KR0148536B1 - 밀폐형 회전식 압축기의 소음감쇄 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀폐형 회전식 압축기의 소음감쇄 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 압축기에서 방사되는 매우 큰 크기의 저주파 순음을 줄이기 위하여 음향학적 공동모드를 형성하는 원주방향의 반송파가 형성되지 않게 함으로써 저주파 성분의 가스맥동이 증폭되지 않토록 하는 데 있으며, 머플러의 토출구는 실린더에서 토출된 압축가스가 들어오는 토출밸브로부터 압축기 쉘내 공동에서 발생하는 반송파의 반 파장 길이 만큼 서로 떨어져 위치시키고, 상기 2개 토출구사이의 거리가 음향학적 공동모드를 형성하는 원주방향 반송파의 2/5파장에서 3/5파장만큼 떨어진 곳에 위치하고, 2개의 토출구로 나오는 가스맥동의 성분중 압축기 쉘내 공동에서 원주방향으로 형성되는 반송파의 주파수 성분을 갖는 가스맥동은 서로 180°의 위상차이를 갖으며, 서로 근접하여 만나도록 서로 마주보게 하여 음향학적 공동모드를 형성하는 반송파를 줄이도록 한 것이다.

Description

밀폐형 회전식 압축기의 소음감쇄 방법 및 그 장치

제1도는 본 발명의 머플러 사시도.

제2도는 본 발명의 설치상태를 나타낸 단면도.

제3도는 제1도의 머플러에 있어 가스 흐름도.

제4도의 (a),(b),(c)는 본 발명의 머플러에 의하여 소음을 감쇄하는설명도.

제5도의 (a),(b),(c)는 본 발명의 머플러와 종래의 머플러 사용할 때 압축기에서 방사되는 소음차이의 1/3 옥타브 그래프

제6도는 종래의 머플러에 있어 가스 흐름도.

제7도는 제6도의 머플러를 설치한 회전식 압축기의 전체구성을 나타낸 단면도.

제8도는 제6도의 상부 베어링의 저면도.

제9도의 (a),(b)는 종래의 압축기 쉘 내의 가스맥동과 압축기에서 방사되는 소음의 주파수 분석 그래프.

제10도는 종래의 압축기 쉘 내의 공동.

제11도의 (a),(b)는 종래의 압축기 쉘 내의 음향학적 공동모드를 생성시키는 원주방향의 반송파.

제12도의 (a),(b),(c)는 상사적 쉘 내 공동을 갖는 압축기에서 방사되는 소음의 협대역 주파수 스펙트럼.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 압축기 쉘 2 : 전동기

3 : 편심축 4 : 피스톤

5 : 실린더 6, 7 : 베어링

8 : 베인 9 : 흡입공간

10 : 압축공간 11 : 어큐물레이터

12 : 토출밸브 13 : 머플러

15 : 공동 20, 21 : 토출구

본 발명은 에어컨이나 냉장고에 장착하여 사용되는 밀폐형 회전식 압축기에 있어서, 압축기 쉘 내에서 일정 주파수 성분을 갖고 있는 가스맥동과 원주방향으로 그 주파수에 해당하는 반송파 사이에 음향학적 공동모드가 발생하지 않게 함으로서, 저주파 성분의 가스맥동 크기를 줄여 저주파 순음 성분의 압축기 소음을 줄이도록 하는 밀폐형 회전식 압축기의 소음감쇄 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

종래에는 제7도에 도시한 바와 같이 압축기 쉘(1)내에 밀폐되어 있는 전동기(2)에 의하여 회전운동하는 편심축(3)에 달려 있는 피스톤(4)이 실린더(5) 내면과 베인(8)에 의해 분리된 흡입공간(9)과 압축공간(10)에서 상기 편심축(3)의 회전에 따라 흡입과 압축을 동시에 반복 운동한다.

