KR20160000186A - 리니어 압축기 및 이를 포함하는 냉장고 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 압축기는, 냉매가 유입되는 흡입부 및 냉매가 토출되는 토출부와 결합되는 쉘, 쉘 내부에 구비되며, 흡입부로부터 유입된 냉매를 압축시킬 수 있게 쉘의 축 방향을 따라 왕복 운동하는 피스톤, 피스톤을 둘러싸며, 피스톤의 왕복 운동에 따라 냉매가 압축되는 압축 공간을 내부에 마련하는 실린더, 압축 공간을 마주하는 피스톤의 일측에 형성되며, 흡입부로부터 유입된 냉매를 압축 공간으로 안내하는 적어도 하나의 냉매 포트, 피스톤의 일측에 장착되며, 적어도 하나의 냉매 포트를 선택적으로 개방하는 흡입 밸브, 피스톤의 일측으로부터 소정 깊이를 갖도록 형성되며, 흡입 밸브의 장착을 위한 체결부재와 결합되는 체결부재 장착홈 및 실린더의 일측에 구비되며, 압축 공간에서 압축된 냉매를 선택적으로 토출부로 배출시키는 토출밸브 어셈블리;를 포함하며, 적어도 하나의 냉매 포트의 길이는 체결부재 장착홈의 길이보다 짧거나 또는 같은 것을 특징으로 한다.

Description

리니어 압축기 및 이를 포함하는 냉장고{LINEAR COMPRESSOR AND REFRIGERATOR INCLUDING THE SAME}
본 발명은 리니어 압축기 및 이를 포함하는 냉장고에 관한 것이다.
일반적으로 압축기(Compressor)는 전기모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축하여 압력을 높여주는 기계장치로서, 냉장고와 에어컨 등과 같은 가전기기 또는 산업전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.
이러한 압축기를 크게 분류하면, 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡입 및 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키는 왕복동식 압축기(Reciprocating Compressor)와, 편심 회전되는 롤러(Roller)와 실린더 사이에 작동가스가 흡입 및 토출되는 압축공간이 형성되고 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전되면서 냉매를 압축시키는 회전식 압축기(Rotary Compressor) 및 선회 스크롤(Orbiting Scroll)과 고정 스크롤(Fixed Scroll) 사이에 작동가스가 흡입 및 토출되는 압축공간이 형성되고 상기 선회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전하면서 냉매를 압축시키는 스크롤식 압축기(Scroll Compressor)로 구분될 수 있다.
최근에는 상기 왕복동식 압축기 중에서 특히 피스톤이 왕복 직선 운동하는 구동모터에 직접 연결되도록 하여 운동전환에 의한 기계적인 손실이 없이 압축효율을 향상시킬 수 있고 간단한 구조로 구성되는 리니어 압축기가 많이 개발되고 있다.
종래 리니어 압축기는 국내 등록번호 제10-1307688호에 개시되어 있다. 종래 리니어 압축기는 밀폐된 압축기 쉘 내부에서 피스톤이 리니어 모터에 의해 실린더 내부에서 왕복 직선 운동하도록 움직이면서 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음 토출시키도록 구성된다. 또한, 리니어 모터는 이너 스테이터 및 아우터 스테이터 사이에 영구자석이 위치되도록 구성되며, 영구자석은 영구자석과 이너(또는 아우터) 스테이터 간의 상호 전자기력에 의해 직선 왕복 운동하도록 구동된다. 그리고, 상기 영구자석이 피스톤과 연결된 상태에서 구동됨에 따라, 피스톤이 실린더 내부에서 왕복 직선운동하면서 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음, 토출시키도록 한다.
종래 리니어 압축기에서, 피스톤의 왕복 직선 운동시, 피스톤으로 유입된 냉매는 피스톤에 형성된 냉매 포트를 통과하여 실린더 내의 냉매의 압축 공간으로 유입된다. 이때, 피스톤을 고속으로 운전할 경우, 예로써, 100㎐ 이상으로 운전할 경우, 냉매가 냉매 포트를 통과할 때, 피스톤의 직경보다 상대적으로 작은 냉매 포트의 직경으로 인해 압력 드랍(Pressure Drop), 즉, 압력 손실(Pressure Loss)이 발생하는 문제가 있다. 이러한 압력 손실은 냉매의 유동 저항을 크게 하여 리니어 압축기의 효율 저하를 야기하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 피스톤을 통과하는 냉매의 압력 손실을 줄이는 리니어 압축기 및 이를 포함하는 냉장고를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 압축기는, 냉매가 유입되는 흡입부 및 상기 냉매가 토출되는 토출부와 결합되는 쉘; 상기 쉘 내부에 구비되며, 상기 흡입부로부터 유입된 냉매를 압축시킬 수 있게 상기 쉘의 축 방향을 따라 왕복 운동하는 피스톤; 상기 피스톤을 둘러싸며, 상기 피스톤의 왕복 운동에 따라 상기 냉매가 압축되는 압축 공간을 내부에 마련하는 실린더; 상기 압축 공간을 마주하는 상기 피스톤의 일측에 형성되며, 상기 흡입부로부터 유입된 냉매를 상기 압축 공간으로 안내하는 적어도 하나의 냉매 포트; 상기 피스톤의 일측에 장착되며, 상기 적어도 하나의 냉매 포트를 선택적으로 개방하는 흡입 밸브; 상기 피스톤의 일측으로부터 소정 깊이를 갖도록 형성되며, 상기 흡입 밸브의 장착을 위한 체결부재와 결합되는 체결부재 장착홈; 및 상기 실린더의 일측에 구비되며, 상기 압축 공간에서 압축된 냉매를 선택적으로 상기 토출부로 배출시키는 토출밸브 어셈블리;를 포함하며, 상기 적어도 하나의 냉매 포트의 길이는 상기 체결부재 장착홈의 길이보다 짧거나 또는 같은 것을 특징으로 하는 리니어 압축기를 제공한다.
