KR20080065093A - 리니어 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리니어 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리니어 압축기의 진동전달계의 구조를 개선하여 리니어 압축기에서 발생하는 진동을 감쇠하는 것을 가능하게 하는 리니어 압축기에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 루프 파이프 상의 진동에 따른 변위가 가장 큰 지점에 웨이트 부재를 적용하여 유효 질량을 부가함에 따라 전체적으로 리니어 압축기의 진동을 저감하는 효과가 있다.
리니어 압축기, 진동전달계, 루프 파이프, 지지 스프링, 웨이트 부재

Description

리니어 압축기{LINEAR COMPRESSOR}
도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기 일례의 단면을 나타낸 도면.
도 2 및 도 3은 종래의 기술에 따른 리니어 압축기의 일례를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 루프 파이프에 외경이 더 큰 웨이트 부재를 덧씌운 형상을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 루프 파이프의 자유도를 나타낸 도면.
도 6은 종래 기술과 본 발명에 따른 진동 전달력의 가속도 값을 비교한 도표.
<주요 도면 부호의 설명>
52: 피스톤 53: 프레임
54: 실린더 56: 흡입 밸브
62: 토출밸브 64: 토출밸브 스프링
66,68: 토출커버 70: 토출밸브 어셈블리
80: 루프 파이프
본 발명은 리니어 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리니어 압축기의 진동전달계의 구조를 개선하여 리니어 압축기에서 발생하는 진동을 감쇠하는 것을 가능하게 하는 리니어 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 압축기(Compressor)는 전기 모터나 터빈 등의 동력 발생 장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동 가스를 압축하여 압력을 높여주는 기계 장치로서, 냉장고와 에어콘 등과 같은 가전 기기 또는 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.
이러한 압축기를 크게 분류하면, 피스톤과 실린더 사이에 작동 가스가 흡입 및 토출되는 압축 공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동을 하면서 냉매를 압축하는 왕복동식 압축기(Reciprocating Compressor)와, 편심 회전되는 롤러(Roller)와 실린더 사이에 작동 가스가 흡입 및 토출되는 압축 공간이 형성되도록 하여 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전되면서 냉매를 압축하는 회전식 압축기(Rotary Compressor)와, 선회 스크롤(Orbiting Scroll)과 고정 스크롤(Fixed Scroll) 사이에 작동 가스가 흡입 및 토출되는 압축 공간이 형성되도록 하여 선회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전하면서 냉매를 압축하는 스크롤식 압축기(Scroll Compressor)로 나뉘어 진다.
최근에는 왕복동식 압축기 중에서 특히 피스톤이 왕복 직선 운동하는 구동 모터에 직접 연결되도록 하여 운동 전환에 의한 기계적인 손실이 없어 압축 효율을 향상시킬 뿐 아니라 구조가 간단한 리니어 압축기가 많이 개발되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기 일례의 단면을 나타낸 도면으로서, 실린더(54)는 프레임(53)에 설치되고, 피스톤(52)이 실린더(54) 내부에서 왕복 운동하고, 이에 따라 피스톤(52)이 실린더(54)와 피스톤(52) 사이에 형성된 압축공간(P)으로 흡입된 냉매를 압축시킨 다음, 실린더(54) 일단에 형성된 토출 공간(D)으로 냉매가 토출된다. 이를 위해, 토출 커버(66,68)가 토출공간(D)이 형성되도록 실린더(54)의 일측에 위치함과 동시에 프레임(53)에 설치되고, 토출커버(66,68)와 실린더(54) 일단 사이에 압축공간(P)를 개폐하도록 토출 밸브(62)가 위치한다. 이때, 토출밸브(62)는 토출커버(66,68)에 설치된 토출밸브 스프링(64)에 의해서 탄성 지지된다. 여기서, 압축공간(P)으로 냉매가 흡입될 수 있도록 피스톤(52)의 일단에는 포트(2h)가 형성되는 동시에 포트(2h)를 개폐하는 박형의 흡입 밸브(56)가 설치된다. 압축된 냉매는 루프 파이프(80)를 거쳐 외부의 응축기로 전달된다.
