KR20080052787A - 왕복동식 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고정부재 내측에서 가동부재가 왕복 직선 운동하면서 냉매를 압축시키는 왕복동식 압축기에 관한 것으로서, 특히 가동부재의 운동 방향 전환 시 발생되는 진동을 저감시킬 수 있는 왕복동식 압축기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 왕복동식 압축기는 중공 형상의 고정부재; 고정부재 내측에서 왕복 직선 운동하고, 냉매를 압축시키는 가동부재; 그리고, 가동부재와 일체로 움직이고, 가동부재의 운동방향 전환시 관성력을 제공하여 진동을 저감시키는 관성 방진 수단;을 포함하여 이루어지기 때문에 가동부재의 운동 방향 전환 시 가동부재의 운동방향과 반대방향으로 관성력이 작용하여 진동 및 그에 따른 소음을 저감시킬 수 있고, 보다 작동 신뢰성을 높일 수 있다.
왕복동식 압축기, 리니어 압축기, 고정부재, 가동부재, 머플러 어셈블리, 소음관, 관성 방진 수단, 용기, 유동부재, 액체

Description

왕복동식 압축기 {RECIPROCATING COMPRESSOR}
도 1은 종래 기술에 따른 왕복동식 압축기의 일예가 도시된 도면.
도 2는 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 일예가 도시된 도면.
도 3 및 도 4는 도 2의 주요부에서 작동 상태가 도시된 도면.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
101 : 프레임 102 : 고정부재
103 : 가동부재 104 : 흡입밸브
105 : 토출밸브 어셈블리 106 : 리니어 모터
107 : 모터 커버 108 : 서포터
109 : 본체 커버 110 : 머플러 어셈블리
111 : 소음관 112 : 소음 챔버
113 : 내관 114,115 : 격벽
116 : 용기 W : 유동부재
본 발명은 고정부재 내측에서 가동부재가 왕복 직선 운동하면서 냉매를 압축 시키는 왕복동식 압축기에 관한 것으로서, 특히 가동부재의 운동 방향 전환 시 발생되는 진동을 저감시킬 수 있는 왕복동식 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 왕복동식 압축기는 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키도록 구성된다.
최근에는 왕복동식 압축기는 구동모터의 회전력을 피스톤의 왕복 직선 운동력으로 전환하기 위하여 크랭크 축 등과 같은 구성부품을 포함하기 때문에 운동전환에 의한 기계적인 손실이 크게 발생되는 문제점이 있는데, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 리니어 압축기가 많이 개발되고 있다.
이러한 리니어 압축기는 특히 피스톤이 왕복 직선 운동하는 리니어 모터에 직접 연결되도록 하여 운동전환에 의한 기계적인 손실이 없어 압축효율을 향상시킬 뿐 아니라 구조가 간단하고, 이러한 리니어 모터로 입력되는 전원을 제어하여 그 작동을 제어할 수 있기 때문에 다른 압축기에 비해 소음이 작아 실내에서 사용되는 냉장고 등과 같은 가전기기에 많이 적용된다.
도 1은 종래 기술에 따른 왕복동식 압축기의 일예가 도시된 도면이다.
종래 기술에 따른 왕복동식 압축기의 일예인 리니어 압축기는 도 1에 도시된 바와 같이 쉘(미도시) 내측에 프레임(1), 고정부재(2), 가동부재(3), 흡입밸브(4), 토출밸브 어셈블리(5), 리니어 모터(6), 모터 커버(7), 서포터(8), 본체 커버(9), 완충 스프링(미도시), 머플러 어셈블리(10)로 이루어진 구조체가 탄성 지지되도록 설치된다.
보다 상세하게, 고정부재(2)는 양단이 개방된 중공 형상으로 일단이 프레임(1)에 끼움 고정되고, 토출밸브 어셈블리(5)가 고정부재(2)의 일단을 막아주도록 설치되되, 토출밸브 어셈블리(5)는 토출밸브(5a), 토출캡(5b) 및 토출밸브 스프링(5c)이 조립되도록 구성되며, 토출캡(5b)으로부터 토출된 냉매는 루프 파이프(미도시)를 통하여 진동 및 소음이 저감된 다음, 쉘 측의 유출관(미도시)을 통하여 외부로 빠져나가도록 한다.
