KR20190040814A - 리니어 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 리니어 압축기는, 밀봉된 내부공간을 가지는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 구비되고, 무버가 스테이터에 대해 왕복운동을 하는 리니어 모터; 상기 케이싱의 내주면에서 이격되어 구비되며, 상기 리니어 모터의 무버에 연결되는 피스톤이 실린더에서 왕복운동을 하면서 상기 실린더에 압축공간을 형성하는 압축유닛; 및 상기 압축공간에서 배출된 냉매를 수용하도록 각각의 토출공간이 구비되고, 상기 각각의 토출공간은 순차적으로 연통되는 복수 개의 토출커버;를 포함하고, 상기 압축유닛에 접하는 토출커버는, 그 토출커버의 토출공간을 이루는 측벽부분의 적어도 일부가 상기 케이싱의 내부공간에 노출되도록 형성할 수 있다. 이에 따라, 토출커버를 신속하게 방열시켜 토출커버에서 프레임으로 열이 전달되는 것을 차단할 수 있고 이를 통해 압축기 효율을 높일 수 있다.

Description

리니어 압축기{LINEAR COMPRESSOR}

본 발명은 실린더와 피스톤 사이를 냉매로 윤활하는 리니어 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 모터나 터빈 등의 동력 발생 장치로부터 동력을 전달 받아 공기나 냉매 등의 작동 유체를 압축하도록 이루어지는 장치를 말한다. 압축기는 산업 전반이나 가전 제품, 특히 증기압축식 냉동사이클(이하 '냉동 사이클'로 칭함) 등에 널리 적용되고 있다.

이러한 압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 왕복동식 압축기, 로터리 압축기, 스크롤 압축기로 구분될 수 있다. 왕복동식 압축기는 피스톤과 실린더 사이에 압축공간이 형성되고 피스톤이 직선 왕복 운동하여 유체를 압축하는 방식이고, 로터리 압축기는 실린더 내부에서 편심 회전되는 롤러에 의해 유체를 압축하는 방식이며, 스크롤 압축기는 나선형으로 이루어지는 한 쌍의 스크롤이 맞물려 회전되어 유체를 압축하는 방식이다.

왕복동식 압축기는 회전 모터의 회전력을 직선운동으로 전환시켜 냉매를 압축하는 크랭크 방식과, 직선 왕복 운동을 하는 리니어 모터를 이용하여 냉매를 압축하는 진동 방식이 알려져 있다. 진동 방식의 왕복동식 압축기를 리니어 압축기라고 하며, 이러한 리니어 압축기는 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 전환하는데 따르는 기계적인 손실이 없어 효율이 향상되고, 구조가 단순한 장점이 있다.

한편, 리니어 압축기는 윤활방식에 따라, 오일윤활형 리니어 압축기와 가스형 리니어 압축기로 구분할 수 있다. 오일윤활형 리니어 압축기는 특허문헌1(한국 공개특허공보 KR10-2015-0040027)에 개시된 바와 같이, 케이싱의 내부에 일정량의 오일이 저장되어 그 오일을 이용하여 실린더와 피스톤 사이를 윤활하도록 구성되어 있다. 반면, 가스윤활형 리니어 압축기는 특허문헌2(한국 공개특허공보 KR10-2016-0024217)에 개시된 바와 같이, 케이싱의 내부에 오일이 저장되지 않고 압축공간에서 토출되는 냉매의 일부를 실린더와 피스톤 사이로 유도하여 그 냉매의 가스력으로 실린더와 피스톤 사이를 윤활하도록 구성되어 있다.

오일윤활형 리니어 압축기는, 상대적으로 온도가 낮은 오일이 실린더와 피스톤 사이로 공급됨에 따라, 실린더와 피스톤이 모터열이나 압축열 등에 의해 과열되는 것을 억제할 수 있다. 이를 통해, 오일윤활형 리니어 압축기는 피스톤의 흡입유로를 통과하는 냉매가 실린더의 압축실로 흡입되면서 가열되어 비체적이 상승하는 것을 억제하여 흡입손실이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.

하지만, 오일윤활형 리니어 압축기는, 냉매와 함께 냉동사이클 장치로 토출되는 오일이 압축기로 원활하게 회수되지 않을 경우 그 압축기의 케이싱 내부에서는 오일부족이 발생할 수 있고, 이러한 케이싱 내부에서의 오일 부족은 압축기의 신뢰성이 저하되는 원인이 될 수 있다.

반면, 가스윤활형 리니어 압축기는, 오일윤활형 리니어 압축기에 비해 소형화가 가능하고, 실린더와 피스톤 사이를 냉매로 윤활하기 때문에 오일부족으로 인한 압축기의 신뢰성 저하가 발생하지 않는다는 점에서 유리하다.

그러나, 상기와 같은 종래의 가스윤활형 리니어 압축기는, 고온의 냉매가스를 이용하여 실린더와 피스톤 사이를 윤활하기 때문에 그 실린더와 피스톤이 냉매에 의해 가열되고, 이로 인해 압축공간으로 흡입되는 냉매 또는 그 압축공간에서 압축되는 냉매가 과열되면서 흡입손실이나 압축손실이 발생하게 되는 문제점이 있었다.

또, 종래의 가스윤활형 리니어 압축기는, 실린더의 압축공간에서 토출커버의 토출공간으로 토출되는 냉매가 그 토출커버를 가열하고, 가열된 토출커버가 그와 접촉된 프레임에 열을 전달하여 실린더가 가열되면서 앞서 설명한 흡입손실이나 압축손실이 가중되는 문제점도 있었다.

또, 종래의 가스윤활형 리니어 압축기는, 실린더의 압축공간에서 토출커버의 토출공간으로 토출되는 냉매가 프레임과 실린더에 직접 접촉되어 그 프레임이 실린더와 함께 가열되면서 앞서 설명한 흡입손실이나 압축손실이 더욱 가중되는 문제점도 있었다.

또, 종래의 가스윤활형 리니어 압축기는, 압축공간에서 토출되는 냉매의 맥동을 감소시키기 위해 순차적으로 연통되는 복수 개의 토출커버를 겹쳐 설치하고 있으나, 이로 인해 토출커버의 경우 방열효과가 낮아지게 되면서 앞서 설명한 흡입손실이나 압축손실이 가중될 수 있었다. 특히, 프레임에 접하는 토출커버는 압축공간과 직접 연통됨에 따라 다른 토출커버에 비해 높은 온도를 가지게 되는데, 이 토출커버가 다른 토출커버의 안쪽에 위치하게 되면 가장 높은 온도의 토출커버가 케이싱의 냉매와 접촉하지 못하면서 방열이 더욱 어려워지게 되는 문제점이 있었다.

또, 종래의 가스윤활형 리니어 압축기는, 토출커버와 케이싱 사이의 간격이 멀어 동일한 냉매량 대비 토출커버와 케이싱 사이를 통과하는 냉매의 유속이 느려지게 되고, 이로 인해 토출커버와 케이싱 사이를 통과하는 냉매에 대한 대류 열전달 계수가 낮아져 전체적으로 토출커버에 대한 방열효과가 더욱 감소하게 되는 문제점이 있었다. 이는, 앞서 설명한 바와 같이 토출커버가 그와 접촉된 프레임을 통해 실린더를 가열시켜 흡입손실이나 압축손실을 더욱 가중시킬 수 있다.

