KR102365540B1

KR102365540B1 - 냉장고 및 리니어 압축기의 제어방법

Info

Publication number: KR102365540B1
Application number: KR1020170079779A
Authority: KR
Inventors: 이성우; 도현우; 곽진우
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2017-06-23
Filing date: 2017-06-23
Publication date: 2022-02-21
Also published as: KR20190000590A

Abstract

본 발명의 리니어 압축기의 제어방법은, 실내 온도와 입력부를 통해 입력된 설정 온도에 기초하여, 복수의 스트로크 구간 들 중에서 선택된 일 스트로크 구간에 속하는 초기 운전 스트로크가 결정되는 단계; 상기 초기 운전 스트로크로 리니어 압축기가 작동되는 단계; 상기 리니어 압축기의 작동 중에 감지된 실내 온도의 변화에 따라서, 상기 선택된 일 스트로크 구간에서 운전 스트로크를 가변시키는 단계를 포함한다.

Description

냉장고 및 리니어 압축기의 제어방법{Refrigerator and method for controlling a linear compressor}

본 명세서는 냉장고 및 리니어 압축기의 제어방법에 관한 것이다.

냉각 시스템이란, 냉매를 순환하여 냉기를 발생시키는 시스템으로서, 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발과정을 반복하여 수행한다. 이를 위하여, 상기 냉각 시스템에는, 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기가 포함된다. 그리고, 상기 냉각 시스템은, 가전제품으로서 냉장고 또는 에어컨에 설치될 수 있다.

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 흡, 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 흡, 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 흡, 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 운동하도록 움직이면서 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음 토출시키도록 구성된다.

선행문헌인 한국공개특허공보 제10-2006-0074966호에는 리니어 압축기의 제어방법이 개시된다.

선행문헌에 개시된 리니어 압축기의 제어방법은, 부하에 따라 실제 피스톤의 스트로크를 가변시키는 기술이 개시된다.

그런데, 상기 제어방법이 적용되는 리니어 압축기는, 밀폐용기 내부 바닥면에 오일이 담겨지고, 오일을 펌핑하는 오일공급장치에 의해서 오일이 피스톤과 실린더 사이로 공급될 수 있다.

상기 오일공급장치는 피스톤의 왕복 직선 운동에 따라 발생되는 진동에 의해서 작동되어 오일을 펌핑한다.

그런데, 선행문헌과 같이 오일을 펌핑하여 윤활하는 리니어 압축기의 경우, 부하에 따라서 피스톤의 스트로크를 가변시킬 때, 스트로크가 작아지는 경우 오일 펌핑량이 줄어들게 된다.

이때, 부하에 따라서 피스톤의 스트로크를 일정 스트로크 이하로 낮아지게 되면 급유 신뢰성이 확보되지 않으므로, 최저 스트로크를 설정하여, 부하에 따라서 결정된 스트로크가 최저 스트로크 보다 낮은 경우에도 최저 스트로크로 작동하여야 하므로, 소비전력 절감의 효과가 적은 문제가 있다.

본 발명의 과제는, 냉매 가스를 이용하여 피스톤을 윤활함으로써, 운전 영역이 증가될 수 있는 리니어 압축기의 제어방법을 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 과제는, 윤활 신뢰성 확보를 위한 최저 스트로크의 제한이 없으므로, 소비전력이 줄어들 수 있는 리니어 압축기의 제어방법을 제공하는 것에 있다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 리니어 압축기의 제어방법은, 실내 온도와 입력부를 통해 입력된 목표 온도에 기초하여, 복수의 스트로크 구간 들 중에서 선택된 일 스트로크 구간에 속하는 초기 운전 스트로크가 결정되는 단계; 상기 초기 운전 스트로크로 리니어 압축기가 작동되는 단계; 상기 리니어 압축기의 작동 중에 감지된 실내 온도의 변화에 따라서, 상기 선택된 일 스트로크 구간에서 운전 스트로크를 가변시키는 단계를 포함한다.

일 예로, 상기 리니어 압축기는 오일을 윤활에 사용하지 않고 냉매 가스를 피스톤의 윤활에 사용하는 압축기이다.

상기 선택된 일 스트로크 구간 중 일 운전 스트로크로 상기 리니어 압축기가 작동되는 과정에서, 상기 목표 온도가 변경되지 않은 상태에서 감지된 실내 온도 의해서 결정된 운전 스트로크가 상기 선택된 일 스트로크 구간을 벗어나더라도 상기 리니어 압축기는 상기 선택된 일 스트로크 구간 내의 운전 스트로크로 작동할 수 있다.

일 예로, 상기 선택된 일 스트로크 구간 중 일 운전 스트로크로 상기 리니어 압축기가 작동되는 과정에서, 상기 목표 온도가 변경되지 않은 상태에서 감지된 실내 온도 의해서 결정된 운전 스트로크가 상기 선택된 일 스트로크 구간을 벗어나는 경우, 상기 리니어 압축기는 상기 선택된 일 스트로크 구간의 최저 스트로크 또는 최대 스트로크로 작동될 수 있다.

