KR0186165B1 - 진동 저감형 리니어 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진동 저감형 리니어 압축기에 관한 것으로, 횡형으로 배치되며 저부의 수 개소에 단턱부가 형성되고 이 단턱부에 지지돌기가 형성되는 밀폐용기와, 상기 밀폐용기의 내부에 횡으로 배치되며 저부에 상기 밀폐용기의 지지돌기에 대응하는 수개의 지지돌기가 형성되는 압축기 유니트와, 상기 밀폐용기 저부의 지지돌기와 상기 압축기 유니트의 지지돌기 사이에 세워진 상태로 연결되어 상기 압축기 유니트를 탄성적으로 지지하는 탄성부재로 구성하여 상기 탄성부재의 진동 방향과 압축기 유니트의 가진 방향을 직교시키도록 함으로써 운전시, 진동을 보다 저감시키도록 한 것이다.

Description

진동 저감형 리니어 압축기

제1도는 일반적인 리니어 압축기의 주요부 구성을 보인 단면도.

제2도는 일반적인 리니어 압축기의 설치 상태를 보인 개략도.

제3도는 일반적인 리니어 압축기를 모델링(modeling)한 개략도.

제4도는 일반적인 리니어 압축기에 의한 진동계의 확대계수와 진동비의 관계를 보인 그래프.

제5도는 본 발명에 의한 리니어 압축기를 보인 부분 측단면도.

제6도는 본 발명에 의한 리니어 압축기를 다른 방향에서 절단하여 보인 정단면도.

제7도는 본 발명에 의한 리니어 압축기의 탄성지지부 구성을 보인 확대 단면도.

제8도는 본 발명에 의한 리니어 압축기를 모델링한 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : 밀폐용기 21a : 단턱부

21b : 지지돌기 22 : 탄성부재

23 : 압축기 유니트 23a : 지지돌기

본 발명은 리니어 압축기(Linear Compressor)에 관한 것으로, 특히 진동의 저감에 적당하도록 한 진동 저감형 리니어 압축기에 관한 것이다.

일반적인 압축기는, 모터의 회전 운동을 피스톤의 직선 왕복 운동으로 변환하는 크랭크샤프트를 적용한 방식으로, 크랭크샤프트 및 그 크랭크샤프트에 관련되는 부품, 예를 들어, 커넥팅 로드 및 베어링 등의 부품이 추가됨으로써 부품 수의 증가로 제조원가가 상승되고, 생산성이 저하되는 단점이 있었으며, 더욱 심각한 문제는 마찰 부위의 증가로 효율이 감소될 뿐만 아니라, 소비 전력이 증대되는 단점을 갖는 것이었다.

상기와 같은 크랭크샤프트를 적용한 압축기의 여러 단점을 해결하기 위하여, 크랭크샤프트의 사용을 배제하는 대신에 리니어 모터(linear motor)를 이용하여 피스톤을 직접 왕복 이동시킴으로써 부품 수의 감소로 제조원가를 절감시키고, 생산성을 향상시키는 동시에 부품 수의 감소에 따른 마찰 부위의 감소로 효율을 현저하게 상승시키며, 소비 전력을 저감시킬 수 있도록 한 개선된 형태의 리니어 압축기가 알려지고 있는 바, 그 전형적인 실시 형태를 첨부 도면에 의하여 설명하면 다음과 같다.

제1도에 도시한 바와 같이, 소정의 형상을 갖고 세워져 설치되는 밀폐용기(1)의 내부에 압축 유니트(2)가 마운팅 스프링(3)에 의해 탄력적으로 지지되어 세워진 구조로 되어 있다.

상기 압축 유니트(2)는, 하면의 수 개소에 마운팅 스프링(3)이 설치되는 피스톤 스프링(4)과, 상기 피스톤 스프링(4)에 세워지는 실린더(5)와, 상기 실린더(5)에 슬라이드 왕복 이동이 가능하도록 결합되는 피스톤(6)과, 상기 실린더(5) 및 피스톤(6)에 각각 구비되는 코일 및 마그네트로 구성되어 실린더(5)에 이동력을 발생시키는 리니어 모터(Linear Motor)(7)와, 상기 실린더(5)의 상면에 고정 설치되는 밸브 조립체(8)와, 그 밸브 조립체(8)의 양측에 각각 설치되는 흡입측 소음기(9) 및 토출측 소음기(10)로 구성되어 있다.

도면중 미설명 부호 S는 실린더(5) 및 피스톤(6)에 의하여 형성되는 냉매 압축 공간을 보인 것이다.

상기와 같이 구성되는 리니어 압축기는, 코일 및 마그네트로 구성되는 리니어 모터(9)의 통상적인 작용에 의하여 피스톤(6)이 실린더(5)의 내부에서 반복적인 직선 왕복운동을 하면서 밸브 조립체(8)에 형성된 흡입 밸브를 통하여 냉매를 흡입하고 냉매 압축 공간(S)에서 압축하며 토출 밸브를 통하여 토출시키는 동작을 반복적으로 수행하게 된다.

