KR20020001882A - 리니어 모터를 갖는 왕복 압축기 - Google Patents

Abstract

리니어 모터를 갖는 왕복 압축기로서, 상기 왕복 압축기는 실린더(2) 내부에서 왕복 운동하는 피스톤(1), 흡입 및 배출 오리피스(5a, 5b)가 제공된 실린더 헤드(5), 실린더(2) 내부에 장착된 밸브 수단(10), 배출 오리피스(5b)에 접해서 위치하는 작동 위치를 갖고, 상기 작동 위치는 피스톤(1)의 상부가 실린더 헤드(5)로부터 일정한 거리(D)내에 위치할 때 한정되고, 피스톤(1)의 압축 행정이 끝날 때 한정되는 상기 거리는 실린더(2) 내부에서 결정된 압력에 도달하고, 이 결정된 압력은 실린더 헤드(5)에 충돌전에 압축 행정을 방해하는데 충분하고 상기 피스톤(1)을 추진하는 힘에 반대되는 힘으로서 피스톤(1)에 작용하는 힘인 것을 특징으로 하는 왕복 압축기.

Description

리니어 모터를 갖는 왕복 압축기{A reciprocating compressor with a linear motor}

리니어 모터를 갖는 왕복 압축기에서, 기체 압축 메커니즘은 실린더 단부에 장착된 실린더 헤드에 대해, 실린더 내부에 위치하는 피스톤의 축방향 접근 운동 및 분리 운동에 의해 발생하고, 이 실린더 헤드에는 실린더에 대해 기체의 흡입 및 배출을 조절하기 위한 흡입 밸브와 배출 밸브가 제공되어 있다.

피스톤은 액츄에이터(actuator)에 의해 구동되는데, 이 엑츄에이터는 리니어 모터에 의해 작동하는 자기 요소(magnetic component)를 유지한다. 피스톤은 공진 스프링(resonant spring)에 연결되어 있는데, 이 공진 스프링은 피스톤 및 자기 요소와 함께 압축기의 공진 조립체를 형성한다.

이러한 공진 조립체는 선형 왕복 운동을 진행시키는 기능을 하고, 흡입 밸브에 의해 흡입된 기체에 압축 작용을 하게 실린더 내부에서 피스톤을 운동하게 하여, 압축기가 장착되는 냉동 시스템의 고압 측면으로 배출 오리피스를 통해 상기 기체가 배출되게 한다.

압축기의 작동 상태의 변동 또는 가한 압축량의 변동으로 인해 공진 조립체는 수용 한계를 넘어서게 되고, 피스톤 상부가 실린더 헤드와 충돌하게 되어 압축기는 손상을 입게 된다.

피스톤의 운동을 제어하기 위한 여러가지의 형태, 즉 피스톤 위치의 함수로서 모터에 공급되는 전류를 제어하는 전자식 형태(미국 특허 제 5,156,005 호, 제 5,342,176 호, 제 5,450,521 호, 제 5,592,073 호) 및 기체 배출 경로, 공기 스프링 또는 기계 스프링의 제공과 같은 기계식 형태(일반적으로 Stirling 기계에 사용됨)가 이미 제안되었다. 피스톤 위치를 정확하게 제어할 수 있는 전자식 제어장치는 시스템에 고유한 관성(inherent inertia)을 나타낼 뿐만 아니라 매우 비싸다. 동일한 관성이 기계식 제어장치에도 발생한다. 이러한 관성으로 인해 시간에 따라 이따금씩 충돌이 발생하여 피스톤의 상부 및 실린더 헤드가 손상을 입게 된다.

본 발명은 리니어 모터에 의해 구동되고, 냉장고, 냉동기, 분수식 음료장치(dringking fountain)등과 같은 소형의 냉동 장치에서 사용되는 냉동 시스템에 적용되는 유형의 왕복 압축기용 피스톤 행정 제한 장치(piston stroke limiting device)에 관한 것이다.