일 예로, 상기 선택된 일 스트로크 구간 내의 운전 스트로크로 상기 리니어 압축기가 작동되는 과정에서, 감지된 실내 온도 의해서 결정된 운전 스트로크가 상기 선택된 일 스트로크 구간을 벗어나는 경우, 상기 리니어 압축기는 변경된 스트로크 구간 내의 일 운전 스트로크로 작동한다.

상기 복수의 스트로크 구간 중에서 가장 작은 스트로크 값을 가지는 제1스트로크 구간 내의 일 운전 스트로크로 리니어 압축기가 작동되는 과정에서, 감지된 실내 온도에 의해서 결정된 운전 스트로크가 상기 제1 스트로크 구간의 제1 최저 스트로크 보다 작은 경우에는, 상기 리니어 압축기는 상기 제1 최저 스트로크로 작동할 수 있다.

다른 측면에 따른 냉장고는, 저장실을 형성하는 캐비닛; 상기 저장실을 개폐하는 도어; 상기 캐비닛에 구비되는 리니어 압축기; 상기 캐비닛 또는 도어에 구비되며, 실내 온도를 감지하기 위한 온도 센서; 상기 도어 또는 캐비닛에 구비되며, 상기 저장실의 목표 온도를 입력하기 위한 입력부; 및 상기 리니어 압축기를 제어하기 위한 압축기 제어부를 포함하고, 상기 압축기 제어부는, 상기 온도 센서에서 감지된 실내 온도와, 상기 입력부를 통해 입력된 목표 온도에 기초하여, 복수의 스트로크 구간 들 중에서 선택된 일 스트로크 구간에 속하는 초기 운전 스트로크가 결정하고, 결정된 초기 운전 스트로크로 상기 리니어 압축기가 작동되도록 하고, 상기 리니어 압축기의 작동 중에 감지된 실내 온도의 변화에 따라서, 상기 선택된 일 스트로크 구간에서 상기 리니어 압축기의 운전 스트로크를 가변시킨다.

제안되는 발명에 의하면, 리니어 압축기가 오일을 펌핑하지 않고 가스 베어링을 이용하므로, 최저 스트로크를 복수로 설정할 수 있고, 실내 온도와 목표 온도에 따라서 복수의 최저 스트로크 중 하나의 최저 스트로크를 설정할 수 있으므로, 운전 영역이 증가될 수 있으며, 소비 전력을 줄일 수 있는 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 내부 부품의 분해 사시도.
도 4는 도 1의 I-I'를 따라 절개한 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기를 포함하는 냉장고의 블럭도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 7은 운전 스트로크를 가변시키기 위한 구체적인 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 8은 종래 기술과 본 발명의 실내 온도 별 운전 스트로크를 비교하여 보여주는 도면.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

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 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 내부 부품의 분해 사시도이고, 도 4는 도 1의 I-I'를 따라 절개한 단면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기(10)는, 쉘(101) 및 상기 쉘(101)에 결합되는 쉘 커버(102, 103)를 포함할 수 있다. 넓은 의미에서, 상기 쉘 커버(102, 103)는 상기 쉘(101)의 일 구성으로서 이해될 수 있다.

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. 일 예로, 상기 제품은 냉장고를 포함할 수 있으며, 상기 베이스는, 상기 냉장고의 기계실 베이스를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 제품은 공기조화기의 실외기를 포함하며, 상기 베이스에는, 상기 실외기의 베이스를 포함할 수 있다.

상기 쉘(101)은 대략 원통 형상을 가지며, 가로방향으로 누워져 있도록 배치되거나 또는 축방향으로 누워 있도록 배치될 수 있다. 도 1을 기준으로, 상기 쉘(101)은 가로 방향으로 길게 연장되며, 반경 방향으로는 다소 낮은 높이를 가질 수 있다. 즉, 상기 리니어 압축기(10)는 낮은 높이를 가질 수 있으므로, 상기 리니어 압축기(10)가 냉장고의 기계실 베이스에 설치될 때, 상기 기계실의 높이를 감소시킬 수 있다는 이점이 있다.

상기 쉘(101)의 외면에는, 터미널(108)이 설치될 수 있다. 상기 터미널(108)은 외부 전원을 리니어 압축기(10)의 모터(140, 도 3 참조)에 전달할 수 있다. 상기 터미널(108)은 코일(141c, 도 3 참조)의 리드선에 연결될 수 있다.

상기 터미널(108)의 외측에는, 브라켓(109)이 설치된다. 상기 브라켓(109)은 상기 터미널(108)을 둘러싸는 다수의 브라켓을 포함할 수 있다. 상기 브라켓(109)은 외부의 충격등으로부터 상기 터미널(108)을 보호하는 기능을 수행할 수 있다.

상기 쉘(101)의 양측부는 개구되도록 구성된다. 개구된 쉘(101)의 양측부에는, 상기 쉘 커버(102, 103)가 결합될 수 있다. 상세히, 상기 쉘 커버(102, 103)는, 상기 쉘(101)의 개구된 일측부에 결합되는 제 1 쉘 커버(102) 및 상기 쉘(101)의 개구된 타측부에 결합되는 제 2 쉘 커버(103)를 포함할 수 있다. 상기 쉘 커버(102,103)에 의하여, 상기 쉘(101)의 내부공간은 밀폐될 수 있다.

