KR200142484Y1

KR200142484Y1 - 선형압축기

Info

Publication number: KR200142484Y1
Application number: KR2019960034227U
Authority: KR
Inventors: 장근식
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1996-10-17
Filing date: 1996-10-17
Publication date: 1999-06-01
Also published as: KR19980020961U

Abstract

본 고안은 선형압축기에 관한 것으로, 본 고안에 따른 선형압축기는 밀폐용기(50)를 구비하고, 밀폐용기 내부에 실린더(53)를 구비한다. 실린더(53) 내부에는 상하직선 왕복운동하는 피스톤(54)과 피스톤(54)을 지지하도록 된 지지프레임(64), 그리고 실린더(53)의 압축실 내부로 냉매를 흡입하여 배출시키는 흡입관(58)과 토출관(59)을 구비하며, 피스톤(54)은 실린더(53) 내주면과 접하도록 된 피스톤 헤드(54a)와 피스톤 헤드(54a)의 외경보다 작은 축봉형태로 형성되어 피스톤 해드(54a)와 지지프레임(64)을 연결하는 피스톤 로드(54b)를 구비하고, 피스톤 로드(54b)와 실린더(53)의 내주면사이에는 피스톤(54)의 팽창운동을 완충하는 완충공간(S)이 마련된 것이다.

이와 같은 본 고안에 따른 선형압축기는 냉매의 흡입압력의 변화에 따른 피스톤과 밸브사이의 간극변화를 최소화하여 피스톤이 밸브와 충돌하는 것을 방지할 뿐아니라, 구동부의 방열이 원활하게 이루어짐으로 해서, 압축기의 성능저하를 방지 할 수 있는 효과가 있다.

Description

선형압축기

본 고안은 선형압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선형압축기의 피스톤의 후면압을 조정할 수 있도록 그 구조를 개선하여 피스톤의 중심위치 및 간극체적을 조절함으로써 압축기의 성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한 선형압축기에 관한것이다.

일반적으로 압축기는 공기조화기나 냉동기에 사용되어 냉매의 순환에 의한 조화공기를 생성하는 냉동사이클의 일 구성요소로서 냉매를 고온, 고압으로 압축하여 토출하는 장치이다.

이러한 압축기중의 하나의 종류로 선형압축기(Linear Compresser)가 있는데, 이 선형압축기는 자속의 방향변화에 의한 상호작용으로 구동하는 선형모터를 구비하여 피스톤을 직선왕복운동시키는 것이다. 도 1은 종래의 이러한 선형압축기를 도시한 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이 선형압축기는 상부 밀폐용기(11)와 하부 밀폐용기(12)가 결합된 밀폐용기(10)를 구비하고, 밀폐용기(10) 내에는 냉매를 흡입, 압축하여 토출하는 압축부와 이 압축부에 압축력을 발생시키도록 하는 구동부가 대별되어 마련된다.

압축부는 일측이 개구된 실린더(13)를 구비하고, 이 실린더(13) 내부를 상하직선왕복운동하는 봉상의 피스톤(14)이 마련된다. 그리고 실린더(14) 내부로 냉매를 흡입, 토출하기 위하여 흡입구(15)와 토출구(16)가 마련된 실린더 헤드(17)를 구비한다. 그리고 압축실로 냉매를 안내하는 흡입관(18)과 흡입압축된 냉매를 배출시키는 토출관(19)을 구비하고, 이 각각의 흡입관(18)과 토출관(19)을 개폐하는 흡입밸브(미도시)와 토출밸브(미도시)가 설치되어 있다.

구동부는 내부고정자(22)와 외부고정자(23)가 각각 마련되고, 이 각각의 고정자(22)(23)사이에는 반경방향으로 자화된 영구자석(27)이 설치된다. 그리고 자석(27)을 고정시키기 위한 원통상의 지지프레임(24)이 마련된다. 지지프레임(24)은 피스톤(14)의 하부로 부터 연장된 결합축이 지지프레임(24)의 바닥면에 관통하여 나사결합되고, 이 결합축의 단부는 판스프링(25)의 중심부를 관통하여 판스프링(25)에 볼트결합되어 있다.

한편 도 2는 종래의 또다른 선형압축기를 도시한 도면이다. 이 선형압축기는 도 1의 선형압축기와 거의 같은 구조를 이루고 있으며, 단지 밀폐용기(10) 내부에 지지프레임(24)및 판스프링(25)을 밀폐하는 별도의 밀폐 프레임(26)이 설치되어 있다.

