KR20000038303A - 리니어 압축기의 피스톤 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리니어 압축기의 피스톤 구조에 관한 것으로, 종래에는 피스톤의 냉매유로가 단일구조로 되어 그 피스톤의 왕복운동시 냉매가스가 상기한 냉매유로를 통해 흡입밸브를 밀면서 압축공간으로 분입되는 것이나, 이는 상기 피스톤의 행정거리 및 흡입밸브의 강성 등을 고려할 때 냉매가스의 흡입이 원활하지 못하게 되는 것은 물론, 리니어 모터에 가해지는 입력 대비 압축효율도 저하되는 문제점이 있었던 바, 본 발명에서는 리니어 모터의 가동자와 함께 왕복운동을 하는 외부 피스톤과, 그 외부 피스톤의 내부에 관성력을 갖는 내부 피스톤을 미끄러지게 삽입하여 냉매가스를 2단으로 흡입 압축하게 됨으로써, 상기 피스톤의 왕복운동시 압축공간으로 흡입되는 냉매가스의 양을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 입력 대비 압축효율도 향상시킬 수 있다.

Description

리니어 압축기의 피스톤 구조

본 발명은 리니어 압축기의 압축 유니트에 관한 것으로, 특히 피스톤을 이중구조로 하여 압축효율을 향상시키고 소음을 감소시키는 리니어 압축기의 피스톤 구조에 관한 것이다.

알려진 바와 같이, 리니어 압축기는 크랭크축을 대신하여 리니어 모터를 이루는 마그네트 및 코일로 피스톤을 직선 왕복운동시켜 가스를 압축하여 토출시키는 것으로, 그 일례가 도 1 내지 도 3에 도시되어 있다.

이에 도시된 바와 같이, 종래의 리니어 압축기는 저면에 오일이 채워지는 밀폐용기(V)의 내부에 횡방향으로 설치되어 냉매를 흡입하여 압축 및 토출하는 압축 유니트(C)와, 그 압축 유니트(C)의 외부에 고정되어 미끄럼부에 오일을 공급하는 오일피더(O)로 구성되어 있다.

상기 압축 유니트(C)는 환형의 프레임(1)과, 그 프레임(1)의 일측면에 고정 설치되는 커버(2)와, 상기 프레임(1)의 중앙에 횡방향으로 고정 설치되는 실린더(3)와, 그 실린더(3)를 지지하는 프레임(1)의 외주면에 고정 설치되는 인너스테이터 조립체(4A)와, 그 인너스테이터 조립체(4A)의 외주면에 소정 공극을 두고 고정 설치되어 유도자기를 형성하는 아우터스테이터 조립체(4B)와, 상기 인너스테이터 조립체(4A)와 아우터스테이터 조립체(4B) 사이의 공극에 개재되어 유도자기에 의해 직선 왕복운동을 하는 마그네트 조립체(5)와, 그 마그네트 조립체(5)에 일체로 고정되고 상기 실린더(3)에 삽입되어 미끄럼운동을 하면서 냉매가스를 흡입 압축하는 피스톤(6)과, 상기 실린더(3)의 선단면에 설치되는 토출밸브 조립체(10)를 포함하여 이루어져 있다.

상기 토출밸브 조립체(10)는 소정의 토출공간(S2)이 구비되어 실린더(3)의 선단면에 고정 설치되는 토출커버(11)와, 그 토출커버(11)의 내주면에 장착되어 압축가스의 토출을 제한하는 토출밸브(12)와, 상기 토출커버(11)와 토출밸브(12) 사이에 개재되어 토출밸브(12)를 탄력 지지하는 밸브스프링(13) 등으로 이루어져 있다.

도면중 미설명 부호인 6a는 냉매유로, 8은 흡입밸브, S1은 압축공간이다.

상기와 같이 구성된 종래 리니어 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 인너스테이터 조립체(4A)와 아우터스테이터 조립체(4B)로 이루어지는 리니어 모터의 고정자에 전류가 인가되어 유도자기가 발생되면, 상기 고정자 사이에 개재되는 가동자인 마그네트 조립체(5)가 유도자기에 의해 직선 왕복운동을 하게 되어 피스톤(6)이 실린더(3)내에서 왕복운동을 하게 되고, 그 피스톤(6)이 실린더(3)내를 왕복운동함에 따라 밀폐용기(V)로 유입되는 냉매가스가 실린더(3)의 내부에서 압축되었다가 어느 시점에서는 토출밸브(12)를 밀면서 토출커버(11)로 토출된다.

여기서, 상기 피스톤(6)이 리니어 모터(미부호)에 의해 후진운동을 하게 되면, 도 2a에 도시된 바와 같이 그 피스톤(6)의 냉매유로(6a)를 통해 냉매가스가 흡입밸브(8)를 밀면서 압축공간(S1)으로 유입되고, 상기 토출밸브(12)는 실린더(3)의 선단면에 안착되어 상기한 압축공간(S1)과 토출공간(S2)을 구분시키게 된다.

