KR20210022930A

KR20210022930A - 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치

Info

Publication number: KR20210022930A
Application number: KR1020190102338A
Authority: KR
Inventors: 김경윤; 박용주; 서창호; 송민호
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2021-03-04
Also published as: EP4018133A1; US20220290904A1; CN114222893B; CN114222893A; EP4018133A4; WO2021034135A1

Abstract

본 발명에 따른 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치에는, 연속운전모드로 동작되어 비공비혼합냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기; 및 상기 팽창기에서 팽창된 냉매를 증발하는 증발기가 포함되고, 상기 비공비혼합냉매의 압력차(△P)는, 340kPa < △P < 624.7kPa의 범위에 포함되는 어떤 값을 가진다. 이에 따르면, 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치에서 피스톤 등의 가동부품에 대한 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다.

Description

비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치{Non-azeotropic mixed refrigerant, and refrigerating apparatus using the same}

본 발명은 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치에 대한 것이다.

냉동장치는 소정의 공간을 저온으로 유지하는 캐비티를 가진다. 냉동장치에는, 상기 캐비티를 저온으로 유지하기 위하여 냉동사이클이 제공된다. 상기 냉동사이클에는, 냉매가 압축, 응축, 팽창, 및 증발의 과정을 거치며 순환한다.

상기 냉매는 다양한 종류가 있으며, 본 개시에서는, 두 종류 이상의 냉매가 혼합되는 혼합냉매를 대상으로 한다.

상기 혼합냉매에는 공비혼합냉매와 비공비혼합냉매가 있다.

상기 공비(共沸)혼합냉매는, 단일냉매와 같이 기상과 액상의 조성이 변하지 않으면서 상변화 하는 냉매이다. 상기 공비혼합냉매는 증발온도가 증발기의 입구와 증발기의 출구사이에서 모두 일정하다.

상기 비공비(非共沸)혼합냉매는 비등점이 낮은 냉매가 먼저 증발하고, 비등점이 높은 냉매가 나중에 증발한다. 이에 따라서, 비공비혼합냉매는 기상과 액상의 조성이 다르고, 증발온도가 증발기 입구에서는 낮고, 증발기 출구에서는 높다.

상기 비공비혼합냉매는 상변화시에 등압에서 온도가 변하는 특성인 온도구배차(GTD: Gliding Temperature Difference)를 가진다.

상기 비공비 혼합냉매를 사용하면 등압에서 증발이 일어날 때 온도가 상승하고 반대로 등압응축과정에서는 온도가 감소한다. 다시 말하면, 포화액체에서 포화기체상태로 변할 때 냉매의 온도구배가 발생한다.

이와 같은 현상을 이용하여 열교환기의 열효율을 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 비공비혼합냉매는 냉매와 열원 사이의 온도가 평형이 되는 로렌츠 사이클을 구성할 수 있고, 열교환의 비가역성이 감소되도록 하여 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 비공비혼합냉매를 적용하는 기존 기술로서, 출원인은 KR0119839 냉장고용 냉동사이클의 모세관구조를 제안한 바가 있다.

KR0119839 냉장고용 냉동사이클의 모세관구조

상기 비공비혼합냉매를 사용하는 것에 의해서 열효율을 향상시킬 수 있음에도 불구하고, 냉동장치에 적용되는 냉동사이클에 적합화되는 비공비혼합냉매의 최적화된 조성은 알려진 바가 없다.

상기되는 과제를 해결하는 본 발명에 따른 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치에는, 연속운전모드로 동작되어 비공비혼합냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기; 및 상기 팽창기에서 팽창된 냉매를 증발하는 증발기가 포함되고, 상기 비공비혼합냉매의 압력차(△P)는, 340kPa < △P < 624.7kPa의 범위에 포함되는 어떤 값을 가질 수 있다. 이에 따르면, 압축기에서 피스톤의 동작 시에 발생하는 마찰의 문제를 더 원활하게 해결할 수 있다. 이 운전모드는 냉동장치의 운전시에 압축기가 연속운전모드로 동작되는 경우에 더 큰 장점을 얻을 수 있다. 상기 연속운전모드는 단속운전모드와는 대응되는 운전모드로서, 목표로 하는 온도범위에 현재 고내온도가 제공되더라도 압축기를 끄지 않고 연속적으로 운전되는 상태를 지시한다.

상기 비공비혼합냉매의 응축압력(Pd)는 393.4kPa < Pd < 745.3kPa의 범위에 포함되는 어떤 값을 가지도록 함으로써, 비공비혼합냉매에 의해서 구현되는 응축압을 압축기에 적합하게 활용할 수 있다.

상기 비공비혼합냉매의 증발압력(Ps)는 53.5kPa < Ps < 120.5kPa의 범위에 포함되는 어떤 값을 가지도록 함으로써, 비공비혼합냉매에 의해서 구현되는 증발압을 압축기에 적합하게 활용할 수 있다.

상기 연속운전모드에서, 상기 압축기는 고내온도가 만족온도영역에서도 동작하는 모드로서, 압축기에서 피스톤의 동작이 계속해서 수행될 수 있고, 상기 연속운전모드에서는 높은 압력차에 의해서 오일의 순환 및 가스 베어링의 피스톤 부상압에 의한 작용을 더 충실하게 얻을 수 있다.

상기 압축기는 리니어 압축기인 경우에, 상기 비공비혼합냉매의 압력차에 의한 작용을 더 활용하여 리니어 압축기의 구동에 마찰력 저감작용을 신뢰성있게 수행할 수 있다.

상기 리니어 압축기에는, 흡입부가 제공되는 쉘; 상기 쉘의 내부에 구비되며, 냉매의 압축공간을 형성하는 실린더; 상기 실린더의 외측에 결합되는 프레임; 상기 실린더의 내부에서 축방향으로 왕복운동 가능하게 제공되는 피스톤; 상기 실린더에 이동 가능하게 결합되며, 상기 냉매의 압축공간에서 압축된 냉매를 선택적으로 배출시키는 토출 밸브; 및 상기 실린더와 프레임의 사이 공간으로 연장되며, 상기 토출 밸브에서 배출된 냉매 중 적어도 일부의 냉매가 유동하는 유로가 포함되는 비공비혼합냉매를 사용하는 경우에, 피스톤의 윤활작용을 더 원활하게 수행할 수 있다.

상기 실린더에는, 상기 노즐부가 형성되는 실린더 본체; 및 상기 실린더 본체로부터 반경방향 외측으로 연장되는 실린더 플랜지부가 포함되고, 상기 프레임에는, 상기 실린더 본체를 둘러싸는 프레임 본체; 상기 실린더 플랜지부가 삽입되는 함몰부; 및 상기 실린더 플랜지부의 안착면에 대향하는 안착부가 포함되어, 리니어 압축기의 내부 구성이 견고하게 지지될 수 있다.

상기 유로에는, 상기 실린더 플랜지부의 외주면과 상기 함몰부의 내주면 사이에 형성되는 제 1 유로가 포함되어, 압축된 고압의 비공비혼합냉매가 바이패스되는 유로를 제공할 수 있다.

상기 유로에는, 상기 실린더 플랜지부의 안착면과, 상기 프레임의 안착부 사이에 형성되는 제 2 유로가 제공되어, 상기 제 1 유로를 통과하는 고압의 비공비혼합냉매가 안내될 수 있다.

상기 유로에는, 상기 제 2 유로로부터, 상기 실린더 본체의 외주면과 상기 프레임 본체의 내주면 사이의 공간으로 연장되는 제 3 유로가 포함되어, 피스톤과 실린더의 길이방향으로 다수의 개소로 고압의 비공비혼합냉매가 안내될 수 있다.

상기 각 유로는 조립공차로 제공될 수 있고, 이 경우에는 가스 상태의 비공비혼합냉매의 통과에는 어려움이 없다.

상기 리니어 압축기에는, 내주면에 실린더 단차부가 형성된 실린더; 상기 실린더로 직선 왕복 가능하게 배치되고, 일방향 이동시 상기 실린더 단차부와의 사이에 저압을 형성하고 타방향 이동시 상기 실린더 단차부와의 사이에 고압을 형성하는 피스톤 단차부가 외주면에 형성된 피스톤; 상기 실린더 단차부와 피스톤 단차부의 사이로 오일이 유입될 수 있도록 형성된 오일 흡입 유로; 및 상기 실린더 단차부와 피스톤 단차부 사이의 오일이 상기 실린더의 외부로 배출될 수 있도록 형성된 오일 배출 유로를 포함될 수 있다. 상기 리니어 압축기의 경우에는 높은 비공비혼합냉매의 압력차에 의해서 오일순환이 더 원활하게 이루어질 수 있다. 이로써, 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치의 신뢰성이 향상될 수 있다.

상기 비공비혼합냉매는 상기 제 1 탄화수소 및 상기 제 2 탄화수소로 이루어지고, 상기 제 1 탄화수소는 이소부탄이고, 상기 제 2 탄화수소는 프로판로 제공됨으로써, 최적의 온도구배차를 얻어서 높은 효율의 냉동장치를 얻을 수 있다.

상기 이소부탄은 76% ≤ 이소부탄 ≤ 87%의 중량비로 제공됨으로써, 냉동 사이클의 최소의 압축일, 냉동장치 생산설비의 호환성, 저렴한 냉매의 구매비용, 냉동장치의 높은 안전성, 냉동 사이클의 효율상승, 및 냉매 취급의 편의성을 얻을 수 있다.

다른 측면에 따른 본 발명의 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치에는, 비공비혼합냉매를 압축하는 리니어 압축기; 상기 압축기에서 압축된 비공비혼합냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 비공비혼합냉매를 팽창하는 팽창기; 및 상기 팽창기에서 팽창된 비공비혼합냉매를 증발하는 증발기가 포함되고, 상기 비공비혼합냉매의 압력차(△P)는, 340kPa < △P < 624.7kPa인 비공비혼합냉매를 사용함으로써, 리니어 압축기에 피스톤과 실린더의 마찰저감작용을 신뢰성있게 수행할 수 있다.

상기 리니어 압축기에는, 왕복동 운동하는 피스톤; 및 상기 피스톤을 안내하는 실린더가 포함되고, 상기 피스톤에서 압축된 고압의 상기 비공비혼합냉매가 상기 실린더의 내면으로 안내되어, 상기 피스톤의 외면을 상기 실린더의 내면에서 부상시킬 수 있다. 이 경우에 높은 비공비혼합냉매의 압력차에 따른 부상압에 의해서 리니어 압축기의 동작신뢰성을 높일 수 있다.

상기 비공비혼합냉매에는, 적어도 두 개의 탄화수소가 포함되고, 상기 적어도 두 개의 탄화수소에는, 1바에서 증발온도가 -12도 이상인 상그룹에서 선정되는 적어도 하나의 제 1 탄화수소; 및 1바에서 증발온도가 -50도 이상 -12도 미만인 중그룹에서 선정되는 적어도 하나의 제 2 탄화수소가 포함되고, 온도구배차는 4도씨 이상으로 제공됨으로써, 비공비혼합냉매가 사용되는 냉동장치의 사이클 효율을 상승시키고, 냉동장치의 동작 안정성을 향상킬 수 있다.

상기 제 1 탄화수소의 중량비가 50%이상로 제공됨으로써, 압축기의 압축일을 최적화할 수 있다.

상기 리니어 압축기에는, 왕복동 운동하여 상기 비공비혼합냉매를 압축하는 피스톤; 및 상기 피스톤을 안내하는 실린더가 포함되고, 상기 피스톤과 상기 실린더의 접촉면에는, 상기 비공비혼합냉매의 압력차에 의해서 펌핑되는 오일이 놓이는 경우에, 오일의 비정상공급을 방지할 수 있고, 피스톤의 윤활작용에 더 원활히 수행될 수 있다.

또 다른 측면에 따른 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치에는, 비공비혼합냉매를 압축하도록 제어되는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기; 및 상기 팽창기에서 팽창된 냉매를 증발하여 고내에 냉기를 제공하는 증발기가 포함되고, 상기 압축기는, 단속운전모드 및 연속운전모드로 선택하여 동작되고, 상기 연속운전모드에서는, 상기 고내의 온도가 목표온도의 범위 내에 있을 때에도 연속하여 동작되도록 상기 압축기가 제어될 수 있다. 이에 따르면, 비공비혼합냉매의 경우에는 큰 압력차를 얻을 수 있기 때문에, 연속운전모드에서 압축기의 동작 시에 동작되는 부품이 마찰력에 의한 외부영향이 없이 더 신뢰성있게 동작할 수 있다.

본 발명에 따르면, 비공비혼합냉매를 이용하는 경우에 높은 효율을 얻을 수 있는 냉동장치를 얻을 수 있다.

도 1은 대향류 증발기에서 비공비혼합냉매와 공기와의 개략적인 온도 그래프.
도 2는 이소부탄과 프로판의 조성에 따른, 증발기 입구 및 출구의 온도차이와 비공비혼합냉매의 온도구배차를 보이는 그래프.
도 3은 (a)는 이소부탄을 병렬로 사용하는 경우, 및 (b)는 비공비혼합냉매를 사용하는 경우에 냉동 사이클을 보이는 그래프.
도 4는 실시예에 따른 냉장고를 보이는 도면.
도 5 및 도 6은 실시예에 따른 냉동장치에 적용되는 리니어 압축기의 단면도로서, 도 5는 피스톤이 후퇴하였을 때이고, 도 6은 피스톤이 전진하였을 때를 나타내는 도면.
도 7은 다른 실시예에 따른 오일리스 리니어 압축기의 구성을 보여주는 단면도.
도 8은 실시예에 따른 흡입 머플러의 구성을 보여주는 단면도.
도 9는 실시예에 따른 흡입 머플러에 제 1 필터가 결합되는 모습을 보여주는 도면.
도 10은 실시예에 따른 압축실 주변의 구성을 보여주는 도면.
도 11은 실시예에 따른 실린더와 프레임의 결합모습을 보여주는 분해 사시도.
도 12는 실시예에 따른 실린더와 프레임의 구성을 보여주는 분해 사시도.
도 13은 실시예에 따른 프레임의 분해 사시도.
도 14는 실시예에 따른 실린더와 피스톤의 결합모습을 보여주는 단면도.
도 15는 실시예에 따른 실린더의 구성을 보여주는 도면.
도 16은 도 14의 "A"를 확대한 단면도.
도 17은 실시예에 따른 프레임과 실린더의 결합 모습을 보여주는 단면도.
도 18은 도 17의 "B"를 확대한 도면.
도 19는 실시예에 따른 리니어 압축기의 냉매 유동모습을 보여주는 단면도.
도 20은 실시예에 따른 압축실에서 토출된 냉매의 제 1,2 유로에서의 유동모습을 보여주는 도면.
도 21은 제 3 유로에서의 냉매 유동모습을 보여주는 도면.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 이하에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상에 포함된다고 할 것이다.

먼저, 바람직하게 적용이 가능한 비공비혼합냉매를 제시한다. 상기 비공비혼합냉매의 선정과 관련되는 설명에서는 발명의 각 내용을 기술요소별로 구분하여 상세하게 설명한다. 먼저, 비공비혼합냉매의 종류를 선정하는 과정에 대하여 설명한다.

<비공비혼합냉매의 종류선정>

상기 비공비혼합냉매에 적합한 혼합되는 냉매들을 제안한다. 혼합되는 냉매는 탄화수소계열(HC계열)의 냉매를 대상으로 선정하였다. 상기 탄화수소계열의 냉매는, 오존층파괴지수(ODP:Ozone Depletion Potential)와 지구온난화지수(GWP:Global Wariming Potential)가 낮은 친환경적인 냉매이기 때문이다.

