KR20140030743A - 왕복동식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것이다. 본 발명은, 피스톤의 하반부에 대응되는 부위의 유체베어링의 총단면적이 반대쪽의 총단면적 보다 넓게 형성됨에 따라 피스톤이 자중에 의해 처지는 것을 방지하여 실린더와 피스톤 사이의 마찰손실이나 마모를 줄일 수 있다. 또, 유체베어링에 의해 피스톤의 자중을 안정적으로 지지함에 따라 피스톤을 공진시키는 공진스프링으로 압축코일스프링을 적용할 수 있고 이를 통해 실린더와 피스톤 사이의 동심도를 맞춰 조립하기가 용이할 뿐만 아니라 공진스프링의 종변형이 커서 압축기의 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

왕복동식 압축기{RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 유체베어링을 구비한 왕복동식 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 왕복동식 압축기는 피스톤이 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 흡입 압축하여 토출하는 방식이다. 왕복동식 압축기는 피스톤의 구동방식에 따라 연결형과 진동형으로 구분할 수 있다.

연결형 왕복동식 압축기는 피스톤이 회전모터의 회전축에 컨넥팅 로드로 연결되어 실린더에서 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 방식이다. 반면, 진동형 왕복동식 압축기는 피스톤이 왕복동 모터의 무버(mover)에 연결되어 진동하면서 실린더에서 왕복운동을 하여 냉매를 압축하는 방식이다. 본 발명은 진동형 왕복동식 압축기에 관한 것으로 이하에서는 진동형 왕복동식 압축기를 왕복동식 압축기라고 약칭한다.

왕복동식 압축기는 실린더와 피스톤 사이가 긴밀하게 실링된 상태에서 원활하게 윤활되어야 압축기 성능이 향상될 수 있다. 이를 위해, 종래에는 실린더와 피스톤 사이에 오일과 같은 윤활제를 공급하여 유막을 형성함으로써 실린더와 피스톤 사이를 실링하는 동시에 윤활하는 방식이 널리 알려져 있다. 하지만, 윤활제를 공급하는 방식에서는 별도의 오일공급장치가 필요하게 될 뿐만 아니라, 운전조건에 따라서는 오일부족이 발생되면서 압축기 성능이 저하될 수 있었다. 또, 일정량의 오일을 수용하기 위한 공간이 필요하므로 압축기의 크기가 커지는 것은 물론, 오일공급장치의 입구가 항상 오일에 잠길 수 있어야 하므로 압축기의 설치방향이 제한적일 수밖에 없었다.

상기와 같은 오일 윤활 방식의 왕복동식 압축기가 가지는 단점을 감안하여 도 1에서와 같이 피스톤(1)과 실린더(2) 사이로 압축가스의 일부를 바이패스 시켜 피스톤(1)과 실린더(2) 사이에 유체베어링이 형성되도록 하는 기술이 알려져 있다. 이는, 실린더(2)의 내주면으로 압축가스를 주입하기 위하여 직경이 작은 복수 개의 가스구멍(2a)이 관통 형성되어 있다.

이러한 기술은 피스톤(1)과 실린더(2) 사이에 오일을 공급하는 오일 윤활 방식에 비해 별도의 오일공급장치가 필요하지 않아 압축기의 윤활구조를 간소화할 수 있을 뿐만 아니라, 운전조건에 따른 오일부족을 예방하여 압축기의 성능을 일관되게 유지할 수 있다. 또, 압축기의 케이싱에 오일을 수용할 공간이 필요 없게 되므로 압축기를 소형화할 수 있고 압축기의 설치방향을 자유롭게 설계할 수 있는 이점이 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 왕복동식 압축기에서, 유체베어링을 적용하는 경우에는 피스톤(1)의 자중에 의해 처짐이 발생하여 피스톤(1)과 실린더(2) 사이에서의 동심도가 틀어질 수 있고 이로 인해 피스톤(1)과 실린더(2) 사이, 특히 피스톤(1)의 최하점이 실린더(2)에 근접되거나 접촉되면서 마찰손실이나 마모가 증가하는 문제점이 있었다.