또한, 어큐물레이터(11)를 통하여 압축공간(10)으로 흡입된 냉매가스가 압축공간(10)의 부피가 줄어듬에 따라 증가하는 압력이 압축공간(10) 밖으로의 토출압력에 도달하면 열리는 토출밸브(12)를 통하여 상측 베어링(6)에 설치되는 머플러(13) 내로 들러간 후, 머플러(13)의 토출구(14)를 통해 압축기 쉘(1) 내의 공동(15)으로 배출되고 토출관(16)을 통하여 압축기에서 빠져 나가도록 구성한 것이다.

그러나 이와 같은 구성에 있어서는 상기 압축공간(10)에서 토출되는 냉매가스는 폭 넓은 주파수 성분을 가지는 맥동 성분으로 구성되며, 압축기의 주된 소음원이 되므로 머플러(13)를 설치하여 이러한 맥동 성분을 감쇄 시키도록 한다. 특히 압축기 쉘(1)내의 공동(15)은 이 공동(15) 내에서 형성되는 반송파로 인하여 음향학적 공동모드가 갖는 어떠한 특정 주파수에 일치하는 가스맥동의 크기를 증가 시키게 된다. 이와 같은 현상은 제9도의 (a),(b)에 도시한 바와 같이 압축기 쉘(1) 내의 공동(15)에서 가스맥동을 주파수 분석한 그래프와 압축기에서 방사되는 소음의 주파수 분석 그래프로서 그 스펙트럼이 매우 유사함을 알 수 있다.

상기와 같이 압축기 쉘(1) 내의 음향학적 공동모드와 관련되어 압축기에서 방사되는 순음성분의 저주파 소음은 에어컨 장착시 비슷한 주파수 대역에서 큰 소음값을 갖는 팬 소음과 겹쳐 에어컨의 전체 소음값을 증가 시킬 뿐만 아니라 음색도 나쁘게 하는 원인이 되는 것이다. 이러한 주파수 순음은 에어컨에 차단재를 설치하여도 감쇄 효과가 큰 고주파 성분에 비하여 감쇄 특성이 나쁘며, 때로는 압축기의 방열 손실 변화로 인하여 운전조건이 변경됨으로 오히려 저주파 순음의 크기가 증가되는 문제점이 있다.

상기와 같은 회전형 압축기 쉘(1) 내부에서 음향학적 공동모드를 일으킬 수 있는 공동(15)이 제10도에 도시되고, 이 공동(15)에서 원주방향의 반송파가 형성됨으로 발생 가능한 음향학적 공동모드가 제11도의 (a),(b)에 도시되어 있다.

즉, 음향학적 공동의 대표 원주길이(머플러(13)의 외경)와 원주방향으로 형성되는 반송파의 한 파장의 길이가 일치되는 주파수에서 음향학적 공동모드가 발생되며, 그 주파수 성분을 갖는 가스맥동이 크게 증폭되고, 증폭된 가스맥동은 압축기 쉘(1)을 가진 함으로써 큰 소음을 방사하게 된다.

상사성을 가진 3개의 압축기 쉘(1) 내 공동에서 원주방향으로 형성되는 반송파로 인하여 발생 가능한 음향학적 공동모드의 주파수를 식1과 같이 계산하고, 이 쉘(1) 내 공동(15)을 갖은 압축기에서 방사되는 소음을 측정하였다. 그 음향학적 공동모드의 주파수와 측정된 저주파 성분의 순음 주파수를 비교하면 표1과 같음을 알 수 있다.

음향학적 공명을 일으키는 정상파는 다음과 같다.(식1)

nλ/2 = L

n = 1, 2, 3 …, λ= 파형의 한 파장 길이, L = 가스 흐름 경로의 길이 쉘 내의 원형 공동에 대한대표지름을 D라 하면, L = πD, 고유진동수는 다음과 같다.