도 1을 기준으로, 상기 제 1 쉘 커버(102)는 상기 리니어 압축기(10)의 우측부에 위치되며, 상기 제 2 쉘 커버(103)는 상기 리니어 압축기(10)의 좌측부에 위치될 수 있다. 달리 말하면, 상기 제 1,2 쉘 커버(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 토출시킬 수 있는 다수의 파이프(104, 105)를 더 포함할 수 있다.

상기 다수의 파이프(104, 105)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)를 포함할 수 있다.

일례로, 상기 흡입 파이프(104)는 상기 제 1 쉘 커버(102)에 결합될 수 있다. 냉매는 상기 흡입 파이프(104)를 통하여 축방향을 따라 상기 리니어 압축기(10)의 내부로 흡입될 수 있다. 물론, 상기 흡입 파이프(104)가 상기 제 1 쉘 커버(102)에 인접한 위치에 상기 쉘(101)에 결합되는 것도 가능하다.

상기 토출 파이프(105)는 상기 쉘(101)에 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 리니어 압축기(10)는, 압축기 본체(100)와, 상기 압축기 본체(100)를 상기 쉘(101) 및 쉘 커버(102, 103) 중 하나 이상에 대해서 지지하는 다수의 지지장치(200, 300)를 더 포함할 수 있다.

상기 압축기 본체(100)는, 상기 쉘(101)의 내부에 제공되는 실린더(120)와, 상기 실린더(120)의 내부에서 왕복 직선 운동하는 피스톤(130) 및 상기 피스톤(130)에 구동력을 부여하는 모터(140)를 포함할 수 있다. 상기 모터(140)가 구동하면, 상기 피스톤(130)은 축 방향으로 왕복 운동할 수 있다.

상기 압축기 본체(100)는, 상기 피스톤(130)에 결합되며 상기 흡입 파이프(104)를 통하여 흡입된 냉매로부터 발생되는 소음을 저감하기 위한 흡입 머플러(150)를 더 포함할 수 있다.

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.

방향을 정의한다.

"축 방향"이라 함은, 상기 피스톤(130)이 왕복운동 하는 방향, 즉 도 4에서 가로 방향으로 이해될 수 있다. 그리고, 상기 "축 방향" 중에서, 상기 흡입 파이프(104)로부터 압축 공간(P)을 향하는 방향, 즉 냉매가 유동하는 방향을 "전방"이라 하고, 그 반대 방향을 "후방"이라 정의한다.

반면에, "반경 방향"이라 함은 상기 피스톤(130)이 왕복운동 하는 방향에 수직한 방향으로서, 도 4의 세로 방향으로 이해될 수 있다.

"상기 압축기 본체의 축"이라 함은, 상기 피스톤(130)의 축 방향 중심선을 의미한다.

상기 피스톤(130)은, 대략 원통 형상으로 형성되는 피스톤 본체(131) 및 상기 피스톤 본체(131)로부터 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 실린더(120)는, 상기 제 1 머플러(151)의 적어도 일부분 및 상기 피스톤 본체(131)의 적어도 일부분을 수용할 수 있다.

상기 실린더(120)의 내부에는, 상기 피스톤(130)에 의하여 냉매가 압축되는 압축 공간(P)이 형성된다. 그리고, 상기 피스톤 본체(131)의 전면부에는, 상기 압축 공간(P)으로 냉매를 유입시키는 흡입공(133)이 형성되며, 상기 흡입공(133)의 전방에는 상기 흡입공(133)을 선택적으로 개방하는 흡입 밸브(135)가 제공된다. 상기 흡입 밸브(135)의 대략 중심부에는, 소정의 체결부재가 결합되는 체결공이 형성된다.

상기 압축 공간(P)의 전방에는, 상기 압축 공간(P)에서 배출된 냉매의 토출공간(160a)을 형성하는 토출커버(160) 및 상기 토출커버(160)에 결합되며 상기 압축 공간(P)에서 압축된 냉매를 선택적으로 배출시키기 위한 토출밸브 어셈블리(161, 163)가 제공된다. 상기 토출공간(160a)은 토출커버(160)의 내부 벽에 의하여 구획되는 다수의 공간부를 포함할 수 있다. 상기 다수의 공간부는 전후 방향으로 배치되며, 서로 연통될 수 있다.

상기 토출밸브 어셈블리(161, 163)는, 상기 압축 공간(P)의 압력이 토출압력 이상이 되면 개방되어 냉매를 상기 토출커버(160)의 토출 공간으로 유입시키는 토출 밸브(161) 및 상기 토출 밸브(161)와 토출커버(160)의 사이에 제공되어 축 방향으로 탄성력을 제공하는 스프링 조립체(163)를 포함할 수 있다.

상기 토출 밸브(161)는 상기 스프링 조립체(163)에 결합되며, 상기 토출 밸브(161)의 후방부 또는 후면은 상기 실린더(120)의 전면에 지지 가능하도록 위치된다. 상기 토출 밸브(161)가 상기 실린더(120)의 전면에 지지되면 상기 압축 공간(P)은 밀폐된 상태를 유지하며, 상기 토출 밸브(161)가 상기 실린더(120)의 전면으로부터 이격되면 상기 압축 공간(P)은 개방되어, 상기 압축 공간(P) 내부의 압축된 냉매가 배출될 수 있다.