다음, 가동부재(3)는 일단이 막힌 중공 형상으로 막힌 일단이 고정부재(2) 내측에 삽입되고, 고정부재(2)와 가동부재(3) 사이에 압축공간(P)을 형성하되, 가동부재(3)의 막힌 일단에 압축공간(P)으로 냉매가 흡입되는 개구부들(3h)이 구비된다.
이때, 흡입밸브(4)가 박형으로 형성되고, 가동부재(3)의 막힌 일단에 볼트 고정되어 압축공간(P)의 변화에 의해 가동부재(3)의 개구부들(3h)을 개폐시키도록 설치된다.
다음, 리니어 모터(6)는 고정부재(2) 외측에 고정되는 원통형상의 이너스테이터(6a), 반경방향으로 일정 간격을 두고 일단이 프레임(1)에 지지되는 동시에 다른 일단에 모터 커버(7)에 지지되는 아우터스테이터(6b), 이너스테이터(6a)와 아우터스테이터(6b) 사이에 일정 간극을 두고 설치된 영구 자석(6c), 가동부재(3)와 영구자석(6c)을 연결해주는 연결부재(6d)로 이루어진다.
이때, 이너스테이터(6a)는 라미네이션이 원주방향으로 적층되도록 구성되고, 아우터스테이터(6b)는 코일 권선체에 원주방향으로 일정 간격을 두고 코어 블록들 이 장착되기 때문에 아우터스테이터(6b)에 외부로부터 전원이 공급되면, 이너스테이터(6a)와 아우터스테이터(6b) 및 영구 자석(6c)이 상호 전자기력을 발생시키고, 영구자석(6c) 및 이와 연결된 가동부재(3)가 축방향으로 왕복 직선 운동하게 된다.
다음, 모터 커버(7)는 아우터스테이터(6b)를 고정시키기 위하여 아우터스테이터(6b)를 축방향으로 지지하는 동시에 프레임(1)에 볼트 고정되고, 본체 커버(9)는 모터 커버(7)에 결합되되, 모터 커버(7)와 본체 커버(9) 사이에는 가동부재(3)의 다른 일단과 연결된 서포터(8)가 완충 스프링들에 의해 축방향으로 탄성 지지되도록 설치된다.
이때, 본체 커버(9)는 쉘 측의 유입관으로부터 유입된 냉매가 통과할 수 있도록 소정의 흡입구가 구비된다.
다음, 머플러 어셈블리(10)는 가동부재(3) 내측에 축방향으로 길게 설치된 소음관(11), 가동부재(3)의 다른 일단 외측에 구비된 중공의 챔버(Chamber, 12), 챔버(12)의 입구 내측에 장착된 내관(13), 그리고, 챔버(13) 내측에 공간을 구획하더라도 냉매가 통과할 수 있는 개구부를 구비하는 격벽(14,15) 등으로 이루어진다.
물론, 머플러 어셈블리(10)는 냉매가 유동되면서 압력 및 유동 속도가 변하게 되고, 그에 따라 냉매의 유동 소음을 저감시키도록 한다.
따라서, 리니어 모터(6)가 작동되면, 가동부재(3) 및 이와 연결된 머플러 어셈블리(10)가 왕복 직선 운동하게 되고, 압축공간(P)의 압력이 가변됨에 따라 흡입밸브(4) 및 토출밸브 어셈블리(5)의 작동이 자동적으로 조절되며, 이와 같은 작동에 의해 냉매가 쉘 측의 흡입관, 본체 커버(9)의 개구부, 머플러 어셈블리(10), 가 동부재(3)의 개구부들(3h)을 지나 압축공간(P)으로 흡입되어 압축된 다음, 토출캡(5b), 루프 파이프 및 쉘 측의 유출관을 통하여 외부로 빠져나간다.
이때, 가동부재(3)가 상사점(TDC : Top dead center)과 하사점(BDC : Bottom dead center) 사이에서 왕복 직선 운동하되, 가동부재(3)를 비롯하여 영구자석(6c) 및 연결부재(6d), 서포터(8), 머플러 어셈블리(10)가 하나의 운동부로 구성되고, 이러한 운동부가 일체로 왕복 직선 운동하게 된다.