이때, 흡입측 소음기(9) 및 토출측 소음기(10)는 밸브 조립체(8)의 양측에 설치되어 냉매의 흡입 및 토출에 의한 소음을 저감시키는 역할을 한다.

그러나, 상기한 바와 같은 일반적인 리니어 압축기는, 밀폐용기(1)의 내부에 압축기 유니트(2)를 종형(縱形)으로 설치하여 리니어모터(7)의 운동 방향과 피스톤(6)의 운동 방향을 일치하도록 한 구조로서, 운전시 진동이 심하게 발생되는 결정적인 단점을 갖는 것이었다.

이를 첨부 도면에 의하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제2도는 일반적인 리니어 압축기의 설치 상태를 개략적으로 도시한 것으로, 도면중 11은 밀폐용기, 12는 압축 유니트(2)의 개념인 프레임(frame), 13은 마운팅 스프링, 14는 마운팅 러버(mounting rubber)를 보인 것으로서, 밀폐용기(11)의 진동은 내부에 수납된 프레임(12)의 운동에 의하여 야기되며, 다음과 같은 관계가 성립한다.

즉, 프레임(12)의 진폭 → 밀폐용기(11)에 가해지는 힘 → 밀폐용기(11)에 가해지는 가속도 → 밀폐용기(11)의 진폭으로 나타낼 수 있으며, 상기 밀폐용기(11)와 프레임(12)의 관계는 다음의 식(1)(1')로 표현할 수 있다.

따라서, 프레임(12)의 진폭을 줄이는 것이 결과적으로 밀폐용기(11)의 진폭을 줄이는 것과 동일함을 의미하며, 또한 마운팅 스프링(13)의 강성을 줄이는 것도 밀폐용기(11)의 진폭을 줄이는 것과 동일함을 의미한다.

한편, 제3도는 일반적인 리니어 압축기를 모델링(modeling)한 개략도로서, 이와 같은 종형(縱形) 방식 리니어 압축기의 경우에 있어서는, 가진력을 F=fsinωt 라고 하고, 마운팅 스프링(13)의 Y방향 강성을 K_Y, X방향 강성을 K_X라 할 때, 다음과 같은 지배 방정식을 갖게 된다.

상기한 식(2)의 해 Y는 homogeneous solution Yh 와 particular solution Yp를 갖게 된다.

즉,

여기서, homogeneous solution Yh는 Yh = C1cosωnt + C2sinωnt이며, C₁과 C₂는 초기 경계치에 의하여 구하여진다.

한편, particular solution Yp는 Yp = Ycosωt에서 다음의 식(4)으로 나타낼 수 있다.

여기서, δ_ST=F/K_Y(정적 처짐), ω는 가진 진동수, ω_n는 프레임(12)의 고유 진동수를 의미한다.

결과적으로, 프레임(12)의 거동 Y(=Yh + Yp)는 Yp의 거동을 따르게 된다. 따라서 Yp의 거동을 보면, Y/δ_ST= R, ω/ω_n= r 이라 했을 때 제4도에 도시한 그래프와 같다.

일반적으로 가진력 F = fsinωt에서 ω는 입력 전압이므로 ω=2πf=2π x 60이므로 리니어 압축기의 경우, 일반적으로 r=ω/ω_n가 1보다 크게 된다.

그 이유는 스프링의 길이 방향 K_Y가 δ_ST을 어느 정도 제한하여야 하므로 어느 한계 이상 작아질 수 없기 때문이다.

결국, 정점 처짐 δ_ST에 대한 프레임(12)의 진폭 Y의 비 R은 damping factor(ζ)에 따라서 제4도에 도시한 그래프와 같이 그려진다.

본 발명의 목적은 진동의 발생을 보다 효과적으로 저감시킬 수 있도록 한 진동 저감형 리니어 압축기를 제공함에 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 횡형으로 배치되며 저부의 수 개소에 단턱부가 형성되고 이 단턱부에 지지돌기가 형성되는 밀폐용기와, 상기 밀폐용기의 내부에 횡으로 배치되며 저부에 상기 밀폐용기의 지지돌기에 대응하는 수 개의 지지돌기가 형성되는 압축기 유니트와, 상기 밀폐용기 저부의 지지돌기와 상기 압축기 유니트의 지지돌기 사이에 세워진 상태로 연결되어 상기 압축기 유니트를 탄성적으로 지지하는 탄성부재로 구성하여 상기 탄성부재의 진동 방향과 압축기 유니트의 가진 방향을 직교 시키도록 한 것을 특징으로 하는 진동 저감형 리니어 압축기가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 진동 저감형 리니어 압축기를 첨부 도면에 도시한 실시예에 따라서 설명하면 다음과 같다.