한국 공개특허공보 KR10-2015-0040027 A (2015.04.14. 공개) 한국 공개특허공보 KR10-2016-0024217 A (2016.03.04. 공개)

본 발명의 목적은, 실린더와 피스톤이 냉매에 의해 가열되어 압축공간으로 흡입되는 냉매 또는 그 압축공간에서 압축되는 냉매가 과열되면서 흡입손실이나 압축손실이 발생하게 되는 것을 억제할 수 있는 리니어 압축기를 제공하려는데 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 토출커버와 프레임 사이에서 열이 전도되는 것을 차단하여 토출커버에 의해 프레임이 가열되는 것을 억제할 수 있는 리니어 압축기를 제공하려는데 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 토출커버의 토출공간으로 토출되는 냉매가 프레임과 실린더에 접촉되는 것을 차단하여, 토출커버로 토출된 냉매에 의해 프레임과 실린더가 가열되는 것을 억제하고 이를 통해 압축기 효율을 높일 수 있는 리니어 압축기를 제공하려는데 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 상대적으로 높은 온도를 띄는 토출커버의 방열면적을 넓혀 그 토출커버에 대한 냉각효과를 높임으로써 토출커버에 의해 프레임으로 전달되는 열을 낮출 수 있는 리니어 압축기를 제공하려는데 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 토출커버와 케이싱 사이를 통과하는 냉매의 유속을 높여 대류열전달계수를 증가시키고 이를 통해 토출커버를 신속하게 냉각시킬 수 있는 리니어 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 밀봉된 내부공간을 가지는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 구비되고, 무버가 스테이터에 대해 왕복운동을 하는 리니어 모터; 상기 케이싱의 내주면에서 이격되어 구비되며, 상기 리니어 모터의 무버에 연결되는 피스톤이 실린더에서 왕복운동을 하면서 상기 실린더에 압축공간을 형성하는 압축유닛; 및 상기 압축공간에서 배출된 냉매를 수용하도록 각각의 토출공간이 구비되고, 상기 각각의 토출공간은 순차적으로 연통되는 복수 개의 토출커버;를 포함하고, 상기 압축유닛에 접하는 토출커버는, 그 토출커버의 토출공간을 이루는 측벽부분의 적어도 일부가 상기 케이싱의 내부공간에 노출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 압축유닛에 접하며 제1 토출공간을 가지는 토출커버를 제1 커버, 상기 제1 커버의 제1 토출공간에 연통되는 제2 토출공간을 가지는 토출커버를 제2 커버라고 할 때, 상기 제2 커버는 상기 측벽부분과 함께 제1 토출공간을 이루는 전면부분의 외측면에 접하여 고정될 수 있다.

그리고, 상기 제1 토출공간을 이루는 제1 커버의 전면부분의 외측면 중에서 적어도 일부가 상기 제2 커버의 범위 밖에 노출되도록 구비될 수 있다.

그리고, 상기 압축유닛에 접하는 토출커버는, 상기 토출공간을 형성하는 공간부; 상기 공간부에서 연장되며, 상기 압축유닛에 고정되는 고정부; 및 상기 고정부에서 연장되며, 상기 케이싱의 내주면과의 사이에 소정의 간격을 가지고 그 케이싱의 내주면과 마주보도록 형성되는 방열부;를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 복수 개의 토출커버는 측벽부분과 전면부분으로 된 각각의 공간부를 가지며, 상기 복수 개의 토출커버는 상기 각 측벽부분의 적어도 일부가 상기 케이싱의 내부공간에 각각 노출되도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 복수 개의 토출커버는 상류측 토출커버의 전면부분에 하류측 토출커버가 결합될 수 있다.

그리고, 상기 복수 개의 토출커버 중에서 적어도 어느 한 개의 토출커버는, 상기 공간부에서 연장되는 고정부 및 그 고정부에서 연장되는 방열부를 가지며, 상기 방열부는 상기 압축유닛에서 이격되며, 상기 케이싱의 내주면과의 사이에 소정의 간격을 가지고 그 케이싱의 내주면과 마주보도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 압축유닛에 접하는 토출커버는 토출공간을 이루는 공간부를 가지며, 상기 공간부에는 상기 압축유닛을 향하는 방향으로 함몰지는 토출안내홈이 형성될 수 있다.

그리고, 상기 토출안내홈에는 상기 토출커버 중에서 상기 압축유닛에 접하는 토출커버를 제외한 다른 토출커버의 토출공간에 연통되는 연결관이 삽입되어 수용될 수 있다.

그리고, 상기 토출안내홈은 다른 토출커버에 의해 일부가 복개되고, 상기 연결관은 상기 토출안내홈을 복개하는 다른 토출커버를 관통하여 상기 토출안내홈에 삽입될 수 있다.

그리고, 상기 토출커버와 압축유닛 사이에는 상기 토출커버보다 열전도도가 낮은 재질로 된 단열부재가 더 구비될 수 있다.

그리고, 상기 단열부재는 적어도 일부가 상기 압축유닛에 접하는 토출커버의 토출공간 범위에 위치하도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 단열부재는 상기 토출커버의 토출공간과는 분리되면서 상기 케이싱의 내부공간과 연통되는 단열공간부가 상기 토출커버와 압축유닛 사이에 적어도 한 개 이상 형성되도록 할 수 있다.

여기서, 상기 토출커버의 토출공간으로 배출된 냉매의 일부를 상기 실린더와 피스톤 사이로 안내하여 상기 실린더와 피스톤 사이를 냉매로 윤활하는 가스베어링이 더 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 리니어 압축기는, 복수 개의 토출커버 중에서 압축유닛에 접하는 토출커버의 토출공간을 이루는 외측면이 케이싱의 내부공간에 노출되도록 형성됨으로써, 가장 높은 온도를 띄는 토출커버에 대한 방열효과를 높여 토출커버에서 압축유닛으로 열이 전달되는 것을 낮출 수 있고 이를 통해 흡입유로와 압축공간의 냉매가 과열되는 것을 억제하여 압축기 효율을 높일 수 있다.

또, 토출커버와 압축유닛 사이에 단열커버가 설치됨에 따라, 토출커버에서 압축유닛으로 열이 전도되는 것을 차단하는 동시에 토출커버에 수용되는 냉매가 압축유닛을 이루는 프레임 또는 실린더와 직접 접촉되는 것을 차단하거나 접촉면적을 줄여 냉매의 열이 프레임 또는 실린더로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 이를 통해 흡입유로와 압축공간의 냉매가 과열되는 것을 억제하여 압축기 효율을 높일 수 있다.

또, 단열커버와 압축유닛의 사이에 케이싱의 내부공간과 연통되는 단열공간부가 형성됨으로써, 단열공간부에 흡입압의 냉매가 채워지면서 토출커버에서 전달되는 열을 효과적으로 차단하여 압축기 효율을 더욱 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 리니어 압축기를 보인 종단면도,
도 2는 도 1에 따른 토출커버 조립체를 분해하여 보인 사시도,
도 3은 도 1에 따른 토출커버 조립체를 조립하여 보인 사시도,
도 4는 도 3에 따른 토출커버 조립체를 프레임에 조립하여 보인 종단면도,
도 5는 도 4의 "Ⅳ-Ⅳ"선단면도,
도 6은 도 1에 따른 토출커버 조립체에서 제1 커버에 대한 다른 실시예를 보인 사시도,
도 7은 도 1에 따른 토출커버 조립체에 대한 다른 실시예를 보인 종단면도,
도 8은 도 7에 따른 토출커버 조립체에서 각 커버에 대한 다른 실시예를 보인 사시도,
도 9 및 도 10은 도 1에서 단열커버가 조립된 상태에 대한 실시예들을 보인 종단면도.

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

본 발명에 따른 리니어 압축기는 유체를 흡입하여 압축하고, 압축된 유체를 토출하는 동작을 수행한다. 본 발명에 따른 리니어 압축기는 냉동 사이클의 구성요소가 될 수 있으며, 이하에서 유체는 냉동 사이클을 순환하는 냉매를 예로 들어 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 리니어 압축기(100)는, 케이싱(110)의 내부공간(101)은 밀폐된 공간을 형성하고, 케이싱(110)의 내부공간(101)에는 후술할 지지스프링(161,162)에 의해 탄력 지지되는 프레임(120)이 구비될 수 있다. 프레임(120)에는 리니어 모터(130)가 결합되어 지지되며, 리니어 모터(130)에는 냉매를 흡입, 압축하여 토출하는 압축유닛(140)이 결합될 수 있다. 이에 따라, 압축유닛(140)은 리니어 모터(130)와 함께 프레임(120)에 결합되어 케이싱(110)에 대해 탄력적으로 지지될 수 있다.

