KR101990401B1 - 리니어 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 리니어 압축기는, 흡입공간을 형성하는 케이싱; 상기 케이싱 내에서 왕복 운동되는 무버를 구비하는 구동 유닛; 및 상기 무버와 연동되어 유체를 압축하는 압축 유닛을 포함하며; 상기 압축 유닛은, 상기 케이싱 내부에 위치되어 압축실을 형성하는 실린더; 상기 무버에 의해 상기 실린더 내에서 왕복 운동되면서 상기 압축실의 체적을 변화시켜 유체를 압축하도록 이루어지는 피스톤; 및 상기 흡입공간으로부터 상기 압축실로 유체를 가이드하도록 이루어지고, 유입구의 내경이 상기 압축실을 향하여 개방되는 유출구의 내경보다 작게 형성되는 파이프를 구비하는 머플러를 포함한다. 이에 의하면, 유체가 압축실로 흡입되는 동작이 원활하게 수행될 수 있다.

Description

리니어 압축기{LINEAR COMPRESSOR}

본 발명은 진동체의 선형 왕복 운동에 의해 유체를 압축하도록 이루어지는 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, 증기압축실 냉동사이클(이하 '냉동 사이클'로 칭함) 등에 널리 적용되고 있다.

이러한 압축기의 종류에는, 피스톤과 실린더 사이에 압축실이 형성되고 피스톤이 직선 왕복 운동하여 유체를 압축하는 왕복동식 압축기, 실린더 내부에서 편심 회전되는 롤러에 의해 유체를 압축하는 로터리 압축기, 나선형으로 이루어지는 한 쌍의 스크롤이 맞물려 회전되어 유체를 압축하는 스크롤 압축기 등이 있다.

최근에는 왕복동식 압축기 중에서도, 크랭크 축을 사용하지 않고 직선 왕복 운동되는 리니어 모터를 채용한 리니어 압축기가 개발되고 있다. 리니어 압축기는 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 전환하는데 따르는 기계적인 손실이 없어 효율이 향상되고, 구조가 간편한 장점이 있다.

이러한 리니어 압축기는, 밀폐 공간을 형성하는 케이싱 내부에 실린더가 위치되어 압축실을 형성하고, 압축실을 덮는 피스톤이 실린더 내부를 왕복 운동하도록 구성된다. 즉, 피스톤이 하사점(BDC, Bottom Dead Center)에 위치되도록 이동되면서 밀폐 공간 내의 유체가 압축실로 흡입되고, 상사점(TDC, Top Dead Center)에 위치되도록 이동되면서 압축실의 유체가 압축되어 토출되는 과정이 반복된다.

한편, 리니어 압축기의 동작 시 발생되는 소음을 저감하기 위하여, 특허문헌 1과 같이 머플러 장치가 흡입 측에 장착될 수 있다. 특허문헌 1과 같은 흡입 머플러 장치는 피스톤에 삽입되도록 이루어져, 압축실로 냉매를 전달하는 한편, 냉매 유동이 복잡한 유로 구조를 거치면서 변화됨에 따라 소음이 저감될 수 있다.

다만, 특허문헌 1과 같은 머플러 장치를 통과한 냉매는 압축실 측에 이동된 냉매의 압력이 흡입밸브를 개방하기에 충분하지 않은 수준이 될 수 있다. 또한, 흡입밸브가 개방되어야 하는 시점이 냉매의 압력이 높아지는 시점과 불일치하게 되어 압축실로의 냉매 유입이 원활하지 못하게 될 수 있다. 이에 따라, 냉매의 역류 및 효율 저하 등이 문제될 수 있고, 특히, 압축기의 냉력 증가를 위하여 압축기가 고속 운전되는 경우에 더 큰 문제가 될 수 있다.

이에, 본 발명은 냉매를 전달하고 소음을 저감하는 머플러의 기능을 유지하면서, 원활한 흡입을 위한 냉매의 압력을 충분히 확보할 수 있는 리니어 압축기를 제시하고자 한다.

공개특허공보 KR10-2015-0040027 A (2015.04.14. 공개)

본 발명의 첫 번째 목적은, 머플러를 통과한 유체가 흡입밸브를 개방하기에 충분한 압력을 갖도록 이루어지는 리니어 압축기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 두 번째 목적은, 머플러를 통과하면서 유체의 압력이 점진적으로 증가되어 목표 압력에 효과적으로 도달할 수 있도록 이루어지는 리니어 압축기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 세 번째 목적은, 머플러를 통과한 냉매가 역류되지 않고 압축실로 원활하게 흡입될 수 있도록 이루어지는 리니어 압축기를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 첫 번째 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 리니어 압축기는, 흡입공간을 형성하는 케이싱; 상기 케이싱 내에서 왕복 운동되는 무버를 구비하는 구동 유닛; 및 상기 무버와 연동되어 유체를 압축하는 압축 유닛을 포함하며; 상기 압축 유닛은, 압축실을 형성하는 실린더; 상기 무버에 의해 상기 실린더 내에서 왕복 운동되어 유체를 압축하도록 이루어지는 피스톤; 및 상기 흡입공간으로부터 상기 압축실로 유체를 가이드하고, 유입구의 내경이 상기 압축실을 향하여 개방되는 유출구의 내경보다 작게 형성되는 파이프를 구비하는 머플러를 포함한다. 파이프를 통과하는 냉매는 유입구에서보다 유출구에서 압력이 높게 형성될 수 있다.