λf = Co, f = Co/λ = nCo/(2L)

f = 고유진동수, Co = 음속

상기 표1에서와 같이 상사적 쉘 내 공동을 갖는 압축기에서 방사되는 소음의 협대역 주파수 스펙트럼은 제12도의 (a),(b),(c)와 같다. 또한 제12도의 (a)는 공동(15)의 대표지름 길이(70.5㎜)에서는 72.5㎐, 제12도의 (b)는 공동(15)의 대표지름길이(100.5㎜)에서는 525㎐로 압축기에서는 매우 큰 크기의 저주파 순음이 방사되며 이 소음은 표1에서 보는 바와 같이 음향학적 공동모드를 형성하는 원주방향의 반송파와 밀접히 관련되어 있음을 알 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 압축기에서 방사되는 매우 큰 크기의 저주파 순음을 줄이기 위해 음향학적 공동모드를 형성하는 원주방향의 반송파가 형성되지 않게 함으로서 저주파 성분의 가스맥동이 증폭되지 않도록 하는 데 주 목적이 있으며, 이로 인해 저주파 1차 순음성분의 압축기 소음을 줄일 수 있다.

상기와 같은 소음 감쇄 방법을 달성하기 위하여 본 발명은 머플러의 토출구를 2개로 하되, 이 2개의 토출구에서 토출되는 가스의 흐름이 동일한 원주방향 상에 있게 머플러의 수직면(또는 경사면)에 설치하고, 상기 2개의 토출구 사이의 거리가 음향학적 공동모드를 형성하는 원주방향 반송파의 1/2파장 만큼 떨어진 곳에 위치시키며, 이 토출구에서 나오는 가스가 서로 근접하여 만나도록 2개의 토출구가 마주보게 설치하여 구성한다. 이로써 2개의 토출구로 나오는 가스맥동의 성분 중 압축기 쉘 내 공동에서 원주방향으로 형성되는 반송파의 주파수 성분을 갖는 가스맥동이 서로 180°의 위상차(반송파의 반 파장의 길이 만큼 차이)를 가지며 서로 근접하여 만나게 되므로 이 주파수 성분의 가스맥동은 서로 상쇄되어 그 맥동 크기가 현저하게 줄게 된다.

이하 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

제1도 및 제2도는 본 발명의 머플러 사시도 및 설치상태의 단면도로서, 머플러(13)의 토출구(20, 21)는 압축기 쉘(1) 내에서 원주방향으로 반송파가 형성되지 않도록 2개로 설치하되, 이 토출구(20, 21)는 머플러(13)의 수직면 중에서 그 면에대한 법선의 방향이 머플러(13) 외경의 접선방향과 일치하는 수직면(또는 경사면)에 설치하여 상기 토출구(20, 21)에서 나오는 가스의 흐름이 동일 원주상에 있도록 하는 것이 좋다. 또한 상기 머플러(13)의 토출구(20, 21)는 실린더(5)로부터 토출된 압축가스가 들어오는 머플러(13)의 입구, 즉 토출밸브(12)로부터 압축기 쉘(1) 내 공동(15)에서 발생된 반송파의 반 파장 길이 만큼 서로 떨어져 위치시키고, 2개의 토출구(20, 21)는 토출된 가스가 서로 근접하여 만나도록 마주보게 설치한다.

제3도는 머플러(13)에 있어 가스의 흐름도로서, 압축기 쉘(1) 내에서 원주방향으로 반송파가 형성되지 않게 하는데 있다.

제4도의 (a),(b)에 도시한 바와 같이 본 발명에 있어 소음을 감쇄하는 방법에대하여 설명하면 다음과 같다.