본 발명은 첨부한 도면을 참고로 이하에서 설명될 것이다. 도면에서:

도 1은, 선행기술에 따라 구성된, 리니어 모터를 갖는 왕복 압축기의 부분을 개략적으로 도시한 세로방향 직경 단면도이다.

도 2는, 본 발명을 실행하는 방법에 따라 구성된, 피스톤이 상사점 영역에 근접하는, 리니어 모터를 갖는 왕복 압축기의 상부 영역을 개략적으로 도시한 세로방향 직경 단면도이다.

도 3은 압축기의 상부 영역을 도시한 도 2와 유사한, 본 발명의 제 2 구조 형태를 도시한다.

도 4는 압축기의 상부 영역을 도시한 도 2와 유사한, 본 발명의 제 3 구조 형태를 도시한다.

따라서, 본 발명의 목적은, 비용이 적게 들고 단순한 구조의, 리니어 모터를 갖는 왕복 압축기로서, 공지된 선행기술에 사용된 제어장치의 구조적인 불편함이 없이 실린더 헤드에 대해 피스톤의 충돌을 최소로 발생하게 하는 왕복 압축기를 제공하는데 있다.

이러한 목적은 리니어 모터를 갖는 왕복 압축기에 의해 달성되는데, 이 왕복 압축기는 실린더 내부에서 왕복 운동하는 피스톤을 포함하고, 실린더는 흡입 밸브및 배출 밸브와 작동적으로 관련된 흡입 오리피스 및 배출 오리피스가 제공된 실린더 헤드에 의해 폐쇄된 단부를 갖고, 상기 압축기는 실린더 내부에 장착된 밸브 수단, 배출 오리피스에 근접 배치된 작동 위치, 및 상기 배출 오리피스로부터 이격된 비작동 위치를 포함하고, 피스톤 상부가 실린더 헤드로부터 일정한 거리내에 있을 때 작동 위치가 한정되고, 한정된 상기 거리는 피스톤의 압축 행정이 끝날 때 실린더 내부에서 결정된 압력에 도달하고, 상기 결정된 압력은 실린더 헤드의 충돌전에 압축 행정을 방해하는데 충분하고 상기 피스톤을 추진하는 힘에 반대되는 힘으로서 피스톤에 작용한다.

본 발명은, 냉동 시스템에서 사용되고, 예를 들어 압축기를 냉동 시스템에 연결시키는 밀폐형 셸(도시되지 않음) 내부에 장착된 리니어 모터에 의해 구동되는 왕복 압축기에 대해서 설명될 것이다.

도시한 구조에서 압축기는, 실린더(2) 내부에 제공되고 작동 수단(3)에 연결된 피스톤(1)을 갖고 있다. 이 작동 수단은 일반적으로 관 형태이고 실린더(2)의 외부에 위치한다. 또한 이 작동 수단에는 리니어 모터의 전력 공급시 축방향으로 운동하는 자석(4)이 제공되어 있다.

실린더(2)의 단부에 장착된 실린더 헤드(5)에 대해 실린더(2) 내부에 위치하는 피스톤(1)의 분리 운동 및 접근 운동은, 각각 압축기 내부의 기체의 흡입 및 압축 작동을 결정한다.

실린더 헤드(5)에는 흡입 오리피스(5a) 및 배출 오리피스(5b)가 제공되어 있는데, 흡입 오리피스에는 흡입 밸브(6)가 장착되어 있고 배출 오리피스에는 배출 밸브(7)가 장착되어 있다. 상기 밸브들은 실린더(2)에 대해 기체의 흡입 및 배출을 조절한다.

피스톤(1)은 공진 스프링(8)에 연결되어 있고, 이 피스톤은 공진 스프링 및 자석(4)과 함께 공진 조립체를 형성한다.

