KR20060040339A - 리니어 압축기의 토출부 구조 - Google Patents

리니어 압축기의 토출부 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 리니어 압축기의 토출부 구조는 실린더의 개구부가 경사지게 형성됨으로써, 상기 실린더의 개구부와 토출밸브가 접하는 면적이 증대되어 상기 토출밸브가 상기 압축실을 향해 가하는 압력이 감소되기 때문에, 상기 토출밸브가 열릴 때 발생되는 유체의 압력손실을 저감되어 압축효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있을 뿐만 아니라, 상기 토출밸브가 닫힐 때 상기 실린더의 개구부에 동시에 부딪히지 않기 때문에 충돌 소음이 저감되고 파손이 방지되어 내구성이 향상될 수 있는 효과가 있다.
리니어 압축기, 실린더, 피스톤, 압축실, 토출부, 경사

Description

리니어 압축기의 토출부 구조{Structure of Discharge part for linear compressor}
도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기가 도시된 단면도,
도 2는 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 토출부 구조가 도시된 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 리니어 압축기가 도시된 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 토출부 구조가 도시된 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 토출 밸브가 닫히는 상태가 도시된 단면도.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
50: 밀폐용기 52: 실린더
54: 실린더 블록 56: 백 커버
58: 피스톤 60: 리니어 모터
62: 제 1댐퍼 64: 제 2댐퍼
70: 토출부 72: 토출밸브
본 발명은 리니어 압축기에 관한 것으로서, 특히 실린더의 개구부가 경사지게 형성되고, 토출 밸브가 기울어지게 설치됨으로써, 토출 밸브의 개폐시 발생되는 압력 손실과 충돌 소음이 저감될 수 있도록 한 리니어 압축기의 토출부 구조에 관한 것이다.
일반적으로 리니어 압축기(Linear compressor)는 리니어 모터의 직선 구동력을 이용하여 실린더 내부에서 피스톤을 직선 왕복 운동시키면서 유체를 흡입하고 압축하여 토출하는 기기이다.
도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기가 도시된 종단면도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 토출부 구조가 도시된 단면도이다.
종래 기술에 따른 리니어 압축기는 도 1에 도시된 바와 같이, 밀폐용기(10)의 내부에 실린더가 결합된 실린더 블록(14)과, 유체 흡입구(16)가 형성된 백 커버(18)가 설치되고, 상기 실린더 블록(14)과 백 커버(18)는 제 1댐퍼(20)와 제 2댐퍼(22)에 의해 상기 밀폐용기(10)의 내부에 완충가능하게 지지된다.
상기 실린더 블록(14)과 백 커버(18)의 사이에는 유체를 압축하기 위해 구동력을 발생시키는 리니어 모터(24)가 배치된다.
상기 리니어 모터(24)는 크게 고정자와 가동자로 이루어지는 바, 고정자는 아우터 코어(24a)와, 이너 코어(24b)와, 자장을 형성하는 코일(24c)로 이루어지고, 가동자는 상기 코일(24c)주변에 형성된 자기력에 의해 직선이동되는 마그네트(24d)와, 상기 마그네트(24d)가 고정되는 마그네트 프레임(24e)으로 이루어진다.
그리고, 상기 실린더(12)의 내부에는 상기 마그네트(24d)의 직선 운동력을 전달받아 직선 왕복운동하면서 상기 실린더(12)내에 유입된 유체를 압축하는 피스톤(26)이 구비된다.
상기 피스톤(26)은 상기 마그네트(24d)의 직선 운동력을 전달받을 수 있도록 상기 마그네트 프레임(24e)에 고정되는 바, 상기 피스톤(26)의 후방에는 상기 마그네트 프레임(24e)에 고정되는 플랜지부(26a)가 형성된다.
그리고, 상기 피스톤(26)이 탄성적으로 지지되도록 상기 플랜지부(26a)와 실린더 블록(14)사이에는 제 1스프링(28)이 구비되고, 상기 플랜지부(26a)와 백 커버(18)사이에는 제 2스프링(30)이 구비된다.
상기 피스톤(26)은 후방이 개방된 원통형으로 형성되고, 내부에 유체가 흡입되는 흡입유로(26b)가 형성되며, 전면에는 복수개의 흡입포트(26c)와 상기 흡입포트(26c)를 개폐시키는 흡입밸브(32)가 장착된다.
한편, 상기 실린더는 양측이 개방된 원통구조로 이루어지는 바, 일측에는 상기 피스톤(26)이 삽입되고, 타측은 압축된 유체를 토출시키는 토출부(40)가 구비되며, 상기 피스톤(26)과 토출부(40)에 의해 압축실이 형성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 토출부(40)는 상기 실린더(12)의 압축실(C) 전방에 위치되고 일측에 토출홀(42a)이 형성된 내측 토출커버(42)와, 상기 내측 토출커버(42)의 외측에서 소정간격 이격되게 배치되는 외측 토출커버(48)와, 상기 내 측 토출커버(42)에 토출 스프링(44)에 의해 탄지되어 상기 실린더의 압축실(C)을 개폐하는 토출밸브(46)으로 구성된다.
