KR102229557B1

KR102229557B1 - 압축기

Info

Publication number: KR102229557B1
Application number: KR1020190165442A
Authority: KR
Inventors: 임형준; 박정식
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2019-12-12
Publication date: 2021-03-18
Anticipated expiration: 2039-12-12
Also published as: DE102020213400B4; DE102020213400A1; US11391271B2; US20210180580A1

Abstract

압축기가 개시되며, 본 발명의 일실시예에 따른 압축기는 케이스, 상기 케이스 내부에 배치되는 실린더, 상기 실린더 내부에서 이동되는 피스톤, 상기 피스톤의 타단부에 마련되는 머플러를 포함하고, 상기 머플러는, 외주면과 상기 피스톤의 내주면 사이에 공명영역이 형성되는 유체파이프 및 상기 유체파이프의 외주면에서 상기 피스톤의 내주면까지 돌출되고, 상기 유체파이프의 외주방향을 따라 연장되는 가이드판을 포함하고, 상기 가이드판은 복수개로 마련되어 상기 공명영역에서 상기 유체파이프의 길이방향을 따라 이격 배치되며, 상기 유체파이프의 외주방향을 따라 일부분이 개방되어 개방영역을 형성하고, 상기 유체파이프의 길이방향 기준으로, 어느 하나의 가이드판에 형성되는 상기 개방영역은 이웃하는 가이드판에 의해 가려진다.

Description

압축기 {COMPRESSOR}

본 발명은 압축기에 관한 것으로서, 피스톤의 직선 왕복운동에 의해 유체를 압축하도록 이루어지는 압축기에 관한 것이다.

압축기는 모터, 터빈 등의 동력 발생 장치로부터 동력을 전달받아 공기나 유체 등의 유체를 압축하는 장치이다. 압축기는 산업 전반이나 가전 제품 등에 널리 적용되고 있다.

압축기는 밀폐 공간을 형성하는 케이스 내부에 실린더가 위치되어 압축실을 형성하고, 피스톤이 실린더 내부를 왕복 운동하도록 구성될 수 있다.

이 경우, 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, 관련문헌 KR 10-2019-0031048 A1에는 실린더와 피스톤이 구비되는 압축기가 개시되어 있다. 구체적으로, 상기 압축기는 피스톤에 머플러가 결합되고, 머플러를 통해 피스톤 내부에 유체를 공급한다.

다만, 압축기는 작동과정에서 발생되는 진동이나 소음이 발생될 수 있고, 상기 진동 및 소음을 저감시키기 위해서 공명기 등을 내부에 설치하거나 공명이 유도되는 공간을 설정할 수 있는데, KR 10-2019-0031048 A1에 개시된 압축기는 케이스 또는 피스톤 내부의 제한된 공간에서 진동이나 소음을 적절히 저감하는 데에 불리할 수 있다.

따라서, 제한된 공간을 활용하여 압축기의 작동 과정에서 발생될 수 있는 진동이나 소음을 효과적으로 저감시킬 수 있는 압축기를 개발하는 것은 중요한 과제가 된다.

본 발명의 실시예들은 유체의 압축 과정에서 발생될 수 있는 진동 및 소음을 효과적으로 저감시킬 수 있는 압축기를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시예들은 소음전달경로를 조절하여 저감시키고자 하는 진동 및 소음의 타겟주파수를 효과적으로 조절할 수 있는 압축기를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에서 압축기의 머플러는 압축실로 유체를 전달하는 과정에서 유체가 복잡한 유로 구조를 거치게 하여 소음을 저감시킬 수 있다.

상기 머플러는 피스톤 내에 삽입되는 유체파이프와, 상기 유체파이프에 연결되는 외측 몸체부와 내측 몸체부를 포함할 수 있다. 머플러는 유로 주변에 형성되는 공간, 즉 공동(Cavity)의 공명현상을 활용하여 소음을 저감할 수 있다.

압축기의 머플러는 유체파이프와 피스톤 사이에 형성되는 측지 공명기(Side branch resonator)의 공명 특성을 활용할 수 있으며, 유체파이프의 길이가 충분히 길지 않을 경우 저주파 소음 저감에 불리할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 좁은 공간에서도 저주파 소음을 줄일 수 있는 머플러 구조를 제시할 수 있다. 예컨대, 유체파이프 외측의 돌기를 비대칭으로 설계하여 유체파이프와 피스톤 사이에 지그재그 형태의 유로를 구성할 수 있다.

이에 따라, 유체파이프 주변의 측지공명기의 유로가 지그재그 형태를 가지면 음향학적 유효 길이가 증가하여 상기 측지공명기의 타겟주파수가 더욱 낮아질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 유체파이프 외측에 일부분만 뚫려있는 격벽, 즉 가이드판이 돌출되어 있어 피스톤과 유체파이프 사이의 공동형 공간이 지그재그 형태로 연결되도록 하여 측지 공명기의 유효 길이를 늘릴 수 있다.

측지공명기 공명주파수의 계산식은 F=C/4L 이며, 여기에서 L이 늘어나게 되는 효과이므로 저주파 소음 저감에 효과적일 수 있다.

유체파이프 외측의 격벽은 공동의 유효길이를 늘리는 역할을 하여야 하므로, 실린더 내벽에 접촉되어 격벽 전후 공간을 분리하게 된다. 이 때, 격벽이 변형되며 삽입될 수 있도록 격벽의 단부를 테이퍼 형상으로 설계하여 치수 공차를 무시할 수 있도록 할 수 있다.

위와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기는 유체가 흡입되는 흡입관을 포함하는 케이스, 상기 케이스 내부에 배치되는 실린더, 상기 실린더 내부에서 이동되고, 일단부와 상기 실린더 사이에 압축실이 형성되며, 내부에는 유체가 머무르는 유체공간이 형성되고, 상기 유체공간의 유체를 상기 압축실로 제공하는 유체제공홀이 상기 일단부에 형성되는 피스톤, 상기 피스톤의 타단부에 마련되고, 유입홀을 통해 상기 피스톤 외부로부터 유체가 유입되어 토출홀을 통해 상기 유체공간으로 유체가 토출되는 머플러를 포함한다.

또한, 상기 머플러는, 상기 유체공간 내부에서 상기 피스톤의 길이방향으로 연장되고 단부에 상기 토출홀이 위치되며, 외주면과 상기 피스톤의 내주면 사이에 공명영역이 형성되는 유체파이프 및 상기 유체파이프의 외주면에서 상기 피스톤의 내주면까지 돌출되고, 상기 유체파이프의 외주방향을 따라 연장되는 가이드판을 포함한다.

한편, 상기 가이드판은 복수개로 마련되어 상기 공명영역에서 상기 유체파이프의 길이방향을 따라 이격 배치되고, 상기 유체파이프의 외주방향을 따라 일부분이 개방되어 개방영역을 형성하며, 상기 유체파이프의 길이방향 기준으로, 어느 하나의 가이드판에 형성되는 상기 개방영역은 이웃하는 가이드판에 의해 가려질 수 있다.

