KR20200093981A - 리니어 압축기 - Google Patents

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KR20200093981A KR1020190011394A KR20190011394A KR20200093981A KR 20200093981 A KR20200093981 A KR 20200093981A KR 1020190011394 A KR1020190011394 A KR 1020190011394A KR 20190011394 A KR20190011394 A KR 20190011394A KR 20200093981 A KR20200093981 A KR 20200093981A
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김영필
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Abstract

본 발명은 리니어 압축기에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 실린더에는, 실린더의 후면부로부터 전방으로 함몰되는 그루브가 포함되어 실린더의 변형을 용이하게 함으로써, 피스톤의 외주면과 실린더의 내주면 사이에 형성되는 간극을 증대시킬 수 있다.

Description

리니어 압축기 {Linear compressor}
본 발명은 리니어 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 압축기(Compressor)는 전기모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축하여 압력을 높여주는 기계장치로서, 상기 가전제품 또는 산업전반에 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 사이에 작동가스가 흡, 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 흡, 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.
종래의 리니어 압축기와 관련하여, 본 출원인은 특허출원(이하, 선행문헌)을 실시하여 등록받은 바 있다.
[선행문헌]
1. 공개번호(공개일자) : 공개특허 10-2016-0000403 (2016년 1월 4일)
2. 발명의 명칭 : 리니어 압축기
본 발명은 리니어 압축기의 실린더와 피스톤 사이에 베어링이 용이하게 작동하여, 피스톤과 실린더 사이의 마찰을 감소하는 리니어 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 실린더에 변형 가능한 파트를 구비하고, 피스톤과 실린더 사이에 작용하는 압력에 의하여 상기 파트와 피스톤의 사이에 간극을 증대할 수 있는 리니어 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 피스톤이 삽입되는 실린더의 후방부에 그루브를 형성하여, 상기 후방부의 적어도 일부분이 변형될 수 있는 공간을 제공하는 리니어 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 실린더에는, 실린더의 후면부로부터 전방으로 함몰되는 그루브가 포함되어 실린더의 변형을 용이하게 함으로써, 피스톤의 외주면과 실린더의 내주면 사이에 형성되는 간극을 증대시킬 수 있다.
상기 그루브는 실린더의 후방부를 구성하는 제 1,2 파트의 사이에 환형의 형상을 가지도록 구성될 수 있다.
상기 그루브의 반경방향 폭은 일정하게 형성되거나, 전방을 향하여 감소하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기에는, 압축공간을 형성하는 실린더 및 상기 실린더의 내부에 삽입되어, 전후 방향으로 왕복 운동하는 피스톤이 포함되며, 상기 실린더에는, 상기 실린더의 외주면을 형성하는 제 1 파트; 상기 제 1 파트의 내부에 구비되며, 상기 실린더의 내주면을 형성하는 제 2 파트; 및 상기 실린더로부터 함몰되도록 구성되며, 상기 제 1,2 파트의 사이 공간을 형성하는 그루브가 포함된다.
상기 압축공간은 상기 실린더의 전방부에 형성되며, 상기 그루브는 상기 실린더의 후면에서 함몰된다.
상기 제 1 파트는 상기 제 2 파트를 둘러싸도록 배치되며, 상기 그루브는 환형의 형상을 가질 수 있다.
상기 실린더에는, 중공의 원통 형상을 가지는 실린더 본체가 포함되며, 상기 제 1,2 파트는 상기 실린더 본체의 후방부를 구성할 수 있다.
상기 제 2 파트는 전단부를 중심으로 후단부가 벌어지도록 변형되는 외팔보 변형을 수행할 수 있다.
상기 제 2 파트는 알루미늄 또는 스틸로 구성될 수 있다.
상기 피스톤은 상기 실린더의 내부에서 축방향으로 왕복운동하며, 상기 제 2 파트의 반경방향 두께는 전후 방향으로 일정하게 형성될 수 있다.
상기 실린더의 내경(do)에 대한 싱기 제 2 파트의 반경방향 두께(t1)의 비율은 0.2~0.4의 범위에서 형성될 수 있다.
상기 실린더의 축방향 길이(ℓo)에 대한 상기 제 2 파트의 축방향 길이(ℓ1)의 비율은 0.3~0.5의 범위에서 형성될 수 있다.
