KR102387075B1 - 압축기용 피스톤과 이를 포함하는 압축기 - Google Patents

Abstract

압축기용 피스톤과 이를 포함하는 압축기가 개시된다. 본 명세서에 따른 피스톤은 실린더 내부에 흡입된 냉매를 압축하여 토출하는 압축기에 사용되고, 실린더의 내경에 대응하는 외경을 가지고 내부에 흡입된 냉매가 수용되는 흡입공간을 형성하는 원통 형상의 습동부와 습동부에 결합되고, 전방에 압축공간이 마련되고 후방에 흡입공간이 마련되며, 흡입공간과 압축공간을 연통하는 흡입포트가 형성되는 헤드부를 포함하고, 헤드부는 내측 바디와 내측 바디를 둘러싸는 외측 바디를 포함하고, 흡입포트는 내측 바디와 외측 바디 사이에 형성될 수 있다.

Description

압축기용 피스톤과 이를 포함하는 압축기{Piston for Compressor and Compressor having the same}

본 명세서는 압축기용 피스톤과 이를 포함하는 압축기에 관한 것이다. 보다 상세하게, 피스톤의 선형 왕복 운동에 의해 냉매를 압축하는 리니어 압축기용 피스톤과 이를 포함하는 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 모터나 터빈 등의 동력 발생 장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 등의 작동 유체를 압축하도록 이루어지는 장치를 말한다. 압축기는 산업 전반이나 가전 제품, 특히 증기압축식 냉동사이클(이하 '냉동 사이클'로 칭함) 등에 널리 적용되고 있다.

이러한 압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 왕복동식 압축기(Reciprocating compressor), 회전식 압축기(로터리 압축기, Rotary compressor), 스크롤 압축기(Scroll compressor)로 구분될 수 있다.

왕복동식 압축기는 피스톤과 실린더 사이에 압축공간이 형성되고 피스톤이 직선 왕복 운동하여 유체를 압축하는 방식이고, 로터리 압축기는 실린더 내부에서 편심 회전되는 롤러에 의해 유체를 압축하는 방식이며, 스크롤 압축기는 나선형으로 이루어지는 한 쌍의 스크롤이 맞물려 회전되어 유체를 압축하는 방식이다.

최근에는 왕복동식 압축기 중에서 크랭크 축을 사용하지 않고 직선 왕복 운동을 이용한 리니어 압축기 사용이 점차 증가하고 있다. 리니어 압축기는 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 전환하는데 따르는 기계적인 손실이 적어 압축기의 효율이 향상되며 구조가 비교적 간단한 장점이 있다.

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

리니어 압축기의 내부에는 압축유닛과 구동유닛이 각각 설치되며, 구동유닛에서 발생하는 움직임을 통해 압축유닛은 공진 스프링에 의해 공진운동을 하면서 냉매를 압축하고 토출시키는 과정을 수행하게 된다.

리니어 압축기는 피스톤은 공진 스프링에 의해 실린더의 내부에서 고속으로 왕복운동을 하면서 흡입관을 통해 냉매를 케이싱의 내부로 흡입한 후, 피스톤의 전진 운동으로 압축공간에서 토출되어 토출관을 통해 응축기로 이동하는 일련의 과정을 반복적으로 수행하게 된다.

도 1을 참조하면, 한국 등록특허공보 제10-1990140호에는 피스톤(10)의 전면부에는 압축공간으로 냉매를 유입시키는 흡입포트(11)가 형성되며, 흡입포트(11)의 전방에는 흡입포트(11)를 개폐하는 흡입밸브(20)가 제공되는 기술이 개시되어 있다.

흡입포트(11)는 결합홀(12)의 중심(C)에서 반경 방향으로 소정의 길이만큼 이격되어 복수 개 형성된다.

흡입밸브(20)는 밸브 결합부재(30)에 의해 피스톤(10)에 체결되며, 밸브 결합부재(30)가 결합되는 고정부(21)와 고정부(21)의 외측방향으로 연장되는 복수의 개방부(22)를 포함한다. 이 때, 복수의 개방부(22)는 전방으로 휘어지며 흡입포트(11)를 개방하고, 후방으로 복귀되며 흡입포트(11)를 폐쇄할 수 있다.

그러나 압축기가 점차 소형화되면서 피스톤(10)의 직경이 작아지는 추세에 있고, 피스톤(10)의 직경이 작아지면 흡입포트(11)의 내경도 작아질 수밖에 없다. 또한, 흡입밸브(20)의 개방부(22)의 길이가 짧아지면서 흡입밸브(20)의 강성도 커지게 되어 흡입밸브(20)의 응답특성이 나빠진다.

이처럼 종래의 압축기는 피스톤(10)이 소형화됨에 따라 복수의 흡입포트(11)들의 단면적이 줄어들어 토출유량이 줄어들게 되고, 흡입밸브(20)의 강성이 커지게 되어 응답특성이 나빠지게 되어 전체적으로 압축효율이 낮아지는 문제가 발생한다.

한국 등록특허공보 10-1990140 B (2019.06.18. 공고)

본 명세서는 피스톤의 단면적을 줄이면서도 흡입포트의 형상을 변경하여 유효 단면적을 증가시켜 압축효율을 향상시킬 수 있는 압축기용 피스톤과 이를 포함하는 압축기를 제공하는데, 그 목적이 있다.

또한, 본 명세서는 흡입밸브가 닫혀 있을 때 냉매가 누설되는 것을 방지하는 동시에 흡입밸브의 내구성을 향상시킬 수 있는 압축기용 피스톤과 이를 포함하는 압축기를 제공하는데, 그 목적이 있다.

또한, 본 명세서는 흡입포트의 형상을 변경하거나 브릿지의 형상을 변경하여 유로 저항을 낮추고 결과적으로 압축효율을 향상시킬 수 있는 압축기용 피스톤과 이를 포함하는 압축기를 제공하는데, 그 목적이 있다.

본 명세서의 일 실시예에 따른 압축기용 피스톤은 실린더 내부에 흡입된 냉매를 압축하여 토출하는 압축기에 사용되는 피스톤에 있어서, 상기 피스톤은, 실린더의 내경에 대응하는 외경을 가지고 내부에 흡입된 냉매가 수용되는 흡입공간을 형성하는 원통 형상의 습동부; 및 상기 습동부에 결합되고, 전방에 압축공간이 마련되고 후방에 흡입공간이 마련되며, 상기 흡입공간과 상기 압축공간을 연통하는 흡입포트가 형성되는 헤드부를 포함하고, 상기 헤드부는, 내측 바디와, 상기 내측 바디를 둘러싸는 외측 바디를 포함하고, 상기 흡입포트는 상기 내측 바디와 상기 외측 바디 사이에 형성될 수 있다.

또한, 상기 헤드부는 상기 내측 바디와 상기 외측 바디를 연결하고, 상기 내측 바디의 중심에 대하여 원주 방향으로 복수 개 배치되는 브릿지를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 흡입포트는 외주면이 상기 습동부의 내주면으로부터 이격되어 위치하는 피스톤.

이 때, 상기 헤드부의 전방에 결합되고 상기 흡입포트를 개폐할 수 있는 흡입밸브를 더 포함하고, 상기 흡입밸브가 상기 헤드부의 전방 면에 안착되었을 때, 상기 흡입밸브의 외주 모서리는 상기 외측 바디의 외주 모서리 내측에 배치되고 상기 흡입포트의 외주 모서리 외측에 배치될 수 있다.

또한, 상기 외측 바디는 상기 습동부의 내부에 삽입되는 삽입부와 상기 삽입부의 전방에서 반경 방향 외측으로 연장되어 상기 습동부의 전방 단부를 마주보는 커버부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 커버부의 외경은 상기 습동부의 외경과 같거나 상기 커버부의 외주 모서리가 상기 습동부의 외부 모서리와 내부 모서리 사이에 위치하도록 마련될 수 있다.

이 때, 상기 헤드부의 전방에 결합되고 상기 흡입포트를 개폐할 수 있는 흡입밸브를 더 포함하고, 상기 흡입밸브가 상기 헤드부의 전방 면에 안착되었을 때, 상기 흡입밸브의 외경은 상기 커버부의 외경 보다 작고 상기 습동부의 내경 보다 크게 마련될 수 있다.

또한, 상기 내측 바디는 외주면의 형상이 상기 흡입공간을 향하는 방향으로 외경이 작아지는 경사면 또는 곡면을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 내측 바디는 상기 압축공간을 향하는 전방부는 외경이 일정한 원통 형상을 포함하고, 상기 흡입공간을 향하는 후방부는 외경이 작아지는 경사면 또는 곡면을 포함할 수 있다.

또는, 상기 헤드부는 상기 내측 바디와 상기 외측 바디를 연결하는 브릿지를 더 포함하고, 상기 브릿지의 전방 단부는 상기 경사면 또는 곡면에서 연장될 수 있다.

또는, 상기 외측 바디는 내주면의 형상이 상기 흡입공간을 향하는 방향으로 내경이 커지는 경사면 또는 곡면을 포함할 수 있다.

또한, 상기 내측 바디는 외주면의 형상이 상기 흡입공간을 향하는 방향으로 외경이 작아지고, 곡률반경이 작아지는 곡면을 포함할 수 있다.

또한, 상기 내측 바디의 외주면과 상기 외측 바디의 내주면 중 어느 하나 이상에는 미세홈이 형성될 수 있다.

이 때, 상기 미세홈은 오목한 구체의 일부 형상으로 마련될 수 있다.

또는, 상기 미세홈은 상기 냉매의 흐름 방향으로 연장되는 슬릿 형상으로 마련될 수 있다.

또한, 상기 헤드부는 상기 내측 바디와 상기 외측 바디를 연결하는 브릿지를 더 포함하고, 상기 브릿지의 양 측면은 상기 냉매의 흐름 방향으로 볼록한 곡면을 포함할 수 있다.

또한, 상기 헤드부는 상기 내측 바디와 상기 외측 바디를 연결하는 브릿지를 더 포함하고, 상기 브릿지의 양 측면은 상기 냉매의 흐름 방향으로 곡률 반경이 커지는 곡면을 포함할 수 있다.

또한, 상기 헤드부는 상기 내측 바디와 상기 외측 바디를 연결하고, 양 측면이 상기 내측 바디의 중심을 연결하는 방향으로 연장되는 브릿지를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 헤드부의 전방에 결합되고 상기 흡입포트를 개폐할 수 있는 흡입밸브를 더 포함하고, 상기 흡입밸브는 상기 내측 바디에 고정되는 고정부와, 상기 고정부를 둘러싸고 상기 흡입포트에서 토출되는 냉매의 흐름에 의해 전방으로 가역적으로 변형되는 복수의 날개부와, 상기 날개부의 외주 모서리에서 반경 방향 내측으로 요입되는 복수의 절개부를 포함하고, 상기 복수의 절개부는 각각 상기 브릿지 내측에 배치되어 상기 흡입밸브가 상기 흡입포트를 폐쇄한 상태에서 상기 날개부에 의해 상기 흡입포트가 폐쇄될 수 있다.

본 명세서의 다른 측면에 따르면, 앞에서 설명한 피스톤과, 상기 피스톤을 둘러싸는 실린더와, 상기 실린더의 전방 개구를 선택적으로 개방 및 폐쇄하는 토출밸브를 포함하는 압축기가 제공될 수 있다.

본 명세서에 따른 압축기용 피스톤과 이를 포함하는 압축기는 흡입포트의 위치와 형상을 변경함으로써 피스톤의 직경을 작게 하면서도 흡입밸브의 응답특성이 개선되고 압축효율이 향상될 수 있다.

또한, 흡입밸브의 기밀성을 향상시키고, 오랜 사용에도 파손되거나 파티클이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 명세서의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 흡입포트의 유로에 테이퍼 형상을 포함하여 유로손실을 저감할 수 있다.

또한, 본 명세서의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 브릿지의 형상을 변경하거나 흡입포트의 유로에 미세 홈 또는 미세 슬릿을 형성하여 유로손실을 저감할 수 있다.

또한, 본 명세서의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 흡입밸브의 날개부를 절개하여 토출되는 냉매의 유량을 증가시킬 수 있다.

도 1은 종래의 압축기의 피스톤을 나타내는 사시도이다.
도 2는 압축기의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 명세서의 제1 실시예에 따른 피스톤을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 분해사시도이다.
도 5는 흡입밸브가 분리된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 6은 흡입밸브가 장착된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 4에서 헤드부를 A-A 선으로 절개한 모습을 나타내는 절개사시도이다.
도 8은 본 명세서의 제1 실시예에 따른 피스톤에서 흡입밸브가 닫힌 상태를 나타내는 단면도이다.
도 9는 도 8에서 흡입밸브가 열린 상태를 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 명세서의 비교 실시예에 따른 피스톤의 평면도이다.
도 11은 도 10의 단면도이다.
도 12는 본 명세서의 제2 실시예에 따른 피스톤에서 흡입밸브가 장착된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 13은 도 12에서 흡입밸브가 닫힌 상태를 나타내는 단면도이다.
도 14는 도 5에 대응하는 본 명세서의 다른 실시예에 따른 헤드부의 절개사시도이다.
도 15는 본 명세서의 다른 실시예에 따른 피스톤에서 흡입밸브가 닫힌 상태를 나타내는 단면도이다.
도 16은 다양한 형태로 마련되는 내측 바디의 단면을 나타내는 확대도이다.
도 17은 다양한 형태로 마련되는 내측 바디와 외측 바디의 표면을 나타내는 확대도이다.
도 18은 다양한 형태로 마련되는 브릿지의 단면을 나타내는 확대도이다.
도 19는 브릿지의 개수를 달리하여 흡입포트의 면적이 증가하는 것을 나타내는 도면이다.
도 20은 도 6에서 다른 실시예에 따른 흡입밸브가 장착된 모습을 나타내는 평면도이다.
도 21은 도 20에서 흡입밸브가 열린 상태를 나타내는 단면도이다.
도 22는 도 20에서 또 다른 실시예에 따른 흡입밸브가 장착된 모습을 나타내는 평면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서(discloser)에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 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.