상기 피스톤의 상기 일단부에 배치되고, 상기 유체제공홀을 개폐하는 밸브부재를 더 포함할 수 있다. 상기 밸브부재는 상기 유체공간의 압력이 상기 압축실의 압력보다 기준압력 이상 높은 경우 탄성 변형되어 상기 유체제공홀을 개방시킬 수 있다.

상기 실린더의 외측면과 상기 케이스의 내측면 사이에 배치되고, 권선코일을 포함하며, 상기 권선코일의 전자기력으로 상기 피스톤을 직선 이동시키는 구동부를 더 포함할 수 있다.

상기 유체파이프의 길이방향에서 바라볼 때, 상기 가이드판은 원호 형태로 연장되며 상기 유체파이프의 외주면 중 일부를 감싸고, 상기 유체파이프의 상기 외주면 중 나머지는 개방영역을 이루도록 마련될 수 있다.

상기 유체파이프의 길이방향에서 바라볼 때 상기 가이드판은 반원호 형태로 연장되어 상기 유체파이프의 상기 외주면 중 절반을 감싸도록 마련될 수 있다.

상기 유체파이프의 길이방향에서 바라볼 때, 상기 복수의 가이드판 중 어느 하나의 가이드판의 개방영역은 이웃하는 가이드판의 개방영역과 상기 유체파이프를 기준으로 서로 반대측에 위치될 수 있다.

상기 가이드판은 상기 피스톤의 내측면에 접촉되는 단부가 휘어진 형태로 마련될 수 있고, 상기 가이드판은 상기 단부가 상기 압축실로부터 멀어지는 방향으로 휘어진 형태를 가질 수 있다.

상기 유체파이프는 길이방향을 따라 적어도 일부분이 상기 토출홀을 향할수록 직경이 증가되며, 상기 복수의 가이드판은 상기 토출홀에 가까울수록 돌출된 길이가 감소될 수 있다.

상기 유체파이프는 상기 피스톤의 상기 타단부로부터 상기 피스톤의 상기 일단부를 향해 연장될 수 있다.

상기 흡입관을 통해 유입되는 유체는 상기 케이스 내부에 충전되고, 상기 머플러는 상기 피스톤의 이동에 의해 상기 케이스 내부의 유체가 상기 유입홀로 유입되도록, 상기 유입홀이 상기 압축실의 반대측 단부에 위치될 수 있다.

상기 머플러는 상기 유입홀 및 상기 유체파이프 사이에 복수의 완충공간을 가지며, 상기 복수의 완충공간은 상기 피스톤의 길이방향을 따라 정렬되고 상기 유입홀을 통해 유입된 유체가 순차적으로 전달될 수 있다.

상기 흡입관, 상기 유입홀, 상기 연통홀 및 상기 유체파이프는 상기 피스톤의 길이방향을 따라 일직선상에 배치될 수 있다.

상기 복수의 완충공간은 서로를 구획하는 격벽에 형성된 연통홀을 통해 유체가 전달되며, 상기 유체파이프의 길이방향을 기준으로 상기 유입홀 및 상기 연통홀보다 큰 단면적을 가질 수 있다.

본 발명의 실시예들은 유체의 압축 과정에서 발생될 수 있는 진동 및 소음을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들은 소음전달경로를 조절하여 저감시키고자 하는 진동 및 소음의 타겟주파수를 효과적으로 조절할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 내부를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에서 A영역을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기에서 머플러의 유체파이프를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기에서 유체파이프 가이드판 및 개방영역을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기에서 가이드판의 단부가 휘어진 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기에서 개방영역 형성에 따른 공명주파수의 변화를 나타낸 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 명세서에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.

또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기(100)의 종단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 영역 A의 확대도이다.

본 발명의 일 실시예는 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 유체가 흡입되는 흡입관(SP)을 포함하는 케이스(110), 상기 케이스(110) 내부에 배치되는 실린더(141), 상기 실린더(141) 내부에서 이동되고, 일단부와 상기 실린더(141) 사이에 압축실(P)이 형성되며, 내부에는 유체가 머무르는 유체공간(149)이 형성되고, 상기 유체공간(149)의 유체를 상기 압축실(P)로 제공하는 유체제공홀(142a)이 상기 일단부에 형성되는 피스톤(142), 상기 피스톤(142)의 타단부에 마련되고, 유입홀(171a)을 통해 상기 피스톤(142) 외부로부터 유체가 유입되어 토출홀(173b)을 통해 상기 유체공간(149)으로 유체가 토출되는 머플러(170)를 포함한다.

상기 머플러(170)는 상기 유체공간(149) 내부에서 상기 피스톤(142)의 길이방향으로 연장되고 단부에 상기 토출홀(173b)이 위치되며, 외주면과 상기 피스톤(142)의 내주면 사이에 공명영역(195)이 형성되는 유체파이프(173) 및 상기 유체파이프(173)의 외주면에서 상기 피스톤(142)의 내주면까지 돌출되고, 상기 유체파이프(173)의 외주방향을 따라 연장되는 가이드판(190)을 포함한다.

상기 가이드판(190)은 복수개로 마련되어 상기 공명영역(195)에서 상기 유체파이프(173)의 길이방향을 따라 이격 배치되고, 상기 유체파이프(173)의 외주방향을 따라 일부분이 개방되어 개방영역(191)을 형성하며, 상기 유체파이프(173)의 길이방향 기준으로, 어느 하나의 가이드판(190)에 형성되는 상기 개방영역(191)은 이웃하는 가이드판(190)에 의해 가려진다.

도 1과 같이 케이스(110)는 내부에 밀폐된 공간이 형성될 수 있다. 밀폐된 공간은 압축을 위하여 흡입되는 유체가 채워지는 흡입공간(101)에 해당될 수 있다.

본 발명에서 유체는 기체 및 액체일 수 있다. 예컨대, 유체는 냉장고 또는 에어컨 등에서 온도 조절을 위한 냉매일 수 있다.

케이스(110)는 유체가 유동하는 흡입관(SP)를 포함하고, 상기 흡입관(SP)이 연결되는 흡입구(114)가 형성될 수 있다. 또한, 케이스(110)에는 후술하는 토출공간(102)으로부터 유체가 외부로 토출되기 위한 배출구(115)가 형성되고, 배출구(115)의 외부에는 토출관(DP)이 연결될 수 있다.

케이스(110) 내부에는 구동부(130) 및 압축유닛(140)이 구비될 수 있고, 상기 구동부(130) 및 압축유닛 등을 지지하기 위한 프레임(120)이 마련될 수 있다. 프레임(120)은 케이스(110)에 일단부가 고정되도록 위치되는 지지 스프링(150)의 타단부에 연결되어 지지될 수 있다. 도시된 것과 같이, 지지 스프링(150)은 판 스프링으로 이루어질 수 있고, 또는 코일 스프링으로 이루어질 수도 있다.

도 1에는 프레임(120)과 구동부(130) 및 압축유닛이 별개 구성으로 구비된 모습이 도시되어 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 프레임(120)은 구동부(130)와 일체로 마련되거나 압축유닛과 일체로 마련될 수도 있다.