그러나, 종래의 왕복동식 압축기는 운동부가 왕복 직선 운동하면서 진동이 발생되는데, 이러한 진동은 운동부의 운동방향 전환 시에 운동 에너지가 진동으로 변환되어 더 크게 발생되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 가동부재를 비롯한 운동부가 운동방향을 전환하더라도 운동방향 전환 시에 진동을 저감시킬 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은 중공 형상의 고정부재; 고정부재 내측에서 왕복 직선 운동하고, 냉매를 압축시키는 가동부재; 그리고, 가동부재와 일체로 움직이고, 가동부재의 운동 방향 전환 시 관성력을 제공하여 진동을 저감시키는 관성 방진 수단;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기를 제공한다.
또한, 관성 방진 수단은 밀폐공간인 용기; 그리고, 용기 내측에 유동 가능하 게 설치된 유동부재;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기를 제공한다.
또한, 유동부재는 액체인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기를 제공한다.
또한, 가동부재 내측에 위치되고, 가동부재와 일체로 움직이면서 냉매의 유동 소음을 저감시키는 소음관;을 더 포함하고, 관성 방진 수단은 소음관의 외관에 장착된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기를 제공한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 일예가 도시된 도면이고, 도 3 및 도 4는 도 2의 주요부에서 작동 상태가 도시된 도면이다.
본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 일예인 리니어 압축기는 도 2에 도시된 바와 같이 쉘(미도시) 내측에 프레임(101), 고정부재(102), 가동부재(103), 흡입밸브(104), 토출밸브 어셈블리(105), 리니어 모터(106), 모터 커버(107), 서포터(108), 본체 커버(109), 완충 스프링(미도시), 머플러 어셈블리(110)로 이루어진 구조체가 탄성 지지되도록 설치되되, 가동부재와 일체로 움직이는 머플러 어셈블리(110)에 운동 방향 전환 시 발생되는 진동을 저감시킬 수 있도록 관성력을 제공하는 진동 방진 수단이 구비된다.
물론, 프레임(101), 고정부재(102), 가동부재(103), 흡입밸브(104), 토출밸브 어셈블리(105), 리니어 모터(106), 모터 커버(107), 서포터(108), 본체 커버(109)는 기존의 구성과 동일하기 때문에 자세한 설명은 생략한다.
보다 상세하게, 머플러 어셈블리(110)는 소음관(111), 챔버(112), 내 관(113), 격벽들(114,115)로 이루어지되, 소음관(111) 외관에 진동 방진 수단이 장착된다.
이때, 진동 방진 수단은 소음관(111) 이외에도 가동부재(103)와 일체로 움직이는 연결부재(106d), 서포터(108), 머플러 어셈블리(110) 등을 포함하는 운동부에 장착될 수 있으며, 일예로 머플러 어셈블리(110)의 다른 부분, 가동부재(103)의 내측면 등에 설치될 수 있다.
특히, 진동 방진 수단은 밀폐공간이 내부에 형성된 용기(116) 내측에 유동될 수 있는 유동부재(W)가 저장되도록 구성되되, 유동부재(W)가 담겨진 용기(116)에 소음관(111)이 관통되도록 하고, 그 연결부분이 밀봉되도록 설치된다.
여기서, 유동부재(W)는 유동이 가능한 모든 물질이 사용될 수 있으나, 고체 입자들이 사용되면, 소음 등의 문제가 발생됨에 따라 액체가 사용되는 것이 바람직하다.
이때, 유동부재(W)로 사용될 수 있는 액체는 점성이 낮고 유동성이 좋을 뿐 아니라 비교적 비중이 높은 것이 바람직하되, 일예로 손쉽게 구할 수 있는 물이 사용되거나, 고정부재(102)와 가동부재(103) 사이를 순환하면서 냉각시키는 에스테르 오일, 미네럴 오일 등이 사용되는 것이 더욱 바람직하다.
이와 같이, 가동부재(103), 영구자석(106c) 및 연결부재(106d), 서포터(108), 머플러 어셈블리(110), 진동 방진 수단 등이 서로 연결되어 운동부를 구성하고, 이러한 운동부는 리니어 모터(106)의 작동에 따라 왕복 직선 운동하게 되되, 진동 방진 수단이 추가됨에 따라 운동부 전체의 중량이 커지게 되고, 운동부의 중량이 커짐에 따라 진동이 크게 발생되는 문제점이 발생하는데, 이러한 문제점은 중량을 추가하기 위하여 서포터(108)와 함께 장착되는 중량부재(미도시)의 중량을 진동 방진 수단의 중량만큼 줄이도록 구성하여 해소할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 아우터스테이터(106b)로 전류가 공급되면, 이너스테이터(106a)와 아우터스테이터(106b) 및 영구자석(106c)의 상호 전자기력이 발생되고, 영구자석(106c)과 연결된 가동부재(103)가 상사점(TDC : Top dead center)에서 하사점(BDC : Bottom dead center) 사이에서 왕복 직선 운동하고, 그에 따라 압축공간(P)으로 냉매가 흡입된 다음, 압축되어 토출되도록 한다.
