KR20230111728A - 리니어 피스톤이 설치된 리니어 압축기용 실린더장치 - Google Patents

리니어 피스톤이 설치된 리니어 압축기용 실린더장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리니어 피스톤이 설치된 리니어 압축기용 실린더장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 허니콤 형태로 형성된 실린더 몸통의 중앙부에 냉매가 흡입되는 흡입공이 형성되고, 상기 흡입공을 중심하여 방사상으로 다수개의 피스톤공이 형성되며, 상기 흡입공과 피스톤공 사이를 연결해주는 연결홀이 형성되고, 상기 다수개의 피스톤공에 리니어 피스톤이 형성되어 피스톤공의 축 방향으로 왕복 직선운동하여 냉매를 흡입 또는 토출시킴으로써, 기계적인 손실이 없이 압축효율이 향상되고, 다수개의 리니어 피스톤이 순차적으로 작동되어 종래에 하나의 피스톤으로 작동되는 리니어 압축기보다 더 높은 압축효율이 발생되며, 상기 리니어 피스톤은 구동부를 중심으로 양끝단부에 구동부의 둘레보다 큰 압축부가 형성되고, 상기 압축부의 외부면에는 테프론 물질이 도포되어 피스톤공의 내주연과의 사이에 마찰 윤활유 역할을 하며, 상기 두개의 압축부를 통해 양측으로 냉매를 흡입 또는 토출시킬 수 있어 종래의 리니어 압축기보다 더 높은 압축과 안정적인 효율이 발생되는 특징이 있다.

Description

리니어 피스톤이 설치된 리니어 압축기용 실린더장치{Cylinder device for linear compressor with linear piston installed}
본 발명은 리니어 피스톤이 설치된 리니어 압축기용 실린더장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 리니어 피스톤은 구동부를 중심으로 양끝단부에 구동부의 둘레보다 큰 압축부가 형성되고, 상기 압축부의 외부면에는 테프론 물질이 도포되어 피스톤공의 내주연과의 사이에 마찰 윤활유 역할을 하며, 상기 두개의 압축부를 통해 양측으로 냉매를 흡입 또는 토출시킬 수 있어 종래의 리니어 압축기보다 더 높은 압축과 안정적인 효율이 발생되는 리니어 피스톤이 설치된 리니어 압축기용 실린더장치에 관한 것이다.
냉각 시스템이란, 냉매를 순환하여 냉기를 발생시키는 시스템으로서, 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발과정을 반복하여 수행한다. 이를 위하여, 상기 냉각 시스템에는, 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기가 포함된다. 그리고, 상기 냉각 시스템은, 가전제품으로서 냉장고 또는 에어컨에 설치될 수 있다.
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.
보통, 리니어 압축기는 밀폐된 쉘 내부에서 피스톤이 리니어 모터에 의해 실린더 내부에서 왕복 직선 운동하도록 움직이면서 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음 토출시키도록 구성된다.
상기 리니어 모터는 이너 스테이터 및 아우터 스테이터 사이에 영구자석이 위치되도록 구성되며, 영구자석은 영구자석과 이너(또는 아우터) 스테이터 간의 상호 전자기력에 의해 직선 왕복 운동하도록 구동된다. 그리고, 상기 영구자석이 피스톤과 연결된 상태에서 구동됨에 따라, 피스톤이 실린더 내부에서 왕복 직선운동하면서 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음, 토출시키도록 한다.