상기 내측 토출커버(42)는 상기 압축실(C)로부터 토출된 유체를 완충시키는 토출실을 이루도록 캡 모양으로 형성되고, 상기 외측 토출커버(48)에 토출된 유체를 상기 밀폐용기(10)의 외부로 배출시키는 토출 파이프(50)이 연결된다.
상기 토출 스프링(44)은 상기 토출밸브(46)가 상기 실린더(12)의 압축실(C)을 닫는 방향으로 탄성력을 부여하도록 상기 내측 토출커버(42)와 토출밸브(46)사이에 설치되고, 나선형태로 감기고 원뿔모양으로 이루어진 코일 스프링이다.
상기 토출 스프링(44)는 일측 단부가 상기 내측 토출커버(42)에 접촉되고 타측 단부는 상기 토출밸브(46)에서 형성된 돌출부에 끼워져 고정된다.
상기와 같이 구성된 종래 기술에 따른 토출부 구조를 갖는 리니어 압축기의 작동을 살펴보면 다음과 같다.
상기 리니어 모터(24)가 작동되면, 상기 마그네트(24d)가 직선 왕복운동을 하게 되며, 그 직선운동이 상기 마그네트 프레임(24e)을 통해 상기 피스톤(26)에 전달되어 상기 피스톤(26)이 상기 실린더(12)의 내부를 직선 왕복운동하게 된다.
상기 피스톤(26)이 후진하게 되면, 상기 흡입유로(26b)와 압축실(C)의 압력차에 의해 상기 흡입밸브(32)가 열리게 되고, 상기 밀폐용기(10)내로 유입된 유체는 상기 피스톤(26)의 흡입유로(26B)를 통해 상기 실린더(12)의 압축실(C)로 흡입되게 되며, 상기 토출밸브(46)는 상기 토출 스프링(44)의 탄성력에 의해 상기 압축 실(C)을 닫게 된다.
이후, 상기 피스톤(26)이 상기 토출부(40)방향으로 전진되면, 상기 흡입밸브(32)는 상기 흡입유로(26b)와 압축실(C)의 압력차에 의해 닫히게 되고, 상기 압축실(C)의 내부에 있던 유체는 상기 피스톤(26)에 의해 압축된다.
이후, 상기 압축실(C)의 압력이 상기 토출실(D)의 압력과 상기 토출밸브(46)의 압력을 합한 값보다 높게 되면, 압축된 유체가 상기 토출 스프링(44)의 탄성력을 극복할 수 있게 되어 상기 토출밸브(46)를 개방되게 된다.
즉, 상기 토출 스프링(44)은 상기 피스톤(26)의 진퇴방향으로 압축되어, 상기 토출밸브(46)가 개방된다.
상기 토출밸브(46)가 개방되면, 상기 내측 토출커버(42)로 배출된 후, 상기 외측 토출커버(48)와 토출 파이프(48a)를 통해 외부로 배출된다.
상기와 같이 상기 피스톤이 진퇴되면서 상기 압축실(C)내의 유체를 압축시킨 후 토출시키는 과정이 반복되게 된다.
그러나, 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 토출부 구조는 상기 토출 밸브(46)가 상기 토출 스프링(44)에 의해 지지되어 직선방향으로 열리고 닫히도록 구성되어 있기 때문에, 상기 토출 밸브(46)가 닫힐 때 상기 토출 밸브(46)가 상기 실린더(12)의 단부에 동시에 부딪히게 되므로 큰 소음을 발생시킬 뿐만 아니라, 부딪힐 때의 충격에 의해 상기 토출 밸브(46)가 손상되기 쉬운 문제점이 있다.
또한, 상기 압축실에서 압축된 유체는 상기 토출 밸브를 밀어낼 때 유체의 압력손실이 크게 발생되므로 압축효율이 저감되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 실린더의 압축실과 토출밸브가 접하는 면적을 증대시켜 상기 토출밸브가 상기 압축실을 향해 가하는 압력을 감소시킴으로써, 상기 토출밸브가 열릴 때 발생되는 유체의 압력손실을 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 토출 밸브가 닫힐 때 충격 소음을 저감시킬 수 있는 리니어 압축기의 토출부 구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 리니어 압축기의 토출부 구조는 피스톤에 의해 압축된 유체가 토출되도록 개구부가 형성된 실린더와, 상기 실린더의 개구부를 통해 토출된 유체가 배출되는 토출커버와, 상기 실린더의 개구부를 개폐시키는 토출밸브를 포함하여 구성되고, 상기 실린더의 개구부가 경사지게 형성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 토출부 구조가 확대도시된 단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 토 출밸브가 닫히는 상태가 도시된 단면도이다.