상기 압축 공간(P)은 상기 흡입 밸브(135)와 상기 토출 밸브(161)의 사이에 형성되는 공간이다. 그리고, 상기 흡입 밸브(135)는 상기 압축 공간(P)의 일측에 제공되고, 상기 토출 밸브(161)는 상기 압축 공간(P)의 타측, 즉 상기 흡입 밸브(135)의 반대측에 제공될 수 있다.

상기 피스톤(130)이 상기 실린더(120)의 내부에서 왕복 직선운동 하는 과정에서, 상기 압축 공간(P)의 압력이 토출압력보다 낮고 흡입압력 이하가 되면 상기 흡입 밸브(135)가 개방되어 냉매는 상기 압축 공간(P)으로 흡입된다. 반면에, 상기 압축 공간(P)의 압력이 상기 흡입압력 이상이 되면 상기 흡입 밸브(135)가 닫힌 상태에서 상기 압축 공간(P)의 냉매가 압축된다.

한편, 상기 압축 공간(P)의 압력이 상기 토출압력 이상이 되면, 상기 스프링 조립체(163)가 전방으로 변형하면서 상기 토출 밸브(161)를 개방시키고, 냉매는 상기 압축 공간(P)으로부터 토출되어, 토출커버(160)의 토출공간으로 배출된다. 상기 냉매의 배출이 완료되면, 상기 스프링 조립체(163)는 상기 토출 밸브(161)에 복원력을 제공하여, 상기 토출 밸브(161)가 닫혀지도록 한다.

상기 압축기 본체(100)는, 상기 토출 커버(160)에 결합되며 상기 토출 커버(160)의 토출공간(160a)을 유동한 냉매를 배출시키는 커버 파이프(162a)를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 압축기 본체(100)는, 상기 커버 파이프(162a)에 결합되며, 상기 커버 파이프(162a)를 유동하는 냉매를 상기 토출 파이프(105)로 전달하는 루프 파이프(162b)를 더 포함할 수 있다. 상기 루프 파이프(162b)의 일측부는 상기 커버파이프(162a)에 결합되며, 타측부는 상기 토출 파이프(105)에 결합될 수 있다.

상기 압축기 본체(100)는, 프레임(110)을 더 포함할 수 있다. 상기 프레임(110)은 상기 실린더(120)를 고정시키는 구성이다. 일례로, 상기 실린더(120)는 상기 프레임(110)의 내측에 압입(壓入, press fitting)될 수 있다.

상기 프레임(110)은 상기 실린더(120)를 둘러싸도록 배치된다. 즉, 상기 실린더(120)는 상기 프레임(110)의 내측에 수용되도록 위치될 수 있다. 그리고, 상기 토출커버(160)는 체결부재에 의하여 상기 프레임(110)의 전면에 결합될 수 있다.

상기 프레임(110)에는 상기 토출 밸브(161)에 의해서 배출된 냉매를 유동하기 위한 가스 홀(114)이 형성된다. 상기 실린더(120)에는, 상기 가스 홀(114)을 통하여 유동한 가스 냉매가 유입되는 가스유입부(126)가 형성된다.

상기 가스유입부(126)는 상기 실린더(120)의 외주면으로부터 반경 방향 내측으로 함몰될 수 있다. 그리고, 상기 가스유입부(126)는 축 방향 중심선을 기준으로, 상기 실린더(120)의 외주면을 따라 원형의 형상을 가지도록 구성될 수 있다.

상기 실린더(120)는, 상기 가스유입부(126)로부터 반경 방향 내측으로 연장되는 실린더 노즐(125)을 포함할 수 있다. 상기 실린더 노즐(125)은, 상기 실린더(120)의 내주면까지 연장될 수 있다.

상기 실린더 노즐(125)를 지난 냉매는 상기 실린더(120)의 내주면과, 상기 피스톤 본체(131)의 외주면 사이 공간으로 유입된다.

상기 실린더 노즐(125)을 통하여 상기 피스톤 본체(131)의 외주면측으로 유동한 가스 냉매는, 상기 피스톤(130)에 부상력을 제공하여, 상기 피스톤(130)에 대한 가스 베어링의 기능을 수행한다.

본 명세서에서, 상기 피스톤(130)은 상사점(TDC)과 하사점(BDC) 사이에서 왕복 운동하며, 상기 상사점(TDC)과 하사점(BDC) 사이 거리를 운전 스트로크라 이름할 수 있다.

이때, 상기 하사점(BDC)는 냉매 흡입을 위하여 상기 피스톤(130)이 이동된 위치이고, 상기 상사점(TDC)은 냉매르 압축을 위하여 상기 피스톤(130)이 이동된 위치이다.

상기 압축기 본체(100)는, 모터(140)를 더 포함할 수 있다.