구동부(130)는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기(100)의 왕복운동을 발생시키는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 구동부(130)는 후술하는 피스톤(142)의 왕복운동을 위한 동력을 상기 피스톤(142)에 전달한다.

구동부(130)는 다양한 종류일 수 있다. 예컨대 크랭크축 또는 캠축을 포함하여 피스톤(142)을 직선 이동시키거나, 솔레노이드 타입으로 구비되어 전자기력을 이용하는 것일 수도 있다.

다만, 설명의 편의를 위해, 본 발명의 일 실시예는 이하 도 1에 도시된 바와 같이 구동부(130)가 스테이터(131) 및 무버(132)를 포함하는 리니어 압축기를 기준으로 설명한다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 구동부(130)는 스테이터(131) 및 무버(132)를 포함할 수 있다. 스테이터(131)는 프레임(120)과 결합될 수 있다. 스테이터(131)는 후술하는 압축유닛(140)을 둘러싸도록 배치되는 아우터 스테이터(131a)와, 아우터 스테이터(131a)의 내측으로 이격되어 압축유닛(140)을 둘러싸는 이너 스테이터(131b)를 포함할 수 있다.

아우터 스테이터(131a)와 이너 스테이터(131b) 사이에는 무버(132)가 위치될 수 있다. 아우터 스테이터(131a)에는 권선코일(133)이 장착될 수 있고, 무버(132)는 영구자석을 포함할 수 있다.

구동부(130)에 전류가 인가되면 권선코일(133)에 의해 스테이터(131)에 전자기장, 즉 자속(flux)이 형성될 수 있다. 전류 인가에 의해 형성되는 자속과 영구자석에 의해 형성되는 자속의 상호 작용에 의해 무버(132)에 이동력이 생길 수 있다.

압축유닛(140)은 흡입공간(101) 내의 유체를 흡입하여 압축 및 토출할 수있다. 압축유닛(140)은 이너 스테이터(131b)의 내측으로 케이스(110)의 중심부에 위치될 수 있고, 실린더(141) 및 피스톤(142)을 포함한다.

실린더(141)는 케이스(110) 내부에 배치되고, 프레임(120)에 의해 지지될 수 있다. 실린더(141)의 내부에는 압축실(P)이 형성될 수 있으며, 실린더(141)는 일측이 개방된 원통형으로 마련될 수 있다.

실린더(141)의 타측에는 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.

실린더(141)의 압축실(P)에서 압축된 유체는 상기 토출공간(102)으로 유입되어 케이스(110)의 외부로 전달될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 서로 중첩되도록 이루어지는 복수 개의 토출 커버(143)가 복수 개의 토출공간(102)을 형성할 수 있다. 아울러 케이스(110) 내부에는, 앞서 설명한 배출구(115)와 토출공간(102)을 서로 연통시키도록 연장되는 토출 튜브(144)가 설치될 수 있다.

피스톤(142)은 실린더(141)의 개방된 일측을 통해 실린더(141)의 내부로 삽입될 수 있고, 피스톤(142)에 의해 압축실(P)이 밀폐될 수 있다. 피스톤(142)은 앞서 설명한 무버(132)와 연결될 수 있다.

따라서, 스테이터(131)에 자속이 형성되면 피스톤(142)은 무버(132)와 함께 이동될 수 있다. 즉, 피스톤(142)은 구동부(130)의 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.

다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 연결부재(145)는 피스톤(142) 등과 일체로 마련될 수 있고, 연결부재(145)와 무버(132)가 일체로 형성될 수 있다.

실린더(141)에 삽입되는 피스톤(142)의 일단부와 실린더(141) 사이에 압축실(P)이 위치될 수있다. 피스톤(142)은 압축실(P)을 밀폐하는 일단부를 관통하도록 유체제공홀(142a)이 형성된다.

본 실시예에서 피스톤(142)은 내부에 유체공간(149)이 형성된다. 케이스(110)의 흡입공간(101)의 유체가 피스톤(142)의 유체공간(149)으로 유입되고, 유체공간(149)의 유체가 유체제공홀(142a)를 통과하여 피스톤(142)과 실린더(141) 사이의 압축실(P)로 흡입될 수 있다.

또한, 피스톤(142)의 일단부의 단면에는 유체제공홀(142a)을 개폐하는 밸브부재(142b)가 장착될 수 있다. 밸브부재(142b)는 다양한 종류로 마련될 수 있으며, 후술하는 바와 같이 탄성 변형에 의해 동작될 수도 있다. 즉, 밸브부재(142b)는 유체제공홀(142a)를 통과하여 압축실(P) 쪽으로 흐르는 유체의 압력에 의하여 유체제공홀(142a)을 개방하도록 탄성 변형될 수 있다.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 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, 유체의 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 일단부는 지지부재(146)에 연결되고, 공진 스프링(160)의 타단부는 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.

도 1을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기(100)의 작동 방식을설명하면 다음과 같다.

먼저, 구동부(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 직선 이동, 즉 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 밸브부재(142b)가 개방되고, 흡입공간(101)에 머무르던 유체가 압축실(P)로 흡입될 수 있다.

즉, 밸브부재(142b)는 압축실(P)의 압력이 감소하여 유체공간(149)의 압력이 압축실(P) 압력보다 기준압력 이상으로 높은 상황이 되면, 상기 압력차에 의해 탄성 변형되면서 유체제공홀(142a)을 개방시킬 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 유체가 압축될 수 있다. 압축실(P)의 압력이 기설정된 압력에 도달하면, 실린더(141)에 장착되는 토출밸브(141a)가 개방되어 유체가 토출공간(102)으로 토출된다.

피스톤(142)의 흡입 및 압축 행정이 반복되면서, 흡입공간(101)의 유체가 피스톤(142)의 유체공간(149)을 거쳐 압축실(P)로 흡입되어 압축되고, 토출공간(102), 토출 튜브(144) 및 배출구(115)를 거쳐 압축기(100)의 외부로 토출되는 유체 흐름이 형성될 수 있다.

피스톤(142)의 왕복 운동 과정에서, 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 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 유체의 일부가 피스톤(142)의 외주면까지 공급되어 가스 베어링막을 형성할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축유닛(140)은 피스톤(142)에 마련되는 머플러(170)를 더 포함할 수 있다. 도 1 및 2에는 피스톤(142)에 결합되는 머플러(170)가 도시되어 있다.

머플러(170)는 흡입공간(101)으로부터 피스톤(142)의 유체공간(149)으로 유체를 전달하고, 압축기(100)의 동작 시 발생될 수 있는 진동이나 소음을 저감시킬 수 있다.

머플러(170)는 유체파이프(173)와 가이드판(190)을 포함할 수 있다. 한편, 후술할 내용과 같이 머플러(170)는 외측 몸체부(171), 내측 몸체부(172)를 더 포함할 수 있다. 피스톤(142)의 일단부는 압축실(P)을 마주하며 유체제공홀(142a)이 형성되고, 피스톤(142)의 타단부는 개방되며, 상기 개방된 타단부에 머플러(170)가 결합될 수 있다.