상기 그루브의 전후 방향 폭은 전방을 향하여 감소하도록 구성될 수 있다.
상기 피스톤은 상기 실린더의 내부에서 축방향으로 왕복운동하며, 상기 제 2 파트의 전단부의 반경방향 두께(t4)는 후단부의 반경방향 두께(t3)보다 크게 형성될 수 있다.
상기 실린더의 내경에 대한 제 2 파트의 후단부의 반경방향 두께(t3)의 비율은 0.1~0.2의 범위에서 형성되며, 상기 실린더의 내경에 대한 제 2 파트의 전단부의 반경방향 두께(t4)의 비율은 0.2~0.4의 범위에서 형성된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 리니어 압축기의 실린더와 피스톤 사이에 베어링이 용이하게 작동하여, 피스톤과 실린더 사이의 마찰을 감소시킬 수 있다.
또한, 실린더에 변형 가능한 파트를 구비하고, 피스톤과 실린더 사이에 작용하는 압력에 의하여 상기 파트와 피스톤의 사이에 간극을 증대할 수 있다.
특히, 피스톤이 삽입되는 실린더의 후방부에 그루브를 형성하여, 상기 후방부의 적어도 일부분이 변형될 수 있는 공간을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실린더와 피스톤의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 피스톤이 실린더의 내부에 삽입된 모습을 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 실린더의 구성을 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV'를 따라 절개한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 피스톤의 왕복운동시 그루브의 크기가 변화되는 모습을 보여주는 단면도이다.
도 6은 도 5의 VI-VI'를 따라 절개한 단면도이다.
도 7a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 실린더의 내경에 대한 제 2 파트의 반경방향 두께의 비율에 따라 변화되는 최소 간극을 보여주는 실험 그래프이다.
도 7b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 실린더의 축방향 길이에 대한 제 2 파트의 축방향 길이의 비율에 따라 변화되는 최소 간극을 보여주는 실험 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 실린더의 구성을 보여주는 단면도이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실린더와 피스톤의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 피스톤이 실린더의 내부에 삽입된 모습을 보여주는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기에는, 압축공간을 형성하는 실린더(100) 및 상기 실린더(100)의 내부에서 축방향으로 왕복운동 하는 피스톤(150)이 포함된다.
상기 실린더(100)의 내부에는, 상기 피스톤(150)에 의하여 냉매가 압축되는 압축 공간(P)이 형성된다. 그리고, 상기 피스톤(150)의 전면부(152)에는, 상기 압축 공간(P)으로 냉매를 유입시키는 흡입공(152a)이 형성되며, 상기 흡입공(152a)의 전방에는 상기 흡입공(152a)을 선택적으로 개방하는 흡입 밸브(160)가 제공된다. 상기 흡입 밸브(160)의 대략 중심부에는, 체결부재(153)가 결합되는 밸브체결공(165)이 형성된다.
상기 압축 공간(P)의 전방에는, 상기 압축공간(P)에서 배출된 냉매를 선택적으로 배출시키기 위하여, 상기 압축공간(P)을 개방 또는 폐쇄하도록 움직이는 토출밸브(140)가 제공된다.
방향을 정의한다. "축 방향"이라 함은, 상기 피스톤(150)이 왕복운동 하는 방향, 즉 도 2에서 가로 방향으로 이해될 수 있다. 그리고, 상기 "축 방향" 중에서, 상기 흡입밸브(160)에서 상기 토출밸브(140)를 향하는 방향, 즉 냉매가 유동하는 방향을 "전방"이라 하고, 그 반대방향을 "후방"이라 정의한다.
상기 실린더(100)에는, 대략 원통 형상의 실린더 본체(110) 및 상기 실린더 본체(110)의 전방부로부터 반경방향 외측으로 연장되는 실린더 플랜지부(120)가 포함된다. 상기 실린더 플랜지부(120)는 프레임(미도시)에 결합될 수 있다.
상기 실린더 본체(110)에는, 상기 토출밸브(140)가 개방될 때 배출되는 압축 냉매 중 적어도 일부분이 유동하는 함몰부(130)가 형성된다. 상기 함몰부(130)는 상기 실린더 본체(110)의 원주 방향으로 함몰되도록 구성되며, 링 형상을 가지도록 구성될 수 있다. 상기 함몰부(130)로 유동한 냉매는 상기 실린더 본체(110)의 내주면측으로 유입되어, 피스톤(150)의 부상을 위한 가스 베어링으로서 작용할 수 있다.