케이싱(110)은 열전도성 재질로 형성될 수 있다. 이를 통해 케이싱(110)의 내부공간(101)에서 발생되는 열은 케이싱(110)을 통해 외부로 방열될 수 있다.

그리고 케이싱(110)은 양단이 개구되어 대략 횡방향으로 긴 원통 형상으로 형성되는 쉘(111)과, 쉘(111)의 후방측에 결합되는 제1 쉘커버(112) 및 전방측에 결합되는 제2 쉘커버(113)로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 케이싱(110)는 가로 방향으로 누워져 있으며, 도면을 기준으로 제1 쉘커버(112)는 쉘(111)의 우측에, 제2 쉘커버(113)는 쉘(111)의 좌측에 결합될 수 있다. 넓은 의미에서 제1 쉘커버(112)와 제2 쉘커버(113)는 쉘(111)의 일부를 이룰 수 있다.

쉘(110)은 리니어 모터(130)의 크기에 따라 내경이 다양하게 형성될 수 있으나, 본 실시예의 리니어 압축기(100)는 오일베어링이 배제되고 가스베어링이 적용됨에 따라 케이싱(110)의 내부공간(101)에 오일이 채워질 필요가 없다. 따라서, 쉘(110)의 내경은 최대한 작게, 예를 들어 후술할 프레임(120)의 플랜지부(122)가 케이싱(110)의 내주면(111a)과 접촉되지 않을 정도의 간격만 가질 수 있는 정도로 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 리니어 압축기(100)는 쉘(111)의 외경이 앞서 제시한 특허문헌1에 비해 매우 작게 형성될 수 있다.

제1 쉘커버(112)는 앞서 설명한 바와 같이 쉘(111)의 후방측을 밀봉하도록 쉘(111)에 결합되는 것으로, 제1 쉘커버(112)에는 흡입관(114)이 삽입되어 결합될 수 있다.

그리고 제1 쉘커버(112)의 내주면에는 원통 형상으로 된 흡입측 지지부재(116a)가 결합되고, 흡입측 지지부재(116a)에는 판스프링으로 된 제1 지지스프링(116)에 결합되어 고정될 수 있다. 흡입측 지지부재(116a)에는 흡입가이드(116b)가 삽입되어 결합될 수 있다. 제1 지지스프링(116)은 그 중앙부가 앞서 설명한 흡입가이드(116b)에 결합되는 반면, 그 가장자리는 후술할 백커버(134)에 체결되어 결합될 수 있다. 이에 따라, 백커버(134)를 포함하는 압축기 본체(C)의 후방측은 제1 지지스프링(116)에 의해, 제1 쉘커버(112)를 포함하는 케이싱(110)에 반경방향으로 탄력 지지될 수 있다.

여기서, 흡입가이드(116b)는 원통 형상으로 형성되어 흡입관(114)에 연통됨에 따라, 흡입관(114)을 통해 흡입되는 냉매는 흡입가이드(116b)를 통과하여 후술할 흡입머플러 조립체(150)로 원할하게 유입될 수 있다.

그리고 흡입측 지지부재(116a)와 흡입가이드(116b) 사이에는 고무재질 등으로 된 댐핑부재(116c)가 설치될 수 있다. 이에 따라, 흡입관(114)을 통해 냉매가 흡입되는 과정에서 발생될 수 있는 진동이 흡입가이드(116b)로부터 흡입측 지지부재(116a)로 전달되는 것을 차단할 수 있다.

또, 제2 쉘커버(113)는 앞서 설명한 바와 같이, 쉘(111)의 전방측을 밀봉하도록 쉘(111)에 결합되는 것으로, 후술할 루프파이프(115a)에 연결되는 토출관(115)이 삽입되어 결합될 수 있다. 이에 따라, 압축공간(103b)에서 토출되는 냉매는 후술할 토출커버 조립체(160)를 통과한 후 루프파이프(115a)와 토출관(115)을 통해 냉동사이클로 배출된다.

그리고, 제2 쉘커버(113)의 내측면 또는 그 제2 쉘커버(113)의 내측면이 접하는 쉘(111)의 내주면에는 토출측 지지부재(117a)가 결합되고, 토출측 지지부재(117a)에는 판스프링으로 된 제2 지지스프링(117)이 결합될 수 있다.

제2 지지스프링(117)의 중심부는 후술할 토출커버 조립체(160)에 결합되는 지지가이드(117b)와 지지커버(117c) 그리고 제1 지지브라켓(117d)에 의해 결합될 수 있다. 제1 지지브라켓(117d)은 제2 쉘커버(113)의 내주면에 고정되는 제2 지지브라켓(113a)에 삽입되어 축방향 및 반경방향으로 지지될 수 있다. 이에 따라, 후술할 토출커버 조립체(160)를 포함하는 압축기 본체(C)의 전방측은 제2 지지스프링(117)에 의해, 제2 쉘커버(113)를 포함하는 케이싱(110)에 반경방향으로 탄력 지지될 수 있다.

한편, 케이싱(110)의 내부에는 압축기 본체(C)의 일부를 이루는 프레임(120)이 구비된다. 그리고 프레임(120)에는 리니어 모터(130)로 된 모터 조립체 및 압축유닛(140)을 이루는 실린더(141)가 결합되어 지지될 수 있다. 이에 따라, 프레임(120)은 리니어 모터(130) 및 압축유닛(140)과 함께 제1 지지스프링(116)과 제2 지지스프링(117)에 의해 케이싱(110)에 대해 탄력 지지될 수 있다.

여기서, 프레임(120)은 원통 모양으로 형성되는 바디부(121)와, 바디부(121)의 전방단에서 반경방향으로 연장되는 플랜지부(122)로 이루어질 수 있다.

바디부(121)의 외주면에는 후술할 이너 스테이터(132)가, 그 바디부(121)의 내주면에는 실린더(141)가 각각 결합될 수 있다. 그리고, 플랜지부(122)의 후방면에는 후술할 아우터 스테이터(131)가, 그 플랜지부(122)의 전방면에는 후술할 토출커버 조립체(160)가 각각 결합될 수 있다.

플랜지부(122)의 전방면 일측에는 후술할 가스베어링의 일부를 이루는 베어링 입구홈(125a)이 형성되고, 베어링 입구홈(125a)에서 바디부(121)의 내주면으로 관통되는 베어링 연통구멍(125b)이 형성되며, 바디부(121)의 내주면에는 베어링 연통구멍(125b)에서 연통되도록 베어링 연통홈(125c)이 형성될 수 있다.

베어링 입구홈(125a)은 소정의 깊이만큼 축방향으로 함몰지게 형성되고, 베어링 연통구멍(125b)은 베어링 입구홈(125a)보다 단면적이 작은 구멍으로 바디부(121)의 내주면을 향해 경사지게 형성될 수 있다. 그리고, 베어링 연통홈(125c)은 바디부(121)의 내주면에 소정의 깊이와 축방향 길이를 가지는 환형 모양으로 형성될 수 있다. 하지만, 베어링 연통홈(125c)은 바디부(121)의 내주면이 접하는 실린더(141)의 외주면에 형성되거나 또는 바디부(121)의 내주면과 실린더(141)의 외주면에 반씩 각각 형성될 수도 있다.

또, 베어링 연통홈(125c)에 대응하는 실린더(141)에는 가스베어링에서 일종의 노즐부를 이루는 베어링 구멍(141a)이 형성될 수 있다. 이에 대해서는 실린더를 설명하면서 다시 설명한다.

한편, 리니어 모터(130)는 스테이터(130a) 및 그 스테이터(130a)에 대해 왕복운동을 하는 무버(130b)로 이루어질 수 있다.

스테이터(130a)는 프레임(120)의 플랜지부(122)에 고정되는 아우터 스테이터(131)와, 아우터 스테이터(131)의 내측에 소정의 공극(130c)만큼 이격되어 배치되는 이너 스테이터(132)로 이루어질 수 있다. 이너 스테이터(132)는 프레임(120)의 바디부(121)를 둘러싸도록 그 바디부(121)의 외주면에 삽입되어 결합될 수 있다.