머플러(170)는 피스톤(142)의 타단부에 결합되는 결합부(179)를 더 포함할 수 있고, 결합부(179)는 피스톤(142)의 개방면을 밀폐하도록 피스톤(142)에 결합될 수 있다. 결합부(179)에서 에서 피스톤(142)의 유체공간(149)을 향하는 일면에는 유체파이프(173)가 위치될 수 있으며, 상기 일면의 반대측에 위치되는 타면에는 외측 및 내측 몸체부(171, 172)가 위치될 수 있다.

머플러(170)는 유입홀(171a)을 통해 피스톤(142) 외부, 즉 흡입공간(101)으로부터 유체가 유입될 수 있다. 머플러(170)로 유입되는 유체는 머플러(170)를 경유하여 머플러(170)의 토출홀(173b)을 통해 피스톤(142)의 유체공간(149)으로 유동된다.

도 2에는 피스톤(142)의 개방된 타단부에 결합된 머플러(170)가 도시되어 있고, 머플러(170)를 통해 피스톤(142)의 유체공간(149)으로 전달되는 유체의 흐름이 화살표로 표시되어 있다.

머플러(170)의 유체파이프(173)는 피스톤(142) 내부에서 피스톤(142)의 길이방향을 따라 연장된 형상을 가진다. 본 발명에서 피스톤(142)의 길이방향, 실린더(141)의 길이방향, 유체파이프(173)의 길이방향 및 피스톤(142)의 운동방향은 모두 동일한 것을 이해될 수 있다.

도 2를 참고하면, 유체파이프(173)는 피스톤(142)에 결합되는 결합부(179)로부터 연장될 수 있고, 연장된 단부에는 머플러(170)의 토출홀(173b)이 형성된다. 즉, 머플러(170)를 경유하는 유체는 유체파이프(173)의 단부에 위치된 토출홀(173b)을 통해 유체공간(149)으로 토출된다.

유체파이프(173)는 외주면과 피스톤(142)의 내주면 사이가 이격되며, 이에 따라 유체파이프(173)의 외주면과 피스톤(142)의 내주면 사이에는 공명영역(195)이 형성될 수 있다. 도 2에는 유체공간(149)의 일부에 해당되는 공명영역(195)이 표시되어 있다.

공명영역(195)은 유체공간(149)의 진동이나 소음을 저감시킬 수 있다. 구체적으로, 유체공간(149) 내에서 유체는 유체파이프(173)의 토출홀(173b)로부터 피스톤(142)의 유체제공홀(142a)을 향해 유동되고, 이러한 유동경로는 소음 및 진동의 전달경로가 될 수 있다.

이 경우, 유체공간(149)의 일부이면서 상기 소음 및 진동의 전달경로를 벗어나는 상기 공명영역(195)은 측지공명기와 같은 역할을 수행할 수 있다. 예컨대, 유체공간(149)에서 발생되는 소음 및 진동은 공명영역(195)으로 전달되어 저감될 수 있다.

한편, 도 2본 발명의 일 실시예에서 머플러(170)의 가이드판(190)은 유체파이프(173)의 외주면으로부터 돌출된 형상으로 마련될 수 있다. 유체파이프(173)의 외주면으로부터 돌출된 가이드판(190)의 끝단은 피스톤(142)의 내주면에 닿을 수 있다.

또한, 가이드판(190)은 환형의 림 또는 플랜지 형상일 수 있고, 유체파이프(173)의 외주방향을 따라 연장될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에서 원형 단면의 유체파이프(173) 외주면에는 C 형태의 가이드판(190)이 구비될 수 있다.

가이드판(190)의 소재는 다양할 수 있다. 예컨대, 가이드판(190)은 유체파이프(173)와 동일한 소재로 마련되어 유체파이프(173)와 일체로 성형될 수 있다. 또는, 가이드판(190)은 유체파이프(173)와 별개 소재로 제작되어 상기 유체파이프(173) 외주면에 결합될 수도 있다.

한편, 가이드판(190)은 유체파이프(173)의 외주면 전체를 감싸지 않도록 마련된다. 즉, 가이드판(190)은 유체파이프(173)의 외주방향을 따라 연장되되, 일부분은 개방되어 개방영역(191)을 형성한다.

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따라 개방영역(191)을 가지는 가이드판(190)이 도시되어 있으며, 도 4에는 유체파이프(173)의 길이방향에서 바라본 가이드판(190) 및 개방영역(191)이 도시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 유체공간(149)은 가이드판(190)에 의해 가이드판(190)의 양측으로 구획되며, 다만 해당 가이드판(190)의 개방영역(191)을 통해서 상호 연통될 수 있다.

한 편, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에서 상기 가이드판(190)은 복수개로 구비될 수 있고, 복수의 가이드판(190)은 유체파이프(173)의 길이방향을 따라 이격 배치될 수 있다. 복수의 가이드판(190)은 각각 개방영역(191)이 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 복수의 가이드판(190) 중 어느 하나의 가이드판(190)은 그 개방영역(191)이 이웃하는 가이드판(190)에 의해 가려진다. 즉, 피스톤(142)의 길이방향에서 바라볼 때, 복수의 개방영역(191)이 중첩되는 영역은 존재하지 않게 된다.

본 발명의 일 실시예는 가이드판(190) 및 개방영역(191)에 의해, 유체파이프(173)와 피스톤(142) 사이의 공명영역(195)이 가지는 공명주파수가 감소될 수 있다. 상기 공명영역(195)을 포함하는 유체공간(149)에는 밸브부재(142b)의 변형 또는 충격, 기타 외부로부터 전달되는 다양한 소음 및 진동이 존재할 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명의 공명영역(195)은 유체공간(149)의 일부이며 측지공명기로서 기능할 수 있는데, 측지공명기의 공명주파수 계산식은 F=C/4L 이다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서 공명영역(195)은 공명주파수가 그 길이에 반비례한다.

한편, 공명영역(195)에서 소음 또는 진동의 전달은 가이드판(190)의 우회하여 개방영역(191)을 통해 주로 이루어지며, 본 발명은 피스톤(142) 내부의 공명영역(195)에 복수의 가이드판(190)이 배치되고 상기 가이드판(190) 각각의 개방영역(191)은 피스톤(142)의 길이방향으로 중첩되지 않도록 위치되므로, 결국 공명영역(195)에서 소음 또는 진동의 전달경로가 증가될 수 있다. 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따라 2개의 가이드판(190)에 의해 길이가 증가되는 소음 전달경로가 개략적으로 표시되어 있다.

상기 공명영역(195)의 소음 또는 진동 전달경로가 증가됨에 따라 공명영역(195)의 공명주파수가 낮아지고, 이에 따라 피스톤(142) 내부에서 저주파수 영역의 소음 또는 진동의 저감 효과가 증가될 수 있다.

나아가, 본 발명의 일 실시예는 가이드판(190)의 개수나 개방영역(191)들의 위치관계 등에 따라 상기 소음 전달경로의 길이가 다양하게 조절될 수 있으며, 따라서 피스톤(142) 내부의 제한된 공간에서 공명주파수를 적절한 조절하고 소음 저감 효과를 증가시킬 수 있게 된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에서 가이드판(190)의 개방영역(191)에 따른 공명주파수의 변화를 나타낸 그래프이다. 개방영역(191)을 형성하기 전의 소음 저감 결과가 점선으로 표시되어 있고, 개방영역(191)을 형성한 경우의 소음 저감 결과가 실선으로 표시되어 있다. 도 6의 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 소음 감소량이다.

