특징으로 한다.
상기 압축기 본체는, 고압으로 압축된 가스가 수용되기 위한 토출 공간을 형성하는 토출 커버를 포함하고, 상기 지지 헤드는, 헤드 본체와, 상기 헤드 본체의 후면에서 돌출되어 상기 토출 커버의 전면 중앙에 결합되는 삽입 돌기와, 상기 헤드 본체의 원주면에 형성되는 한 쌍의 체결홈을 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 댐핑 유닛 각각은, 지지 레그와, 상기 지지 레그의 상단과 상기 헤드 본체 사이에 개입되는 완충 패드와, 일 단부가 상기 지지 레그의 하단에 안착되는 탄성 부재와, 상기 탄성 부재의 타 단부에 결합되는 쉘 시트를 포함할 수 있다.
상기 지지 레그는, 소정 길이로 연장되는 레그 본체와, 상기 레그 본체의 상단에서 상기 헤드 본체의 외주면에 접촉하도록 라운드지게 형성되는 헤드 지지부와, 상기 헤드 지지부의 중심에서 돌출되는 장착 돌기를 포함하고, 상기 장착 돌기는 상기 완충 패드를 관통하여 상기 헤드 본체의 체결홈에 삽입되는 것을 특징으로 한다.
상기 완충 패드는 상기 헤드 지지부의 상면부 형상과 동일한 형상 및 크기로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 완충 패드는 중심에 관통홀이 형성된 원형 또는 타원형 패드를 포함할 수 있다.
상기 지지 레그는, 상기 레그 본체의 하단에 형성되는 플랜지와, 상기 플랜지의 저면에서 연장되는 연장부를 더 포함하고, 상기 연장부는 상기 탄성 부재의 내부로 삽입되어, 상기 탄성 부재의 일 단부가 상기 플랜지에 안착되는 것을 특징으로 한다.
상기 쉘 시트는, 상기 쉘의 내주면에 접촉하는 바닥부와, 상기 바닥부의 상면에서 연장되어 상기 탄성 부재의 내부로 삽입되는 지지 슬리브를 포함할 수 있다.
상기 바닥부의 저면은, 중심부가 볼록하게 라운드지는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 탄성 부재는 코일 스프링인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기는, 상기 쉘의 전단부에 결합되는 제 2 쉘 커버를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 압축기 본체의 전단부가 코일 스프링에 의하여 지지되므로, 소음 진동을 흡수하는 능력이 향상되는 장점이 있다.
둘째, 판 스프링 지지 구조에 비하여 조립을 위한 부품 수가 절반 이상 감소하여, 제조 비용이 절감되고, 조립 공정이 단축되는 장점이 있다.
셋째, 지지 장치가 쉘 내부에 별도의 체결 부재 없이 밀착되므로, 볼트 체결 불량 발생이 없어져서 조립 불량률이 현저히 감소하는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 구성을 보여주는 외관 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 쉘 및 쉘 커버의 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 본체의 분해 사시도.
도 4는 도 1의 4-4를 따라 절개되는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 종단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 압축기 본체의 전단을 지지하는 제 1 지지 장치의 전방 사시도.
도 6은 상기 제 1 지지 장치의 전방 분해 사시도.
도 7은 상기 제 1 지지 장치의 후방 분해 사시도.
도 8은 도 5의 8-8을 따라 절개되는 제 1 지지 장치의 종단면도.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 실린더와 프레임의 체결 구조가 적용되는 리니어 압축기에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 구성을 보여주는 외관 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 쉘 및 쉘 커버의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기(10)는, 쉘(101) 및 상기 쉘(101)에 결합되는 쉘 커버를 포함할 수 있다. 상기 쉘 커버는, 제 1 쉘커버(102)와 제 2 쉘커버(103)를 포함할 수 있다.
상세히, 상기 쉘(101)의 하측에는, 레그(50)가 결합될 수 있다. 상기 레그(50)는, 상기 리니어 압축기(10)가 설치되는 제품의 베이스에 결합될 수 있다. 일례로, 상기 제품은 냉장고를 포함할 수 있고, 상기 베이스는, 상기 냉장고의 기계실 베이스를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 제품은 공기조화기의 실외기를 포함할 수 있고, 상기 베이스는 상기 실외기의 베이스를 포함할 수 있다.
상기 쉘(101)은, 뉘어진 원통 형상으로 이루어져, 상기 리니어 압축기(10)가 냉장고의 기계실 베이스에 설치될 때, 상기 기계실의 높이를 감소시킬 수 있다는 이점이 있다. 상기 쉘(101)은 원통 형상으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 쉘(101)의 외면에는, 터미널 블록(108)이 설치될 수 있다. 상기 터미널 블록(108)은 외부 전원을 리니어 압축기의 모터 어셈블리(140, 도 3 참조)에 전달하는 연결부로 이해될 수 있다.
상기 터미널(108)의 외측에는, 브라켓(109)이 설치된다. 상기 브라켓(109)은 외부의 충격 등으로부터 상기 터미널(108)을 보호하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 쉘(101)의 양 단부는 개구되도록 구성된다. 상기 개구된 쉘(101)의 양 단부에는, 상기 제 1 및 제 2 쉘 커버(102,103)가 결합될 수 있다. 상기 쉘 커버(102,103)에 의하여, 상기 쉘(101)의 내부공간은 밀폐될 수 있다.