상기 모터(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)와의 상호 전자기력에 의하여 직선 왕복 운동할 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, 도 4의 단면도를 기준으로, 상기 마그넷 프레임(138)은 상기 피스톤 플랜지부(132)에 결합되어 외측 반경방향으로 연장되며 전방으로 절곡될 수 있다. 상기 영구자석(146)은 상기 마그넷 프레임(138)의 전방부에 설치될 수 있다. 상기 영구자석(146)이 왕복 운동할 때, 상기 피스톤(130)은 상기 영구자석(146)과 함께 축 방향으로 왕복 운동할 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 커버 체결부재(149a)를 더 포함할 수 있다. 상기 커버 체결부재(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 압축기 본체(100)는, 상기 피스톤(130)을 지지하는 서포터(137)를 더 포함할 수 있다. 상기 서포터(137)는 상기 피스톤(130)의 후측에 결합되며, 내측에는, 상기 흡입 머플러(150)가 관통하도록 배치될 수 있다. 상기 피스톤 플랜지부(132), 마그넷 프레임(138) 및 상기 서포터(137)는 체결부재에 의하여 체결될 수 있다.

상기 압축기 본체(100)는, 상기 스테이터 커버(149)에 결합되어 후방으로 연장되는 백 커버(170)를 더 포함할 수 있다.

상세히, 상기 백 커버(170)는 제한적이지는 않으나 3개의 지지레그를 포함하며, 상기 3개의 지지레그는 상기 스테이터 커버(149)의 후면에 결합될 수 있다. 그리고, 상기 백 커버(170)는 상기 서포터(137)에 스프링 지지될 수 있다.

상기 압축기 본체(100)는, 상기 백 커버(170)에 결합되어 상기 흡입 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 압축기 본체(100)는, 상기 피스톤(130)이 공진 운동할 수 있도록 각 고유 진동수가 조절된 복수의 공진 스프링(176a, 176b)을 더 포함할 수 있다.

상기 복수의 공진 스프링(176a, 176b)은, 상기 서포터(137)와 스테이터 커버(149)의 사이에 지지되는 제 1 공진스프링(176a) 및 상기 서포터(137)와 백 커버(170)의 사이에 지지되는 제 2 공진스프링(176b)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 공진 스프링(176a, 176b)의 작용에 의하여, 상기 리니어 압축기(10)의 내부에서 왕복 운동하는 피스톤의 안정적인 움직임이 수행되며, 상기 피스톤의 움직임에 따른 진동 또는 소음 발생을 줄일 수 있다.

상기 다수의 지지장치(200, 300)는 상기 압축기 본체(100)의 일측에 결합되는 제 1 지지장치(200)와, 상기 압축기 본체(100)의 다른 일측에 결합되는 제 2 지지장치(300)를 포함한다.

상기 다수의 지지장치(200, 300) 들에 의해서 상기 압축기 본체(100)의 축 방향 진동 및 반경 방향 진동이 흡수되어 상기 압축기 본체(100)가 상기 쉘(101) 또는 쉘 커버(102, 103)에 직접 충돌하는 것이 방지될 수 있다.

제한적이지는 않으나, 상기 제 1 지지장치(200)는 제 1 쉘 커버(102)에 고정될 수 있고, 상기 제 2 지지장치(300)는 상기 제 2 쉘 커버와 인접한 위치에서 상기 쉘(101)의 내주면에 결합되는 고정 브라켓(101a)에 고정될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기를 포함하는 냉장고의 블럭도이다.

도 5를 참조하면, 상기 리니어 압축기(10)는 일 예로 냉장고(1)에 설치되어 사용될 수 있다.

상기 냉장고(1)는, 도시되지 않았으나, 저장실을 형성하는 캐비닛과, 상기 캐비닛에 연결되어 상기 저장실을 개폐하는 도어를 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉장고(1)는, 상기 냉장고(1)의 전체적인 제어를 수행하는 메인 제어부(2)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉장고(1)는, 고내 온도 및/또는 실내 온도를 감지할 수 있는 하나 이상의 온도 센서(4)와, 사용자가 목표 온도(또는 설정 온도)를 설정하기 위한 입력부(3)와, 상기 냉장고(1)의 각종 상태를 표시하기 위한 표시부(5)를 포함할 수 있다.

상기 입력부(3)는 상기 캐비닛 및/또는 도어에 구비될 수 있다.

상기 하나 이상의 온도 센서(4)는 상기 캐비닛 및/또는 도어에 구비될 수 있다.

상기 압축기(10)는 상기 압축기(10)의 동작을 제어하는 압축기 제어부(11)를 더 포함할 수 있다. 상기 압축기 제어부(11)는 일 예로 상기 모터(140)를 제어할 수 있다.

일 예로, 실내 온도 및 설정된 목표 온도는 상기 메인 제어부(2)에서 상기 압축기 제어부(11)로 전달될 수 있고, 상기 압축기 제어부(11)는 수신한 실내 온도 및 목표 온도에 기초하여 상기 모터(140)를 제어할 수 있다.

상기 모터(140)의 제어에 의해서 상기 리니어 압축기(10)의 운전 주파수 및/또는 상기 운전 스크로크가 가변될 수 있다.

이하에서는 상기 리니어 압축기의 제어방법에 대해서 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 7은 운전 스트로크를 가변시키기 위한 구체적인 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이며, 도 8은 종래 기술과 본 발명의 실내 온도에 따른 운전 스트로크를 비교하여 보여주는 도면이다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 상기 냉장고의 전원이 온되면(S1), 상기 리니어 압축기의 전원이 온된다(S2).