또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 명세서의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 명세서(discloser)의 용어는 document, specification, description 등의 용어로 대체할 수 있다.

도 2는 압축기(100)의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.

이하, 본 명세서에 따른 압축기는 피스톤이 직선 왕복 운동을 하면서 유체를 흡입하여 압축하고, 압축된 유체를 토출하는 동작을 수행하는 리니어 압축기를 예로 들어 설명한다.

리니어 압축기는 냉동 사이클의 구성요소가 될 수 있으며, 리니어 압축기에서 압축되는 유체는 냉동 사이클을 순환하는 냉매일 수 있다. 냉동 사이클은 압축기 외에도 응축기, 팽창장치 및 증발기 등을 포함한다. 그리고 리니어 압축기는 냉장고의 냉각시스템의 일 구성으로 사용될 수 있으며, 이에 한정되지 않고 산업 전반에 걸쳐 널리 사용될 수 있다.

도 2를 참조하면, 압축기(100)는 케이싱(110)과, 케이싱(110) 내부에 수용되는 본체를 포함하고, 본체는 프레임(120)과, 프레임(120)에 고정되는 실린더(140)와, 실린더(140) 내부를 직선 왕복 운동하는 피스톤(150)과, 프레임(120)에 고정되고 피스톤(150)에 구동력을 부여하는 구동유닛(130) 등을 포함한다. 여기서 실린더(140)와 피스톤(150)은 압축유닛(140, 150)으로 지칭할 수도 있다.

그리고 압축기(100)는 실린더(140)와 피스톤(150) 사이의 마찰을 저감하기 위한 베어링 수단을 구비할 수 있다. 베어링 수단은 오일 베어링 또는 가스 베어링일 수 있다. 또는 베어링 수단으로 기계적인 베어링을 이용할 수도 있다.

압축기(100)의 본체는 케이싱(110)의 내측 양 단부에 설치되는 지지 스프링(116, 117)에 탄성 지지될 수 있다. 지지 스프링은 본체 후방을 지지하는 제1 지지 스프링(116)과 본체 전방을 지지하는 제2 지지 스프링(117)을 구비하고, 판 스프링으로 마련될 수 있다. 그리고 지지 스프링(116, 117)은 본체 내부 부품들을 지지하면서 피스톤(150)의 왕복 운동에 따라 발생하는 진동 및 충격을 흡수할 수 있다.

케이싱(110)은 밀폐된 공간을 형성할 수 있고, 밀폐된 공간은 흡입된 냉매가 수용되는 수용공간(101)과, 압축되기 전의 냉매가 채워지는 흡입공간(102)과 냉매를 압축하는 압축공간(103)과, 압축된 냉매가 채워지는 토출공간(104)이 형성된다.

즉, 케이싱(110)의 후방 측에 연결된 흡입관(114)으로부터 흡입된 냉매는 수용공간(101)에 채워지고, 수용공간(101)과 연통되는 흡입공간(102) 내의 냉매는 압축공간(103)에서 압축되어 토출공간(104)으로 토출되고, 케이싱(110)의 전방 측에 연결된 토출관(115)을 통해 외부로 배출된다.

케이싱(110)은 양단이 개구되어 대략 횡방향으로 긴 원통 형상으로 형성되는 쉘(111)과, 쉘(111)의 후방 측에 결합되는 제1 쉘커버(112) 및 전방 측에 결합되는 제2 쉘커버(113)로 이루어질 수 있다. 여기서 전방 측은 도면의 좌측으로 압축된 냉매가 토출되는 방향을, 후방 측은 도면의 우측으로 냉매가 유입되는 방향을 의미한다. 또한, 제1 쉘커버(112) 또는 제2 쉘커버(113)는 쉘(111)과 일체로 형성될 수도 있다.

그리고 케이싱(110)은 열전도성 재질로 형성될 수 있다. 이를 통해 케이싱(110)의 내부 공간에서 발생되는 열을 신속하게 외부로 방열시킬 수 있다.

제1 쉘커버(112)는 쉘(111)의 후방 측을 밀봉하도록 쉘(111)에 결합되고, 제1 쉘커버(112)의 중앙에는 흡입관(114)이 삽입되어 결합될 수 있다.

그리고 압축기 본체의 후방 측은 제1 지지 스프링(116)을 통해 제1 쉘커버(112)에 반경 방향으로 탄력적으로 지지될 수 있다.

제1 지지 스프링(116)은 원형의 판 스프링으로 마련될 수 있으며, 가장자리부가 지지브라켓(123a)를 통해 전방 방향으로 백커버(123)에 지지되고, 개구된 중앙부가 흡입 가이드(116a)를 통해 후방 방향으로 제1 쉘커버(112)에 지지될 수 있다.

흡입 가이드(116a)는 내부에 관통유로가 마련되는 원통 형상으로 형성된다. 흡입 가이드(116a)는 전방 측 외주면에 제1 지지 스프링(116)의 중앙 개구부가 결합되고, 후방 측 단부가 제1 쉘커버(112)에 지지될 수 있다. 이 때, 흡입 가이드(116a)와 제1 쉘커버(112)의 내측면 사이에는 별도의 흡입측 지지부재(116b)가 개재될 수 있다.

그리고 흡입 가이드(116a)의 후방 측은 흡입관(114)에 연통되고, 흡입관(114)을 통해 흡입되는 냉매는 흡입가이드(116a)를 통과하여 후술할 머플러 유닛(160)으로 원할하게 유입될 수 있다.

그리고 흡입가이드(116a)와 흡입측 지지부재(116b) 사이에는 고무재질 등으로 된 댐핑부재(116c)가 설치될 수 있다. 이에 따라, 흡입관(114)을 통해 냉매가 흡입되는 과정에서 발생될 수 있는 진동이 제1 쉘커버(112)로 전달되는 것을 차단할 수 있다.

제2 쉘커버(113)는 쉘(111)의 전방 측을 밀봉하도록 쉘(111)에 결합되고, 루프파이프(115a)를 통해 토출관(115)이 삽입되어 결합될 수 있다. 압축공간(103)에서 토출되는 냉매는 토출커버 조립체(180)를 통과한 후 루프파이프(115a)와 토출관(115)을 통해 냉동사이클로 배출될 수 있다.

그리고 압축기 본체의 전방 측은 제2 지지 스프링(117)을 통해 쉘(111) 또는 제2 쉘커버(113)에 반경 방향으로 탄력적으로 지지될 수 있다.

제2 지지 스프링(117)은 원형의 판 스프링으로 마련될 수 있으며, 개구된 중앙부가 제1 지지가이드(117b)를 통해 후방 방향으로 토출커버 조립체(180)에 지지되고, 가장자리부가 지지브라켓(117a)에 의해 반경 방향으로 쉘(111) 내측면 또는 제2 쉘커버(113)에 인접하는 쉘(111)의 내주면에 지지될 수 있다. 또는 도면과 달리 제2 지지 스프링(117)의 가장자리부는 브라켓(미도시)을 통해 전방 방향으로 제2 쉘커버(113)에 지지될 수 있다.

제1 지지가이드(117b)는 직경이 서로 다른 연속된 원통 형상으로 형성되고, 전방 측이 제2 지지 스프링(117)의 중앙 개구에 삽입되고, 후방 측이 토출커버 조립체(180)의 중앙 개구에 삽입될 수 있다. 그리고 지지커버(117c)가 제2 지지 스프링(117)을 사이에 두고 제1 지지가이드(117b)의 전방 측에 결합될 수 있다. 그리고 지지커버(117c)의 전방 측에는 전방으로 요입되는 컵 형상의 제2 지지가이드(117d)가 결합되고, 제2 쉘커버(113)의 내측에는 제2 지지가이드(117d)에 대응하고 후방으로 요입되는 컵 형상의 제3 지지가이드(117e)가 결합될 수 있다. 제2 지지가이드(117d)는 제3 지지가이드(117e)의 내측에 삽입되어 축 방향 및 반경 방향으로 지지될 수 있다. 이 때, 제2 지지가이드(117d)와 제3 지지가이드(117e) 사이에는 갭이 형성될 수 있다.

프레임(120)은 실린더(140)의 외주면을 지지하는 바디부(121)와, 바디부(121)의 일 측에 연결되고 구동유닛(130)을 지지하는 플랜지부(122)를 포함한다. 그리고 프레임(120)은 구동유닛(130)과 실린더(140)와 함께 제1 지지 스프링(116)과 제2 지지 스프링(117)에 의해 케이싱(110)에 탄력 지지될 수 있다.

바디부(121)는 실린더(140)의 외주면을 둘러싸는 원통 형상으로 형성되고, 플랜지부(122)는 바디부(121)의 전방 측 단부에서 반경 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.

바디부(121)의 내주면에는 실린더(140)가 결합되고, 외주면에는 이너 스테이터(134)가 결합될 수 있다. 예를 들어, 실린더(140)는 바디부(121)의 내주면에 압입(press fitting)되어 고정되고 이너 스테이터(134)는 고정 링을 이용하여 고정될 수 있다.

플랜지부(122)의 후방면에는 아우터 스테이터(131)가 결합되고, 전방면에는 토출커버 조립체(180)가 결합될 수 있다. 예를 들어, 아우터 스테이터(131)와 토출커버 조립체(180)는 기계적 결합수단을 통해 고정될 수 있다.

그리고 플랜지부(122)의 전방면 일 측에는 가스 베어링의 일부를 이루는 베어링 입구홈(125a)이 형성되고, 베어링 입구홈(125a)에서 바디부(121)의 내주면으로 관통되는 베어링 연통홀(125b)이 형성되며, 바디부(121)의 내주면에는 베어링 연통홀(125b)에서 연통되는 가스 홈(125c)이 형성될 수 있다.

베어링 입구홈(125a)은 소정의 깊이로 축방향으로 함몰되어 형성되고, 베어링 연통홀(125b)은 베어링 입구홈(125a)보다 단면적이 작은 구멍으로 바디부(121)의 내주면을 향해 경사지게 형성될 수 있다. 그리고 가스 홈(125c)은 바디부(121)의 내주면에 소정의 깊이와 축 방향 길이를 가지는 환형 모양으로 형성될 수 있다. 이와 달리, 가스 홈(125c)은 바디부(121)의 내주면이 접하는 실린더(140)의 외주면에 형성되거나 또는 바디부(121)의 내주면과 실린더(140)의 외주면에 모두 형성될 수도 있다.

또한, 실린더(140)의 외주면에는 가스 홈(125c)에 대응하는 가스유입구(142)가 형성될 수 있다. 가스유입구(142)는 가스 베어링에서 일종의 노즐부를 이룬다.

한편, 프레임(120)과 실린더(140)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질로 마련될 수 있다.

실린더(140)는 양 단부가 개방되는 원통 형상으로 형성되고, 후방 단부를 통해 피스톤(150)이 삽입되고, 전방 단부는 토출밸브 조립체(170)를 통해 폐쇄될 수 있다. 그리고 실린더(140)와 피스톤(150)의 전방 단부(헤드부, 151)과 토출밸브 조립체(170)로 둘러싸이는 압축공간(103)이 형성될 수 있다. 압축공간(103)은 피스톤(150)이 후진하였을 때 부피가 증가하고, 피스톤(150)이 전진하면서 부피가 감소한다. 즉, 압축공간(103) 내부에 유입된 냉매는 피스톤(150)이 전진하면서 압축되고, 토출밸브 조립체(170)를 통해 토출될 수 있다.

그리고 실린더(140)는 전방 단부가 외측으로 절곡되어 플랜지부(141)를 형성할 수 있다. 실린더(140)의 플랜지부(141)는 프레임(120)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 프레임(120)의 전방 측 단부는 실린더(140)의 플랜지부(141)에 대응하는 플랜지 홈이 형성될 수 있고, 실린더(140)의 플랜지부(141)는 상기 플랜지 홈에 삽입되어 기계적 결합부재를 통해 결합될 수 있다.

한편, 피스톤(150)의 외주면과 실린더(140)의 외주면 사이의 간격으로 토출가스를 공급하여 실린더(140)와 피스톤(150) 사이에 가스 윤활할 수 있는 가스 베어링 수단이 제공될 수 있다. 실린더(140)와 피스톤(150) 사이의 토출가스는 피스톤(150)에 부상력을 제공하여 피스톤(150)이 실린더(140)에 마찰하는 것을 저감시킬 수 있다.

예를 들어, 실린더(140)에는 바디부(121)의 내주면에 형성되는 가스 홈(125c)에 연통되고, 실린더(140)를 반경 방향으로 관통하여 가스 홈(125c)으로 유입되는 압축된 냉매를 실린더(140)의 내주면과 피스톤(150)의 외주면 사이로 안내하는 가스유입구(142)가 형성될 수 있다. 또는 가공의 편의성을 고려하여 가스 홈(125c)은 실린더(140)의 외주면에 형성될 수도 있다.