또, 이를 감안하여, 도 2에서와 같이 판스프링(3)을 이용하여 피스톤(1)의 반경방향을 지지하는 경우에는 판스프링(3)의 특성상 피스톤(1)의 길이방향에 대한 수직방향으로의 변형(즉, 횡변형)이 거의 없기 때문에 피스톤(1)과 실린더(2) 사이의 동심도를 맞춰 조립하기가 상당히 난해할 수 있다. 따라서 판스프링(3)이 적용되는 경우에는 피스톤(1)과 판스프링(3)을 유연한(flexible) 커넥팅바(connecting bar)(미도시)로 연결하거나, 또는 커넥팅바(5a~5c)를 복수 개로 분할하여 적어도 한 개 이상(바람직하게는 두 개 이상)의 링크(6a~6b)로 연결할 수 있지만 이로 인해 제조비용이 증가할 뿐만 아니라, 피스톤(1)의 길이방향 변형(즉, 종변형)이 큰 판스프링의 특성상 노치부위에의 응력집중으로 인한 파손을 우려하여 피스톤(1)의 스트로크가 제한되거나 신뢰성이 저하되는 문제점도 있었다.

본 발명의 목적은, 실린더와 피스톤 사이를 유체베어링으로 지지하면서도 피스톤이 자중에 의해 처지는 것을 방지하여 실린더와 피스톤 사이의 마찰손실이나 마모를 줄일 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 실린더와 피스톤 사이를 유체베어링으로 지지하는 동시에 피스톤을 코일스프링으로 탄력 지지하면서도 피스톤을 안정적으로 지지할 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 실린더; 상기 실린더의 내부에 삽입되어 왕복운동을 하는 피스톤; 및 상기 실린더와 피스톤 사이로 유체를 주입하도록 상기 실린더의 내주면으로 관통되는 가스구멍을 가지는 유체베어링;을 포함하고, 상기 가스구멍은 실린더의 하반부에 위치하는 가스구멍의 총단면적이 상반부에 위치하는 가스구멍의 총단면적에 비해 크게 형성되는 왕복동식 압축기가 제공된다.

또, 내부공간을 갖는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 설치되고, 무버가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동 모터; 상기 왕복동 모터의 고정자에 결합되고, 압축공간을 형성하는 실린더; 상기 실린더에 삽입되어 왕복운동을 하는 피스톤; 상기 피스톤을 탄력 지지하여 그 피스톤의 전후 양측에 구비되는 압축코일스프링으로 된 공진스프링; 및 상기 실린더와 피스톤 사이로 유체를 주입하도록 상기 실린더의 내주면으로 관통된 가스구멍을 가지는 유체베어링;을 포함하고, 상기 가스구멍은 실린더의 하반부에 위치하는 가스구멍의 총단면적이 상반부에 위치하는 가스구멍의 총단면적에 비해 크게 형성되는 왕복동식 압축기가 제공된다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 피스톤의 하반부에 대응되는 부위의 유체베어링의 총단면적이 반대쪽의 총단면적 보다 넓게 형성됨에 따라 피스톤이 자중에 의해 처지는 것을 방지하여 실린더와 피스톤 사이의 마찰손실이나 마모를 줄일 수 있다.

또, 유체베어링에 의해 피스톤의 자중을 안정적으로 지지함에 따라 피스톤을 공진시키는 공진스프링으로 압축코일스프링을 적용할 수 있고 이를 통해 실린더와 피스톤 사이의 동심도를 맞춰 조립하기가 용이할 뿐만 아니라 공진스프링의 종변형이 커서 압축기의 신뢰성을 높일 수 있다.