도 1을 기준으로, 상기 제 1 쉘커버(102)는 상기 리니어 압축기(10)의 우측부(또는 후단부)에 위치되며, 상기 제 2 쉘커버(103)는 상기 리니어 압축기(10)의 좌측부(또는 전단부)에 위치될 수 있다. 달리 말하면, 상기 제 1,2 쉘커버(102,103)는 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
상기 리니어 압축기(10)는, 상기 쉘(101) 또는 쉘 커버(102,103)에 구비되어, 냉매를 흡입 및 토출시키는 다수의 파이프(104,105,106)를 더 포함할 수 있다.
상세히, 상기 다수의 파이프(104,105,106)는, 냉매가 상기 리니어 압축기(10)의 내부로 흡입되도록 하는 흡입 파이프(104)와, 압축된 냉매가 상기 리니어 압축기(10)로부터 배출되도록 하는 토출 파이프(105), 및 냉매를 상기 리니어 압축기(10)에 보충하기 위한 프로세스 파이프(106)를 포함할 수 있다.
일례로, 상기 흡입 파이프(104)는 상기 제 1 쉘커버(102)에 결합될 수 있다. 냉매는 상기 흡입 파이프(104)를 통하여 축방향을 따라 상기 리니어 압축기(10)의 내부로 흡입될 수 있다.
상기 토출 파이프(105)는 상기 쉘(101)의 외주면에 결합될 수 있다. 상기 흡입 파이프(104)를 통하여 흡입된 냉매는 축방향으로 유동하면서, 압축될 수 있다. 그리고, 상기 압축된 냉매는 상기 토출 파이프(105)를 통하여 배출될 수 있다. 상기 토출 파이프(105)는 상기 제 1 쉘커버(102)보다 상기 제 2 쉘커버(103)에 인접한 위치에 배치될 수 있다.
상기 프로세스 파이프(106)는 상기 쉘(101)의 외주면에 결합될 수 있다. 작업자는 상기 프로세스 파이프(106)를 통하여, 상기 리니어 압축기(10)의 내부로 냉매를 주입할 수 있다.
상기 프로세스 파이프(106)는 상기 토출 파이프(105)와의 간섭을 피하기 위하여, 상기 토출 파이프(105)와 다른 높이에서 상기 쉘(101)에 결합될 수 있다. 상기 높이라 함은, 상기 레그(50)로부터의 수직방향(또는 반경방향)으로의 거리로서 이해된다. 상기 토출 파이프(105)와 상기 프로세스 파이프(106)가 서로 다른 높이에서, 상기 쉘(101)의 외주면에 결합됨으로써, 작업자는 작업 편의성이 도모될 수 있다.
상기 제 1 쉘커버(102)의 내측면에는, 커버지지부(102a)가 구비된다. 상기 커버지지부(102a)에는, 후술할 제 2 지지장치(185)가 결합될 수 있다. 상기 커버지지부(102a) 및 상기 제 2 지지장치(185)는, 리니어 압축기(10)의 본체를 지지하는 장치로서 이해될 수 있다. 여기서, 상기 압축기의 본체는 상기 쉘(101)의 내부에 구비되는 부품 세트를 의미하며, 일례로 전후 왕복운동 하는 구동부 및 상기 구동부를 지지하는 지지부를 포함할 수 있다. 상기 구동부는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 피스톤(130), 마그넷 프레임(138), 영구자석(146), 서포터(137) 및 흡입 머플러(150)등과 같은 부품을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 지지부는, 공진 스프링(176a,176b), 리어 커버(170), 스테이터 커버(149), 제 1 지지장치(20) 및 제 2 지지장치(185)등과 같은 부품을 포함할 수 있다.
상기 제 1 쉘커버(102)의 내측면에는, 스토퍼(102b)가 구비될 수 있다. 상기 스토퍼(102b)는 상기 리니어 압축기(10)의 운반 중 발생하는 진동 또는 충격 등에 의하여, 상기 압축기의 본체, 특히 모터 어셈블리(140)가 상기 쉘(101)에 부딪혀 파손되는 것을 방지하는 구성으로서 이해된다. 상기 스토퍼(102b)는, 후술할 리어 커버(170)에 인접하게 위치되어, 상기 리니어 압축기(10)에 흔들림이 발생할 때, 상기 리어 커버(170)가 상기 스토퍼(102b)에 간섭됨으로써, 상기 모터 어셈블리(140)에 충격이 전달되는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 본체의 분해 사시도이고, 도 4는 도 1의 4-4를 따라 절개되는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 종단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 쉘(101)의 내부에 제공되는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기(10)의 본체는, 프레임(110)과, 상기 프레임(110)의 중심에 끼워지는 실린더(120)와, 상기 실린더(120)의 내부에서 왕복 직선 운동하는 피스톤(130) 및 상기 피스톤(130)에 구동력을 부여하는 모터 어셈블리(140)를 포함할 수 있다. 상기 모터 어셈블리(140)는, 상기 피스톤(130)을 상기 쉘(101)의 축 방향으로 직선 왕복 운동 시키는 리니어 모터일 수 있다.
