KR20020045741A - 토출머플러를 갖춘 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토출머플러를 갖춘 압축기에 관한 것으로, 그 목적은 복수개로 이루어진 토출머플러들을 연통시켜 압력맥동으로 인해 각각의 토출머플러에서 발생되는 소음이 합류되는 과정에서 상호 소멸간섭되게 함으로써, 냉매 토출소음을 효율적으로 줄이고자 하는 것이다.

본 발명에 따른 토출머플러를 갖춘 압축기에 의하면, 실린더블럭(31) 하부에 한 쌍의 토출머플러(50L)(50R)가 대칭되게 배치되고 이들 중의 어느 하나에 냉매토출관(14)이 결합되는데, 연결관(60)을 통해 한 쌍의 토출머플러(50L)(50R)가 직접 연통되게 결합되어 있다. 이 때, 연결관(60)의 길이(L)는 일측 토출머플러(50L)의 소음이 연결관(60)을 통해 타측 토출머플러(50R)로 전달되는 과정에서 역위상이 되도록 설정되어 있다.

따라서 한 쌍의 토출머플러(50L)(50R)로 분산된 압축냉매가 연결관(60)을 통해 합류되는 과정에서 소정의 주파수 대역을 갖는 소음원이 서로 소멸간섭됨으로써, 전반적인 압축냉매의 토출소음이 월등하게 저감되는 작용효과가 있으며, 아울러 연결관(60)의 길이(L)를 달리함에 따라 손쉽게 특정 주파수 대역의 소음원을 용이하게 제거할 수 있는 작용효과가 있다.

Description

토출머플러를 갖춘 압축기{Compressor with discharge muffler}

본 발명은 냉장고 등에 장착되는 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉매 토출 시 발생되는 압력맥동을 저감시키기 위해 복수개의 토출머플러를 갖춘 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 냉매를 매개체로 하여 압축 → 응축 → 팽창 → 증발과정이 연속적으로 수행되는 냉장고 등의 냉동사이클에 적용되어 냉매를 고온 고압으로 압축하여 내보내는 기기로서, 피스톤이 직선 왕복운동하여 냉매가 압축 토출되는 선형 압축기와, 왕복동형 압축기 등이 있다.

이러한 기능을 하는 종래 왕복동형 압축기는 외형을 이루는 밀폐용기와, 밀폐용기에 내장되어 동력을 발생시키는 구동장치와, 구동장치로부터 동력을 전달받아 냉매를 흡입하여 압축 토출하는 압축장치를 포함한다.

구동장치는 밀폐용기의 상부에 설치되는데, 이것은 고정자와 회전자 및 하단에 편심부가 일체로 형성된 회전축을 구비한다. 이 회전축은 회전자 중심부에 압입되어 있어서, 회전자와 함께 일체로 회전운동하게 된다.

그리고 압축장치는 냉매 흡입과 토출을 안내하는 흡입방과 토출방이 형성된 실린더헤드와, 선단에 실린더헤드가 장착되며 내부에는 압축실이 형성된 실린더블럭과, 압축실을 왕복운동하는 피스톤과, 피스톤과 편심축을 연결하여 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 커넥팅로드를 구비하여, 밀폐용기의 하부에 배치된다.

또한, 실린더헤드의 직상방에는 냉매 유입 시 발생되는 소음을 줄이기 위한 흡입머플러가 배치되며, 여기에는 냉매유입관이 연결된다. 그리고 실린더블럭의 저면 양측에는 고압냉매가 토출될 때 발생되는 압력맥동을 줄이기 위해 실린더헤드의 토출방과 각각 연통되도록 한 쌍의 토출머플러가 장착되는데, 이들 중의 어느 하나에만 냉매토출관이 연결된다. 즉, 냉매토출관이 연결된 일측의 토출머플러는 공간 팽창형 형태로 마련되며, 냉매토출관이 연결되지 않은 타측의 토출머플러는 헬름홀츠 공명기(Helmholtz Resonator) 형태로 마련된다.