도 1은 종래 가스베어링이 왕복동식 압축기에 적용된 예를 보인 종단면도,
도 2는 종래 판스프링이 왕복동식 압축기에 적용된 예를 보인 사시도,
도 3은 본 발명 왕복동식 압축기를 보인 종단면도,
도 4는 도 3에서 "A"부를 확대하여 보인 도면으로서, 유체베어링의 일실시예를 보인 단면도,
도 5 내지 도 7은 본 실시예에 의한 유체베어링이 적용되는 왕복동식 압축기에서 가스구멍의 위치별 단면적 및 개수를 설명하기 위해 보인 단면도,
도 8 내지 도 10은 본 실시예에 의한 유체베어링이 적용되는 왕복동식 압축기에서 가스구멍의 각 실시예를 보인 정면도.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명 왕복동식 압축기를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 왕복동식 압축기는, 케이싱(10)의 내부공간에 흡입관(12)이 연결되고, 후술할 토출커버(46)의 토출공간(S2)에 토출관(13)이 연결될 수 있다. 케이싱(10)의 내부공간(11)에 프레임(20)이 설치되고, 프레임(20)에는 왕복동 모터(30)의 스테이터(31)와 실린더(41)가 고정되며, 실린더(41)에는 왕복동 모터(30)의 무버(32)에 결합된 피스톤(42)이 삽입되어 왕복운동을 하도록 결합되고, 피스톤(42)의 운동방향 양측에는 그 피스톤(42)의 공진운동을 유도하는 공진스프링(51)(52)이 각각 설치될 수 있다.

그리고 실린더(41)에는 압축공간(S1)이 형성되고, 피스톤(42)에는 흡입유로(F)가 형성되며, 흡입유로(F)의 끝단에는 그 흡입유로(F)를 개폐하는 흡입밸브(43)가 설치되고, 실린더(41)의 선단면에는 그 실린더(41)의 압축공간(S1)을 개폐하는 토출밸브(44)가 설치될 수 있다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 왕복동식 압축기는, 왕복동 모터(30)에 전원이 인가되면 그 왕복동 모터(30)의 무버(32)가 스테이터(31)에 대해 왕복 운동을 하게 된다. 그러면 무버(32)에 결합된 피스톤(42)이 실린더(41)의 내부에서 직선으로 왕복 운동을 하면서 냉매를 흡입하여 압축한 후 토출하게 된다.

이를 상세히 살펴보면, 피스톤(42)이 후퇴하면 케이싱(10)의 냉매가 피스톤(42)의 흡입유로(F)를 통해 압축공간(S1)으로 흡입되고, 피스톤(42)이 전진하면 흡입유로(F)가 폐쇄되면서 압축공간(S1)의 냉매가 압축된다. 그리고 피스톤(42)이 더 전진을 하게 되면, 압축공간(S1)에서 압축되는 냉매가 토출밸브(44)를 열면서 토출되어 외부의 냉동사이클로 이동하게 된다.

여기서, 왕복동 모터(30)는, 스테이터(31)에 코일(35)이 삽입되어 결합되고, 코일(35)을 중심으로 한쪽에만 공극(air gap)이 형성될 수 있다. 그리고 무버(32)에는 스테이터(31)의 공극에 삽입되어 피스톤의 운동방향으로 왕복운동을 하는 마그네트(36)가 구비될 수 있다.

스테이터(31)는 복수 개의 스테이터 블록(31a)과, 스테이터 블록(31a)의 일측에 각각 결합되어 각각의 스테이터 블록(31a)과 함께 공극부(31c)를 형성하는 복수 개의 폴 블록(31b)으로 이루어질 수 있다.

스테이터 블록(31a)과 폴 블록(31b)은 다수 장의 얇은 스테이터 코어를 겹겹이 적층하여 축방향 투영시 원호 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 스테이터 블록(31a)은 축방향 투영시 요홈(ㄷ) 모양으로 형성되고, 상기 폴 블록(31b)은 축방향 투영시 장방형(ㅣ)으로 형성될 수 있다.

무버(32)는 원통모양으로 형성되는 마그네트 홀더(32a)와, 마그네트 홀더(32a)의 외주면에 원주방향을 따라 결합되어 코일(35)과 함께 자속을 형성하는 복수 개의 마그네트(36)로 이루어질 수 있다.

