KR20090041715A - 리니어 압축기 - Google Patents

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이상민
하성호
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 냉매가 압축되는 공간을 제공하고, 오일이 순환될 수 있는 오일 홈이 내주면에 구비된 실린더; 실린더 내부에서 왕복 직선 운동하고, 오일 홈을 제외한 실린더의 내주면과 맞닿도록 축방향으로 나열된 적어도 세 개 이상의 베어링부를 구비하는 피스톤을 포함하는 리니어 압축기를 제공하는 것이다.
피스톤, 실린더, 오일 홈, 베어링부

Description

리니어 압축기 {LINEAR COMPRESSOR}
본 발명은 리니어 압축기에 관한 것으로, 특히 실린더 내부의 피스톤이 구동 시 실린더 내주면의 오일 홈과 피스톤의 후방 베어링부의 마찰로 인한 손실을 개선하여 리니어 압축기의 효율을 향상시킬 수 있는 리니어 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 압축기(Compressor)는 전기모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축하여 압력을 높여주는 기계장치로써, 냉장고와 에어컨 등과 같은 가전기기 또는 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.
이러한 압축기를 크게 분류하면, 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키는 왕복동식 압축기(Reciprocating compressor)와, 편심 회전되는 롤러(Roller)와 실린더(Cyliner) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전되면서 냉매를 압축시키는 회전식 압축기(Rotary compressor)와, 선회 스크롤(Orbiting scroll)과 고정 스크롤(Fixed scroll) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 선회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전되면서 냉매를 압축시키는 스크롤식 압축기(Scroll compressor)로 나뉘어진다.
최근에는 왕복동식 압축기 중에서 특히 피스톤이 왕복 직선 운동하는 구동모터에 직접 연결되도록 하여 운동전환에 의한 기계적인 손실이 없이 압축효율을 향상시킬 뿐 아니라 구조가 간단한 리니어 압축기가 많이 개발되고 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 리니어 압축기의 일부가 도시된 도면이다. 리니어 압축기는 쉘(미도시) 내측에 실린더(2), 프레임(3), 피스톤(4), 흡입 밸브(6), 토출 밸브(8), 리니어 모터(10), 모터 커버(22), 연결 부재(30), 흡입 머플러 어셈블리(미도시) 등으로 이루어진 구조체가 탄성 지지되도록 설치된다.
실린더(2)가 프레임(3)에 끼움 고정되고, 토출 밸브(8)가 실린더(2)의 일단을 막아주도록 설치되는 반면, 피스톤(4)이 실린더(2) 내측에 삽입되고, 박형의 흡입 밸브(6)가 피스톤(2)의 흡입구(5)를 개폐시키도록 설치된다.
리니어 모터(10)는 이너스테이터(10a)와 아우터스테이터(10b) 사이에 간극을 유지하면서 영구자석(10c)이 왕복 직선 운동 가능하도록 설치되되, 영구자석(10c)이 연결 부재(30)에 의해 피스톤(4)과 연결되도록 설치된다. 모터 커버(22)는 아우터스테이터(10b)를 고정하기 위하여 아우터스테이터(10b)를 축방향으로 지지하는 동시에 프레임(3)에 볼트 고정되고, 냉매를 흡입시키는 흡입 머플러 어셈블리(미도시) 역시 연결 부재(30)와 같이 체결된다.
실린더(2) 하부에 오일 공급 장치(11)가 구비되고, 프레임(3)은 실린더(2)와 피스톤(4) 내부로 오일이 순환될 수 있도록 오일 공급 유로(12)와 오일 회수 유 로(13)를 구비하며, 실린더(2)와 피스톤(4) 사이로 유입된 오일의 순환을 위해 실린더(2) 내주면에 오일 홈(21)을 구비한다. 상기 피스톤(4)은 전방 베어링부(41)와 후방 베어링부(42)를 구비하며, 상기 전방 베어링부(41)와 후방 베어링부(42) 사이의 비 베어링부로 인해 운동 시 실린더(2) 내주면과 접촉 면적을 줄여 마찰을 줄일 수 있는 구조를 가진다.
리니어 모터(10)는 아우터스테이터(10b)와 이너스테이터(10a)의 상호 전자기력으로 영구자석(10c)이 직선 운동함과 동시에 실린더(2) 내의 피스톤(4) 및 이와 연결된 흡입 머플러 어셈블리(미도시)가 왕복 직선 운동하게 되고, 피스톤(4)의 운동과 동시에 실린더(2) 하부의 오일 공급 장치(11)에서 압력차로 인해 오일 공급 유로(12)를 따라 실린더(2)와 피스톤(4) 사이로 오일이 공급되며, 오일은 실린더(2)와 피스톤(4) 등과 같은 부품을 윤활,냉각시키는 작용을 한 다음 오일 회수 유로(13)를 따라 다시 쉘(미도시) 바닥면으로 회수된다.