상기 피스톤은, 상기 흡입부로부터 유입된 냉매를 상기 피스톤 본체로 안내하기 위한 흡입 머플러가 삽입 장착되는 원통 형상의 피스톤 본체; 및 상기 피스톤 본체를 커버하며 상기 적어도 하나의 냉매 포트 및 상기 체결부재 장착홈이 형성되는 피스톤 헤드;를 포함할 수 있다.
상기 냉매 포트는 복수 개가 구비되며, 각각의 냉매 포트는 상기 피스톤 헤드의 둘레 방향을 따라 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
각각의 냉매 포트는 상기 피스톤 헤드의 일단부에서 상기 피스톤 헤드의 타단부로 관통 형성될 수 있다.
상기 체결부재 장착홈은 상기 피스톤 헤드의 일단부 중심으로부터 상기 피스톤 헤드의 타단부 측으로 소정 깊이를 가질 수 있다.
상기 피스톤 헤드의 일단부에는 상기 흡입 밸브가 장착되며, 상기 피스톤 헤드의 타단부에는 상기 체결부재 장착홈의 반대 방향으로 돌출 리브가 형성될 수 있다.
상기 돌출 리브는 상기 축 방향에서 사다리꼴 형상의 단면을 가질 수 있다.
상기 돌출 리브는 상기 축 방향에서 사각 형상의 단면을 가질 수 있다.
상기 복수 개의 냉매 포트는 상기 체결부재 장착홈을 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 냉매 포트는 원형 단면을 가질 수 있다.
상기 복수 개의 냉매 포트는 12개가 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 냉매 포트는 원호 형상의 단면을 가질 수 있다.
상기 복수 개의 냉매 포트는 4개가 구비될 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고는 전술한 실시예에 따른 리니어 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 피스톤을 통과하는 냉매의 압력 손실을 줄여 리니어 압축기의 효율 저하를 방지하는 리니어 압축기 및 이를 포함하는 냉장고를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 냉장고의 드라이어의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1의 냉장고의 리니어 압축기의 단면도이다.
도 4는 도 3의 리니어 압축기의 피스톤의 사시도이다.
도 5는 도 4의 피스톤의 부분 단면도이다.
도 6은 도 4의 피스톤의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 피스톤의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피스톤의 단면도이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고의 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고(1)는, 냉동 사이클을 구동하기 위한 다수의 장치를 포함한다.
상세히, 냉장고(1)는, 냉매를 압축하기 위한 압축기(10)와, 압축기(10)에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(20)와, 응축기(20)에서 응축된 냉매 중 수분, 이물 또는 유분을 제거하기 위한 드라이어(30)와, 드라이어(30)를 통과한 냉매를 감압하기 위한 팽창장치(40) 및 팽창장치(40)에서 감압된 냉매를 증발하기 위한 증발기(50)를 포함한다.
냉장고(1)는, 응축기(20)를 향하여 공기를 불어주기 위한 응축팬(25) 및 증발기(50)를 향하여 공기를 불어주기 위한 증발팬(55)을 더 포함한다.
압축기(10)는, 피스톤이 모터에 직접 연결되어 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키는 리니어 압축기를 포함한다. 이하, 본 실시예에서의 압축기(10)는 리니어 압축기인 것으로 한정하며, 이러한 리니어 압축기(10)에 대해서는 하기 도 3에서 자세히 설명한다.
팽창장치(30)는, 직경이 상대적으로 작은 캐필러리 튜브(capillary tube)를 포함한다. 드라이어(30)에는, 응축기(20)에서 응축된 액 냉매가 유입될 수 있다. 물론, 액 냉매는 일부의 기상 냉매가 포함될 수 있다. 드라이어(30)에는, 유입된 액 냉매를 필터링 하기 위한 필터 장치가 구비될 수 있다.
도 2는 도 1의 냉장고의 드라이어의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 드라이어(30)는, 냉매의 유동공간을 형성하는 드라이어 본체(70), 드라이어 본체(70)의 일측에 제공되어 냉매의 유입을 가이드 하는 냉매 유입부(80) 및 드라이어 본체(70)의 타측에 제공되어 냉매의 배출을 가이드 하는 냉매 배출부(80)를 포함한다.
일례로, 드라이어 본체(70)는 긴 원통 형상을 가질 수 있다.
드라이어 본체(70)의 내부에는, 드라이어 필터(72, 74, 76)가 설치된다.
상세히, 드라이어 필터(72, 74, 76)는, 냉매 유입부(80)측 내부에 제공되는 제1 드라이어 필터(72)와, 제1 드라이어 필터(72)로부터 이격되어 냉매 배출부(80)측 내부에 제공되는 제3 드라이어 필터(76) 및 제1 드라이어 필터(72)와 제3 드라이어 필터(76)의 사이에 제공되는 제2 드라이어 필터(74)로 이루어진다.