본 발명에 따라, 피스톤(1)의 상부와 실린더 헤드(5)의 가끔씩의 충돌을 방지하기 위해, 본 발명의 압축기에는 피스톤 행정 제한 장치가 제공되어 있는데, 이 피스톤 행정 제한 장치는 피스톤(1)이 실린더 헤드(5)에 너무 가까이 다가갈 경우에 피스톤(1)의 압축 행정이 끝나는 지점에서 배출 오리피스(5b)를 폐쇄시키는 밸브 수단(10)을 포함한다. 이러한 상태에서, 실린더 헤드(5)와 피스톤 상부 사이의 실린더(2) 내부에 형성된 공간에 존재하는 기체는, 피스톤의 압축 행정동안 상기 피스톤을 추진시키는 힘에 반대되는 힘을 야기시키는 압력에 도달하고, 상기 힘은 피스톤의 압축 행정을 방해하기에 충분하고 따라서 피스톤 상부와 실린더 헤드(5)와의 충돌이 방지된다. 실린더 내부에 형성된 압축 기체 챔버는 스프링 또는 공기 댐퍼로서 작용하고, 압축 행정에서 피스톤의 왕복 운동이 끝나는 지점에서 피스톤(1)을 멈추게 한다.

본 발명에 따라, 실린더 내부의 밸브 수단(10)은, 예를 들어 피스톤(1)의 상부 및 실린더 헤드(5)의 내부 표면에 의해 한정되는 부품들중 하나에 장착되고, 작동 위치를 갖기 위해, 실제적으로 배출 오리피스(5b)를 밀폐시키도록 배출 오리피스에 접해서 위치하고, 비작동 위치를 갖기 위해, 상기 배출 오리피스(5b)로부터 이격되어 있다. 상기 비작동 위치는, 피스톤(1)의 상부가 실린더 헤드(5)의 내부 표면(5a)으로부터 일정한 거리(D)내에 위치할 때 한정되고, 상기 거리(D)는, 압축 행정이 끝나는 지점에서 피스톤의 운동을 방해하는 정해진 압력에 도달하기 위해 한정된다.

도 2 내지 도 4에 도시한 구조에서, 밸브 수단(10)은 피스톤의 내부에 제공되어 있다.

거리(D)가 길수록, 실린더(2) 내부에서 도달하는 압력은 더 높아질 것이고, 이 압력이 높을수록, 실린더 헤드(5)에 대한 상기 피스톤(1)의 충돌 감쇠 효과가 더 높아질 것이다.

피스톤(1)의 압축 행정이 끝나는 지점에서 제한된 기체 배출이 발생할 경우, 밸브 수단(10)에 의한 배출 오리피스(5b)의 부분적인 폐쇄 상태의 결정은 에너지의 소산을 발생시키고, 결과적으로 상기 거리(D)에서 도달하는 기체 압력을 방지하고, 그 상태에서 공진이 발생하게 하는 힘에 의해 피스톤의 변위가 흡입 행정으로 돌아가게 된다.

도 2에 본 발명을 위한 구조적인 형태가 도시되어 있다. 도 2에서, 밸브 수단(10)은 유연성 날개(flexible vane)에 의해 한정되는데, 이 유연성 날개는 유연성 날개가 제공되어 있는 표면에 일정하게 장착된 장착 부분 및, 피스톤이 비작동 위치에 있을 때 날개가 제공되어 있는 인접한 표면으로부터 이격되어 있고 배출 오리피스(5b)와 부분적으로 겹치는 폐쇄 부분(11)을 갖는다. 또한 상기 밸브 수단은, 작동 위치에서 피스톤(1)이 실린더 헤드(5)의 결정된 거리(D)에 도달하는 방법으로 한정된다.

부분적인 밀폐 상태를 얻기 위해, 폐쇄 부분(11)에는 배출 오리피스(5b)의 내부로 개방되고 배출 오리피스(5b)를 폐쇄할 때 제한된 배출을 허용하도록 설계된 관통보어(throughbore)가 제공되어 있다.

도 3에는 또 다른 실시예가 도시되어 있는데, 도면에서, 밸브 수단(10)은 탄성 요소(13)에 의해 밸브 수단이 제공된 부품에 장착되는 밀폐 요소(12)를 포함하고, 상기 탄성 요소(13)는 피스톤의 상부 표면으로부터 피스톤(1) 내부에서 한정되는 하우징(1a)내부에 장착된, 예를 들어, 나선 스프링의 형태이다.