실린더(2) 내부의 피스톤(4)은 상사점(TDC)과 하사점(BDC)사이에서 왕복 직선 운동하도록 구성되되, 상기 피스톤(4)이 상기 상사점(TDC)에서 하사점(BDC)으로 이동됨에 따라 상기 실린더(2)와 피스톤(4) 사이에 형성된 압축공간(P)으로 냉매가 흡입되고, 상기 피스톤(2)이 상기 하사점(BDC)에서 상사점(TDC)으로 이동됨에 따라 상기 압축공간(P)에서 냉매가 압축된 다음 토출된다.
따라서, 압축공간(P)의 압력이 가변됨에 따라 흡입밸브(6) 및 토출밸브(8)의 작동이 자동적으로 조절되며, 이와 같은 작동에 의해 냉매가 쉘(미도시) 측의 흡입관(미도시), 흡입 머플러 어셈블리(미도시), 피스톤(3)의 흡입구(5)를 지나 압축공 간(P)으로 흡입되어 압축된 다음, 토출캡(9), 루프 파이프(미도시) 및 쉘(미도시) 측의 유출관(미도시)을 통하여 외부로 빠져나가며, 위와 같은 과정을 반복한다.
도 2는 종래 기술에 의한 리니어 압축기의 피스톤 작동 일예가 도시된 도면이다. 리니어 모터(10)가 구동됨에 따라 피스톤(4)이 실린더(2) 내부에서 상사점(TDC)에서 하사점(BDC)으로 이동되면서 압축공간(P)이 늘어남에 따라 냉매의 압력차에 의해 흡입밸브(6)가 개방되어 냉매가 상기 압축공간(P)으로 흡입된다. 상기 피스톤(4)이 상기 실린더(2) 내부에서 하사점(BDC)에서 상사점(TDC)으로 이동하면 압축공간(P)이 줄어듦에 따라 냉매가 압축된 다음, 압력차에 의해 토출 밸브(8)가 개방되어 냉매가 압축공간(P)으로부터 토출된다.
피스톤(4)의 왕복 운동 시 피스톤(4)의 전방 베어링부(41)와 후방 베어링부(42) 사이의 비 베어링부의 길이 및 실린더(2)의 오일 홈(21)의 길이와 일치하지 않거나, 피스톤(4)의 과도 행정으로 피스톤(4)이 하사점(BDC)을 벗어나는 일이 발생할 수 있다.
따라서, 피스톤(4)이 실린더(2) 내부에서 운동 시 하사점(BDC)을 벗어나면, 피스톤(4)의 전방 베어링부(41)가 실린더(2) 내주면의 오일 홈(21)이 접촉하여 피스톤(4)의 외경이 손상될 뿐 아니라 실린더(2) 내의 오일 홈(21)에 치명적인 스크래치를 유발시켜 피스톤(4)과 실린더(2)의 변형 및 마모로 기계의 성능 저하 및 신뢰성 저하를 유발한다.
본 발명은 오일 홈을 가진 실린더 내에 피스톤의 운동 시 실린더의 내주면과 피스톤의 베어링부가 항상 접촉하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 본 발명의 목적은, 오일이 순환될 수 있는 오일 홈이 내주면에 구비된 실린더와 실린더 내부에서 왕복 직선 운동하고, 오일 홈을 제외한 실린더의 내주면과 맞닿도록 축방향으로 나열된 적어도 세 개 이상의 베어링부를 구비하는 피스톤을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 구성에 따라, 피스톤이 실린더의 오일 홈과 접촉이 일어 나지 않는다.
또한, 본 발명에서는 피스톤의 왕복 직선 운동 시, 세 개의 베어링부 중 적어도 하나 이상은 오일 홈을 제외한 실린더의 내주면과 접촉하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는 피스톤의 압축공간과 맞닿는 일단으로부터 축방향으로 전방 베어링부, 중간 베어링부, 후방 베어링부를 구비하고, 피스톤의 후방 베어링부는 피스톤의 왕복 직선 운동 시, 오일 홈을 제외한 실린더의 내주면과 접촉하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는 피스톤의 상사점에서 전방 베어링부과 후방 베어링부가 오일 홈을 제외한 실린더 내주면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기이다.