아우터 스테이터(131)는 코일 권선체(135) 및 코일 권선체(135)를 둘러싸도록 적층되는 스테이터 코어(136)가 포함되고, 코일 권선체(135)에는 보빈(135a) 및 보빈(135a)의 원주 방향으로 권선된 코일(135b)이 포함될 수 있다. 코일(135b)의 단면은 원형 또는 다각형 형상으로 형성될 수 있으며, 일례로 육각형의 형상을 가질 수 있다.

그리고, 스테이터 코어(136)는 다수 개의 라미네이션 시트가 방사상으로 적층될 수도 있고, 복수 개의 라미네이션 블록(lamination block)이 원주 방향을 따라 적층될 수도 있다.

또, 아우터 스테이터(131)의 타측에는 스테이터 커버(137)가 구비될 수 있다. 이에 따라, 아우터 스테이터(131)의 일측부는 프레임(120)에 의해, 타측부는 스테이터 커버(137)에 의해 각각 지지될 수 있다.

이너 스테이터(132)는 프레임(120)의 외주면에 삽입되어 고정될 수 있다. 이러한 이너 스테이터(132)는 복수 개의 라미네이션이 방사상으로 적층되어 이루어질 수 있다.

한편, 무버(130b)는 마그네트 홀더(133a) 및 그 마그네트 폴더(133a)에 지지되는 마그네트(133b)로 이루어질 수 있다. 마그네트 홀더(133a)는 원통 형상으로 형성되며, 일단은 후술할 피스톤(142)에 결합되고, 타단은 아우터 스테이터(131)와 이너 스테이터(132) 사이의 공극에 왕복운동 가능하게 삽입될 수 있다.

마그네트(133b)는 마그네트 홀더(133a)의 외주면에 접착되어 고정되거나, 또는 별도의 고정링(미도시)을 이용하여 고정될 수 있다. 이에 따라, 마그네트(133b)는 아우터 스테이터(131)와 이너 스테이터(132) 사이에 형성되는 상호 전자기력에 의하여 마그네트 홀더(133a)와 함께 직선 왕복 운동할 수 있다.

또, 마그네트 홀더(133a)의 타단에는 피스톤(142)과 함께 스프링 서포터(138)가 결합되고, 스프링 서포터(138)의 양측에는 리니어 모터(130)의 무버(130b)와 압축유닛(140)의 피스톤(142)을 공진시키는 제1 공진스프링(139a)과 제2 공진스프링(139b)이 구비될 수 있다.

여기서, 제1 공진스프링(139a)은 스테이터 커버(137)의 후방면과 스프링 서포터(138)의 전방면 사이에, 제2 공진스프링(139b)은 스프링 서포터(138)의 후방면과 백커버(134)의 전방면 사이에 각각 구비될 수 있다. 백커버(134)는 스테이터 커버(137)에 결합되어 앞서 설명한 바와 같이 제2 공진스프링(139b)의 타단을 축방향으로 지지할 수 있다. 이에 따라, 리니어 모터(130)의 무버(130b)와 압축유닛(140)의 피스톤(142)은 리니어 모터(130)의 전자기력과 공진스프링(139a)(139b)의 탄성력에 의해 축방향을 따라 직선으로 왕복 운동을 하면서 압축공간(103b)으로 냉매를 흡입 압축하여 토출시킬 수 있다.

한편, 압축유닛(140)은 실린더(141), 피스톤(142), 흡입밸브(143), 토출밸브 조립체(144)를 포함할 수 있다.

실린더(141)는 내부에 압축공간(103b)이 구비되도록 원통 형상으로 형성되며, 프레임(120)의 내주면에 삽입되어 고정될 수 있다. 실린더(141)의 후방측에는 냉매가 압축공간(103b)으로 흡입되는 후술할 흡입머플러 조립체(150)가, 전방측에는 압축공간(103b)에서 압축된 냉매가 토출되는 후술할 토출커버 조립체(160)가 각각 구비될 수 있다.

그리고 실린더(141)에는 피스톤(142)과의 사이로 토출가스를 공급하여 그 실린더(141)와 피스톤 사이를 가스 윤활하는 가스베어링의 나머지 일부가 형성될 수 있다. 예를 들어, 실린더(141)에는 베어링 연통홈(125c)과 연통되는 위치에서 반경방향으로 관통되어 베어링 연통홈(125c)으로 유입되는 압축된 냉매를 실린더(141)의 내주면과 피스톤(142)의 외주면으로 안내하는 베어링 구멍(141a)이 형성될 수 있다. 물론, 앞서 설명한 바와 같이 베어링 연통홈(125c)은 실린더(141)의 외주면에 형성되는 것이 가공측면에서 더 유리할 수 있다.

베어링 구멍(141a)은 입구는 넓게, 출구는 노즐 역할을 하도록 미세통공으로 형성될 수 있다. 베어링 구멍(141a)의 입구부에는 이물질의 유입을 차단하는 필터미도시)가 구비될 수 있다. 필터는 금속으로 된 망필터일 수도 있고, 세실과 같은 부재를 감아서 형성할 수도 있다. 따라서, 베어링 구멍(141a)의 입구와 출구가 각각 독립적으로 연통되도록 낱개로 형성될 수도 있고, 입구는 환형 홈으로 형성되고 출구는 그 환형 홈을 따라 일정 간격을 두고 복수 개가 형성될 수도 있다.

또, 베어링 구멍(141a)은 실린더(141)의 축방향 중간을 기준으로 압축공간(103b)과 인접한 쪽(이하, 전방쪽)에만 형성될 수도 있고, 피스톤(142)의 처짐을 고려하여 반대쪽인 후방쪽에도 형성될 수도 있다.

피스톤(142)은 그 내부에 흡입유로(103a)를 가지며, 전방단은 부분적으로 개방되는 반면 후방단은 완전히 개방되는 원통 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 피스톤(142)은 앞서 설명한 바와 같이 개방단인 후방단이 마그네트 홀더(133a)와 연결되어 마그네트 홀더(133a)와 함께 왕복 운동을 할 수 있다.

또, 피스톤(142)의 전방단에는 흡입유로(103a)와 압축공간(103b) 사이를 연통시키는 흡입포트(142a)가 형성되고, 피스톤(142)의 전방면에는 그 흡입포트(142a)를 선택적으로 개폐하는 흡입밸브(143)가 구비될 수 있다. 이에 따라, 케이싱(110)의 내부공간(101)으로 흡입되는 냉매는 흡입밸브(143)를 열면서 그 피스톤(142)의 흡입유로(103a)와 흡입포트(142a)를 통해 실린더(141) 사이의 압축공간(103b)로 흡입될 수 있다.

실린더(141)의 전방단에는 압축공간(103b)을 개폐하는 토출밸브 조립체(144)가 착탈 가능하게 구비될 수 있다.

토출밸브 조립체(144)는 토출밸브(144a)와, 토출밸브(144a)의 전방측에 구비되어 그 토출밸브(144a)를 탄력 지지하는 밸브스프링(144b)로 이루어질 수 있다. 밸브스프링(144b)은 압축코일스프링으로 형성될 수도 있지만, 점유공간이나 신뢰성 측면을 고려하면 판스프링으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 압축공간(103b)의 압력이 토출압력 이상이 되면, 밸브스프링(144b)이 전방으로 변형하면서 토출밸브(144a)를 개방시키고, 냉매는 압축공간(103b)으로부터 토출되어 후술할 토출커버 조립체(160)의 제1 토출공간(104a)으로 배출된다. 그리고 냉매의 배출이 완료되면, 밸브스프링(144b)은 토출밸브(144a)에 복원력을 제공하여, 토출밸브(144a)가 닫혀지도록 한다.

한편, 피스톤(142)의 후방단에는 냉매가 흡입되는 과정에서 발생하는 소음을 감쇄시키는 흡입머플러 조립체(150)가 결합된다.