상기 함몰부(130)에는, 축 방향으로 이격하여 다수 개가 형성될 수 있다. 상세히, 상기 함몰부(130)에는, 상기 실린더 본체(110)의 전방부에 형성되는 제 1 함몰부(131) 및 상기 제 1 함몰부(131)의 후측에 이격하여 형성되는 제 2 함몰부(133)가 포함된다.
상기 함몰부(130)에는 필터부(145)가 설치될 수 있다. 상기 필터부(145)는 상기 제 1,2 함몰부(131,133)에 각각 설치될 수 있다. 일례로, 상기 필터부(145)에는 실 필터가 포함되며, 상기 실 필터는 상기 제 1,2 함몰부(131,133)에 다수 회 감겨지도록 설치될 수 있다.
상기 피스톤(130)에는, 대략 원통형상의 피스톤 본체(151) 및 상기 피스톤 본체(151)의 후방부로부터 반경 방향으로 연장되는 피스톤 플랜지부(155)가 포함된다. 상기 피스톤 본체(151)는 상기 실린더 본체(110)의 내부에서 왕복 운동하며, 상기 피스톤 플랜지부(155)는 상기 실린더 본체(110)의 외측에서 왕복 운동할 수 있다.
상기 피스톤 플랜지부(155)에는, 소정의 체결부재가 결합되는 피스톤 체결공(157)이 포함된다. 상기 체결부재는 상기 피스톤 체결공(157)을 관통하여, 마그넷이 설치되는 프레임(미도시)에 결합될 수 있다.
상기 실린더 본체(110)에는, 상기 함몰부(130)에 함몰하여 형성되며 냉매를 상기 실린더 본체(110)의 내주면 측으로 유입시키는 실린더 노즐(135)이 포함된다. 즉, 상기 실린더 노즐(135)은 상기 함몰부(130)와 상기 실린더 본체(110)의 내주면(115)을 연결한다.
그리고, 상기 실린더 노즐(135)은 원주 방향으로 이격하여 다수 개가 형성될 수 있다. 상기 다수 개의 노즐(135)은 서로 동일한 구성을 가지며, 상기 필터부(145)를 통하여 이물이 필터링 된 냉매는 상기 다수 개의 노즐(135)로 유입될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 실린더의 구성을 보여주는 사시도이고, 도 4는 도 3의 IV-IV'를 따라 절개한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 피스톤의 왕복운동시 그루브의 크기가 변화되는 모습을 보여주는 단면도이고, 도 6은 도 5의 VI-VI'를 따라 절개한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 실린더(100)에는, 중공의 원통형상을 가지는 실린더 본체(110) 및 상기 실린더 본체(110)의 전방부 외주면으로부터 반경방향으로 연장되는 실린더 플랜지부(120)가 포함된다.
상기 실린더 본체(110)의 내부에는 피스톤(150)이 삽입될 수 있으며, 상기 실린더 본체(110)의 내주면부(111)는 상기 피스톤(150)의 외주면을 대향하도록 배치될 수 있다.
상기 실린더(100)는 전단부 및 후단부가 개구되도록 형성된다. 상세히, 상기 실린더 본체(110)의 전단부에는 개구되는 전방 개구부(110a)가 형성된다. 상기 전방 개구부(110a)는 원형의 형상을 가질 수 있다.
상기 전방 개구부(110a)에는 토출 밸브(140)가 설치될 수 있다. 그리고, 상기 토출 밸브(140)와 피스톤(150)에 결합되는 흡입밸브(160)의 사이에는, 압축공간(P)이 형성될 수 있다.
상기 실린더 본체(110)의 후단부에는 개구되는 후방 개구부(110b)가 형성된다. 상기 후방 개구부(110b)는 원형의 형상을 가질 수 있다. 그리고, 상기 피스톤 본체(151)는 상기 후방 개구부(110b)를 통하여 실린더 본체(110)의 내부로 삽입될 수 있다.
상기 실린더(100)에는, 피스톤(150)이 왕복 운동할 때 상기 피스톤(150)의 표면과 접촉되는 것을 방지하기 위하여, 변형 가능하게 제공되는 가변기구가 포함될 수 있다. 상기 가변기구에는, 상기 실린더(110)의 적어도 일부분이 절개되어 형성되는 그루브(115)가 포함될 수 있다.