상기 탄화수소계열의 냉매 중에서 상기 비공비혼합냉매에 적합한 냉매를 선정하는 기준을 다음과 같이 정리할 수 있다.

첫째, 압축일의 관점에서, 응축압(Pd 또는 p1)과 증발압(Ps 또는 p2)의 차이(압력차(△P))가 작아야 압축기의 압축일이 작아져서 효율에 유리하다. 따라서, 냉매의 응축압은 낮고, 증발압은 높은 냉매를 선정하는 것이 바람직하다. 다만, 압축기 신뢰성을 감안하여 증발압은 50kPa 이상을 만족하는 선정하는 것이 바람직하다.

둘째, 생산설비의 활용관점에서, 종래 설비 및 부품의 호환을 위하여, 종래에 사용하던 냉매를 사용하는 것이 바람직하다.

셋째, 냉매의 구매비용의 관점에서, 냉매를 저렴하게 획득할 수 있는 것이 바람직하다.

다섯째, 안전성의 관점에서, 냉매 누설 시에 인체장애가 없는 냉매가 바람직하다.

여섯째, 비가역손실의 저감하는 관점에서, 냉매와 냉기의 온도차가 줄어들도록 하는 것이 사이클의 효율을 상승시키는 측면에서 바람직하다.

일곱째, 취급관점에서, 작업시에 냉매를 편리하게 취급하고, 냉매의 주입시에 취급자가 냉매를 편리하게 주입할 수 있는 것이 바람직하다.

상기 각 냉매의 선정기준을 상기 비공비혼합냉매의 냉매를 선정하는 데 있어서, 다양하게 적용된다.

<탄화수소의 분류선정>

미 국립표준기술연구소로부터 제시되는 후보 냉매들을 증발온도(Tv)를 기준으로 하여, 증발온도가 높은 것에서 낮은 순으로 세 개(상, 중, 하)로 분류하였다. 냉매의 밀도는 증발온도가 높은 것일수록 밀도가 높다.

이 중에서 냉장고 환경에 맞는 -20도 ~ -30도의 증발온도를 낼 수 있는 조합을 선정하는 것이 바람직하다. 이하에서는 상기 후보 냉매들의 구분을 상세하게 설명한다.

상기 후보 냉매는, 증발온도 -12도 및 -50도의 경계값을 기준으로 세 종류로 구분하였다. 세 종류로 구분된 상기 후보 냉매는 표 1에 제시한다. 상기 증발온도의 구분은 상기 경계값을 기준으로 크게 차이가 나는 것을 볼 수 있다.

번호	분류	탄화수소명칭	증발온도(1바)	증발온도(20바)	삼중점온도
번호	분류	탄화수소명칭	도씨
1	상	isopentane	27.5	154.7	-159.85
2		1,2-butadiene	10.3	124.8	-136.25
3		n-butane	-0.9	114.5	-138.25
4		butene	-6.6	105.8	-185.35
5		isobutane	-12	100.7	-159.65
6	중	propadiene	-34.7	68.2	-136.25
7		propane	-42.4	57.3	-187.71
8		propylene	-47.9	48.6	-185.26
9	하	ethane	-88.8	-7.2	-182.80
10	하	ethylene	-104	-29.1	-169.15

상기 표 1을 참조하여, 상기 비공비혼합냉매로써 혼합될 냉매로 가능성이 있는 각 영역에서 냉매를 선정하여 조합할 수 있다. 먼저, 상기 세 분류 중에서 어느 분류를 선정할 것인가를 살펴본다. 냉매의 혼합이 세 분류로부터 모두 선정하여 세 개의 냉매가 혼합되는 한 가지 경우, 냉매의 혼합이 두 분류로부터 선정하여 두 개의 냉매가 혼합되는 세가지 경우가 있을 수 있다.

이 중에서 세 분류로부터 적어도 하나의 냉매를 선정하여 세 개 이상의 냉매를 혼합하는 경우에는, 비공비혼합냉매에 있어서 온도의 상승 및 하강이 지나치게 커질 수 있다. 이 경우에는 냉동시스템의 설계가 어렵기 때문에 바람직하지 않다.

두 분류로부터 각각 선정되는 적어도 하나의 냉매를 선정하여 비공비혼합냉매를 얻는 것이 바람직하다.

중분류와 하분류, 상분류와 중분류, 및 상분류와 하분류에서 각각 적어도 하나의 냉매를 선정할 수 있다. 이 중에서 상분류와 중분류의 냉매 중에서 적어도 하나의 냉매가 혼합되는 조성물로서 비공비혼합냉매를 제공하는 것이 바람직하다.

상기 중분류와 하분류의 냉매 중에서 적어도 하나의 냉매가 혼합되는 경우에는, 냉매의 증발온도가 낮아서 지나치게 낮아서, 일반적인 냉장고에 있어서 고내온도와 냉매의 증발온도 차이도 지나치게 커진다. 이에 따라서 냉동 사이클의 효율이 나빠지고 소비전력이 증가하므로 바람직하지 않다.

상기 상분류와 하분류의 냉매 중에서 적어도 하나의 냉매가 혼합되는 경우에는, 혼합되는 적어도 두 냉매 간의 증발온도의 차이가 지나치게 크다. 따라서 특수한 고압의 환경이 조성되지 않는 한 실제 사용조건에서 각 냉매는 액상 및 기상으로 구분된다. 이때문에, 상기 적어도 두 냉매를 냉매관에 함께 주입하는 것이 어렵다.

<탄화수소의 분류에서 탄화수소의 선정>

상기 상분류와 상기 중분류 중에서 어느 냉매를 선정하는 지를 설명한다.

먼저, 상기 상분류 중에서 선택되는 냉매에 대하여 설명한다. 상기 상분류 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 냉매가 상기 비공비혼합냉매로 사용될 수 있다.

상기 이소펜탄과 부타디엔은 증발온도가 비교적 높기 때문에, 냉장고 증발기의 고내 온도를 제한하고, 냉동효율이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.

상기 이소부탄과 N-부탄은 현재 사용되는 냉장고의 압축기 등의 냉동 사이클의 부품을 변경하지 않고 사용할 수 있다. 따라서, 상기 상분류에 포함되는 냉매 중에서 가장 그 사용이 기대된다.

상기 N-부탄은 이소부탄에 비하여 압축일은 작지만, 증발압(Ps)이 낮아서 압축기의 신뢰성에 문제가 발생할 수 있다. 따라서 이소부탄에 비해서는 바람직하지 않다.

이와 같은 이유로, 상기 상분류에서는 이소부탄이 가장 바람직하게 선정될 수 있다. 물론, 이미 설명된 바와 같이, 상기 상분류에 포함되는 다른 탄화수소 중의 적어도 어느 하나의 선정이 불가능한 것은 아니다.

상기 중분류 중에서 선택되는 냉매에 대하여 설명한다. 상기 중분류 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 냉매가 상기 비공비혼합냉매로 사용될 수 있다.

상기 프로파디엔은, 상기 프로판보다 상기 압력차(△P)가 작은 장점이 있어 효율이 높지만, 가격이 비싸고, 누설에 따른 인체흡입시에 호흡기 및 피부에 유해한 문제점이 있어서 바람직하지 않다.

상기 프로필렌은 상기 프로판보다 상기 압력차가 커서 압축기의 압축일이 커지는 단점이 있어 바람직하지 않다.

이와 같은 이유로, 상기 중분류에서는 프로판이 가장 바람직하게 선정될 수 있다. 물론, 이미 설명된 바와 같이, 상기 중분류에 포함되는 다른 탄화수소 중의 적어도 어느 하나의 선정이 불가능한 것은 아니다.

참고로, 이소부탄은 R600a으로도 불리고, 프로판은 R290으로도 부를 수 있다. 상기 이소부탄과 상기 프로판을 바람직하게 선정한 바가 있으나, 비공비혼합냉매의 특성을 획득하는데 있어서, 같은 분류에 속하는 다른 탄화수소도 적용될 수 있는 것은 물론이다. 이하의 설명에서 있어서 구체적인 언급이 없는 경우에도 마찬가지이다. 예를 들어, 유사한 비공비혼합냉매의 온도구배차를 얻을 수 있는 경우에는 이소부탄과 프로탄의 조성이 아닌 다른 조성을 사용할 수도 있을 것이다.

<선정된 탄화수소 냉매의 비율을 압축일의 소비전력을 감안하여 선정>

상기 비공비혼합냉매에서 혼합될 냉매는, 상분류에서는 이소부탄으로 하고, 중분류에서는 프로판으로 선정하였다. 상기 비공비혼합냉매에 혼합될 각 냉매의 비율을 아래와 같이 선정할 수 있다.

상기 압력차는 냉동시스템의 주 에너지 소비원인 압축기의 소비전력을 좌우한다. 다시 말하면, 상기 압력차가 클수록 더 많은 압축일을 소비하여야 한다. 상기 압축일이 클수록 사이클의 효율이 나빠지게 된다.

상기 이소부탄은 상기 프로판에 비하여 상기 압력차(△P)가 작다. 이때문에, 상기 이소부탄의 중량비를 50%이상으로 하고, 마찬가지로 상기 프로판의 중량비를 50%이하로 하여, 상기 비공비혼합냉매를 제공하는 것이 바람직하다.

상기 비공비혼합냉매가, 이소부탄과 프로판이 5:5로 섞여있는 조성물의 경우에, 응축압은 745.3kPa이고, 증발압은 120.5kPa이고, 상기 압력차는 624.7kPa이다.

상기 비공비혼합냉매가, 이소부탄이 실질적으로 전부이고 극소량의 프로판이 섞여 있는 조성물의 경우에, 응축압은 393.4kPa이고, 증발압은 53.5kPa이고, 상기 압력차는 340.0Pa이다.

상기 압력의 측정은, ISO의 소비전력측정조건에서 압축기가 켜여 있을 때의 평균값을 측정한 것이다. 비공비혼합냉매의 조성과 관련되는 모든 수치는 동일한 조건에서 얻어진 것이다.

이상의 설명을 통하여 압축일을 줄일 수 있는 이소부탄과 프로판의 혼합비를 이용하여, 상기 비공비혼합냉매의 응축압, 증발압, 및 압력차의 범위를 알 수 있다.

<선정된 탄화수소 냉매의 비율을 증발기의 비가역손실을 감안하여 선정>

이미 설명된 바와 같이, 상기 비공비혼합냉매는 상변화시에 온도구배차(GTD)를 가진다. 상기 온도구배차를 이용함으로써, 증발기를 냉동실 및 냉장실 각각에 순차적으로 설치하여, 구획된 공간별로 적절한 온도분위기를 제공할 수 있다. 상기 온도구배차에 따르면, 각 증발기에서 증발되는 냉매와 공기와의 온도차이를 줄여서 열교환에 따른 비가역성을 줄일 수 있다. 상기 비가역손실이 줄어드는 것에 의해서, 냉동시스템의 손실을 줄일 수 있는 것도 물론이다.

도 1은 대향류 증발기에서 비공비혼합냉매와 공기와의 개략적인 온도 그래프이다. 도 1에서, 수평축은 진행거리를 나타내고, 상기 공기와 상기 비공비혼합냉매는 화살표로 도시하는 바와 같이 각각 반대방향으로 진행한다. 도 1에서 수직축은 온도를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 상기 공기의 선도(1)와, 상기 비공비혼합냉매의 선도(2), 상기 비공비혼합냉매의 상승선도(3) 및 하강선도(4), 및 단일냉매의 선도(5)가 도시된다.

상기 공기의 선도(1)를 참조하면, 공기는 예시로 -20 ~ -18도씨의 범위 내에서 시작하여 온도가 하강하여 증발기를 통과할 수 있다.

상기 비공비혼합냉매의 선도(2)를 참조하면, 비공비혼합냉매는 예시로 -27도씨에서 시작하여 온도가 상승하여 증발기를 통과할 수 있다. 상기 비공비혼합냉매는, 상기 이소부탄과 상기 프로판의 비율에 따라서 온도구배차가 달라질 수 있다. 상기 온도구배차가 커지는 경우에는 상기 비공비혼합냉배의 선도(2)는 상기 비공비혼합냉매의 상승선도(3)를 향하여 이동할 것이다. 상기 온도구배차가 작아지는 경우에는 상기 비공비혼합냉배의 선도(2)는 상기 비공비혼합냉매의 하강선도(4)를 향하여 이동할 것이다.

참조로, 단일냉매의 경우에 상변화가 없기 때문에, 상기 단일냉매의 선도(5)는 온도변화가 없는 것을 참조할 수 있다.

열교환이 발생할 때의 비가역손실은, 열교환하는 두 계면에 온도차가 있는 것으로 인하여 회피할 수 없는 현상이다. 예를 들어, 열교환하는 두 물체의 계면에 온도차가 없다면 비가역손실은 없지만, 이 때에는 열교환이 발생하지 않는다.

다만, 열교환에 따른 비가역손실을 줄이는 다양한 방안이 있고, 그 대표적인 방안이 대향류로 열교환기를 구성하는 것이다. 상기 대향류 열교환기는 이동하는 유체 간의 온도차가 가급적 줄어들도록 함으로써, 비가역손실을 줄일 수 있다.

상기 비공비혼합냉매를 적용하는 증발기의 경우에도 도 1에 제시하는 바와 같이 대향류로 열교환기를 구성할 수 있다. 상기 온도구배차에 의해서 상기 비공비혼합냉매가 증발 중에 온도가 상승함에 따라서, 공기와 비공비혼합냉매의 온도차가 줄어들도록 할 수 있다. 상기 비공비혼합냉매의 온도구배차와 상기 공기의 온도차가 줄어들면, 비가역손실이 줄어들고, 냉동 사이클의 효율을 상승시킬 수 있다.

상기 비공비혼합냉매의 상기 온도구배차는 냉매의 제한으로 인하여 무한히 크게 할 수 없다. 또한, 상기 비공비혼합냉매의 상기 온도구배차를 변화시키면, 냉기의 온도구배차가 변화하고, 이에 따라가 증발기의 크기가 변화하고, 나아가서 냉동사이클의 전체 효율에도 영향을 미친다. 예를 들어, 상기 온도구배차를 크게하면, 냉매의 입구온도가 저하되거나 출구온도가 과열되어 냉동사이클의 효율이 감소한다.

한편, 상기 비공비혼합냉매의 온도구배차와 상기 공기의 온도차는, 열교환기가 무한히 크다면 영으로 수렴할 수 있다. 그러나, 열교환기의 양산성과 경제적인 면을 고려하여, 일반 냉장고의 경우에 상기 비공비혼합냉매의 온도구배차와 상기 공기의 온도차는 3 - 4도씨 정도이다.

도 2는 상기 이소부탄과 상기 프로판의 조성에 따른, 증발기 입구 및 출구의 온도차이와 상기 비공비혼합냉매의 상기 온도구배차를 보이는 그래프이다. 수평축은 이소부탄의 함량을 나타내고, 수직축은 온도차이를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 상기 이소부탄과 상기 프로판이 각각 100% 포함되는 경우에는 단일 냉매로서 증발을 거치는 중에 온도변화가 없다.

상기 이소부탄과 상기 프로판이 혼합되는 경우에는, 상기 비공비혼합냉매의 온도구배차 및 증발기 입출구의 온도차이가 있다. 상기 증발기 입출구의 온도차이(11)는 상기 비공비혼합냉매의 상기 온도구배차(12)에 비하여 작다. 이는 냉매와 공기와의 열전달의 불완전성에 기인할 수 있다.