본 발명의 두 번째 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 리니어 압축기의 상기 파이프는, 상기 유입구와 유출구를 서로 연결하도록 내경이 증가되면서 연장되는 디퓨저부를 구비한다. 냉매를 디퓨저부를 따라 흐르면서 압력이 점진적으로 증가될 수 있다.

본 발명의 세 번째 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 리니어 압축기의상기 파이프는, 상기 파이프를 둘러싸도록 상기 파이프의 외주면에서 돌출되게 형성되는 적어도 하나 이상의 역류 방지부를 구비한다. 역류 방지부는 파이프의 외주면과 피스톤의 내주면 사이의 공간을 가로막도록 배치될 수 있다.

이상에서 설명한 해결 수단에 의해 구성되는 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.

첫 번째, 본 발명에 따른 리니어 압축기에서, 냉매는 머플러를 구성하는 파이프를 통과하면서 압력이 증가되어 흡입포트로 유입될 수 있다. 흡입포트로 유입되어 흡입밸브를 개방하는 냉매의 압력이 증가됨으로써, 고속 운전 시에도 냉매가 역류되지 않아 압축실로 충분한 양의 냉매가 유입될 수 있게 된다. 따라서, 본 발명의 리니어 압축기는 다양한 운전 조건에서도 냉매의 압축이 원활하고 정확하게 수행될 수 있고, 효율이 향상될 수 있다.

두 번째, 본 발명에 따른 리니어 압축기의 파이프는, 점진적으로 내경이 증가되는 디퓨저부를 구비할 수 있다. 파이프 내를 흐르는 냉매는, 스톨(stall) 현상또는 난류(turbulence) 발생이 최소화되면서 압력이 증대될 수 있다. 특히, 디퓨저부의 경사각의 설계에 따라, 압력이 최대로 증가될 수 있는 최적화된 조건이 조성될 수 있다.

세 번째, 본 발명에서는 파이프의 외주면에 역류 방지부가 형성됨으로써, 압력이 상승된 상태로 유출구에 머무르는 냉매가 파이프의 바깥쪽 공간으로 역류되는 것이 제한될 수 있다. 따라서, 파이프를 통과하면서 압력이 상승된 냉매가 흡입포트를 통과하여 흡입밸브를 개방하는 동작의 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 압축기를 보인 종단면도.
도 2는 도 1에 도시된 영역 A의 확대도.
도 3은 도 1에 도시된 파이프의 사시도.
도 4는 도 1에 도시된 파이프의 다른 예를 보인 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리니어 압축기의 일부를 보인 종단면도.
도 6은 도 5에 도시된 파이프의 다른 예를 보인 도면.

이하, 본 발명에 관련된 리니어 압축기에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

서로 다른 실시예라고 하더라도, 앞선 실시예와 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일·유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 명세서에 개시된 실시예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예들을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 압축기(100)를 보인 종단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 영역 A의 확대도이다. 도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 리니어 압축기(100)는, 케이싱(110), 프레임(120), 구동 유닛(130) 및 압축 유닛(140)을 포함한다.

케이싱(110)은 밀폐된 공간을 형성할 수 있다. 밀폐된 공간은 압축을 위하여 흡입되는 냉매가 채워지는 흡입공간(101)이 될 수 있다. 흡입공간(101)으로 냉매가 흡입되기 위하여, 케이싱(110)에는 흡입구(114)가 형성되어 흡입 배관(SP)이 장착될 수 있다. 또한, 케이싱(110)에는 후술하는 토출공간(102)으로부터 냉매가 외부로 토출되기 위한 토출구(115)가 형성되고, 토출구(115)의 외부에는 토출 배관(DP)이 연결될 수 있다.

아울러, 케이싱(110) 내부에는 구동 유닛(130) 및 압축 유닛(140)을 지지하기 위한 프레임(120)이 형성될 수 있다. 프레임(120)은, 케이싱(110)에 일 단부가 고정되도록 위치되는 지지 스프링(150)의 타 단부에 연결되어 지지될 수 있다. 도시된 것과 같이, 지지 스프링(150)은 판 스프링으로 이루어질 수 있고, 또는 코일 스프링으로 이루어질 수도 있다.