상세히, 상기 리니어 압축기(10)는, 흡입 머플러(150)를 더 포함할 수 있다. 상기 흡입 머플러(150)는, 상기 피스톤(130)에 결합되며, 상기 흡입 파이프(104)를 통하여 흡입된 냉매로부터 발생되는 소음을 저감하기 위하여 제공된다. 그리고, 상기 흡입 파이프(104)를 통하여 흡입된 냉매는 상기 흡입 머플러(150)를 거쳐 상기 피스톤(130)의 내부로 유동한다. 일례로, 냉매가 상기 흡입 머플러(150)를 통과하는 과정에서, 냉매의 유동소음이 저감될 수 있다.
상기 흡입 머플러(150)는, 다수의 머플러를 포함할 수 있다. 상기 다수의 머플러는, 상호 결합되는 제 1 머플러(151), 제 2 머플러(152) 및 제 3 머플러(153)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 머플러(151)는 상기 피스톤(130)의 내부에 위치되며, 상기 제 2 머플러(152)는 상기 제 1 머플러(151)의 후단에 결합된다. 그리고, 상기 제 3 머플러(153)는 상기 제 2 머플러(152)를 내부에 수용하며, 전단부가 상기 제 1 머플러(151)의 후단에 결합될 수 있다. 냉매의 유동방향 관점에서, 상기 흡입 파이프(104)를 통하여 흡입된 냉매는 상기 제 3 머플러(153), 제 2 머플러(152) 및 제 1 머플러(151)를 차례로 통과할 수 있다. 이 과정에서, 냉매의 유동소음은 저감될 수 있다.
상기 흡입 머플러(150)에는, 머플러 필터(154)가 장착될 수 있다. 상기 머플러 필터(154)는 상기 제 1 머플러(151)와 상기 제 2 머플러(152)가 결합되는 경계면에 위치될 수 있다. 일례로, 상기 머플러 필터(154)는 원형의 형상을 가질 수 있으며, 상기 머플러 필터(154)의 가장자리는 상기 제 1,2 머플러(151,152)의 결합면 사이에 놓여서 지지될 수 있다.
여기서, "축 방향"이라 함은, 상기 피스톤(130)이 왕복운동 하는 방향과 일치되는 방향, 즉 상기 원통형 쉘(101)의 길이 방향 중심축의 연장 방향으로 이해될 수 있다. 그리고, 상기 "축 방향" 중에서, 상기 흡입 파이프(104)로부터 압축공간(P)을 향하는 방향, 즉 냉매가 유동하는 방향을 "전방(frontward direction)"이라 하고, 그 반대방향을 "후방(rearward direction)"이라 정의한다. 상기 피스톤(130)이 전방으로 이동할 때, 상기 압축공간(P)은 압축될 수 있다.
반면에, "반경 방향"이라 함은 상기 쉘(101)의 반경 방향으로서, 상기 피스톤(130)이 왕복운동 하는 방향에 직교하는 방향으로 정의될 수 있다.
상기 피스톤(130)은, 대략 원통 형상의 피스톤 본체(131), 및 상기 피스톤 본체(131)의 후단에서 반경 방향으로 연장되는 피스톤 플랜지부(132)를 포함할 수 있다. 상기 피스톤 본체(131)는 상기 실린더(120)의 내부에서 왕복 운동하며, 상기 피스톤 플랜지부(132)는 상기 실린더(120)의 외측에서 왕복 운동할 수 있다. 상기 피스톤 본체(131)는, 상기 제 1 머플러(151)의 적어도 일부분을 수용하도록 구성된다.
상기 실린더(120)의 내부에는, 상기 피스톤(130)에 의하여 냉매가 압축되는 압축 공간(P)이 형성된다. 그리고, 상기 피스톤 본체(131)의 전면부 중앙으로부터 반경 방향으로 소정 거리 이격되는 지점에는 다수의 흡입공(133)이 형성된다.
상세히, 상기 다수의 흡입공(133)은 상기 피스톤(130)의 원주 방향으로 이격 배열되며, 상기 다수의 흡입공(133)을 통하여 냉매가 상기 압축 공간(P)으로 유입된다. 상기 다수의 흡입공(133)은 상기 피스톤(130)의 전면부의 원주 방향으로 일정 간격을 두고 이격 배치될 수도 있고, 다수 개가 그룹을 이루어 형성될 수 있다.
또한, 상기 흡입공(133)의 전방에는 상기 흡입공(133)을 선택적으로 개방하는 흡입 밸브(135)가 제공된다.
그리고, 상기 흡입 밸브(135)는 스크류 또는 볼트와 같은 체결 부재(135a)에 의하여 상기 피스톤 본체(131)의 전면에 고정된다.
한편, 상기 압축 공간(P)의 전방에는, 상기 압축 공간(P)에서 배출된 냉매의 토출 공간을 형성하는 토출 커버(190), 및 상기 토출 커버(190)에 결합되며 상기 압축 공간(P)에서 압축된 냉매를 상기 토출 공간으로 토출시키기 위한 토출 밸브 어셈블리가 제공된다.