이와 같이 구성된 종래의 선형압축기의 작동은 먼저 외부의 교류전원이 인가되면 이에 따라 고정자(22)(23)의 극성이 공급된 전류의 극성에 따라 변하게 되며 이로 인하여 자석(27)과의 사이에 일정한 간격을 확보하며 지지프레임(24)이 자석(27)과 함께 상하 회동하게 되고, 지지프레임(24)의 구동으로 피스톤(14)이 상하 직선왕복운동을 하게 되어 피스톤(14)이 하부에서 상부로 이동하면 냉매는 흡입관(18)을 통하여 흡입밸브를 개방하여 압축실로 유입되게 된다. 그러다가 피스톤(14)이 상부에서 하부로 이동하면 압축실에 있는 냉매는 서서히 압축되어 소정의 압력으로 압축이 이루어지면 토출밸브와 토출관(18)을 통하여 토출되게 된다.

이러한 종래의 선형압축기는 피스톤(14)의 행정(stroke)이 커지면 압축실의 압력이 커지게 되어 피스톤(14)의 중간점이 압축부 반대방향으로 후퇴하게 된다. 따라서 종래 선형압축기에서는 피스톤(14)이 후퇴하는 거리만큼을 바이어스시켜 피스톤(14)을 조립하게 되는데, 이때 구동은 어느정도 개선되지만, 스프링(35)의 신뢰성은 크게 저하 될 수 있다.

도 1에 도시된 선형압축기에서는 피스톤(14)의 후면이 밀폐용기(10) 내부에 개방되어 있어서, 흡입압력이 순간적으로 변동하면 곧바로 피스톤(14)의 동작에 영향을 주어 피스톤(14)의 중심위치가 변화하게 되며, 이에 따라 냉력이 저하하거나 피스톤(14)이 실린더 헤드(17)와 충돌할 위험이 있다. 또한 도 2에 도시된 선형압축기는 도 1의 선형압축기의 문제점을 개선하기 위하여 별도의 밀폐프레임(26)을 설치하여 흡입압력이 변동하여도 피스톤(14)의 후면압이 곧바로 따라 변하지 못하도록 완충하는 구조로 되어 있다. 그러나 이 구조의 압축기는 구동부를 별도의 밀폐프레임(26)으로 완전히 밀봉함으로서 구동부에서 발생하는 열을 훙분히 방출하지 못하기 때문에 구동부의 작동효율을 저하시켜 압축기의 성능이 떨어짐은 물론 압축기의 전체 크기 또한 커지게 되는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 고안의 목적은 흡입압력의 변동에 따른 피스톤과 밸브사이의 간극변화를 최소화하여 피스톤이 밸브와 충돌하는 것을 방지할 뿐 아니라, 구동부의 방열이 원활하게 이루어지도록 함으로써 압축기의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 선형압축기를 제공하는 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은 피스톤의 초기 바이어스 거리가 작게되도록 설계하고, 반면에 피스톤의 후면압을 적절히 조절하여 피스톤의 중심위치가 변동되는 것을 최소화함과 동시에, 스프링의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 선형압축기를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 선형압축기를 보인 단면도이다.

도 2는 또 다른 종래의 선형압축기를 도시한 단면도이다.

도 3는 본 고안에 따른 선형압축기를 도시한 단면도이다.

도 4은 본 고안에 따른 선형압축기의 또다른 실시예를 도시한 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

50...밀폐용기53...실린더54a...실린더 헤드

54b...실린더 로드55...흡입구56...토출구

57...실린더 헤드58...흡입관59...토출관

62...내부고정자63...외부고정자64...프레임

65...판스프링67...안내관68...안내홀

69...연통홈70...압력조절밸브71,,,자석

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 자속을 유도하는 내부고정자와 외부고정자를 구비한 밀폐용기, 상기 내부고정자를 지지하는 고정자 프레임, 상기 고정자 프레임의 내측에 결합되어 그 내부에 압축실을 형성하는 실린더, 상기 실린더 내부를 상하직선 왕복운동하는 피스톤, 상기 피스톤을 지지하도록 된 지지프레임, 상기 실린더의 압축실 내부로 냉매를 흡입하여 배출시키는 흡입관과 토출관을 구비한 선형압축기에 있어서,

상기 피스톤은 상기 실린더 내주면과 접하도록 된 피스톤 헤드와,

상기 피스톤 해드의 외경보다 작은 축봉형태로 형성되어 상기 피스톤 해드와 상기 지지프레임을 연결하는 피스톤 로드를 구비하고,

상기 피스톤 로드와 상기 실린더의 내주면사이에는 상기 피스톤의 팽창운동을 완충하는 완충공간이 마련된 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 고안에 따른 하나의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 3는 본 고안에 따른 선형압축기를 보인 단면도이다.