상기 비공비혼합냉매의 상기 온도구배차가 증발기 입출구의 온도차이에 비하여 큰 것이, 상기 비공비혼합냉매의 특성을 잘 활용할 수 있고, 열교환에서의 비가격성을 줄이고, 냉동사이클의 효율이 상승하는 관점에서 바람직하다. 마찬가지로, 상기 비공비혼합냉매의 상기 온도구배차는 증발기를 통과하는 공기의 온도차보다는 큰 것이 바람직하다.

일반적인 냉장고에서 상기 증발기의 입출구를 통과하는 공기의 온도차는 4 - 10도씨에 이를 수 있고, 대개의 경우에는 4도씨에 가깝다. 이때문에, 상기 비공비혼합냉매의 온도구배차는 4도씨보다 높게 유지할 수 있다. 더 바람직하게는, 증발기의 입출구 온도차보다는 최소한도로 높은 적어도 4.1도씨 이상을 유지하는 것이 바람직하다. 상기 비공비혼합냉매의 온도구배차가 4.1도씨보다 작으면, 냉동사이클의 열효율이 저하하기 때문에 바람직하지 않다.

이와 반대로, 상기 비공비혼합냉매의 온도구배차가 4.1도씨보다 크면, 냉매의 출구측에서 공기와 냉매의 온도차이가 작아지고, 비가역성이 작아지고, 냉동사이클의 열효율이 상승하기 때문에 바람직하다. 여기서 냉내의 출구측에서 공기와 냉매의 온도차이가 작아진다는 것은, 도 1에서 상기 비공비혼합냉배의 선도(2)가 상기 비공비혼합냉매의 상승선도(3)를 향하여 이동하는 것을 의미할 수 있다.

상기 비공비혼합냉매의 온도구배차가 4.1도씨인 곳을 도 2에서 찾으면, 상기 이소부탄이 90%이고, 온도구배차가 4.1도씨 이상인 곳은 이소부탄이 90%이하인 것을 알 수 있다. 한편, 압축기의 압축일을 최소화하기 위하여 상기 이소부탄은 50%이상인 것이 바람직한 것을 살펴본 바와 같다.

그 결과, 상기 이소부탄과 상기 프로판으로 제공되는 비공비혼합냉매의 중량비는 수학식 1과 같이 제안할 수 있다.

여기서, 프로판은 상기 비공비혼합냉매의 나머지 중량비이다.

상기 비공비혼합냉매의 온도구배차가 클 수록 비가역손실의 저감에는 바람직하다. 그러나, 상기 온도구배차가 지나치게 커지면, 냉매와 공기와의 충분한 열교환 경로를 확보하기 위하여, 상기 증발기의 크기가 지나치게 커지게 된다. 일반 가정용 냉장고에 적용되는 증발기는 200W의 용량이하로 설계되어야 냉장고 고내 공간을 확보할 수 있다. 이때문에 상기 비공비혼합냉매의 온도구배차는 7.2도씨 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

이 뿐만 아니라, 상기 비공비혼합냉매의 온도구배차가 지나치게 커지면, 상기 비공비혼합냉매를 기준으로 할 때, 증발기 입구의 온도가 너무 낮거나 증발기 출구가 너무 빨리 과열될 수 있다. 이 때에는 증발기의 가용영역이 줄어들어 열교환 효율이 떨어질 수 있다.

상세하게 설명하면, 증발기에서 상기 비공비혼합냉매의 출구에서는, 비공비혼합냉매의 온도가, 증발기로 유입되는 공기의 온도에 비하여 높아야 한다. 그렇지 않은 경우에는 냉매와 공기의 온도의 역전으로 인하여 열교환기의 효율이 떨어진다. 이 조건을 만족시키지 못하는 경우에는 냉동 시스템의 효율을 떨어뜨릴 수 있는 것이다.

상기 비공비혼합냉매의 온도구배차가 7.2도씨인 곳을 도 2에서 찾으면, 상기 이소부탄이 75%이고, 온도구배차가 7,2도씨 이하인 곳은 이소부탄이 75%이상인 것을 알 수 있다.

그 결과, 이 조건과 상기 수학식 1의 조건을 함께 고찰하면, 그 결과, 상기 이소부탄과 상기 프로판으로 제공되는 비공비혼합냉매의 더 바람직한 중량비는 수학식 2와 같이 제안할 수 있다.

<선정된 탄화수소 냉매의 비율을 생산설비 및 부품의 호환관점을 감안하여 선정>

일반 냉장고의 상기 증발기의 입출구의 온도차이는 3 - 5도씨로 설정되어 있다. 이는 냉장고의 부품, 기계실의 내부용적, 각 부품의 열용량, 및 팬의 크기 등 다양한 요인에 기인한다. 상기 증발기 입출구의 온도, 즉 3 - 5도씨를 제공할 수 있는 상기 비공비혼합냉매의 조성비를 도 2에서 찾으면, 상기 이소부탄이 76%에서 87%의 사이에 있는 것을 알 수 있다.

상기되는 논의의 결과, 상술되는 모든 조건을 만족하는 상기 비공비혼합냉매의 수학식 3으로 주어질 수 있다.

<최종적용되는 탄화수소 냉매의 비율>

이상의 다양한 기준을 배경으로 하여 선정할 수 있는 가장 바람직한 이소부탄이 적용범위는 상기 수학식 3의 가운데 범위인 81 ~ 82%로 결정할 수 있다. 물론, 상기 비공비혼합냉매에서 그 외에는 프로판이 차지할 수 있다.

상기 이소부탄만을 이용하는 경우와, 상기 이소부탄을 85% 상기 프로판을 15% 적용하는 비공비혼합냉매를 이용하는 경우를 비교하였다. 두 경우 모두 병렬로 증발기를 구성하여 냉동 시스템을 싸이클을 구성하였다.

실험의 조건은 증발기입구온도는 각각 -29도씨와 -15도씨이고, 압축기 흡입온도는 25도씨이다. 냉매의 차이로 인하여, 상기 이소부탄만을 이용하는 경우에 응축기의 온도는 31도씨이고, 비공비혼합냉매를 사용하는 경우에는 29도씨이다.

도 3은 각 경우에 냉동 사이클을 비교하는 표로서, (a)는 이소부탄만을 병렬로 사용하는 경우이고, (b)는 비공비혼합냉매를 사용하는 경우를 나타낸다.

도 3에 따른 실험에서는 비공비혼합냉매를 사용하는 경우에 대략 4.5%의 성능계수의 향상이 있는 것을 볼 수 있었다.

도 4는 실시예에 따른 냉동장치를 보이는 도면이다.

도 4를 참조하면, 실시예에 따른 냉동장치는, 기계실(631), 냉동실(632), 및 냉장실(633)을 포함할 수 있다. 상기 냉동장치는, 이미 설명된 바가 있는 비공비혼합냉매를 운용하는 냉동 사이클을 이룬다. 상기 냉동 사이클에는, 냉매를 압축하는 압축기(621), 압축된 냉매를 팽창시키는 팽창기(622), 팽창된 냉매를 응축시키는 응축기(623), 및 응축된 냉매를 증발시키는 증발기(624)(625)가 포함될 수 있다.

상기 압축기(621), 팽창기(622), 및 응축기(623)는 기계실(631)에 제공될 수 있다. 상기 제 1 증발기(624)는 냉동실(632)에 제공될 수 있다. 상기 제 2 증발기(625)는 냉장실(633)에 제공될 수 있다. 상기 냉동실 및 상기 냉장실을 함께 고내공간이라고 이름할 수도 있다.

상기 비공비혼합냉매는 제 2 증발기(625)보다 제 1 증발기(624)에서 더 저온이다. 상기 제 1 증발기(624)가 상기 냉동실에 놓임으로써, 냉장장치의 구획되는 공간에 더욱 적합하게 냉동시스템을 운용할 수 있다. 이로서, 증발기의 증발동작에서 비가역손실을 더욱 줄일 수 있다.

이하에서는 상기 냉동장치에 제공되는 압축기(621)로 적용될 수 있는 리니어 압축기를 설명한다.

도 5 및 도 6은 실시예에 따른 냉동장치에 적용되는 리니어 압축기의 단면도로서, 도 5는 피스톤이 후퇴하였을 때이고, 도 6은 피스톤이 전진하였을 때를 나타낸다.

실시예에 따른 리니어 압축기는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 쉘(50)의 내측에 리니어 압축부(60)가 완충 가능하게 설치된다.

상기 쉘(50)은 상부가 개방된 하부 쉘(51)과, 상기 하부 쉘(51)의 상측을 덮도록 장착되는 상부 쉘(52)로 이루어진다. 상기 하부 쉘(51)과 상부 쉘(52)의 사이에 밀폐 공간이 형성되고, 상기 하부 쉘(51)의 내측 하부에 오일(O)이 담겨진다.

상기 오일은 피스톤이 실린더의 계면에서 윤활작용을 수행할 수 있도록 한다. 상기 윤활작용이 원활하지 않은 경우에는 리니어 압축기의 신뢰성에 큰 문제를 야기할 수 있다.

상기 쉘(50)에는 유체가 흡입되는 흡입 파이프(53)가 관통되게 배치되고, 상기 리니어 압축부(22)에서 압축된 유체가 토출되는 토출 파이프(54)가 관통되게 배치된다.

상기 리니어 압축부(60)는 상기 하부 쉘(51)에 설치된 댐퍼(55)에 장착되어 진동 가능하게 지지된다.

상기 리니어 압축부(60)는, 실린더(62)가 설치된 실린더 블록(66)과, 유체 흡입 파이프(72)가 구비된 백 커버(74)와, 상기 실린더(62)로 직선 왕복 가능하게 배치되고 상기 실린더(62)의 내측으로 유체가 흡입되도록 유체 흡입 유로(78) 및 흡입포트(79)가 형성된 피스톤(80)과, 상기 유체 흡입 유로(78)를 개폐하도록 상기 피스톤(80)에 설치된 흡입 밸브(82)와, 상기 피스톤(80)을 직선 왕복시키는 리니어 모터(84)와, 상기 피스톤(80)과의 사이에 압축실(C)을 형성하고, 상기 압축실(C) 내부의 유체가 소정 압력 이상으로 압축되면, 압축된 유체를 상기 루프 파이프(54)로 토출시키는 토출 밸브 어셈블리(92)를 포함할 수 있다.

상기 실린더(62)는 상기 실린더 블록(66)의 중앙에 설치된다.

상기 백 커버(74)는 후술하는 스테이터 커버(152)에 체결볼트 등의 체결수단으로 장착된다.

상기 피스톤(80)의 후단에는 상기 리니어 모터(84)와 체결볼트 등의 체결수단으로 연결되어 상기 리니어 모터(84)의 구동력을 전달받는 플랜지부(81)가 형성된다.

상기 흡입 밸브(82)는 상기 피스톤(80)의 선단면에 체결볼트로 체결된 탄성 부재로서, 상기 압축실(C) 및 흡입 포트(79)의 압력 차에 의해 상기 흡입 포트(79)를 개폐한다.

상기 리니어 모터(84)는, 상기 실린더 블록(64)에 설치된 아우터 코어(85)와, 상기 아우터 코어(85)에 설치된 보빈(86)과, 상기 보빈(86)에 권선된 코일(87)과, 상기 아우터 코어(85)와 일정 공극을 갖도록 상기 실린더 블록(64)에 설치된 이너코어(88)와, 상기 코일(87)에 의해 형성된 전자기력에 의해 직선 왕복되도록 상기 아우터 코어(85)와 이너 코어(88)의 사이에 위치된 마그네트(89)와, 상기 마그네트(105)가 장착되고 상기 피스톤(80)의 플랜지(81)에 결합되어 상기 피스톤(80)에 직선 운동력을 전달하는 마그네트 프레임(90)을 포함하여 구성된다.

상기 토출 밸브 어셈블리(92)는 상기 실린더(62)의 선단을 개폐하기 위한 토출 밸브(93)와, 상기 토출 밸브(93)가 토출 스프링(94)으로 탄지되고 유체 토출홀(95)이 형성된 내측 토출 커버(96)와, 상기 내측 토출 커버(96)와의 사이에 유로가 형성된 외측 토출 커버(97)와, 상기 외측 토출 커버(97)에 장착되고 상기 루프 파이프(54)가 연결되는 연결 파이프(98)를 포함하여 구성된다.

상기 리니어 압축부(60)는 상기 쉘(50)에 담겨진 오일이 상기 실린더(62)와 피스톤(80)의 사이로 유입될 수 있도록 오일 흡입 유로(100)가 구비된다. 상기 실린더(62)와 피스톤(80) 사이의 오일(O)이 상기 리니어 압축부(60) 외측으로 배출될 수 있도록 오일 배출 유로(10)가 구비된다. 상기 피스톤(80)의 후퇴시 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 실린더(62)와 피스톤(80)의 사이에 저압을 형성하고, 상기 피스톤(80)의 전진시 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 실린더(62)와 피스톤(80)의 사이에 고압을 형성하는 펌핑수단(20)이 구비된다.

상기 펌핑수단(20)은 설명된 바와 같이, 실린더와 피스톤 사이에 형성되는 저압 및 고압의 압차에 의해서 동작한다. 상기 비공비혼합냉매를 사용하는 경우에는 상기 실린더와 상기 피스톤의 사이에 형성되는 저압과 고압의 압력차가 크다. 따라서, 동등한 냉력으로 제공되는 단일냉매의 냉동장치에 비하여 더 많은 오일을 더 큰 힘으로 펌핑할 수 있다.

상기 비공비혼합냉매와 상기 펌핑수단(20)의 설명은 리니어 압축기의 동작과 함께 추후에 더 상세하게 설명한다.

상기 오일 흡입 유로(10)는, 상기 쉘(50)에 담겨진 오일(O)에 잠기고 상기 실린더 블록(64)에 장착된 오일 파이프(11)와, 상기 오일 파이프(11)와 연통되고 상기 실린더 블록(64)과의 사이에 오일 통로(12)가 형성된 오일 커버(13)와, 상기 오일 통로(12)로 흡입된 오일이 상기 실린더 블록(64)을 통과하도록 상기 실린더 블록(64)에 형성된 실린더 블록 흡입 유로(14)와, 상기 실린더 블록 흡입 유로(14)로 흡입된 오일이 상기 펌핑수단(30)의 내측으로 흡입되도록 상기 실린더(62)에 형성된 실린더 흡입 유로(15)를 포함하여 구성된다.

상기 오일 배출 유로(20)는 상기 펌핑수단(30) 내측의 오일(O)이 배출되도록 상기 실린더(62)에 형성된 실린더 배출 유로(21)와; 상기 실린더 배출 유로(21)로 배출된 오일이 상기 실린더 블록(22)을 통과하여 배출되도록 상기 실린더 블록(64)에 형성된 실린더 블록 배출 유로(22)를 포함하여 구성된다.

상기 펌핑 수단(30)은 상기 실린더(62)의 내주면에 형성된 실린더 단차부(31)와; 상기 피스톤(80)의 후퇴시 상기 실린더 단차부(31)와의 사이에 저압을 형성하고 상기 피스톤(80)의 전진시 상기 실린더 단차부(31)와의 사이에 고압을 형성하도록 상기 피스톤(80)의 외주면에 형성된 피스톤 단차부(32)를 포함하여 구성된다.

상기 실린더 단차부(31)와 피스톤 단차부(32)는 경사부가 대향되게 형성된다.상기 실린더(62)는 경사부 전방의 내경(D1)이 상기 피스톤(80)의 경사부 후방의 외경(D2) 보다 작게 형성된다.