상기 토출커버(190)는, 다수의 커버들이 적층되는 형태로 제공될 수 있다. 그리고, 다수의 커버들 중 최 외측(또는 최전방)에 결합되는 토출 커버의 중앙에는 후술할 제 1 지지 장치(20)가 결합되기 위한 체결홀 또는 체결홈이 형성될 수 있다.
상기 토출밸브 어셈블리는, 토출 밸브(161) 및 상기 토출 밸브(161)를 상기 실린더(120)의 전단에 밀착되는 방향으로 탄성력을 제공하는 스프링 조립체(163)를 포함할 수 있다.
상세히, 상기 토출 밸브(161)는, 상기 압축 공간(P)의 압력이 토출 압력 이상이 되면 상기 실린더(120)의 전면으로부터 분리되어, 압축된 냉매를 상기 토출 커버(190)에 의하여 정의되는 상기 토출 공간으로 토출되도록 한다.
그리고, 상기 압축 공간(P)의 압력이 토출 압력 이상이 되면, 상기 스프링 조립체(163)는 수축되어 상기 토출 밸브(161)가 상기 실린더(120)의 전단부에서 이격되도록 한다.
상기 스프링 조립체(163)는, 밸브 스프링(163a) 및 상기 밸브 스프링(163a)을 상기 토출 커버(190)에 지지하기 위한 스프링 지지부(163b)를 포함한다. 일례로, 상기 밸브 스프링(163a)은 판 스프링을 포함할 수 있다.
상기 토출 밸브(161)는 상기 밸브 스프링(163a)에 결합되며, 상기 토출 밸브(161)의 후방부 또는 후면은 상기 실린더(120)의 전면(또는 전단)에 밀착 지지된다.
상기 토출 밸브(161)가 상기 실린더(120)의 전면에 지지되면 상기 압축공간(P)은 밀폐된 상태를 유지하며, 상기 토출 밸브(161)가 상기 실린더(120)의 전면으로부터 이격되면 상기 압축공간(P)은 개방되어, 상기 압축공간(P) 내부의 압축된 냉매가 배출될 수 있다.
상기 압축 공간(P)은 상기 흡입 밸브(135)와 상기 토출 밸브(161)의 사이에 형성되는 공간으로서 이해된다. 그리고, 상기 흡입 밸브(135)는 상기 압축 공간(P)의 일측에 형성되고, 상기 토출 밸브(161)는 상기 압축 공간(P)의 타측, 즉 상기 흡입 밸브(135)의 반대 측에 제공될 수 있다.
상기 피스톤(130)이 상기 실린더(120)의 내부에서 직선 왕복 운동하는 과정에서, 상기 압축 공간(P)의 압력이 냉매의 흡입 압력 이하가 되면 상기 흡입 밸브(135)가 개방되어, 냉매는 상기 압축 공간(P)으로 유입된다.
반면에, 상기 압축공간(P)의 압력이 냉매의 흡입 압력 이상이 되면, 상기 흡입 밸브(135)가 닫히고, 상기 피스톤(130)의 전진에 의하여 상기 압축공간(P)의 냉매가 압축된다.
한편, 상기 압축공간(P)의 압력이 상기 토출 공간 내의 압력(토출 압력)보다 커지면, 상기 밸브 스프링(163a)이 전방으로 변형되면서 상기 토출 밸브(161)가 상기 실린더(120)로부터 분리된다. 그리고, 상기 압축공간(P) 내부의 냉매는 상기 토출 밸브(161)와 실린더(120)의 이격된 틈새를 통하여 상기 토출 공간으로 토출된다.
상기 냉매의 토출이 완료되면, 상기 밸브 스프링(163a)은 상기 토출 밸브(161)에 복원력을 제공하여, 상기 토출 밸브(161)가 상기 실린더(120)의 전단에 다시 밀착되도록 한다.
상기 리니어 압축기(10)는 커버 파이프(162a)를 더 포함할 수 있다. 상기 커퍼 파이프(162a)는, 상기 토출 커버(190)에 결합되며 상기 토출 커버(190) 내부에 형성된 토출 공간으로 유동한 냉매를 외부로 배출시킨다.
그리고, 상기 리니어 압축기(10)는 루프 파이프(162b)를 더 포함할 수 있다. 상기 루프 파이프(162b)의 일단은 상기 커버 파이프(162a)의 토출단에 결합되고, 타단은 상기 쉘(101)에 형성되는 상기 토출 파이프(105)에 연결된다.
상기 루프 파이프(162b)는 플렉서블한 재질로 구성되며, 상대적으로 상기 커버 파이프(162a)보다 길게 형성될 수 있다. 그리고, 상기 루프 파이프(162b)는 상기 커버 파이프(162a)로부터 상기 쉘(101)의 내주면을 따라 라운드지게 연장되어, 상기 토출 파이프(105)에 결합될 수 있다.