다음, 상기 피스톤(6)이 리니어 모터에 의해 전진운동을 하게 되면, 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 흡입밸브(8)가 닫히면서 압축공간(S1)의 냉매가스를 압축시키게 되며, 이후 상기 압축공간(S1)이 소정압력 이상으로 압축되면 실린더(3)를 덮고 있던 토출밸브(12)가 열리면서 압축공간(S1)의 압축가스를 토출공간(S2)으로 토출시키게 되는 일련의 과정을 반복하게 되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 리니어 압축기에 있어서는, 상기 피스톤(6)의 냉매유로(6a)가 단일구조로 되어 그 피스톤(6)의 왕복운동시 냉매가스가 상기한 냉매유로(6a)를 통해 흡입밸브(8)를 밀면서 압축공간(S1)으로 분입되는 것이나, 이는 상기 피스톤(6)의 행정거리 및 흡입밸브(8)의 강성 등을 고려할 때 냉매가스의 흡입이 원활하지 못하게 되는 것은 물론, 리니어 모터에 가해지는 입력 대비 압축효율도 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 리니어 압축기의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 상기 피스톤의 왕복운동시 압축공간으로 흡입되는 냉매가스의 양을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 입력 대비 압축효율도 향상시킬 수 있는 리니어 압축기의 피스톤 구조를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 리니어 압축기의 일례를 파단하여 보인 측면도.

도 2a 및 도 2b는 종래 리니어 압축기의 피스톤 동작을 보인 종단면도.

도 3은 본 발명의 피스톤이 구비된 리니어 압축기의 일례를 파단하여 보인 측면도.

도 4a 및 도 4b는 본 발명 리니어 압축기의 피스톤 동작을 보인 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

3 : 실린더 11 : 토출커버

12 : 토출밸브 100 : 피스톤

110 : 외부 피스톤 110a : 냉매유로

111 : 제2 흡입밸브 120 : 내부 피스톤

120a : 냉매유로 121,122 : 압축 코일스프링

123 : 제1 흡입밸브 S11 : 압축공간

S12 : 가압축공간 S2 : 토출공간

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 리니어 모터의 가동자에 결합되어 실린더의 내부에 압축공간이 구비되도록 미끄러지게 삽입되어 직선으로 왕복운동을 하는 외부 피스톤과, 그 외부 피스톤의 내부에 가압축공간이 구비되도록 미끄러지게 삽입되어 상기한 외부 피스톤의 왕복운동시 관성력에 의해 냉매가스를 가압축공간으로 흡입하여 가압축시키면서 실린더의 압축공간으로 토출시키는 내부 피스톤과, 상기 내부 피스톤의 양측을 탄력적으로 지지하는 탄성부재와, 상기 내부 피스톤에 장착되는 제1 밸브부재와, 상기 외부 피스톤에 장착되는 제2 밸브부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 피스톤 구조가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 리니어 압축기의 피스톤 구조를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 피스톤이 구비된 리니어 압축기의 일례를 파단하여 보인 측면도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명 리니어 압축기의 피스톤 동작을 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 피스톤 구조가 구비된 리니어 압축기는, 저면에 오일이 채워지는 밀폐용기(V)의 내부에 횡방향으로 설치되어 냉매를 흡입하여 압축 및 토출하는 압축 유니트(C)와, 그 압축 유니트(C)의 외부에 고정되어 미끄럼부에 오일을 공급하는 오일피더(O)로 구성된다.

상기 압축 유니트(C)는 환형의 프레임(1)과, 그 프레임(1)의 일측면에 고정 설치되는 커버(2)와, 상기 프레임(1)의 중앙에 횡방향으로 고정 설치되는 실린더(3)와, 그 실린더(3)를 지지하는 프레임(1)의 외주면에 고정 설치되는 인너스테이터 조립체(4A)와, 그 인너스테이터 조립체(4A)의 외주면에 소정 공극을 두고 고정 설치되어 유도자기를 형성하는 아우터스테이터 조립체(4B)와, 상기 인너스테이터 조립체(4A)와 아우터스테이터 조립체(4B) 사이의 공극에 개재되어 유도자기에 의해 직선 왕복운동을 하는 마그네트 조립체(5)와, 그 마그네트 조립체(5)에 일체로 고정되고 상기 실린더(3)에 삽입되어 미끄럼운동을 하면서 냉매가스를 흡입 압축하는 피스톤(100)과, 상기 실린더(3)의 선단면에 설치되는 토출밸브 조립체(10)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 피스톤(100)은 실린더(3)의 내부에 소정의 체적을 갖는 압축공간(S11)이 구비되도록 미끄러지게 삽입되는 외부 피스톤(110)과, 그 외부 피스톤(110)의 내부에 가(假)압축공간(S12)이 구비되도록 미끄러지게 삽입되어 상기한 외부 피스톤(110)의 왕복운동시 관성력에 의해 냉매가스를 가압축공간(S12)으로 흡입하여 가압축시키면서 실린더(3)의 압축공간(S11)으로 토출시키는 내부 피스톤(120)과, 상기 내부 피스톤(120)의 양측을 탄력적으로 지지하는 탄성부재인 복수개의 코일스프링(121,122)과, 상기 내부 피스톤(120)의 토출측에 장착되는 제1 흡입밸브(123)와, 상기 외부 피스톤의 토출측에 장착되는 제2 흡입밸브(111)로 이루어진다.