제5도는 본 발명에 의한 리니어 압축기를 보인 부분 단면도이고, 제6도는 본 발명에 의한 리니어 압축기를 다른 방향에서 절단하여 보인 단면도이며, 제7도는 본 발명에 의한 리니어 압축기의 탄성지지부 구성을 보인 확대 단면도이다.

이에 도시한 바와같이, 본 발명에 의한 진동 저감형 리니어 압축기는, 횡형으로 배치되는 밀폐용기(21)와, 상기 밀폐용기(21) 저부의 수 개소에 세워 설치되는 탄성부재(22)와, 상기 탄성부재(22)에 횡형으로 지지되는 압축기 유니트(23)로 구성한 것이다.

즉, 본 발명에 의한 진동 저감형 리니어 압축기는, 탄성부재(22)의 진동 방향과 압축기 유니트(23)의 가진 방향을 직교시켜 운전 시, 진동을 저감시키도록 한 것이다.

상기 밀폐용기(21)의 저부에는 4개소에 단턱부(21a)가 각각 형성되어 있고, 상기 단턱부(21a)의 상면에는 지지돌기(21b)가 각각 형성되어 있으며, 상기 단턱부(21a)에 대향되는 압축기 유니트(23)의 소정 부위에는 지지돌기(23a)가 각각 형성되어 있어, 상기 밀폐용기(21)의 단턱부(21a)에 형성된 지지돌기(21b)에 탄성부재(22)의 하단부를 결합하고, 상기 압축기 유니트(23)의 지지돌기(23a)에 탄성부재(22)의 상단부를 결합하여 압축기 유니트(23)를 탄성적으로 지지하도록 되어 있다.

상기 탄성부재(22)의 설치 부위는 도면에 도시한 실시예에 한정하는 것은 아니며, 압축기 유니트(23)를 보다 효과적으로 탄력지지할 수 있는 부분이라면 어떠한 곳에 설치하여도 무방하다.

한편, 본 발명에 의한 소음 저감형 리니어 압축기에 의하면, 제8도에 도시한 바와 같이, 탄성부재(22)의 X방향 강성이 K_X로 바뀌게 된다.

그리고, 일반적으로 코일 스프링(coil spring)의 경우, K_X는 K_Y의 1/3 이하이므로 r(=ω/ω_n)이 제3도에 도시한 종형 방식의 경우 보다 커지게 되고, 그 K_X가 소프트(soft)해 질수록 r의 값은 더 커지게 된다.

따라서, 댐핑의 크기에 관계없이 K_X가 소프트해지면, 진폭비 R(=Y/δ_ST)가 작아지게 되어 프레임(12)의 진폭이 줄어들게 되고, 결국 밀폐용기(11)의 진폭도 줄어들게 되는 것이다.

한편, 마운팅 스프링(13)의 강성은 프레임(12)의 진폭에도 관계가 있으며, 밀폐용기(11)에 가해지는 힘=마운팅 스프링(13)의 강성 x 프레임(12)의 진폭의 관계로 성립한다.

이때, 밀폐용기(1)에 가해지는 힘은 결국 밀폐용기(11)의 진폭에 관계되므로 마운팅 스프링(13)의 강성은 소프트할수록 진동에 유리하다.

결국, 프레임(12)을 횡형 방식으로 설치할 경우, 종형방식 보다 진폭도 작을 뿐 아니라, 횡형일 때, 마운팅 스프링(13)의 강성 K_X는 종형일 때의 강성 K_Y의 1/3이하이므로 밀폐용기(11)에 가해지는 힘은 횡형일 경우, 종형에 비하여 1/3 이상 줄어들게 되는 것이다.

그러므로, 프레임(12)을 횡형방식으로 설치하는 것이 밀폐용기(11)의 진폭을 줄이게 되어 진동에 유리하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 진동 저감형 리니어 압축기는, 횡형으로 배치되는 밀폐용기와, 상기 밀폐용기 저부의 수개소에 세워 설치되는 탄성부재와, 상기 탄성부재에 횡형으로 지지되는 압축기 유니트로 구성하여, 상기 탄성부재의 진동방향과 압축기 유니트의 가진 방향을 직교시키도록 함으로써 운전시, 진동을 보다 저감시키는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 횡형으로 배치되며 저부의 수 개소에 단턱부가 형성되고 이 단턱부에 지지돌기가 형성되는 밀폐용기와, 상기 밀폐용기의 내부에 횡으로 배치되며 저부에 상기 밀폐용기의 지지돌기에 대응하는 수 개의 지지돌기가 형성되는 압축기 유니트와, 상기 밀폐용기 저부의 지지돌기와 상기 압축기 유니트의 지지돌기 사이에 세워진 상태로 연결되어 상기 압축기 유니트를 탄성적으로 지지하는 탄성부재로 구성하여 상기 탄성부재의 진동 방향과 압축기 유니트의 가진 방향을 직교시키도록 한 것을 특징으로 하는 진동 저감형 리니어 압축기.