상세히, 상기 피스톤(150)에는 중력 및 상기 피스톤(150)이 전후 방향으로 작용할 때 반경방향으로 작용하는 측력(side force)에 의하여 실린더(100)의 내부 중심에 대하여 편심되어 운동할 수 있다. 이 경우, 피스톤(150)과 실린더(100)간에는 마찰이 발생할 수 있고, 이에 따라 피스톤(150) 또는 실린더(100)의 손상이 발생될 가능성이 존재한다. 특히, 가스 베어링으로 작용하는 냉매의 압력에 비하여 피스톤(150)의 편심되는 힘이 커질 경우, 이러한 마찰은 더욱 크게 나타날 수 있다.
이를 방지하기 위하여, 상기 실린더(100)에 변형 가능한 부분을 마련하고, 상기 피스톤(150)이 편심하여 운동할 때 상기 피스톤(150)이 실린더(100)에 근접하면, 상기 실린더(100)의 적어도 일부분이 가스 베어링의 작용에 의하여 변형됨으로써 실린더(100)의 내주면과 피스톤(150)의 외주면 사이의 간극(gap)을 유지시키는 것을 특징으로 한다.
상기 실린더 본체(110)에는 실린더 후방부(113)가 포함된다.
상세히, 상기 실린더 후방부(113)에는, 외주면을 형성하는 제 1 파트(114)와, 상기 제 1 파트(114)의 내측으로 이격되는 제 2 파트(116) 및 상기 제 1,2 파트(114,116)의 사이 공간을 형성하는 그루브(115)가 포함된다.
상기 제 1 파트(114)는 실린더 본체(110)의 외주면을 형성하기 위하여 원통 형상을 가진다. 그리고, 상기 제 2 파트(116)는 상기 실린더 본체(110)의 내주면부(111)를 형성하기 위하여 원통 형상을 가질 수 있다. 상기 제 1 파트(114)는 상기 제 2 파트(116)를 둘러싸도록 구성될 수 있다.
상기 그루브(115)는 상기 제 1 파트(114)와 상기 제 2 파트(116)의 사이에 형성되며, 링 형상(환형)을 가지도록 구성된다. 다른 관점에서, 상기 실린더 본체(110)의 후면부(112)는 후방 개구부(110b)에 의하여 링 형상을 가질 수 있으며, 상기 그루브(115)는 상기 후면부(112)에서 전방을 향하여 링 형상으로 함몰되도록 구성될 수 있다.
상기 그루브(115)에 의하여, 상기 실린더 본체(110)의 후방부는 적어도 일부분이 절개되어 구성되며, 상기 실린더 본체(110)의 두께는 얇아지는 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 상기 피스톤(150)과 실린더(100) 사이에 고압의 냉매가 베어링으로 작용할 때, 상기 제 2 파트(116)는 변형될 수 있다. 즉, 상기 그루브(115)는 상기 제 2 파트(116)의 변형이 가능하도록 하는 공간부로서 이해될 수 있다.
상기 제 2 파트(116)의 후단부의 두께는 제 1 두께(t1)를 형성하며, 상기 제 2 파트(116)의 전단부의 두께는 제 2 두께(t2)를 형성한다. 그리고, 상기 제 1 두께(t1)와 상기 제 2 두께(t2)는 동일한 값을 형성할 수 있다. 즉, 상기 제 2 파트(116)의 반경방향 두께는 일정하게 형성된다.
상기 제 2 파트(116)의 축방향, 즉 전후방향 길이는 설정길이(ℓ1)를 형성한다. 이러한 제 2 파트(116)의 구성에 의하여, 상기 제 2 파트(116)의 단면은 직사각형의 형상을 가질 수 있다. 그리고, 상기 제 1 파트(114) 또한 그 단면은 직사각형의 형상을 가질 수 있다.
상기 그루브(115)는 반경방향으로 일정한 크기의 폭(W1)을 형성할 수 있다. 다만, 상기 제 2 파트(116)가 상기 피스톤(115)의 움직임에 대응하여 변형되면, 상기 그루브(115)의 폭(W1)은 변할 수 있다.