제1 드라이어 필터(72)는 냉매 유입부(80)의 내측에 인접하여, 즉 냉매 배출부(90)보다 냉매 유입부(80)에 더 가까운 위치에 설치된다.
제1 드라이어 필터(72)는 대략 반구 형상을 가지며, 제1 드라이어 필터(72)의 외주면은 드라이어 본체(70)의 내주면에 결합될 수 있다. 제1 드라이어 필터(72)에는, 냉매의 유동을 가이드 하는 다수의 관통공(73)이 형성된다. 부피가 큰 이물은 제1 드라이어 필터(72)에 의하여 필터링될 수 있다.
제2 드라이어 필터(74)에는, 다수의 흡착제(75)가 포함된다. 흡착제(75)는 소정 크기의 알갱이로서 분자체((Molecular Sieve)인 것으로 이해되며, 소정 크기는 약 5~10mm로 형성된다.
흡착제(75)에는 다수의 구멍이 형성되며, 다수의 구멍은 유분의 크기(약 10Å)와 유사한 크기로 형성되며, 수분의 크기(약 2.8~3.2Å) 및 냉매의 크기(R134a의 경우 4.0Å, R600a의 경우 4.3Å)보다는 크게 형성될 수 있다.
여기서, "유분"이라 함은 냉동 사이클의 구성을 제작 또는 가공할 때 투입되는 가공유 또는 절삭유로서 이해된다.
제1 드라이어 필터(72)를 통과한 냉매와 수분은 흡착제(75)를 지나면서 다수의 구멍에 쉽게 유입될 수도 있지만 쉽게 배출되기도 한다. 따라서, 냉매와 수분은 흡착제(75)에 쉽게 흡착되지 않는다.
그러나, 유분은 다수의 구멍에 한번 유입되면 쉽게 배출되지 못함으로써, 흡착제(75)에 흡착된 상태를 유지하게 된다.
일례로, 흡착제(75)에는, BASF 13X 분자체(Molecular Sieve)가 포함된다. BASF 13X 분자체(Molecular Sieve)에 형성된 구멍의 크기는 약 10Å(1nm)이며, 화학식은 Na2OㆍAl2O3ㆍmSiO2ㆍnH20(m≤2.35)로 형성된다.
냉매 중 포함된 유분은 제 2 드라이어 필터(74)를 거치면서, 다수의 흡착제(75)에 흡착될 수 있다.
다른 실시예를 제안한다.
제2 드라이어 필터(74)에는, 알갱이 형상의 다수의 흡착제를 대신하여, 유분의 흡착이 가능한 유흡착포 또는 부직포 형태의 흡착제가 구비될 수 있다.
제3 드라이어 필터(76)는, 드라이어 본체(70)의 내주면에 결합되는 결합부(77) 및 결합부(77)로부터 냉매 배출부(90) 방향으로 연장되는 메쉬부(78)를 포함한다. 제3 드라이어 필터(76)를 메쉬 필터라 이름할 수 있다.
메쉬부(78)에 의하여, 냉매 중 포함된 미세한 크기의 이물이 필터링 될 수 있다.
한편, 제1 드라이어 필터(72)와 제3 드라이어 필터(76)는, 다수의 흡착제(75)가 드라이어 본체(70)의 내부에 위치될 수 있도록 하는 서포터의 역할을 수행한다. 즉, 제1 및 제3 드라이어 필터(72, 76)에 의하여, 다수의 흡착제(75)는 드라이어(20)로부터 배출되는 것이 제한된다.
이와 같이, 드라이어(20)에 필터를 구비함으로써 냉매 중에 포함된 이물 또는 유분을 제거할 수 있고, 이에 따라 가스 베어링으로 작용할 냉매의 신뢰성이 향상될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 압축기에 대해 자세히 설명한다.
도 3은 도 1의 냉장고의 리니어 압축기의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 리니어 압축기(10)는 흡입부(102), 토출부(104), 쉘(110), 피스톤(200), 흡입 밸브(300), 실린더(350), 흡입 머플러(400), 토출 커버(450), 토출 밸브 어셈블리(500), 루프 파이프(550) 및 프레임(600)을 포함한다.
흡입부(102)는 쉘(110) 내부로 냉매를 유입시키며, 후술하는 쉘(110)의 제1 커버(114)를 관통하여 장착된다.
토출부(104)는 쉘(110) 내부에서 압축된 냉매를 배출하며, 후술하는 쉘(110)의 제2 커버(116)를 관통하여 장착된다.
쉘(110)은 리니어 압축기(10)의 외관을 형성하며, 리니어 압축기(10)의 각종 부품들을 수용한다. 이러한 쉘(110)은 쉘 본체(112), 제1 커버(114) 및 제2 커버(116)를 포함한다.
쉘 본체(112)는 대략 원통 형상을 가지며, 리니어 압축기(10)의 외관, 구체적으로, 리니어 압축기(10)의 측면 외관을 형성한다. 쉘 본체(112)는 대략 2T의 두께를 갖는 강판으로 이루어질 수 있다.