또한, 본 발명에서는 피스톤의 하사점에서 중간 베어링부와 후방 베어링부가 오일 홈을 제외한 실린더 내주면과 접촉하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에서는, 실린더 내에서 피스톤이 운동시 피스톤의 세 개의 베어링부 중 한 개는 실린더의 오일 홈을 제외한 내주면과 항상 접촉하기 때문에 실린더와 피스톤의 마모를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에서는, 피스톤의 적어도 한 베어링부가 실린더의 오일 홈을 제외한 내주면과 항상 접촉하면서 작동되기 때문에 피스톤의 작동 신뢰성을 확보할 수 있고, 나아가 실린더와 피스톤의 이상 작동 시 충돌로 인하여 발생되는 부품의 변형을 방지할 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은, 본 발명에 의한 리니어 압축기의 일부가 도시된 도면으로, 쉘(미도시) 일측에 각각 냉매가 유,출입되는 유입관(미도시) 및 유출관(미도시)이 연결 설치되고, 실린더(120), 피스톤(140), 이너스테이터(100a)와 아우터스테이터(100b) 및 영구자석(100c)을 포함하는 리니어 모터(100)를 포함한다.
이너스테이터(100a)는 실린더(120)의 외주에 고정되고, 아우터스테이터(100b)는 축방향으로 프레임(150)과 모터 커버(160)에 의해 고정되되, 프레임(150)과 모터 커버(160)가 체결 부재에 의해 체결되어 서로 결합하여, 프레 임(150)과 모터 커버(160) 사이에서 아우터스테이터(100b)가 고정된다.
피스톤(140)의 후방에는 연결 부재(170)와 흡입 머플러 어셈블리(미도시)가 연결되고, 흡입 머플러 어셈블리(미도시)를 통해 피스톤(140)으로 냉매가 유입되면서, 냉매 흡입시의 소음을 저감한다.
실린더(120) 하부에는 실린더(120)와 피스톤(140) 사이로 오일을 공급하는 오일 공급 장치(220)가 구비되고, 프레임(150)에는 실린더(120)와 피스톤(140) 사이로 오일을 공급하는 오일 공급 유로(221) 오일 회수 유로(222)를 구비하고, 실린더(120)는 실린더(120)와 피스톤(140)의 마찰을 줄일 수 있도록 실린더(120) 내주면에 오일 홈(121)을 구비한다. 피스톤(140)은 세 개의 베어링부(141, 142, 143)와 비 베어링부를 구비하고, 상기 비 베어링부는 피스톤(140)이 운동할 때, 피스톤(140)과 실린더(120)의 접촉 면적을 줄여 실린더(120)와 피스톤(140)의 마찰을 줄일 수 있으며, 상기 비 베어링부 및 실린더(120)의 오일 홈(121) 사이에 공간으로 오일 공급 유로(221) 및 오일 회수 유로(222)가 연통되도록 하여 오일이 순환되면서 실린더(120)와 피스톤(140) 사이를 윤활 및 냉각시키도록 한다.
리니어 모터(100)는 아우터스테이터(100b)와 이너스테이터(100a)의 상호 전자기력으로 영구자석(100c)이 직선 운동함과 동시에 실린더(120) 내의 피스톤(140) 및 이와 연결된 흡입 머플러 어셈블리(미도시)가 왕복 직선 운동하게 되고, 피스톤(140)의 운동 시 실린더(120) 하부의 오일 공급 장치(220)에서 압력차로 인해 피스톤(140)의 운동과 동시에 오일 공급 유로(221)를 따라 실린더(120)와 피스톤(140) 사이로 오일이 공급되며, 오일은 실린더(120)와 피스톤(140) 등과 같은 부 품을 윤활,냉각시키는 작용을 한 다음 오일 회수 유로(222)를 따라 다시 쉘(미도시) 바닥면으로 회수된다.
피스톤(140)이 상사점(TDC)에서 하사점(BDC)으로 이동 시 압축 공간(P) 내부의 압력이 설정 흡입 압력 이하로 낮아져 흡입 밸브(160)가 개방되면서 냉매가 상기 압축 공간(P)으로 흡입되고, 피스톤(140)이 하사점(BDC)에서 상사점(TDC)으로 이동 시 상기 흡입 밸브(190) 및 토출 밸브(200)가 닫힌 상태에서 상기 압축 공간(P) 내부의 냉매가 압축된다.
따라서, 압축 공간(P) 내부의 압력이 설정 토출 압력 이상으로 높아져 토출 밸브(200)가 개방되면서 냉매가 상기 압축 공간(P)으로부터 토출 공간으로 토출되며, 이와 같은 작동에 의해 냉매가 쉘 측의 흡입관(미도시), 백 커버(미도시)의 개구부, 흡입 머플러 어셈블리(미도시), 피스톤(140)의 흡입구들(180)을 지나 압축공간(P)으로 흡입되어 압축된 다음, 토출캡(210), 루프 파이프(미도시) 및 쉘(미도시) 측의 유출관을 통하여 외부로 빠져나가며, 위의 과정을 반복하게 된다.