한편, 상기 프레임(110)은 상기 실린더(120)를 고정시키는 구성으로 이해될 수 있다. 일례로, 상기 실린더(120)는 상기 프레임(110)의 중심부에 삽입될 수 있다. 그리고, 상기 토출커버(190)는 체결 부재에 의하여 상기 프레임(110)의 전면에 결합될 수 있다.
한편, 상기 모터 어셈블리(140)는, 상기 프레임(110)에 고정되어 상기 실린더(120)를 둘러싸도록 배치되는 아우터 스테이터(141)와, 상기 아우터 스테이터(141)의 내측으로 이격되어 배치되는 이너 스테이터(148), 및 상기 아우터 스테이터(141)와 이너 스테이터(148)의 사이 공간에 위치하는 영구자석(146)을 포함할 수 있다.
상기 영구자석(146)은, 상기 아우터 스테이터(141) 및 이너 스테이터(148) 간의 상호 전자기력에 의하여 직선 왕복 운동할 수 있다. 그리고, 상기 영구자석(146)은 1개의 극을 가지는 단일 자석으로 구성되거나, 3개의 극을 가지는 다수의 자석이 결합되어 구성될 수 있다.
상기 영구자석(146)은 마그넷 프레임(138)에 설치될 수 있다. 상기 마그넷 프레임(138)은 대략 원통 형상을 가지며, 상기 아우터 스테이터(141)와 이너 스테이터(148)의 사이 공간에 삽입되도록 배치될 수 있다.
상세히, 상기 마그넷 프레임(138)은 상기 피스톤 플랜지부(132)에 결합되어 전방(축방향)으로 연장될 수 있다. 상기 영구자석(146)은 상기 마그넷 프레임(138)의 전단부 또는 상기 마그넷 프레임(138)의 외주면에 부착될 수 있다. 상기 영구자석(146)이 축방향으로 왕복 운동할 때, 상기 피스톤(130)은 상기 영구자석(146)과 한 몸으로 축 방향으로 왕복 운동할 수 있다.
상기 아우터 스테이터(141)는, 코일 권선체(141b,141c,141d) 및 스테이터 코어(141a)를 포함할 수 있다. 상기 코일 권선체(141b,141c,141d)는, 보빈(141b) 및 상기 보빈의 원주 방향으로 권선된 코일(141c)을 포함할 수 있. 그리고, 상기 코일 권선체(141b,141c,141d)는, 상기 코일(141c)에 연결되는 전원선이 상기 아우터 스테이터(141)의 외부로 인출 또는 노출되도록 가이드하는 단자부(141d)를 더 포함할 수 있다.
상기 스테이터 코어(141a)는, 복수 개의 라미네이션(lamination)이 원주 방향으로 적층되어 구성된 다수의 코어 블럭(core blocks)을 포함할 수 있다. 상기 다수의 코어 블럭은, 상기 코일 권선체(141b,141c)의 적어도 일부분을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
상기 아우터 스테이터(141)의 일측에는 스테이터 커버(149)가 제공된다. 즉, 상기 아우터 스테이터(141)의 일측부는 상기 프레임(110)에 의하여 지지되며, 타측부는 상기 스테이터 커버(149)에 의하여 지지될 수 있다.
상기 리니어 압축기(10)는, 상기 스테이터 커버(149)와 상기 프레임(110)을 체결하기 위한 커버체결부재(149a)를 더 포함할 수 있다. 상기 커버체결부재(149a)는, 상기 스테이터 커버(149)를 관통하여 상기 프레임(110)을 향하여 전방으로 연장되며, 상기 프레임(110)에 결합될 수 있다.
상기 이너 스테이터(148)는 상기 프레임(110)의 외주에 고정된다. 그리고, 상기 이너 스테이터(148)는 복수 개의 라미네이션이 상기 프레임(110)의 외측에서 원주 방향으로 적층되어 구성된다.
상기 리니어 압축기(10)는, 상기 피스톤(130)의 후단을 지지하는 서포터(137)를 더 포함할 수 있다. 상기 서포터(137)는 상기 피스톤(130)의 후측에 결합되며, 그 내측에는, 상기 머플러(150)가 통과하도록 중공부를 형성할 수 있다.
상기 피스톤 플랜지부(132), 마그넷 프레임(138) 및 상기 서포터(137)는 체결부재에 의하여 한 몸으로 결합될 수 있다.
상기 서포터(137)에는, 밸런스 웨이트(179)가 결합될 수 있다. 상기 밸런스 웨이트(179)의 중량은, 압축기 본체의 운전주파수 범위에 기초하여 결정될 수 있다.
상기 리니어 압축기(10)는 리어 커버(170)를 더 포함할 수 있다. 상기 리어 커버(170)는, 상기 스테이터 커버(149)에 결합되어 후방으로 연장되며, 제 2 지지장치(185)에 의하여 지지된다.
상세히, 상기 리어 커버(170)는 3개의 지지레그를 포함할 수 있고, 상기 3개의 지지레그는 상기 스테이터 커버(149)의 후면에 결합될 수 있다. 상기 3개의 지지레그와, 상기 스테이터 커버(149)의 후면 사이에는, 스페이서(181)가 개재될 수 있다. 상기 스페이서(181)의 두께를 조절하는 것에 의하여, 상기 스테이터 커버(149)로부터 상기 리어 커버(170)의 후단부까지의 거리를 결정할 수 있다. 그리고, 상기 리어 커버(170)는 상기 서포터(137)에 스프링 지지될 수 있다.