이와 같이 구성된 종래 왕복동형 압축기에 전원이 인가되면, 회전자와 함께 회전축이 고속 회전하고, 아울러 편심부에 커넥팅로드를 통해 연결된 피스톤이 압축실 내부를 왕복운동하게 된다. 이에 따라 냉매는 흡입머플러와 실린더헤드의 흡입방을 거쳐 압축실로 유입 압축된다. 계속하여 압축된 냉매는 실린더헤드의 토출방과 토출머플러로 토출된다.

즉, 피스톤이 하사점으로 이동하여 흡입된 저압 냉매는 상사점으로 이동함에 따라 압축되어 실린더헤드의 토출방으로 토출된다. 그리고 압축냉매의 일부는 공간 팽창형 형태의 일측 토출머플러로, 나머지 일부는 헬름홀츠 공명기 형태의 타측 토출머플러로 보내져 압력맥동이 저감되며, 계속하여 냉매토출관을 통해 냉동사이클로 공급된다. 이 때, 헬름홀츠 공명기 형태의 타측 토출머플러내의 압축냉매는 피스톤의 하사점 이동 시 압력차이에 의해 다시 실린더헤드의 토출방을 경유, 일측 토출머플러측으로 공급되어 외부로 빠져나간다.

그러나, 이러한 종래 왕복동형 압축기에서는 헬름홀츠 공명기 형태의 타측 토출머플러내의 압축냉매가 냉매토출압이 잔존하는 실린더헤드의 토출방을 경유하여 공간 팽창형 형태의 일측 토출머플러측으로 들어감으로써, 이들이 합류되는 과정에서 압력맥동 피크가 바뀌며 또 다른 대역의 주파수를 갖는 소음이 발생되는 문제점이 있다.

또한, 실린더헤드의 토출방에서 발생되는 소음성분을 저감하기 위해서는 헬름홀츠 공명기 타입의 토출머플러내의 고유주파수에 영향을 주는 토출머플러의 체적, 토출방과 토출머플러를 연통시키는 유로의 길이 및 이의 단면적 등 많은 인자를 고려해야 하기 때문에, 이들을 튜닝하는데 상당한 어려움이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 복수개로 이루어진 토출머플러들을 연통시켜 압력맥동으로 인해 각각의 토출머플러에서 발생되는 소음이 합류되는 과정에서 상호 소멸간섭되게 함으로써, 냉매 토출소음을 현저하게 줄일 수 있는 토출머플러를 갖춘 압축기를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명이 적용되는 왕복동형 압축기의 내부구조를 보인 측단면도이다.

도 2는 도 1의 Ⅱ - Ⅱ 선에 따른 단면도이다.

도 3은 도 2의 Ⅲ - Ⅲ 선에 따른 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 압축기의 토출소음 저감과정을 개략적으로 보인 것이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 왕복동형 압축기의 저면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10..밀폐용기 20..구동장치

30..압축장치 31..실린더블럭

32..실린더헤드 32b..토출방

50L,50R..토출머플러 52L,52R..연결유로

60..연결관

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은;

동력을 발생시키는 구동장치와, 구동장치의 동력을 전달받아 냉매를 흡입하여 토출하는 압축장치와, 압축장치로부터 토출되는 냉매가 일시 저장되는 토출머플러를 갖춘 압축기에 있어서,

토출머플러는 적어도 2개 이상으로 마련되며, 이들 중 어느 하나에 밀폐용기 외부로 냉매 토출을 안내하는 냉매토출관이 결합되고,

토출머플러들 사이에는 이들을 직접 연통시켜 내부에서 발생된 소음이 합류되는 과정에서 소멸 간섭되게 하는 연결관이 배치된 것을 특징으로 하는 구성이다.

또한, 연결관은 일측 토출머플러의 소음이 연결관을 통해 타측 토출머플러로전달되는 과정에서 타측 토출머플러의 소음 위상과 역위상이 되도록 소정 길이로 이루어 진 것을 특징으로 하는 구성이다.

또한, 토출머플러측에서 발생되는 소음의 주파수가 350 ~ 600Hz 대역이고, 냉매에서의 음원 전파속도가 161m/s 인 조건에서,

연장관의 길이는 13.4cm에서 23cm 이내로 이루어 진 것을 특징으로 하는 구성이다.