그러나, 종래의 리니어 압축기의 토출 밸브 어셈블리(70)는 토출커버(66,68)가 프레임(53)에 설치되면서 실린더(54) 일단에 맞닿음에 따라, 리니어 압축기의 운전에 따라 진동이 크게 발생되는 문제점이 있다.
도 2 및 도 3은 종래 기술에 따른 왕복동식 압축기의 일례를 도시한 도면으로서, 종래 기술에 따른 왕복동식 압축기의 일예인 리니어 압축기는 상부 쉘(12) 및 하부 쉘(11)이 맞물려 밀폐공간을 내부에 형성하는 쉘(10) 내측에 프레임(20), 실린더(21), 피스톤(26), 리니어 모터(30), 모터 커버(40), 서포터(미도시), 본체 커버(50) 및 완충 스프링(미도시) 등을 포함하는 구조체가 설치되되, 쉘 내측에 구조체가 탄성 지지되도록 설치된다.
보다 상세하게는, 쉘(10) 일측에는 냉매가 각각 흡/토출되는 흡입관(미도시) 및 토출관(미도시)이 구비되며, 리니어 모터(30)로 전원을 공급하는 커넥터(13)가 구비된다.
이때, 쉘(10) 바닥면에는 구조체를 탄성 지지하도록 네 군데 지점에 평평하게 형성된 하부 지지단(14)이 구비되고, 하부 지지단(14) 위에 하나의 스프링(15a)이 올려진 다음, 그 위에 관절부(16) 및 다른 스프링(15b)이 순차적으로 연결되되, 두 개의 스프링(15a,15b) 및 이를 연결하는 플라스틱 재질의 관절부(16)가 하나의 스프링 어셈블리를 구성하게 된다.
다음, 프레임(20)에는 실린더(21)의 일단이 관통되도록 설치되고, 실린더(21) 일단에는 압축된 냉매를 토출시키는 토출밸브 어셈블리(22)가 장착되며, 토출밸브 어셈블리(22)에는 토출되는 냉매의 유동 진동 및 소음을 저감시키는 루프 파이프(23)가 연결된다.
또한, 프레임(20)의 일면 하부에는 실린더(21)와 피스톤(26) 사이로 쉘(10)에 보관된 오일을 펌핑하여 순환시키는 오일공급장치(24)가 장착되며, 프레임(20)의 일면에 상기의 스프링 어셈블리가 지지될 수 있는 상부 지지단(25)이 돌출된다.
다음, 리니어 모터(30)는 피스톤(26) 외측에 고정된 이너스테이터(미도시) 및 이와 반경방향으로 일정 간격을 유지하는 아우터스테이터(31), 그 사이에 간극을 유지하면서 피스톤(26)과 연결된 영구자석(미도시)으로 이루어진다.
물론, 외부 전원이 커넥터(13)를 통하여 아우터스테이터(31)로 공급됨에 따라 이너스테이터(미도시)와 아우터스테이터(31) 및 영구자석의 상호 전자기력에 의해 축방향으로 피스톤(26)이 왕복 직선 운동하게 된다.
다음, 모터 커버(40)는 아우터스테이터(31)를 프레임(20)에 고정시키되, 아우터스테이터(31)의 축방향으로 프레임(20)과 모터 커버(40)가 지지되도록 한 다음, 모터 커버(40)를 프레임(20)에 볼트(B) 조립한다.
다음, 본체 커버(50)는 모터 커버(40)에 고정되되, 그 내측에 소정의 공간을 확보하여 서포터(미도시) 및 완충 스프링(미도시)이 설치되도록 한다.
이때, 모터 커버(40)와 본체 커버(50) 사이에 피스톤(26)의 일단과 연결된 서포터(미도시)가 위치되도록 하되, 서포터(미도시)는 완충 스프링(미도시)에 의해 모터 커버(40) 및 본체 커버(50)에 탄성 지지되고, 피스톤(26) 및 서포터(미도시)가 왕복 직선 운동함에 따라 축방향으로 완충 스프링(미도시)에 의해 완충 작용을 하게 된다.