마그네트 홀더(32a)는 비자성체로 형성되는 것이 자속누설을 방지하는데 바람직하나, 굳이 비자성체로 한정할 필요는 없다. 그리고 마그네트 홀더(32a)의 외주면은 마그네트(36)가 선접촉되어 부착될 수 있도록 원형으로 형성될 수 있다. 그리고 마그네트 홀더(32a)의 외주면에는 마그네트(36)가 삽입되어 운동방향으로 지지될 수 있도록 띠 모양으로 마그네트 장착홈(미도시)이 형성될 수 있다.

마그네트(36)는 육면체 모양으로 형성되어 마그네트 홀더(32a)의 외주면에 낱개씩 부착될 수도 있다. 그리고 마그네트(36)가 낱개씩 부착될 경우 그 마그네트(36)의 외주면에는 별도의 고정링이나 복합재료로 된 테이프 등과 같은 지지부재(미도시)로 감싸 고정시킬 수 있다.

그리고 마그네트(36)는 마그네트 홀더(32a)의 외주면에 원주방향을 따라 연이어 부착될 수도 있지만, 스테이터(31)가 복수 개의 스테이터 블록(31a)으로 이루어지고 그 복수 개의 스테이터 블록(31a)이 원주방향을 따라 소정의 간격을 가지도록 배열됨에 따라 마그네트(36) 역시 마그네트 홀더(32a)의 외주면에서 원주방향을 따라 소정의 간격, 즉 스테이터 블록간 간격을 가지도록 부착되는 것이 마그네트의 사용량을 최소화할 수 있어 바람직할 수 있다.

그리고 마그네트(36)는 그 운동방향 길이가 공극부(31c)의 운동방향 길이보다는 작지 않게, 정확하게는 공극부(31c)의 운동방향 길이보다는 크게 형성되고, 초기위치 또는 운전시 적어도 운동방향의 한쪽 끝단이 공극부(31c)의 내부에 위치하도록 배치되는 것이 안정적인 왕복운동을 위해 바람직할 수 있다.

그리고 마그네트(36)는 운동방향으로 한개씩만 배치될 수도 있으나, 경우에 따라서는 운동방향을 따라 복수 개씩 배치될 수도 있다. 그리고 마그네트는 운동방향을 따라 N극과 S극이 대응되도록 배치될 수 있다.

상기와 같은 왕복동 모터는 스테이터가 한 개의 공극부(31c)을 가지도록 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 코일을 중심으로 길이방향 양측에 각각 공극부(미도시)를 가지도록 형성될 수도 있다. 이 경우에도 무버는 전술한 실시예와 동일하게 형성될 수 있다.

한편, 상기와 같은 왕복동식 압축기에서는, 실린더(41)와 피스톤(42) 사이에서의 마찰손실을 줄여야 압축기의 성능을 높일 수 있다. 이를 위해, 압축가스의 일부를 실린더(41)의 내주면과 피스톤(42)의 외주면 사이로 바이패스시켜 가스력으로 실린더(41)와 피스톤(42) 사이를 윤활하는 유체베어링이 알려져 있다.

도 4는 도 3에서 "A"부를 확대하여 보인 도면으로서, 유체베어링의 일실시예를 보인 단면도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 유체베어링(100)은 프레임(20)의 내주면에 소정의 깊이만큼 형성되는 가스포켓(110)과, 가스포켓(110)에 연통되어 실린더(41)의 내주면으로 관통 형성되는 복수 열의 가스구멍(120)으로 이루어질 수 있다. 여기서, 가스구멍의 열이라 함은 실린더의 길이방향으로 같은 길이에 위치하는 동일 원주상에 형성되는 가스구멍들을 지칭한다.

가스포켓(110)은 프레임(20)의 내주면 전체에 환형으로 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 프레임(20)의 원주방향을 따라 소정의 간격을 가지고 복수 개로 형성될 수도 있다.

가스포켓(110)의 입구에는 압축공간에서 토출공간(S2)으로 토출된 압축가스의 일부를 그 토출공간에서 유체베어링(100)으로 안내하기 위한 가스안내부(200)가 결합될 수 있다.