제1 커버(114)는 쉘 본체(112)의 일측에 장착된다. 본 실시예에서는 쉘 본체(112)의 우측에 장착된다. 제1 커버(114)에는 냉매를 쉘(110) 내부로 유입시킬 수 있게 흡입부(102)가 관통 장착된다.
제2 커버(116)는 쉘 본체(112)의 타측에 장착된다. 본 실시예에서는 제1 커버(114)의 맞은 편인 쉘 본체(112)의 좌측에 장착된다. 제2 커버(116)에는 압축된 냉매를 토출시킬 수 있게 토출부(104)가 관통 장착된다.
피스톤(200)은 쉘(110) 내부에 구비되며, 흡입부(102)로부터 유입된 냉매를 압축시킬 수 있게 쉘(110)의 축 방향을 따라 후술하는 실린더(350) 내에서 직선 왕복 운동한다. 여기서, "축 방향"이란, 피스톤(200)의 왕복 운동 방향, 즉, 도 3에서 가로 방향으로 이해될 수 있다. 아울러, 이하에서, 흡입부(102)로부터 토출부(104)를 향하는 방향, 즉, 냉매의 유동 방향을 "전방"이라 하고, 그 반대 방향을 "후방"이라 정의한다. 그리고, 피스톤(200)의 왕복 운동 방향에 수직한 방향을 "반경 방향", 즉, 도 3의 세로 방향으로 정의한다.
피스톤(200)은 비자성체인 알루미늄 소재(알루미늄 또는 알루미늄 합금)로 구성될 수 있다. 피스톤(200)이 알루미늄 소재로 구성됨으로써, 후술하는 모터 어셈블리(650)에서 발생된 자속이 피스톤(200)에 전달되어 피스톤(200)의 외부로 누설되는 현상을 방지할 수 있다. 그리고, 피스톤(200)은 단조 방법에 의하여 형성될 수 있다. 이하, 피스톤(200)에 대해서는 하기 도 4 내지 도 6에서 자세히 설명한다.
흡입 밸브(300)는 피스톤(200)의 일측에 장착되며, 피스톤(200)으로부터 유입된 냉매를 후술하는 압축 공간(P)으로 유입될 수 있게 후술하는 피스톤(200)의 냉매 포트(240, 도 4 내지 도 6 참조)를 선택적으로 개방한다. 이러한 흡입 밸브(300)는 스크류 등의 체결부재(320)를 통해 피스톤(200)의 일측에 장착된다.
실린더(350)는 피스톤(200)을 둘러싸도록 쉘(110) 내부에 장착된다. 이러한 실린더(350)는, 피스톤(200)의 적어도 일부분과, 후술하는 흡입 머플러(450)의 적어도 일부분을 수용하도록 구성된다. 아울러, 실린더(350)는 피스톤(350)의 왕복 운동에 따라 냉매가 압축되는 압축 공간(P)을 내부에 마련한다.
실린더(350)는 비자성체인 알루미늄 소재(알루미늄 또는 알루미늄 합금)로 구성될 수 있다. 그리고, 실린더(350)와 피스톤(200)의 소재 구성비, 즉 종류 및 성분비는 동일할 수 있다.
실린더(350)가 알루미늄 소재로 구성됨으로써, 모터 어셈블리(650)에서 발생된 자속이 실린더(350)에 전달되어 실린더(350)의 외부로 누설되는 현상을 방지할 수 있다. 그리고, 실린더(350)는 압출봉 가공방법에 의하여 형성될 수 있다.
그리고, 실린더(350)는 피스톤(200)과 동일한 소재(알루미늄)로 구성됨으로써 피스톤(200)과 같은 열팽창 계수를 가질 수 있다. 리니어 압축기(10)의 운전간, 쉘(110) 내부는 고온(약 100℃)의 환경이 조성되는데, 피스톤(200)과 실린더(350)의 열팽창 계수가 동일하므로, 피스톤(200)과 실린더(350)는 동일한 양만큼 열변형 될 수 있다.
결국, 실린더(350)와 피스톤(200)이 서로 다른 크기 또는 방향으로 열변형 됨으로써, 피스톤(200)과의 운동간에 실린더(350)와 간섭이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
흡입 머플러(400)는 냉매의 소음을 저감함과 아울러 흡입부(102)를 통해 흡입된 냉매를 피스톤(200) 내부로 안내한다. 이러한 흡입 머플러(400)는 제1 머플러(410) 및 제2 머플러(420)를 포함한다.
제1 머플러(410)는 쉘(110) 내부에서 쉘(110)의 축 방향을 따라 배치된다. 제1 머플러(410)의 일단부는 후술하는 흡입 가이드부(770)의 내부에 배치되며, 제1 머플러(410)의 타단부는 제2 머플러(420)와 결합된다. 제1 머플러(410)의 내부에는 냉매가 유동하는 유동 공간부가 형성된다.
제2 머플러(420)는 제1 머플러(410)와 결합되며, 제1 머플러(410)와 같이 쉘(110)의 축 방향을 따라 배치된다. 제2 머플러(420)의 일단부는 제1 머플러(410)와 결합되며, 제2 머플러(420)의 타단부는 피스톤(200) 내에 배치된다. 제2 머플러(420)의 내부에도 또한, 냉매가 유동하는 유동 공간부가 형성된다.
토출 커버(450)는 압축 공간(P)의 전방에 배치되며, 압축 공간(P)에서 배출되는 냉매의 토출 공간 또는 토출 유로를 형성한다. 토출 커버(450)는 후술하는 프레임(110)의 전면에 결합되어 고정된다.