도면에 도시된 바와 같이 선형압축기는 상부 밀폐용기(51)와 하부 밀폐용기(52)가 결합되고, 밀폐용기(50) 내에는 냉매를 흡입, 압축하여 토출하는 압축부와 이 압축부에 압축력을 발생시키도록 하는 구동부가 마련된다.

압축부는 그 내부에 압축실이 형성된 실린더(53)를 구비하고, 이 실린더(53) 내부를 상하 직선왕복운동하는 봉상의 피스톤(54)이 마련된다. 피스톤(54)은 피스톤 헤드(54a)와 피스톤 로드(54b)로 마련되며, 피스톤 헤드(54a)는 실린더(53)의 내주면과 접할 수 있도록 된 직경을 구비하고, 피스톤 로드(54b)는 피스톤 해드(54a)의 외경보다 작은 축봉형태로 형성되어 피스톤 헤드(54a)와 일체로 형성되어 있다. 그리고 이러한 피스톤(54)을 지지하도록 피스톤 로드(54b)의 단부에 결합된 지지프레임(64)이 마련된다. 이에 따라 피스톤 헤드(54a)와 지지프레임(64) 사이, 즉 피스톤 로드(54b)의 외주면과 실린더(53) 내주면과의 사이에는 소정의 공간이 형성되는데 이것을 완충공간(S)이라 하기로 한다. 그리고 지지프레임(64)과 결합된 피스톤 로드(54b)의 단부에는 판스프링(65)이 결합된다. 한편 실린더(53) 내부로 냉매를 흡입, 토출하기 위하여 흡입구(55)와 토출구(56)가 마련된 실린더 헤드(57)를 구비하고, 압축실로 냉매를 안내하는 흡입관(58)과 흡입압축된 냉매를 배출시키는 토출관(59)을 구비하고, 이 각각의 흡입관(58)과 토출관(59)을 개폐하는 흡입밸브와 토출밸브가 설치되어 있다. 구동부는 내부고정자(62)와 외부고정자(63)가 각각 마련되고, 이 각각의 고정자(62)(63)사이에는 반경방향으로 자화된 영구자석(71)이 설치된다. 그리고 자석(71)은 피스톤 로드(54b)의 지지프레임(64)이 고정결합되어 지지되어 마련된다. 지지프레임(64)은 피스톤(54)의 하부에 연장된 결합축이 지지프레임(64)의 바닥면에 관통하여 나사결합된다. 한편 내부고정자(62)를 지지하기 위한 고정자 프레임(66)이 마련되는데, 이 고정자 프레임(66)의 상단부는 실린더(53)에 나사결합되어 마련되고, 또한 상단부에서 수직으로 피스톤 로드(54b)의 외주면 까지 수직으로 연장되어 피스톤 로드(54b)를 감싸 지지하도록 마련된다. 또한 이것은 실린더(53) 내부의 완충공간과 실린더(53) 외부와의 기밀을 유지하도록 하기 위하여 시일재(72)가 취부할 수 도 있다.

도 4는 본 고안에 따른 또다른 실시예에 따른 선형압축기를 도시한 도면이다. 이에 도시된 선형압축기는 도 3의 선형압축기와는 달리 피스톤 로드(54b)와 고정자 프레임(66)사이를 거의 밀봉시키고, 실린더(53) 내의 후방에 마련되는 완충공간(S) 내부의 압력을 흡입관(58)에서 유입되는 냉매에 의하여 보다 능동적으로 조절되도록 하기 위한 것이다. 이를 위하여 압축기의 흡입관(58)에서 분기된 별도의 안내관(67)을 구비하고, 이 안내관(67)과 실린더(53) 내부와의 연통을 위하여 실린더(53) 내부에 안내홀(68)을 형성시킨다. 그리고 안내홀(68)의 출구단에는 안내홀(68)과 연통된 연통홈(69)을 구비하여 냉매에 의한 압력이 원활이 작용하도록 한다. 그리고 안내관(67)에는 가스스프링 압력조절밸브(70)를 설치하여 완충공간(S)의 완충 압력을 제어하도록 한다. 이와 같이 구성하면 피스톤(54)의 중심위치가 거의 일정하게 유지되며, 또한 실린더(53)의 방열에도 효과를 거둘 수 있다.

이와 같이 구성된 본 고안에 따른 리니어 압축기의 작동은 먼저 외부의 상용교류전원(60Hz)이 인가되면 이에 따라 고정자(62)(63)의 극성이 공급된 전류의 극성에 따라 변하게 되며 이로 인하여 자석(71)과의 사이에 일정한 간격을 확보하며 지지프레임(64)이 자석(71)과 함께 상하 회동하게 되고, 지지프레임(64)의 구동으로 피스톤(54)이 상하 직선왕복운동을 하게 되어 피스톤(54)이 하부에서 상부로 이동하면 냉매는 흡입관(58)을 통하여 흡입밸브를 개방하여 압축실로 유입되게 된다. 그러다가 피스톤(54)이 상부에서 하부로 이동하면 압축실에 있는 냉매는 서서히 압축되어 일정한 압축이 이루어지면 토출밸브와 토출관(59)을 통하여 토출되게 된다.