가스안내부(200)는 실린더(41)의 선단면에 결합되는 토출커버(46)의 토출공간(S2)을 가스포켓(110)의 입구에 연결하는 가스안내관(210)과, 가스안내관에 설치되어 유체베어링(100)으로 유입되는 냉매가스에서 이물질을 걸러내는 필터유닛(220)으로 이루어질 수 있다.

여기서, 가스포켓(110)은 프레임(20)과 실린더(41) 사이에 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 실린더(41)의 내부, 즉 실린더(41)의 선단면에서 길이방향으로 형성될 수도 있다. 이 경우에는 가스포켓(110)이 토출커버(46)의 토출공간(S2)과 직접 연통되도록 형성되므로 별도의 가스안내부가 필요 없어 조립공정이 간소화되고 제조비용이 절감될 수 있다.

한편, 상기와 같은 유체베어링이 구비되는 왕복동식 압축기는 판스프링을 사용하지 않고 압축기의 설치형태를 다양하게 변경하는 동시에 별도의 커넥팅바 또는 링크의 사용을 배제하여 재료비용과 조립공수를 줄일 수 있도록 공진스프링으로 코일스프링을 적용하는 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 공진스프링은 무버(32)와 피스톤(42)에 결합되는 스프링서포터(53)의 전후방향 양측에 각각 설치되는 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)으로 이루어진다.

제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)은 각각 복수 개씩 구비되어 각각 원주방향을 따라 배열된다. 하지만, 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52) 중에서 어느 한쪽 공진스프링만 복수 개로 구비되고 다른 쪽 공진스프링은 한 개만 구비될 수도 있다.

제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)은 전술한 바와 같이 압축코일스프링으로 이루어짐에 따라 공진스프링(51)(52)들이 신축운동을 할 때 측힘(side force)이 발생될 수 있다. 따라서 공진스프링(51)(52)은 그 공진스프링(51)(52)들의 측힘(side force) 또는 토션모멘트(torsion moment)를 상쇄시킬 수 있도록 배열될 수 있다.

예를 들어, 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)이 원주방향을 따라 2개씩 번갈아 배열되는 경우에는 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)은 그 끝단이 상기 피스톤(42)의 중심을 기준으로 할 때 동일한 위치에서 모두 반시계방향으로 감기는 동시에, 각각의 대각선 방향에 위치하는 같은 쪽 공진스프링끼리는 서로 반대방향으로 측힘과 토션모멘트가 발생될 수 있도록 서로 대칭되게 귀맞춤되어 배열될 수 있다.

그리고 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)은 원주방향을 따라 서로 반대방향으로 측힘과 토션모멘트가 발생될 수 있도록 각 공진스프링의 끝점을 서로 대칭되게 귀맞춤하여 배열할 수도 있다.

여기서, 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)의 단부가 고정되는 프레임이나 스프링 서포터(53)에는 공진스프링(51)(52)이 압입되어 고정될 수 있도록 스프링 고정돌부(531)(532)가 각각 형성되는 것이 귀맞춤된 공진스프링의 회전을 방지할 수 있어 바람직하다.

제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)은 서로 동일한 개수로 구비될 수 있고, 서로 다른 개수로 구비될 수도 있다. 다만, 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)은 각각 동일한 탄성력을 가지도록 구비되면 족하다.

상기와 같이 압축코일스프링으로 된 공진스프링(51)(52)이 적용되는 경우에는 그 압축코일스프링의 특성상 신축되는 과정에서 측힘이 발생되어 피스톤(42)의 직진성이 틀어질 수 있으나, 본 실시예와 같이 복수 개씩의 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)이 서로 반대방향으로 감기도록 배열됨에 따라 각각의 공진스프링(51)(52)에서 발생되는 측힘과 토션모멘트가 대각선 방향으로 대칭되는 공진스프링에 의해 상쇄됨으로써 피스톤(42)의 직진성을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 공진스프링(51)(52)과 접하는 면이 마멸되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