도 6에서 실선 및 점선 그래프 중 가장 높은 소음 감소량을 가지는 주파수를 공명주파수로 이해할 수 있다. 개방영역(191)의 유무에 따른 공명주파수 변화를 살펴보면, 개방영역(191)이 형성되지 않은 점선 그래프의 공명주파수보다 개방영역(191)이 형성된 실선 그래프의 공명주파수가 더 낮은 값을 가지는 것을 확인할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예는 개방영역(191)을 형성함에 따라 동일한 체적의 공명영역(195)에서 더 낮은 공명주파수를 가질 수 있고, 이러한 공명주파수의 조절은 필요에 따라 다양하게 이루어질 수 있으며, 따라서 동일 체적에서도 저주파수 영역의 소음을 저감시킬 수 있게 된다.

한편, 본 발명에서 가이드판(190)의 단면 형상이나 개방영역(191)의 단면 형상은 다양할 수 있다. 도 3 및 4에는 본 발명의 일 실시예에 따라 대략 원호 형상 또는 C형상의 가이드판(190) 및 나머지 부분을 이루는 개방영역(191)이 도시되어 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 가이드판(190)은 유체파이프(173)의 둘레 전체를 따라 연장되고, 일부 위치에 홀이 형성되어 상기 홀이 개방영역(191)을 이룰수도 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예는 전술한 바와 같이 밸브부재(142b)를 더 포함할 수있고, 밸브부재(142b)는 상기 피스톤(142)의 상기 일단부에 배치되고, 상기 유체제공홀(142a)을 개폐할 수 있다.

피스톤(142)의 일단부에 밸브부재(142b)가 구비된 경우에는 상기 밸브부재(142b)의 작동에 따라 충격음 등이 발생될 수 있으며, 상기 충격음은 유체공간(149)을 통해 외부로 전달될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 유체공간(149)의 공명영역(195)에서 개방영역(191)을 가지는 복수의 가이드판(190)을 이용하여 소음 전달경로를 효과적으로 증가시킴으로써, 상기 밸브부재(142b)가 피스톤(142)에 구비되는 경우에도 소음을 효과적으로 감소시킬 수 있고, 공명주파수를 원하는 저주파수 영역으로 조절할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서 상기 밸브부재(142b)는 상기 유체공간(149)의 압력이 상기 압축실(P)의 압력보다 기준압력 이상 높은 경우 탄성 변형되어 상기 유체제공홀(142a)을 개방시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서 상기 밸브부재(142b)는 피스톤(142)에서 유체제공홀(142a)이 형성되는 일단부에 배치되는 밸브판일 수 있다. 탄성 변형이 가능한 판상의 밸브부재(142b)는 압축실(P)의 압력 변화에 따라 피스톤(142)의 일단부에 면착되거나 이격되도록 변형될 수 있는데, 밸브부재(142b)의 변형 상황에서 따라서 피스톤(142) 일단부와의 충격이 발생될 수 있고, 이에 따라 소음이 발생될 수 있다.

본 발명은 기계적으로 간단하고 효과적인 판스프링 형태의 밸브부재(142b)를 이용하더라도, 전달경로를 증가시킨 공명영역(195)에 의해 유체공간(149)상의 소음이 효과적으로 저감될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예는 전술한 바와 같이 상기 실린더(141)의 외측면과 상기 케이스(110)의 내측면 사이에 배치되고, 권선코일(133)을 포함하며, 상기 권선코일(133)의 전자기력으로 상기 피스톤(142)을 직선 이동시키는 구동부(130)를 더 포함할 수 있다.

권선코일(133)은 스테이터(131)에 감겨질 수 있고, 스테이터(131)에 전력이 제공되면 자속이 형성되며, 스테이터(131)의 자속과 무버(132)의 자속간의 상호 작용에 의해 이동력이 발생되고, 상기 무버(132)와 연결부재(145) 등을 통해 결합관계를 가지는 피스톤(142)은 상기 무버(132)와 함께 이동될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 구동부(130)가 권선코일(133)을 포함하는 스테이터(131) 및 무버(132)를 포함함으로써, 회전운동을 직선운동으로 전환하지 않고 직선 운동만이 이루어지는 리니어 압축기일 수 있다.

리니어 압축기는 구성간의 충격 발생 개소가 타 압축기 방식에 비해 적고, 이에 따라 소음을 감소시키는 데에 효과적일 수 있다.

한편, 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예는 상기 가이드판(190)이 원호 형태로 연장되며 상기 유체파이프(173)의 외주면 중 일부를 감싸고, 상기 유체파이프(173)의 상기 외주면 중 나머지는 개방영역을 이룰 수 있다.

도 3에는 유체파이프(173)의 둘레 일부를 감싸도록 연장되는 원호 형태 또는 C형태의 가이드판(190)이 도시되어 있으며, 유체파이프(173)의 둘레에서 상기 가이드판(190)이 존재하지 않는 개방영역(191)이 도시되어 있다. 또한, 상기 가이드판(190) 및 개방영역(191)을 상기 유체파이프(173)의 길이방향에서 바라본 모습이 도 4에 도시되어 있다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에서 상기 가이드판(190)은 상기 유체파이프(173)의 길이방향에서 바라볼 때 반원호 형태로 연장되어 상기 유체파이프(173)의 상기 외주면 중 절반을 감싸도록 마련될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 복수의 가이드판(190)에 형성되는 복수의 개방영역(191)이 유체파이프(173)의 길이방향에서 바라볼 때 서로 중첩되지 않아야 한다. 도 4를 참고하면, 가이드판(190)은 유체파이프(173)의 길이방향 중심축(C)을 기준으로 개방영역(191)을 마주하는 양단부가 이루는 각도(M)가 180°이상일 수 있다.

마찬가지로, 도 4를 참고하면 개방영역(191)에서 가이드판(190)과 접하는 양단부가 유체파이프(173)의 중심축(C)을 기준으로 이루는 각도(N)는 180°미만일 수 있다.

한편, 개방영역(191)이 이루는 각도(N)가 지나치게 작은 경우는 피스톤(142)의 직선 왕복운동에서 유체의 유동 제한이 과도하게 되고, 피스톤(142)의 운동을 방해할 수 있어 불리할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예는 유체파이프(173)의 길이방향에서 바라본 단면상에서, 가이드판(190)이 유체파이프(173) 둘레의 절반을 감싸고, 상기 둘레의 나머지 절반은 개방영역(191)이 형성되도록 하여, 유체 유동 저항을 최소화하면서 공명영역(195)에서 소음이 직선으로 전달되는 것은 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예는 상기 유체파이프(173)의 길이방향에서 바라볼 때, 상기 복수의 가이드판(190) 중 어느 하나의 가이드판(190)의 개방영역(191)이 이웃하는 가이드판(190)의 개방영역(191)과 상기 유체파이프(173)를 기준으로 서로 반대측에 위치될 수 있다.