도 3에 도시된 바와 같이 가동부재(103)가 상사점(TDC)에서 하사점(BDC)으로 운동방향이 전환될 때, 운동부 전체는 상사점(TDC)에서 하사점(BDC)으로 구동력이 작용하여 하사점(BDC) 방향으로 이동하게 되는 반면, 용기(116) 내측에 유동부재(W)는 하사점(BDC)에서 상사점(TDC) 방향으로 관성력이 작용하여 상사점(TDC) 방향으로 쏠리게 되고, 그 시점에서 운동 에너지가 서로 상쇄되면서 진동이 줄어들게 된다.
물론, 상사점(TDC)에서 하사점(BDC)으로 운동 방향의 전환 시점을 지난 다음, 상사점(TDC)에서 하사점(BDC)으로 운동하는 동안, 압축공간(P) 내부의 압력이 상대적으로 낮아짐에 따라 흡입밸브(104)가 개방되고, 냉매가 쉘 측의 흡입관, 본체 커버(109)의 개구부, 머플러 어셈블리(110), 가동부재(103)의 개구부들(103h)을 지나 압축공간(P)으로 흡입된다.
다음, 도 4에 도시된 바와 같이 가동부재(103)가 하사점(BDC)에서 상사점(TDC)으로 운동방향이 전환될 때, 운동부 전체는 하사점(BDC)에서 상사점(TDC)으로 구동력이 작용하여 상사점(BDC) 방향으로 이동하게 되는 반면, 용기(116) 내측에 유동부재(W)는 상사점(TDC)에서 하사점(BDC) 방향으로 관성력이 작용하여 하사점(BDC) 방향으로 쏠리게 되고, 그 시점에서 운동 에너지가 서로 상쇄되면서 진동이 줄어들게 된다.
물론, 하사점(BDC)에서 상사점(TDC)으로 운동 방향의 전환 시점을 지난 다음, 하사점(BDC)에서 상사점(TDC)으로 운동하는 동안에는 압축공간(P) 내부의 압력이 상대적으로 높아짐에 따라 흡입밸브(104)가 닫히고, 압축공간(P)에서 냉매가 압축된 다음, 압축공간(P) 내부의 압력이 소정의 토출압력 이상으로 높아지면, 토출밸브 스프링(105c)이 압축되면서 토출밸브(105a)가 개방되어 압축공간(P)에서 압축된 냉매가 토출되며, 루프 파이프 및 쉘 측의 유출관을 통하여 외부로 빠져나간다.
이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 예로 들어 상세하게 설명하였다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 왕복동식 압축기는 가동부재와 함께 움직이는 운동부에 별도로 관성력이 작용할 수 있는 관성 방진 수단이 추가되기 때문에 운동부가 운동방향을 전환하더라도 운동방향 전환 시에 운동부의 운동 에너지 와 관성 방진 수단의 운동 에너지가 서로 반대방향으로 발생됨에 따라 운동부의 운동 에너지를 저감시킬 수 있어 진동 및 그에 따른 소음을 저감시킬 수 있고, 나아가 작동 신뢰성을 높일 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

  1. 중공 형상의 고정부재;
    고정부재 내측에서 왕복 직선 운동하고, 냉매를 압축시키는 가동부재; 그리고,
    가동부재와 일체로 움직이고, 가동부재의 운동 방향 전환 시 관성력을 제공하여 진동을 저감시키는 관성 방진 수단;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    관성 방진 수단은 밀폐공간인 용기; 그리고, 용기 내측에 유동 가능하게 설치된 유동부재;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    유동부재는 액체인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    가동부재 내측에 위치되고, 가동부재와 일체로 움직이면서 냉매의 유동 소음을 저감시키는 소음관;을 더 포함하고,
    관성 방진 수단은 소음관의 외관에 장착된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압 축기.
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