구동 유닛(130)은 본 발명에 따른 리니어 압축기(100)의 왕복 운동을 발생시키는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 구동 유닛(130)은 스테이터(131) 및 무버(132)를 포함할 수 있다. 스테이터(131)는 프레임(120)과 결합될 수 있다. 스테이터(131)는 후술하는 압축 유닛(140)을 둘러싸도록 배치되는 아우터 스테이터(131a)와, 아우터 스테이터(131a)의 내측으로 이격되어 압축 유닛(140)을 둘러싸는 이너 스테이터(131b)를 포함할 수 있다. 아우터 스테이터(131a)와 이너 스테이터(131b) 사이에는 무버(132)가 위치될 수 있다.

한편, 아우터 스테이터(131a)에는 권선코일(133)이 장착될 수 있고, 무버(132)는 영구자석을 구비할 수 있다. 이에 따라 구동 유닛(130)에 전류가 인가되면 권선코일(133)에 의해 스테이터(131)에 자속(flux)이 형성될 수 있다. 전류 인가에 의해 형성되는 자속과 영구자석에 의해 형성되는 자속의 상호 작용에 의해 무버(132)가 움직일 수 있는 힘이 발생될 수 있다.

압축 유닛(140)은 흡입공간(101) 내의 냉매를 흡입하여, 압축 및 토출하도록 이루어진다. 압축 유닛(140)은 이너 스테이터(131b)의 내측으로 케이싱(110)의 중심부에 위치될 수 있고, 실린더(141) 및 피스톤(142)을 포함한다. 실린더(141)는 프레임(120)에 의해 지지되어 압축실(P)을 형성할 수 있다. 실린더(141)는 일 단부가 개방된 원통형으로 이루어질 수 있다. 실린더(141)의 타 단부에는 토출밸브(141a) 및 토출 커버(143)가 장착될 수 있다.

토출밸브(141a)와 토출 커버(143) 사이에는 토출공간(102)이 형성될 수 있다. 즉, 토출밸브(141a)에 의해 압축실(P)과 토출 커버(143)가 서로 분리된 공간을 형성할 수 있다. 본 실시예에서는, 서로 중첩되도록 이루어지는 복수 개의 토출 커버(143)가 복수 개의 토출공간(102)을 형성할 수 있다. 아울러 케이싱(110) 내부에는, 앞서 설명한 토출구(115)와 토출공간(102)을 서로 연통시키도록 연장되는 토출 튜브(144)가 설치될 수 있다.

피스톤(142)은 실린더(141)의 개방된 일 단부에 삽입되어, 압축실(P)을 밀폐하도록 이루어질 수 있다. 피스톤(142)은 앞서 설명한 무버(132)와 연결되도록 이루어져, 무버(132)와 함께 왕복 운동될 수 있다. 무버(132)와 피스톤(142) 사이에는 이너 스테이터(131b) 및 실린더(141)가 위치될 수 있으므로, 무버(132)와 피스톤(142)은 실린더(141) 및 이너 스테이터(131b)를 우회하도록 형성되는 별도의 연결부재(145)에 의해 서로 결합될 수 있다.

피스톤(142)에는 압축실(P)을 밀폐하는 단부를 관통하도록 흡입포트(142a)가 형성된다. 본 실시예에서 피스톤(142)은 그 내부 공간을 통하여 흡입공간(101)의 냉매가 흘러, 흡입포트(142a)를 통과하여 피스톤(142)과 실린더(141) 사이의 압축실(P)로 흡입될 수 있다. 또한, 압축실(P)과 인접한 피스톤(142)의 단부면에는 흡입포트(142a)를 개폐하는 흡입밸브(142b)가 장착될 수 있다. 흡입밸브(142b)는 탄성 변형에 의해 동작될 수 있다. 즉, 흡입밸브(142b)는 흡입포트(142a)를 통과하여 압축실(P) 쪽으로 흐르는 냉매의 압력에 의하여 흡입포트(142a)를 개방하도록 탄성 변형될 수 있다.

아울러, 본 발명에 따른 리니어 압축기(100)는 공진 스프링(160)을 더 포함할 수 있다. 공진 스프링(160)은 무버(132) 및 피스톤(142)의 왕복 운동에 의해 구현되는 진동을 증폭시켜, 냉매의 압축을 효과적으로 수행하도록 도울 수 있다. 예를 들면, 무버(132)와 피스톤(142)을 연결하는 연결부재(145)에는 지지부재(146)가 결합되어 일체로 왕복 운동될 수 있다. 공진 스프링(160)의 일 단부는 지지부재(146)에 연결되고, 공진 스프링(160)의 타 단부는 스테이터(131) 또는 스테이터 커버와 고정되도록 연결될 수 있다. 피스톤(142)이 실린더(141)에 대하여 진동될 때, 공진 스프링(160)은 기설정된 스프링 상수를 갖고 진동하여 압축 유닛(140)의 공진을 구현할 수 있다.