도 4에 도시한 구조에서, 밸브 수단(10)은 탄성 중합 재료(elastomericmaterial)로 이루어진 밀폐 요소(12)를 포함하고, 이 밀폐 요소는 예를 들어, 둥근 컵의 형태를 하고 있다.

본 발명의 제한장치를 작동하기 위해, 간편하고 통상적인 전자식 시스템이 사용되는데, 이 전자식 시스템은 예를 들어, 밸브 수단(10)이 배출 오리피스(5b)상에 위치할 때 밸브 수단을 감지하고, 피스톤(1)을 구동하는 모터에 전력 감소를 결정하고, 실린더 헤드(5)에 대한 밸브 수단(10)의 배치 상태의 종료가 검출될 때까지 상기 전력 감소가 유지되었다.

Claims (9)

1. 작동적으로 흡입 밸브(6) 및 배출 밸브(7)와 연관된 흡입 및 배출 오리피스(5a, 5b)가 제공되어 있는 실린더 헤드(5)에 의해 폐쇄된 단부를 갖는 실린더(2)의 내부에서 왕복 운동하는 피스톤(1)을 포함하는, 리니어 모터를 갖는 왕복 압축기에 있어서, 상기 왕복 압축기는 실린더(2) 내부에 장착된 밸브 수단(10), 배출 오리피스(5b)에 접해서 위치하는 작동 위치, 및 상기 배출 오리피스로부터 이격된 비작동 위치를 포함하고, 상기 작동 위치는 피스톤(1)의 상부가 실린더 헤드(5)로부터 일정한 거리(D)내에 위치할 때 한정되고, 피스톤(1)의 압축 행정이 끝날 때 한정되는 상기 거리는 실린더(2) 내부에서 결정된 압력에 도달하고, 이 결정된 압력은 실린더 헤드(5)에 충돌전에 압축 행정을 방해하는데 충분하고 상기 피스톤(1)을 추진하는 힘에 반대되는 힘으로서 피스톤(1)에 작용하는 힘인 것을 특징으로 하는 왕복 압축기.
2. 제 1 항에 있어서, 밸브 수단(10)은 작동 위치에 있을 때 배출 오리피스(5b)를 부분적으로 밀폐하는 것을 특징으로 하는 왕복 압축기.
3. 제 1 항에 있어서, 밸브 수단(10)은, 피스톤(1)의 상부 및 실린더 헤드(5)의 내부 표면에 의해 한정된 부품들 중 하나에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 왕복 압축기.
4. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 밸브 수단(10)은 배출 오리피스(5b)를 부분적으로 덮는 폐쇄 부분(11)을 갖고 있는 날개에 의해 한정되는 것을 특징으로 하는 왕복 압축기.
5. 제 4 항에 있어서, 폐쇄 부분(11)에는, 배출 오리피스(5b)를 폐쇄할 때 제한된 배출을 허용하도록 설계되고 배출 오리피스(5b)의 내부로 개방되어 있는 관통보어가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 왕복 압축기.
6. 제 5 항에 있어서, 밸브 수단(10)은, 탄성 요소(13)에 의해 실린더 헤드(5)의 내부 표면 및 피스톤(1) 상부에 의해 한정되는 부품들 중 하나에 장착된 밀폐 요소(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복 압축기.
7. 제 6 항에 있어서, 탄성 요소(13)가, 피스톤의 상부 표면으로부터 피스톤(1) 내부에 한정된 하우징(1a)에 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 왕복 압축기.
8. 제 3 항에 있어서, 밸브 수단(10)은 탄성 중합 재료로 이루어진 밀폐 요소(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복 압축기.
9. 제 1 항에 있어서, 밀폐 요소(12)는 둥근 컵의 형태를 갖는 것을 특징으로하는 왕복 압축기.