가스유입구(142)의 입구는 상대적으로 넓게, 출구는 노즐 역할을 하도록 미세통공으로 형성될 수 있다. 가스유입구(142)의 입구부에는 이물질의 유입을 차단하는 필터(미도시)가 추가로 구비될 수 있다. 필터는 금속으로 된 망 필터일 수도 있고, 세실과 같은 부재를 감아서 형성할 수도 있다.

그리고 가스유입구(142)는 복수 개가 독립적으로 형성될 수 있고, 또는 입구는 환형 홈으로 형성되고 출구는 그 환형 홈을 따라 일정 간격을 두고 복수 개가 형성될 수도 있다.

또한, 가스유입구(142)는 실린더(140)의 축 방향 중간을 기준으로 전방 측에만 형성될 수도 있고, 피스톤(150)의 처짐을 고려하여 후방 측에도 함께 형성될 수도 있다.

피스톤(150)은 실린더(140) 후방의 개방된 단부로 삽입되어, 압축공간(103)의 후방을 밀폐하도록 마련된다.

피스톤(150)은 원판 형상으로 압축공간(103)을 구획하는 헤드부(151)와 헤드부(151)의 외주면에서 후방으로 연장되는 원통 형상의 가이드부(152)를 포함한다. 헤드부(151)는 부분적으로 개방되도록 마련되고, 가이드부(152)는 내부가 비어 있고, 전방은 헤드부(151)에 의해 부분적으로 밀폐되지만, 후방은 개구되어 머플러 유닛(160)과 연결되도록 마련된다. 그리고 헤드부(151)는 가이드부(152)에 결합되는 별도의 부재로 마련될 수 있고, 또는 헤드부(151)와 가이드부(152)는 일체로 형성될 수 있다.

그리고 피스톤(150)의 헤드부(151)에는 흡입포트(154)가 관통되도록 형성된다. 흡입포트(154)는 피스톤(150) 내부의 흡입공간(102)과 압축공간(103)을 연통하도록 마련된다. 예를 들어, 수용공간(101)에서 피스톤(150) 내부의 흡입공간(102)으로 흘러 유입된 냉매는 흡입포트(154)를 통과하여 피스톤(150)과 실린더(140) 사이의 압축공간(103)으로 흡입될 수 있다.

흡입포트(154)는 피스톤(150)의 축 방향으로 연장될 수 있다. 또는 흡입포트(154)는 피스톤(150)의 축 방향에 경사지게 형성될 수 있다. 예를 들어, 흡입포트(154)는 피스톤(150)의 후방으로 갈수록 중심 축에서 멀어지는 방향으로 경사지도록 연장될 수 있다.

그리고 흡입포트(154)는 개구가 원형으로 형성되고, 내경이 일정하게 형성될 수 있다. 또는 흡입포트(154)는 개구가 헤드부(151)의 반경 방향으로 연장되는 장공으로 형성될 수도 있고, 내경이 후방으로 갈수록 커지도록 형성될 수도 있다.

그리고 흡입포트(154)는 헤드부(151)의 반경 방향과 원주 방향 중 어느 하나 이상의 방향으로 복수 개 형성될 수 있다.

또한, 압축공간(103)과 인접한 피스톤(150)의 헤드부(151)에는 흡입포트(154)를 선택적으로 개폐하는 흡입밸브(155)가 장착될 수 있다. 흡입밸브(155)는 탄성 변형에 의해 동작하여 흡입포트(154)를 개방 또는 폐쇄할 수 있다. 즉, 흡입밸브(155)는 흡입포트(154)를 통과하여 압축공간(103)으로 흐르는 냉매의 압력에 의하여 흡입포트(154)를 개방하도록 탄성 변형될 수 있다.

또한, 피스톤(150)은 무버(135)와 연결되고, 무버(135)는 피스톤(150)의 움직임에 따라 전후 방향으로 왕복 운동한다. 무버(135)와 피스톤(150) 사이에는 이너 스테이터(134)와 실린더(140)가 위치할 수 있다. 그리고 무버(135)와 피스톤(150)은 실린더(140)와 이너 스테이터(134)를 후방으로 우회하여 형성되는 마그넷 프레임(136)에 의해 서로 연결될 수 있다.

머플러 유닛(160)은 피스톤(150)의 후방에 결합되어 피스톤(150)으로 냉매가 흡입되는 과정에서 발생하는 소음을 감쇄시키도록 마련된다. 흡입관(114)를 통하여 흡입된 냉매는 머플러 유닛(160)를 거쳐 피스톤(150)의 내부의 흡입공간(102)으로 유동한다.

머플러 유닛(160)은 케이싱(110)의 수용공간(101)에 연통되는 흡입 머플러(161)와, 흡입 머플러(161)의 전방에 연결되고 냉매를 흡입포트(154)로 안내하는 내부가이드(162)를 포함한다.

흡입 머플러(161)는 피스톤(142)의 후방에 위치하고, 후방 측 개구가 흡입관(114)에 인접하게 배치되고, 전방 측 단부가 피스톤(142)의 후방에 결합될 수 있다. 흡입 머플러(161)는 축 방향으로 유로가 형성되어 수용공간(101) 내의 냉매를 피스톤(150) 내부의 흡입공간(102)으로 안내할 수 있다.

이 때, 흡입 머플러(161)의 내부는 배플로 구획되는 복수 개의 소음공간이 형성될 수 있다. 흡입 머플러(161)는 두 개 이상의 부재가 상호 결합되어 형성될 수 있고, 예를 들어, 제1 흡입 머플러의 내부에 제2 흡입 머플러가 압입 결합되면서 복수 개의 소음공간을 형성할 수 있다. 그리고 흡입 머플러(161)는 무게나 절연성을 고려하여 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.

내부가이드(162)는 일 측이 흡입 머플러(161)의 소음공간에 연통되고, 타 측이 피스톤(142)의 내부에 깊숙하게 삽입되는 파이프 형상일 수 있다. 내부가이드(162)는 양 단이 동일한 내경으로 마련되는 원통 형상으로 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 토출측인 전방 단의 내경이 반대쪽인 후방 단의 내경보다 크게 형성될 수도 있다.

흡입 머플러(161)와 내부가이드(162)는 다양한 형상으로 구비될 수 있고, 이들을 통하여 머플러 유닛(160)을 통과하는 냉매의 압력을 조절할 수 있다. 그리고 흡입 머플러(161)와 내부가이드(162)는 일체로 형성될 수 있다.

토출밸브 조립체(170)는 토출밸브(171)와, 토출밸브(171)의 전방측에 구비되어 그 토출밸브(171)를 탄력 지지하는 밸브 스프링(172)로 이루어질 수 있다. 토출밸브 조립체(170)는 압축공간(103)에서 압축된 냉매를 선택적으로 배출시킬 수 있다. 여기서 압축공간(103)은 흡입밸브(155)와 토출밸브(171)의 사이에 형성되는 공간으로서 이해될 수 있다.

토출밸브(171)는 실린더(140)의 전면에 지지 가능하도록 배치되고, 실린더(140)의 전방 개구를 선택적으로 개폐하도록 장착될 수 있다. 토출밸브(171)는 탄성 변형에 의해 동작하여 압축공간(103)을 개방 또는 폐쇄할 수 있다. 토출밸브(171)는 압축공간(103)을 통과하여 토출공간(104)으로 흐르는 냉매의 압력에 의하여 압축공간(103)를 개방하도록 탄성 변형될 수 있다. 예를 들어, 토출밸브(171)가 실린더(140)의 전면에 지지된 상태에서 압축공간(103)은 밀폐된 상태를 유지하고, 토출밸브(171)가 실린더(140)의 전면으로부터 이격된 상태에서 개방된 공간으로 압축공간(103)의 압축 냉매가 배출될 수 있다.

밸브 스프링(172)은 토출밸브(171)와 토출커버 조립체(180)의 사이에 제공되어 축 방향으로 탄성력을 제공한다. 밸브 스프링(172)은 압축 코일스프링으로 마련될 수도 있고, 또는 점유공간이나 신뢰성 측면을 고려하여 판스프링으로 마련될 수 있다.

압축공간(103)의 압력이 토출압력 이상이 되면, 밸브 스프링(172)이 전방으로 변형하면서 토출밸브(171)를 개방시키고, 냉매는 압축공간(103)으로부터 토출되어 토출커버 조립체(180)의 제1 토출공간(103a)으로 배출된다. 그리고 냉매의 배출이 완료되면, 밸브 스프링(172)은 토출밸브(171)에 복원력을 제공하여, 토출밸브(171)가 닫혀지도록 한다.

흡입밸브(155)를 통해 압축공간(103)에 냉매가 유입되고, 토출밸브(171)를 통해 압축공간(103) 내의 냉매가 토출공간(104)으로 배출되는 과정을 설명하면 다음과 같다.

피스톤(150)이 실린더(140)의 내부에서 왕복 직선운동 하는 과정에서, 압축공간(103)의 압력이 미리 정해진 흡입압력 이하가 되면 흡입밸브(155)가 개방되면서 냉매는 압축공간(103)으로 흡입된다. 반면에, 압축공간(103)의 압력이 미리 정해진 흡입압력을 넘으면 흡입밸브(155)가 닫힌 상태에서 압축공간(103)의 냉매가 압축된다.

한편, 압축공간(103)의 압력이 미리 정해진 토출압력 이상이 되면 밸브 스프링(172)이 전방으로 변형하면서 이에 연결된 토출밸브(171)를 개방시키고, 냉매는 압축공간(103)으로부터 토출커버 조립체(180)의 토출공간(104)으로 배출된다. 냉매의 배출이 완료되면 밸브 스프링(172)은 토출밸브(171)에 복원력을 제공하고, 토출밸브(171)가 닫혀져 압축공간(103)의 전방을 밀폐시킨다.

토출커버 조립체(180)는 압축공간(103)의 전방에 설치되어, 압축공간(103)에서 배출된 냉매를 수용하는 토출공간(104)을 형성하고, 프레임(120)의 전방에 결합되어 냉매가 압축공간(103)에서 토출되는 과정에서 발생되는 소음을 감쇄시킬 수 있다. 토출커버 조립체(180)는 토출밸브 조립체(170)를 수용하면서 프레임(120)의 플랜지부(122)의 전방에 결합될 수 있다. 예를 들어, 토출커버 조립체(180)는 플랜지부(122)에 기계적 결합부재를 통해 결합될 수 있다.

그리고 토출커버 조립체(180)와 프레임(120)의 사이에는 단열을 위한 가스켓(165)과 토출공간(104)의 냉매가 누설되는 것을 억제하는 오링(166)이 구비될 수 있다.

토출커버 조립체(180)는 열전도성 재질로 형성될 수 있다. 따라서 토출커버 조립체(180)에 고온의 냉매가 유입되면 냉매의 열이 토출커버 조립체(180)를 통해 케이싱(110)으로 전달되어 압축기 외부로 방열될 수 있다.

토출커버 조립체(180)는 한 개의 토출커버로 이루어질 수도 있고, 복수 개의 토출커버가 순차적으로 연통되도록 배치될 수도 있다. 토출커버가 복수로 마련되는 경우, 토출공간(104)은 각각의 토출커버에 의해 구획되는 복수의 공간부를 포함할 수 있다. 복수의 공간부는 전후 방향으로 배치되며, 서로 연통된다.

예를 들어, 토출커버가 3개인 경우, 토출공간(104)은 프레임(120)의 전방 측에 결합되는 제1 토출커버(181)와 프레임(120) 사이에 형성되는 제1 토출공간(103a)과, 제1 토출공간(103a)에 연통되고 제1 토출커버(181)의 전방 측에 결합되는 제2 토출커버(182)와 제1 토출커버(181) 사이에 형성되는 제2 토출공간(103b)과, 제2 토출공간(103b)에 연통되고 제2 토출커버(182)의 전방 측에 결합되는 제3 토출커버(183)와 제2 토출커버(182) 사이에 형성되는 제3 토출공간(103c)을 포함할 수 있다.

그리고, 제1 토출공간(103a)은 토출밸브(171)에 의해 압축공간(103)과 선택적으로 연통되고, 제2 토출공간(103b)은 제1 토출공간(103a)과 연통되며, 제3 토출공간(103c)은 제2 토출공간(103b)과 연통될 수 있다. 이에 따라, 압축공간(103)에서 토출되는 냉매는 제1 토출공간(103a), 제2 토출공간(103b) 그리고 제3 토출공간(103c)을 차례대로 거치면서 토출 소음이 감쇄되고, 제3 토출커버(183)에 연통되는 루프파이프(115a)와 토출관(115)을 통해 케이싱(110)의 외부로 배출될 수 있다.

구동유닛(130)은 쉘(111)과 프레임(120) 사이에 프레임(120)의 바디부(121)를 둘러싸도록 배치되는 아우터 스테이터(131)와, 아우터 스테이터(131)와 실린더(140) 사이에 실린더(140)를 둘러싸도록 배치되는 이너 스테이터(134)와, 아우터 스테이터(131)와 이너 스테이터(134) 사이에 배치되는 무버(135)를 포함할 수 있다.

아우터 스테이터(131)는 프레임(120)의 플랜지부(122)의 후방에 결합될 수 있고, 이너 스테이터(134)는 프레임(120)의 바디부(121)의 외주면에 결합될 수 있다. 그리고 이너 스테이터(134)는 아우터 스테이터(131)의 내측으로 이격되어 배치되고, 무버(135)는 아우터 스테이터(131)와 이너 스테이터(134) 사이의 공간에 배치될 수 있다.