이상에서 설명한 리니어 압축기(100)는 다음과 같이 동작된다.

먼저, 구동 유닛(130)에 전류가 인가되면 스테이터(131)에 자속이 형성될 수 있다. 스테이터(131)에 형성되는 자속에 의해 발생되는 전자기력에 의해, 영구자석을 구비하는 무버(132)가 직선 왕복 운동될 수 있다.

무버(132)의 왕복 운동 시, 무버(132)에 연결되는 피스톤(142)이 왕복 운동될 수 있다. 실린더(141) 내부에서 왕복 운동되는 피스톤(142)은, 압축실(P)의 체적을 증가 및 감소시키는 운동을 반복하게 된다.

피스톤(142)이 압축실(P)의 체적을 증가시키면서 이동될 때, 압축실(P) 내부의 압력은 감소한다. 이에, 피스톤(142)에 장착되는 흡입밸브(142b)가 개방되고, 흡입공간(101)에 머무르던 냉매가 압축실(P)로 흡입될 수 있다. 이러한 흡입 행정은, 피스톤(142)이 압축실(P)의 체적을 최대로 증가시켜 하사점(BDC, Bottom Dead Center)에 위치될 때까지 진행된다.

하사점에 도달한 피스톤(142)은 압축실(P)의 체적을 감소시키면서 압축 행정을 수행한다. 압축 행정은, 피스톤(142)이 압축실(P)의 체적이 최소가 되도록 감소시키는 상사점(TDC, Top Dead Center)까지 이동되는 동안 수행된다. 압축 행정 시에는, 압축실(P) 내부의 압력이 증가되어 흡입된 냉매가 압축될 수 있다. 압축실(P)의 압력이 기설정된 압력에 도달하면, 실린더(141)에 장착되는 토출밸브(141a)가 개방되어 냉매가 토출공간(102)으로 토출된다.

피스톤(142)의 흡입 및 압축 행정이 반복되면서, 흡입구(114)로 유입된 흡입공간(101)의 냉매가 압축실(P)로 흡입되어 압축되고, 토출공간(102), 토출 튜브(144) 및 토출구(115)를 거쳐 압축기의 외부로 토출되는 냉매 흐름이 형성될 수 있다. 피스톤(142)의 왕복 운동 동안, 피스톤(142)의 진동수에 맞추어 공진 스프링(160)이 압축 및 인장되면서 공진 현상을 일으킬 수 있고, 투입되는 전기 에너지 대비 효율적인 압축기 운전이 수행될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 압축기(100)는, 실린더(141)와 스테이터(131)를 포함하는 고정체와, 무버(132)와 피스톤(142)을 포함하는 진동체 사이의 윤활 및 냉각을 위하여 오일이 별도로 사용되지 않는 오일리스(oil-less) 타입일 수 있다. 이러한 오일리스 타입의 리니어 압축기(100)는, 실린더(141)와 피스톤(142) 사이의 마찰면의 윤활 및 냉각을 위하여 가스 베어링이 형성될 수 있다. 즉, 프레임(120)에 형성되는 베어링 통로(121)에 의해, 토출공간(102)으로부터 냉매의 일부가 피스톤(142)의 외주면까지 공급되어 가스 베어링막을 형성할 수 있다.

이상에서는 본 발명에 따른 리니어 압축기(100)의 전체적인 구조 및 동작 과정에 대하여 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따라, 흡입공간(101)으로부터 압축실(P)로 냉매가 유입되는 지점에 위치되는 머플러(170)의 구조 및 기능에 대하여 설명하기로 한다.

도 3은 도 1에 도시된 파이프(173)의 사시도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 리니어 압축기(100)의 압축 유닛(140)은 머플러(170)를 더 포함한다.

머플러(170)는 흡입공간(101)으로부터 압축실(P)로 냉매를 가이드하고, 본 발명의 리니어 압축기(100)의 동작 시 발생되는 소음을 저감하는 기능을 수행한다.

구체적으로, 머플러(170)는 외측 몸체부(171), 내측 몸체부(172) 및 파이프(173)를 구비할 수 있다. 외측 및 내측 몸체부(171, 172)는 흡입공간(101)으로부터 유입되는 냉매 유로에 저항으로 작용되도록 이루어질 수 있다. 피스톤(142)의 일 단부에 압축실(P) 및 토출공간(102)이 형성될 때, 피스톤(142)의 타 단부에 외측 및 내측 몸체부(171, 172)가 위치될 수 있다. 외측 및 내측 몸체부(171, 172)는 냉매가 흡입되어 흐르는 통로를 형성하고, 그 내부 구조에 의해 냉매 유동에 제약을 가하도록 형성될 수 있다.