그러나, 종래의 리니어 압축기는 하나의 실린더에 하나의 피스톤만 사용하여 구동되기에 압축효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-2225071호
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,
허니콤 형태로 형성된 실린더 몸통의 중앙부에 냉매가 흡입되는 흡입공이 형성되고, 상기 흡입공을 중심하여 방사상으로 다수개의 피스톤공이 형성되며, 상기 흡입공과 피스톤공 사이를 연결해주는 연결홀이 형성되고, 상기 다수개의 피스톤공에 리니어 피스톤이 형성되어 피스톤공의 축 방향으로 왕복 직선운동하여 냉매를 흡입 또는 토출시킴으로써, 기계적인 손실이 없이 압축효율이 향상되고, 다수개의 리니어 피스톤이 순차적으로 작동되어 종래에 하나의 피스톤으로 작동되는 리니어 압축기보다 더 높은 압축효율이 발생되는 리니어 피스톤이 설치된 리니어 압축기용 실린더장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 상기 리니어 피스톤은 구동부를 중심으로 양끝단부에 구동부의 둘레보다 큰 압축부가 형성되고, 상기 압축부의 외부면에는 테프론 물질이 도포되어 피스톤공의 내주연과의 사이에 마찰 윤활유 역할을 하며, 상기 두개의 압축부를 통해 양측으로 냉매를 흡입 또는 토출시킬 수 있어 종래의 리니어 압축기보다 더 높은 압축과 안정적인 효율이 발생되는 리니어 피스톤이 설치된 리니어 압축기용 실린더장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 허니콤(honeycomb) 형태로 형성되는데, 중앙부에 냉매가 흡입되는 흡입공이 형성되며, 상기 흡입공을 중심하여 방사상으로 다수개의 피스톤공이 형성되고, 상기 흡입공과 피스톤공 사이를 연결해주는 연결홀이 형성되는 실린더 몸통과;
상기 실린더 몸통의 피스톤공에 각각 설치되어 피스톤공의 축 방향으로 왕복 운동하여 냉매를 흡입 또는 토출시키는 리니어 피스톤과;
상기 피스톤공의 토출 측에 형성되어 리니어 피스톤에 의해 냉매 흡입시에는 피스톤공의 토출 측을 차단하고, 상기 리니어 피스톤에 의해 냉매가 토출시에는 피스톤공의 토출 측을 개방하는 토출개폐밸브;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 피스톤이 설치된 리니어 압축기용 실린더장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 리니어 피스톤은, 상기 피스톤공의 내주연과 동일한 둘레의 원통형으로 냉매를 흡입 또는 토출시키도록 양측에 형성되는 압축부와;
상기 양측의 압축부 사이에 연결되도록 압축부의 둘레보다 작게 형성되고, 상기 코일의 전자기장에 의해 왕복 직선 운동으로 작동되어 압축부를 작동시키는 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 피스톤이 설치된 리니어 압축기용 실린더장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 구동부의 외주연에는 코일에서 발생되어 전달된 전자기장에 의해 왕복 직선 운동으로 작동되도록 마그네틱 자석이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 피스톤이 설치된 리니어 압축기용 실린더장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 마그네틱 자석은 N극과 S극이 구동부의 길이방향으로 교차되어 다수개 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 피스톤이 설치된 리니어 압축기용 실린더장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 압축부의 외부면에는 피스톤공의 내주연과의 마찰 윤활을 위해 테프론 물질이 도포되는 것을 특징으로 하는 리니어 피스톤이 설치된 리니어 압축기용 실린더장치에 관한 것이다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 리니어 피스톤이 설치된 리니어 압축기용 실린더장치는 허니콤 형태로 형성된 실린더 몸통의 중앙부에 냉매가 흡입되는 흡입공이 형성되고, 상기 흡입공을 중심하여 방사상으로 다수개의 피스톤공이 형성되며, 상기 흡입공과 피스톤공 사이를 연결해주는 연결홀이 형성되고, 상기 다수개의 피스톤공에 리니어 피스톤이 형성되어 피스톤공의 축 방향으로 왕복 직선운동하여 냉매를 흡입 또는 토출시킴으로써, 기계적인 손실이 없이 압축효율이 향상되고, 다수개의 리니어 피스톤이 순차적으로 작동되어 종래에 하나의 피스톤으로 작동되는 리니어 압축기보다 더 높은 압축효율이 발생되는 효과가 있다.