또한, 동력을 발생시키는 구동장치와, 구동장치의 동력을 전달받아 냉매를 흡입하여 토출하는 압축장치와, 압축장치로부터 토출되는 냉매가 일시 저장되는 토출머플러를 갖춘 압축기에 있어서,

토출머플러는 적어도 2개 이상으로 배치되고, 이들 중 어느 하나에 밀폐용기 외부로 냉매토출을 안내하는 냉매토출관이 결합되며,

압축장치와 토출머플러를 각각 연결하여 냉매토출을 안내하는 적어도 2개 이상의 연결유로가 마련되되 이들을 통해 토출머플러측으로 각각 냉매가 전달되는 과정에서 소음원이 서로 역위상이 되도록 이들의 길이가 서로 달리 이루어지며,

토출머플러들 사이에는 이들을 직접 연통시켜 냉매와 함께 서로 역위상을 갖는 소음원이 합류되는 과정에서 소멸 간섭되게 하는 연결관이 마련된 것을 특징으로 하는 구성이다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 첨부도면을 간략하게 설명하면, 도 1과 도 2는 본 발명이 적용되는 왕복동형 압축기 내부구조를 보인 단면도이고, 도 3과 도 4는 본 발명에 따른 왕복동형 압축기의 저면 구조를 개략적으로 보인 것이다.

본 발명이 적용된 왕복동형 압축기는 도 1에 도시한 바와 같이, 밀폐 구성되며 저부에 오일이 저장되는 밀폐용기(10)와, 밀폐용기(10)에 내장되며 전원을 인가받아 구동하여 동력을 발생시키는 구동장치(20)와, 구동장치(20)의 동력을 전달받아 냉매를 흡입하여 압축 토출하는 압축장치(30)를 갖추고 있다.

밀폐용기(10)는 왕복동형 압축기의 외관으로, 상부용기(11)와 하부용기(12)가 밀폐 결합되어 이루어진다.

그리고, 구동장치(20)는 전원을 인가받아 자장을 형성하는 고정자(21)와, 고정자(21)내에 회전 가능하게 설치되는 회전자(22)와, 상단은 회전자(22)에 압입 결합되며 하단부위에는 편심부(24)를 갖춘 회전축(23)을 구비하여, 밀폐용기(10)내의 상측공간에 설치된다.

압축장치(30)는 내부에 압축실(31a)이 형성되어 피스톤(33)이 왕복운동함에 따라 냉매를 흡입하여 압축 토출하는 실린더블럭(31)과, 피스톤(33)과 편심부(24)를 연결하는 커넥팅로드(34)와, 실린더블럭(31)의 전방에 장착되며 냉매의 흡입과 토출을 안내하기 위해 흡입방(32a)과 토출방(32b)이 구획되게 형성된 실린더헤드(32)를 포함하여, 밀폐용기(10)의 하측공간에 배치된다. 미설명부호 "25"는 실린더블럭(31)의 상부에 안착되어 회전축(23) 및 회전자(22)의 회전을 지지하는 지지베어링이며, "40"은 실린더헤드(32)의 상부에 배치되어 냉매유입에 따라 발생되는 소음을 저감하는 흡입머플러이다. 흡입머플러(40)에는 밀폐용기(10) 외부로부터 냉매유입을 안내하기 위한 냉매유입관(13)이 연결된다.

그리고 실린더블럭(31)의 하부에는 실린더헤드(32)의 토출방(32b)을 통해 압축냉매가 토출되는 과정에서 압력맥동을 저감시키기 위한 토출머플러(50L)(50R)가 마련되는데, 이의 상세한 구조를 도 2와 도 3을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 토출머플러(50L)(50R)는 실린더블럭(31)의 양측 하부에 대칭되게 한 쌍으로 배치되는데, 실린더블럭(31)에 볼트 체결되며 내부에 소정의 댐핑공간(51)이 형성되어 있다.