아우터 스테이터(131)에는 권선코일이 장착될 수 있으며, 무버(135)는 영구자석을 구비할 수 있다. 영구자석은 1개의 극을 가지는 단일 자석으로 구성되거나, 3개의 극을 가지는 복수의 자석이 결합되어 구성될 수 있다.

아우터 스테이터(131)는 축 방향을 원주 방향으로 둘러싸는 코일 권선체(132)와 코일 권선체(132)를 둘러싸면서 적층되는 스테이터 코어(133)를 포함한다. 코일 권선체(132)는 속이 빈 원통 형상의 보빈(132a)과 보빈(132a)의 원주 방향으로 권선된 코일(132b)을 포함할 수 있다. 코일(132b)의 단면은 원형 또는 다각형 형상으로 형성될 수 있으며, 일례로 육각형의 형상을 가질 수 있다. 그리고 스테이터 코어(133)는 다수 개의 라미네이션 시트가 방사상으로 적층될 수도 있고, 복수 개의 라미네이션 블록(lamination block)이 원주 방향을 따라 적층될 수도 있다.

그리고 아우터 스테이터(131)의 전방 측은 프레임(120)의 플랜지부(122)에 지지되고, 후방 측은 스테이터 커버(137)에 의해 지지될 수 있다. 예를 들어, 스테이터 커버(137)는 속이 빈 원판 형상으로 마련되고, 전방 면에 아우터 스테이터(131)가 지지되고, 후방 면에 공진 스프링(190)이 지지될 수 있다.

이너 스테이터(134)는 복수 개의 라미네이션이 프레임(110)의 바디부(121)의 외주면에 원주 방향으로 적층되어 구성될 수 있다.

무버(135)는 일 측이 마그넷 프레임(136)에 결합되어 지지될 수 있다. 마그넷 프레임(136)은 대략 원통 형상을 가지며, 아우터 스테이터(131)와 이너 스테이터(134)의 사이 공간에 삽입되도록 배치된다. 그리고 마그넷 프레임(136)은 피스톤(150)의 후방 측에 결합되어 피스톤(150)과 함께 이동하도록 마련된다.

일 예로, 마그넷 프레임(136)의 후방 단부는 반경방향 내측으로 절곡되고 연장되어 결합부(136a)를 형성하고, 결합부(136a)는 피스톤(150)의 후방에 형성되는 플랜지부(153)에 결합될 수 있다. 마그넷 프레임(136)의 결합부(136a)와 피스톤(150)의 플랜지부(153)는 기계적 결합부재를 통해 결합될 수 있다.

나아가, 피스톤(150)의 플랜지부(153)와 마그넷 프레임(136)의 결합부(136a) 사이에 흡입 머플러(161)의 전방에 형성되는 플랜지부(161a)가 개재될 수 있다. 따라서 피스톤(150)과 머플러 유닛(160)과 무버(135)가 일체로 결합된 상태로 함께 선형 왕복 이동할 수 있다.

구동유닛(130)에 전류가 인가되면 권선코일에 자속(magnetic flux)이 형성되고, 아우터 스테이터(131)의 권선코일에 형성되는 자속과 무버(135)의 영구자석에 의해 형성되는 자속 사이의 상호 작용에 의해 전자기력이 발생하여 무버(135)가 움직일 수 있다. 그리고 무버(135)의 축 방향 왕복 움직임과 동시에 마그넷 프레임(136)과 연결되는 피스톤(150)도 무버(135)와 일체로 축 방향으로 왕복 이동한다.

한편, 구동유닛(130)과 압축유닛(140, 150)은 지지 스프링(116, 117)과 공진 스프링(190)에 의해 축 방향으로 지지될 수 있다.

공진 스프링(118)은 무버(135)와 피스톤(150)의 왕복 운동에 의해 구현되는 진동을 증폭시켜, 냉매의 압축을 효과적으로 할 수 있다. 구체적으로 공진 스프링(118)은 피스톤(150)의 고유 진동수에 대응하는 진동수로 조절되어 피스톤(150)이 공진 운동할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 공진 스프링(118)은 피스톤(150)의 안정적인 움직임을 유발하여 진동 및 소음 발생을 줄일 수 있다.

공진 스프링(118)은 축 방향으로 연장되는 코일 스프링일 수 있다. 공진 스프링(118)의 양 단부는 각각 진동체와 고정체에 연결될 수 있다. 예를 들어, 공진 스프링(118)의 일 단부는 마그넷 프레임(136)에 연결되고, 타 단부는 백커버(123)에 연결될 수 있다. 따라서 공진 스프링(118)은 일 단부에서 진동하는 진동체와 타 단부에 고정된 고정체 사이에서 탄성 변형될 수 있다.

공진 스프링(118)의 고유 진동수는 압축기(100) 운전 시 무버(135)와 피스톤(150)의 공진 주파수에 일치되도록 설계되어, 피스톤(150)의 왕복 운동을 증폭시킬 수 있다. 다만, 여기서 고정체로 마련되는 백커버(123)는 케이싱(110)에 제1 지지 스프링(116)을 통해 탄성 지지되기 때문에, 엄밀하게는 고정되어 있는 것은 아닐 수 있다.

공진 스프링(118)은 스프링 서포터(119)를 기준으로 후방 측에 지지되는 제1 공진 스프링(118a)과 전방 측에 지지되는 제2 공진 스프링(118b)을 포함할 수 있다.

스프링 서포터(119)는 흡입 머플러(161)를 둘러싸는 몸체부(119a)와, 몸체부(119a)의 전방에서 내측 반경 방향으로 절곡되는 결합부(119b)와, 몸체부(119a)의 후방에서 외측 반경 방향으로 절곡되는 지지부(119c)를 구비할 수 있다.

스프링 서포터(119)의 결합부(119b)는 전방면이 마그넷 프레임(136)의 결합부(136a)에 지지될 수 있다. 그리고 스프링 서포터(119)의 결합부(119b)의 내경은 흡입 머플러(161)의 외경을 둘러싸도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 스프링 서포터(119)의 결합부(119b)와, 마그넷 프레임(136)의 결합부(136a)와, 피스톤(150)의 플랜지부(153)은 차례로 배치된 후에 기계적 부재를 통해 일체로 결합될 수 있다. 이 때, 피스톤(150)의 플랜지부(153)와 마그넷 프레임(136)의 결합부(136a) 사이에 흡입 머플러(161)의 플랜지부(161a)가 개재되어 함께 고정될 수 있음은 앞에서 설명한 바와 같다.

제1 공진 스프링(118a)은 백커버(123)의 전방면과 스프링 서포터(119)의 후방면 사이에 구비될 수 있고, 제2 공진 스프링(118b)은 스테이터 커버(137)의 후방면과 스프링 서포터(119)의 전방면 사이에 구비될 수 있다.

그리고 제1 및 제2 공진 스프링(118a, 118b)은 중심축의 원주 방향으로 복수 개가 배치될 수 있다. 그리고 제1 공진 스프링(118a)과 제2 공진 스프링(118b)는 축 방향으로 나란하게 배치될 수도 있고, 서로 엇갈려 배치될 수도 있다. 그리고 제1 및 제2 스프링(118a, 118b)은 중심축의 방사 방향으로 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 스프링(118a, 118b)은 각각 3개씩 마련되고, 중심축의 방사 방향으로 120도 간격으로 배치될 수 있다.

한편, 압축기(100)는 프레임(120)과 그 주변의 부품들 간의 결합력을 증대시킬 수 있는 복수의 실링부재를 포함할 수 있다.

예를 들어, 복수의 실링부재는 프레임(110)과 토출커버 조립체(180)가 결합되는 부분에 개재되고 프레임(110)의 전방 단부에 마련되는 설치홈에 삽입되는 제1 실링부재와, 프레임(110)과 실린더(140)가 결합되는 부분에 구비되고 실린더(140)의 외측면에 마련되는 설치홈에 삽입되는 제2 실링부재를 포함할 수 있다. 제2 실링부재는 프레임(110)의 내주면과 실린더(140)의 외주면 사이에 형성되는 가스 홈(125c)의 냉매가 외부로 누설되는 것을 방지하며, 프레임(110)과 실린더(140)의 결합력을 증대시킬 수 있다. 그리고 복수의 실링부재는 프레임(110)과 이너 스테이터(134)가 결합되는 부분에 구비되고 프레임(110)의 외측면에 마련되는 설치홈에 삽입되는 제3 실링부재를 더 포함할 수 있다. 여기서 제 1 내지 제 3 실링부재는 링 형상을 가질 수 있다.

이상에서 설명한 리니어 압축기(100)의 동작 모습은 아래와 같다.

먼저, 구동유닛(130)에 전류가 인가되면 코일(132b)에 흐르는 전류에 의해 아우터 스테이터(131)에 자속이 형성될 수 있다. 아우터 스테이터(131)에 형성된 자속은 전자기력을 발생시키고, 영구자석을 구비하는 무버(135)는 발생된 전자기력에 의해 직선 왕복 운동할 수 있다. 이러한 전자기력은, 압축행정 시에는 피스톤(150)이 상사점(TDC, top dead center)을 향하는 방향(전방 방향)으로 발생되고, 흡입행정 시에는 피스톤(150)이 하사점(BDC, bottom dead center)을 향하는 방향(후방 방향)으로 번갈아 가며 발생될 수 있다. 즉, 구동유닛(130)은 무버(135)와 피스톤(150)을 이동 방향으로 미는 힘인 추력(推力)을 발생시킬 수 있다.

실린더(140) 내부에서 선형 왕복 운동하는 피스톤(150)은, 반복적으로 압축공간(103)의 체적을 증가 및 감소시킬 수 있다.

피스톤(150)이 압축공간(103)의 체적을 증가시키는 방향(후방 방향)으로 이동하면, 압축공간(103)의 압력은 감소한다. 이에, 피스톤(150)의 전방에 장착되는 흡입밸브(155)가 개방되고, 흡입공간(102)에 머무르던 냉매가 흡입포트(154)를 따라 압축공간(103)으로 흡입될 수 있다. 이러한 흡입행정은 피스톤(150)이 압축공간(103)의 체적을 최대로 증가시켜 하사점에 위치할 때까지 진행된다.

하사점에 도달한 피스톤(150)은 운동 방향이 전환되어 압축공간(103)의 체적을 감소시키는 방향(전방 방향)으로 이동하면서 압축행정을 수행한다. 압축행정 시에는 압축공간(103)의 압력이 증가되면서 흡입된 냉매가 압축된다. 압축공간(103)의 압력이 설정압력에 도달하면, 압축공간(103)의 압력에 의해 토출밸브(171)가 밀려나면서 실린더(140)로부터 개방되고, 이격된 공간을 통해 냉매가 토출공간(104)으로 토출된다. 이러한 압축행정은 피스톤(150)이 압축공간(103)의 체적이 최소가 되는 상사점까지 이동하는 동안 계속된다.

피스톤(150)의 흡입행정과 압축행정이 반복되면서, 흡입관(114)을 통해 압축기(100) 내부의 수용공간(101)으로 유입된 냉매는 흡입 가이드(116a)와 흡입 머플러(161)와 내부가이드(162)를 차례로 경유하여 피스톤(150) 내부의 흡입공간(102)으로 유입되고, 흡입공간(102)의 냉매는 피스톤(150)의 흡입행정 시에 실린더(140) 내부의 압축공간(103)으로 유입된다. 그리고 피스톤(150)의 압축행정 시에 압축공간(103)의 냉매가 압축되어 토출공간(104)으로 토출된 후에는 루프파이프(115a)와 토출관(115)을 거쳐 압축기(100)의 외부로 배출되는 흐름이 형성될 수 있다.

이하에서는, 도 3 내지 도 9를 참고하여 본 명세서의 제1 실시예에 따른 피스톤(200)에 대하여 설명하기로 한다.

도 3은 본 명세서의 제1 실시예에 따른 피스톤(200)을 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 3의 분해사시도이다. 그리고 도 5는 흡입밸브(240)가 분리된 상태를 나타내는 평면도이고, 도 6은 흡입밸브(240)가 장착된 상태를 나타내는 평면도이다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 명세서의 제1 실시예에 따른 피스톤(200)은 실린더(도 2의 140 참조) 내를 습동 운동하는 습동부(220)와, 습동부(220)의 전방에 마련되는 헤드부(210)와, 습동부(220)의 후방에 마련되는 플랜지부(230)를 포함한다. 그리고 피스톤(200)은 헤드부(210)에 형성되는 흡입포트(214)를 개폐하는 흡입밸브(240)와, 흡입밸브(240)를 헤드부(210)에 고정시키는 체결부재(250)를 더 포함할 수 있다.

습동부(220)는 실린더(140)의 내벽 형상에 대응하도록 축 방향으로 긴 원통 형상으로 마련되고, 속이 비고 원주 방향으로 일정한 두께를 가지도록 마련될 수 있다. 습동부(220)의 내부 공간은 수용공간(도 2의 101 참조)에 수용된 냉매가 유입되는 흡입공간(102)을 형성할 수 있다.

그리고 습동부(220)는 외벽이 실린더(140)의 내벽과 직접 마주보는 상태에서 선형 왕복 운동하기 때문에 실린더(140)의 내벽과 마찰이 발생할 수 있다. 따라서 이를 방지하기 위해 외주면에 표면처리가 행해질 수 있다. 이러한 표면처리를 통해 내마모성, 윤활성 또는 내열성이 개선될 수 있다. 이 때, 표면처리는 습동부(220)의 외주면뿐만 아니라, 실린더(140)의 내주면에도 행해질 수 있다.