상기 실린더 단차부(31)와 피스톤 단차부(32)는 상기 피스톤(80)의 후퇴시 원통형 공간을 형성한다.

상기 리니어 압축부(60)는 상기 피스톤(80)의 후퇴시 상기 펌핑수단(30)에 형성된 저압에 의해 상기 오일 흡입 유로(122) 일측을 개방하고, 상기 저압의 해제시 상기 오일 흡입 유로(122) 일측을 밀폐하는 오일 흡입 밸브(40)를 더 포함하여 구성된다.

상기 오일 흡입 밸브(40)는 상기 실린더 블록(66)에 체결볼트 등의 체결수단으로 고정된 탄성부재로 이루어지고, 일부가 휘면서 상기 오일 흡입 유로(10) 특히, 상기 오일 통로(12)의 입구를 개방한다.

상기 리니어 압축기(60)는 상기 피스톤(80)의 전진시 상기 펌핑수단(30)에 형성된 고압에 의해 상기 오일 배출 유로(20) 일측을 개방하고, 상기 고압의 해제시 상기 오일 배출 유로(20) 일측을 밀폐하는 오일 토출 밸브(150)를 더 포함하여 구성된다.

상기 오일 토출 밸브(150)는 상기 실린더 블록(66)에 체결볼트 등의 체결수단으로 고정된 탄성부재로 이루어지고, 일부가 휘면서 상기 오일 토출 유로(20) 특히, 상기 실린더 블록 배출 유로(22)의 출구를 개방한다.

참조 부호 152는 상기 아우터 코어(85)의 배면을 덮도록 상기 아우터 코어(86)에 체결볼트 등의 체결수단으로 결합되는 스테이터 커버이다.

참조 부호 27는 상기 백 커버(72)와의 사이에 제 1 스프링(29)이 배치되고 상기 스테이터 커버(152)와의 사이에 제 2 스프링(28)이 배치되며, 상기 피스톤(80)의 플랜지(81)에 체결볼트 등의 체결수단으로 고정되는 스프링 서포터이다.

참조 부호 160은 상기 피스톤(80)의 후단측에 설치되어 상기 백 커버(72)의 흡입파이프(71)로 흡입된 유체를 상기 피스톤(80)의 유체 흡입 유로(78)로 안내함과 아울러 소음을 저감시키는 머플러이다.

상기와 같이 구성된 리니어 압축기의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상기 코일(87)에 전압이 가해지면, 상기 코일(87)의 주변에는 자기장이 형성되고, 상기 마그네트(89)는 상기 자기장과의 상호 작용으로 직선 왕복 운동되며, 마그네트(89)의 직선 왕복 운동은 상기 마그네트 프레임(90)을 통해 피스톤(80)에 전달되어 피스톤(80)이 실린더(62)로 직선 왕복 운동한다.

상기 흡입밸브(82)와 토출밸브(93)는 상기 피스톤(80)의 직선 왕복 운동에 따른 압축실(C) 전후의 압력차에 의해 개폐 작동되고, 상기 쉘(50) 내측의 유체는 상기 백 커버(74)의 유체 흡입 파이프(72)와, 상기 머플러(160)와, 상기 피스톤(80)의 유체 흡입 유로(78) 및 흡입 포트(79)를 차례로 통과한 후 상기 압축실(C)로 흡입되며, 상기 피스톤(80)에 의해 압축된 후 상기 토출 밸브 어셈블리(92)와 토출 파이프(54)를 차례로 통과하여 토출된다.

상기와 같이 피스톤(80)이 직선 왕복 운동되고, 상기 쉘(50) 내부의 유체가 흡입/압축/토출되는 동안, 상기 쉘(50)의 내측 하부에 담겨진 오일(O)은 상기 펌핑수단(30) 내측의 압력 변화에 따라 상기 펌핑수단(30)으로 흡입되어 상기 실린더(62)와 피스톤(80)의 사이를 윤활/냉각하고 상기 리니어 압축부(60)의 외측으로 배출된다.

상기 펌핑수단(30)의 압력 변화와 그에 따른 오일의 급유 과정을 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다.

상기 피스톤(80)이 도 5에 도시된 바와 같이, 후퇴되면, 상기 피스톤 단차부(32)는 상기 실린더 단차부(31)와 멀어지고, 상기 피스톤 단차부(32)와 상기 실린더 단차부(31)의 사이에는 저압이 형성되며, 상기 오일 흡입 밸브(40)는 상기 저압에 의해 일부가 휘면서 상기 오일 흡입 유로(10) 특히, 상기 오일 통로(12)의 입구를 개방하고, 상기 오일 토출 밸브(150)는 상기 저압에 의해 상기 오일 배출 유로(20) 특히, 상기 실린더 블록 배출 유로(150)를 밀폐한다.

상기 쉘(50)의 내측 하부에 담겨진 오일(O)은 상기 저압에 의해 상기 오일 파이프(11)와 오일 통로(12)와 실린더 블록 흡입 유로(14)와 실린더 흡입 유로(15)를 차례로 통과한 후 상기 피스톤 단차부(32)와 상기 실린더 단차부(31)의 사이의 공간으로 흡입되고, 상기 실린더(62)와 피스톤(80)을 윤활/냉각시킨다.

반면에, 상기 피스톤(80)이 도 6에 도시된 바와 같이, 전진되면, 상기 피스톤 단차부(32)는 상기 실린더 단차부(31)와 가까워지고, 상기 피스톤 단차부(32)와 상기 실린더 단차부(31)의 사이에는 고압이 형성되며, 상기 오일 흡입 밸브(40)는 상기 고압에 의해 상기 오일 흡입 유로(10) 특히, 상기 오일 통로(12)의 입구를 밀폐하고, 상기 오일 토출 밸브(150)는 상기 고압에 의해 일부가 휘면서 상기 오일 배출 유로(20) 특히, 상기 실린더 블록 배출 유로(150)를 개방한다.

상기 피스톤 단차부(32)와 상기 실린더 단차부(31)의 사이의 공간에 있던 오일은 상기 고압에 의해 상기 실린더 배출 유로(21)와 실린더 블록 배출 유로(22)를 차례로 통과하여 상기 리니어 압축부(60)의 외부로 배출된다.

상기 펌핑수단(20)은 리니어 압축기의 압력차가 커짐에 따라서, 더 큰 힘으로 오일을 다량으로 공급할 수 있다. 상기 리니어 압축기의 압력차는 냉매의 증발압과 응축압의 압력차(△P)에 해당할 수 있다.

상기 리니어 압축기의 작동유체로 비공비혼합냉매가 사용되는 경우에는, 단일냉매로 널리 사용되는 이소부탄을 사용하는 경우에 비하여 더 큰 압력차(△P)로 동작할 수 있다.

실시예에 적용되는 비공비혼합냉매의 압력차를 설명한다. 먼저, 이소부탄과 프로판이 5:5로 섞여있는 조성물의 경우에, 응축압은 745.3kPa이고, 증발압은 20.5kPa이고, 상기 압력차는 624.7kPa이다. 상기 비공비혼합냉매가, 이소부탄이 실질적으로 전부이고 극소량의 프로판이 섞여 있는 조성물의 경우에, 응축압은 393.4kPa이고, 증발압은 53.5kPa이고, 상기 압력차는 340.0Pa이다.

결국, 실시예의 비공비혼합냉매의 압력차는 340.0kPa이상 624.7kPa이하의 범위를 가질 수 있다.

이와 같이, 상기 비공비혼합냉매가 작동유체로 사용되는 경우에는 더 큰 압력차로서 리니어 압축기의 내부에 오일을 공급할 수 있다. 이 경우에는 오일공급유로가 막히거나, 오일순환이 늦거나, 피스톤과 실린더의 접면이 과열되는 현상을 방지할 수 있다.

상기 비공비혼합냉매가 리니어 압축기에 사용되는 경우에는, 냉동시스템이 연속운전모드로 운전되는 경우에 더 큰 장점을 기대할 수 있다.

먼저, 상기 연속운전모드에 대하여 상세하게 설명한다.

상기 냉동장치는 고내 설정온도를 기준으로 상한 기준치와 하한 기준치에 의해 구분되는 온도영역에 대응하여 냉동 사이클이 다르게 구동된다.

구체적으로, 온도영역을 다음과 같이 세가지로 구분한다. 첫째, 상기 고내 온도가 상기 상한 기준치와 하한 기준치 내에 있는 만족온도영역에 있는 경우, 둘째 상기 고내 온도가 상한 기준치를 초과하는 불만온도영역에 있는 경우, 및 셋째 상기 고내 온도가 상기 하한 기준치 미만인 과냉온도영역으로 구분할 수 있다.

냉동장치의 제어부는, 상기 고내 온도가 상기 불만온도영역에 도달하면 냉동장치가 동작하여 냉력을 공급하도록 제어하고, 상기 고내 온도가 상기 과냉온도영역에 도달하면, 상기 냉각기가 냉력을 공급하는 것을 중단하도록 제어한다. 이와 같은 운전모드를 단속운전모드라고 할 수 있다.

상기 상한 기준치와 상기 하한 기준치를 좁게 설정하여, 상기 고내의 온도변화량이 작아지게 하면, 물품의 신선도가 향상되고 물품의 보관 기간을 향상시킬 수 있다. 이를 정온기능이 향상되었다고 할 수 있고, 냉동장치가 더 바람직하게 동작하는 것이라고 할 수 있다.

상기 단속운전모드에서는, 정온기능을 향상시키기 위하여, 상기 냉동사이클이 구동하고 정지하는 횟수가 증가한다. 이로 인하여, 냉동사이클 부품의 잦은 온/오프에 의한 부품의 신뢰성 저하, 오프 이후 온으로 전환될 때마다 전력 소비가 증가되는 문제, 및 오프 이후 온으로 전환될 때 초기에 과도한 냉력이 공급되어 정온기능이 악화되는 단점이 발생한다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 상기 냉각사이클이 구동하고 정지하는 횟수를 줄이기 위하여 연속운전모드를 적용할 수 있다.

상기 단속운전모드에서는, 고내 온도가 상기 상한 기준치와 상기 하한 기준치에 도달하면, 상기 냉동자치의 제어부가 상기 냉동장치가 냉력 공급을 시작하거나 중단하도록 절환 제어한다. 상기 고내 온도가 상기 만족온도영역에 있는 경우에는, 상기 제어부가 상기 냉동장치의 냉력공급을 중단하도록 제어한다.

이에 반해, 상기 연속운전모드에서는 상기 고내가 만족온도영역에 있는 경우에도 상기 냉각기의 냉력공급을 중단하지 않는다.

상기 제어부는, 온도센서에서 측정되는 현재 온도와 목표 온도에 근거하겨 냉동장치를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부는 상기 고내의 목표 온도와 온도센서에서 감지되는 고내의 현재 온도의 차이값에 기초하여 상기 냉각기의 냉력을 조절할 수 있다. 다른 예로, 상기 제어부는, 일정 시간 간격으로 상기 온도센서에서 감지되는 고내 온도의 증감에 기초하여 상기 냉각기의 냉력을 조절할 수 있다.

상기 제어부는, 이전에 결정된 냉동장치치의 냉력에 기초하여 상기 냉각기의 냉력을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부는 현재 시점에 출력할 냉력을 상기 냉동장치의 출력을, 이전에 결정된 상기 냉각장치의 제 1 출력과 제 2 출력의 합에 비례하는 변동하는 값으로 결정할 수 있다.

이와 같이 상기 냉동장치가 연속운전모드로 동작됨으로써, 상기 고내 내부의 온도는 상기 불만온도영역으로 이탈하지 않고, 상기 목표온도 인근에서 유지될 수 있다.

상기 연속운전모드에서는, 물품이 냉동 또는 냉장되는 상태에서 수행되고, 특수한 상황에 따라서 운전되는 특수운전에서는 상기 단속운전모드로 동작될 수 있다. 예를 들어, 냉동장치에서 특수운전의 시작조건이 만족되면, 냉동장치의 제어부는 상기 단속운전 모드로 전환되어 냉장고를 구동하고, 상기 특수운전의 종료조건이 만족되면, 제어부는 상기 연속운전모드로 전환되어 냉장고를 구동하도록 제어할 수 있다.

상기 특수운전은 제상운전, 도어부하대응운전, 전원초기 인가 시 운전 등을 포함할 수 있다.

상기 제상운전을 예로 들어 설명한다.

냉동장치 고내의 제상주기가 경과한 경우, 및 고내의 증발기 온도가 미리 정해진 특정값에 도달하는 경우 중 적어도 하나가 충족되면, 상기 제어부는 상기 연속운전모드를 종료하고 상기 단속운전모드로 전환할 수 있다.

상기 제상운전에서 냉동장치의 동작을 더 상세하게 설명한다.

먼저, 상기 제상단계를 수행하는 중에 상승하게 될 고내 내부 온도를 미리 냉각하기 위하여, 상기 제어부는 상기 냉각기가 직전의 연속운전모드에서의 냉력보다 더 큰 냉력을 공급하도록 제어하는 딥쿨링단계를 수행할 수 있다. 상기 딥쿨링단계 이후에 일정시간이 경과하거나 설정된 온도에 도달하면, 상기 제어부가 상기 딥쿨링단계를 종료할 수 있다.

상기 딥쿨링단계가 종료되면, 상기 제어부는 상기 냉동장치의 냉력 공급을 중단하고, 상기 증발기에 착상된 얼음을 녹이기 위해 제상히터를 온하여 상기 냉동장치에 열을 공급하는 제상단계를 수행할 수 있다.

상기 제상단계가 종료되면, 제상단계를 수행하는 중에 상승한 고내의 온도를 빠르게 하강시켜야 한다. 이를 위하여 상기 제어부는 상기 증발기가 직전의 연속운전모드에서 받은 냉력보다 더 큰 냉력을 공급받도록 한다. 이를 제상후 운전이라고 할 수 있다.

상기 제상후 운전이 종료된 시점이 상기 제상운전의 종료조건이다. 상기 제상운전이 종료된 시점 혹은 종료된 이후에는, 상기 제어부는 상기 냉장고의 단속운전모드를 종료하고 상기 연속운전모드로 전환되도록 제어할 수 있다.

상기 도어부하대응을 예로 들어 설명한다.

냉장고의 도어가 열리고 닫힌 후 일정시간이 경과한 경우와, 상기 고내의 도어가 열리고 닫힌 후상기 고내의 온도가 미리 정해진 특정값에 도달한 경우 중에서 적어도 하나가 충족되면, 도어부하대응운전의 시작조건이 만족된다. 이때, 상기 제어부는 상기 냉장고의 연속운전모드를 종료하고 단속운전모드로 전환되도록 제어한다.

상기 도어부하대응운전에서 상기 냉동장치의 동작을 상세하게 설명한다.

먼저, 상기 도어 개방에 의해 고내 내부로 유입된 열부하를 제거하기 위하여, 상기 제어부는 냉동장치가 직전의 연속운전모드에서의 냉력보다 더 큰 냉력을 공급하도록 제어하는 도어부하대응운전을 수행하도록 제어할 수 있다.

상기 도어부하대응운전을 수행한 후 일정시간이 경과하거나, 상기 고내의 온도가 설정된 온도에 도달하면, 상기 제어부는 상기 도어부하대응운전을 종료한다.

상기 도어부하대응운전이 운전이 종료된 시점 또는 종료된 이후에, 상기 제어부는 상기 냉동장치의 단속운전모드를 종료하고, 상기 연속운전모드로 전환되도록 제어할 수 있다.

상기 전원초기 인가 시의 운전을 예로 들어 설명한다.