또한, 상기 리니어 피스톤은 구동부를 중심으로 양끝단부에 구동부의 둘레보다 큰 압축부가 형성되고, 상기 압축부의 외부면에는 테프론 물질이 도포되어 피스톤공의 내주연과의 사이에 마찰 윤활유 역할을 하며, 상기 두개의 압축부를 통해 양측으로 냉매를 흡입 또는 토출시킬 수 있어 종래의 리니어 압축기보다 더 높은 압축과 안정적인 효율이 발생되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더장치의 단면을 나타낸 분해 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더장치를 나타낸 단면도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 몸통을 나타낸 평면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 피스톤을 나타낸 정면도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더장치의 작동을 나타낸 개략도이다.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더장치의 단면을 나타낸 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더장치를 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 몸통을 나타낸 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 피스톤을 나타낸 정면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더장치의 작동을 나타낸 개략도이다.
도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 리니어 피스톤이 설치된 리니어 압축기용 실린더장치는 리니어 압축기에 설치되는 실린더장치로써, 실린더 몸통(10)과, 리니어 피스톤(20)과, 토출개폐밸브(30)로 구성된다.
상기 실린더 몸통(10)은 도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 전체가 허니콤(honeycomb) 형태로 형성되는데, 즉, 육각형 형태로 형성되고, 상기 실린더 몸통(10)의 중앙부에는 냉매가 흡입되는 흡입공(11)이 형성된다.
여기서, 상기 실린더 몸통(10)에는 중앙부에 형성된 흡입공(11)을 중심하여 방사상으로 다수개의 피스톤공(12)이 형성된다. 이때, 상기 흡입공(11)과 피스톤공(12)은 실린더 몸통(10)의 양측면(도면상 상부와 하부면에 해당됨)에 관통되도록 형성된다.
그리고, 상기 흡입공(11)과 피스톤공(12) 사이에는 실린더 몸통(10)의 격벽이 형성되어 있는데, 상기 격벽에 흡입공(11)과 피스톤공(12) 사이를 연결해주는 연결홀(13)이 관통 형성되고, 상기 연결홀(13)은 흡입공(11) 측에는 낮은 위치에 구비되며, 상기 피스톤공(12) 측에는 높은 위치에 구비됨으로 경사지게 형성된다.
또한, 상기 실린더 몸통(10)의 흡입공(11)은 실린더 몸통(10)의 수직 기준으로 15 ~ 45도 각도의 기울기로 형성됨으로써, 제조 가공 시 용이하다.
한편, 상기 실린더 몸통(10)은 도 2에서처럼, 리니어 피스톤(20)의 구조에 따라 2개의 실린더 몸통(10)이 상호 대칭되어 상,하로 형성되고, 상기 2개의 실린더 몸통(10) 사이에 코일(15)이 설치되는 코일 몸통(14)이 더 형성된다.
여기서, 상기 코일 몸통(14)은 2개의 실린더 몸통(10) 사이에 연결되는데, 상기 실린더 몸통(10)에 형성된 다수개의 피스톤공(12)에 맞춰 동일 위치에 피스톤공(12)이 형성되고, 다만, 상기 실린더 몸통(10)에 형성된 흡입공(11) 부위는 막혀있어 2개의 실린더 몸통(10)의 흡입공(11)이 상호 간에 연통되는 것을 차단해준다. 이때, 상기 코일 몸통(14)에 의해 개의 실린더 몸통(10)의 흡입공(11)을 상호 연통되는 것을 차단해줌으로써, 2개의 실린더 몸통(10) 역할을 각각 수행하여 압축 효율을 높일 수 있다.
그리고, 상기 코일 몸통(14)의 피스톤공(12) 내주연 중앙부에는 링 형태의 코일(15)이 더 형성되고, 상기 링 형태의 코일(15) 중앙부에 리니어 피스톤(20)의 구동부(22)가 위치되어 코일(15)의 전자기장에 의해 리니어 피스톤(20)의 구동부(22)를 상,하로 왕복 직선 운동시킨다. 이때, 상기 코일(15)은 외부의 전기와 연결되어 전력이 공급되고, 상기 코일(15)의 중앙부 홀의 내주연은 리니어 피스톤(20)의 구동부(22)에 형성된 마그네틱 자석(23) 둘레와 동일하여 상호 밀접하게 접촉된다.