그리고 실린더블럭(31)에는 실린더헤드(32)의 토출방(32b,도 1참조)과 각 토출머플러(50L)(50R) 내부공간을 연통시키기 위한 연통유로(52L)(52R)가 가공되며, 한 쌍의 토출머플러(50L)(50R) 중 어느 하나의 것에 압축냉매를 밀폐용기(10) 외부, 즉 냉동사이클로 다시 내보내기 위한 냉매토출관(14)이 연결되어 있다. (본 실시 예에서는 도면에서 보인 바와 같이, 우측 토출머플러(50R)에 냉매토출관(14)을 연결하였다.)

또한, 이러한 한 쌍의 토출머플러(50L)(50R) 사이에는 이들을 연통시켜 내부에서 발생되는 소음이 합류되는 과정에서 소멸 간섭되게 하는 연결관(60)이 배치되어 있다. 즉, 연결관(60)의 일단(61)은 좌측 토출머플러(50L)에 연통되게 결합되고, 타단(62)이 우측 토출머플러(50R)에 연통되게 결합됨으로써, 한 쌍의 토출머플러(50L)(50R)가 연결관(60)을 매개로 직접 연통되게 된다.

이 때, 연결관(60)은 좌측 토출머플러(50L)에서 발생된 소음이 우측 토출머플러(50R)로 전달되는 과정에서 우측 토출머플러(50R)내의 소음위상과 역위상이 되도록 소정 길이로 연장되게 구성해야 하는데, 연결관(60)의 길이 설정은 다음과 같다.

즉, 좌측 토출머플러(50L)내의 음원이 연결관(60)을 경유하여 180도 차이를 갖는 역위상이 되게 하려면, 연결관(60)의 길이는 다음 식으로 표현된다.

L = λ/ 2

여기서 L 은 연결관(60)의 길이이고, λ는 c/f 이다. 또한, c는 음원의 주파수이고, f는 냉매에서의 음원의 속도이다.

예를 들면, 왕복동형 압축기에서 토출머플러(50L)(50R)에서의 음원 주파수(c)가 350 ~ 600Hz 대역이고, 통상 냉장고에 적용되는 냉매 R134a에서의 음원의 속도(f)가 161m/s(온도 100℃인 경우)의 조건에서는, 연결관(60)의 길이(L)는 13.4cm 내지 23cm 이내로 설정하는 것이 바람직하다.

따라서 좌측의 토출머플러(50L)에서 발생된 음원이 연결관(60)을 따라 우측 토출머플러(50R)측으로 전달되는 과정에서 역위상이 되며, 이것에 우측 토출머플러(50R)에서 발생된 음원과 소멸간섭되게 된다.

결국, 연결관(60)의 길이(L)를 달리 구성함으로써, 왕복동형 압축기에서 특정 주파수 대역의 소음을 용이하게 제거할 수 있게 된다. 또한, 연결관(60)의 길이(L)와 함께 이의 내경을 적절하게 조절하면 특정 주파수 대역의 소음을 보다 용이하게 제거할 수 있음은 물론이다.

다음에는 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 왕복동형 압축기의 작동 및 효과를 설명한다.

본 발명에 따른 왕복동형 압축기에 전원이 인가되면, 회전자(22)와 회전축(23)이 일체로 고속 회전하며, 이의 회전운동이 커넥팅로드(34)를 통해 피스톤(33)의 직선 왕복운동으로 변환된다.

이에 따라 피스톤(33)이 압축실(31a)을 왕복운동함으로써, 냉매의 흡입 및 압축작용이 이루어진다. 즉, 피스톤(33)이 하사점으로 작동하여 흡입과정에 있을 때에는 저압상태의 냉매가 흡입머플러(40)와 흡입방(32a)을 거쳐 압축실(31a)로 흡입되고, 반면에 피스톤(33)이 상사점으로 작동하여 압축 토출과정에 있을 때에는 압축된 냉매가 토출방(32b)과 토출머플러(50L)(50R)내의 댐핑공간(51)으로 토출되며, 계속하여 냉매토출관(14)을 통해 밀폐용기(10) 외부로 내보내진다. 이러한 작동은 회전축(23)의 1회전 당 1회씩 수행된다.