냉동장치의 전원이 차단된 이후 냉장고에 전원이 다시 인가되면, 전원초기 인가운전의 운전시작조건이 만족된다. 이때에는, 상기 제어부는 상기 연속운전모드에 우선하여 상기 단속운전모드로 냉장고가 제어되게 할 수 있다.

구체적으로, 상기 전원이 차단된 동안에 상승한 고내의 온도를 신속하게 하강시키기 위하여, 상기 제어부는 증발기가 직전의 연속운전모드에서의 냉력보다 더 큰 냉력을 공급하도록 제어하는 전원초기인가운전을 수행한다.

상기 전원초기인가운전을 수행한 이후 일정시간이 경과하거나, 상기 고내의 온도가 설정된 온도에 도달하면, 상기 제어부는 상기 전원초기 인가 시 운전을 종료한다.

상기 전원초기 인가 시 운전이 종료된 시점 혹은 종료된 이후에, 상기 제어부는 상기 단속운전모드를 종료하고 연속운전모드로 전환되도록 제어할 수 있다.

상기 연속운전모드로 동작할 때, 상기 냉동장치의 제어부는 증발기가 상기 단속운전모드에서 공급받는 냉력보다 낮은 냉력을 공급받도록 제어할 수 있다. 특히 단속운전모드보다 더 긴 시간동안 수행되는 연속운전모드에서, 지속적으로 낮은 냉력이 가변 제어되면서 공급해야하는 특징이 있다.

이와 같이 낮은 냉력을 가변제어하는 냉동시스템에서는 냉매의 증발온도가 낮은 것이 유리할 수 있다.

상기 냉동시스템과 냉매 증발온도와의 관계를 설명한다.

상기 냉동장치의 제어부가 증발기의 냉력이 낮아지도록 제어한다는 것은, 압축기의 출력을 감소하여 냉매관 내부를 순환하는 냉매의 유속 혹은 유량을 줄이는 것을 의미한다.

상기 연속운전모드를 수행하기 위하여 상기 냉매가 지속적으로 저냉력으로 순환하는 상황에서는, 냉매의 증발온도가 상대적으로 높은 냉동시스템에서 냉매의 순환속도는 상기 냉매의 증발온도 상대적으로 낮은 냉동시스템에서 냉매의 유속 혹은 유량이 커야 한다. 같은 양의 냉매가 더 낮은 온도에서 증발하는 경우에, 더 많은 냉력을 낼 수 있기 때문이다.

결국, 상기 증발온도가 높은 냉동시스템에서 압축기 출력은, 상기 증발온도가 낮은 냉동시스템에서의 압축기 출력보다 커야 하고, 마찬가지로, 압축기 구동을 위한 소비전력이 증가되는 단점이 있다. 뿐만 아니라, 상기 연속운전모드가 수행되는 구간이 길수록 압축기 등 부품의 내마모성 문제도 발생할 수 있다.

상기되는 장점으로 인하여, 상기 연속운전모드를 적용되는 냉동장치는, 증발온도가 상대적으로 높은 이소부탄보다, 증발온도가 상대적으로 낮은 프로판 등의 냉매를 혼합한 상기 비공비혼합냉매를 사용하는 것이 유리하다.

상기 연속운전모드를 적용한 냉동장치에서는, 오일에 의해 압축기의 피스톤이 실린더 내에서 부상하도록 구성된 압축기를 사용하면 신뢰성 문제가 발생할 수 있다.

상기 리니어 압축에에서 본 바와 같이, 오일로 윤활되는 리니어 압축기는 피스톤의 왕복 운동 시 발생하는 냉매의 압력차(ΔP)에 의해 압축기 내부의 오일이 순환된다. 그러므로, 저냉력 구동 시에는 리니어 압축기의 주파수 및 스트로크 중의 적어도 하나가 낮아지므로, 오일의 순환 속도 및 오일의 순환량이 떨어지고, 이에 따라서 오일의 공급 유로가 막힐 수 있다.

상기 연속운전모드에서는 고냉력이 공급되는 구간보다 저냉력이 공급되는 구간이 훨씬 더 많으므로, 상기 오일의 순환에 문제가 발생할 수 있다. 이 문제를 해결하기 위하여, 이소부탄으로 예시되는 단일 냉매에 비해 상기 압력차(ΔP)가 큰 비공비혼합냉매를 사용하면, 오일의 순환 속도의 저하를 감소시키고 오일 공급 유로가 막히는 것을 저감할 수 있게 된다.

상기 비공비혼합냉매가 리니어 압축기의 윤활을 위한 오일의 순환작용에 더욱 바람직하게 적용되는 것을 설명하였다.

이에 그치지 않고, 상기 비공비혼합냉매는 윤활을 위하여 오일이 사용되지 않는 리니어 압축기의 경우에도 바람직하게 적용될 수 있다. 이 경우에 상기 리니어 압축기는 공기에 의해서 윤활작용이 수행될 수 있다. 더 정확하게는 공기에 의해서 피스톤과 실린더과의 접촉을 방지할 수 있다. 이러한 압축기를 오일리스 리니어 압축기라고 할 수도 있다.

상기 오일리스 리니어 압축기는 실린더와 피스톤과의 마모 및 파손을 방지하기 위하여 필요한 오일을 대신하여 실린더와 피스톤과의 사이에 공기층을 형성할 수 있다.

상기 오일리스 압축기는 피스톤의 왕복 운동 시 발생하는 냉매의 압력차(ΔP)에 의해 피스톤을 실린더에서 부상시킬 수 있다. 따라서 상기 압력차(ΔP)가 큰 비공비혼합냉매를 적용하는 것이 유리하다.

도 7은 다른 실시예에 따른 오일리스 리니어 압축기의 구성을 보여주는 단면도이다.

도 7을 참조하면, 실시예에 따른 리니어 압축기(100)에는, 대략 원통 형상의 쉘(101)과, 상기 쉘(101)의 일측에 결합되는 제 1 커버(102) 및 타측에 결합되는 제 2 커버(103)가 포함된다. 일례로, 상기 리니어 압축기(100)는 가로 방향으로 누워져 있으며, 상기 제 1 커버(102)는 상기 쉘(101)의 우측에, 상기 제 2 커버(103)는 상기 쉘(101)의 좌측에 결합될 수 있다.

여기서, 상기 리니어 압축기(100)는 오일이 사용되지 않는 리니어 압축기를 예시한다.

넓은 의미에서, 상기 제 1 커버(102)와 제 2 커버(103)는 상기 쉘(101)의 일 구성으로서 이해될 수 있다.

상기 리니어 압축기(100)에는, 상기 쉘(101)의 내부에 제공되는 실린더(120)와, 상기 실린더(120)의 내부에서 왕복 직선운동하는 피스톤(130) 및 상기 피스톤(130)에 구동력을 부여하는 리니어 모터로서 모터 어셈블리(140)가 포함된다.

상기 모터 어셈블리(140)가 구동하면, 상기 피스톤(130)은 고속으로 왕복 운동할 수 있다. 본 실시예에 따른 리니어 압축기(100)의 운전 주파수는 대략 100Hz를 형성한다.

상세히, 상기 리니어 압축기(100)에는, 냉매가 유입되는 흡입부(104) 및 상기 실린더(120)의 내부에서 압축된 냉매가 배출되는 토출부(105)가 포함된다. 상기 흡입부(104)는 상기 제 1 커버(102)에 결합되고, 상기 토출부(105)는 상기 제 2 커버(103)에 결합될 수 있다.

상기 흡입부(104)를 통하여 흡입된 냉매는 흡입 머플러(150)를 거쳐 상기 피스톤(130)의 내부로 유동한다. 냉매가 상기 흡입 머플러(150)를 통과하는 과정에서, 소음이 저감될 수 있다. 상기 흡입 머플러(150)는, 제 1 머플러(151)와 제 2 머플러(153)가 결합되어 구성된다. 상기 흡입 머플러(150)의 적어도 일부분은 상기 피스톤(130)의 내부에 위치된다.

상기 피스톤(130)에는, 대략 원통형상의 피스톤 본체(131) 및 상기 피스톤 본체(131)로부터 반경 방향으로 연장되는 피스톤 플랜지부(132)가 포함된다. 상기 피스톤 본체(131)는 상기 실린더(120)의 내부에서 왕복 운동하며, 상기 피스톤 플랜지부(132)는 상기 실린더(120)의 외측에서 왕복 운동할 수 있다.

상기 피스톤(130)은 비자성체인 알루미늄 소재(알루미늄 또는 알루미늄 합금)로 구성될 수 있다. 상기 피스톤(130)이 알루미늄 소재로 구성됨으로써, 상기 모터 어셈블리(140)에서 발생된 자속이 상기 피스톤(130)에 전달되어 상기 피스톤(130)의 외부로 누설되는 현상을 방지할 수 있다. 그리고, 상기 피스톤(130)은 단조 방법에 의하여 형성될 수 있다.

한편, 상기 실린더(120)는 비자성체인 알루미늄 소재(알루미늄 또는 알루미늄 합금)로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 실린더(120)와 피스톤(130)의 소재 구성비, 즉 종류 및 성분비는 동일할 수 있다.

상기 실린더(120)가 알루미늄 소재로 구성됨으로써, 상기 모터 어셈블리(200)에서 발생된 자속이 상기 실린더(120)에 전달되어 상기 실린더(120)의 외부로 누설되는 현상을 방지할 수 있다. 그리고, 상기 실린더(120)는 압출봉 가공방법에 의하여 형성될 수 있다.

그리고, 상기 피스톤(130)과 실린더(120)가 동일한 소재(알루미늄)로 구성됨으로써 열팽창 계수가 서로 같게 된다. 리니어 압축기(100)의 운전간, 상기 쉘(100) 내부는 고온(약 100℃)의 환경이 조성되는데, 상기 피스톤(130)과 실린더(120)의 열팽창 계수가 동일하므로, 상기 피스톤(130)과 실린더(120)는 동일한 양만큼 열변형 될 수 있다.

결국, 피스톤(130)과 실린더(120)가 서로 다른 크기 또는 방향으로 열변형 됨으로써, 피스톤과(130)의 운동간에 상기 실린더(120)와 간섭이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

상기 실린더(120)는, 상기 흡입 머플러(150)의 적어도 일부분과, 상기 피스톤(130)의 적어도 일부분을 수용하도록 구성된다.

상기 실린더(120)의 내부에는, 상기 피스톤(130)에 의하여 냉매가 압축되는 압축 공간(P)이 형성된다. 그리고, 상기 피스톤(130)의 전방부에는, 상기 압축 공간(P)으로 냉매를 유입시키는 흡입공(133)이 형성되며, 상기 흡입공(133)의 전방에는 상기 흡입공(133)을 선택적으로 개방하는 흡입 밸브(135)가 제공된다. 상기 흡입 밸브(135)의 대략 중심부에는, 소정의 체결부재가 결합되는 체결공이 형성된다.

상기 압축 공간(P)의 전방에는, 상기 압축 공간(P)에서 배출된 냉매의 토출공간 또는 토출 유로를 형성하는 토출 커버(160) 및 상기 토출 커버(160)에 결합되며 상기 압축 공간(P)에서 압축된 냉매를 선택적으로 배출시키기 위한 토출밸브 어셈블리(161,162,163)가 제공된다.

상기 토출밸브 어셈블리(161,162,163)에는, 상기 압축 공간(P)의 압력이 토출압력 이상이 되면 개방되어 냉매를 상기 토출 커버(160)의 토출 공간으로 유입시키는 토출 밸브(161)와, 상기 토출 밸브(161)와 토출 커버(160)의 사이에 제공되어 축 방향으로 탄성력을 부여하는 밸브 스프링(162) 및 상기 밸브 스프링(162)의 변형량을 제한하는 스토퍼(163)가 포함된다. 여기서, 상기 압축 공간(P)은 상기 흡입 밸브(135)와 상기 토출 밸브(161)의 사이에 형성되는 공간으로서 이해된다.

그리고, 상기 "축 방향"이라 함은, 상기 피스톤(130)이 왕복운동 하는 방향, 즉 도 7에서 가로 방향으로 이해될 수 있다. 그리고, 상기 "축 방향" 중에서, 상기 흡입부(104)로부터 상기 토출부(105)를 향하는 방향, 즉 냉매가 유동하는 방향을 "전방"이라 하고, 그 반대방향을 "후방"이라 정의한다.

반면에, "반경 방향"이라 함은 상기 피스톤(130)이 왕복운동 하는 방향에 수직한 방향으로서, 도 3의 세로 방향으로 이해될 수 있다.

상기 스토퍼(163)는 상기 토출 커버(160)에 안착되고, 상기 밸브 스프링(162)은 상기 스토퍼(163)의 후방에 안착될 수 있다. 그리고, 상기 토출 밸브(161)는 상기 밸브 스프링(162)에 결합되며, 상기 토출 밸브(161)의 후방부 또는 후면은 상기 실린더(120)의 전면에 지지되도록 위치된다.

상기 밸브 스프링(162)에는, 일례로 판 스프링(plate spring)이 포함될 수 있다.

상기 흡입 밸브(135)는 상기 압축 공간(P)의 일측에 형성되고, 상기 토출 밸브(161)는 상기 압축 공간(P)의 타측, 즉 상기 흡입 밸브(135)의 반대측에 제공될 수 있다.

상기 피스톤(130)이 상기 실린더(120)의 내부에서 왕복 직선운동 하는 과정에서, 상기 압축공간(P)의 압력이 상기 토출압력보다 낮고 흡입압력 이하가 되면 상기 흡입 밸브(135)가 개방되어 냉매는 상기 압축 공간(P)으로 흡입된다. 반면에, 상기 압축공간(P)의 압력이 상기 흡입압력 이상이 되면 상기 흡입 밸브(135)가 닫힌 상태에서 상기 압축공간(P)의 냉매가 압축된다.

한편, 상기 압축공간(P)의 압력이 상기 토출압력 이상이 되면, 상기 밸브 스프링(162)이 변형하여 상기 토출 밸브(161)를 개방시키고, 냉매는 상기 압축공간(P)으로부터 토출되어, 토출 커버(160)의 토출공간으로 배출된다.

그리고, 상기 토출 커버(160)의 토출 공간을 유동하는 냉매는 루프 파이프(165)로 유입된다. 상기 루프 파이프(165)는 상기 토출 커버(160)에 결합되어 상기 토출부(105)로 연장되며, 상기 토출 공간의 압축 냉매를 상기 토출부(105)로 가이드 한다. 일례로, 상기 루프 파이프(178)는 소정 방향으로 감겨진 형상을 가지고 라운드지게 연장되며, 상기 토출부(105)에 결합된다.

상기 리니어 압축기(100)에는, 프레임(110)이 더 포함된다. 상기 프레임(110)은 상기 실린더(120)를 고정시키는 구성으로서, 별도의 체결부재에 의하여 상기 실린더(200)에 체결될 수 있다. 상기 프레임(110)은 상기 실린더(120)를 둘러싸도록 배치된다. 즉, 상기 실린더(120)는 상기 프레임(110)의 내측에 수용되도록 위치될 수 있다. 그리고, 상기 토출 커버(172)는 상기 프레임(110)의 전면에 결합될 수 있다.

한편, 개방된 토출 밸브(161)를 통하여 배출된 고압의 가스 냉매 중 적어도 일부의 가스 냉매는 상기 실린더(120)와 프레임(110)이 결합된 부분의 공간을 통하여 상기 실린더(120)의 외주면 측으로 유동될 수 있다.