실린더(5)로부터 토출된 압축기가 들어오는 머플러(13)의 입구, 즉 토출밸브(12)로부터 머플러(13)로 들어온 압축기는 그 흐름이 제4도의 (a),(b)에 도시한 바와 같이 점선방향의 압축기 흐름은 토출구(20)와 반 파장 정도 떨어진 토출구(21)로, 또한 실선방향의 압축기 흐름은 토출구(21)와 반 파장 정도 떨어진 토출구(20)로 나오는 가스맥동의 성분 중 압축기 쉘(1) 내 공동(15)에서 원주방향으로 형성되는 반송파의 주파수 성분을 갖는 가스맥동은 제4도의 (b)에 도시한 바와 같이 서로 180°의 위상차이(반송파의 반 파장의 길이 만큼 차이)를 갖으며 서로 근접하게 만나게 되므로 이 주파수 성분의 가스맥동은 서로 상쇄되어 그 맥동의 크기가 현저하게 줄게 된다. 따라서, 이 주파수 성분의 가스맥동으로 인한 압축기의 소음도 줄게되는 것이다. 그리고 표1의 상사적 압축기 쉘(1) 내 공동을 가지는 압축기에 본 발명의 소음감쇄 방법을 이용한 머플러(13)를 채용하여 소음을 측정하고, 종래의 머플러를 채용한 압축기의 소음과 비교한 결과 제5도의 (a),(b),(c)에 도시한 바와 같이 음향학적 공동모드가 발생되는 주파수 대역에서 매우 큰 소음 감소 효과를 얻을 수 있다.

실제로는 위 머플러를 고정하기 위한 볼트 구멍의 위치선정 등의 문제로 상기 2개의 토출구 위치를 조금 변화시켜야 할 경우가 있는데, 상기 식 1에서는 2개의 토출구를 180°로 하였을 경우에 대한 감쇄가 일어나는 주파수 영역이며, 제4도의 (c)와 같이 90°∼ 270°범위에서도 감쇄가 일어난다. 대표지름 D = 87.5㎜인 경우 이상적인 180° 일 때 619㎐이며 실제 600∼650㎐ 범위에서도 감쇄가 일어난다.

상술한 바와 같은 본 발명은 압축기에서 방사되는 매우 큰 크기의 저주파 순음을 줄이기 위해 음향학적 공동모드를 형성하는 원주방향의 반송파가 형성되지 않게 함으로서 저주파 성분의 가스맥동이 증폭되지 않도록 하며, 이로 인해 저주파 1차 순음성분의 압축기 소음을 줄일 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 실린더에서 토출된 압축가스가 들어오는 토출밸브(12)로부터 압축기 쉘 내 공동에서 발생하는 반송파의 반 파장 길이 만큼 서로 떨어져 2개의 토출구를 위치시키고, 2개의 토출구로 나오는 가스맥동의 성분 중 압축기 쉘 내 공동에서 원주방향으로 형성되는 반송파의 주파수 성분을 갖는 가스맥동이 서로 180°의 위상차이를 갖으며, 서로 근접하여 만나도록 서로 마주보게 하여 음향학적 공동모드를 형성하는 반송파를 줄이도록 한 것을 특징으로 하는 밀폐형 회전식 압축기의 소음감쇄 방법.
2. 압축기 쉘(1)내에 밀폐되어 있는 전동기(2)에 의하여 회전운동하는 편심축(3려 있는 피스톤(4)이 실린더(5) 내면과 베인(8)에 의해 분리된 흡입공간(9)과 압축공간(10)에서 상기 편심축(3)의 회전에 따라 흡입과 압축을 동시에 반복하는 데, 압축공간(10)의 부피가 줄어듬에 따라 압축공간(10) 내의 압력이 증가하여 압축공간(10)에서 압축기 쉘(1) 내 공동(15)으로 토출되는 냉매가스의 가스맥동을 감쇄시키기 위하여 상부 베어링판(6)에 머플러(13)을 고정시킨 것에 있어서, 상기 머플러(13)의 토출구(20, 21)를 머플러(13)의 수직면 중에서 그 면에 대한 법선의 방향이 머플러(13) 외경의 접선방향과 일치하는 수직면(또는 경사면)에 설치하여 상기 토출구(20, 21)에서 나오는 가스흐름이 동일 원주방향 상에 있도록 하고, 상기 토출구(20, 21)를 실린더(5)로부터 토출된 압축가스가 들어오는 토출밸브(12)로부터 압축기 쉘(1) 내 공동(15)에서 발생된 반송파의 반 파장 길이만큼 서로 떨어지게 위치시켜, 2개의 토출구(20, 21)로 토출된 가스가 서로 근접하여 만나도록 마주보게 설치한 것을 특징으로 하는 밀폐형 회전식 압축기의 소음감쇄 장치.