그리고, 상기 입력부(3)를 통해 목표 온도(설정 온도)가 입력될 수 있고, 상기 온도 센서(4)를 통해 실내 온도가 감지될 수 있다. 이때, 이전에 상기 입력부(3)를 통해 목표 온도가 설정된 상태에서 상기 냉장고(1)의 전원이 오프된 후에 다시 온된 상태라면, 기존에 설정되어 메모리에 저장된 목표 온도가 인식될 수 있다.

상기 압축기 제어부(11)는 인식된 목표 온도(설정 온도) 및 실내 온도를 감지하여 초기 운전 스트로크를 결정한다(S3).

상기 목표 온도(설정 온도)가 낮고 실내 온도가 높을수록 초기 운전 스트로크는 큰 값으로 결정된다.

반면, 목표 온도(설정 온도)가 높고 실내 온도가 낮을수록 초기 운전 스트로크는 작은 값으로 결정된다.

그리고, 상기 압축기 제어부(11)는 결정된 초기 운전 스트로크로 상기 리니어 압축기(10)를 작동시킨다. 그리고, 실내 온도 변환에 따라 운전 스트로크를 재차 결정하여 운전 스트로크를 유지시키거나 가변시킨다(S4).

이하에서는 운전 스트로크를 가변시키는 방법에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.

도 7에서는 3개의 최저 스트로크가 설정되는 것을 예를 들어 설명하나, 이에 제한되지 않으며, 2개 이상의 최저 스트로크가 설정될 수 있다.

본 명세서에서, 상기 실내 온도와 상기 목표 온도(설정 온도)에 의해서, 제1 내지 제3 최저 스트로크 중 어느 하나가 결정될 수 있다.

그리고, 상기 제2 최저 스트로크는 제1 최저 스트로크 보다 큰 값을 가지고 제3 최저 스트로크 보다 작은 값을 가진다.

또한, 본 명세서에서, 상기 제3 최저 스트로크 이상의 범위를 제3 스트로크 구간이라고 하고, 상기 제2 최저 스토로크 이상과 상기 제3 최저 스트로크 미만의 범위를 제2 스트로크 구간이라 할 수 있다.

또한, 상기 제1 최저 스트로크 이상과 상기 제2 최저 스트로크 미만의 범위를 제1 스트로크 구간이라 할 수 있다.

따라서, 단계 S3에서 결정되는 초기 운전 스트로크는 상기 제1 내지 제3 최저 스트로크 구간 중 어느 한 구간 내에 위치된다.

상기 리니어 압축기(10)가 초기 운전 스트로크로 작동되는 과정에서 냉장고의 온도 센서(4)에서는 실내 온도가 감지되고(S41), 감지된 실내 온도는 상기 압축기 제어부(11)로 전송된다.

상기 압축기 제어부(11)는, 감지된 실내 온도에 기초하여 운전 스트로크를 재산출한다(S42).

그 다음, 상기 압축기 제어부(11)는, 산출된 운전 스트로크가 제3 최저 스트로크 이상인지 여부를 판단하며(S43), 산출된 운전 스트로크가 제3 최저 스트로크 이상인 경우, 상기 압축기 제어부(11)는, 상기 제3 최저 스트로크 이상의 범위(제3 스트로크 구간) 내에서 실내 온도에 따라서 운전 스트로크를 가변시킨다(S44).

즉, 실내 온도와 목표 온도(설정 온도)에 의해서 산출된 스트로크가 제3 최저 스트로크 이상인 경우에는, 실내 온도의 가변에 따라서(목표 온도(설정 온도)는 가변되지 않는 상태임) 운전 스크토크가 제3 최저 스트로크 이상인 값에서 가변될 수 있다.

반면, 단계 S43에서 판단 결과, 산출된 운전 스트로크가 제3 최저 스트로크 미만인 경우에는 상기 압축기 제어부(11)는 산출된 운전 스트로크가 제2 최저 스트로크 이상인지 여부를 판단할 수 있다(S45).

단계 S45에서 판단 결과, 산출된 운전 스트로크가 제2최저 스트로크 이상인 경우에는 상기 압축기 제어부(11)는, 상기 제2 최저 스트로크와 상기 제3 최저 스트로크 사이 범위(제2 스트로크 구간) 내에서 운전 스트로크를 가변시킨다 (S46).

즉, 실내 온도와 목표 온도(설정 온도)에 의해서 산출된 스트로크가 제2 최저 스트로크 이상이고, 상기 제3 최저 스트로크 미만인 경우에는, 실내 온도의 가변에 따라서(목표 온도(설정 온도)는 가변되지 않는 상태임) 운전 스크토크가 상기 제2 최저 스트로크와 상기 제3 최저 스트로크 사이 범위 내에서 가변될 수 있다.

이때, 상기 목표 온도(설정 온도)가 변경되지 않은 상태에서 상기 실내 온도의 가변에 따라서 결정된 운전 스트로크가 상기 제2 스트로크 구간을 벗어나는 경우에는 운전 스트로크는 상기 제2 스크로크 구간의 제2 최저 운전 스트로크 또는 제2 최대 운전 스트로크(제3 최저 운전 스트로크 보다 작은 값임)로 재결정될 수 있다.