한편, 토출방(32b)으로 토출된 압축냉매의 일부는 좌측 연통유로(52L)를 통해 좌측 토출머플러(50L)로 보내지고, 나머지 일부는 우측 연통유로(52R)를 통해 우측 토출머플러(50R)로 보내져 압력맥동이 저감되며, 이러한 상태에서 냉매토출관(14)을 통해 외부로 빠져나간다. 이 때, 좌측 토출머플러(50L)로 보내진 압축냉매는 연결관(60)을 통해 우측 토출머플러(50R)로 직접 빠져나가는데, 이러한 과정에서 압축냉매가 갖는 음원이 상쇄된다.

즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 압축냉매가 실린더헤드(32)의 토출방(32b,도 1참조)으로 토출되는 과정에서 소정의 사인파 음원(A)을 갖는 소음이 발생되며, 좌측 토출머플러(50L)와 우측 토출머플러(50R)로 분산되는 과정에서 압력맥동에 의해 발생된 특정 주파수 대역의 소음도 같이 전달된다. 이 때, 압축냉매가 각각의 토출머플러로 분산되는 과정에서는 동일한 파장의 소음(B)(C)이 발생된다.

계속하여, 우측 토출머플러(50R)로 보내진 압축냉매는 냉매토출관(14)을 통해 곧바로 외부로 빠져나가고, 좌측 토출머플러(50L)로 보내진 압축냉매는 연결관(60)을 경유하여 우측 토출머플러(50R)로 이동되며 이에 잔존하는 것과 합류하여 외부로 빠져나간다.

즉, 좌측 토출머플러(50L)내의 소음이 연결관(60)을 통해 압축냉매와 함께 우측 토출머플러(50R)로 전달되는 과정에서 이의 위상이 변화되는데, 우측 토출머플러(50R)내의 소음 위상에 비해 180도 위상차, 즉 역위상을 갖는 소음(D)으로 변한다.

따라서 좌측 토출머플러(50L)내의 압축냉매가 연결관(60)을 통해 우측 토출머플러(50R)내의 압축냉매와 합류되는 과정에서 소음원이 상호 소멸간섭되며, 이것에 의해 전반적인 압축냉매의 토출소음이 월등하게 저감된다.

한편, 이러한 기술적 사상은 연결관(60)의 길이(L)를 적정하게 조절하여 소음원을 소멸간섭시키는 것으로 설명하였지만, 이에 국한하지 않고 도 5에 도시한 바와 같이, 실린더헤드(32)의 토출방(32b,도 1참조)과 각 토출머플러(50L)(50R)를 연결하는 연결유로(52L)(52R)의 길이(L1)(L2)를 조절해서도 본 발명의 소기목적을 달성할 수 있음은 물론이다.

즉, 연결유로(52L)(52R)를 통해 각각의 토출머플러(50L)(50R)측으로 압축냉매가 전달되는 과정에서 소음원이 서로 역위상이 되도록, 토출방(32b)으로부터 좌측 토출머플러(50L)를 연결하는 좌측 연결유로(52L) 길이(L1)와, 우측토출머플러(50R)를 연결하는 우측 연결유로(52R)의 길이(L2)를 서로 달리 구성하였다.(본 실시 예에서는 좌측의 연결유로(52L)를 상대적으로 길게 구성하였음(L1>L2))

따라서 압축냉매가 실린더헤드(32)의 토출방(32b)으로 토출되는 과정에서 발생된 소음이 길이(L1)(L2)가 다른 연결유로(52L)(52R)를 통해 각각의 토출머플러(50L)(50R)측으로 전달되기 때문에, 좌측 토출머플러(50L)내와 우측 토출머플러(50R)내의 소음원은 상호 역위상을 갖는다.