상기 리니어 압축기(10)는, 상기 리어 커버(170)에 결합되어 상기 머플러(150)로의 냉매 유입을 가이드 하는 유입 가이드부(156)를 더 포함할 수 있다. 상기 유입 가이드부(156)의 적어도 일부분은 상기 흡입 머플러(150)의 내측에 삽입될 수 있다.
상기 리니어 압축기(10)는, 상기 피스톤(130)이 공진 운동할 수 있도록 각 고유 진동수가 조절된 복수의 공진 스프링을 포함할 수 있다.
상세히, 상기 복수의 공진 스프링은, 상기 서포터(137)와 스테이터 커버(149)의 사이에서 지지되는 다수의 제 1 공진스프링(176a), 및 상기 서포터(137)와 리어 커버(170)의 사이에서 지지되는 다수의 제 2 공진스프링(176b)을 포함할 수 있다.
상기 복수의 공진 스프링들의 작용에 의하여, 상기 리니어 압축기(10)의 쉘(101) 내부에서 압축기 본체의 안정적인 왕복 운동을 가능하게 하며, 상기 압축기 본체의 움직임에 따른 진동 또는 소음 발생을 최소화할 수 있다.
상기 서포터(137)는, 상기 제 1 공진스프링(176a)에 결합되는 제 1 스프링지지부(137a)를 포함할 수 있다.
상기 리니어 압축기(10)는, 상기 프레임(110)과, 상기 프레임(110) 주변의 부품 간의 결합력을 증대하기 위한 다수의 실링부재를 포함할 수 있다.
상세히, 상기 다수의 실링부재는, 상기 프레임(110)과 상기 토출커버(190)가 결합되는 부분에 구비되는 제 1 실링부재(127)를 포함할 수 있다.
상기 다수의 실링부재는, 상기 실린더(120)와 상기 프레임(110)의 사이에 제공되는 제 2 실링부재(129a)를 더 포함할 수 있다.
상기 다수의 실링부재는, 상기 프레임(110)과 상기 이너 스테이터(148)가 결합되는 부분에 구비되는 제 3 실링부재(129b)를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 내지 제 3 실링부재(127,129a,129b)는 링 형상일 수 있다.
상기 리니어 압축기(10)는, 상기 압축기(10) 본체의 전단부를 지지하는 제 1 지지장치(20)를 더 포함할 수 있다. 상세히, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 지지 장치(20)는 상기 토출커버(190)의 전면 중앙에 형성된 체결홀 또는 체결홈에 삽입된다. 상기 제 1 지지 장치(20)의 구조에 대해서는 아래에서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
상기 리니어 압축기(10)는 상기 압축기(10) 본체의 후단을 지지하는 제 2 지지장치(185)를 더 포함할 수 있다. 상기 제 2 지지 장치(185)는 상기 리어 커버(170)에 결합된다. 상기 제 2 지지장치(185)는 상기 제 1 쉘커버(102)에 결합되어, 상기 압축기(10)의 본체를 탄성 지지할 수 있다. 상세히, 상기 제 2 지지장치(185)는 제 2 지지스프링(186)을 포함하고, 상기 제 2 지지스프링(186)은, 상기 커버지지부(102a)에 결합될 수 있다.
한편, 상기 프레임(110)은, 원판 형태의 프레임 헤드(110a)와, 상기 프레임 헤드(110a)의 후면 중심에서 연장되고, 내부에 상기 실린더(120)를 수용하는 프레임 바디(110b)를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 압축기 본체의 전단을 지지하는 제 1 지지 장치의 전방 사시도이고, 도 6은 상기 제 1 지지 장치의 전방 분해 사시도이며, 도 7은 상기 제 1 지지 장치의 후방 분해 사시도이고, 도 8은 도 5의 8-8을 따라 절개되는 제 1 지지 장치의 종단면도이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제 1 지지 장치(20)는, 상기 토출 커버(190)의 전면 중앙에 결합되는 지지 헤드(21)와, 상기 지지 헤드(21)에 끼워지는 한 쌍의 댐핑 유닛을 포함할 수 있다.
상세히, 상기 지지 헤드(21)는, 원통 형상의 헤드 본체(211)와, 상기 헤드 본체(211)의 후면으로부터 돌출되는 삽입 돌기(212)를 포함할 수 있다. 상기 삽입 돌기(212)는 상기 지지 헤드(21)의 직경보다 작은 직경을 가지며, 상기 토출 커버(190)의 전면 중앙에 형성되는 삽입홈 또는 삽입홀에 삽입 고정된다.
또한, 상기 헤드 본체(211)의 측면부, 즉 원통부를 형성하는 면(이하 원주면이라 정의함)에는 상기 한 쌍의 댐핑 유닛이 결합되기 위한 한 쌍의 체결홈(213)이 형성된다. 상기 한 쌍의 체결홈(213)은 상기 헤드 본체(211)의 원주면을 따라 소정 각도 이격되는 위치에 형성될 수 있다.