상세히, 피스톤(150)은 작동중에 상기 실린더(100)의 내부 중심선(Co)에 대하여 편심될 수 있다. 일례로, 도 5에 도시되는 바와 같이, 상기 피스톤(150)은 상기 실린더 후면부(113)의 하부측으로 편심될 수 있다.
이 때, 상기 피스톤(150)의 외면은 상기 실린더(100)의 내주면 측에 접촉될 가능성이 존재한다. 이러한 접촉은, 상기 피스톤(150)의 편심에 따른 압력이 가스 베어링 압력 이상이 될 때, 발생될 수 있다.
이러한 접촉 가능성이 발생되면, 상기 가스 베어링으로 작용하는 냉매의 압력은 상기 제 2 파트(116)에 작용되며, 이에 따라 상기 제 2 파트(116)는 소정량(△d)만큼 반경방향 외측으로 벌어지는 변형을 나타낸다. 일례로, 상기 제 2 파트(116)의 후단부는 상기 제 2 파트(116)의 전단부를 중심으로 외팔보 변형을 나타낼 수 있다.
그리고, 상기 제 2 파트(116)의 변형은 상기 그루브(115)에 의하여 가능하게 되며, 상기 제 2 파트(116)가 변형함에 따라 상기 그루브(115)의 반경방향 폭은 감소하게 된다.
즉, 도 6에 도시되는 바와 같이, 상기 그루브(115)의 폭은, 상기 제 2 파트(116)가 변형되지 않았을 때의 제 1 폭(W1)에서 상기 제 2 파트(116)의 변형에 따른 제 2 폭(W2)으로 변할 수 있다. 물론, 상기 제 2 폭(W2)은 상기 제 1 폭(W1)보다 작을 수 있다.
상기 그루브(115)의 변형에 의하여, 링 형상의 그루브(115)는 반경방향의 장축 및 축방향의 단축을 가지는 타원형을 이룰 수 있다. 이 때, 상기 제 1 폭(W1)을 유지하는 그루브(115)의 일부분은 제 1 그루브(115')를 형성하며, 상기 제 2 폭(W1)을 형성하는 그루브(115)의 다른 부분은 제 2 그루브(115'')를 형성한다. 사이 제 1,2 그루브(115',115'')는 유동적으로 연결될 수 있다.
상기 제 2 파트(116)의 용이한 변형을 위하여, 상기 제 2 파트(116)는 소정의 탄성을 가지는 금속부재로 구성될 수 있다. 일례로, 상기 금속부재에는 알루미늄 또는 스틸이 포함될 수 있다.
상기 제 2 파트(116) 및 상기 제 1 파트(114)는 일체로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 제 1,2 파트(114,116)는 상기 실린더 본체(110)와 일체로 구성될 수 있다.
도 7a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 실린더의 내경에 대한 제 2 파트의 반경방향 두께의 비율에 따라 변화되는 최소 간극을 보여주는 실험 그래프이고, 도 7b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 실린더의 축방향 길이에 대한 제 2 파트의 축방향 길이의 비율에 따라 변화되는 최소 간극을 보여주는 실험 그래프이다.
도 7a를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 실린더(100)의 내경(do)에 대한 제 2 파트(116)의 반경방향 두께(t1)의 비율을 달리한 상태에서, 피스톤(150)의 왕복운동이 수행될 때 피스톤 본체(151)의 외주면과 실린더 본체(110)의 내주면(115) 사이의 최소간극(이하, 베어링 간극)이 변화될 수 있다.
상기 베어링 간극이 너무 작아지면 상기 피스톤(150)과 실린더(100)가 접촉할 가능성이 높아진다. 리니어 압축기의 작동환경에서, 상기 베어링 간극은 기준간극(0.18mm) 이상이 되어야 상기 피스톤(150)과 실린더(100)의 접촉이 발생되지 않을 가능성이 높아진다.
상기 베어링 간극이 기준간극 이상으로 형성될 수 있는 비율(t1/do)은 0.2~0.4의 범위를 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 2 파트(116)의 반경방향 두께와 실린더(100)의 내경은 위 비율의 범위 내에서 설계될 수 있다.
도 7b를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 실린더(100)의 축방향 길이(ℓo)에 대한 제 2 파트(116)의 축방향 길이(ℓ1)의 비율을 달리한 상태에서, 피스톤(150)의 왕복운동이 수행될 때 피스톤 본체(151)의 외주면과 실린더 본체(110)의 내주면(115) 사이의 최소간극(이하, 베어링 간극)이 변화될 수 있다.