그리고, 냉매는 상기 실린더(120)에 형성된 가스 유입부(122, 도 16 참조) 및 노즐부(123, 도 16 참조)를 통하여 상기 실린더(120)의 내부로 유입된다. 유입된 냉매는 상기 피스톤(130)과 실린더(120) 사이의 공간으로 유동되어 상기 피스톤(130)의 외주면이 상기 실린더(120)의 내주면으로부터 이격되도록 한다. 따라서, 상기 유입된 냉매는 상기 피스톤(130)의 왕복 운동간 실린더(120)와의 마찰을 감소시키는 "가스 베어링"으로서 기능할 수 있다.

상기 모터 어셈블리(140)에는, 상기 프레임(110)에 고정되어 상기 실린더(120)를 둘러싸도록 배치되는 아우터 스테이터(141,143,145)와, 상기 아우터 스테이터(141,143,145)의 내측으로 이격되어 배치되는 이너 스테이터(148) 및 상기 아우터 스테이터(141,143,145)와 이너 스테이터(148)의 사이 공간에 위치하는 영구자석(146)이 포함된다.

상기 영구자석(146)은, 상기 아우터 스테이터(141,143,145) 및 이너 스테이터(148)와의 상호 전자기력에 의하여 직선 왕복 운동할 수 있다. 그리고, 상기 영구자석(146)은 1개의 극을 가지는 단일 자석으로 구성되거나, 3개의 극을 가지는 다수의 자석이 결합되어 구성될 수 있다.

상기 영구자석(146)은 연결부재(138)에 의하여 상기 피스톤(130)에 결합될 수 있다. 상세히, 상기 연결부재(138)는 상기 피스톤 플랜지부(132)에 결합되어 상기 영구자석(146)을 향하여 절곡하여 연장될 수 있다. 상기 영구자석(146)이 왕복 운동함에 따라, 상기 피스톤(130)은 상기 영구자석(146)과 함께 축 방향으로 왕복 운동할 수 있다.

그리고, 상기 모터 어셈블리(140)에는, 상기 영구자석(146)을 상기 연결부재(138)에 고정하기 위한 고정부재(147)가 더 포함된다. 상기 고정부재(147)에는, 유리 섬유 또는 탄소 섬유와 수지(resin)가 혼합되어 구성될 수 있다. 상기 고정부재(147)는 상기 영구자석(146)의 내측 및 외측을 감싸도록 제공되어, 상기 영구자석(146)과 상기 연결부재(138)의 결합상태를 견고하게 유지시킬 수 있다.

상기 아우터 스테이터(141,143,145)에는, 코일 권선체(143,145) 및 스테이터 코어(141)가 포함된다.

상기 코일 권선체(143,145)에는, 보빈(143) 및 상기 보빈(143)의 원주 방향으로 권선된 코일(145)이 포함된다. 상기 코일(145)의 단면은 다각형 형상을 가질 수 있으며, 일례로 육각형의 형상을 가질 수 있다.

상기 스테이터 코어(141)는 복수 개의 라미네이션(lamination)이 원주 방향으로 적층되어 구성되며, 상기 코일 권선체(143,145)를 둘러싸도록 배치될 수 있다.

상기 아우터 스테이터(141,143,145)의 일측에는 스테이터 커버(149)가 제공된다. 상기 아우터 스테이터(141,143,145)의 일측부는 상기 프레임(110)에 의하여 지지되며, 타측부는 상기 스테이터 커버(149)에 의하여 지지될 수 있다.

상기 이너 스테이터(148)는 상기 프레임(110)의 외주에 고정된다. 그리고, 상기 이너 스테이터(148)는 복수 개의 라미네이션이 상기 실린더(120)의 외측에서 원주 방향으로 적층되어 구성된다.

상기 리니어 압축기(100)에는, 상기 피스톤(130)을 지지하는 서포터(137) 및 상기 서포터(137)에 스프링 결합되는 백 커버(170)가 더 포함된다.

상기 서포터(137)는 소정의 체결부재에 의하여, 상기 피스톤 플랜지부(132) 및 상기 연결부재(138)에 결합된다.

상기 백 커버(170)의 전방에는, 흡입 가이드부(155)가 결합된다. 상기 흡입 가이드부(155)는 상기 흡입부(104)를 통하여 흡입된 냉매를 상기 흡입 머플러(150)에 유입되도록 안내한다.

상기 리니어 압축기(100)에는, 상기 피스톤(130)이 공진 운동할 수 있도록 각 고유 진동수가 조절된 복수의 스프링(176)이 포함된다.

상기 복수의 스프링(176)에는, 상기 서포터(137)와 스테이터 커버(149)의 사이에 지지되는 제 1 스프링 및 상기 서포터(137)와 백 커버(170)의 사이에 지지되는 제 2 스프링이 포함된다.

상기 리니어 압축기(100)에는, 상기 쉘(101)의 양측에 제공되어 상기 압축기(100)의 내부 부품이 상기 쉘(101)에 지지되도록 하는 판 스프링(172,174)이 더 포함된다.

상기 판 스프링(172,174)에는, 상기 제 1 커버(102)에 결합되는 제 1 판 스프링(172) 및 상기 제 2 커버(103)에 결합되는 제 2 판 스프링(174)이 포함된다. 일례로, 상기 제 1 판 스프링(172)은 상기 쉘(101)과 제 1 커버(102)가 결합되는 부분에 끼워질 수 있으며, 상기 제 2 판 스프링(174)은 상기 쉘(101)과 제 2 커버(103)가 결합되는 부분에 끼워지도록 배치될 수 있다.

도 8은 실시예에 따른 흡입 머플러의 구성을 보여주는 단면도이고, 도 9는 실시예에 따른 흡입 머플러에 제 1 필터가 결합되는 모습을 보여주는 도면이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 흡입 머플러(150)에는, 제 1 머플러(151)와, 상기 제 1 머플러(151)에 결합되는 제 2 머플러(153) 및 상기 제 1 머플러(151)와 제 2 머플러(153)에 의하여 지지되는 제 1 필터(310)가 포함된다.

상기 제 1 머플러(151) 및 제 2 머플러(153)는, 그 내부에 냉매가 유동하는 유동 공간부가 형성된다. 상세히, 상기 제 1 머플러(151)는 상기 흡입부(104)의 내측에서 상기 토출부(105) 방향으로 연장되며, 상기 제 1 머플러(151)의 적어도 일부분은 상기 흡입 가이드부(155)의 내부로 연장된다. 그리고, 상기 제 2 머플러(153)는 상기 제 1 머플러(151)로부터 상기 피스톤 본체(131)의 내부로 연장된다.

상기 제 1 필터(310)는, 상기 유동 공간부에 설치되어 이물을 필터링 하는 구성으로서 이해된다. 상기 제 1 필터(310)는 자성을 가지는 물질로 구성되어, 냉매 중에 포함된 이물, 특히 금속 오물의 필터링이 용이해질 수 있다.

일례로, 상기 제 1 필터(310)는 스테인리스 스틸(stainless steel) 재질로 구성되어, 소정의 자성을 가질 수 있고 녹스는 현상이 발생될 수 있다.

다른 예로서, 상기 제 1 필터(310)에는 자성을 가지는 물질이 코팅되거나, 상기 제 1 필터(310)의 표면에 자석이 부착되도록 구성될 수 있다.

상기 제 1 필터(310)는 다수의 필터공을 가지는 메쉬(mesh) 타입으로 구성될 수 있으며, 대략 원판형의 형상을 가질 수 있다. 그리고, 상기 필터공은 소정 크기 이하의 직경 또는 폭을 가질 수 있다. 일례로, 상기 소정 크기는 약 25μm일 수 있다.

상기 제 1 머플러(151)와 제 2 머플러(153)는 압입 방식으로 조립될 수 있다. 그리고, 상기 제 1 필터(310)는 상기 제 1 머플러(151)와 제 2 머플러(153)의 압입되는 부분에 끼워져서 조립될 수 있다.

상세히, 상기 제 1 머플러(151)에는, 상기 제 2 머플러(153)의 적어도 일부분이 결합되는 홈부(151a)가 형성된다. 그리고, 상기 제 2 머플러(153)에는, 상기 제 1 머플러(151)의 홈부(151a)에 삽입되는 돌기부(153a)가 포함된다.

상기 제 1 필터(310)의 양측부가, 상기 홈부(151a)와 돌기부(153a)의 사이에 개재된 상태에서, 상기 제 1 필터(310)는 상기 제 1,2 머플러(151,153)에 지지될 수 있다.

상기 제 1 필터(310)가 상기 제 1,2 머플러(151,153)의 사이에 위치된 상태에서, 상기 제 1 머플러(151)와 제 2 머플러(153)가 서로 가까워지는 방향으로 이동하여 압입되면, 상기 제 1 필터(310)의 양측부는 상기 홈부(151a)와 돌기부(153a)의 사이에 끼워져서 고정될 수 있다.

이와 같이, 상기 흡입 머플러(150)에 제 1 필터(310)가 제공됨으로써, 상기 흡입부(104)를 통하여 흡입된 냉매 중 소정 크기 이상의 이물은 상기 제 1 필터(310)에 의하여 필터링 될 수 있다. 따라서, 피스톤(130)과 실린더(120) 사이의 가스 베어링으로 작용하는 냉매에 이물이 포함되어, 상기 실린더(120)에 유입되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 제 1 필터(310)가 상기 제 1,2 머플러(151,153)의 압입되는 부분에 견고하게 고정되므로 상기 흡입 머플러(150)로부터 분리되는 현상을 방지할 수있다.

본 실시예에서는, 상기 제 1 머플러(151)에 홈부(151a)가 형성되고 상기 제 2 머플러(153)에 돌기부(153a)가 형성되는 것으로 설명되었으나, 이와는 달리 상기 제 1 머플러(151)에 돌기부가 형성되고 상기 제 2 머플러(153)에 홈부가 형성되도록 구성될 수도 있을 것이다.

도 10은 실시예에 따른 압축실 주변의 구성을 보여주는 도면이고, 도 11은 실시예에 따른 실린더와 프레임의 결합모습을 보여주는 분해 사시도이고, 도 12는 실시예에 따른 실린더와 프레임의 구성을 보여주는 분해 사시도이고, 도 13은 실시예에 따른 프레임의 분해 사시도이고, 도 14는 실시예에 따른 실린더와 피스톤의 결합모습을 보여주는 단면도이다.

도 10 내지 도 14를 참조하면, 리니어 압축기(100)에는, 상기 압축실(P)에서 압축되어 토출된 냉매 중 적어도 일부의 냉매는 프레임(110)과 실린더(120) 사이의 공간으로 유동된다. 상기 프레임(110)과 실린더(120) 사이의 공간은, 상기 프레임(110)과 실린더(120)의 조립 공차에 의하여 형성되는, 상기 프레임(110)의 내측면과 실린더(120)의 외측면 사이의 갭(gap)으로서 이해된다.

상기 프레임(110)과 실린더(120) 사이의 공간에는, 유로(410,420,430)가 포함된다. 상기 유로(410,420,430)에는, 냉매가 유동하는 방향으로 차례로 형성되는 제 1 유로(410), 제 2 유로(420) 및 제 3 유로(430)가 포함된다.

상세히, 상기 실린더(120)에는, 대략 원통 형상의 실린더 본체(121) 및 상기 실린더 본체(121)로부터 반경 방향으로 연장되는 실린더 플랜지부(125)가 포함된다.

상기 실린더 본체(121)에는, 토출된 가스 냉매가 유입되는 가스 유입부(122)가 포함된다. 상기 가스 유입부(122)는 상기 실린더 본체(121)의 외주면을 따라 원형의 형상으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 가스 유입부(122)는 복수 개가 구비될 수 있다. 복수의 가스 유입부(122)에는, 상기 실린더 본체(121)의 축 방향 중심부로부터 일측에 위치하는 가스 유입부(122a,122b, 도 15 참조) 및 상기 축 방향 중심부로부터 타측에 위치하는 가스 유입부(122c, 도 15 참조)가 포함된다.

상기 실린더 플랜지부(125)에는, 상기 프레임(110)과 결합되는 체결부(126)가 구비된다. 상기 체결부(126)는 상기 실린더 플랜지부(125)의 외주면으로부터 외부 방향으로 돌출되도록 구성될 수 있다. 상기 체결부(126)는, 소정의 체결부재, 일례로 볼트에 의하여 상기 프레임(110)의 실린더 체결공(118)에 결합될 수 있다.

상기 실린더 플랜지부(125)에는, 상기 프레임(110)에 안착되는 안착면(127)이 포함된다. 상기 안착면(127)은 상기 실린더 본체(121)로부터 반경 방향으로 연장되는 실린더 플랜지부(125)의 후면부일 수 있다.

상기 프레임(110)에는, 상기 실린더 본체(121)를 둘러싸는 프레임 본체(111)와, 상기 프레임 본체(111)의 반경 방향으로 연장되어 상기 토출 커버(160)에 결합되는 커버 결합부(115)가 포함된다.

상기 커버 결합부(115)에는, 상기 토출 커버(160)에 결합되는 체결부재가 삽입되는 다수의 커버 체결공(116) 및 상기 실린더 플랜지부(125)에 결합되는 체결부재가 삽입되는 다수의 실린더 체결공(118)이 형성된다. 상기 실린더 체결공(118)은 상기 커버 결합부(115)로부터 다소 함몰된 위치에 형성된다.

상기 프레임(110)에는, 상기 프레임 본체(111)에 연통되는 함몰부(117)가 구비된다. 상기 함몰부(117)는 상기 커버 결합부(115)로부터 후방으로 함몰되어 형성되며, 상기 함몰부(117)에는 상기 실린더 플랜지부(125)가 삽입될 수 있다. 즉, 상기 함몰부(117)는 상기 실린더 플랜지부(125)의 외주면을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 상기 함몰부(117)의 함몰된 깊이는, 상기 실린더 플랜지부(125)의 전후방 폭에 대응될 수 있다.

상기 함몰부(117)의 내주면과, 상기 실린더 플랜지부(125)의 외주면 사이에는, 소정의 냉매 유동공간, 즉 상기 제 1 유로(410)가 형성될 수 있다. 상기 실린더(120)가 상기 프레임(110)에 조립된 상태에서, 상기 실린더 플랜지부(125)의 외주면과, 상기 함몰부(117)의 내주면 사이에는 소정의 조립 공차가 형성되며, 상기 조립 공차에 대응하는 공간이 상기 제 1 유로(410)를 형성한다.

상기 토출 밸브(161)에서 토출된 고압의 가스 냉매는 상기 제 1 유로(410)를 경유하여, 제 2 필터(320)가 구비되는 제 2 유로(420)로 유동한다. 상기 제 2 필터(320)는, 상기 프레임(110)과 실린더(120)의 사이에 구비되어 토출 밸브(161)를 통하여 배출된 고압의 가스 냉매를 필터링 하기 위한 필터부재인 것으로 이해될 수 있다.

상세히, 상기 함몰부(117)의 후단부에는, 단차지게 구비되는 안착부(113)가 형성된다. 상기 안착부(113)는 상기 함몰부(117)로부터 반경 방향 내측으로 연장되며, 상기 실린더 플랜지부(125)의 안착면(127)에 대향하도록 위치된다.

상기 안착부(113)에는, 링 형상의 제 2 필터(320)가 안착될 수 있다.

상기 안착부(113)에 상기 제 2 필터(320)가 안착된 상태에서, 상기 실린더(120)가 상기 프레임(110)에 결합되면, 상기 실린더 플랜지부(125)는 상기 제 2 필터(320)의 전방에서 상기 제 2 필터(320)를 누르게 된다. 즉, 상기 제 2 필터(320)는 상기 프레임(110)의 안착부(113)와 상기 실린더 플랜지부(125)의 안착면(127)의 사이에 개재되어 고정될 수 있다.