그리고, 상기 한 쌍의 댐핑 유닛은, 상기 헤드 본체(211)의 원주면에 직교하는 접선 방향으로 상기 한 쌍의 체결홈(213)에 각각 결합된다. 그리고, 상기 한 쌍의 댐핑 유닛이 이루는 각도(θ)는 90 ~ 120도 범위일 수 있고, 바람직하게는 108도일 수 있다.
상세히, 상기 한 쌍의 댐퍼 유닛 각각은, 지지 레그(22)와, 상기 지지 레그(22)의 상면에 놓여서 상기 지지 헤드(21)에 밀착되는 완충 패드(25)와, 일 단부가 상기 지지 레그(22)의 하단에 끼워지는 탄성 부재(23), 및 상기 타성 부재(23)의 타단에 끼워지고 상기 쉘(101)의 내주면에 안착되는 쉘 시트(shell seat)(24)를 포함할 수 있다. 상기 탄성 부재(23)는 코일 스프링을 포함하며, 상기 완충 패드(25)는 고무, 실리콘, 또는 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.
상기 지지 레그(22)는, 레그 본체(221)와, 헤드 지지부(222)와, 장착 돌기(223)와, 플랜지(224), 및 연장부(225)를 포함할 수 있다. 상세히, 상기 헤드 지지부(222)는, 상기 레그 본체(221)의 상단에서 상기 헤드 본체(211)의 원주면 곡률에 대응하는 곡률로 라운드지게 형성되어, 상기 헤드 본체(221)의 원주면에 밀착된다.
그리고, 상기 장착 돌기(223)는 상기 헤드 지지부(222)의 상면 중앙에서 소정 길이로 돌출되어, 상기 헤드 본체(211)의 체결홈(213)에 삽입된다. 그리고, 상기 플랜지(224)는 상기 레그 본체(221)의 하단에서 원형의 리브 형태로 연장된다. 그리고, 상기 연장부(225)는, 상기 플렌지(224)의 저면에서 상기 플랜지(224)의 직경보다 작은 직경을 가지고 소정 길이 연장되며, 내부가 빈 슬리브(sleeve) 형태로 연장될 수 있다.
그리고, 상기 연장부(225)는 상기 탄성 부재(23)의 내부로 삽입되고, 상기 탄성 부재(23)의 일 단부는 상기 플랜지(224)에 안착된다.
그리고, 상기 쉘 시트(24)는, 상기 쉘(101)의 내주면에 밀착되는 바닥부(242)와, 상기 바닥부(242)의 상면에서 연장되는 지지 슬리브(241)를 포함할 수 있다. 상기 지지 슬리브(241)는 상기 탄성 부재(23)의 내부로 삽입되고, 상기 탄성 부재(23)의 타 단부는 상기 바닥부(242)의 상면에 안착된다. 그리고, 상기 바닥부(242)의 저면은 가운데가 볼록하게 라운드지는 형태로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 완충 패드(25)의 중심에는 상기 장착 돌기(223)가 관통하기 위한 관통홀이 형성된다. 상기 완충 패드(25)는 상기 헤드 지지부(222)의 상면의 형상 및 크기와 동일한 형상 및 크기로 이루어질 수 있다. 다시 말하면, 상기 완충 패드(25)가 상기 장착 돌기(223)에 끼워지면, 상기 헤드 지지부(222)의 상면은 상기 완충 패드(25)에 의하여 완전히 덮이는 형상으로 제공될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 완충 패드(25)가 중심에 관통홀이 형성된 직사각형 형상으로 이루어질 수 있으나, 타원형 또는 원형의 링 형태로 이루어질 수도 있을 것이다.
한편, 상기 탄성 부재(23)의 양 단부에 상기 지지 레그(22)의 연장부(225)와 상기 쉘 시트(24)의 지지 슬리브(241)가 삽입된 상태에서, 상기 연장부(225)와 상기 지지 슬리브(241)는 서로 닿지 않고 이격된 상태를 유지한다. 그리고, 상기 리니어 압축기(10)가 구동하여, 상기 지지 헤드(21)로 진동이 전달되면, 상기 탄성 부재(23)의 신축 작용에 의하여, 상기 연장부(225)와 상기 지지 슬리브(241)가 서로 가까워졌다가 멀어지는 동작을 반복할 수 있다.
여기서, 진동이 발생하는 과정에서도 상기 연장부(225)와 상기 지지 슬리브(241)가 닿아서 충격 소음을 발생하지 않도록, 상기 탄성 부재(23)의 탄성 계수가 적절하게 설정되는 것이 좋다.
또한, 상기 한 쌍의 댐핑 유닛이 도시된 바와 같이 역 ‘V’자 형태로 상기 지지 헤드(21)와 상기 쉘(101)을 연결하므로, 상기 압축기 본체가 안정적으로 지지될 뿐만 아니라, 스크류와 같은 체결 부재를 이용하지 않아도 상기 댐핑 유닛과 상기 지지 헤드(21)가 안정적으로 연결될 수 있다. 그리고, 상기 댐핑 유닛과 상기 쉘(101)의 연결 부위에도 별도의 체결 부재가 필요 없는 장점이 있다.