도시된 것과 같이, 외측 몸체부(171)는 제1 통로(171a)를 구비하고, 내측 몸체부(172)는 제2 통로(172a)를 구비할 수 있다. 그리고, 제1 통로(171a)와 제2 통로(172a) 사이에는 완충 공간이 형성될 수 있다. 외측 몸체부(171)의 제1 통로(171a)로부터 내측 몸체부(172)의 제2 통로(172a)로 냉매가 이동될 때, 제1 통로(171a)와 가까운 제2 통로(172a) 전단부의 직경이 크게 형성되므로 유속이 감소될 수 있다. 또한, 제1 통로(171a)와 제2 통로(172a)의 외주 측에 형성되는 완충 공간에 의해, 유동의 변화에 의한 충격이 완화될 수 있다. 이에 따라, 냉매가 외측 및 내측 몸체부(171, 172)를 통과할 때, 주기적인 유동 변화에 의한 소음이 감소될 수 있다.

아울러, 머플러(170)에 구비되는 파이프(173)는 피스톤(142)의 내부로 삽입되도록 형성될 수 있다. 파이프(173)는 피스톤(142)의 일 단부에서 외측 및 내측 몸체부(171, 172)를 통과한 냉매가 압축실(P)이 형성되는 피스톤(142)의 타 단부까지 이동될 수 있도록 통로를 제공한다. 즉, 제1 및 제2 통로(171a, 172a)의 내부 및 이들을 둘러싸는 소음 공간을 통과한 냉매는, 파이프(173)의 유입구(173a)로 유입되고 유출구(173b)로 흘러나가 압축실(P)로 유입될 수 있다.

다만, 본 발명의 머플러(170)에 구비되는 파이프(173)는, 냉매가 유입되는 유입구(173a)의 내경이 압축실(P)을 향하여 개방되어 냉매가 유출되는 유출구(173b)의 내경보다 작게 형성되는 것을 특징으로 한다. 즉, 도시된 것과 같이, 외측 및 내측 몸체부(171, 172)를 경유하여 흡입공간(101)과 연통되는 유입구(173a)의 내경이, 피스톤(142)의 내부에 삽입되어 압축실(P) 측을 향하는 유출구(173b)의 내경보다 작게 형성될 수 있다.

냉매가 파이프(173)를 통과하는 구간에서, 유출구(173b)의 내경이 유입구(173a)의 내경보다 크게 형성되면, 유출구(173b)에서의 냉매의 유속은 유입구(173a)에서의 냉매의 유속보다 작게 형성될 수 있다. 이때, 유입구(173a)로부터 유출구(173b)까지의 유선(streamline)을 따라 설정한 검사 체적(control volume)에 대하여 베르누이 방정식(Bernoulli equation)을 적용하면, 유출구(173b)에서의 냉매 압력이 유입구(173a)에서의 냉매 압력보다 크게 형성됨을 확인할 수 있다. 베르누이 방정식은 마찰에 의한 손실 등이 없는 이상적인 상황을 가정한 것이지만, 본 발명의 구조에서도 냉매의 유속 및 파이프(173)의 전체 길이 등에 따라 유출구(173b)에서 압력이 증가되는 설계가 도출될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 리니어 압축기(100)는, 압축실(P)로 흡입되는 냉매가 머플러(170)를 통과하면서 소음이 저감됨은 물론, 최종적으로 냉매가 유출되는 머플러(170)의 유출구(173b) 측에서 상대적으로 높은 압력이 확보될 수 있다. 높은 압력을 갖는 냉매는 흡입포트(142a)를 폐쇄하는 흡입밸브(142b)를 정확하게 개방하는 것을 보장할 수 있다. 특히, 압축기의 냉력을 증대시키기 위해 고속으로 피스톤(142)이 진동되는 상황에서도 냉매를 흡입하는 동작의 신뢰성이 보장되고, 압축기의 효율이 향상될 수 있다.

한편, 본 발명의 머플러(170)에서, 파이프(173)의 유입구(173a)로부터 유출구(173b)로 흐르면서 유로 단면적이 이상적으로 확장되기 위하여는, 유로 단면적이 점진적으로 증가되도록 이루어져야 한다.

이를 위하여, 본 실시예의 파이프(173)는 유입구(173a)와 유출구(173b) 사이에 디퓨저부(173c)를 구비하도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 디퓨저부(173c)는 유입구(173a)와 유출구(173b)를 서로 연결하도록 연장되며, 유입구(173a)에서 유출구(173b)로 내경이 점차 증가되도록 이루어질 수 있다. 도시된 것과 같이, 디퓨저부(173c)는 원뿔대 형상의 공간을 형성할 수 있다.

본 실시예에서, 원뿔대 형상의 디퓨저부(173c)의 내주면은 파이프(173)가 연장되는 방향을 기준으로 기설정된 경사각(θ)을 갖도록 이루어질 수 있다. 냉매가 유입구(173a)에서 유출구(173b)로 흐르면서 압력이 증가되는 효과를 얻기 위하여, 기설정된 경사각(θ)은 1도 이상의 값으로 설계될 수 있다. 또한, 바람직하게는 디퓨저부(173c)는, 기설정된 경사각(θ)이 대략 3도의 값을 갖도록 형성될 수 있다.