한편, 습동부(220)의 표면처리는 외주면뿐만 아니라, 내주면에도 행해질 수 있다. 이 경우, 표면처리 공정 동안에 외주면과 내주면이 동시에 표면처리될 수 있다. 습동부(220)의 표면처리가 외주면에만 행해지는 경우에는 코팅소재를 절약할 수 있다는 장점이 있고, 외주면과 내주면에 모두 행해지는 경우에는 표면처리 공정이 단순화된다는 장점이 있다.

습동부(220)의 표면처리는 DLC(Diamond Like Carbon), PTFE(테프론), 니켈-인 합금소재 및 아노다이징 피막(Anodizing layer, 양극산화 피막) 중 어느 하나의 소재를 이용할 수 있다.

DLC는 비결정질의 탄소계 신소재로서 플라즈마 중의 탄소 이온이나 활성화된 탄화수소 분자를 전기적으로 가속하고 표면에 충돌시킴으로써 형성된 박막 형태의 물질을 포함한다.

DLC의 물성은 다이아몬드와 유사하며, 높은 경도 및 내마모성을 가지며, 전기 절연성이 우수하고, 낮은 마찰계수를 가지므로 윤활성이 우수한 특성을 가진다.

다른 예인, PTFE는 불소 수지를 도료화 한 상태에서 코팅 대상체에 스프레이 되고 일정한 온도에서 가열, 소성 과정을 거치면서 비활성의 코팅층을 형성하게 된다. PTFE는 낮은 마찰계수를 가지고 있으므로 표면의 윤활성을 향상시키고 내마모성을 개선할 수 있다.

또 다른 예인, 니켈(Ni)-인(P) 합금소재는 무전해(electroless) 니켈 도금(plating)방식에 의하여 상기 피스톤(200)의 외주면 또는 실린더(140)의 내주면에 구비될 수 있으며, 니켈 및 인 성분이 균일한 두께로 표면 석출되어 형성될 수 있다. 상기 니켈-인 합금소재는 니켈(Ni)이 90~92%, 인(P)이 9~10%의 화학 조성비율을 가질 수 있다. 니켈-인 합금소재는 표면의 내식성 및 내마모성을 개선하며, 윤활성이 우수한 특성을 가진다.

또 다른 예인, 아노다이징 기술은 알루미늄 도장의 일종으로서 알루미늄을 양극으로 하고 통전하면 양극에서 발생하는 산소에 의하여 알루미늄 면이 산화되어 산화 알루미늄 피막이 생기는 특성을 이용한 가공기술로, 내식성 및 내절연성이 우수한 특성을 가진다.

플랜지부(230)는 습동부(220)의 후방에서 반경방향 외측으로 연장되도록 마련될 수 있다. 피스톤(200)이 실린더(140)에 결합한 상태에서 플랜지부(230)는 실린더(140)의 후방에 위치한다.

플랜지부(230)는 습동부(220)에 결합 가능하도록 마련될 수 있다. 이 경우 플랜지부(230)의 전방에는 습동부(220)의 후방에 삽입되는 삽입부(233)가 형성될 수 있다. 삽입부(233)는 습동부(220)의 내경에 대응하는 외경을 가지고, 습동부(220)의 후방에 압입 결합되거나 접착제를 통해 고정될 수 있다.

또는, 도면과 달리 플랜지부(230)는 습동부(220)와 일체로 형성될 수도 있다. 이 경우 플랜지부(230)는 습동부(220)의 후방 단부에서 반경 방향 외측으로 절곡되어 형성될 수 있다.

그리고 플랜지부(230)는 내부에 축 방향으로 관통되는 공간이 형성될 수 있다. 이 공간으로 냉매가 유입될 수 있으며, 예를 들어 머플러 유닛(도 2의 160 참조)의 내부가이드(도 2의 162 참조)가 플랜지부(230)의 내부 공간을 관통하도록 배치되고, 내부가이드(162)를 통해 냉매가 습동부(220) 내부의 흡입공간(102)으로 유입될 수 있다.

또한, 플랜지부(230)는 마그넷 프레임(도 2의 136 참조)과 결합하기 위한 결합부(231)를 더 포함할 수 있다. 결합부(231)는 플랜지부(230)의 반경 방향 외측으로 돌출되어 형성되고, 원주 방향으로 일정 간격으로 복수 개 배치될 수 있다. 일 예로, 120도 간격으로 3개의 결합부(231)가 플랜지부(230)에 형성될 수 있다.

그리고 결합부(231)는 플랜지부(230)의 후방에 배치되는 마그넷 프레임(136)과 일체로 체결되기 위한 결합공(232)을 형성한다. 마그넷 프레임(136)도 플랜지부(230)의 결합공(232)에 대응하는 결합공을 형성할 수 있다. 그리고 플랜지부(230)와 마그넷 프레임(136)은 핀 또는 나사가 결합공을 관통하여 일체로 결합될 수 있다.

헤드부(210)는 습동부(220)의 전방에 마련되고 습동부(220)의 전방 개구를 부분적으로 밀폐시킬 수 있다. 여기서 부분적으로 밀폐시킨다는 의미는 흡입포트(214)를 제외한 부분을 밀폐시킨다는 의미로 이해될 수 있다. 그리고 헤드부(210)는 습동부(220)의 전방 개구에 삽입 결합되는 별개의 부재로 마련될 수 있다. 또는 이와 달리 습동부(220)와 일체로 형성될 수도 있다.

헤드부(210)는 대체적으로 축 방향으로 연장되는 원통 형상으로 마련되고, 헤드부(210)의 외경은 습동부(220)의 내경에 대응되도록 마련될 수 있다. 헤드부(210)는 습동부(220)에 압입 결합되거나 접착제를 통해 고정될 수 있다.

헤드부(210)가 습동부(220)에 압입 결합되는 경우 습동부(220)의 내주면에는 단차가 형성될 수 있다. 예를 들어, 습동부(220)는 전방 단부에서 후방으로 가면서 내경이 소폭 줄어드는 단차가 형성될 수 있다. 이 때, 습동부(220)의 전방 단부에서 단차까지의 길이는 헤드부(210)의 축 방향 길이와 같을 수 있다. 따라서 헤드부(210)를 단차가 형성된 부분까지 밀어 넣으면 헤드부(210)의 전방 단부와 습동부(220)의 전방 단부가 동일 평면 상으로 배치될 수 있다.

그러나 이처럼 헤드부(210)를 습동부(220)에 압입 결합하기 위해서는 습동부(220) 내경에 단차를 형성하는 추가 가공이 필요하고, 단차의 정밀도가 떨어지는 경우 흡입밸브(240)에 누설이 발생할 수 있다. 보다 자세하게는, 습동부(220) 내경에 형성되는 단차의 오차 발생으로 인해 헤드부(210)의 전방 단부가 습동부(220)의 전방 단부와 동일 평면을 이루지 못하고, 이 때문에 흡입밸브(240)가 닫힌 상태에서 피스톤(200)의 전방 단부의 틈으로 누설이 발생할 수 있다. 또한, 흡입밸브(240)가 전방 단부의 단차에 반복적으로 부딪히면서 내구성이 저하될 수 있다.

이를 방지하기 위해, 헤드부(210)는 습동부(220)에 접착제를 통해 고정되는 방법으로 장착될 수 있다. 접착제를 이용하여 헤드부(210)를 고정시키는 경우에는 습동부(220) 내경에 별도의 단차를 가공할 필요가 없으며, 사용에 따라 헤드부(210)가 움직여 피스톤(200)의 전방 단부가 단일 평면에서 어긋나는 일이 발생할 가능성이 매우 적어진다. 이러한 이유로 흡입밸브(240)의 신뢰도와 내구성이 향상될 수 있다.

도 7은 도 4에서 헤드부(210)를 A-A 선으로 절개한 모습을 나타내는 절개사시도이다. 그리고 도 8은 본 명세서의 제1 실시예에 따른 피스톤(200)에서 흡입밸브(240)가 닫힌 상태를 나타내는 단면도이고, 도 9는 도 8에서 흡입밸브(240)가 열린 상태를 나타내는 단면도이다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 헤드부(210)는 피스톤(200)의 중심축을 포함하는 내측 바디(211)와, 내측 바디(211)와 이격되고 내측 바디(211)를 둘러싸는 외측 바디(212)와, 내측 바디(211)와 외측 바디(212)를 연결하는 브릿지(213)를 포함할 수 있다.

내측 바디(211)는 압축공간에서 바라보았을 때 외주면(215)이 원형으로 마련되고, 외측 바디(212)는 압축공간에서 바라보았을 때 내주면(216)이 내측 바디(211)를 내부에 수용하는 원형으로 마련될 수 있다. 그리고 내측 바디(211)는 축 방향으로 연장되는 원통 형상일 수 있고, 외측 바디(212)는 축 방향으로 연장되는 속이 빈 원통 형상일 수 있다. 외측 바디(212)의 외경은 습동부(220)의 내경에 대응될 수 있다. 그리고 브릿지(213)의 일 측은 내측 바디(211)의 외주면(215)에 연결되고 타 측은 외측 바디(212)의 내주면(216)에 연결될 수 있다.

여기서 헤드부(210)의 내측 바디(211)의 전방 단부(211b)와 외측 바디(212)의 전방 단부(212a)는 모두 습동부(220)의 전방 단부(221)와 동일 평면 상으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 습동부(220)의 전방 단부(221) 면과 헤드부(210)의 전방 단부(211b, 212a) 면이 모여 피스톤(150)의 압축면을 형성할 수 있다.

헤드부(210)는 내측 바디(211)와 외측 바디(212)와 브릿지(213)가 일체로 형성되어 만들어질 수 있다. 예를 들어, 헤드부(210)는 소결(sintering) 공정이나 사출 공정 등으로 제작될 수 있다. 헤드부(210)를 일체로 형성함으로써 제작 공정 시간을 단축하고, 피스톤(200)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

내측 바디(211)와 외측 바디(212)로 둘러싸이는 공간은 흡입공간(102)의 냉매가 압축공간으로 토출되는 흡입포트(214)를 형성할 수 있다. 구체적으로, 내측 바디(211)의 외주면(215)과 외측 바디(212)의 내주면(216) 사이의 공간은 전후 방향으로 연장되는 흡입포트(214)를 형성한다.

이하에서는 도 1에 도시된 피스톤(10)과 본 명세서의 실시예에 따른 피스톤(200)을 비교하여 흡입포트(11)(214)의 차이에 대하여 설명하기로 한다.

본 명세서의 실시예에 따른 피스톤(200)은 흡입포트(214)의 면적을 더 크게 할 수 있다. 흡입포트(214)의 면적이 커지면 냉매의 압력손실이 감소하게 된다. 구체적으로, 냉매의 압력손실은 흡입포트(214)의 형상에 관계되며, 아래 식에 따라 계산될 수 있다.

[계산식 1]

(단,

: 압력손실, L: 유로 길이, V: 유속, D: 유로 직경)

즉, 압력손실은 유속의 제곱에 비례하여 증가하며, 흡입포트(214)의 직경이 커질수록 감소한다. 즉, 흡입포트(214)의 면적이 커지면 유동 면적이 증가하고 유속이 감소하므로 압력손실이 감소하게 된다.

도 1에 도시된 피스톤(10)은 단면이 원형 형상인 흡입포트(11)가 방사상으로 8개 배치된다. 이 때, 흡입포트(11)의 크기를 크게 하거나 인접하는 흡입포트(11) 사이의 간격을 작게 하여 개수를 늘린다면, 흡입포트(11)의 유동 면적을 증가시킬 수 있다. 하지만, 이 경우 흡입밸브(20)가 안착되는 면적이 줄어들게 되고, 압축행정 시에 가해지는 압력에 의해 흡입밸브(20)가 파손되어 냉매가 누설되는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 이유로 흡입포트(11)의 개수와 배치 위치는 최적의 값으로 정해지기 때문에 유동 면적을 증가시키는 데 한계를 가질 수밖에 없다.

그러나 본 명세서의 실시예에 따른 피스톤(200)은 외측 바디(212)와 내측 바디(211) 사이의 원호 공간 대부분(브릿지(213)를 제외한 영역)이 흡입포트(214)를 형성하므로, 유동 면적을 크게 증가시킬 수 있다. 그리고 형상의 이점으로 인해 유동 면적 확보가 가능한 만큼 흡입포트(214)의 위치를 피스톤(200)의 내측으로 이동시킬 수 있고, 흡입포트(214)가 내측으로 이동한 만큼 흡입밸브(240)가 헤드부(210)에 안착되는 면적이 증가하여 흡입밸브(240)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

도 10은 본 명세서의 비교 실시예에 따른 피스톤(200-1)의 평면도이고, 도 11은 도 10의 단면도이다.

도 10과 도 11을 참조하면, 비교 실시예에 따른 피스톤(200-1)은 습동부(220) 내에 헤드부(210-1)가 삽입되는 것은 동일하지만, 본 명세서의 일 실시예에 따른 피스톤(200)과 같이 헤드부(210)가 내측 바디(211)와 외측 바디(212)로 구분되지 않는다.

그리고 비교 실시예에 따른 피스톤(200-1)은 헤드부(210-1)와 습동부(220) 사이에 흡입포트(214)가 형성된다는 점에서 차이가 있다. 이 경우, 원호 형상의 흡입포트(214)의 직경이 커질 수 있다는 장점이 있지만, 이에 수반되는 문제들이 발생할 수 있다.