상기 베어링 간극이 기준간극(0.18mm) 이상으로 형성될 수 있는 비율(ℓ1/ℓo)은 0.3~0.5의 범위를 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 실린더(100)의 축방향 길이(ℓo)에 대한 제 2 파트(116)의 축방향 길이(ℓ1)는 위 비율의 범위 내에서 설계될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 실린더의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 실린더(100a)에는, 변형 가능한 가변기구를 가지는 후방부(113a)가 포함된다.
실린더 본체(110)의 후방부(113a)에는, 외주면을 형성하는 제 1 파트(114a)와, 상기 제 1 파트(114a)의 내측으로 이격되는 제 2 파트(116a) 및 상기 제 1,2 파트(114a,116a)의 사이 공간을 형성하는 그루브(115a)가 포함된다.
상기 제 1 파트(114a)는 실린더 본체(110)의 외주면을 형성하기 위하여 원통 형상을 가진다. 그리고, 상기 제 2 파트(116a)는 상기 실린더 본체(110)의 내주면부(111)를 형성하며 경사진 면을 포함한다. 상기 제 1 파트(114a)는 상기 제 2 파트(116a)를 둘러싸도록 구성될 수 있다.
상기 그루브(115a)는 상기 제 1 파트(114a)와 상기 제 2 파트(116a)의 사이에 형성되며, 링 형상(환형)을 가지도록 구성된다. 다른 관점에서, 상기 실린더 본체(110)의 후면부(112)는 후방 개구부(110b)에 의하여 링 형상을 가질 수 있으며, 상기 그루브(115a)는 상기 후면부(112)에서 전방을 향하여 함몰되도록 구성될 수 있다.
상기 그루브(115)에 의하여, 상기 실린더 본체(110)의 후방부는 적어도 일부분이 절개되어 구성되며, 상기 실린더 본체(110)의 두께는 얇아지는 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 상기 피스톤(150)과 실린더(100) 사이에 고압의 냉매가 베어링으로 작용할 때, 상기 제 2 파트(116a)는 변형될 수 있다. 즉, 상기 그루브(115a)는 상기 제 2 파트(116a)의 변형이 가능하도록 하는 공간부로서 이해될 수 있다.
상기 제 2 파트(116a)의 후단부의 두께는 제 1 두께(t3)를 형성하며, 상기 제 2 파트(116a)의 전단부의 두께는 제 2 두께(t4)를 형성한다. 그리고, 상기 제 2 두께(t4)는 상기 제 1 두께(t3)보다 크게 형성될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 그루브(115a)는 전방을 향하여 반경방향 폭이 작아지는 형상을 가지도록 구성될 수 있다. 일례로, 도 8에 도시되는 바와 같이, 상기 그루브(115a)의 단면도의 형상은 삼각형을 가질 수 있다.
상기 제 2 파트(116a)의 축방향, 즉 전후방향 길이는 설정길이(ℓ2)를 형성한다. 이러한 제 2 파트(116a)의 구성에 의하여, 상기 제 2 파트(116a)의 단면은 t사다리꼴의 형상을 가질 수 있다. 그리고, 상기 제 1 파트(114a)의 단면은 직사각형의 형상을 가질 수 있다.
피스톤(150)과 실린더(110a)의 접촉 가능성이 발생되면, 가스 베어링으로 작용하는 냉매의 압력은 상기 제 2 파트(116)에 작용되며, 이에 따라 상기 제 2 파트(116a)는 소정량(△d)만큼 벌어지는 변형을 나타낸다. 일례로, 상기 제 2 파트(116a)의 후단부는 상기 제 2 파트(116a)의 전단부를 중심으로 외팔보 변형을 나타낼 수 있다.