이러한 운전중에 흡입압력 (즉, 증발압력)이 갑자기 변동하면 밀폐용기(50) 내의 압력도 같이 변하게 되는데, 본 고안에 따르면 밀폐용기(50)나 실린더(53) 사이에 완충공간(S)이 구비되어 피스톤(54)의 후면압이 급격히 변동하지 않기 때문에 피스톤(54)의 과도한 진폭운동에 의한 충돌이나 진폭의 저감으로 인한 냉력저하가 쉽게 발생하지 않는다. 또한 피스톤(54)에서 누설된 냉매가스가 곧바로 밀폐용기(50) 내부로 방출되지 않고, 완충공간(S)에서 일정기간동안 유지되면서 서서히 방출되게 되므로, 완충공간(S)내의 중간압이 밀폐용기(50) 내부의 압력보다 상승하게 되고, 이로인하여 피스톤(54)의 중심위치가 압축실 반대측으로 밀리는 것을 억제할 수 있다.

이와 같은 본 고안에 따른 선형압축기는 냉매의 흡입압력의 변화에 따른 피스톤과 밸브사이의 간극변화를 최소화하여 피스톤이 밸브와 충동하는 것을 방지할 뿐아니라, 구동부의 방열이 원활하게 이루어짐으로 해서, 압축기의 성능저하를 방지 할 수 있다.

또한, 압축실의 완충공간의 압력을 적절히 조절하여 피스톤의 중심위치를 제어하여 그 변동을 최소화 할 수 있으며, 이를 위해 별도의 프레임을 설치할 필요가 없으므로 압축기의 크기를 보다 소형으로 구성할 수 있고, 판스프링의 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Claims

자속을 유도하는 내부고정자와 외부고정자를 구비한 밀폐용기, 상기 내부고정자를 지지하는 고정자 프레임, 상기 고정자 프레임의 내측에 결합되어 그 내부에 압축실을 형성하는 실린더, 상기 실린더 내부를 상하직선 왕복운동하는 피스톤, 상기 피스톤을 지지하도록 된 지지프레임, 상기 실린더의 압축실 내부로 냉매를 흡입하여 배출시키는 흡입관과 토출관을 구비한 선형압축기에 있어서,

상기 피스톤(54)은 상기 실린더(53) 내주면과 접하도록 된 피스톤 헤드(54a)와,

상기 피스톤 해드(54a)의 외경보다 작은 축봉형태로 형성되어 상기 피스톤 해드(54a)와 상기 지지프레임(64)을 연결하는 피스톤 로드(54b)를 구비하고,

상기 피스톤 로드(54b)와 상기 실린더(53)의 내주면사이에는 상기 피스톤(54)의 팽창운동을 완충하는 완충공간(S)이 마련된 것을 특징으로 하는 선형압축기.
제 1항에 있어서, 상기 고정자 프레임(66)의 상단부는 상기 피스톤 로드(54b)에 근접하도록 연장되어 상기 피스톤 로드(54b)를 지지하도록 마련된 것을 특징으로 하는 선형압축기.
제 2항에 있어서, 상기 고정자 프레임(66)의 상기 피스톤 로드(54b)와 근접하는 내주면에는 상기 완충공간(S)과 상기 밀폐용기(50) 내부와의 기밀을 유지하도록 하는 시일재(72)가 취부된 것을 특징으로 하는 선형압축기.
제 1항 내지는 제 3항중의 어느한 항에 있어서, 상기 실린더(53)는 상기 완충공간(S) 내부의 압력을 상기 흡입관(58)에서 유입되는 냉매에 의하여 조절되도록 상기 완충공간(S)과 상기 흡입관(58)이 연통되도록 된 안내홀(68)이 형성된 것을 특징으로 하는 선형압축기.
제 4항에 있어서, 상기 안내홀(68)의 출구단이 형성된 상기 실린더(53)의 내주면에는 연통홈(69)이 마련된 것을 특징으로 하는 선형압축기.
제 4항에 있어서, 상기 흡입관(58)은 상기 안내홀(68)로 냉매를 안내하도록 상기 흡입관(58)에서 분기된 안내관(67)을 구비하고, 상기 안내관(67)은 상기 완충공간(S)으로 유입되는 냉매를 재어하도록 가스스프링 압력조절제어밸브(70)가 설치된 것을 특징으로 하는 선형압축기.