또는, 디퓨저부(173c)는 파이프(173)가 연장되는 전체 길이와 요구되는 유로 단면적의 확대량을 고려하여 곡면을 갖도록 형성될 수 있다. 도 4는 도 1에 도시된 파이프(173)의 다른 예를 보인 도면이다.

도 4와 같이, 디퓨저부(173c)는 유입구(173a)에서 유출구(173b) 방향으로 기설정된 경사각(θ)이 점차 증가되는 형상으로 이루어질 수 있다. 즉, 디퓨저부(173c)를 형성하는 파이프(173)의 내주면이 볼록한 형상으로 이루어질 수도 있다.

도 1 내지 4에 보인 것과 같이 디퓨저부(173c)가 형성되면, 파이프(173)를 따라 흐르는 냉매는 점진적으로 유로 단면적이 확대되면서 압력이 증가될 수 있다. 따라서, 급격한 내경의 확장에 의해 파이프(173)의 내주면 가까이 흐르는 유동이 내주면에서 이탈되는 스톨(stall) 현상이 억제될 수 있다. 스톨 현상이 발생되면 유로의 단면적이 확대되는 결과를 얻지 못하게 되고, 압력이 증가되는 효과를 얻기 어렵다. 따라서 디퓨저부(173c)가 구비됨으로써, 냉매 유동이 가이드되어 압력이 증가되는 본 발명의 효과가 더욱 안정적으로 달성될 수 있다.

또한, 디퓨저부(173c)는 파이프(173) 내를 흐르는 냉매가 층류(laminar flow)에 가까운 흐름을 형성하도록 유지시킬 수 있다. 급격하게 유로가 확장되는 경우, 냉매 유동은 난류(turbulence)를 형성할 수 있는 가능성이 높아진다. 그리고 난류가 형성되면, 유동의 저항이 증대되어 유동 에너지의 손실을 초래할 수 있게 된다. 따라서 본 발명은, 디퓨저부(173c)에 의해 흡입공간(101)에서 압축실(P)로 흡입되는 유동에서 발생되는 에너지 손실이 감소될 수 있는 효과가 있다.

이상에서는 리니어 압축기(100)의 작동 유체인 냉매가 흡입공간(101)과 압축실(P)을 연결하는 머플러(170)를 통과하면서 압력이 증가되도록 이루어지는 본 발명의 일 실시예에 대해 설명하였다. 이하에서는, 압력이 증가되어 파이프(173)의 유출구(173b)로 이동된 냉매가 흡입포트(142a)로 유입되어 흡입밸브(142b)를 개방하는 동작이 보다 수월하게 이루어질 수 있는 구조에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리니어 압축기의 일부를 보인 종단면도이다. 도 5의 실시예를 참조하면, 본 발명에 따른 머플러(270)의 파이프(273)는, 역류 방지부(274d)를 구비할 수 있다. 역류 방지부(274d)는 파이프(273)의 유출구(273b) 측으로 이동된 냉매가 흡입포트(142a)로 유입되지 않고 반대 방향으로 역류되는 것을 제한하기 위한 구성요소이다.

역류 방지부(274d)는 파이프(273)의 외주면에서 돌출되게 형성되고, 파이프(273)를 원주 방향으로 감싸도록 형성될 수 있다. 도시된 것과 같이, 역류 방지부(274d)는 파이프(273)의 외주면에 연결되는 환형의 플랜지 형상으로 이루어질 수 있고, 적어도 하나 이상이 마련될 수 있다.

한편, 역류 방지부(274d)가 파이프(273)의 반경 방향으로 돌출되는 거리는 흡입포트(142a)의 적어도 일부와 중첩될 수 있는 거리일 수 있다. 즉, 역류 방지부(274d)는, 피스톤(142)의 왕복 방향으로 흡입포트(142a)의 적어도 일부를 오버랩할 수 있도록 이루어질 수 있다. 바람직하게는 역류 방지부(274d)가 흡입포트(142a) 전체를 오버랩할 수 있도록 이루어질 수 있다. 다만, 흡입포트(142a)는 파이프(273)가 삽입되는 내부 공간에서 피스톤(142)의 내주면에 인접하게 형성될 수 있다. 아울러, 파이프(273)는 소음 저감이 일차적인 목적이므로 피스톤(142)의 내주면과 목(neck)을 형성하도록 이격되게 배치되는 것이 요구될 수 있다. 이러한 경우에는, 역류 방지부(274d)는 피스톤(142)의 내주면과는 이격되면서 흡입포트(142a)의 일부를 가릴 수 있도록 돌출될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서는, 파이프(273)의 외주면에 역류 방지부(274d)가 형성됨으로써, 파이프(273)의 유출구(273b)로 흘러나온 압력이 상승된 냉매가 역류되는 것이 제한될 수 있다. 앞서 설명한 것과 같이, 파이프(273)의 외주면과 피스톤(142)의 내주면은 서로 이격되어 기설정된 공간을 형성할 수 있다. 이러한 파이프(273)의 바깥쪽 공간에는 파이프(273)의 유출구(273b)에서 흘러나오는 냉매가 지속적으로 채워쳐 파이프(273)의 유출구(273b)와 동일한 수준의 냉매 압력이 형성될 수 있다. 다만, 냉매는 완벽한 비압축성 유체라고 볼 수 없으므로, 피스톤(142)의 왕복 운동 시에 피스톤(142)의 유출구(273b)를 통과한 냉매가 일부 역류될 가능성이 존재한다. 또한, 압축기의 운전 초기부터 파이프(273)의 바깥쪽 공간의 냉매 압력이 파이프(273)의 유출구(273b) 압력에 도달하는 시점까지는, 냉매의 역류가 발생된다고 볼 수 있다.