상기 제 2 유로(420)는, 상기 제 1 유로(410)를 경유한 냉매가 유동하는 유로로서, 상기 안착부(113)와 상기 실린더 플랜지부(125)의 안착면(127) 사이에는 소정의 조립 공차가 형성되며, 상기 조립 공차에 대응하는 공간이 상기 제 2 유로(420)를 형성한다.

상기 제 2 필터(320)는 상기 제 2 유로(420)에 설치되어, 상기 제 2 유로(420)를 유동하는 고압의 가스 냉매 중 이물이 상기 실린더(120)의 가스 유입부(122)로 유입되는 것을 차단하며, 냉매 중에 포함된 유분을 흡착하도록 구성될 수 있다.

일례로, 상기 제 2 필터(320)에는, PET(Polyethylene Terephthalate) 섬유로 이루어진 부직포 또는 흡착포가 포함될 수 있다. 상기 PET는 내열성 및 기계적 강도가 우수하다는 장점이 있다. 그리고, 냉매 중 2μm 이상의 이물을 차단할 수 있다.

다른 실시예를 제안한다.

상기 실시예에서는, 상기 제 2 필터(320)가 상기 제 2 유로(420)에 설치되는 것으로 설명되었으나, 이와는 달리, 상기 제 2 필터(320)는 상기 제 1 유로(410), 즉 상기 실린더 플랜지부(125)의 외주면과, 상기 프레임(110)의 함몰부(117) 내주면 사이의 공간에 설치될 수도 있을 것이다.

상기 유로(410,420,430)에는, 상기 제 2 유로(420)를 경유한 냉매가 유동하는 제 3 유로(430)가 포함된다.

상기 제 3 유로(430)는 상기 제 2 유로(420)로부터 상기 실린더 본체(121)의 외주면을 따라 후방으로 연장되며, 상기 프레임 본체(111)의 후방부와 상기 실린더 본체(121)의 제 1 본체단부(121a, 도 15 참조)의 사이 공간까지 연장될 수 있다.

상기 제 3 유로(430)를 유동하는 냉매는 상기 가스 유입부(122) 및 노즐부(123)를 경유하여, 상기 실린더(120)의 내주면측으로 유동할 수 있다.

도 15는 실시예에 따른 실린더의 구성을 보여주는 도면이고, 도 16은 도 14의 "A"를 확대한 단면도이다.

도 15 및 도 16을 참조하면, 실시예에 따른 실린더(120)에는, 대략 원통 형상을 가지며 제 1 본체단부(121a) 및 제 2 본체단부(121b)를 형성하는 실린더 본체(121) 및 상기 실린더 본체(121)의 제 2 본체단부(121b)로부터 반경 방향 외측으로 연장되는 실린더 플랜지부(125)가 포함된다.

상기 제 1 본체단부(121a) 및 제 2 본체단부(121b)는 상기 실린더 본체(121)의 축방향 중심부(121c)를 기준으로 상기 실린더 본체(121)의 양측 단부를 형성한다.

상기 실린더 본체(121)에는, 상기 토출밸브(161)를 통하여 배출된 고압의 가스 냉매 중 적어도 일부의 냉매가 유동하며 제 3 필터(330)가 설치되는 복수의 가스 유입부(122)가 포함된다. 그리고, 상기 실린더 본체(121)에는, 상기 복수의 가스 유입부(122)로부터 반경 내측방향으로 연장되는 노즐부(123)가 더 포함된다.

상기 복수의 가스 유입부(122) 및 노즐부(123)는, 상기 제 3 유로(430)의 일 구성으로서 이해된다. 따라서, 상기 제 3 유로(430)를 유동하는 냉매 중 적어도 일부의 냉매는 상기 복수의 가스 유입부(122) 및 노즐부(123)를 통하여, 상기 실린더(120)의 내주면 측으로 유동할 수 있다.

상기 복수의 가스 유입부(122)는 상기 실린더 본체(121)의 외주면으로부터 소정 깊이 및 폭만큼 함몰되도록 구성된다.

그리고, 유입된 냉매는 상기 피스톤(130)의 외주면과 실린더(120)의 내주면 사이에 위치하여, 상기 피스톤(130)의 움직임에 대한 가스 베어링으로서 기능한다. 즉, 상기 냉매의 압력에 의하여, 상기 피스톤(130)의 외주면은 상기 실린더(120)의 내주면으로부터 이격된 상태를 유지하게 된다.

상기 복수의 가스 유입부(122)에는, 상기 실린더 본체(121)의 축방향 중심부(121c)로부터 일측에 위치하는 제 1 가스 유입부(122a) 및 제 2 가스 유입부(122b)와, 상기 축방향 중심부(121c)로부터 타측에 위치하는 제 3 가스 유입부(122c)가 포함된다.

상기 제 1,2 가스 유입부(122a,122b)는 상기 실린더 본체(121)의 축방향 중심부(121c)를 기준으로 상기 제 2 본체단부(121b)에 더 가깝게 위치되고, 상기 제 3 가스 유입부(122c)는 상기 실린더 본체(121)의 축방향 중심부(121c)를 기준으로 상기 제 1 본체단부(121a)에 더 가깝게 위치될 수 있다.

즉, 상기 복수의 가스 유입부(122)는 상기 실린더 본체(121)의 축방향 중심부(121c)를 기준으로 비대칭 되는 개수로 배치된다.

도 15를 참조하면, 상기 실린더(120)의 내부 압력은, 냉매의 흡입측에 가까운 제 1 본체단부(121a)에 비하여, 압축된 냉매의 토출측에 가까운 상기 제 2 본체단부(121b)측에 더 높게 형성되므로, 상기 제 2 본체단부(121b)측에 더 많은 가스 유입부(122)를 형성하여 가스 베어링의 기능을 강화하는 반면, 상기 제 1 본체단부(121a)측에는 상대적으로 적은 가스 유입부(122)를 형성할 수 있다.

상기 실린더 본체(121)에는, 상기 복수의 가스 유입부(122)로부터 상기 실린더 본체(121)의 내주면 방향으로 연장되는 노즐부(123)가 더 포함된다. 상기 노즐부(123)는 상기 가스 유입부(122)보다 작은 폭 또는 크기를 가지도록 형성된다.

상기 노즐부(123)는 원형으로 연장된 가스 유입부(122)를 따라 복수 개가 형성될 수 있다. 그리고, 복수의 노즐부(123)는 서로 이격되어 배치된다.

상기 노즐부(123)에는, 상기 가스 유입부(122)에 연결되는 입구부(123a) 및 상기 실린더 본체(121)의 내주면에 연결되는 출구부(123b)가 포함된다. 상기 노즐부(123)는 입구부(123a)로부터 상기 출구부(123b)를 향하여 소정 길이를 가지도록 형성된다.

상기 복수의 가스 유입부(122)의 함몰된 깊이 및 폭과, 상기 노즐부(123)의 길이는, 상기 실린더(120)의 강성, 상기 제 3 필터(330)의 양 또는 상기 노즐부(123)를 통과하는 냉매의 압력 강하의 크기등을 고려하여 적절한 크기로 결정될 수 있다.

일례로, 상기 상기 복수의 가스 유입부(122)의 함몰된 깊이 및 폭이 너무 크거나, 상기 노즐부(123)의 길이가 너무 작아지면, 상기 실린더(120)의 강성이 약해질 수 있다.

반면에, 상기 복수의 가스 유입부(122)의 함몰된 깊이 및 폭이 너무 작으면, 상기 가스 유입부(122)에 설치될 수 있는 제 3 필터(330)의 양이 너무 적어질 수 있다.

그리고, 상기 노즐부(123)의 길이가 너무 커지면, 상기 노즐부(123)를 통과하는 냉매의 압력 강하가 너무 커지게 되어, 가스 베어링으로서의 충분한 기능을 수행할 수 없게 된다.

상기 노즐부(123)의 입구부(123a)의 직경은 상기 출구부(123b)의 직경보다 크게 형성된다.

상세히, 상기 노즐부(123)의 직경이 너무 커지는 경우, 상기 토출 밸브(161)를 통하여 배출된 고압의 가스 냉매 중 상기 노즐부(123)로 유입되는 냉매의 양이 너무 많게 되어 압축기의 유량 손실이 크게 되는 문제점이 있다.

반면에, 상기 노즐부(123)의 직경이 너무 작게 되면, 상기 노즐부(123)에서의 압력 강하가 크게 되어 가스 베어링으로서의 성능이 감소하는 문제점이 있다.

따라서, 본 실시예에서는 상기 노즐부(123)의 입구부(123a)의 직경을 상대적으로 크게 형성하여 상기 노즐부(123)로 유입되는 냉매의 압력 강하를 줄이고, 상기 출구부(123b)의 직경을 상대적으로 작게 형성하여 상기 노즐부(123)를 통한 가스 베어링의 유입량을 소정값 이하로 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 가스 유입부(122)에는, 제 3 필터(330)가 설치된다. 상기 제 3 필터(330)에 의하여, 상기 실린더(120)의 내주면측으로 유동하는 냉매는 필터링 될 수 있다.

상세히, 상기 제 3 필터(330)는 상기 실린더(120)의 내부로 소정 크기 이상의 이물이 유입되는 것을 차단하고 냉매 중에 포함된 유분을 흡착하는 기능을 수행한다. 여기서, 상기 소정 크기는 1μm 일 수 있다.

상기 제 3 필터(330)에는, 상기 가스 유입부(122)에 감겨진 실(thread)이 포함된다. 상세히, 상기 실(thread)은, PET(Polyethylene Terephthalate) 재질로 구성되어 소정의 두께 또는 직경을 가질 수 있다.

상기 실(thread)의 두께 또는 직경은 상기 실(thread)의 강도를 고려하여 적절한 값으로 결정될 수 있다. 만약, 상기 실(thread)의 두께 또는 직경이 너무 작게 되면 상기 실(thread)의 강도가 너무 약해져 쉽게 끊어질 수 있으며, 상기 실(thread)의 두께 또는 직경이 너무 크게 되면 실(thread)을 감았을 때 상기 가스 유입부(122)에서의 공극이 너무 커져 이물의 필터링 효과가 낮아지는 문제점이 있다.

일례로, 상기 실(thread)의 두께 또는 직경은 수백 μm 단위로 형성되며, 상기 실(thread)는 수십 μm 단위의 원사(spun thread)가 다수의 가닥으로 결합되어 구성될 수 있다.

상기 실(thread)은 다수 회 감겨지고 그 단부가 매듭으로 고정되도록 구성된다. 상기 실(thread)의 감겨지는 횟수는 가스 냉매의 압력 강하정도 및 이물의 필터링 효과를 고려하여 적절하게 선택될 수 있다. 만약, 상기 감겨지는 횟수가 너무 크면 가스 냉매의 압력강하가 너무 커지게 되고, 상기 감겨지는 횟수가 너무 적게 되면 이물의 필터링이 잘 되지 않을 수 있다.

그리고, 상기 실(thread)의 감겨지는 장력(tension force)은 실린더(120)의 변형도 및 실의 고정력을 고려하여, 적절한 크기로 형성된다. 만약, 상기 장력이 너무 커지게 되면 실린더(120)의 변형이 유발될 수 있으며 상기 장력이 너무 작아지게 되면 실(thread)이 상기 가스 유입부(122)에 잘 고정되지 않을 수 있다.

도 17은 실시예에 따른 프레임과 실린더의 결합 모습을 보여주는 단면도이고, 도 18은 도 17의 "B"를 확대한 도면이다.

도 17 및 도 18을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기(100)에는, 상기 제 3 유로(430)와 연통되며, 실링부재(350)가 설치되는 실링 포켓(370)이 포함된다.

상기 실링 포켓(370)은 상기 실링부재(350)가 설치될 수 있는 공간으로서, 상기 프레임 본체(111)의 내주면과 상기 실린더 본체(121)의 외주면 사이에 형성된다. 그리고, 상기 실링 포켓(370)은 상기 프레임(110) 및 실린더(120)의 후방부에 형성될 수 있다. 냉매의 유동방향을 기준으로, 상기 실링 포켓(370)의 유동 단면적은 상기 제 3 유로(430)의 유동 단면적보다 크게 형성된다.

상세히, 프레임 본체(111)의 후방부에는, 상기 프레임 본체(111)의 내주면으로부터 반경방향 외측으로 함몰되도록 구성되는 포켓 형성부(112)가 포함된다. 상기 포켓 형성부(112)는 상기 실링 포켓(370)의 적어도 일면을 형성한다.

그리고, 상기 프레임 본체(111)에는, 상기 포켓 형성부(112)로부터 후방 내측 방향으로 경사지게 연장되는 제 2 경사부(113)가 더 포함된다.

상기 실린더 본체(121)에는, 상기 실링 포켓(370)을 형성하기 위한 제 1 경사부(128)가 포함된다. 상기 제 1 경사부(128)는 상기 실링 포켓(370)의 적어도 일면을 구성한다.

상기 제 1 경사부(128)는 상기 실린더 본체(121)의 제 1 본체단부(121a)로부터 후방 내측으로 경사지게 연장된다. 그리고, 상기 제 1 경사부(128)는 상기 포켓 형성부(112)의 내측으로부터 상기 제 2 경사부(113)의 내측에 대응하는 지점까지 연장될 수 있다.

상기 포켓 형성부(112)의 함몰된 구조 및 상기 제 1 경사부(128)의 경사진 구조에 의하여, 상기 실링 포켓(370)의 반경방향 높이는 상기 실링부재(350)의 직경보다 크게 형성될 수 있다. 그리고, 상기 실링 포켓(370)의 축방향 길이는 상기 실링부재(350)의 직경보다 크게 형성될 수 있다.

즉, 상기 실링 포켓(370)은, 상기 실링부재(350)가 상기 프레임 본체(111) 또는 실린더 본체(121)에 간섭되지 않고, 이동 가능할 정도의 크기를 가질 수 있다.

한편, 상기 제 1 경사부(128)의 후방부와, 상기 제 2 경사부(113)의 후방부 사이의 이격된 공간의 간격 또는 거리는, 상기 실링부재(350)의 직경보다 작게 형성된다. 따라서, 리니어 압축기(100)의 작동간, 냉매가 상기 제 3 유로(430)를 따라 후방으로 유동할 때, 상기 실링부재(350)는 상기 냉매의 압력에 의하여 후방으로 이동하며, 상기 이격된 공간을 밀폐하게 된다.

이와 같이, 상기 실링부재(350)가 상기 실린더(120)와 프레임(110)의 사이에 개재되어 상기 제 3 유로(430)를 밀폐하므로, 상기 제 3 유로(430)의 냉매가 상기 프레임(110)의 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 상기 실링부재(350)가 상기 실링 포켓(370)에 이동 가능하게 제공되며, 압축기가 구동되어 상기 제 3 유로(430)에서 냉매의 유동이 발생하는 경우에 상기 실링부재(350)가 상기 실린더(120) 및 상기 프레임(110)에 가압되므로, 상기 실링부재(350)의 가압력에 의한 실린더(120)의 변형을 방지할 수 있다.

이하에서는, 리니어 압축기의 작동간 냉매의 유동모습에 대하여 설명한다.

도 19는 실시예에 따른 리니어 압축기의 냉매 유동모습을 보여주는 단면도이고, 도 20은 실시예에 따른 압축실에서 토출된 냉매의 제 1,2 유로에서의 유동모습을 보여주는 도면이고, 도 21은 제 3 유로에서의 냉매 유동모습을 보여주는 도면이다.