도 2 및 3에는 유체파이프(173)의 길이방향 중심축(C)을 기준으로 이웃하는 가이드판(190)의 개방영역(191)이 서로 반대측에 위치된 모습이 도시되어 있다. 개방영역(191)의 위치는 유체파이프(173)의 외주방향에 대한 위치를 의미할 수 있다.

또한, 개방영역(191)의 위치를 정의함에 있어서는 유체파이프(173)의 외주방향 기준으로 개방영역(191)의 중앙의 위치로 정의될 수 있다. 예컨대, 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 개방영역(191)이 유체파이프(173)의 중심축(C)을 기준으로 0°와 180°방향에 번갈아가며 위치된 모습이 도시되어 있다.

본 발명의 일 실시예는 동일 체적의 공명영역(195)에서 개방영역(191)을 통해 상기 공명영역(195)의 음향적 유효길이를 증가시키며, 길이 증가량의 최대화하기 위해 이웃하는 개방영역(191)이 유체파이프(173)의 중심축(C) 기준으로 서로 반대측에 위치될 수 있다.

한편, 도 5에는 본 발명의 일 실시예에서 가이드판(190)의 단부가 휘어진 형상으로 마련된 모습이 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서 상기 가이드판(190)은 상기 피스톤(142)의 내측면에 접촉되는 단부가 휘어진 형태로 마련될 수 있다.

머플러(170)에서 유체파이프(173) 및 가이드판(190)은 피스톤(142)의 유체공간(149) 삽입되며, 앞서설명한 바와 같이 유체파이프(173)의 반경방향 기준으로 가이드판(190)의 단부는 피스톤(142)의 내주면에 접촉되면서 공명영역(195)을 구획하는 것이 상기 공명영역(195)의 음향적 유효길이를 효과적으로 증가시키는 데에 유리하다.

그러나, 실제 가이드판(190)의 제조 및 피스톤(142)과의 결합에 있어서 가이드판(190)의 단부와 피스톤(142)의 내주면 사이에는 공차가 발생될 수 있고, 본 발명의 일 실시예는 위와 같은 공차의 발생을 방지하기 위해 가이드판(190)의 단부를 휘어진 형태로 제조하고 피스톤(142) 내부에 삽입시킬 수 있다.

가이드판(190)의 단부는 곡률이나 휘어지는 길이 등 그 형상이 다양할 수 있으며, 가이드판(190) 전체가 휘어진 형태로 마련될 수도 있다. 휘어진 형상의 가이드판(190) 단부는 피스톤(142) 내부로 삽입되면서 피스톤(142) 내주면에 의해 가압되어 변형되면서 피스톤(142) 내부에 삽입 및 고정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 가이드판(190) 단부가 휘어진 형상으로 마련됨으로써, 피스톤(142) 내주면 사이의 공차 발생을 방지할 수 있고, 피스톤(142)과의 접촉면적을 증가시킬 수 있으며, 피스톤(142) 내주면에 의한 가입 및 변형이 유도되면서 견고하고 안정적으로 공명영역(195)을 구획할 수 있다.

한편, 상기 가이드판(190)은 상기 단부가 상기 압축실(P)로부터 멀어지는 방향으로 휘어진 형태를 가질 수 있다. 가이드판(190)은 피스톤(142)에서 압축실(P)의 반대측 단부로 삽입되는데, 가이드판(190)의 단부가 압축실(P) 반대측을 향해 휘어진 형상을 가지므로, 가이드판(190)의 삽입 시 단부의 굴곡 방향이 삽입 방향과 대응되어 구조적으로 안정될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기(100)에서 상기 유체파이프(173)는 길이방향을 따라 적어도 일부분이 상기 토출홀(173b)을 향할수록 직경이 증가되며, 상기 복수의 가이드판(190)은 상기 토출홀(173b)에 가까울수록 돌출된 길이가 감소될 수 있다.

구체적으로, 도 1 내지 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 머플러(170)에 구비되는 유체파이프(173)는, 흡입공간(101)의 유체가 유입되는 파이프입구(173a)의 내경이, 피스톤(142)의 내부에 삽입되어 압축실(P)측을 향하는 토출홀(173b) 의 내경보다 작게 형성될 수 있다.

유체가 유체파이프(173)를 통과하는 구간에서, 토출홀(173b)의 내경이 파이프입구(173a)의 내경보다 크게 형성되면, 토출홀(173b)에서의 유체 유속은 파이프입구(173a)에서의 유체의 유속보다 느려질 수 있다.

이 때, 파이프입구(173a)로부터 토출홀(173b)까지의 유선(streamline)을 따라 설정한 검사 체적(control volume)에 대하여 베르누이 방정식(Bernoulli equation)을 적용하면, 토출홀(173b)에서의 유체 압력이 파이프입구(173a)에서의 유체 압력보다 크게 형성됨을 확인할 수 있다.

베르누이 방정식은 마찰에 의한 손실 등이 없는 이상적인 상황을 가정한 것이지만, 본 발명의 구조에서도 유체의 유속 및 유체파이프(173)의 전체 길이 등에 따라 토출홀(173b)에서 압력이 증가되는 설계가 도출될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 압축기(100)는, 압축실(P)로 흡입되는 유체가 머플러(170)를 통과하면서 소음이 저감됨은 물론, 최종적으로 유체가 유출되는 머플러(170)의 토출홀(173b)측에서 상대적으로 높은 압력이 확보될 수 있다.

높은 압력을 갖는 유체는 유체제공홀(142a)를 폐쇄하는 밸브부재(142b)를 정확하게 개방하는 것을 보장할 수 있다. 특히, 피스톤(142)이 고속으로 진동되는 상황에서도 유체를 흡입하는 동작의 신뢰성이 보장되고, 압축기(100)의 효율이 향상될 수 있다.

한편, 본 발명의 머플러(170)에서, 유체가 유체파이프(173)의 파이프입구(173a)로부터 토출홀(173b)로 흐르면서 유로 단면적이 이상적으로 확장되기 위하여는, 유로 단면적이 점진적으로 증가되는 것이 유리하다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체파이프(173)는 파이프입구(173a)와 토출홀(173b) 사이에서 적어도 일부 구간은 디퓨저와 같이 단면적이 점진적으로 증가하는 형상으로 마련될 수 있다.

도 1 내지 2에는 본 발명의 일 실시예에 따라 유체파이프(173)가 전체 길이에 대해 점진적으로 단면적이 증가되는 모습이 도시되어 있다. 유체파이프(173)는 점진적인 단면적 증가에 의해 원뿔대 형상의 공간을 형성할 수 있다.

한편, 도 2를 참고할 때, 본 발명의 일 실시예에서 유체파이프(173)는 기설정된 경사각(θ)을 갖도록 직경이 증가될 수 있다. 유체가 파이프입구(173a)에서 토출홀(173b)로 흐르면서 압력이 증가되는 효과를 얻기 위하여, 기설정된 경사각(θ)은 1도 이상의 값으로 설계될 수 있다.