또, 공진스프링(51)(52)이 피스톤(42)의 횡방향을 구속하지 않고 종변형이 작은 압축코일스프링을 적용함에 따라 압축기를 횡형은 물론 입형으로도 설치할 수 있을 뿐만 아니라 무버(32)와 피스톤(42)을 별도의 커넥팅바 또는 링크로 연결할 필요가 없어 그만큼 재료비용과 조립공수를 줄일 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 피스톤이 실린더의 길이보다 길게 형성되어 피스톤의 자중이 증가함에도 불구하고 공진스프링이 압축코일스프링으로 구비됨에 따라 압축코일스프링의 특성상 피스톤의 처짐이 발생될 수 있고 이로 인해 피스톤과 실린더 사이에 마찰손실이나 마모가 발생될 수 있다. 특히 실린더와 피스톤 사이에 오일을 공급하지 않고 가스를 공급하여 피스톤을 지지하는 경우에는 가스구멍을 적절하게 배치하여야 피스톤의 처짐을 방지할 수 있고 이를 통해 실린더와 피스톤 사이의 마찰손실이나 마모를 방지할 수 있다.

도 5 내지 도 7은 본 실시예에 의한 유체베어링이 적용되는 왕복동식 압축기에서 가스구멍의 위치별 단면적 및 개수를 설명하기 위해 보인 단면도이다.

본 실시예에서는 실린더(41)의 하반부(D1)에 위치하는 가스구멍(이하, 하측 가스구멍)(120a)의 총단면적이 상반부에 위치하는 가스구멍(이하, 상측 가스구멍)(120b)의 총단면적에 비해 크게 형성될 수 있다.

이를 위해, 도 5에서와 같이 하측 가스구멍(120a)의 개수가 상측 가스구멍(120b)의 개수보다 많게 형성될 수 있다. 하지만 하측 가스구멍(120a)의 개수가 상측 가스구멍(120b)의 개수에 비해 너무 많게 되면 피스톤(42)이 오히려 상측으로 밀려 피스톤(42)과 실린더(41)의 상반부가 밀착될 수 있으므로 하측 가스구멍(120a)의 개수와 상측 가스구멍(120b)의 개수는 적절하게, 하측 가스구멍(120a)의 크기가 상측 가스구멍(120b)의 크기에 비해 대략 10~50%정도 많게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

또, 도 6에서와 같이 가스구멍(120)은 실린더(41)의 최상점에서 최하점으로 갈수록 가스구멍(120)의 개수를 점차 증가시킬 수 있다. 즉, 실린더(41)의 최상점에서 최하점으로 갈수록 가스구멍들 사이의 간격(α1>α2··)을 좁혀 가스구멍(120)이 최하점으로 갈수록 많아지게 배치함으로써 유체베어링(100)의 하측 지지력을 높일 수 있다.

한편, 도 7에서와 같이 하측 가스구멍(120a)과 상측 가스구멍(120b)의 개수는 동일하게 하되 각 하측 가스구멍(120a)의 크기(즉, 단면적)(t1)을 각 상측 가스구멍(120a)의 크기(t2)보다 크게 형성할 수도 있다. 이 경우에도 하측 가스구멍(120a)의 크기(t1)가 상측 가스구멍(120b)의 크기(t2)에 비해 너무 크게 되면 피스톤(42)이 오히려 상측으로 밀려 피스톤(42)과 실린더(41)의 상반부가 밀착될 수 있으므로 하측 가스구멍(120a)의 크기(t1)와 하측 가스구멍(120b)의 크기(t2)는 적절하게, 하측 가스구멍(120a)의 크기(t1)가 상측 가스구멍(120b)의 크기(t2)에 비해 대략 30~60%정도 크게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

그리고 이 경우에도 실린더(41)의 최상점에서 최하점으로 갈수록 가스구멍(120)의 크기를 점차 증가시킬 수 있다. 즉, 실린더(41)의 최상점에서 최하점으로 갈수록 가스구멍(120)의 크기를 점차 크게 하여 가스구멍(120)의 단면적이 최하점으로 갈수록 커지게 형성함으로써 유체베어링(100)의 하측 지지력을 높일 수 있다.