먼저, 도 19를 참조하여, 리니어 압축기에서의 냉매 유동에 대하여 간단하게 설명한다.

도 19를 참조하면, 냉매는 흡입부(104)를 통하여 쉘(101)의 내부로 유입되며, 흡입 가이드부(155)를 통하여 흡입 머플러(150)의 내부로 유동한다.

그리고, 냉매는 상기 흡입 머플러(150)의 제 1 머플러(151)를 경유하여 제 2 머플러(153)로 유입되며, 피스톤(130)의 내부로 유동한다. 이 과정에서, 냉매의 흡입 소음이 저감될 수 있다.

한편, 냉매는 상기 흡입 머플러(150)에 제공되는 제 1 필터(310)를 경유하면서 소정 크기(25μm) 이상의 이물이 필터링 될 수 있다.

상기 흡입 머플러(150)를 통과하여 상기 피스톤(130)의 내부에 존재하는 냉매는 흡입 밸브(135)가 개방되면, 흡입공(133)을 통하여 압축공간(P)으로 흡입된다.

상기 압축공간(P)에서의 냉매 압력이 토출 압력 이상이 되면 토출 밸브(161)는 개방되며, 냉매는 개방된 토출 밸브(161)를 통하여 토출 커버(160)의 토출 공간으로 배출된다. 상세히, 상기 토출 밸브(161)는 전방으로 이동하여 상기 실린더(120)의 전면으로부터 이격되며, 이 과정에서, 상기 밸브 스프링(162)은 전방으로 탄성 변형된다. 그리고, 상기 스토퍼(163)는 상기 밸브 스프링(162)의 변형량을 일정 정도로 제한한다.

상기 토출 커버(160)의 토출 공간으로 배출된 냉매는, 상기 토출 커버(160)에 결합된 루프 파이프(165)를 통하여 토출부(105)로 유동하며, 압축기(100)의 외부로 배출된다.

한편, 상기 토출 커버(160)의 토출 공간에 존재하는 냉매 중 적어도 일부의 냉매는 실린더(120)와 프레임(110) 사이에 존재하는 공간, 즉 상기 제 1 유로(410) 및 제 2 유로(420)를 유동하게 된다. 그리고, 냉매는 상기 제 1 유로(410) 또는 제 2 유로(420)를 유동하는 과정에서, 상기 제 2 필터(320)에서 필터링 될 수 있다.

그리고, 필터링 된 냉매는 상기 제 3 유로(430)를 통하여 실린더 본체(121)의 외주면을 향하여 유동하며, 적어도 일부의 냉매는 상기 실린더 본체(121)에 형성된 복수의 가스 유입부(122)로 유입된다. 상기 가스 유입부(122)로 유입된 냉매는 상기 제 3 필터(330)에서 필터링 되며, 상기 노즐부(123)를 통하여 실린더(120)의 내부로 유입된다.

상기 실린더(120)의 내부로 유입된 냉매는 상기 실린더(120)의 내주면과 피스톤(130)의 외주면 사이에 위치하며, 상기 피스톤(130)을 상기 실린더(120)의 내주면으로부터 이격시킬 수 있도록 작용한다(가스 베어링).

이와 같이, 고압의 가스 냉매가 상기 실린더(120)의 내부로 바이패스 되어 왕복 운동하는 피스톤(130)에 부상압을 제공하고, 실린더와 피스톤과의 계면에 베어링으로 작용할 수 있다. 이에 따라 피스톤(130)과 실린더(120) 사이의 마모를 줄일 수 있다. 그리고, 베어링을 위한 오일을 사용하지 않음으로써, 상기 압축기(100)가 고속으로 운전되더라도 오일에 의한 마찰 손실을 발생시키지 않을 수 있다.

상기 실린더의 내면과 상기 피스톤의 외면에 유입되는 냉매는 압축된 냉매이고 응축압(Pd)을 가지는 상태이고이다 이에 반하여 냉매가 유입되는 공간은 압축되기 전의 증발압(Ps)을 가지는 상태이다. 따라서, 상기 응축압과 상기 증발압의 차이가 크면 클수록 상기 피스톤(130)은 더 큰 힘으로 실린더(120)의 내면으로부터 부상할 수 있다.

또한, 압축기(100)의 내부를 유동하는 냉매의 경로상에, 다수의 필터를 구비함으로써 냉매 중에 포함된 이물을 제거할 수 있고, 이에 따라 가스 베어링으로서 작용할 냉매의 신뢰성이 향상될 수 있다. 따라서, 냉매에 포함된 이물에 의하여 피스톤(130) 또는 실린더(120)에 마모가 발생되는 현상을 방지할 수 있다.

그리고, 상기 다수의 필터에 의하여 냉매 중에 포함된 유분을 제거함으로써, 유분에 의한 마찰 손실이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 상기 제 1 필터(310), 제 2 필터(320) 및 제 3 필터(330)는 가스 베어링으로 작용할 냉매를 필터링 하는 점에서, 이들을 합하여 "냉매 필터장치"라 이름할 수 있다.

한편, 상기 제 3 유로(430)를 유동하는 냉매는 상기 실링부재(350)에 작용하게 된다. 즉, 상기 냉매의 압력은 상기 실링부재(350)에 작용되며, 상기 실링부재(350)는 상기 실링 포켓(370)으로부터 상기 실린더(120)의 제 1 경사부(128)와 상기 프레임(110)의 제 2 경사부(113) 사이의 지점으로 이동하게 된다.

그리고, 상기 실링부재(350)는 상기 실린더(120) 및 프레임(110)에 밀착되어, 상기 실린더(120)와 프레임(110) 사이의 이격된 공간, 일례로 상기 제 1 경사부(128)와 제 2 경사부(113) 사이의 공간을 밀폐하게 된다. 따라서, 상기 제 3 유로(430)의 냉매가 상기 실린더(120)와 프레임(110) 사이의 이격된 공간을 통하여 외부로 누설되는 것이 방지될 수 있다.

한편, 상기 리니어 압축기(100)의 구동이 중단되면, 상기 실링부재(350)에 작용하는 냉매의 압력이 해제되므로, 상기 실링부재(350)와, 상기 실린더(120) 및 프레임(110)간의 밀착력이 약해진다. 결국, 상기 실링부재(350)는 상기 실링 포켓(220)내에서 자유롭게 이동 가능한 상태, 일례로 상기 제 1 경사부(128)와 제 2 경사부(113)로부터 이격된 상태에 있게 된다(점선 표시).

이와 같은 작용에 의하면, 압축기(100)가 구동될 때에만 실링부재(350)가 실린더(120) 및 프레임(110)에 밀착되어 상기 제 3 유로(430)의 실링을 수행할 수 있으므로, 상기 실링부재(350)로부터 상기 실린더(120)에 가해지는 힘을 줄일 수 있다. 따라서, 상기 실린더(120)의 변형을 방지할 수 있다.

그리고, 상기 실링부재(350)가 상기 실링 포켓(370)에서 이동 가능한 상태에 놓여질 수 있으므로, 상기 실린더(120)와 프레임(110)을 조립할 때 상기 실링부재(350)의 간섭작용을 방지할 수 있게 된다. 결국, 상기 실린더(120)와 프레임(110)의 조립이 용이해질 수 있다.

살펴본 바와 같이, 상기 비공비혼합냉매를 사용함으로써 피스톤의 부상압이 커질 수 있고, 상기 가스 베어링의 작용이 원활하게 수행될 수 있다. 저냉력 운전구간에서도 피스톤의 부상을 위한 최소한의 부상압을 제공할 수 있기 때문에, 리니어 압축기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 부상압이 커져서 실린더와 피스톤의 접촉면의 마찰이 작아지면 작아질 수록, 가스 토출홀, 및 필터 등 기구적 설계를 통하여 리니어 압축기의 효율을 올리는 데 있어서 유리하게 작용할 수 있다.

상기 저냉력 운전이 많이 수행되는 상기 연속운전모드가 수행되는 냉동장치에서 상기 오일리스 리니어 압축기에 상기 비공비혼합냉매를 적용하는 것에 의해서 효과를 극대화할 수 있게 된다.

한편, 상기 오일리스 리니어 압축기는 오일을 사용하는 리니어 압축기에 비해, 상기 연속운전모드를 위해 장시간 저냉력 구동을 할 때, 실린더와 피스톤이 마찰에 의해 오일이 가열되어 증발 및 연소되는 것을 줄일 수 있는 장점도 있다.

상기되는 설명에서는 압축기로서 리니어 압축기를 바람직하게 예시하였다. 그러나 이에 제한되지 않고, 기상냉매의 압축 시에 냉매의 압력차에 의한 오일순환, 공기베어링의 작용이 수행되는 모든 압축기의 경우에 바람직하게 적용될 수 있을 것이다.

본 발명에 따르면, 비공비혼합냉매가 사용됨으로써, 상기 연속운전모드에 냉매의 낮은 증발온도로 인하여 부품의 마모 등을 방지하여 내구성을 증진할 수 있다. 뿐만 아니라, 압축기의 동작에 필수적인 윤활을 위한 오일순환 및 공기베어링의 작용을 원활히 할 수 있다.

1: 공기의 선도
2: 비공비혼합냉매의 선도

Claims

연속운전모드로 동작되어 비공비혼합냉매를 압축하는 압축기;
상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기;
상기 응축기에서 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기; 및
상기 팽창기에서 팽창된 냉매를 증발하는 증발기가 포함되고,
상기 비공비혼합냉매의 압력차(△P)는, 340kPa < △P < 624.7kPa의 범위에 포함되는 어떤 값을 가지는 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치.
제 1 항에 있어서,
상기 비공비혼합냉매의 응축압력(Pd)는 393.4kPa < Pd < 745.3kPa의 범위에 포함되는 어떤 값을 가지는 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치.
제 1 항에 있어서,
상기 비공비혼합냉매의 증발압력(Ps)는 53.5kPa < Ps < 120.5kPa의 범위에 포함되는 어떤 값을 가지는 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치.
제 1 항에 있어서,
상기 연속운전모드에서, 상기 압축기는 고내온도가 만족온도영역에서도 동작하는 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치.
제 1 항에 있어서,
상기 압축기는 리니어 압축기인 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치.
제 5 항에 있어서,
상기 리니어 압축기에는,
흡입부가 제공되는 쉘;
상기 쉘의 내부에 구비되며, 냉매의 압축공간을 형성하는 실린더;
상기 실린더의 외측에 결합되는 프레임;
상기 실린더의 내부에서 축방향으로 왕복운동 가능하게 제공되는 피스톤;
상기 실린더에 이동 가능하게 결합되며, 상기 냉매의 압축공간에서 압축된 냉매를 선택적으로 배출시키는 토출 밸브; 및
상기 실린더와 프레임의 사이 공간으로 연장되며, 상기 토출 밸브에서 배출된 냉매 중 적어도 일부의 냉매가 유동하는 유로가 포함되는 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치.
제 6 항에 있어서,
상기 실린더에는,
상기 노즐부가 형성되는 실린더 본체; 및
상기 실린더 본체로부터 반경방향 외측으로 연장되는 실린더 플랜지부가 포함되는 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치.
제 7 항에 있어서,
상기 프레임에는,
상기 실린더 본체를 둘러싸는 프레임 본체;
상기 실린더 플랜지부가 삽입되는 함몰부; 및
상기 실린더 플랜지부의 안착면에 대향하는 안착부가 포함되는 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치.
제 8 항에 있어서,
상기 유로에는,
상기 실린더 플랜지부의 외주면과 상기 함몰부의 내주면 사이에 형성되는 제 1 유로가 포함되는 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치.
제 8 항에 있어서,
상기 유로에는,
상기 실린더 플랜지부의 안착면과, 상기 프레임의 안착부 사이에 형성되는 제 2 유로가 포함되는 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치.
제 8 항에 있어서,
상기 유로에는,
상기 제 2 유로로부터, 상기 실린더 본체의 외주면과 상기 프레임 본체의 내주면 사이의 공간으로 연장되는 제 3 유로가 포함되는 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치.
제 5 항에 있어서,
상기 리니어 압축기에는,
내주면에 실린더 단차부가 형성된 실린더;
상기 실린더로 직선 왕복 가능하게 배치되고, 일방향 이동시 상기 실린더 단차부와의 사이에 저압을 형성하고 타방향 이동시 상기 실린더 단차부와의 사이에 고압을 형성하는 피스톤 단차부가 외주면에 형성된 피스톤;
상기 실린더 단차부와 피스톤 단차부의 사이로 오일이 유입될 수 있도록 형성된 오일 흡입 유로; 및
상기 실린더 단차부와 피스톤 단차부 사이의 오일이 상기 실린더의 외부로 배출될 수 있도록 형성된 오일 배출 유로를 포함하는 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치.
제 1 항에 있어서,
상기 비공비혼합냉매는 상기 제 1 탄화수소 및 상기 제 2 탄화수소로 이루어지고, 상기 제 1 탄화수소는 이소부탄이고, 상기 제 2 탄화수소는 프로판인 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치.
제 13 항에 있어서,
상기 이소부탄은 76% ≤ 이소부탄 ≤ 87%의 중량비로 제공되는 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치.
비공비혼합냉매를 압축하는 리니어 압축기;
상기 압축기에서 압축된 비공비혼합냉매를 응축하는 응축기;
상기 응축기에서 응축된 비공비혼합냉매를 팽창하는 팽창기; 및
상기 팽창기에서 팽창된 비공비혼합냉매를 증발하는 증발기가 포함되고,
상기 비공비혼합냉매의 압력차(△P)는, 340kPa < △P < 624.7kPa인 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치.
제 15 항에 있어서,
상기 리니어 압축기에는,
-왕복동 운동하는 피스톤; 및
-상기 피스톤을 안내하는 실린더가 포함되고,
상기 피스톤에서 압축된 고압의 상기 비공비혼합냉매가 상기 실린더의 내면으로 안내되어, 상기 피스톤의 외면을 상기 실린더의 내면에서 부상시키는 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치.
제 15 항에 있어서,
상기 비공비혼합냉매에는, 적어도 두 개의 탄화수소가 포함되고, 상기 적어도 두 개의 탄화수소에는,
- 1바에서 증발온도가 -12도 이상인 상그룹에서 선정되는 적어도 하나의 제 1 탄화수소; 및
- 1바에서 증발온도가 -50도 이상 -12도 미만인 중그룹에서 선정되는 적어도 하나의 제 2 탄화수소가 포함되고,
온도구배차는 4도씨 이상인 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치.
제 17 항에 있어서,
상기 제 1 탄화수소의 중량비가 50%이상인 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치.
제 15 항에 있어서,
상기 리니어 압축기에는,
-왕복동 운동하여 상기 비공비혼합냉매를 압축하는 피스톤; 및
-상기 피스톤을 안내하는 실린더가 포함되고,
상기 피스톤과 상기 실린더의 접촉면에는, 상기 비공비혼합냉매의 압력차에 의해서 펌핑되는 오일이 있는 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치.
비공비혼합냉매를 압축하도록 제어되는 압축기;
상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기;
상기 응축기에서 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기; 및
상기 팽창기에서 팽창된 냉매를 증발하여 고내에 냉기를 제공하는 증발기가 포함되고,
상기 압축기는,
-단속운전모드 및 연속운전모드로 선택하여 동작되고,
-상기 연속운전모드에서는, 상기 고내의 온도가 목표온도의 범위 내에 있을 때에도 연속하여 동작되도록 상기 압축기가 제어되는 비공비혼합냉매를 사용하는 냉동장치.