물론, 프레임(20)의 상부 지지단(25) 및 본체 커버(50)에 네 개의 스프링 어셈블리가 나뉘어지도록 탄성 지지된다.
상기와 같이 구성된 왕복동식 압축기는 쉘(10) 내측에 구조체가 복수개의 스프링(15a,15b)과 관절부(16)에 의해 탄성 지지되기 때문에 피스톤(26)이 왕복 직선 운동함에 따라 구조체가 진동되더라도 스프링 어셈블리에 의해 완충되도록 하고, 구조체가 쉘(10)과 부딪히는 것도 방지했다.
그러나, 상기와 같은 종래의 기술에 따르면, 구조체의 구조 또는 질량이 변경되면 그에 대응하여 그 구조체의 진동을 지지하는 스프링 어셈블리를 변경해야 하는 설계 및 공정이 곤란한 문제점이 있다.
본 발명은, 루프 파이프에 웨이트 부재를 적용함으로써 루프 파이프의 감쇠 특성을 강화하여 리니어 압축기의 진동 전달력을 감소하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 실린더; 실린더 내부에서 왕복 운동하며 실린더와의 사이에서 압축 공간을 형성하고, 압축공간에 유입된 냉매를 압축하는 피스톤; 압축 공간에서 압축된 냉매가 토출되는 토출 공간이 형성되도록 실린더 일단 측에 위치하는 토출 커버; 토출 공간으로부터 냉매가 쉘 밖으로 전달되는 유로를 형성하는 루프 파이프; 및 루프 파이프상에 부가되어 진동을 감소시키는 웨이트 부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 루프 파이프 상에 고정되도록 설치된다. 또한 루프 파이프 상에 코일 형태로 적용됨으로써, 그 위치에 안정적으로 장착될 수 있다.
본 발명은, 웨이트 부재가 변위가 가장 크게 발생하는 루프 파이프의 지점에 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 웨이트 부재가 루프 파이프의 외경보다 소정 크기 더 큰 외경을 가지며, 루프 파이프에 소정 길이 덧씌워지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 웨이트 부재가 코일 형태인 것을 특징으로 한다.
실린더 내에서 압축된 냉매는 토출 공간을 거쳐 루프 파이프를 통해 리니어 압축기 쉘 외부의 응축기로 전달된다. 상기 실린더 내에서 피스톤이 왕복 운동을 함에 따라 리니어 압축기에는 큰 진동이 발생한다. 따라서, 본 발명의 목적은 리니어 압축기의 진동을 저감할 수 있는 구조를 제안하는 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 루프 파이프에 외경이 더 큰 웨이트 부재를 덧씌운 형상을 나타낸 도면으로서, 좌측의 루프 파이프(23)는 종래의 기술이고, 우측의 루프 파이프(24)는 본 발명에 의한 것이다. 우측의 루프 파이프(24)는 좌측의 루프 파이프(23)에 루프 파이프(23)의 외경보다 더 큰 웨이트 부재(27)(코일 웨이트)를 더 덧씌운 것이다. 웨이트 부재(27)가 덧씌워지는 위치는 리니어 압축기에 적용되는 루프 파이프(24)의 형상에 따라 달라질 수 있으며, 바람직하게는 가장 변위가 큰 지점이다.(이러한 지점은 실험을 통해 알 수 있다.) 따라서, 가장 변위가 큰 지점(가장 많이 떨리는 지점)에 웨이트 부재가 적용되는데 그 위치는 도 4에서 원형으로 점선 표시된 부분이다. 즉, 웨이트 부재가 적용된 지점에 유효 질량(effective mass)이 인가되는 효과를 가져오기 때문에 루프 파이프의 감쇠 특성을 향상시켜 진동이 저감되는 것이다.