또한, 유체파이프(173)는 외벽이 곡면을 이루도록 직경이 증가될 수도 있다. 즉, 유체파이프(173)는 내주면이 볼록하고, 외주면은 오목하도록 직경 증가량이 점진적으로 증가될 수 있다.

이에 따라, 유체파이프(173)를 따라 흐르는 유체는 점진적으로 유로 단면적이 확대되면서 압력이 증가될 수 있다. 따라서, 급격한 내경의 확장에 의해 유체파이프(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 유체파이프(173)의 직경이 연속하여 증가됨으로써, 유체 유동이 가이드되어 압력이 증가되는 본 발명의 효과가 더욱 안정적으로 달성될 수 있다.

또한, 유체파이프(173) 내를 흐르는 유체가 층류(laminar flow)에 가까운 흐름을 형성하도록 유지시킬 수 있다. 급격하게 유로가 확장되는 경우, 유체 유동은 난류(turbulence)를 형성할 수 있는 가능성이 높아진다. 그리고 난류가 형성되면, 유동의 저항이 증대되어 유동 에너지의 손실을 초래할 수 있게 된다.

즉, 본 발명의 일 실시예는 흡입공간(101)에서 압축실(P)로 흡입되는 유동에서 발생되는 에너지 손실이 감소될 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예는 상기 유체파이프(173)가 상기 피스톤(142)의 상기 타단부로부터 상기 피스톤(142)의 상기 일단부를 향해 연장될 수 있다. 이에 따라, 공명영역(195)은 머플러(170)의 결합부(179)에 의해 일측이 닫히고 타측은 열린 형태의 측지공명기 형태를 가질 수 있다.

한편, 상기 흡입관(SP)을 통해 유입되는 유체는 상기 케이스(110) 내부에 충전되고, 상기 머플러(170)는 상기 피스톤(142)의 이동에 의해 상기 케이스(110) 내부의 유체가 상기 유입홀(171a)로 유입되도록, 상기 유입홀(171a)이 상기 압축실(P)의 반대측 단부에 위치될 수 있다.

도 1을 참고할 때, 머플러(170)의 유입홀(171a)은 피스톤(142)의 길이방향을 기준으로 압축실(P)의 반대측 단부에 위치될 수 있으며, 상기 피스톤(142)의 길이방향을 향하도록 마련될 수 있다.

이에 따라, 피스톤(142)이 압축실(P)로부터 멀어지는 방향으로 이동될 때, 케이스(110)의 흡입공간(101)에 충전된 유체가 피스톤(142)의 운동으로 인해 머플러(170)의 유입홀(171a)로 유입될 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예는 유체를 유입 또는 유동시키기 위한 별도의 동력을 소모하지 않더라도, 피스톤(142)의 운동만으로 유체를 머플러(170) 내부로 유동시키고 압축실(P)로 제공할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서 상기 머플러(170)는 상기 유입홀(171a) 및 상기 유체파이프(173) 사이에 복수의 완충공간을 가지며, 상기 복수의 완충공간은 상기 피스톤(142)의 길이방향을 따라 정렬되고 상기 유입홀(171a)을 통해 유입된 유체가 순차적으로 전달될 수 있다.

도 1 및 2에는 복수의 완충공간이 형성된 머플러(170)가 도시되어 있다. 본 발명의 일 실시예에서 머플러(170)는 외측 및 내측 몸체부(171, 172)를 가질 수 있고, 내측 몸체부(172)는 결합부(179)와 결합되거나 일체로 형성될 수 있다.

또한, 외측 및 내측 몸체부(171, 172)는 도 1 내지 2에 도시된 바와 같이 별개로 제작되어 상호 결합될 수 있다. 이 경우 외측 및 내측 몸체부(171, 172)는 각각의 완충공간을 가질 수 있다.

한편, 외측 및 내측 몸체부(171, 172)가 일체로 제조될 수도 있다. 이 경우, 복수의 완충공간은 몸체부의 내부에 존재하는 격벽에 의해 상호 구획될 수 있다.

도 1 및 2를 참고할 때, 본 발명의 일 실시예에서 외측 및 내측 몸체부(171, 172)는 유체가 흡입되어 흐르는 통로를 형성하고, 그 내부 구조에 의해 유체 유동에 제약을 가하도록 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 결합부(179)는 피스톤(142)의 개방면에 결합되고, 유체파이프(173)는 상기 결합부(179)로부터 압축실(P)을 향해 연장되며, 내측 몸체부(172)는 결합부(179)와 일체로 형성될 수 있다.

즉, 내측 몸체부(172)는 피스톤(142)을 향하는 면이 상기 결합부(179)에 해당되고, 내부에 완충공간이 형성되며, 피스톤(142)의 반대측 면은 완충공간을 구획하는 격벽에 해당되며, 상기 격벽에는 연통홀(172a)이 형성될 수 있다.

외측 몸체부(171)는 내측 몸체부(172)를 향하는 개방되고, 개방면에 상기 내측 몸체부(172)가 결합될 수 있다. 구체적으로, 외측 몸체부(171)의 내부로 내측 몸체부(172)가 삽입 결합되고, 내측 몸체부(172)의 격벽이 외측 몸체부(171) 내부에 형성되는 완충공간을 밀폐할 수 있다.

외측 및 내측 몸체부(171, 172)의 형상이나 결합구조는 다양할 수 있다. 예컨대, 외측 및 내측 몸체부(171, 172)의 단면 형상은 피스톤(142)의 단면 형상에 대응되도록 마련될 수 있다.

도 2에 도시된 것과 같이, 외측 몸체부(171)에는 머플러(170)의 유입홀(171a)이 마련되고, 내측 몸체부(172)는 일면이 완충공간을 구획하는 격벽에 해당되며, 상기 격벽상에 연통홀(172a)을 구비할 수 있다.

외측 몸체부(171)의 유입홀(171a)로부터 내측 몸체부(172)의 격벽에 형성된 연통홀(172a)로 유체가 이동될 때, 유입홀(171a)과 가까운 연통홀(172a) 일단부 또는 전단부의 직경이 크게 형성되므로 유속이 감소될 수 있다.

또한, 유입홀(171a)과 연통홀(172a)의 외주측에 형성되는 완충공간에 의해, 유동의 변화에 의한 충격이 완화될 수 있다. 이에 따라, 유체가 외측 및 내측 몸체부(171, 172)를 통과할 때, 주기적인 유동 변화에 의한 소음이 감소될 수 있다.

유체파이프(173)는 피스톤(142)의 일단부에서 외측 및 내측 몸체부(171, 172)를 통과한 유체가 압축실(P)이 형성되는 피스톤(142)의 일단부까지 이동될 수 있도록 통로를 제공한다. 즉, 유입홀(171a) 및 연통홀(172a)의 내부 및 이들을 둘러싸는 소음 공간을 통과한 유체는, 유체파이프(173)의 파이프입구(173a)로 유입되고 토출홀(173b)로 흘러나가 유체공간(149) 및 압축실(P)로 유입될 수 있다.