우선 흡입밸브(240)의 내구성이 문제될 수 있다. 흡입밸브(240)는 내측에 흡입포트(214)를 수용하여야 하므로 흡입포트(214)의 직경보다 큰 직경을 가지도록 마련된다. 이 경우, 흡입밸브(240)는 습동부(220)와 헤드부(210-1)의 경계면 상에 안착되게 된다. 설계적으로는 습동부(220)의 전방 단부(221)와 헤드부(210-1)의 전방 단부(211b)가 동일 평면을 이루게 되지만, 가공상의 문제나 조립상의 문제, 또는 사용에 따른 변형의 문제로 습동부(220)의 전방 단부(221)와 헤드부(210-1)의 전방 전방 단부(211b)가 동일 평면을 이루지 못하는 경우가 발생할 수 있다.

이러한 경우에는 두 가지 문제가 발생한다. 첫 번째로는 습동부(220)와 헤드부(210-1) 사이의 단차로 인해 냉매의 누설이 발생할 수 있다. 두 번째로는 습동부(220)와 헤드부(210-1) 사이의 단차로 인해 흡입밸브(240)의 손상이 발생할 수 있다.

흡입밸브(240)는 압축행정과 흡입행정을 거치면서 반복적으로 흡입포트(214)를 차단하고 개방하는 움직임을 가지게 된다. 이 때, 흡입밸브(240)가 안착되는 면에 단차가 있으면 반복적인 흡입밸브(240)의 움직임에 따라 손상을 야기할 수 있고, 이는 흡입밸브(240)의 내구성을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 냉매를 오염시키는 원인이 될 수도 있다.

다음으로, 실린더(140) 내벽 주위에서 흡입포트(214)의 토출 저항이 커질 수 있는 문제가 있다. 흡입행정 시에 흡입포트(214)를 통해 토출되는 냉매는 2가지 루트를 통해 토출된다. 하나는, 흡입밸브(240)의 개방공(244)을 통해 토출되는 루트이고, 다른 하나는 흡입밸브(240)와 실린더(140) 사이의 공간으로 토출되는 루트이다. 이하에서는 두 번째 루트에서 발생하는 유로 저항에 대해 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 것처럼 흡입포트(214)가 원형으로 형성되는 경우에는 날개부(242)의 형상을 변형이 용이한 형상으로 할 수 있지만, 비교 실시예에 따른 피스톤(200-1)의 경우에는 흡입포트(214)가 원호 형상으로 형성되기 때문에 날개부(242)의 형상을 변형이 용이하도록 디자인하는데 제약이 발생한다. 이러한 상황에서 흡입밸브(240)의 외주 모서리와 실린더(140)의 내주면 사이의 간격이 좁은 경우, 이 간격을 통해 냉매가 토출되는 과정에서 유로 저항이 커질 수 있다. 앞서 [계산식 1]에서 본 것과 같이 압력손실은 유로 직경이 작아지면 커지기 때문이다.

이와 비교하여, 본 명세서의 실시예에 따른 피스톤(200)은 헤드부(210)가 내측 바디(211)와 외측 바디(212)로 구분되고, 그 사이 공간에 흡입포트(214)가 형성되는 차이가 있다.

본 명세서의 실시예에 따른 피스톤(200)의 경우에는, 흡입밸브(240)가 습동부(220)와 헤드부(210)의 경계에 안착되지 않고 헤드부(210)에만 안착되기 때문에, 흡입밸브(240)가 안착되는 면에 단차가 형성되지 않는다. 따라서 앞서 설명한 흡입밸브(240)의 내구성 문제와 냉매의 오염 문제가 발생하지 않는다.

또한, 흡입포트(214)의 직경이 작아진 만큼 흡입밸브(240)의 직경도 작게 할 수 있기 때문에, 흡입밸브(240)의 외주 모서리와 실린더(140)의 내주면 사이의 간격을 확보할 수 있다. 따라서 이 간격으로 냉매가 토출될 때 유로 저항이 감소하게 된다.

다시 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 명세서의 실시예에 따른 피스톤(200)에 대해 설명하면, 흡입포트(214)는 전방에서 보았을 때 원주 방향으로 연장되는 호 형상 또는 원형 링 형상일 수 있다. 그리고 흡입포트(214)는 방사 방향으로 연장되어 내측 바디(211)와 외측 바디(212)를 연결하는 브릿지(213)에 의해 복수의 유로가 원주 방향으로 구획될 수 있다.

브릿지(213)는 헤드부(210)의 중심 축을 중심으로 방사상으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 브릿지(213)는 120도의 간격으로 3개 마련될 수 있다. 이 경우 흡입포트(214)는 대략 120도의 각도를 가지는 호 형상의 유로를 형성할 수 있다.

브릿지(213)의 전방 단부는 헤드부(210)의 전방 단부로부터 일정 거리를 두고 배치될 수 있다. 이에 따라, 브릿지(213)의 축 방향 길이는 내측 바디(211) 및 외측 바디(212)의 축 방향 길이 보다 짧을 수 있다. 이와 같은 브릿지(213)의 위치로 인해 흡입포트(214)를 지나 흡입밸브(240) 입구부로 토출되는 냉매의 유체 거동이 균일해질 수 있다. 만일, 브릿지(213)의 전방 단부가 헤드부(210)의 전방 단부와 동일 평면을 이루거나 이에 인접하게 배치되는 경우 흡입밸브(240)의 근방에서 브릿지(213) 주변 영역과 브릿지(213)에서 일정 거리 떨어진 영역에서의 냉매의 유체 거동이 서로 달라질 수 있다. 그러나 브릿지(213)가 헤드부(210)의 전방 단부에서 떨어져 배치됨으로써, 브릿지(213)의 양 측부 유로를 지난 냉매의 유동이 브릿지(213)의 전방을 지나면서 만나게 되고, 결과적으로 헤드부(210)의 전방 단부 근방에서는 균일한 냉매 유체 거동이 형성되게 된다. 즉, 브릿지(213)의 연결 위치가 헤드부(210)의 후방에 위치함으로써 흡입밸브(240)의 입구 주위에 균일한 냉매 유체 거동이 형성되어 토출 효율이 증가할 수 있다.

한편, 내측 바디(211)의 전방 중앙에는 흡입밸브(240)를 장착하기 위한 체결부재(250)가 결합되는 결합홀(211a)이 형성될 수 있다. 그리고 흡입밸브(240)도 중앙에 체결부재(250)가 관통하는 결합공(241a)이 형성될 수 있다. 내측 바디(211)의 결합홀(211a)과 흡입밸브(240)의 결합공(241a)은 서로 대응되는 위치에 마련되고, 체결부재(250)가 결합공(241a)을 관통하여 결합홀(211a)에 결합됨으로써 흡입밸브(240)가 헤드부(210)에 고정될 수 있다. 예를 들어, 체결부재(250)는 나사부재일 수 있고, 결합홀(211a)의 내주면에는 나사산이 형성될 수 있다.

흡입밸브(240)는 피스톤(200)의 전방 면에 장착된다. 흡입밸브(240)는 원형 형상의 얇은 판부재 또는 시트(sheet)로 마련될 수 있다. 그리고 흡입밸브(240)는 형상이 가역적으로 변형될 수 있도록 마련될 수 있다. 따라서 피스톤(200)이 후진하는 흡입행정 시에는 흡입밸브(240)가 변형하면서 흡입포트(214)를 개방시켜 흡입공간(102)의 냉매가 압축공간으로 토출되도록 하고, 피스톤(200)이 전진하는 압축행정 시에는 흡입밸브(240)가 흡입포트(214)를 폐쇄시켜 압축공간의 냉매가 다시 흡입공간(102)으로 되돌아가는 것을 방지할 수 있다.

흡입밸브(240)는 중앙 영역에서 헤드부(210)에 고정되는 고정부(241)와, 주변 영역에서 흡입포트(214)를 밀폐하거나 개방할 수 있도록 변형이 가능한 날개부(242)와, 고정부(241)와 날개부(242)를 연결하는 연결부(243)를 구비한다. 그리고 고정부(241)와 날개부(242)와 연결부(243) 사이의 개구는 흡입포트(214)가 개방되는 경우 냉매가 유동할 수 있는 통로로 기능하는 개방공(244)을 형성한다. 이 때, 흡입밸브(240)는 단일 부재로 마련되고, 고정부(241), 날개부(242) 및 연결부(243)는 편의상 구분되는 영역으로 이해될 수 있다.

고정부(241)의 중앙에는 내측 바디(211)의 결합홀(211a)에 대응되는 결합공(241a)이 형성되고, 체결부재(250)가 결합공(241a)을 관통하여 내측 바디(211)에 결합될 수 있다. 즉, 고정부(241)는 체결부재(250)가 결합되면서 누르는 힘에 의해 변형이 발생하지 않는 영역으로 설명할 수 있다.

날개부(242)는 흡입포트(214)를 커버할 수 있도록 마련된다. 즉, 날개부(242)의 외부 모서리는 흡입포트(214)의 외측 모서리보다 외측에 배치되고, 날개부(242)의 내부 모서리는 흡입포트(214)의 내측 모서리보다 내측에 배치될 수 있다.

개방공(244)은 흡입밸브(240)에서 고정부(241)와 날개부(242)와 연결부(243)를 제외한 영역으로 정의될 수 있다. 즉, 개방공(244)은 고정부(241)와 날개부(242)와 연결부(243)로 둘러싸인 공간을 의미할 수 있다.

그리고 개방공(244)은 흡입밸브(240)가 헤드부(210)에 밀착한 상태에서 흡입포트(214)와 중첩되는 영역이 발생하지 않도록 형성된다. 예를 들어, 개방공(244)은 흡입포트(214)의 내측 영역에 배치되고, 개방공(244)의 외측 모서리는 흡입포트(214)의 내측 모서리보다 내측에 배치될 수 있다.

또한, 개방공(244)은 최대한 넓은 영역으로 마련될 수 있다. 개방공(244)이 넓게 마련되면 흡입포트(214)에서 토출되는 냉매의 토출 저항이 감소할 수 있다. 예를 들어, 개방공(244)은 고정부(241)의 주위에 대략 180도의 각도로 방사 방향으로 연장되는 부채 형상일 수 있고, 서로 대향하는 한 쌍의 개방공(244)이 마주보면서 배치될 수 있다.

도 8을 참조하면, 피스톤(200)이 전진하는 압축행정 시에는 흡입밸브(240)가 흡입포트(214)를 폐쇄시켜 압축공간의 냉매가 다시 흡입공간(102)으로 되돌아가는 것을 방지할 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 흡입밸브(240)는 전방에서 작용하는 힘에 의해서는 변형이 발생하지 않는다. 즉, 압축행정 시에 압축공간에서 발생하는 압력이 흡입밸브(240)를 후방으로 밀어내지만, 흡입밸브(240)는 날개부(242)가 흡입포트(214)를 폐쇄시킨 상태를 유지할 수 있다.

도 9를 참조하면, 피스톤(200)이 후진하는 흡입행정 시에는 흡입포트(214) 내의 냉매의 관성에 의해 흡입밸브(240)가 전방으로 휘어지면서 흡입포트(214)를 개방시키고, 흡입공간(102)의 냉매가 압축공간으로 토출된다. 보다 상세히 설명하면, 흡입밸브(240)는 후방에서 작용하는 힘에 의해 변형이 발생하여 흡입포트(214)를 개방시킬 수 있다. 즉, 흡입행정 시에 피스톤(200)이 후방으로 이동하면서 상대적으로 흡입공간(102)의 냉매가 관성력에 의해 피스톤(200)의 전방에 위치하는 압축공간으로 이동하게 된다. 이 때 냉매가 전방으로 이동하는 흐름에 의해 흡입밸브(240)가 전방으로 휘어지게 되고, 흡입밸브(240)가 전방으로 휘어지면서 흡입포트(214)를 개방하게 된다. 흡입포트(214)에서 토출된 냉매는 흡입밸브(240)의 개방공(244)을 통해 그리고 날개부(242)와 실린더(140)의 내벽 사이의 공간을 통해 압축공간으로 이동한다.

한편, 앞에서 헤드부(210)를 습동부(220)에 접착하여 결합시키는 경우 헤드부(210)의 전방면(211b, 212a)과 습동부(220)의 전방 단부(221)이 동일 평면을 형성하여 단차가 발생하지 않는다고 하였지만, 작업자의 실수에 의해 단차가 발생할 가능성이 있다.

이처럼 피스톤(200)의 압축면에 단차가 존재하고 흡입밸브(240)의 직경이 헤드부(210)의 직경보다 크면 흡입밸브(240)의 날개부(242)가 변형되었다가 복원되는 과정에서 단차에 부딛히게 된다. 이러한 과정이 반복되면 흡입밸브(240)의 날개부(242) 또는 헤드부(210)에서 파티클이 발생하게 되어 냉매를 오염시킬 수 있다. 또한, 흡입밸브(240)가 흡입포트(214)를 밀폐시킨 상태에서도 단차를 통해 소량의 냉매가 누설될 수도 있다.

이와 같은 이유로, 흡입밸브(240)의 직경은 헤드부(210)의 직경과 같거나 그보다 작게 마련될 수 있다. 이 경우, 피스톤(200)의 압축면에 단차가 존재한다고 하여도 흡입밸브(240)가 단차 부위에 닿지 않게 되어 누설이나 파티클 발생의 염려가 없게 된다.