예를 들어 상기 루프 파이프(23,24)의 재질은 구리이고, 상기 웨이트 부재(코일 웨이트)(27)의 재질은 강철일 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 루프 파이프의 자유도(degree of freedom)를 나타낸 도면으로서, mㅣp 는 웨이트 부재가 인가된 지점에 유효 질량이 인가된 것을 나타내고, 좌우측의 Kㅣp 는 본 발명에 따른 루프 파이프에서 웨이트 부재가 적용된 지점의 좌우측의 강성 계수를 의미한다. xㅣp 는 mㅣ p 의 이동 변위를 의미한다.
상기 도5의 계(시스템)를 미분 방정식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure 112007001738257-PAT00001
상기 미분 방정식의 해는
x lp = Acos(wt + θ),
Figure 112007001738257-PAT00002
이다.
따라서, 유효 질량 mlp 가 증가하면 주파수 w 가 감소하는 즉, 진동이 감쇠되는 것을 수학식을 통해서도 알 수 있다.
도 6은 종래 기술과 본 발명에 따른 진동 전달력의 가속도 값을 비교한 도표로서, '양산'이란 종래의 기술에 따른 리니어 압축기를 의미하고, "변경"이란 본 발명에 따른 리니어 압축기를 의미한다. ＃1, ＃2, ＃3은 3개의 시료를 가지고 각각 실험을 했음을 의미한다. 'Mean'은 3가지 실험의 평균값을 의미한다. 'X', 'Y', 'Z'는 각각 X축 방향, Y 축 방향, Z축 방향의 진동전달력 가속도를 의미한다.
Y축 방향은 전원공급부 방향이고, X축 방향은 Y축 방향과 함께 평면을 이루며 Y축 방향에 대해 직각을 이루는 방향이고, Z축 방향은 X축 방향과 Y축 방향이 이루는 평면에 대해 수직한 방향이다.
단위는 Gal = centimeter per sec2 이다.
여기서, Shell은
Figure 112007001738257-PAT00003
이고, 예를 들어 도 6의 도표에서 양산의 경우, ＃1 열의 X(=7.6), Y(=23.4), Z(=8.23)의 데이터로부터
Figure 112007001738257-PAT00004
이다.
E1은 전원 공급부측 이어마운트(ear mount; 쉘을 바로 세워 지지하는 다리)의 진동전달력 가속도이고, E2는 전원 공급부측 반대 방향의 이어마운트의 진동전달력 가속도이다.'E.M'은 'E1' 과 'E2'의 평균값이다.
즉, E.M = (E1 + E2)/2 이다.
예를 들어, 도 6의 도표에서 양산의 경우, ＃1 열의 E1(=48.4), E2(=29.6)의 데이터로부터
E.M = (48.4 + 29.6)/2 = 39.0
이다.
따라서, 도 6의 도표를 보면 알 수 있듯이, 본 발명에 따라 루프 파이프에 웨이트 부재를 적용한 결과, E.M의 평균값이 39.1 Gal에서 28.3 Gal로 약 28% 만큼 감소함을 볼 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명에 따르면, 루프 파이프 상의 진동에 따른 변위가 가장 큰 지점에 웨이트 부재를 적용하여 유효 질량을 부가함에 따라 전체적으로 리니어 압축기의 진동을 저감하는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 실린더;
    실린더 내부에서 왕복 운동하며 실린더와의 사이에서 압축 공간을 형성하고, 압축공간에 유입된 냉매를 압축하는 피스톤;
    압축 공간에서 압축된 냉매가 토출되는 토출 공간이 형성되도록 실린더 일단 측에 위치하는 토출 커버;
    토출 공간으로부터 냉매가 쉘 밖으로 전달되는 유로를 형성하는 루프 파이프; 및
    루프 파이프 상에 부가되어 진동을 감소시키는 웨이트 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    웨이트 부재는 변위가 가장 크게 발생하는 루프 파이프의 지점에 위치하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    웨이트 부재는 루프 파이프의 외경보다 소정 크기 더 큰 외경을 가지며, 루 프 파이프에 소정 길이 덧씌워지는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    웨이트 부재는 코일 형태인 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
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