토출밸브 어셈블리(500)는 실린더(350)의 일측에 구비되며, 압축 공간(P)으로부터 압축된 냉매를 선택적으로 토출부(104)로 배출시킨다. 이러한 토출밸브 어셈블리(500)는 토출밸브(510), 밸브 스프링(520) 및 스토퍼(530)를 포함한다.
토출 밸브(510)는 압축 공간(P)의 압력이 토출 압력 이상이 되면 개방되어 압축 공간(P)의 냉매를 토출 커버(450)의 토출 공간으로 유입시킨다. 토출 밸브(510)의 후방부 또는 후면은 실린더(350)의 전면에 지지되도록 배치된다.
이에 따라, 전술한 압축 공간(P)은 흡입 밸브(300)와 토출 밸브(510)의 사이에 형성되는 공간으로도 이해될 수 있다. 다시 말해, 흡입 밸브(300)는 압축 공간(P)의 일측에 구비되며, 토출 밸브(510)는 압축 공간(P)의 타측, 즉, 흡입 밸브(300)의 반대측에 제공될 수 있다.
밸브 스프링(520)은 토출밸브(510)와 결합되며, 토출커버(450)와 토출밸브(510) 사이에 제공된다. 이러한 밸브 스프링(520)은 축 방향으로 탄성력을 제공하며, 판 스프링(Plate Spring)일 수 있다.
스토퍼(530)는 밸브 스프링(520)을 지지하며, 밸브 스프링(520)의 변형량을 제한한다. 이러한 스토퍼(530)는 토출 커버(450)에 안착된다.
이러한 구성에 따라, 피스톤(200)이 실린더(350)의 내부에서 왕복 직선운동 하는 과정에서, 압축 공간(P)의 압력이 토출 압력보다 낮고 흡입 압력 이하가 되면 흡입 밸브(300)가 개방되어 냉매는 압축 공간(P)으로 흡입된다. 반면에, 압축공간(P)의 압력이 흡입 압력 이상이 되면 흡입 밸브(300)가 닫힌 상태에서 압축 공간(P)의 냉매가 압축된다.
한편, 압축 공간(P)의 압력이 토출 압력 이상이 되면, 밸브 스프링(520)이 변형하여 토출 밸브(510)를 개방시키고, 냉매는 압축 공간(P)으로부터 토출되어, 토출 커버(450)의 토출 공간으로 배출된다.
루프 파이프(550)는 토출 공간의 압축 냉매를 토출부(105)로 유입되도록 가이드하는 것으로서, 토출 커버(450)와 결합되어 토출부(105)로 연장된다. 이러한 루프 파이프(550)는 소정 방향으로 감겨진 형상을 갖고, 라운드지게 연장되어 토출부(105)에 장착될 수 있다.
프레임(600)은 실린더(350)를 쉘(110) 내부에 고정하기 위한 것으로서, 별도의 체결부재에 의해 실린더(350)에 체결된다. 이러한 프레임(600)은 실린더(350)를 둘러싸도록 배치된다. 즉, 프레임(600)은 내측에 실린더(350)를 수용하게끔 쉘(110) 내에 구비된다. 프레임(600)의 전면에는 토출 커버(450)가 결합된다.
한편, 프레임(600)과 실린더(350)가 결합된 부분의 공간을 통해 개방된 토출 밸브(510)를 통하여 배출된 고압의 가스 냉매 중 적어도 일부의 가스 냉매가 실린더(350)의 외주면 측으로 유동될 수 있다. 이러한 냉매는 실린더(350)에 형성된 가스 유입부(미도시) 및 노즐부(미도시)를 통하여 실린더(350)의 내부로 유입될 수 있다. 유입된 냉매는 피스톤(200)과 실린더(350) 사이의 공간으로 유동되어 피스톤(200)의 외주면을 실린더(350)의 내주면으로부터 이격되도록 한다. 따라서, 유입된 냉매는 피스톤(200)의 왕복 운동간 실린더(350)와의 마찰을 감소시키는 "가스 베어링"으로서 기능할 수 있다.
그리고, 리니어 압축기(10)는 모터 어셈블리(650), 서포터(700), 흡입 가이드부(750), 백 커버(770), 복수의 스프링(800) 및 판 스프링(920, 960)을 포함한다.
모터 어셈블리(650)는 피스톤(200)의 직선 왕복 운동을 위한 구동력을 제공한다. 이러한 모터 어셈블리(650)는 아우터 스테이터(651, 653, 655), 이너 스테이터(656), 영구자석(657), 고정부재(658) 및 스테이터 커버(659)를 포함한다.
아우터 스테이터(651, 653, 655)는 프레임(600)에 고정되어 실린더(350)를 둘러싸도록 배치된다. 이러한 아우터 스테이터(651, 653, 655)는 코일 권선체(651, 653) 및 스테이터 코어(655)를 포함한다.
코일 권선체(651, 653)는 보빈(651) 및 보빈(651)의 원주 방향으로 권선된 코일(653)을 포함한다. 코일(653)은 다각형 형상의 단면을 가질 수 있으며, 예로써, 육각형 형상의 단면을 가질 수 있다.