한편, 가스구멍의 입구에는 가스포켓으로 유입된 압축가스를 각각의 가스구멍(120)으로 안내하기 위한 가스안내홈이 형성될 수 있다.

도 8 내지 도 10은 본 실시예에 의한 유체베어링이 적용되는 왕복동식 압축기에서 가스구멍의 각 실시예를 보인 정면도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 가스안내홈(125)은 각 열마다의 가스구멍(121)(122)(123)(124)이 서로 연통되도록 환형으로 형성될 수도 있지만, 도 9에서와 같이 가스안내홈(126)은 각 열마다의 각 가스구멍(121)(122)(123)(124)이 서로 독립되도록 복수 개가 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 형성될 수도 있다.

여기서, 가스안내홈(125)은 가스포켓(110)으로 유입된 압축가스가 가스구멍(120)으로 주입되기 전에 일종의 버퍼(buffer) 역할을 할 수 있도록 하여 압축가스가 균일한 압력으로 실린더(41)와 피스톤(42) 사이에 주입되도록 할 수 있다. 이를 위해서는 도 8에서와 같이 환형으로 가스안내홈(125)이 형성되는 것이 해당 열의 모든 가스구멍에 대해 동일한 압력으로 균압을 시킬 수 있어 바람직하나, 이 경우에는 가스안내홈(125)이 형성되는 부위에서의 실린더 두께가 얇아져 강도가 저하될 수 있다. 따라서 도 9에서와 같이 가스안내홈(126)이 각각의 가스구멍(120)을 개별적으로 구비하도록 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 형성하는 것이 압축가스를 균압시키는 동시에 실린더의 강도도 보상할 수 있어 바람직할 수 있다.

또, 도 10에서와 같이 가스구멍(120)은 별도의 가스안내홈 없이 실린더(41)의 외주면에 접하는 외주단과 내주면에 접하는 내주단이 동일한 단면적을 가지도록 미세구멍으로 형성될 수도 있다. 이 경우 가스구멍에 별도의 가스안내홈이 형성되지 않음에 따라 가스포켓(110)의 체적이 전술한 실시예들보다는 더 크게 형성되는 것이 압축가스를 균압시키는데 바람직할 수 있다.

한편, 전술한 실시예들에서는 왕복동 모터의 스테이터에 실린더가 삽입되는 것이나, 왕복동 모터가 실린더를 포함한 압축유닛과 소정의 간격을 두고 기구적으로 결합되는 경우에도 상기와 같은 가스구멍의 위치는 동일하게 적용될 수 있다. 이에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다.

또, 전술한 실시예들에서는 피스톤이 왕복운동을 하도록 구성되어 그 피스톤의 운동방향 양측에 공진스프링이 각각 설치되는 것이나, 경우에 따라서는 실린더가 왕복운동을 하도록 구성되어 그 실린더의 양측에 공진스프링이 설치될 수도 있다. 이 경우에도 가스구멍의 위치는 전술한 실시예들과 같이 배열될 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

30 : 왕복동 모터 31 : 스테이터
31a : 스테이터 블록 31b : 폴 블록
31c : 공극부 32 : 무버
32a : 마그네트 홀더 36 : 마그네트
41 : 실린더 42 : 피스톤
51,52 : 공진스프링 100 : 유체베어링
110 : 가스포켓 120 : 가스구멍
121~124 : 제1,제2,제3,제4 가스구멍
200 : 가스안내부

Claims (13)