흡입머플러 조립체(150)는 케이싱(110)의 내부공간(101)에 연통되는 흡입머플러(151)와, 흡입머플러(151)의 일측에 연결되어 냉매를 흡입포트(142a)로 안내하는 내부가이드(152)로 이루어질 수 있다.

흡입머플러(151)는 피스톤(142)의 외부에 구비되고, 그 내부에는 배플에 의해 복수 개의 소음공간(102)이 형성될 수 있다. 흡입머플러(151)는 금속으로 형성될 수도 있지만, 무게나 절연성을 고려하여 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.

내부가이드(152)는 흡입머플러의 소음공간에 연통되도록 파이프 형상으로 형성되고, 피스톤(142)의 흡입유로(103a)에 깊숙하게 삽입되어 구비될 수 있다. 내부가이드(152)는 양단의 내경이 동일한 원통 형상으로 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 토출측인 전방단의 내경이 반대쪽인 후방단의 내경보다 크게 형성될 수도 있다.

한편, 프레임(120)의 전방면에는 냉매가 토출공간(103b)에서 토출되는 과정에서 발생되는 소음을 감쇄시키는 토출커버 조립체(160)가 결합될 수 있다.

토출커버 조립체(160)는 토출밸브 조립체(144)를 수용하여, 실린더의 전방측에 구비될 수 있다. 이를 위해, 토출커버 조립체(160)는 프레임(120)의 일부를 이루는 플랜지부(122)의 전방면에 고정 결합될 수 있다.

여기서, 토출커버 조립체(160)는 열전도성 재질로 형성된다. 이를 통해 토출커버 조립체(160)로 고온의 냉매가 유입되면 그 냉매가 포함하고 있는 열이 토출커버 조립체(160)를 통해 케이싱(110)으로 전달되어 압축기 외부로 방열된다.

토출커버 조립체(160)는 한 개의 토출커버로 이루어질 수도 있고, 복수 개의 토출커버가 순차적으로 연통되도록 배치될 수도 있다. 본 실시예에서는 토출커버가 3개인 경우를 예로 들어 설명한다.

도 2는 도 1에 따른 토출커버 조립체를 분해하여 보인 사시도이고, 도 3은 도 1에 따른 토출커버 조립체를 조립하여 보인 사시도이며, 도 4는 도 3에 따른 토출커버 조립체를 파단하여 보인 사시도이고, 도 5는 도 4에 따른 토출커버 조립체를 프레임에 조립된 상태를 보인 종단면도이다.

이들 도면을 참조하면, 토출커버가 3개인 경우에는 프레임(120)에 접하여 첫 번째로 결합되는 토출커버(이하, 제1 커버)(161)의 토출공간(이하, 제1 토출공간)(104a)이 제1 커버(161)의 전방측에 결합되는 두 번째 토출커버(이하, 제2 커버)(162)의 토출공간(이하, 제2 토출공간)(104b)에 연통되고, 제2 토출공간(104b)은 제2 커버(162)의 전방측에 결합되는 세 번째 토출커버(이하, 제3 커버)(163)의 토출공간(이하, 제3 토출공간)(104c)에 연통될 수 있다.

도 2와 같이, 제1 커버(161)의 중앙부분에 제1 공간부(161a)가, 제2 커버(162)의 중앙부분에 제2 공간부(162a)가, 제3 커버(163)의 중앙부분에 제3 공간부(163a)가 각각 형성될 수 있다.

그리고, 제1 공간부(161a)는 압축공간(103b)을 수용하는 제1 토출공간(104a)이, 제2 공간부(162a)는 제1 토출공간(104a)을 수용하는 제2 토출공간(104b)이, 제3 공간부(163a)는 제2 토출공간(104b)을 수용하는 제3 토출공간(104c)이 각각 형성될 수 있다.

그리고, 제1 토출공간(104a)은 토출밸브(144a)에 의해 압축공간(103b)과 선택적으로 연통되고, 제2 토출공간(104b)은 제1 토출공간(104a)과 연통되며, 제3 토출공간(104c)은 제2 토출공간(104b)과 연통될 수 있다. 이에 따라, 압축공간(103b)에서 토출되는 냉매는 제1 토출공간(104a)-제2 토출공간(104b)-제3 토출공간(104c)을 차례대로 거치면서 토출소음이 감쇄된 후 제3 공간부(163a)에 연통되는 루프파이프(115a)와 토출관(115)을 통해 케이싱(110)의 외부로 배출될 수 있다.

여기서, 제1 공간부(161a)가 제2 공간부(162a)의 내부에 완전히 수용되도록 형성될 수 있다. 하지만, 이 경우에는 상대적으로 고온인 제1 공간부(161a)가 케이싱(110)의 내부공간(101)으로부터 완전히 격리되어, 상대적으로 저온은 흡입냉매와의 접촉이 배제된다. 그러면 제1 커버(161)가 쉽게 방열되지 못하면서 프레임(120)을 가열시키게 된다. 따라서, 제1 공간부(161a)의 적어도 일부가 제2 공간부(162a)의 밖으로 노출될 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다. 이에 대해서는 나중에 다시 설명한다.

제1 공간부(161a)에는 제1 연통구멍(105a)이 형성되고, 제1 연통구멍(105a)은 제2 토출공간(104b)에 수용되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 토출공간(104a)과 제2 토출공간(104b)이 제1 연통구멍(105a)에 의해 직접 연통될 수 있다.

제2 공간부(162a)는 제3 공간부(163a)에 완전히 수용되지 않고 제2 공간부(162a)의 일부가 제3 공간부(163a)의 범위 밖으로 노출되도록 형성될 수 있다. 하지만, 이 경우에는 제2 공간부(162a)와 제3 공간부(163a)의 축방향 길이가 길어져 전체적으로 압축기의 길이가 커질 수 있다. 반면, 제2 공간부(162a)가 제3 공간부(163a)에 완전히 수용되지 않을 경우에는 제2 공간부(162a)가 케이싱(110)의 내부공간(101)에 노출되면서 그만큼 제2 커버(162)에 대한 방열효과가 향상될 수 있다. 이에 대해서도 나중에 다시 설명한다.

따라서, 제2 공간부(162a)는 제3 공간부(163a)보다 작게 형성되어 제3 공간부(163a)가 제2 공간부(162a)를 완전히 수용되도록 형성되고, 후술할 제3 고정부(163b)를 제2 고정부(162b)와 함께 제1 공간부(161a)에 용접하여 고정할 수도 있다.

그리고, 제2 토출공간(104b)과 제3 토출공간(104c)은 제2 공간부(162a)에 연통구멍을 형성하여 제2 토출공간(104b)과 제3 토출공간(104c)을 직접 연통시킬 수도 있다. 하지만 이 경우에는 맥동소음이 감쇄되지 않아 전체적으로 압축기의 토출소음이 증가될 수 있다. 따라서, 연결관(106)을 이용하여 제2 공간부(162a)의 제2 토출공간(104b)과 제3 공간부(163a)의 제3 토출공간(104c) 사이를 연통시킬 수 있다.

하지만, 제2 공간부(162a)가 제3 공간부(163a)에 완전히 수용되는 경우에는 제2 토출공간(104b)과 제3 토출공간(104c)을 연결관(106)으로 연결하기가 곤란하게 된다. 이 경우에는 연결관의 일단이 후술할 제2 고정부(162b)에 구비되는 제2 연통구멍(105b)을 통과하여 제1 공간부(161a)에 구비되는 토출안내홈(161d)에서 제2 토출공간(104b)과 연통되도록 할 수 있다. 물론, 연결관(106)의 타단은 제3 공간부(163a)에 구비되는 제3 연통구멍(105c)에 연결되어, 결국 제2 토출공간(104b)과 제3 토출공간(104c)이 연결관(106)에 의해 연통될 수 있다.

도면으로 도시하지는 않았으나, 제1 공간부(161a)가 제2 공간부(162a)의 범위 밖으로 노출됨에 따라, 제1 토출공간(104a)과 제2 토출공간(104b) 사이를 별도의 연결관(미도시)으로 연결할 수도 있다. 이 경우, 연결관의 길이가 길어지면서 제1 커버(161)와 제2 커버(162)에서의 소음 감쇄 효과가 더욱 향상될 수 있다.