다만, 흡입밸브(240)의 직경을 줄이는 경우 개방공(244)의 면적도 이에 비례하여 작아질 수박에 없다. 따라서 흡입포트(214)를 지나 압축공간(103)으로 토출되는 냉매가 지나는 유로가 좁아질 것으로 우려될 수 있다. 그러나 도 9에서 살펴본 바와 같이, 흡입포트(214)를 통해 토출되는 냉매는 개방공(244)을 통과하여 흐르는 경로뿐만 아니라, 흡입밸브(240)의 날개부(242)와 실린더(140)의 내벽 사이의 공간으로도 흐르게 된다. 흡입밸브(240)의 직경을 줄이게 되면 흡입밸브(240)의 날개부(242)와 실린더(140)의 내벽 사이의 간격이 커지게 되어 흡입포트(214)를 지나 압축공간(103)으로 토출되는 냉매가 지나는 유로 면적이 증가하게 된다.

도 12는 본 명세서의 제2 실시예에 따른 피스톤(200-2)에서 흡입밸브(240)가 장착된 상태를 나타내는 평면도이고, 도 13은 도 12에서 흡입밸브(240)가 닫힌 상태를 나타내는 단면도이다.

도 12와 도 13을 참조하면, 본 명세서의 제2 실시예에 따른 피스톤(200-2)은 헤드부(210-2)가 습동부(220)의 전방 단부를 덮도록 마련된다.

구체적으로, 헤드부(210-2)는 피스톤(200)의 중심축을 포함하는 내측 바디(211)와, 내측 바디(211)와 이격되고 내측 바디(211)를 둘러싸는 외측 바디(212)와, 내측 바디(211)와 외측 바디(212)를 연결하는 브릿지(213)를 포함할 수 있다.

외측 바디(212)는 전방부와 후방부의 외경이 서로 다르도록 마련될 수 있다. 외측 바디(212)의 전방부는 습동부(220)의 전방 단부(221)를 덮도록 마련되는 커버부(212b)를 형성할 수 있다. 커버부(212b)의 외경은 습동부(220)의 외경과 같거나 그보다 소폭 작을 수 있다. 그리고 외측 바디(212)의 후방부는 습동부(220)의 개구에 삽입되는 삽입부(212c)를 형성할 수 있다. 삽입부(212c)의 외경은 습동부(220)의 내경에 대응될 수 있다.

헤드부(210-2)는 습동부(220)에 압입 결합될 수 있다. 헤드부(210-2)가 습동부(220)에 결합되면, 삽입부(212c)가 습동부(220)의 개구에 삽입되고, 커버부(212b)의 후방에 습동부(220)의 전방 단부(221)가 마주보게 배치될 수 있다. 그리고 헤드부(210-2)는 접착제를 이용하여 습동부(220)에 보다 견고하게 결합될 수 있다.

본 명세서의 제2 실시예에 따른 피스톤(200-2)은 헤드부(210-2)가 피스톤(200)의 압축면을 형성할 수 있다. 구체적으로, 내측 바디(211)의 전방 단부(211b)와 외측 바디(212)의 전방 단부(212a)가 압축면을 형성할 수 있다.

흡입밸브(240)는 헤드부(210-2)의 전방면(211b, 212a)에 안착될 수 있다. 이 때, 흡입밸브(240)의 직경은 커버부(212b)의 직경과 같거나 그보다 소폭 작을 수 있다. 그리고 흡입밸브(240)의 직경은 습동부(220)의 내경보다 클 수 있다.

도 8과 도 13을 비교하면, 도 13의 흡입밸브(240)가 도 8의 흡입밸브 보다 직경이 더 큰 것을 확인할 수 있다. 흡입밸브(240)의 직경을 크게 함으로써 흡입포트(214)에서 토출된 냉매가 지나는 유로의 면적을 크게 하여 압축공간으로 토출되는 냉매의 유량을 증가시킬 수 있다.

흡입밸브(240)의 외주면 모서리와 흡입포트(214)의 외주면 모서리 사이는 일정 간격 이상을 확보할 필요가 있다. 이 둘 사이의 거리가 너무 가까우면 압축 행정시에 흡입밸브(240)가 흡입포트(214) 내부로 빨려 들어가는 변형이 발생할 수 있기 때문이다.

따라서, 흡입밸브(240)의 직경이 커지는 만큼 흡입포트(214)의 직경도 크게 하는 것이 가능하다. 그리고 흡입포트(214)의 직경이 커지는 만큼 흡입밸브(240)의 개방공(244)의 면적도 커질 수 있다. 즉, 흡입밸브(240)의 직경이 커지는 만큼 외측 바디(212)의 내경(흡입포트(214)의 외경)이 커질 수 있다.

도 14는 도 5에 대응하는 본 명세서의 다른 실시예에 따른 헤드부(210-3)의 절개사시도이고, 도 15는 본 명세서의 다른 실시예에 따른 피스톤(200-3)에서 흡입밸브(240)가 닫힌 상태를 나타내는 단면도이다.

본 명세서의 다른 실시예에 따른 피스톤(200-3)은 흡입포트(214)의 형상을 변경함으로써 냉매의 유로 저항을 감소시킬 수 있다.

도 14와 도 15를 참조하면, 본 명세서의 다른 실시예에 따른 헤드부(210-3)의 내측 바디(211)는 외주면(215-1)이 경사면(215b)을 포함하도록 마련된다. 일 예로, 전방 방향의 외주면(215a)은 반경이 일정한 원기둥 형상으로 마련되지만, 후방 방향의 외주면(215b)은 반경이 후방으로 갈수록 줄어드는 원뿔의 일부 형상으로 마련될 수 있다.

흡입포트(214)는 냉매가 유입되는 방향(흡입공간(102) 측)으로 유로의 단면적이 넓어지도록 경사면(215b)을 포함함으로써 유로 저항을 감소시킬 수 있다. 도 8과 도 15를 비교하면, 도 15에서 흡입포트(214)의 입구영역 개구가 더 큰 것을 알 수 있다. 즉, 냉매가 흡입공간(102)에서 흡입포트(214)로 유입될 때 입구저항이 작아질 수 있다.

유로 저항은 압력손실에 비례하며, 앞의 [계산식 1]에서 압력손실은 유로 직경이 커질수록 작아지는 것을 확인 바 있다. 따라서 흡입포트(214) 입구의 단면적이 커질수록 냉매가 흡입공간(102)에서 흡입포트(214)로 유입될 때 유로 저항이 작아지게 된다.

그리고 냉매가 흡입포트(214)를 지나면서 점차적으로 유로 단면적이 줄어들기 때문에 유속이 빨라진다. 유속이 빨라지면 유체의 운동에너지가 증가하기 때문에 흡입밸브(240)의 변형량을 증가시켜 시간당 토출되는 냉매의 유량을 증가시킬 수 있다.

그리고 본 명세서의 다른 실시예에 따른 헤드부(210-3)의 브릿지(213-1)는 흡입포트(214)의 경사면(215b)을 따라 폭이 증가하도록 마련된다. 도 15의 단면도를 참조하면 브릿지(213-1)는 사다리꼴 형상으로 마련될 수 있다.

도 16은 다양한 형태로 마련되는 내측 바디(211)의 단면을 나타내는 확대도이다.

도 16의 (a)를 참조하면, 내측 바디(211)의 외주면(215-1)뿐만 아니라 외측 바디(212)의 내주면(216-1)도 경사면(216b)을 포함할 수 있다. 외측 바디(212)의 내주면(216-1)에도 경사면(216b)이 형성되면 흡입포트(214) 입구의 단면적이 더 커지게 되고, 외측 바디(212)의 후방면과 실린더(140) 내벽 사이의 간격이 좁아지면서 흡입포트(214)의 입구부에서 유체 저항을 줄일 수 있다. 예를 들어, 외측 바디(212)의 내주면(216-1)에 형성되는 경사면(216b)은 챔퍼(chamfer) 형상일 수 있다.

도 16의 (b)를 참조하면, 내측 바디(211)의 외주면(215-2)은 유체의 진행 방향으로 곡면(215c)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유체의 진행 방향으로 볼록한 곡면 형상으로 마련될 수 있다. 내측 바디(211)의 외주면(215-2)을 곡면(215c)으로 형성하면 흡입포트(214)의 입구부의 단면적이 더 커질 수 있고, 냉매가 내측 바디(211)의 외주면(215-2)을 지날 때에 마찰 저항을 줄일 수 있다.

그리고 내측 바디(211)의 외주면(215-2)은 유체의 진행 방향으로 곡률 반경이 더 커지도록 곡면(215c)을 형성할 수 있다. 이처럼 유선형으로 형성하여 유체 저항 저감 효과를 극대화할 수 있다.

도 17은 다양한 형태로 마련되는 내측 바디(211)와 외측 바디(212)의 표면을 나타내는 확대도이다.

도 17의 (a)를 참조하면, 내측 바디(211)의 외주면과 외측 바디(212)의 내주면에는 미세 홈(217a)들이 형성될 수 있다. 미세 홈(217a)의 형상은 다양하게 마련될 수 있으며, 예를 들어 골프공의 표면과 같이 오목한 구의 일부 형상을 하는 미세 홈(217a)들이 형성될 수 있다.

도 17의 (b)를 참조하면, 내측 바디(211)의 외주면과 외측 바디(212)의 내주면에는 미세 슬릿(216b)이 형성될 수 있다. 미세 슬릿(216b)은 냉매의 흐름 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다.

흡입포트(214)의 유로에 미세 홈(216a) 또는 미세 슬릿(216b)을 형성함으로써 유로 벽 근처에 미세 와류를 형성할 수 있고, 이러한 미세 와류 때문에 유로 벽과의 마찰 저항이 작아질 수 있다.

도 18은 다양한 형태로 마련되는 브릿지(213)의 단면을 나타내는 확대도이다.

도 18은 내측 바디(211)와 외측 바디(212)의 사이에서 중심축에 평행하고 반경 방향에 수직한 평면으로 절단한 모습을 도시한다.

도 18의 (a)는 도 8에 도시된 브릿지(213)를 절단한 모습을 나타내며, 도 8의 브릿지(213)는 제작의 편의성을 고려하여 직사각 형태의 단면을 가진다.

도 18의 (b)를 참조하면, 브릿지(213-2)의 양 측면은 유체의 진행 방향으로 곡면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유체의 진행 방향으로 볼록한 곡면 형상으로 마련될 수 있다. 브릿지(213-2)의 측면을 곡면으로 형성하면 냉매가 브릿지(213-2)를 지날 때에 발생하는 와류를 저감할 수 있다. 그리고 브릿지(213-2)의 전방에서 브릿지(213-2) 양 측면의 냉매가 균일한 흐름을 형성할 수 있게 된다.

도 18의 (c)를 참조하면, 브릿지(213-3)의 양 측면은 유체의 진행 방향으로 곡면을 포함하되, 유체의 진행 방향으로 곡률 반경이 더 커지도록 곡면을 형성할 수 있다. 즉, 유체의 진행 방향으로 완만한 곡률을 가지는 곡면을 형성할 수 있다. 이와 같은 형상을 통해 브릿지(213-3)의 전방에서 브릿지(213-3) 양 측면의 냉매가 균일한 흐름을 형성하는 효과를 극대화할 수 있다. 이 때, 브릿지(213-3)의 전방에서는 양 측면의 곡면이 수렴할 수 있다.

도 18의 (d)를 참조하면, 브릿지(213-4)의 길이가 흡입밸브(240)가 안착되는 헤드부(210)의 전방 면(압축면)까지 연장될 수 있다. 도 18의 (c), (d)와 같이 브릿지(213-3, 213-4)의 양 측면이 유체의 진행 방향으로 곡률 반경이 더 키지는 곡면을 형성하는 경우 브릿지(213-3, 213-4)의 출구 측에서 브릿지(213-3, 213-4) 양 측면의 냉매가 균일한 흐름을 형성할 수 있다. 따라서 도 18의 (d)와 같이 브릿지(213-4)가 헤드부(210)의 전방 면까지 연장되는 것이 가능하다. 브릿지(213-4)가 헤드부(210)의 전방 면까지 연장되면 브릿지(213-4)의 강도가 증가할 수 있으며, 내측 바디(211)와 외측 바디(212)가 보다 견고하게 지지될 수 있다.

도 19는 브릿지(213)의 개수를 달리하여 흡입포트(214)의 면적이 증가하는 것을 나타내는 도면이다.

도 19의 (a)를 참조하면, 브릿지(213)는 180도의 간격으로 2개 마련될 수 있다. 그리고 두 브릿지(213)를 연장하는 가상의 선은 중심축(C)을 지난다. 이와 같은 배치로 브릿지(213)를 배치할 때, 각각의 브릿지(213)에 균등한 압력이 가해지게 된다. 그리고 이 경우 흡입포트(214)는 대략 180도의 각도를 가지는 호 형상의 유로를 형성할 수 있다.

또는, 도 19의 (b)를 참조하면, 단일 브릿지(213-5)가 마련될 수도 있다. 이 경우 흡입포트(214)는 대략 원형 링 형상의 유로를 형성할 수 있다. 그리고 브릿지(213-4)의 개수가 줄어드는 만큼 하나의 브릿지(213-5)에 가해지는 힘이 커지게 된다. 따라서 브릿지(213-5)의 개수를 줄이는 경우에는 브릿지(213-5)의 폭을 증가시킬 수 있다.

그리고 브릿지(213-5)를 전방에서 보았을 때, 브릿지(213-5)의 양 측면은 중심축(C)에서 반경 방향으로 연장되는 방향으로 마련될 수 있다. 이와 같은 형상으로 브릿지(213-5)를 마련할 때, 브릿지(213-5)의 내구성이 향상될 수 있다.