그리고, 일정 시간 경과 후에 상기 실내 온도에 기초하여 결정된 운전 스트로크가 재차 상기 제2 스트로크 구간을 벗어나는 경우에는, 스트로크 구간이 변경되어 상기 제1 스크로크 구간 또는 제3 스트로크 구간 내의 운전 스크로크가 결정될 수 있다.

다른 예로서, 상기 목표 온도(설정 온도)가 변경되지 않은 상태에서 상기 실내 온도의 가변에 따라서 결정된 운전 스트로크가 상기 제1 스트로크 구간 또는 제3 스트로크 구간에 위치되는 경우, 상기 압축기 제어부(11)는, 스트로크 구간을 변경하여, 변경된 스트로크 구간 내의 운전 스트로크를 결정할 수 있다.

반면, 단계 S46에서 판단 결과, 산출된 운전 스트로크가 제2최저 스트로크 미만인 경우에는 상기 압축기 제어부(11)는, 산출된 운전 스트로크가 상기 제1최저 스트로크 이상인지 여부를 판단할 수 있다(S47).

단계 S47에서 판단 결과, 산출된 운전 스트로크가 제1 최저 스트로크 이상인 경우에는 상기 압축기 제어부(11)는, 상기 제1 최저 스트로크와 상기 제2 최저 스트로크 사이 범위(제1 스트로크 구간) 내에서 운전 스트로크를 가변시킨다(S49).

즉, 실내 온도와 목표 온도(설정 온도)에 의해서 산출된 스트로크가 제1 최저 스트로크 이상이고, 상기 제2 최저 스트로크 미만인 경우에는, 실내 온도의 가변에 따라서(목표 온도(설정 온도)는 가변되지 않는 상태임) 운전 스크토크가 상기 제1 최저 스트로크와 상기 제2 최저 스트로크 사이 범위 내에서 가변될 수 있다.

반면, 단계 S46에서 판단 결과, 산출된 운전 스트로크가 제1최저 스트로크 미만인 경우에는 상기 압축기 제어부(11)는 상기 제1 최저 스트로크로 상기 리니어 압축기(10)가 운전되도록 제어한다(S48).

이때, 상기 목표 온도(설정 온도)가 변경되지 않은 상태에서 상기 실내 온도의 가변에 따라서 결정된 운전 스트로크가 상기 제1 스트로크 구간의 스트로크 보다 큰 경우에는 운전 스트로크는 상기 제1 스크로크 구간의 제1 최대 운전 스트로크(제2 최저 운전 스트로크 보다 작은 값임)로 재결정될 수 있다. 그리고, 일정 시간 경과 후에 상기 실내 온도에 기초하여 결정된 운전 스트로크가 재차 상기 제1 스트로크 구간을 벗어나는 경우에는, 스트로크 구간이 변경되어 상기 제2 스크로크 구간 내의 운전 스크로크가 결정될 수 있다.

다른 예로서, 상기 목표 온도(설정 온도)가 변경되지 않은 상태에서 상기 실내 온도의 가변에 따라서 결정된 운전 스트로크가 상기 제2 스트로크 구간에 위치되는 경우, 상기 압축기 제어부(11)는, 스트로크 구간을 변경하여, 변경된 제2 스트로크 구간 내의 운전 스트로크를 결정할 수 있다.

도 8의 (a)를 참조하면, 종래 기술과 같이 오일을 펌핑하여 윤활하는 리니어 압축기의 경우, 실내 온도가 낮아지더라도 운전 스트로크는 최저 스트로크 이하로 낮아지지 않고 미리 결정된 단일의 최저 스트로크로 작동한다.

반면, 도 8의 (b)를 참조하면, 본 발명과 같이 오일을 펌핑하지 않고 가스 베어링을 이용하는 리니어 압축기의 경우, 최저 스트로크를 복수로 설정할 수 있고, 실내 온도와 목표 온도(설정 온도)에 따라서 복수의 최저 스트로크 중 하나의 최저 스트로크를 설정할 수 있으므로, 운전 영역이 증가될 수 있으며, 소비 전력을 줄일 수 있는 장점이 있다.

이때, 본 발명에서 적어도 제1 최저 스트로크는 종래 기술의 단일의 최저 스트로크 보다 작으므로, 리니어 압축기의 운전 스트로크를 낮춤에 따라 소비 전력이 줄어들 수 있다.