한편, 제1 공간부(161a)의 내경(D1)은 실린더(141)의 내경(D2)보다는 크게 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 아울러, 제1 공간부(161a)는 앞서 설명한 가스베어링의 입구를 이루는 베어링 입구홈(125a)을 수용할 수 있는 정도의 넓이를 가지도록 형성될 수 있다.

여기서, 후술할 단열커버(170)의 제2 단열부(172)가 베어링 입구홈(125a)을 복개하는 경우에는 그 제2 단열부(172)에 가스통공(170c)이 형성될 수 있다. 가스통공(170c)에 의해 베어링 입구홈(125a)이 제2 단열부(172)에 의해 복개된 상태에서 제1 토출공간(104a)과 연통될 수 있다.

그리고, 제1 공간부(161a)는 후술할 제1 고정부(161b)에서 2단 이상으로 다단 절곡하여 전방측으로 볼록하게 형성할 수도 있다. 하지만, 제1 공간부(161a)는 제2 공간부(162a)의 깊이가 얕게 형성됨에 따라, 제1 공간부(161a)는 1단 절곡하여 중앙부만 볼록하게 형성할 수 있다. 이에 따라, 제1 공간부(161a)의 내부에는 토출밸브 조립체(144)를 삽입하여 고정할 수 있는 환형의 지지브라켓(144c)이 더 구비될 수 있다.

그리고, 제1 공간부(161a)는 제1 토출공간(104a)의 축방향 일측면을 이루는 제1 전면부분(161a1)과, 제1 전면부분(161a1)의 가장자리에서 연장되어 제1 토출공간(104a)의 반경방향 측면을 이루는 제1 측벽부분(161a2)으로 이루어질 수 있다.

제1 전면부분(161a1)의 중앙부분에는 앞서 설명한 볼록부(미부호)가 형성되고, 볼록부의 주변에는 제1 토출공간(104a)의 냉매를 제2 토출공간(104b)으로 안내하는 제1 연통구멍(105a)이 형성될 수 있다. 제1 연통구멍(105a)은 복수 개가 볼록부를 둘러싸도록 형성될 수 있다.

또, 제1 전면부분(161a1)의 일측 가장자리 부근에는 앞서 설명한 토출안내홈(161d)이 프레임(120)의 전방면(122b)을 향하는 방향으로 함몰지게 형성될 수 있다. 토출안내홈(161d)은 그 일부가 후술할 제2 고정부(162b)에 의해 복개되더라도 일부가 개방될 수 있도록 전방측(개구측)으로 갈수록 단면적이 크게 형성될 수 있다.

제1 측벽부분(161a2)은 소정의 높이를 가지도록 형성되되, 제1 전면부분(161a1)의 내측면에 토출밸브 조립체(144)를 지지하는 지지브라켓(144c)이 구비되므로, 제1 측벽부분(161a2)은 토출밸브 조립체(144)가 제1 토출공간(104b)에서 안정적으로 움직일 수 있는 정도의 높이를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 제1 측벽부분(161a2)은 후술할 제2 고정부(162b)가 제1 전면부분(161a1)의 외측면에 고정됨에 따라, 제1 측벽부분(161a2)의 외측면 전체가 케이싱(110)의 내부공간(101)에 대해 노출될 수 있다. 이로써, 제1 토출공간(104a)으로 토출되는 70℃안팎의 고온 냉매가 제1 커버(161)의 측벽부분(161a2)을 통해 케이싱(110)의 내부공간(101)에서 순환하는 냉매와 열교환되면서 제1 커버(161)를 신속하게 방열할 수 있다.

또, 전면 투영시 제2 공간부(162a)의 면적은 제1 공간부(161a)의 면적보다 작게 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 공간부(162a)는 축방향으로 제1 공간부(161a)의 범위내에 위치하도록 형성될 수 있다. 그리고 제2 공간부(162a)의 체적은 제1 공간부(161a)의 체적보다 현저하게 작게 형성될 수 있다.

또, 전면 투영시 제3 공간부(163a)의 면적은 제1 공간부(161a)의 면적보다는 작지만 제2 공간부(161a)의 면적보다는 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 제3 공간부(163a)는 앞서 설명한 바와 같이 제2 공간부(162a)를 완전히 수용하여, 제1 공간부(161a)의 전면부분(161a1) 외측면에 제2 공간부(162a)와 함께 용접하여 고정될 수 있다. 그리고, 제3 공간부(163a)에는 연결관(106)의 타단이 삽입되어 제3 토출공간(104c)과 연통되도록 제3 연통구멍(105c)이 형성될 수 있다.

한편, 제1 커버(161)는 제1 공간부(161a)의 가장자리에서 연장되는 제1 고정부(161b)가, 제2 커버(162)는 제2 공간부(162a)의 가장자리에서 연장되는 제2 고정부(162b)가, 제3 커버(163)는 제3 공간부(163a)의 가장자리에서 연장되는 제3 고정부(163b)가 각각 더 형성될 수 있다. 각각의 고정부(161b)(162b)(163b)는 프레임(120)의 플랜지부(122) 전방면에 밀착되어 고정되도록 각각의 공간부(161a)(162a)(163a)에서 반경방향으로 연장되어 플랜지 형상으로 형성되고, 제2 고정부(161b)에는 연결관(106)이 삽입될 수 있도록 제2 연통구멍(105b)이 형성될 수 있다.

이로써, 제1 고정부(161b)는 프레임(120)의 전방면(122b)에 가스켓(165)을 사이에 두고 밀착되어 프레임(120)에 볼트 체결되고, 제2 고정부(162b)는 제3 고정부(163b)와 함께 제1 공간부(161a)의 전방부분(161a1) 외측면에 밀착되어 용접 결합될 수 있다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 리니어 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 리니어 모터(130)의 코일(135b)에 전류가 인가되면, 아우터 스테이터(131)와 이너 스테이터(132) 사이에 자속이 형성되고, 이 자속에 의해 발생되는 전자기력에 의해 마그네트 홀더(133a)와 마그네트(133b)로 된 무버(130b)가 아우터 스테이터(131)와 이너 스테이터(132) 사이의 공극에서 직선으로 왕복 운동을 하게 된다.

그러면, 마그네트 홀더(130b)에 연결된 피스톤(142)이 실린더(141)에서 직선으로 왕복 운동을 하면서, 압축공간(103b)의 체적이 증가되거나 또는 감소된다. 이때, 피스톤(142)이 후진하여 압축공간(103b)의 체적이 증가되면 흡입밸브(143)가 개방되어 흡입유로(103a)의 냉매가 압축공간(103b)으로 흡입되는 반면, 피스톤(142)이 전진하여 압축공간(103b)의 체적이 감소되면 피스톤(142)이 압축공간(103b)의 냉매를 압축하게 된다. 이 압축된 냉매는 토출밸브(144a)를 개방시키면서 제1 토출공간(104a)으로 배출된다.

그러면, 제1 토출공간(104a)으로 배출되는 냉매의 일부는 가스베어링의 베어링 입구홈(125a)과 베어링 연통구멍(125b), 그리고 베어링 연통홈(125c)을 거쳐 실린더(141)의 베어링 구멍(141a)을 통해 그 실린더(141)의 내주면과 피스톤(142)의 외주면 사이로 공급되어 피스톤(142)을 실린더(141)에 대해 지지하게 된다. 반면, 나머지 냉매는 제1 연통구멍(105a)을 통해 제2 토출공간(104b)으로 이동하였다가 제2 연통구멍(105b)과 연결관(106), 그리고 제3 연통구멍(105c)을 통해 제3 토출공간(104c)으로 이동하면서 소음이 감쇄된다. 이 제3 토출공간(104c)으로 이동하는 냉매는 루프파이프(115a)와 토출관(115)을 통해 압축기의 외부로 배출되어, 냉동사이클의 응축기로 이동하게 되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

이때, 리니어 모터(130)에서는 모터열이 발생하고, 토출커버 조립체(160)에서는 압축공간(103b)에서 토출된 냉매에 의해 압축열을 전달받게 된다. 이 모터열과 압축열은 각각 프레임(120)을 통해 실린더(141)와 피스톤(142)으로 전달된다.