브릿지(213)의 개수 및 폭 등은 헤드부(210)에 요구되는 강성에 따라 결정될 수 있다. 압축기의 스펙 등, 요구 조건에 따라 브릿지(213)의 개수가 달라지거나 너비가 달라질 수 있다. 브릿지(213)의 개수가 많아지거나 폭이 넓어질수록 헤드부(210)의 강성은 커지지만, 흡입포트(214)의 유로 저항은 증가하게 된다. 반대로 브릿지(213)의 개수가 적어지거나 폭이 좁아질수록 헤드부(210)의 강성은 작아지지만 흡입포트(214)의 유로 저항은 감소하게 된다.

도 20은 도 6에서 다른 실시예에 따른 흡입밸브(240-1)가 장착된 모습을 나타내는 평면도이고, 도 21은 도 20에서 흡입밸브(240-1)가 열린 상태를 나타내는 단면도이다.

도 6에 도시된 흡입밸브(240)와 다른 실시예에 따른 흡입밸브(240-1)는 날개부(242)의 변형을 용이하게 할 수 있는 절개부(245)를 포함할 수 있다.

도 20을 참조하면, 흡입밸브(240-1)는 중심을 기준으로 방사상으로 120도의 간격을 두고 3개의 절개부(245)가 형성될 수 있다. 따라서 흡입밸브(240-1)는 중심을 기준으로 각각 독립적으로 변형될 수 있는 3개의 날개부(242)를 구비할 수 있다. 이처럼 절개부(245)를 형성함으로써 날개부(242)가 펼쳐지기 용이하고, 날개부(242)가 펼쳐지는 각도도 커질 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이 날개부(242)가 원주 방향으로 일체로 형성되는 경우와 비교할 때, 방사 방향으로 절개부(245)를 형성하고 원주 방향으로 서로 독립적으로 움직이는 복수의 날개부(242)가 형성되는 경우에는 보다 작은 힘으로도 날개부(242)를 변형시킬 수 있다. 그리고 날개부(242)가 변형되었을 때 헤드부(210)의 전방 단부와 이루는 각도가 커지게 되므로 흡입포트(214)를 통해 토출되는 냉매의 유량이 증가할 수 있다.

도 21을 참조하면, 헤드부(210)는 브릿지(213)의 상측 단부가 내측 바디(211)와 외측 바디(212)의 상측 단부(211b, 212a)와 동일 평면을 형성할 수 있다. 그리고 날개부(242)의 호 형상 외측 모서리는 외측 바디(212)의 상측 단부(212a)에 지지되고, 절개부(245)를 형성하는 날개부(242)의 방사 방향 면은 브릿지(213)의 상측 단부에 지지된다.

그리고 도 21을 참조하면, 절개부(245)는 브릿지(213)의 내측을 지나도록 연장될 수 있다. 즉, 전방에서 보았을 때, 흡입포트(214)는 날개부(242)의 내측에 가려지게 된다. 따라서 흡입밸브(240)의 날개부(242)가 닫힌 상태에서는 흡입포트(214)로부터 냉매가 누설되지 않을 수 있다.

한편, 흡입밸브(240)의 개방공(244)은 인접하는 절개부(245)의 사이에 형성될 수 있다. 따라서 3개의 절개부(245)가 120도 간격으로 배치되는 경우, 3개의 개방공(244)은 각각의 절개부(245) 사이에 120도 간격으로 배치될 수 있다. 그리고 120도 간격으로 배치되는 3개의 브릿지(213)로 구분되는 3개의 흡입포트(214)도 각각의 절개부(245) 사이에 120도 간격으로 배치될 수 있다.

도 22는 도 20에서 또 다른 실시예에 따른 흡입밸브(240-2)가 장착된 모습을 나타내는 평면도이다.

도 22를 참조하면, 흡입밸브(240-2)는 중심을 기준으로 방사상으로 180도의 간격을 두고 2개의 절개부(245)가 형성될 수 있다. 따라서 흡입밸브(240-2)는 중심을 기준으로 각각 독립적으로 변형될 수 있는 2개의 날개부(242)를 구비할 수 있다.

절개부(245)는 브릿지(213)의 내측을 지나도록 연장될 수 있다. 즉, 전방에서 보았을 때, 흡입포트(214)는 날개부(242)의 내측에 가려지게 된다. 따라서 흡입밸브(240-2)의 날개부(242)가 닫힌 상태에서는 흡입포트(214)로부터 냉매가 누설되지 않을 수 있다.

한편, 흡입밸브(240-2)의 개방공(244)은 인접하는 절개부(245)의 사이에 형성될 수 있다. 따라서 2개의 절개부(245)가 180도 간격으로 배치되는 경우, 2개의 개방공(244)은 각각의 절개부(245) 사이에 180도 간격으로 배치될 수 있다. 그리고 180도 간격으로 배치되는 2개의 브릿지(213)로 구분되는 2개의 흡입포트(214)도 각각의 절개부(245) 사이에 180도 간격으로 배치될 수 있다.

이상으로 설명한 것들은 발명의 이해를 돕기 위해 예를 들어 설명한 것에 불과한 것으로, 본 명세서의 실시예에 따른 피스톤(200)은 흡입포트(214)의 형상, 브릿지(213)의 개수, 절개부(245)의 개수 또는 개방공(244)의 개수 등을 달리할 수 있다. 예를 들어, 헤드부(210)는 4개의 브릿지(213)가 형성되고, 흡입밸브(240)는 4개의 절개부(245)와 4개의 개방공(244)이 형성될 수도 있다.

앞에서 설명된 본 명세서의 어떤 실시예들 또는 다른 실시예들은 서로 배타적이거나 구별되는 것은 아니다. 앞서 설명된 본 명세서의 어떤 실시예들 또는 다른 실시예들은 각각의 구성 또는 기능이 병용되거나 조합될 수 있다.

예를 들어 특정 실시예 및/또는 도면에 설명된 A 구성과 다른 실시예 및/또는 도면에 설명된 B 구성이 결합될 수 있음을 의미한다. 즉, 구성 간의 결합에 대해 직접적으로 설명하지 않은 경우라고 하더라도 결합이 불가능하다고 설명한 경우를 제외하고는 결합이 가능함을 의미한다.

상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 명세서의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 명세서의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 명세서의 범위에 포함된다.

100: 압축기, 101: 수용공간,
102: 흡입공간, 103: 압축공간,
104: 토출공간, 110: 케이싱,
111: 쉘, 112: 제1 쉘커버,
113: 제2 쉘커버, 114: 흡입관,
115: 토출관, 115a: 루프파이프,
116: 제1 지지 스프링, 116a: 흡입 가이드,
116b: 흡입측 지지부재, 116c: 댐핑부재,
117: 제2 지지 스프링, 117a: 지지브라켓,
117b: 제1 지지가이드, 117c: 지지커버,
117d: 제2 지지가이드, 117e: 제3 지지가이드,
118: 공진 스프링, 118a: 제1 공진 스프링,
118b: 제2 공진 스프링, 119: 스프링 서포터,
119a: 몸체부, 119b: 결합부,
119c: 지지부, 120: 프레임,
121: 바디부, 122: 플랜지부,
123: 백커버, 123a: 지지브라켓,
130: 구동유닛, 131: 아우터 스테이터,
132: 코일 권선체, 132a: 보빈,
132b: 코일, 133: 스테이터 코어,
134: 이너 스테이터, 135: 무버,
136: 마그넷 프레임, 136a: 결합부,
137: 스테이터 커버, 140: 실린더,
141: 플랜지부, 142: 가스유입구,
150: 피스톤, 151: 헤드부,
152: 가이드부, 153: 플랜지부,
154: 흡입포트, 155: 흡입밸브,
160: 머플러 유닛, 161: 흡입 머플러,
161a: 플랜지부, 162: 내부가이드,
170: 토출밸브 조립체, 171: 토출밸브,
172: 밸브 스프링, 180: 토출커버 조립체,
181: 제1 토출커버, 182: 제2 토출커버,
183: 제3 토출커버,
200: 피스톤, 210: 헤드부,
211: 내측 바디, 211a: 결합홀,
212: 외측 바디, 212b: 커버부,
212c: 삽입부, 213: 브릿지,
214: 흡입포트, 220: 습동부,
230: 플랜지부, 231: 결합부,
232: 결합공, 233: 삽입부,
240: 흡입밸브, 241: 고정부,
241a: 결합공, 242: 날개부,
243: 연결부, 244: 개방공,
245: 절개부, 250: 체결부재.

Claims (20)

1. 실린더 내부에 흡입된 냉매를 압축하여 토출하는 압축기에 사용되는 피스톤에 있어서,
   상기 피스톤은,
   상기 실린더의 내경에 대응하는 외경을 가지며 내부에 상기 흡입된 냉매가 수용되는 흡입공간을 형성하는 원통 형상의 습동부; 및
   상기 습동부에 결합되며, 압축 공간이 전방에 위치되고 흡입 공간이 후방에 위치되고 상기 흡입공간 및 상기 압축공간을 연통하는 흡입포트가 형성되는 헤드부를 포함하고,
   상기 헤드부는,
   내측 바디; 및
   상기 내측 바디를 둘러싸는 외측 바디를 포함하고,
   상기 흡입포트는 상기 내측 바디와 상기 외측 바디 사이에 형성되고,
   상기 외측 바디는,
   상기 습동부의 내부에 삽입되는 삽입부; 및
   상기 삽입부의 전방에서 반경 방향 외측으로 연장되어 상기 습동부의 전방 단부를 마주보는 커버부를 포함하는 압축기용 피스톤.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 헤드부는 상기 내측 바디와 상기 외측 바디를 연결하며 상기 내측 바디의 중심에 대하여 원주 방향으로 복수 개 배치되는 브릿지를 더 포함하는 압축기용 피스톤.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 흡입포트의 외주면은 상기 습동부의 내주면으로부터 이격되어 위치하는 압축기용 피스톤.
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 커버부의 외경은 상기 습동부의 외경과 같거나 상기 커버부의 외주 모서리가 상기 습동부의 외부 모서리 및 상기 습동부의 내부 모서리의 사이에 위치하도록 구비되는 압축기용 피스톤.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 헤드부의 전방에 결합되며 상기 흡입포트를 개폐할 수 있는 흡입밸브를 더 포함하고,
   상기 흡입밸브가 상기 헤드부의 전면에 안착되었을 때, 상기 흡입밸브의 외주 모서리는 상기 외측 바디의 외주 모서리와 상기 흡입포트의 외주 모서리의 사이에 배치되는 압축기용 피스톤.
   
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 헤드부의 적어도 일부는 상기 습동부에 압입 결합되는 압축기용 피스톤.
   
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 내측 바디는 외주면의 형상이 상기 흡입공간을 향하는 방향으로 외경이 작아지는 경사면 또는 곡면을 포함하는 압축기용 피스톤.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 내측 바디는,
   상기 흡입 공간보다 상기 압축 공간에 더 가깝게 위치되며 외경이 일정한 원통 형상으로 구비되는 전방부; 및
   상기 전방부의 후방에 배치되며 외경이 작아지는 경사면 또는 곡면의 형상을 가지는 후방부를 포함하는 압축기용 피스톤.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 브릿지의 전방 단부는 상기 후방부의 외주면으로부터 연장되는 압축기용 피스톤.
   
10. 제 7 항에 있어서,
    상기 외측 바디는 내주면의 형상이 상기 흡입 공간을 향하는 방향으로 내경이 커지는 경사면 또는 곡면을 포함하는 압축기용 피스톤.
    
11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내측 바디의 외주면과 상기 외측 바디의 내주면 중 어느 하나 이상에는 미세홈이 형성되는 압축기용 피스톤.
    
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 미세홈은 오목한 구체의 일부 형상으로 마련되는 압축기용 피스톤.
    
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 미세홈은 상기 냉매의 흐름 방향으로 연장되는 슬릿 형상으로 형성되는압축기용 피스톤.
    
14. 제 2 항에 있어서,
    상기 브릿지의 일 측면은 상기 냉매의 흐름 방향으로 볼록한 곡면을 포함하는 압축기용 피스톤.
    
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 브릿지의 곡면은 상기 냉매의 흐름 방향으로 곡률 반경이 더 커지도록 형성되는 압축기용 피스톤.
    
16. 제 14 항에 있어서,
    상기 브릿지의 전방 단부는 상기 헤드부의 전면과 동일한 평면 상에 위치되는 압축기용 피스톤.
    
17. 제 2 항에 있어서,
    상기 브릿지의 전면은 상기 헤드부의 전면과 동일한 평면 상에 위치되는 압축기용 피스톤.
    
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 헤드부의 전면에 결합되며 상기 흡입포트를 개폐할 수 있는 흡입밸브를 더 포함하고,
    상기 흡입밸브는,
    상기 내측 바디에 고정되는 고정부;
    상기 고정부를 둘러싸며 상기 흡입포트에서 토출되는 냉매의 흐름에 의해 전방으로 가역적으로 변형되는 복수의 날개부; 및
    상기 날개부의 외주 모서리에서 반경 방향 내측으로 요입되는 복수의 절개부를 포함하고,
    상기 복수의 절개부는 각각 상기 브릿지의 전면 상에 배치되어 상기 흡입밸브가 상기 흡입포트를 폐쇄한 상태에서 상기 날개부에 의해 상기 흡입포트가 폐쇄되는 압축기용 피스톤.
    
19. 삭제
20. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 압축기용 피스톤과,
    상기 피스톤을 둘러싸는 실린더와,
    상기 실린더의 전방 개구를 선택적으로 개방 및 폐쇄하는 토출밸브를 포함하는 압축기.

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