상기 리니어 피스톤(20)은 도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 실린더 몸통(10)에 형성된 다수개의 피스톤공(12)에 하나씩 삽입되어 피스톤공(12)의 축 방향으로 왕복 직선 운동하고, 그로 인해 냉매를 흡입 또는 토출시키도록 피스톤공(12)의 내주연과 동일한 둘레의 원통형으로 냉매를 흡입 또는 토출시키도록 양측에 형성되는 압축부(21)와, 상기 양측의 압축부(21) 사이에 연결되도록 압축부(21)의 둘레보다 작게 형성되고, 상기 코일(15)의 전자기장에 의해 왕복 직선 운동으로 작동되어 압축부(21)를 작동시키는 구동부(22)로 구성된다. 이때, 상기 압축부(21)와 구동부(22)는 상호 간에 나사결합된다.
여기서, 상기 압축부(21)의 외부면에는 피스톤공(12)의 내주연과의 마찰 윤활을 위해 테프론 물질이 도포되어 피스톤공(12)의 내주연과의 마찰력을 줄여주면서 원활하게 작동되고, 이때, 상기 압축부(21)의 외부면에 도포되는 물질은 테프론 이외에도 냉매의 영향을 받지 않으면서 마찰력을 줄여주는 모든 물질이 사용될 수 있다.
또한, 상기 구동부(22)의 외주연에는 코일 몸통(14)의 코일(15)에서 발생되어 전달된 전자기장에 의해 왕복 직선 운동으로 작동되도록 마그네틱 자석(23)이 더 형성되고, 상기 마그네틱 자석(23)은 N극과 S극이 구동부(22)의 길이방향으로 교차되어 다수개 형성된다.
여기서, 상기 구동부(22)에 형성된 마그네틱 자석(23)은 원통형으로 형성되는데, 상기 마그네틱 자석(23)의 외주연 둘레는 압축부(21)의 외주연 둘레보다 작게 형성되어 코일(15)의 중앙부에서 상,하로 작동되고, 상기 압축부(21)는 마그네틱 자석(23)보다 둘레가 커서 코일(15)의 중앙부에 삽입되지 않는 구조이다.
그리고, 상기 리니어 피스톤(20)이 일측으로 직선 운동하면 냉매가 흡입공(11)을 통해 외부에서 유입된 뒤, 연결홀(13)을 통해 피스톤공(12)에 흡입되며, 상기 리니어 피스톤(20)이 타측으로 직선 운동하면 냉매가 피스톤공(12)의 외부로 토출된다. 이때, 상기 냉매는 피스톤공(12)의 양끝단부를 통해 토출된다.
또한, 상기 리니어 피스톤(20)은 다수개의 피스톤공(12)에 맞춰 다수개가 형성되는데, 상기 다수개의 리니어 피스톤(20)은 하나씩 순차적으로 작동되어 냉매를 연속적으로 흡입/토출시킬 수 있다.
상기 토출개폐밸브(30)는 도 1 내지 도 2 및 도 5에 도시한 바와 같이, 피스톤공(12)의 토출 측에 형성되는데, 본 발명에서는 상기 토출개폐밸브(30)가 실린더 몸통(10)의 양끝단부에 각각 형성되어 리니어 피스톤(20)에 의해 냉매 흡입시에는 피스톤공(12)의 토출 측을 차단하고, 상기 리니어 피스톤(20)에 의해 냉매가 토출시에는 피스톤공(12)의 토출 측을 개방한다.
여기서, 상기 토출개폐밸브(30)는 판스프링 밸브로 형성되어 리니어 피스톤(20)의 작동에 의해 피스톤공(12)의 토출 측을 개폐하는데, 상기 다수개의 피스톤공(12)에 맞춰 다수개의 개폐부위가 형성된다.