한편, 도 1을 참고할 때, 본 발명의 일 실시예는 상기 흡입관(SP), 상기 유입홀(171a), 상기 연통홀(172a) 및 상기 유체파이프(173)가 상기 피스톤(142)의 길이방향을 따라 일직선상에 배치될 수 있다.

피스톤(142)은 길이방향을 따라 직선 왕복운동을 하며, 전술한 바와 같이 피스톤(142)의 운동에 의해 유체가 머플러(170) 및 피스톤(142)의 유체공간(149)으로 유입될 수 있고, 유체의 유입이 용이하도록 케이스(110)의 흡입관(SP), 머플러(170)의 유입홀(171a), 완충공간을 구획하는 격벽의 연통홀(172a), 유체파이프(173)의 파이프입구(173a) 및 토출홀(173b)이 일직선상에 배치될 수 있다.

한편, 도 2를 참고할 때, 본 발명의 일 실시예에서 상기 복수의 완충공간은 서로를 구획하는 격벽에 형성된 연통홀(172a)을 통해 유체가 전달되며, 상기 유체파이프(173)의 길이방향을 기준으로 상기 유입홀(171a) 및 상기 연통홀(172a)보다 큰 단면적을 가질 수 있다.

격벽은 내측 몸체부(172)의 일면에 형성될 수 있고, 외측 및 내측 몸체부(171,172)의 내부에 형성되는 완충공간은 각각 연통되는 유입홀(171a)이나 연통홀(172a)보다 큰 단면적을 가지며 소음을 저감시킬 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 압축기 101 : 흡입공간
102 : 토출공간 110 : 케이스
114 : 흡입구 115 : 배출구
120 : 프레임 130 : 구동부
131 : 스테이터 131a : 아우터 스테이터
131b : 이너 스테이터 132 : 무버
133 : 권선코일 141 : 실린더
141a : 토출밸브 142 : 피스톤
142a : 유체제공홀 142b : 밸브부재
143 : 토출 커버 144 : 토출 튜브
145 : 연결부재 146 : 지지부재
149 : 유체공간 150 : 지지 스프링
160 : 공진 스프링 170 : 머플러
171 : 외측 몸체부 171a : 유입홀
172 : 내측 몸체부 172a : 연통홀
173 : 유체파이프 173a : 파이프입구
173b : 토출홀 179 : 결합부
190 : 가이드판 191 : 개방영역
195 : 공명영역 SP : 흡입관
DP : 토출관 P : 압축실

Claims

유체가 흡입되는 흡입관을 포함하는 케이스;
상기 케이스 내부에 배치되는 실린더;
상기 실린더 내부에서 이동되고, 일단부와 상기 실린더 사이에 압축실이 형성되며, 내부에는 유체가 머무르는 유체공간이 형성되고, 상기 유체공간의 유체를 상기 압축실로 제공하는 유체제공홀이 상기 일단부에 형성되는 피스톤; 및
상기 피스톤의 타단부에 마련되고, 유입홀을 통해 상기 피스톤 외부로부터 유체가 유입되어 토출홀을 통해 상기 유체공간으로 유체가 토출되는 머플러;를 포함하고,
상기 머플러는,
상기 유체공간 내부에서 상기 피스톤의 길이방향으로 연장되고 단부에 상기 토출홀이 위치되며, 외주면과 상기 피스톤의 내주면 사이에 공명영역이 형성되는 유체파이프; 및
상기 유체파이프의 외주면에서 상기 피스톤의 내주면까지 돌출되고, 상기 유체파이프의 외주방향을 따라 연장되는 가이드판;을 포함하고,
상기 가이드판은 복수개로 마련되어 상기 공명영역에서 상기 유체파이프의 길이방향을 따라 이격 배치되고, 상기 유체파이프의 외주방향을 따라 일부분이 개방되어 개방영역을 형성하며,
상기 유체파이프의 길이방향 기준으로, 어느 하나의 가이드판에 형성되는 상기 개방영역은 이웃하는 가이드판에 의해 가려지는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 피스톤의 상기 일단부에 배치되고, 상기 유체제공홀을 개폐하는 밸브부재;를 더 포함하는 압축기.
제2항에 있어서,
상기 밸브부재는 상기 유체공간의 압력이 상기 압축실의 압력보다 기준압력 이상 높은 경우 탄성 변형되어 상기 유체제공홀을 개방시키는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 실린더의 외측면과 상기 케이스의 내측면 사이에 배치되고, 권선코일을 포함하며, 상기 권선코일의 전자기력으로 상기 피스톤을 직선 이동시키는 구동부;를 더 포함하는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 유체파이프의 길이방향에서 바라볼 때, 상기 가이드판은 원호 형태로 연장되며 상기 유체파이프의 외주면 중 일부를 감싸고, 상기 유체파이프의 상기 외주면 중 나머지는 개방영역을 이루는 압축기.
제5항에 있어서,
상기 유체파이프의 길이방향에서 바라볼 때 상기 가이드판은 반원호 형태로 연장되어 상기 유체파이프의 상기 외주면 중 절반을 감싸는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 유체파이프의 길이방향에서 바라볼 때, 상기 복수의 가이드판 중 어느 하나의 가이드판의 개방영역은 이웃하는 가이드판의 개방영역과 상기 유체파이프를 기준으로 서로 반대측에 위치되는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 가이드판은 상기 피스톤의 내측면에 접촉되는 단부가 휘어진 형태로 마련되는 압축기.
제8항에 있어서,
상기 가이드판은 상기 단부가 상기 압축실로부터 멀어지는 방향으로 휘어진 형태를 가지는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 유체파이프는 길이방향을 따라 적어도 일부분이 상기 토출홀을 향할수록 직경이 증가되며, 상기 복수의 가이드판은 상기 토출홀에 가까울수록 돌출된 길이가 감소되는 압축기.
제10항에 있어서,
상기 유체파이프는 상기 피스톤의 상기 타단부로부터 상기 피스톤의 상기 일단부를 향해 연장되는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 흡입관을 통해 유입되는 유체는 상기 케이스 내부에 충전되고,
상기 머플러는 상기 피스톤의 이동에 의해 상기 케이스 내부의 유체가 상기 유입홀로 유입되도록, 상기 유입홀이 상기 압축실의 반대측 단부에 위치되는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 머플러는 상기 유입홀 및 상기 유체파이프 사이에 복수의 완충공간을 가지며,
상기 복수의 완충공간은 상기 피스톤의 길이방향을 따라 정렬되고 상기 유입홀을 통해 유입된 유체가 순차적으로 전달되는 압축기.
제13항에 있어서,
상기 머플러에는, 상기 복수의 완충 공간을 구획하는 격벽 및 상기 격벽에 형성되는 연통홀이 포함되고,
상기 흡입관, 상기 유입홀, 상기 연통홀 및 상기 유체파이프는 상기 피스톤의 길이방향을 따라 일직선상에 배치되는 압축기.
제13항에 있어서,
상기 복수의 완충공간은 서로를 구획하는 격벽에 형성된 연통홀을 통해 유체가 전달되며, 상기 유체파이프의 길이방향을 기준으로 상기 유입홀 및 상기 연통홀보다 큰 단면적을 가지는 압축기.