상기 내부 피스톤(120)은 그 외주면이 외부 피스톤(110)에 형성된 냉매유로(110a)의 내주면에 미끄럼 접촉되고, 그 내부에는 냉매가스를 가압축공간(S12)으로 유도하는 냉매유로(120a)가 형성된다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 11은 토출커버, 12는 토출밸브, 13은 밸브스프링, S2는 토출공간, 200은 지지판, 210은 가스흡입공이다.

상기와 같이 구성된 종래 리니어 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 인너스테이터 조립체(4A)와 아우터스테이터 조립체(4B)로 이루어지는 리니어 모터의 고정자에 전류가 인가되어 유도자기가 발생되면, 그 고정자 사이에 개재되는 가동자인 마그네트 조립체(5)가 유도자기에 의해 직선 왕복운동을 하게 되어 외부 피스톤(110) 및 내부 피스톤(120)으로 이루어진 피스톤(100)이 실린더(3)내에서 왕복운동을 하게 되고, 이로 인해 밀폐용기(V)로 유입되는 냉매가스가 실린더(3)의 내부에서 압축되어 토출커버(11)로 토출된다.

이를 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상기 외부 피스톤(110)이 실린더(3)의 내부에서 전진운동을 하게 되면, 그 외부 피스톤(110)에 삽입된 내부 피스톤(120)이 상기한 외부 피스톤(110)의 운동방향과는 반대방향으로 이동을 하는 형상이 되어 밀폐용기(V)내의 냉매가스가 상기한 내부 피스톤(120)의 냉매유로(120a)로 유입되고, 그 냉매유로(120a)로 유입된 냉매가스는 제1 흡입밸브(123)를 밀면서 가압축공간(S12)으로 분입된다.

다음, 상기 외부 피스톤(110)이 실린더(3)의 내부에서 후진운동을 하게 되면, 그 외부 피스톤(110)에 삽입된 내부 피스톤(120)이 외부 피스톤(110)에 대해 전진운동을 하는 형상이 되어 상기한 가압축공간(S12)의 냉매가스를 가압축시켰다가 어느 시점에서는 상기 제2 흡입밸브(111)를 밀면서 실린더(3)의 압축공간(S11)으로 토출된다.

이후, 상기 실린더(3)의 압축공간(S11)으로 토출된 가압축가스는 상기한 외부 피스톤(110)의 전진운동시 완전압축되면서 토출밸브(12)를 밀고 토출커버(11)의 토출공간(S2)으로 토출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

이렇게 하여, 상기 피스톤(100)이 모터의 가동자와 함께 운동을 하는 외부 피스톤(110) 및 그 외부 피스톤(110)의 내부에 관성력을 갖는 내부 피스톤(120)으로 구성하게 되면, 상기 내부 피스톤(120)의 냉매유로(120a)를 거쳐 가압축공간(S12)으로 유입된 냉매가스가 압축공간(S11)으로 토출되면서 유입되어 냉매가스의 흡입행정이 원활하게 이루어지게 되는 것이며, 상기 가압축공간(S12) 및 압축공간(S11)에서 냉매가스를 2단 압축하게 되면 상기 피스톤(100)의 행정거리를 감축시킬 수 있으면서도 동일한 압축효율을 발휘할 수 있게 되어 결국 리니어 모터에 가해지는 입력 대비 압축효율이 증가하게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 리니어 압축기의 피스톤 구조는, 리니어 모터의 가동자와 함께 왕복운동을 하는 외부 피스톤과, 그 외부 피스톤의 내부에 관성력을 갖는 내부 피스톤을 미끄러지게 삽입하여 냉매가스를 2단으로 흡입 압축하게 됨으로써, 상기 피스톤의 왕복운동시 압축공간으로 흡입되는 냉매가스의 양을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 입력 대비 압축효율도 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 리니어 모터의 가동자에 결합되어 실린더의 내부에 압축공간이 구비되도록 미끄러지게 삽입되어 직선으로 왕복운동을 하는 외부 피스톤과, 그 외부 피스톤의 내부에 가압축공간이 구비되도록 미끄러지게 삽입되어 상기한 외부 피스톤의 왕복운동시 관성력에 의해 냉매가스를 가압축공간으로 흡입하여 가압축시키면서 실린더의 압축공간으로 토출시키는 내부 피스톤과, 상기 내부 피스톤의 양측을 탄력적으로 지지하는 탄성부재와, 상기 내부 피스톤에 장착되는 제1 밸브부재와, 상기 외부 피스톤에 장착되는 제2 밸브부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 피스톤 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 내부 피스톤은 그 외주면이 외부 피스톤의 내주면에 미끄럼 접촉되고, 그 내부에는 냉매가스를 가압축공간으로 유도하는 냉매유로가 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 피스톤 구조.