1. 실린더;
   상기 실린더의 내부에 삽입되어 왕복운동을 하는 피스톤; 및
   상기 실린더와 피스톤 사이로 유체를 주입하도록 상기 실린더의 내주면으로 관통되는 가스구멍을 가지는 유체베어링;을 포함하고,
   상기 가스구멍은 실린더의 하반부에 위치하는 가스구멍의 총단면적이 상반부에 위치하는 가스구멍의 총단면적에 비해 크게 형성되는 왕복동식 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가스구멍 중에서 하반부에 위치하는 가스구멍의 개수가 상반부에 위치하는 가스구멍의 개수보다 많게 형성되는 왕복동식 압축기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 가스구멍 중에서 하반부에 위치하는 각 가스구멍의 단면적이 상반부에 위치하는 각 가스구멍의 단면적보다 크게 형성되는 왕복동식 압축기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 가스구멍은 실린더의 최하점으로 갈수록 각 가스구멍의 단면적이 커지게 형성되며, 상기 실린더의 최하점과 최상점을 연결하는 가상선을 중심으로 양측이 대칭되게 형성되는 왕복동식 압축기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 가스구멍은 실린더의 최하점으로 갈수록 각 가스구멍의 간격이 좁아지도록 형성되며, 상기 실린더의 최하점과 최상점을 연결하는 가상선을 중심으로 양측이 대칭되게 형성되는 왕복동식 압축기.
6. 제1항 내지 제5항의 어느 한 항에 있어서,
   상기 실린더의 외주면에는 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 복수 개의 가스안내홈이 형성되며,
   상기 가스안내홈에는 가스구멍이 각각 형성되는 왕복동식 압축기.
7. 제1항 내지 제5항의 어느 한 항에 있어서,
   상기 실린더의 외주면에는 원주방향을 따라 환형으로 연결되는 가스안내홈이 형성되며,
   상기 가스안내홈에 복수 개의 가스구멍이 일정 간격을 두고 형성되는 왕복동식 압축기.
8. 제1항 내지 제5항의 어느 한 항에 있어서,
   상기 가스구멍은 실린더의 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 복수 개가 형성되며,
   상기 가스구멍은 상기 실린더의 외주면에 접하는 제1단에서 내주면에 접하는 제2단까지 동일한 단면적으로 형성되는 왕복동식 압축기.
9. 제1항에 있어서,
   상기 피스톤은 상기 압축공간에 연통되는 흡입유로가 상기 피스톤측 베어링면를 길이방향으로 관통하여 형성되고,
   상기 피스톤의 후방단에는 반경으로 연장되어 상기 왕복동 모터의 무버에 결합되도록 플랜지가 형성되며,
   상기 플랜지의 길이방향 양측에는 압축코일스프링으로 된 공진스프링이 탄력 지지되는 왕복동식 압축기.
10. 제1항에 있어서,
    상기 실린더의 외주면을 감싸도록 결합되는 프레임이 더 구비되고,
    상기 실린더의 외주면 또는 상기 프레임의 내주면에는 상기 가스구멍과 연통되도록 가스포켓이 형성되는 왕복동식 압축기.
11. 제10항에 있어서,
    상기 실린더의 선단측에 구비되어 상기 압축공간을 개폐하는 토출밸브; 및
    상기 토출밸브에 의해 상기 압축공간과 선택적으로 연통되도록 토출공간이 구비되어 상기 실린더의 선단측에 설치되는 토출커버;를 더 포함하고,
    상기 토출공간과 가스포켓이 상기 토출커버의 외부에서 연결되는 왕복동식 압축기.
12. 내부공간을 갖는 케이싱;
    상기 케이싱의 내부공간에 설치되고, 무버가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동 모터;
    상기 왕복동 모터의 고정자에 결합되고, 압축공간을 형성하는 실린더;
    상기 실린더에 삽입되어 왕복운동을 하는 피스톤;
    상기 피스톤을 탄력 지지하여 그 피스톤의 전후 양측에 구비되는 압축코일스프링으로 된 공진스프링; 및
    상기 실린더와 피스톤 사이로 유체를 주입하도록 상기 실린더의 내주면으로 관통된 가스구멍을 가지는 유체베어링;을 포함하고,
    상기 가스구멍은 실린더의 하반부에 위치하는 가스구멍의 총단면적이 상반부에 위치하는 가스구멍의 총단면적에 비해 크게 형성되는 왕복동식 압축기.
13. 제12항에 있어서,
    상기 실린더의 외주면에는 가스안내홈이 형성되고, 상기 가스안내홈에 가스구멍이 형성되며, 상기 가스안내홈의 단면적은 가스구멍의 단면적보다 크게 형성되는 왕복동식 압축기.

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