따라서, 본 실시예와 같이 역류 방지부(274d)가 형성됨으로써, 파이프(273)를 통과한 냉매는 역류되는 것이 제한되면서 흡입포트(142a)로 원활하게 흘러들어갈 수 있다. 역류 방지부(274d)는 흡입포트(142a)를 통과한 지점에 위치되는 흡입밸브(142b)와 오버랩되도록 후방에 배치됨으로써, 흡입밸브(142b)를 개방하도록 가압 및 이동되는 냉매를 후방에서 지지할 수 있다.

한편, 도 6은 도 5에 도시된 파이프의 다른 예를 보인 도면이다. 도 6에 보인 것과 같이, 역류 방지부(274d)는 파이프(273)의 유출구(273b)를 형성하는 단부에서 돌출되도록 위치될 수 있다.

역류 방지부(274d)는 파이프(273)의 유출구(273b) 측 단부에서 돌출됨으로써 흡입포트(142a)에 가능한 한 근접하게 위치될 수 있다. 이에 의해, 역류 방지부(274d)는 파이프(273)의 유출구(273b) 측 공간에 채워지는 냉매를 흡입포트(142a) 측으로 효과적으로 가이드할 수 있다. 디퓨저부(273c)의 경사각(θ)이 충분히 크게 설계되지 못하는 경우, 파이프(273)의 유출구(273b)가 반경 방향으로 흡입포트(142a)가 위치되는 지점까지 확장되지 못하도록 이루어질 수 있다. 역류 방지부(274d)가 파이프(273)의 유출구(273b) 측 단부에서 파이프(273)의 더 돌출되면, 압력이 상승된 냉매가 흡입포트(142a)가 위치되는 지점까지 가이드될 수 있다. 즉, 파이프(273) 및 역류 방지부(274d)는 냉매의 역류를 제한하면서 냉매를 흡입포트(142a) 측으로 가이드해 줄 수 있다.

이상에서 설명한 실시예들은 소음 저감을 주된 목적으로 하는 머플러(170, 270)의 파이프(173, 273)에 형성되는 냉매의 압력을 증가시킬 수 있는 구조에 관한 것이다. 다만, 본 발명에 따른 리니어 압축기는, 반드시 피스톤(142) 내부를 통과하는 파이프(173, 273)나, 머플러(170, 270)의 일부 구성요소에만 적용될 수 있는 것은 아니다. 즉, 냉매의 압력에 의해 흡입밸브(142b)가 개방됨으로써 냉매가 압축실(P)로 유입되는 구성을 갖는 리니어 압축기의 다양한 흡입 유로 구조에 적용될 수 있다.

구체적으로, 본 발명에 따른 리니어 압축기의 압축 유닛(140)은, 실린더(141)를 구비하고 압축실(P)을 형성하는 고정체와, 피스톤(142)을 구비하고 왕복 운동에 의해 압축실(P)의 체적을 변화시키도록 이루어지는 진동체를 포함할 수 있다. 또한, 압축 유닛(140)은 압축실(P)로 냉매를 가이드하도록 이루어지는 흡입 유로를 더 포함할 수 있다. 여기서, 흡입 유로는 흡입공간(101)으로부터 압축실(P)로 냉매가 흐르는 유로의 단면적이 점진적으로 증가되도록 형성되는 디퓨저부를 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.