그리고, 상기 제 2 파트(116a)의 변형은 상기 그루브(115)에 의하여 가능하게 되며, 상기 제 2 파트(116a)가 변형함에 따라 상기 그루브(115)의 반경방향 폭은 감소하게 된다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 실린더(100)의 내경에 대한 제 2 파트(116a)의 후단부의 반경방향 두께(t3)의 비율은 0.1~0.2의 비율을 가질 수 있다. 그리고, 상기 실린더(100)의 내경에 대한 제 2 파트(116a)의 전단부의 반경방향 두께(t4)의 비율은 0.2~0.4의 비율을 가질 수 있다. 이 경우, 베어링 간극은 기준간극(0.18mm) 이상으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 실린더(100)의 축방향 길이에 대한 제 2 파트(116a)의 축방향 길이의 비율은 0.3~0.5의 범위를 가질 수 있다. 이 경우, 베어링 간극은 기준간극(0.18mm) 이상으로 형성될 수 있다.
이와 같이, 실린더에 변형 가능하게 제공되는 가변기구가 포함됨으로써, 피스톤의 외주면과 실린더의 내주면 사이의 베어링 간극이 기준간극 이상으로 유지될 수 있다. 따라서, 피스톤(150)과 실린더(100)의 접촉을 방지할 수 있다.
다른 실시예를 제안한다.
위에서 설명한 제 1,2 실시예에서는 피스톤이 실린더의 내부에서 부상되도록 하기 위하여, 고압의 냉매가스를 이용하는 가스 베어링이 적용되는 것으로 설명되었다.
다만, 이에 한정되지 않으며, 실린더의 내부로 오일이 공급되고, 피스톤과 실린더의 사이에 유막을 형성하여 베어링 작용을 수행하는 오일 베어링이 적용될 수도 있을 것이다.
100 : 실린더 110 : 실린더 본체
111 : 내주면부 113 : 실린더 후면부
114 : 제 1 파트 115 : 그루브
116 : 내주면 130 : 함몰부
135 : 실린더 노즐 140 : 토출 밸브
145 : 필터부 150 : 피스톤

Claims (12)

  1. 압축공간을 형성하는 실린더; 및
    상기 실린더의 내부에 삽입되어, 전후 방향으로 왕복 운동하는 피스톤이 포함되며,
    상기 실린더에는,
    상기 실린더의 외주면을 형성하는 제 1 파트;
    상기 제 1 파트의 내부에 구비되며, 상기 실린더의 내주면을 형성하는 제 2 파트; 및
    상기 실린더로부터 함몰되도록 구성되며, 상기 제 1,2 파트의 사이 공간을 형성하는 그루브가 포함되는 리니어 압축기,
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압축공간은 상기 실린더의 전방부에 형성되며,
    상기 그루브는 상기 실린더의 후면에서 함몰되는 리니어 압축기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 파트는 상기 제 2 파트를 둘러싸도록 배치되며,
    상기 그루브는 환형의 형상을 가지는 리니어 압축기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 실린더에는, 중공의 원통 형상을 가지는 실린더 본체가 포함되며,
    상기 제 1,2 파트는 상기 실린더 본체의 후방부를 구성하는 리니어 압축기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 2 파트는 전단부를 중심으로 후단부가 벌어지도록 변형되는 외팔보 변형을 수행하는 리니어 압축기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 파트는 알루미늄 또는 스틸로 구성되는 리니어 압축기.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 피스톤은 상기 실린더의 내부에서 축방향으로 왕복운동하며,
    상기 제 2 파트의 반경방향 두께는 전후 방향으로 일정하게 형성되는 리니어 압축기.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 실린더의 내경(do)에 대한 싱기 제 2 파트의 반경방향 두께(t1)의 비율은 0.2~0.4의 범위에서 형성되는 리니어 압축기.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 실린더의 축방향 길이(ℓo)에 대한 상기 제 2 파트의 축방향 길이(ℓ1)의 비율은 0.3~0.5의 범위에서 형성되는 리니어 압축기.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 그루브의 전후 방향 폭은 전방을 향하여 감소하도록 구성되는 리니어 압축기.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 피스톤은 상기 실린더의 내부에서 축방향으로 왕복운동하며,
    상기 제 2 파트의 전단부의 반경방향 두께(t4)는 후단부의 반경방향 두께(t3)보다 크게 형성되는 리니어 압축기.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 실린더의 내경에 대한 제 2 파트의 후단부의 반경방향 두께(t3)의 비율은 0.1~0.2의 범위에서 형성되며,
    상기 실린더의 내경에 대한 제 2 파트의 전단부의 반경방향 두께(t4)의 비율은 0.2~0.4의 범위에서 형성되는 리니어 압축기.
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