상세히, 상기 댐핑 유닛의 장착을 위해서는, 전면 중앙에 상기 지지 헤드(21)가 결합된 압축기 본체를 상기 쉘 내부에 삽입한다. 그리고, 상기 압축기 본체의 후단을 상기 제 1 쉘 커버(102)에 결합한다. 이 상태에서, 상기 완충 패드(25)를 상기 장착 돌기(223)에 끼운 후 상기 장착 돌기(223)를 상기 지지 헤드(21)의 체결홈(213)에 삽입한다. 그리고, 상기 지지 레그(22)의 하단에 상기 탄성 부재(23)를 장착하고, 상기 탄성 부재(23)를 수축시킨 상태에서 상기 탄성 부재(23)의 타단에 상기 쉘 시트(24)를 끼운다.
이 상태에서, 상기 탄성 부재(23)를 수축시키는 가압력을 제거하면 상기 탄성 부재(23)가 원 위치로 복원되면서 상기 쉘시트(24)의 바닥부(242)가 상기 쉘(101)의 내주면에 밀착된다. 이때, 상기 바닥부(242)의 저면은 중심부가 볼록하게 라운드지는 형상을 이루므로, 상기 바닥부(242)의 저면 중심부가 상기 쉘(101)의 내주면에 접촉하도록 한다. 상기 바닥부(242)의 저면 중심이 상기 쉘(101)의 내주면에 접촉하는 상태가, 압축기의 진동과 소음을 가장 잘 흡수할 수 있는 최적의 상태라 할 수 있다.

Claims (14)

  1. 원통 형상의 쉘;
    상기 쉘 내부에 삽입되는 압축기 본체;
    상기 쉘의 후단부에 결합되는 제 1 쉘 커버;
    상기 압축기 본체의 전단부에 결합되어, 상기 압축기 본체의 전단부를 지지하는 제 1 지지 장치; 및
    상기 압축기 본체의 후단부와 상기 제 1 쉘 커버를 연결하여, 상기 압축기 본체의 후단부를 지지하는 제 2 지지 장치를 포함하고,
    상기 제 1 지지 장치는,
    상기 압축기 본체의 전단부 중심에 결합되는 지지 헤드와,
    양 단부가 상기 지지 헤드와 상기 쉘의 내주면에 각각 연결되는 한 쌍의 댐핑 유닛을 포함하는 리니어 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 댐핑 유닛은, 상기 지지 헤드의 원주 방향으로 소정 각도 벌어지는 역 ‘V’자 형태로 상기 지지 헤드에 연결되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 댐핑 유닛의 벌어진 각도는 90도 ~ 120도 범위인 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 댐핑 유닛의 벌어진 각도는 108도인 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기 본체는,
    고압으로 압축된 가스가 수용되기 위한 토출 공간을 형성하는 토출 커버를 포함하고,
    상기 지지 헤드는,
    헤드 본체와,
    상기 헤드 본체의 후면에서 돌출되어 상기 토출 커버의 전면 중앙에 결합되는 삽입 돌기와,
    상기 헤드 본체의 원주면에 형성되는 한 쌍의 체결홈을 포함하는 리니어 압축기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 댐핑 유닛 각각은,
    지지 레그와,
    상기 지지 레그의 상단과 상기 헤드 본체 사이에 개입되는 완충 패드와,
    일 단부가 상기 지지 레그의 하단에 안착되는 탄성 부재와,
    상기 탄성 부재의 타 단부에 결합되는 쉘 시트를 포함하는 리니어 압축기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 지지 레그는,
    소정 길이로 연장되는 레그 본체와,
    상기 레그 본체의 상단에서 상기 헤드 본체의 외주면에 접촉하도록 라운드지게 형성되는 헤드 지지부와,
    상기 헤드 지지부의 중심에서 돌출되는 장착 돌기를 포함하고,
    상기 장착 돌기는 상기 완충 패드를 관통하여 상기 헤드 본체의 체결홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 완충 패드는 상기 헤드 지지부의 상면부 형상과 동일한 형상 및 크기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 완충 패드는 중심에 관통홀이 형성된 원형 또는 타원형 패드를 포함하는 리니어 압축기.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 지지 레그는,
    상기 레그 본체의 하단에 형성되는 플랜지와,
    상기 플랜지의 저면에서 연장되는 연장부를 더 포함하고,
    상기 연장부는 상기 탄성 부재의 내부로 삽입되어, 상기 탄성 부재의 일 단부가 상기 플랜지에 안착되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 쉘 시트는,
    상기 쉘의 내주면에 접촉하는 바닥부와,
    상기 바닥부의 상면에서 연장되어 상기 탄성 부재의 내부로 삽입되는 지지 슬리브를 포함하는 리니어 압축기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 바닥부의 저면은, 중심부가 볼록하게 라운드지는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 쉘의 전단부에 결합되는 제 2 쉘 커버를 더 포함하는 리니어 압축기.
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