계속하여 좌측 토출머플러(50L)로 보내진 압축냉매는 연결관(60)을 경유하여 우측 토출머플러(50R)로 이동되며, 이에 잔존하는 것과 합류하여 외부로 빠져나가는데, 역위상을 갖는 좌측 토출머플러(50L)의 소음원이 연결관(60)을 통해 압축냉매와 함께 우측 토출머플러(50R)로 전달됨으로써, 측 토출머플러(50R)내의 소음원과 상호 소멸간섭되며, 이것에 의해 압축냉매의 토출소음이 월등하게 저감된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 토출머플러를 갖춘 압축기에 의하면, 실린더블럭 하부에 한 쌍의 토출머플러가 대칭되게 배치되고 이들 중의 어느 하나에 냉매토출관이 결합되는데, 연결관을 통해 한 쌍의 토출머플러가 직접 연통되게 결합되어 있다. 이 때, 연결관의 길이는 일측 토출머플러의 소음이 연결관을 통해 타측 토출머플러로 전달되는 과정에서 역위상이 되도록 설정되어 있다.

따라서 한 쌍의 토출머플러로 분산된 압축냉매가 연결관을 통해 합류되는 과정에서 소정의 주파수 대역을 갖는 소음원이 서로 소멸간섭됨으로써, 전반적인 압축냉매의 토출소음이 월등하게 저감되는 작용효과가 있으며, 아울러 연결관의 길이를 달리함에 따라 손쉽게 특정 주파수 대역의 소음원을 용이하게 제거할 수 있는 작용효과가 있다.

Claims (4)

1. 동력을 발생시키는 구동장치와, 상기 구동장치의 동력을 전달받아 냉매를 흡입하여 토출하는 압축장치와, 상기 압축장치로부터 토출되는 냉매가 일시 저장되는 토출머플러를 갖춘 압축기에 있어서,

   상기 토출머플러(50L)(50R)는 적어도 2개 이상으로 마련되며, 이들 중 어느 하나에 상기 밀폐용기(10) 외부로 냉매토출을 안내하는 냉매토출관(14)이 결합되고,

   상기 토출머플러(50L)(50R)들 사이에는 이들을 직접 연통시켜 내부에서 발생된 소음이 합류되는 과정에서 소멸 간섭되게 하는 연결관(60)이 배치된 것을 특징으로 하는 토출머플러를 갖춘 압축기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 연결관(60)은 일측 토출머플러(50L)의 소음이 상기 연결관(60)을 통해 타측 토출머플러(50R)로 전달되는 과정에서 타측 토출머플러(50R)의 소음 위상과 역위상이 되도록 소정 길이(L)로 이루어 진 것을 특징으로 하는 토출머플러를 갖춘 압축기.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 토출머플러(50L)(50R)측에서 발생되는 소음의 주파수(f)가 350 ~ 600Hz대역이고, 냉매에서의 음원 전파속도(c)가 161m/s 인 조건에서,

   상기 연장관(60)의 길이(L)는 13.4cm에서 23cm 이내로 이루어 진 것을 특징으로 하는 토출머플러를 갖춘 압축기.
4. 동력을 발생시키는 구동장치와, 상기 구동장치의 동력을 전달받아 냉매를 흡입하여 토출하는 압축장치와, 상기 압축장치로부터 토출되는 냉매가 일시 저장되는 토출머플러를 갖춘 압축기에 있어서,

   상기 토출머플러(50L)(50R)는 적어도 2개 이상으로 배치되고, 이들 중 어느 하나에 상기 밀폐용기(10) 외부로 냉매토출을 안내하는 냉매토출관(14)이 결합되며,

   상기 압축장치(30)와 토출머플러(50L)(50R)를 각각 연결하여 냉매토출을 안내하는 적어도 2개 이상의 연결유로(52L)(52R)가 마련되되 이들을 통해 상기 토출머플러(50L)(50R)측으로 각각 냉매가 전달되는 과정에서 소음원이 서로 역위상이 되도록 이들의 길이(L1)(L2)가 서로 달리 이루어지며,

   상기 토출머플러(50L)(50R)들 사이에는 이들을 직접 연통시켜 냉매와 함께 서로 역위상을 갖는 소음원이 합류되는 과정에서 소멸 간섭되게 하는 연결관(60)이 마련된 것을 특징으로 하는 토출머플러를 갖춘 압축기.