스테이터 코어(655)는 복수 개의 라미네이션(Lamination)을 원주 방향으로 적층하여 구성되며, 코일 권선체(651, 653)를 둘러싸도록 배치된다.
이너 스테이터(656)는 아우터 스테이터(651, 653, 655)의 내측으로 이격 배치되며, 실린더(350)의 외주에 고정된다. 이너 스테이터(656)는 스테이터 코어(655)와 같이 복수 개의 라미네이션을 원주 방향으로 적층하여 구성된다.
영구자석(657)은 연결부재(660)에 의해 피스톤(200)에 결합될 수 있다. 구체적으로, 연결부재(660)는 후술하는 피스톤 플랜지(270, 도 4 내지 도 6 참조)에 결합되어 영구자석(657)을 향해 절곡하여 연장될 수 있다. 영구자석(657)이 왕복 운동함에 따라, 피스톤(200)은 영구자석(657)과 함께 축 방향으로 왕복 운동할 수 있다.
고정부재(658)는 영구자석(657)과 연결부재(657)의 결합상태를 견고하게 유지시키기 위한 것으로서, 영구자석(657)의 외측을 감싸도록 제공된다. 고정부재(658)는 유리 섬유 또는 탄소 섬유와 수지(Resin)를 혼합한 조성물로 구성될 수 있다.
스테이터 커버(659)는 아우터 스테이터(651, 653, 655)를 지지하기 위한 것으로서, 아우터 스테이터(651, 653, 655)의 일측에 마련된다. 아우터 스테이터(651, 653, 655)의 일측은 스테이터 커버(659)에 지지되며, 아우터 스테이터(651, 653, 655)의 타측은 프레임(600)에 지지될 수 있다.
서포터(700)는 피스톤(200)을 지지하기 위한 것으로서, 소정의 체결부재에 의해 후술하는 피스톤 플랜지(270, 도 4 내지 도 6 참조) 및 연결부재(660)에 결합된다.
흡입 가이드부(750)는 흡입부(102)를 통하여 흡입된 냉매를 흡입 머플러(400)에 유입될 수 있게 안내한다. 흡입 가이드부(750)의 내측에는 흡입 머플러(400)의 제1 머플러(410)의 일단부가 배치된다.
백 커버(770)는 쉘(110) 내측에 구비되며, 흡입부(102) 가까이에 배치된다. 이러한 백 커버(770)는 흡입 가이드부(750)와 결합되며, 서포터(700)에 스프링 결합된다.
복수의 스프링(800)은 피스톤(200)의 공진 운동을 위한 것으로, 고유 진동수가 조절되어 제공된다. 복수의 스프링(800)은 스테이터 커버(659)와 서포터(700)의 사이에 지지되는 제1 스프링(미도시) 및 서포터(700)와 백 커버(770) 사이에 지지되는 제2 스프링(미도시)를 포함한다.
판 스프링(920, 960)은 리니어 압축기(10)의 내부 부품들을 쉘(110)에 지지하기 위한 것으로서, 쉘 본체(112) 내의 양측에 각각 제공된다. 이러한 판 스프링(920, 960)은 제1 판 스프링(920) 및 제2 판 스프링(960)을 포함한다.
제1 판 스프링(920)은 제1 커버(114)에 결합된다. 예로써, 제1 판 스프링(920)은 쉘 본체(112)와 제1 커버(114)의 결합되는 부분에 끼워지도록 배치될 수 있다.
제2 판 스프링(960)은 제2 커버(116)에 결합된다. 예로써, 제2 판 스프링(960)은 쉘 본체(112)와 제2 커버(116)의 결합되는 부분에 끼워지도록 배치될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 피스톤(200)에 대해 자세히 설명한다.
도 4는 도 3의 리니어 압축기의 피스톤의 사시도이며, 도 5는 도 4의 피스톤의 부분 단면도이며, 도 6은 도 4의 피스톤의 단면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 피스톤(200)은 피스톤 본체(210), 피스톤 헤드(230) 및 피스톤 플랜지(270)를 포함한다.
피스톤 본체(210)는 대략 원통 형상으로 이루어지며, 피스톤(200)의 측면 외관을 형성한다. 피스톤 본체(210)의 내부에는 흡입 머플러(400, 도 3 참조)의 제2 머플러(420, 도 3 참조)의 삽입 장착을 위한 수용 공간이 형성된다.
피스톤 헤드(230)는 피스톤 본체(210)의 일단부로부터 연장되며, 피스톤 본체(210)의 전면을 커버한다. 피스톤 헤드(230)는 피스톤(200)의 쉘(110) 내부 장착시, 앞선 압축 공간(P, 도 3 참조)을 마주하며 배치된다. 이때, 피스톤 헤드(230)의 압축 공간(P)을 마주하는 일단부에는 앞선 흡입 밸브(300, 도 3 참조)가 장착된다.
피스톤 헤드(230)는 냉매 포트(240), 체결부재 장착홈(250) 및 돌출 리브(260)를 포함한다.
냉매 포트(240)는 피스톤 본체(210) 내로 유입된 냉매를 압축 공간(P, 도 3 참조)으로 안내한다. 피스톤 본체(210) 내로 유입된 냉매는 냉매 포트(240)를 통해 압축 공간(P)으로 유동될 수 있다.