도 4는, 본 발명에 의한 실린더 내부의 피스톤 상사점을 나타낸 측단면도이며, 도 5는 본 발명에 의한 실린더 내부의 피스톤 하사점을 나타낸 측단면도이다.
실린더(120) 내의 오일 홈(121)은 실린더(120)의 내부에서 피스톤(140)이 왕복 직선 운동 시 실린더(120)와 피스톤(140)의 마찰에 의한 손실을 줄이기 위해 구성된 것이며, 상기 피스톤(140)은 실린더(120)의 내주면과 맞닿는 세 개의 베어링부(141, 142, 143)는 축방향으로 구비되고, 상기 세 개의 베어링부(141, 142, 143)는 압축공간(P: 도 3에 도시)과 맞닿는 일단에서부터 전방 베어링부(141)와 중간 베어링부(142)와 후방 베어링부(143)가 순차대로 구성되고, 베어링부들(141,142,143) 사이에 비 베어링부가 구비되어 실린더와 사이에 오일이 순환할 수 있도록 구성된다.
피스톤(140)이 실린더(120) 내에서 왕복 직선 운동 시, 피스톤(140)의 세 개의 베어링부(141, 142, 143) 중 하나 이상은 오일 홈(121)을 제외한 실린더(120)의 내주면과 접촉하며 구동되고, 좀더 상세히 설명하면 실린더(120) 내부의 피스톤(140)가 상사점(TDC)에서 전방 베어링부(141)와 후방 베어링부(143)가 오일 홈(121)을 제외한 실린더(120) 내주면과 접촉하고, 하사점(BDC)으로 이동 시 중간 베어링부(142)와 전방 베어링부(141)가 오일 홈(121)을 제외한 실린더(120) 내주면과 접촉한다. 물론, 피스톤(140)의 베어링부들(141,142,143) 길이 및 실린더(120)의 오일 홈(121) 길이는 피스톤(140)의 행정 길이에 맞추어 다양하게 설계될 수 있다.
따라서, 외부 충격이 있거나, 피스톤(140)이 과도하게 왕복 직선 운동하더라도 피스톤(140)의 베어링부들(141,142,143) 중 하나는 실린더(120)의 오일 홈(121)을 제외한 내주면과 맞닿은 상태에서 왕복 직선 운동하기 때문에 피스톤(140)이 하사점(BDC)을 벗어나더라도 피스톤(140)의 중간 베어링부(142) 및 후방 베어링부(143)가 실린더(120)의 오일 홈(121)을 제외한 내주면과 맞닿은 상태를 유지하여 피스톤(140)의 전방 베어링부(141)가 실린더(120)의 오일 홈(121)과 접촉하는 것을 방지하여 작동 신뢰성을 확보할 수 있고, 그 결과 실린더(120)와 피스톤(140)의 충돌로 인한 부품의 변형/스크래치를 방지할 수 있다.
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.
도 1은, 종래 기술에 의한 리니어 압축기의 일부가 도시된 도면.
도 2는 종래 기술에 의한 리니어 압축기의 피스톤 작동 일예가 도시된 도면.
도 3은, 본 발명에 의한 리니어 압축기의 일부가 도시된 도면.
도 4는, 본 발명에 의한 실린더 내부의 피스톤 상사점을 나타낸 측단면도.
도 5는, 본 발명에 의한 실린더 내부의 피스톤 하사점을 나타낸 측단면도.

Claims (5)

  1. 냉매가 압축되는 공간을 제공하고, 오일이 순환될 수 있는 오일 홈이 내주면에 구비된 실린더;
    실린더 내부에서 왕복 직선 운동하고, 오일 홈을 제외한 실린더의 내주면과 맞닿도록 축방향으로 나열된 적어도 세 개 이상의 베어링부를 구비하는 피스톤을 포함하는 리니어 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    피스톤의 왕복 직선 운동 시, 세 개의 베어링부 중 적어도 하나 이상은 오일 홈을 제외한 실린더의 내주면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  3. 제3항에 있어서,
    피스톤은 압축공간과 맞닿는 일단으로부터 축방향으로 전방 베어링부, 중간 베어링부, 후방 베어링부를 구비하고,
    피스톤의 후방 베어링부는 피스톤의 왕복 직선 운동 시, 오일 홈을 제외한 실린더의 내주면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  4. 제3항에 있어서,
    피스톤의 상사점에서 전방 베어링부과 후방 베어링부가 오일 홈을 제외한 실린더 내주면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  5. 제3항에 있어서,
    피스톤의 하사점에서 중간 베어링부와 후방 베어링부가 오일 홈을 제외한 실린더 내주면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
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CN104895765A (zh) * 2014-03-04 2015-09-09 株式会社丰田自动织机 压缩机

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