1: 냉장고 2: 메인 제어부
3: 입력부 4: 온도 센서
10: 압축기 11: 압축기 제어부

Claims

냉매의 압축공간을 형성하는 실린더; 상기 실린더의 내부에서 축방향으로 왕복 운동 가능하게 제공되는 피스톤; 상기 실린더의 일측에 제공되며, 상기 냉매의 압축공간에서 압축된 냉매를 선택적으로 배출시키는 토출 밸브; 및 상기 실린더에 형성되며, 상기 토출 밸브를 통하여 배출된 냉매 중 적어도 일부의 냉매가 유동하는 노즐부를 포함하여 냉매를 이용하여 피스톤을 윤활하는 리니어 압축기의 제어방법에 있어서,
실내 온도와 입력부를 통해 입력된 목표 온도에 기초하여, 복수의 스트로크 구간 중에서 선택된 일 스트로크 구간에 속하는 초기 운전 스트로크가 결정되는 단계;
상기 초기 운전 스트로크로 리니어 압축기가 작동되는 단계;
상기 리니어 압축기의 작동 중에 감지된 실내 온도의 변화에 따라서, 상기 선택된 일 스트로크 구간에서 운전 스트로크를 가변시키는 단계를 포함하는 리니어 압축기의 제어방법.
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제 1 항에 있어서,
상기 복수의 스트로크 구간 중에서 가장 작은 스트로크 값을 가지는 제1스트로크 구간 내의 운전 스트로크로 리니어 압축기가 작동되는 과정에서, 감지된 실내 온도에 의해서 결정된 운전 스트로크가 상기 제1 스트로크 구간의 제1 최저 스트로크 보다 작은 경우에는, 상기 리니어 압축기는 상기 제1 최저 스트로크로 작동되는 리니어 압축기의 제어방법.
제 1 항에 있어서,
상기 선택된 일 스트로크 구간 내의 운전 스트로크로 상기 리니어 압축기가 작동되는 과정에서, 상기 목표 온도가 변경되지 않은 상태에서 감지된 실내 온도 의해서 결정된 운전 스트로크가 상기 선택된 일 스트로크 구간을 벗어나는 경우, 상기 리니어 압축기는 상기 선택된 일 스트로크 구간의 최저 스트로크 또는 최대 스트로크로 작동되는 리니어 압축기의 제어방법.
제 1 항에 있어서,
상기 선택된 일 스트로크 구간 내의 운전 스트로크로 상기 리니어 압축기가 작동되는 과정에서, 감지된 실내 온도 의해서 결정된 운전 스트로크가 상기 선택된 일 스트로크 구간을 벗어나는 경우, 상기 리니어 압축기는 변경된 스트로크 구간 내의 일 운전 스트로크로 작동하는 리니어 압축기의 제어방법.
저장실을 형성하는 캐비닛;
상기 저장실을 개폐하는 도어;
상기 캐비닛에 구비되는 리니어 압축기;
상기 캐비닛 또는 도어에 구비되며, 실내 온도를 감지하기 위한 온도 센서;
상기 도어 또는 캐비닛에 구비되며, 상기 저장실의 목표 온도를 입력하기 위한 입력부; 및
상기 리니어 압축기를 제어하기 위한 압축기 제어부를 포함하고,
상기 리니어 압축기는, 냉매의 압축공간을 형성하는 실린더; 상기 실린더의 내부에서 축방향으로 왕복 운동 가능하게 제공되는 피스톤; 상기 실린더의 일측에 제공되며, 상기 냉매의 압축공간에서 압축된 냉매를 선택적으로 배출시키는 토출 밸브; 및 상기 실린더에 형성되며, 상기 토출 밸브를 통하여 배출된 냉매 중 적어도 일부의 냉매가 유동하는 노즐부를 포함하고,
상기 노즐부를 통과한 냉매에 의해서 상기 피스톤의 윤활이 가능하며,
상기 압축기 제어부는,
상기 온도 센서에서 감지된 실내 온도와, 상기 입력부를 통해 입력된 목표 온도에 기초하여, 복수의 스트로크 구간 들 중에서 선택된 일 스트로크 구간에 속하는 초기 운전 스트로크가 결정하고, 결정된 초기 운전 스트로크로 상기 리니어 압축기가 작동되도록 하고,
상기 리니어 압축기의 작동 중에 감지된 실내 온도의 변화에 따라서, 상기 선택된 일 스트로크 구간에서 상기 리니어 압축기의 운전 스트로크를 가변시키는 냉장고.
제 6 항에 있어서,
복수의 스트로크 구간 중에서 가장 작은 스트로크 값을 가지는 제1스트로크 구간 내의 운전 스트로크로 리니어 압축기가 작동되는 과정에서, 감지된 실내 온도에 의해서 결정된 운전 스트로크가 상기 제1 스트로크 구간의 제1 최저 스트로크 보다 작은 경우에는, 상기 압축기 제어부는 상기 제1 최저 스트로크로 상기 리니어 압축기 작동하도록 상기 리니어 압축기를 제어하는 냉장고.
제 6 항에 있어서,
상기 선택된 일 스트로크 구간 중 일 운전 스트로크로 상기 리니어 압축기가 작동되는 과정에서, 상기 목표 온도가 변경되지 않은 상태에서 감지된 실내 온도 의해서 결정된 운전 스트로크가 상기 선택된 일 스트로크 구간을 벗어나는 경우, 상기 압축기 제어부는, 상기 선택된 일 스트로크 구간의 최저 스트로크 또는 최대 스트로크로 상기 리니어 압축기가 작동되도록 상기 리니어 압축기를 제어하는 냉장고.
제 6 항에 있어서,
상기 선택된 일 스트로크 구간 중 일 운전 스트로크로 상기 리니어 압축기가 작동되는 과정에서, 상기 목표 온도가 변경되지 않은 상태에서 감지된 실내 온도 의해서 결정된 운전 스트로크가 상기 선택된 일 스트로크 구간을 벗어나는 경우, 상기 압축기 제어부는, 변경된 스크로크 구간 내의 일 운전 스트로크로 상기 리니어 압축기가 작동되도록 상기 리니어 압축기를 제어하는 냉장고.
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