냉매 포트(240)는 복수 개가 구비된다. 이하, 본 실시예에서는 12개가 구비된 것으로 한정하여 설명한다. 복수 개의 냉매 포트(240)는 피스톤 헤드(230)의 가장자리에서 피스톤 헤드(230)의 둘레 방향을 따라 서로 소정 거리 이격 배치된다. 이러한 복수 개의 냉매 포트(240)는 체결부재 장착홈(250)을 둘러싸는 형태로 배치된다.
복수 개의 냉매 포트(240)는 원형 단면을 가지며, 피스톤 헤드(230)의 압축 공간(P)을 마주하는 일단부에서 피스톤 헤드(230)의 피스톤 본체(210)의 수용 공간을 마주하는 타단부로 관통 형성된다.
복수 개의 냉매 포트(240)의 길이(d1)는 체결부재 장착홈(250)의 길이(d2)보다 짧거나 또는 같게 형성될 수 있다. 즉, 복수 개의 냉매 포트(240)의 길이(d1)는 체결부재 장착홈(250)의 길이(d2)보다 크지 않게 형성된다. 이하, 본 실시예에서 복수 개의 냉매 포트(240)의 길이(d1)는 체결부재 장착홈(250)의 길이(d2)보다 짧은 것으로 한정하여 설명한다.
체결부재 장착홈(250)은 흡입 밸브(300)를 피스톤 헤드(230)의 일단부에 장착하기 위한 것으로, 흡입 밸브(300)를 관통한 체결부재(320, 도 3 참조)와 결합된다. 체결부재 장착홈(250)은 피스톤 헤드(230)의 일단부 중심으로부터 피스톤 헤드(230)의 타단부 측으로 소정 깊이(d2)를 갖도록 형성된다. 앞서 살펴 본 바와 같이, 체결부재 장착홈(250)의 길이(d2)는 각각의 냉매 포트(240)의 길이(d1)보다 길게 형성되며, 체결부재(320)와의 결합을 위한 나사산 형성을 위해 요구되는 길이로 형성된다.
돌출 리브(260)는 피스톤 헤드(230)의 타단부에 형성되며, 체결부재 장착홈(250)을 피스톤 본체(210) 내로 노출시키지 않도록 체결부재 장착홈(250)의 반대 방향으로 돌출 형성된다. 돌출 리브(260)는 앞선 도 3에서 정의한 축 방향에서 보았을 때, 사다리꼴 형상의 단면을 갖도록 형성된다.
피스톤 플랜지(270)는 피스톤 본체(210)의 타단부에 형성되며, 피스톤 본체(210)의 반경 방향을 따라 연장 형성된다. 피스톤 플랜지(270)는 피스톤 본체(210)가 실린더(350, 도 3 참조) 내부에서 왕복 운동할 때, 실린더(350)의 외측에서 왕복할 수 있게 쉘(110, 도 3 참조) 내에 장착된다.
이처럼 본 실시예에서는 복수 개의 냉매 포트(240)의 길이(d1)가 체결부재 장착홈(250)의 길이(d2)보다 짧게 형성된다. 즉, 본 실시예에 따른 복수 개의 냉매 포트(240)는 체결부재 장착홈(250)에 비해 상대적으로 짧은 길이(d1)를 갖는다. 이에 따라, 냉매 포트(240)를 통한 냉매 통과시, 피스톤 본체(210)의 직경보다 상대적으로 작은 냉매 포트(240)의 직경으로 인해 발생되는 냉매의 압력 드랍, 즉, 압력 손실을, 짧은 냉매 포트(240)의 길이(d1)를 통해 보상할 수 있다. 결국, 짧은 길이(d1)를 갖는 냉매 포트(240)를 통해 냉매의 냉매 포트(240) 통과시 발생하는 압력 손실을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는 냉매 포트(240)를 통과하는 냉매의 유동 손실을 감소시켜 리니어 압축기(10, 도 3 참조)의 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 피스톤(200)의 고속 운전시, 예로써, 100㎐ 이상으로 운전할 경우에도 상대적으로 짧은 냉매 포트(240)의 길이(d1)를 통해 냉매의 유동 저항을 최소화할 수 있어 고속 운전시 발생될 수 있는 리니어 압축기(10)의 효율 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 피스톤의 사시도이다.
본 실시예에 따른 피스톤(202)는 앞선 실시예에서의 피스톤(200)과 유사하므로, 유사한 구성들에 대해서는 반복적으로 설명하지 않고 차이점을 중심으로 설명한다.
도 7을 참조하면, 피스톤(202)은 피스톤 본체(212), 피스톤 헤드(232) 및 피스톤 플랜지(272)를 포함한다.
피스톤 본체(212) 및 피스톤 플랜지(272)는 앞선 실시예와 유사하므로, 이하, 자세한 설명을 생략한다.
피스톤 헤드(232)는 냉매 포트(242) 및 체결부재 장착홈(252)을 포함한다.
냉매 포트(242)는 원호 형상의 단면을 가지며, 4개가 구비된다. 4개의 냉매 포트(242), 또한, 앞선 실시예와 같이 피스톤 헤드(232)의 가장자리에서 피스톤 헤드(232)의 둘레 방향을 따라 서로 소정 거리 이격 배치된다. 그리고, 이러한 4개의 냉매 포트(242), 또한, 체결부재 장착홈(252)을 둘러싸는 형태로 배치된다.