그러면 피스톤(142)의 흡입유로(103a)로 흡입되는 냉매는 물론 실린더(141)의 압축공간(103b)으로 흡입되는 냉매가 가열되어, 냉매의 비체적이 상승하면서 흡입손실이나 또는 압축손실이 발생하게 되고, 이로 인해 전체적으로 압축기의 효율이 저하될 수 있다.

특히, 리니어 압축기에 오일베어링이 적용되는 경우에는 상대적으로 저온인 오일이 실린더와 피스톤 사이를 순환하면서 압축부의 온도를 낮출 수 있지만, 본 실시예와 같이 오일베어링이 배제되고 가스베어링이 적용되는 경우에는 고온인 냉매가 실린더와 피스톤 사이로 유입됨에 따라 압축부의 온도가 더욱 상승하게 되어 앞서 설명한 냉매의 온도상승이 더욱 가중될 수 있다.

더욱이, 압축공간에서 토출커버 조립체로 토출되는 냉매에 의해 토출커버 조립체의 온도, 특히 프레임과 접하는 제1 커버는 대략 70℃ 안팎으로 고온상태를 유지함에 따라, 토출커버 조립체에 접촉되는 프레임 및 토출커버 조립체에 수용된 냉매와 접촉되는 실린더의 온도 역시 상승하게 된다. 그러면, 앞서 설명한 냉매의 온도가 더욱 상승하게 되면서 압축기 효율이 저하될 수 있다.

이에, 본 발명에 따른 리니어 압축기는, 토출커버 조립체(160)에서 가장 높은 온도의 냉매를 수용하는 제1 커버(161)의 공간부(161a)가 상대적으로 낮은 온도를 유지하는 케이싱(110)의 내부공간(101)에 노출되도록 함으로써, 제1 공간부(161a)에 수용되는 냉매의 열이 케이싱(110)의 냉매에 의해 신속하게 방열되도록 할 수 있다.

이를 통해, 토출커버 조립체(160)가 프레임(120) 또는 실린더(141)를 과도하게 가열하는 것을 차단함으로써, 압축공간(103b)으로 흡입되는 냉매 또는 압축되는 냉매가 과열되는 것을 억제하여 압축유닛에서의 흡입손실 또는 압축손실이 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

한편, 도 6과 같이, 제1 고정부(161b)의 외주면에서 제1 연장부(161c)가 연장 형성되는 경우에는 제1 커버(161)에 대한 방열효과를 더욱 높일 수 있다. 제1 연장부(161c)는 제1 고정부(161b)에서 절곡하여 케이싱(110)의 내주면과 평행한 방향으로 형성될 수 있다.

그러면, 제1 연장부(161c)가 연장 형성된 만큼 제1 커버(161)의 방열면적이 확대되어, 열이 제1 커버(161)에서 케이싱(110)으로 신속하게 이동하면서 제1 커버에 대한 방열효과가 향상될 수 있다.

아울러, 제1 연장부(161c)에 의해 제1 커버(161)의 외주면과 케이싱(110)의 내주면 사이의 간격이 좁아지게 되고, 이에 따라 제1 커버(161)와 케이싱(110)의 사이를 통과하는 냉매의 유속이 빨라지게 되면서 대류열전달계수가 상승하게 된다. 그러면 제1 커버(161)와 케이싱(110) 사이에서의 열전달율이 크게 상승하면서 제1 커버(161)가 더욱 신속하게 방열되어, 압축유닛(140)에서의 흡입손실 또는 압축손실이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

한편, 전술한 실시예에서는 토출커버 조립체에서 제1 커버의 공간부가 케이싱의 내부공간에 노출되도록 형성되는 것이나, 도 7과 제1 커버(161)는 물론 제2 커버(162) 또는 제3 커버(163) 등 모든 토출커버의 공간부(161a)(162a)(163a)가 케이싱(110)의 내부공간(101)에 노출되도록 형성할 수도 있다.

이를 위해, 제1 공간부(161a)는 제2 공간부(162a)보다 넓게, 제2 공간부(162a)는 제3 공간부(163a)보다 넓게 형성되어, 제1 고정부(161a)는 프레임(120)에 볼트 조립하는 반면, 제2 고정부(162b)는 제1 공간부(161a)에 용접 결합하고 제3 고정부(163b)는 제2 공간부(162a)에 용접 결합할 수 있다. 이에 따라, 제1 공간부(161a)의 측벽부분(161a2)과 제2 공간부(162a)의 측벽부분(162a2), 그리고 제3 공간부(163a)의 측벽부분(163a2)이 각각 케이싱(110)의 내부공간(101)에 노출될 수 있다.

이 경우에도 도 8과 같이, 각 고정부(161b)(162b)(163b)에서 각각의 연장부(161c)(162c)(163c)가 더 형성될 수 있다.

상기와 같이, 각 커버(161)(162)(163)의 공간부(161a)(162a)(163a)가 케이싱(110)의 내부공간(101)에 노출되면 각 커버(161)(162)(163)에 대한 방열효과가 더욱 향상되어 전체 토출커버 조립체(160)에 대한 방열효과가 향상될 수 있다. 그러면 토출커버 조립체(160)에서 프레임(120) 또는 실린더(141)로 전달되는 열량을 줄여, 압축유닛(140)에서의 흡입손실 또는 압축손실을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.

한편, 프레임의 전방면과 이를 마주보는 토출커버 조립체 사이에 단열커버를 구비하여, 토출커버 조립체의 열이 프레임 또는 실린더로 전달되는 것을 차단할 수도 있다. 이를 통해 흡입되는 냉매 또는 압축되는 냉매가 과열되는 것을 억제하여 압축유닛에서의 흡입손실 또는 압축손실이 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 단열커버(170)는 프레임(120)의 전방면(122b)과 제1 커버(161)의 제1 고정부(161b) 사이에 구비되어, 그 제1 커버(161)와 함께 프레임(120)에 볼트 체결될 수 있다. 단열커버(170)는 제1 커버(161)보다 열전도도가 낮은 재질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 단열커버(170)는 제1 커버(161)가 프레임(120)과 직접 접촉되는 것을 억제하여 제1 커버(161)가 함유하고 있는 열이 프레임(120)으로 전달되는 것을 차단할 수 있다.

여기서, 단열커버(170)는 환형으로 형성하되, 단열커버(170)의 반경방향 폭은 제1 고정부(161b)의 반경방향 폭과 대략 동일하게 형성될 수도 있다. 그러면, 단열커버(170)는 프레임(120)과 제1 고정부(161b)의 사이에만 위치하게 되어, 제1 커버(161)의 열이 제1 고정부(161b)를 통해 프레임(120)으로 전도되는 것만 차단할 수 있다.

하지만, 제1 커버(161)의 제1 공간부(161a)가 프레임(120)의 전방면(122b) 중앙부를 수용하는 넓이를 가짐에 따라, 앞서 설명한 바와 같이 단열커버(170)가 프레임(120)과 제1 고정부(161b)의 사이에만 위치하게 되면 제1 공간부(161a)의 냉매가 프레임(120)과 실린더(141)의 전방면(141b)에 직접 접촉되면서 프레임(120)과 실린더(141)를 가열시키는 것을 차단하는데 한계가 있을 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 단열커버(170)는, 일부가 프레임(120)과 제1 고정부(161b)의 사이에 위치하여 전도에 의한 열전달을 차단하는 한편, 일부는 프레임(120) 및 실린더(141)와 제1 공간부(161a)의 사이에 위치하여 대류에 의한 열전달을 차단할 수 있다. 이하에서는, 프레임(120)과 제1 고정부(161b)의 사이에 위치하는 부분을 제1 단열부(171)로, 프레임(120) 및 실린더(141)와 제1 공간부(161a) 사이에 위치하는 부분을 제2 단열부(172)라고 한다. 제1 단열부(171)는 단열커버(170)의 외측부를 이루며, 제2 단열부(172)는 단열커버(170)의 내측부를 이루게 된다.