본 발명에 따른 리니어 압축기는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 외부로부터 유체가 유입되는 유입구(50a)가 형성된 밀폐용기(50)와, 상기 밀폐용기(50)의 내부에 위치되어 유체를 압축하는 리니어 압축부로 구성되는 바, 상기 리니어 압축부는 실린더(52)가 구비된 실린더 블록(54)과, 상기 밀폐용기(50) 내의 유체를 흡입하는 흡입파이프(56a)가 구비된 백 커버(56)와, 상기 실린더(52)내부로 진퇴되면서 유체를 압축시키는 피스톤(58)과, 상기 피스톤(58)을 상기 실린더(52)내로 진퇴시키도록 구동력을 발생하는 리니어 모터(60)를 포함하여 구성된다.
상기 실린더 블록(54)과 백 커버(56)는 제 1댐퍼(62)와 제 2댐퍼(64)에 의해 상기 밀폐용기(50)내에 완충가능하게 지지된다.
상기 리니어 모터(60)는 크게 고정자와 가동자로 이루어지는 바, 고정자는 아우터 코어(60a)와, 상기 아우터 코어(60a)와 일정 공극을 갖도록 배치된 이너 코어(60b)와, 자장을 형성하는 코일(60c)로 이루어지고, 가동자는 상기 아우터 코어(60a)와 이너 코어(60b)사이에 배치되고 상기 코일 (60c)주변에 형성된 자기력에 의해 직선이동되는 마그네트(60d)와, 일측에 상기 마그네트(60d)가 고정되고 타측에 상기 피스톤(58)이 결합되어 상기 피스톤(58)에 직선 운동력을 전달하는 마그네트 프레임(60e)으로 이루어진다.
그리고, 상기 피스톤(58)은 상기 마그네트 프레임(60e)에 고정되도록 외측으로 돌출된 플랜지부(58a)가 형성되고, 내부에는 유체가 흡입되는 흡입유로(58b)가 형성되며, 전면에는 복수개의 흡입포트(58c)와, 상기 흡입포트(58c)를 개폐시키는 흡입밸브(66)가 장착된다.
한편, 상기 실린더(52)는 양단이 개구된 원통구조로 이루어지는 바, 후면은 상기 피스톤(58)이 삽입되어 진퇴되도록 개구되게 형성되고, 전면은 상기 피스톤(58)에 의해 압축된 유체가 토출되도록 개구부가 형성된다.
상기 실린더(52)의 개구부 전방에는 유체가 토출되는 토출부(70)가 구비되는 바, 상기 실린더(52)의 내부에는 상기 피스톤(58)과 토출부(70)에 의해 압축실(C)이 형성된다.
여기서, 상기 실린더(52)의 개구부는 경사지게 형성되고, 상기 실린더(52)에 삽입된 상기 피스톤(58)의 단부도 상기 실린더(52)의 개구부에 대응되도록 경사지게 형성되어, 상기 압축실(C)은 기울어진 형상으로 이루어진다.
상기 토출부(70)는 상기 실린더(52)의 압축실(C)로부터 토출된 유체가 배출되는 토출커버와, 상기 실린더(52)의 압축실(C)을 개폐하는 토출밸브(72)와, 상기 토출커버에 설치되어 상기 토출밸브(72)를 탄성적으로 지지하는 토출 스프링(74)으로 구성된다.
여기서, 상기 토출커버는 유체가 토출되는 토출실(D)을 형성하는 내측 토출커버(76)와, 상기 내측 토출커버(76)의 외측에 배치된 외측 토출커버(78)로 이루어지는 바, 상기 외측 토출커버(78)는 압축된 유체의 토출시 소음 및 충격을 감소시키는 완충 공간을 형성하도록 상기 내측 토출커버(76)에 일정간격 이격되게 위치된다.
그리고, 상기 토출밸브(72)와 토출 스프링(74)은 상기 실린더(52)의 개구부 에 대응되도록 상기 내측 토출커버(76)의 내부에서 기울어지게 설치된다.
즉, 상기 토출밸브(72)는 상기 실린더(52)의 단부에 밀착될 수 있도록 상기 실린더(52)의 개구부의 경사각도와 동일한 각도로 기울어지게 설치된다.
상기 토출 스프링(74)은 상기 실린더의 개구부에 수직한 방향으로 탄성력을 제공하도록 설치되어야 하는 바, 상기 내측 토출커버(76)에서 상기 토출 스프링(74)을 지지하는 전면부(76a)의 일부가 경사지게 형성된다.