결국, 냉매 포트(242)는 앞선 실시예와 같은 12개가 아닌 4개로도 구비될 수 있다. 또한, 이에 한정되는 것은 아니며 냉매 포트(242)의 개수는 설계에 따라 12개 이상이나 또는 4개 이하로 구비되는 것도 가능함은 물론이다.
체결부재 장착홈(252)는 앞선 실시예와 유사하므로, 이하, 자세한 설명을 생략한다. 도시되지는 않았지만 돌출 리브 또한 앞선 실시예와 유사하므로, 이하, 자세한 설명을 생략한다.
이처럼 본 실시예에 따른 피스톤(202)은 네 개의 냉매 포트(242)만을 구비하는 바, 앞선 실시예에서보다 냉매 포트(242)의 제조 효율이 향상될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피스톤의 단면도이다.
본 실시예에 따른 피스톤(206)은 앞선 실시예에서의 피스톤(200)과 유사하므로, 유사한 구성들에 대해서는 반복적으로 설명하지 않고 차이점을 중심으로 설명한다.
도 8을 참조하면, 피스톤(206)은 피스톤 본체(216), 피스톤 헤드(236) 및 피스톤 플랜지(276)를 포함한다.
피스톤 본체(216) 및 피스톤 플랜지(276)는 앞선 실시예와 유사하므로, 이하, 자세한 설명을 생략한다.
피스톤 헤드(236)는 냉매 포트(246), 체결부재 장착홈(256) 및 돌출 리브(266)를 포함한다.
냉매 포트(246) 및 체결부재 장착홈(256)은 앞선 실시예와 유사하므로, 이하, 자세한 설명을 생략한다.
돌출 리브(266)는 도 3에서 정의한 축 방향에서 사각 형상의 단면을 갖도록 형성된다. 즉, 돌출 리브(266)는 앞선 실시예의 사다리꼴 형상이 아닌 사각 형상의 단면을 갖도록 형성되는 것도 가능하다. 이에 한정되는 것은 아니며, 돌출 리브(266)의 형상은 체결부재 장착홈(256)을 피스톤 본체(216) 내로 노출시키지 않는 형상이라면 기타 다른 형상도 가능함은 물론이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.
10: 리니어 압축기 200: 피스톤
210: 피스톤 본체 230: 피스톤 헤드
240: 냉매 포트 250: 체결부재 장착홈
260: 돌출 리브 270: 피스톤 플랜지

Claims (14)

  1. 냉매가 유입되는 흡입부 및 상기 냉매가 토출되는 토출부와 결합되는 쉘;
    상기 쉘 내부에 구비되며, 상기 흡입부로부터 유입된 냉매를 압축시킬 수 있게 상기 쉘의 축 방향을 따라 왕복 운동하는 피스톤;
    상기 피스톤을 둘러싸며, 상기 피스톤의 왕복 운동에 따라 상기 냉매가 압축되는 압축 공간을 내부에 마련하는 실린더;
    상기 압축 공간을 마주하는 상기 피스톤의 일측에 형성되며, 상기 흡입부로부터 유입된 냉매를 상기 압축 공간으로 안내하는 적어도 하나의 냉매 포트;
    상기 피스톤의 일측에 장착되며, 상기 적어도 하나의 냉매 포트를 선택적으로 개방하는 흡입 밸브;
    상기 피스톤의 일측으로부터 소정 깊이를 갖도록 형성되며, 상기 흡입 밸브의 장착을 위한 체결부재와 결합되는 체결부재 장착홈; 및
    상기 실린더의 일측에 구비되며, 상기 압축 공간에서 압축된 냉매를 선택적으로 상기 토출부로 배출시키는 토출밸브 어셈블리;를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 냉매 포트의 길이는 상기 체결부재 장착홈의 길이보다 짧거나 또는 같은 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피스톤은,
    상기 흡입부로부터 유입된 냉매를 상기 피스톤 본체로 안내하기 위한 흡입 머플러가 삽입 장착되는 원통 형상의 피스톤 본체; 및
    상기 피스톤 본체를 커버하며 상기 적어도 하나의 냉매 포트 및 상기 체결부재 장착홈이 형성되는 피스톤 헤드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉매 포트는 복수 개가 구비되며,
    각각의 냉매 포트는 상기 피스톤 헤드의 둘레 방향을 따라 소정 거리 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  4. 제3항에 있어서,
    각각의 냉매 포트는 상기 피스톤 헤드의 일단부에서 상기 피스톤 헤드의 타단부로 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 체결부재 장착홈은 상기 피스톤 헤드의 일단부 중심으로부터 상기 피스톤 헤드의 타단부 측으로 소정 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 피스톤 헤드의 일단부에는 상기 흡입 밸브가 장착되며,
    상기 피스톤 헤드의 타단부에는 상기 체결부재 장착홈의 반대 방향으로 돌출 리브가 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 돌출 리브는 상기 축 방향에서 사다리꼴 형상의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 돌출 리브는 상기 축 방향에서 사각 형상의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 복수 개의 냉매 포트는 상기 체결부재 장착홈을 둘러싸는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수 개의 냉매 포트는 원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수 개의 냉매 포트는 12개가 구비되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 복수 개의 냉매 포트는 원호 형상의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수 개의 냉매 포트는 4개가 구비되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  14. 제1항에 따른 리니어 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
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