디퓨저부를 구비하는 흡입 유로는 소음 저감과는 별개로, 압축실(P)로 가이드되는 냉매의 압력을 증가시키도록 작용하여, 흡입포트(142a)를 개방할 수 있는 충분한 압력을 형성할 수 있고, 역류를 제한할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 리니어 압축기를 실시하기 위한 실시예들에 불과한 것으로서, 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않고, 이하의 청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

100: 리니어 압축기 101: 흡입공간
102: 토출공간 110: 케이싱
114: 흡입구 115: 토출구
120: 프레임 130: 구동 유닛
131: 스테이터 132: 무버
133: 권선코일 140: 압축 유닛
141: 실린더 141a: 토출밸브
142: 피스톤 142a: 흡입포트
142b: 흡입밸브 143: 토출 커버
144: 토출 튜브 145: 연결부재
146: 지지부재 150: 지지 스프링
160: 공진 스프링 170, 270: 머플러
171: 외측 몸체부 172: 내측 몸체부
173, 273: 파이프 173a, 273a: 유입구
173b, 273b: 유출구 173c, 273c: 디퓨저부
274d: 역류 방지부

Claims (8)

1. 흡입공간을 형성하는 케이싱;
   상기 케이싱 내에서 왕복 운동되는 무버와, 상기 무버를 구동하는 스테이터를 구비하는 구동 유닛; 및
   상기 무버와 연동되어 유체를 압축하도록 이루어지는 압축 유닛을 포함하며;
   상기 압축 유닛은,
   상기 케이싱 내부에 위치되어 압축실을 형성하는 실린더;
   상기 무버에 의해 상기 실린더 내에서 왕복 운동되면서 상기 압축실의 체적을 변화시켜 유체를 압축하도록 이루어지는 피스톤; 및
   상기 흡입공간으로부터 상기 압축실로 유체를 가이드하도록 이루어지고, 유입구의 내경이 상기 압축실을 향하도록 개방되는 유출구의 내경보다 작게 형성되는 파이프를 구비하는 머플러를 포함하며,
   상기 파이프는 상기 유출구가 상기 압축실와 인접하게 위치하도록 상기 파이프가 연장되는 방향을 따라 연장되며, 상기 유입구와 상기 유출구를 서로 연결하도록 내경이 연속적으로 증가되면서 연장되는 디퓨저부를 구비하며,
   상기 디퓨저부의 내주면은 상기 파이프가 연장되는 방향을 기준으로 기 설정된 경사각을 이루도록 연장되며,
   상기 기 설정된 경사각은 상기 유입구에서 상기 유출구 방향으로 증가되고,
   상기 파이프는,
   상기 피스톤의 내부에 삽입되고,
   상기 파이프를 둘러싸도록 상기 파이프의 외주면에서 상기 피스톤의 내주면을 향해 돌출되게 형성되는 적어도 하나 이상의 역류 방지부를 구비하며,
   상기 피스톤의 내주면을 향하는 상기 역류 방지부의 단부는 상기 피스톤의 내주면과 소정 거리 이격되도록 구성되는 리니어 압축기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 피스톤은, 상기 압축실과 연통되도록 형성되는 적어도 하나 이상의 흡입포트를 구비하고,
   상기 역류 방지부는 상기 피스톤의 왕복 방향으로 상기 흡입포트의 적어도 일부를 오버랩하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 역류 방지부는 상기 파이프의 유출구를 형성하는 단부에서 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
7. 제1항에 있어서,
   상기 머플러는,
   상기 파이프의 유입구 측 단부에 결합되는 외측 몸체부; 및
   상기 외측 몸체부 내부에 장착되는 내측 몸체부를 구비하고,
   상기 머플러는 상기 파이프가 상기 피스톤 내부에 삽입되도록 위치되어 상기 피스톤과 함께 왕복 운동되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
8. 흡입공간을 형성하는 케이싱;
   상기 케이싱 내에서 왕복 운동을 위한 구동력을 발생시키는 구동 유닛;
   상기 흡입공간의 유체를 흡입, 압축 및 토출하도록 이루어지는 압축 유닛을 포함하며,
   상기 압축 유닛은,
   압축실을 형성하는 고정체;
   상기 구동력을 전달받아 왕복 운동되어 상기 압축실의 체적을 변화시키도록 이루어지는 진동체; 및
   상기 흡입공간으로부터 상기 압축실로 유체를 가이드하도록 형성되고, 가이드되는 유체가 흐르는 유로의 단면적이 점진적으로 증가되도록 이루어지는 디퓨저부를 구비하는 흡입 유로를 포함하며,
   상기 디퓨저부의 내주면은 상기 흡입 유로가 연장되는 방향을 기준으로 기 설정된 경사각을 이루도록 연장되며,
   상기 기 설정된 경사각은 상기 유체가 흐르는 방향으로 증가되고,
   상기 흡입 유로는,
   상기 진동체에 삽입되며,
   상기 흡입 유로를 둘러싸도록 상기 흡입 유로의 외주면에서 상기 진동체의 내주면을 향해 돌출되게 형성되는 적어도 하나 이상의 역류 방지부를 구비하며,
   상기 진동체의 내주면을 향하는 상기 역류 방지부의 단부는 상기 진동체의 내주면과 소정 거리 이격되도록 구성되는 리니어 압축기.

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