한편, 본 발명에서는 냉매의 토출을 개폐하는 토출개폐밸브(30)는 형성되지만 냉매의 흡입을 개폐하는 밸브는 별도로 구성하지 않아 냉매의 흡입이 빠르고 원활하게 이루어지며, 본 발명에서는 별도의 흡입개폐밸브 대신 흡입공(11)과 연결홀(13)이 형성되고, 상기 연결홀(13)을 리니어 피스톤(20)의 작동에 의해 자동으로 개폐할 수 있기에 빠르면서 원활한 냉매 흡입이 가능하다.
한편, 상기 토출개폐밸브(30)가 양끝단부에 형성된 실린더 몸통(10)의 양끝단부에는 커버부(미도시)가 더 설치되고, 상기 커버부는 외부에서 냉매가 유입되는 흡입구(미도시)와 피스톤에 의해 냉매가 토출되는 토출구(미도시)가 형성된다.
여기서, 상기 커버부의 내부에는 마그네틱이 형성된 리니어 피스톤(20)을 작동시킬 코일(미도시)이 형성되고, 상기 코일은 다수개의 리니어 피스톤(20)에 맞춰 각각 형성됨으로써, 다수개의 리니어 피스톤(20)이 순차적으로 작동할 수 있다.
10 : 실린더 몸통 11 : 흡입공
12 : 피스톤공 13 : 연결홀
14 : 코일 몸통 15 : 코일
20 : 리니어 피스톤 21 : 압축부
22 : 구동부 23 : 마그네틱 자석
30 : 토출개폐밸브

Claims (5)

  1. 허니콤(honeycomb) 형태로 형성되는데, 중앙부에 냉매가 흡입되는 흡입공(11)이 형성되며, 상기 흡입공(11)을 중심하여 방사상으로 다수개의 피스톤공(12)이 형성되고, 상기 흡입공(11)과 피스톤공(12) 사이를 연결해주는 연결홀(13)이 형성되며, 상기 피스톤공(12)의 내주연에는 링 형태의 코일(15)이 형성되는 실린더 몸통(10)과;
    상기 실린더 몸통(10)의 피스톤공(12)에 각각 설치되어 피스톤공(12)의 축 방향으로 왕복 운동하여 냉매를 흡입 또는 토출시키는 리니어 피스톤(20)과;
    상기 피스톤공(12)의 토출 측에 형성되어 리니어 피스톤(20)에 의해 냉매 흡입시에는 피스톤공(12)의 토출 측을 차단하고, 상기 리니어 피스톤(20)에 의해 냉매가 토출시에는 피스톤공(12)의 토출 측을 개방하는 토출개폐밸브(30);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 피스톤이 설치된 리니어 압축기용 실린더장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 리니어 피스톤(20)은,
    상기 피스톤공(12)의 내주연과 동일한 둘레의 원통형으로 냉매를 흡입 또는 토출시키도록 양측에 형성되는 압축부(21)와;
    상기 양측의 압축부(21) 사이에 연결되도록 압축부(21)의 둘레보다 작게 형성되고, 상기 코일(15)의 전자기장에 의해 왕복 직선 운동으로 작동되어 압축부(21)를 작동시키는 구동부(22);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 피스톤이 설치된 리니어 압축기용 실린더장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 구동부(22)의 외주연에는 코일(15)에서 발생되어 전달된 전자기장에 의해 왕복 직선 운동으로 작동되도록 마그네틱 자석(23)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 피스톤이 설치된 리니어 압축기용 실린더장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 마그네틱 자석(23)은 N극과 S극이 구동부(22)의 길이방향으로 교차되어 다수개 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 피스톤이 설치된 리니어 압축기용 실린더장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 압축부(21)의 외부면에는 피스톤공(12)의 내주연과의 마찰 윤활을 위해 테프론 물질이 도포되는 것을 특징으로 하는 리니어 피스톤이 설치된 리니어 압축기용 실린더장치.
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