프레임(120)의 전방면(122b)에는 외측돌부(122c)와 내측돌부(122d)가 형성되고, 외측돌부(122c)와 내측돌부(122d) 사이에는 소정의 깊이만큼 함몰진 이격홈(122e)이 형성될 수 있다. 이격홈(122e)은 앞서 설명한 단열커버(170)에 의해 복개되어 일종의 단열공간부(V)를 형성할 수 있다.

여기서, 단열공간부(V)를 이루는 이격홈(122e)은 단열커버(170)와 내측돌부(122d) 사이에 구비되는 공간부 실링부재(166)에 의해 밀봉되어 제1 토출공간(104a)과 분리될 수 있다. 이에 따라, 이격홈(122e)이 케이싱(110)의 내부공간(101)과 연통되어 흡입압의 냉매가 채워지게 되더라도 제1 토출공간(104a)의 냉매가 이격홈(122e)으로 누설되는 것을 막을 수 있다.

또, 이격홈(122e)에는 가스베어링의 입구를 이루는 베어링 입구홈(125a)이 형성될 수 있다. 베어링 입구홈(125a)은 단열커버(170)에 의해 복개되므로, 단열커버(170)의 외주면(170a)과 내주면(170b) 사이에는 가스통공(170c)이 형성될 수 있다. 그리고, 베어링 입구홈(125a)의 주변에는 베어링 실링부재(167)가 둘러싸도록 구비되어 베어링 입구홈(125a)과 이격홈(122e) 사이를 실링하게 된다.

상기와 같이, 단열공간부(V)에 케이싱(110)의 내부공간(101)에서 상대적으로 찬 냉매가 유입되면, 제1 토출공간(104a)에서 프레임(120) 또는 실린더(141)를 향하는 열이 더욱 효과적으로 차단되면서 프레임(120)이나 실린더(141)가 가열되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.

한편, 단열커버(170)는 도 9와 같이 프레임(120)의 전방면(122b)을 복개할 수도 있지만, 도 10과 같이 프레임(120)을 넘어 실린더(141)의 전방면(141b) 일부 또는 전체를 복개할 수도 있다. 단열커버(170)가 실린더(141)의 전방면(141b)을 복개하는 경우에는 제1 토출공간(104a)의 냉매가 프레임(120)은 물론 실린더(141)와 접촉되는 것도 차단할 수 있어 제1 토출공간(104a)의 냉매에 의해 프레임(120)과 실린더(141)가 과열되는 것을 더욱 효과적으로 차단할 수 있다.

이로써, 프레임의 온도가 대략 60℃ 이하로 유지되면서 흡입유로 또는 압축공간의 냉매가 과열되는 것이 억제될 수 있고, 이를 통해 냉매의 흡입손실과 압축손실이 감소하게 되어 압축기의 효율이 향상될 수 있다.

101: 케이싱의 내부공간 102 : 소음공간
103a: 흡입유로 103b : 압축공간
104a,104b,104c : 토출공간 105a,105b,105c : 연통구멍
106 : 연결관 110: 케이싱
120: 프레임 121 : 바디부
122 : 플랜지부 122c : 외측돌부
122d : 내측돌부 122e : 이격홈
130: 리니어 모터 130a : 스테이터
130b : 무버 140: 압축 유닛
141: 실린더 141b : 실린더의 전방면
142: 피스톤 143: 흡입밸브
144 : 토출밸브 조립체 160 : 토출커버 조립체
161,162,163 : 제1,2,3 커버 161a,162a,163a : 제1,2,3 공간부
161a1 : 전면부분 161a2,162a2,163a2 : 측면부분
161b,162b,163b : 제1,2,3 고정부 170 : 단열커버
171 : 제1 단열부 172 : 제2 단열부
V : 단열공간부

Claims (14)

1. 밀봉된 내부공간을 가지는 케이싱;
   상기 케이싱의 내부공간에 구비되고, 무버가 스테이터에 대해 왕복운동을 하는 리니어 모터;
   상기 케이싱의 내주면에서 이격되어 구비되며, 상기 리니어 모터의 무버에 연결되는 피스톤이 실린더에서 왕복운동을 하면서 상기 실린더에 압축공간을 형성하는 압축유닛; 및
   상기 압축공간에서 배출된 냉매를 수용하도록 각각의 토출공간이 구비되고, 상기 각각의 토출공간은 순차적으로 연통되는 복수 개의 토출커버;를 포함하고,
   상기 압축유닛에 접하는 토출커버는, 그 토출커버의 토출공간을 이루는 측벽부분의 적어도 일부가 상기 케이싱의 내부공간에 노출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 압축유닛에 접하며 제1 토출공간을 가지는 토출커버를 제1 커버, 상기 제1 커버의 제1 토출공간에 연통되는 제2 토출공간을 가지는 토출커버를 제2 커버라고 할 때,
   상기 제2 커버는 상기 측벽부분과 함께 제1 토출공간을 이루는 전면부분의 외측면에 접하여 고정되는 것을 특징으로 리니어 압축기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 토출공간을 이루는 제1 커버의 전면부분의 외측면 중에서 적어도 일부가 상기 제2 커버의 범위 밖에 노출되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
4. 제1항에 있어서, 상기 압축유닛에 접하는 토출커버는,
   상기 토출공간을 형성하는 공간부;
   상기 공간부에서 연장되며, 상기 압축유닛에 고정되는 고정부; 및
   상기 고정부에서 연장되며, 상기 케이싱의 내주면과의 사이에 소정의 간격을 가지고 그 케이싱의 내주면과 마주보도록 형성되는 방열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 복수 개의 토출커버는 측벽부분과 전면부분으로 된 각각의 공간부를 가지며,
   상기 복수 개의 토출커버는 상기 각 측벽부분의 적어도 일부가 상기 케이싱의 내부공간에 각각 노출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 복수 개의 토출커버는 상류측 토출커버의 전면부분에 하류측 토출커버가 결합되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
7. 제6항에 있어서, 상기 복수 개의 토출커버 중에서 적어도 어느 한 개의 토출커버는,
   상기 공간부에서 연장되는 고정부 및 그 고정부에서 연장되는 방열부를 가지며,
   상기 방열부는 상기 압축유닛에서 이격되며, 상기 케이싱의 내주면과의 사이에 소정의 간격을 가지고 그 케이싱의 내주면과 마주보도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
8. 제1항에 있어서,
   상기 압축유닛에 접하는 토출커버는 토출공간을 이루는 공간부를 가지며, 상기 공간부에는 상기 압축유닛을 향하는 방향으로 함몰지는 토출안내홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
9. 제8항에 있어서,
   상기 토출안내홈에는 상기 토출커버 중에서 상기 압축유닛에 접하는 토출커버를 제외한 다른 토출커버의 토출공간에 연통되는 연결관이 삽입되어 수용되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
10. 제9항에 있어서,
    상기 토출안내홈은 다른 토출커버에 의해 일부가 복개되고, 상기 연결관은 상기 토출안내홈을 복개하는 다른 토출커버를 관통하여 상기 토출안내홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
11. 제1항에 있어서,
    상기 토출커버와 압축유닛 사이에는 상기 토출커버보다 열전도도가 낮은 재질로 된 단열부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
12. 제11항에 있어서,
    상기 단열부재는 적어도 일부가 상기 압축유닛에 접하는 토출커버의 토출공간 범위에 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
13. 제12항에 있어서,
    상기 단열부재는 상기 토출커버의 토출공간과는 분리되면서 상기 케이싱의 내부공간과 연통되는 단열공간부가 상기 토출커버와 압축유닛 사이에 적어도 한 개 이상 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 토출커버의 토출공간으로 배출된 냉매의 일부를 상기 실린더와 피스톤 사이로 안내하여 상기 실린더와 피스톤 사이를 냉매로 윤활하는 가스베어링이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.

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