상기 토출 스프링(74)은 일단이 상기 토출밸브(72)에서 돌출된 돌출부(72a) 끼워지고, 타단은 상기 내측 토출커버(76)의 경사진 전면부(76a)에 안착된다.
그리고, 상기 내측 토출커버(76)에는 토출홀(76b)이 형성되고, 상기 외측 토출커버(78)에는 연결관(80)이 구비되고, 상기 연결관(80)에는 토출된 유체를 외부로 배출시키는 토출 파이프(82)가 연결된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 리니어 압축기의 작동을 살펴보면 다음과 같다.
상기 리니어 모터(60)가 구동되면, 상기 피스톤(58)이 상기 실린더(52)의 내에서 연속적으로 직선 왕복운동을 하게 된다.
상기 피스톤(58)이 전진하게 되면, 상기 실린더(52) 내부에서 압축된 유체의 압력에 의해 상기 토출밸브(72)가 밀리면서 열리게 되어, 압축된 유체는 상기 내측 토출커버(76)의 내부로 토출된다.
여기서, 상기 실린더(52)의 개구부가 경사지게 형성됨으로써, 상기 실린더(52)의 개구부와 상기 토출밸브(72)가 접촉되는 면적이 증대된다.
상기 토출밸브(72)의 압력은 면적에 반비례하기 때문에, 상기 토출밸브(76)가 상기 실린더(52)의 개구부를 향해 가하는 압력이 감소되므로 압축된 유체는 상기 토출밸브(72)를 보다 쉽게 밀어낼 수 있게 된다.
따라서, 압축된 유체가 상기 토출밸브(72)를 밀어내기 위해 필요한 압력과 시간이 감소될 수 있으므로, 압축된 유체가 상기 토출밸브(72)를 밀어낼 때 발생되는 압력손실이 저감될 수 있다.
이후, 상기 내측 토출커버(76)로 토출된 유체는 상기 토출홀(76b)을 통해 상기 외측 토출커버(78)내로 토출된 후, 상기 토출 파이프(82)를 통해 외부로 배출된다.
한편, 상기 피스톤(58)이 후진하게 되면, 상기 압축실(C)의 압력이 상기 토출실(D)의 압력보다 낮게 되고, 상기 토출 스프링(74)의 탄성 복원력에 의해 상기 토출밸브(72)가 닫히게 된다.
이 때, 상기 토출실(D)내에서 상기 토출밸브(72)는 기울어져 있기 때문에, 상기 토출밸브(72)의 개폐시 상기 토출실(D)의 상측과 하측의 압력과 유동저항은 서로 다르게 된다.
즉, 상기 토출밸브(72)가 상기 토출실(D)내에서 하측방향으로 열리기 때문에, 상기 토출실(D)내에서 하측의 유동저항이 크게 되고 하측의 압력이 상측의 압력보다 높은 상태가 된다.
따라서, 상기 토출밸브(72)가 닫힐 때는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 토 출밸브(72)의 하측이 상측보다 먼저 닫히게 되어, 상기 토출밸브(72)가 상기 실린더(52)에 동시에 부딪히지 않게 된다.
그러므로, 상기 토출밸브(72)가 닫힐 때 발생되는 소음이 저감될 수 있을 뿐만 아니라, 충격력이 작기 때문에 파손이 방지되어 내구성이 향상될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 토출부 구조는 실린더의 개구부가 경사지게 형성됨으로써, 상기 실린더의 개구부와 토출밸브가 접하는 면적이 증대되어 상기 토출밸브가 상기 압축실을 향해 가하는 압력이 감소되기 때문에, 상기 토출밸브가 열릴 때 발생되는 유체의 압력손실을 저감되어 압축효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 토출밸브가 닫힐 때 상기 실린더의 개구부에 동시에 부딪히지 않기 때문에 충돌 소음이 저감될 수 있을 뿐만 아니라 충격력이 감소되기 때문에 파손이 방지되어 내구성이 향상될 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 피스톤에 의해 압축된 유체가 토출되도록 개구부가 형성된 실린더와;
    상기 실린더의 개구부를 통해 토출된 유체가 배출되는 토출커버와;
    상기 실린더의 개구부를 개폐시키는 토출밸브를 포함하여 구성되고,
    상기 실린더의 개구부가 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 토출부 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피스톤은 단부가 상기 실린더의 개구부에 대응되도록 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 토출부 구조.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 토출밸브와 토출커버 사이에는 상기 토출밸브를 탄성적으로 지지하는 토출 스프링이 구비되고,
    상기 토출 밸브와 토출 스프링은 상기 실린더의 개구부에 대응되도록 상기 토출커버의 내부에서 기울어지게 설치된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 토출부 구조.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 토출 커버는 상기 토출 스프링을 지지하는 부분이 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 토출부 구조.
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