KR100382453B1

KR100382453B1 - 토출 맥동 저감구조를 갖는 압축기

Info

Publication number: KR100382453B1
Application number: KR10-2001-0011835A
Authority: KR
Inventors: 서승돈
Original assignee: 삼성광주전자 주식회사
Priority date: 2001-03-07
Filing date: 2001-03-07
Publication date: 2003-05-09
Also published as: CN1373292A; US6572345B2; BR0104892A; US20020141885A1; KR20020071667A; CN1142367C; JP2002276547A; ITMI20012015A0; ITMI20012015A1

Abstract

실린더 헤드에 마련되는 냉매토출방을 가지는 실린더블록과; 실린더블록의 하부에 설치되는 제1토출머플러와; 실린터블록의 하부에 설치되며 냉매토출관이 연결되는 제2토출머플러와; 냉매토출방과 제1토출머플러를 연통시키며, 냉매유입측의 단면적이 냉매유출측의 단면적보다 크게 형성되는 냉매유로와; 제1토출머플러와 제2토출머플러를 연결하는 연결관;을 포함하며, 냉매유입측 단면의 직경과 연결관의 내경은 소정 비율의 서로 다른 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 압축기가 개시된다.

Description

토출 맥동 저감구조를 갖는 압축기{Compressor having disgharge pulsation reducing structure}

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉매 토출시 발생되는 맥동을 저감할 수 있는 구조를 갖는 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 냉장고 등의 냉동장치에서 냉매를 압축하기 위하여 널리 사용되고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 왕복동식 압축기는, 크게 상부쉘(11) 및 하부쉘(12)로 이루어진 케이스(10)와, 이 케이스(10)의 내부 하측에 배치되어 냉매를 압축하기 위한 부품들로 구성된 압축기구부와, 이 압축기구부를 구동하는 전동기구부(20)를 구비한다.

상기 전동기구부(20)는 고정자(21)와, 이 고정자(21)와의 전자기적 상호작용에 의해 회전하는 회전자(22)와, 이 회전자(22)의 중심부에 압입 설치된 크랭크 샤프트(23)로 구성된다.

상기 압축기구부는, 케이스(10) 내부의 하측에 설치된 실린더블록(30)과, 크랭크 샤프트(33)의 하단에 편심 결합된 커넥팅로드(40)와, 이 커넥팅로드(40)의 선단에 결합되어 실린더블록(30)에 형성된 압축실(31) 내에서 직선으로 왕복 이동하는 피스톤(50)과, 실린더블록(30)의 전면(32; 도 2 참조) 측에 설치되어 압축실(31)을 밀폐하는 실린더헤드(60)로 구성된다. 실린더헤드(60)에는 냉매흡입방(61)과 냉매토출방(62)이 상하로 구획 형성된다. 실린더헤드(60)와 실린더블록(30)의 전면(32) 사이에는 밸브조립체(70)가 개재된다. 이 밸브조립체(70)는 냉매흡입방(61) 및 냉매토출방(62)과 압축실(31) 사이에서의 냉매 흐름을 단속한다.

한편, 실린더헤드(60)의 상부에는 냉매흡입방(61)과 연통된 흡입머플러(80)가 설치된다. 이 흡입머플러(80)에는 도시하지 않은 증발기로부터 냉매가 흡입되는 냉매흡입관(81)이 연결된다.

도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 실린더블록(30)의 저면에는 토출머플러(33)가 돌출 형성되며, 이 토출머플러(33)는 머플러커버(34)에 의해 밀폐된다. 이 머플러커버(34)에는 도시하지 않은 응축기로 냉매를 공급하는 유로가 되는 냉매토출관(35)이 연결된다. 실린더블록(32)의 전면(32)에는 냉매유로(37)에 의해 토출머플러(33)와 연통된 냉매토출공(32a)이 형성된다.

한편, 밸브조립체(70)는, 흡입밸브(71a)가 형성된 흡입밸브 플레이트(71)와, 토출밸브(72a)가 형성된 토출밸브 플레이트(72)를 구비한다. 흡입밸브(71a)는 압축실(31)과 실린더헤드(60)의 냉매흡입방(61) 사이에서의 냉매 흐름을 단속하며, 토출밸브(72a)는 압축실(31)과 실린더헤드(60)의 냉매토출방(62) 사이에서의 냉매 흐름을 단속한다.

상기와 같은 구성에서, 압축기에 유입된 냉매가 피스톤(50)에 의해 압축된 후 토출되는 과정은 다음과 같다.

먼저, 크랭크 샤프트(23)의 회전에 따라 피스톤(50)이 압축실(31) 내에서 하사점 방향(도 1에서 좌측 방향)으로 후퇴하면, 증발기(미도시)로부터 흡입관(81)으로 저온 저압 상태의 냉매가 유입된다. 냉매는 흡입머플러(80)와 실린더헤드(60)의 냉매흡입방(61)을 순차적으로 통과한 후 압축실(31)로 유입된다. 이후, 크랭크 샤프트(23)가 더 회전하여 피스톤(50)이 압축실(31) 내에서 상사점 방향(도 1에서 우측 방향)으로 전진하면, 냉매는 압축되어 고온 고압의 상태가 된다. 압축된 냉매는 실린더헤드(62)의 냉매토출방(62)에 잠시 머문 후, 실린더블록(30) 전면(32)의 냉매토출공(32a)과 냉매유로(37)를 통하여 토출머플러(33)로 유입된다. 이후, 고온 고압의 냉매는 머플러커버(34)와 연결된 냉매토출관(35)을 통하여 응축기(미도시) 방향으로 토출된다.

그러나, 이와 같은 왕복동식 압축기에서는, 압축실(31) 내에서 피스톤(50)이 왕복 이동하면서 냉매를 흡입, 압축한 후 토출하게 되므로, 냉매가 연속적으로 토출되지 못함으로써 토출 맥동(脈動)이 발생하게 되는 문제가 있다. 이러한 냉매의 토출 맥동은 압축기 소음 및 진동의 원인이 된다. 특히, 냉동장치의 다른 부품들의 고유진동수에 해당하는 120 Hz ∼ 500 Hz 정도의 낮은 주파수 대역에서 발생하는 압축기 소음은 냉동장치의 다른 부품들과 공진 작용을 함으로써 냉동장치 전체의 소음 및 진동을 증가시키는 원인이 된다.

이러한 냉매의 토출 맥동은 토출된 냉매의 유동저항을 크게 함으로써 저감될 수 있다. 즉, 실린더헤드(60)의 냉매토출방(62)으로부터 토출머플러(33) 사이의 냉매유로(37)의 단면적을 작게 하거나, 냉매유로(37)의 길이를 길게 함으로써 냉매의 토출 맥동은 저감된다. 그러나, 냉매유로(37)의 단면적이 너무 작아지게 되면, 냉매토출방(62)과 토출머플러(33) 사이에 냉매가 원활하게 흐르지 못하여 압축기의 압축 효율이 떨어지게 된다. 또한, 냉매유로(37)는 실린더블록(30)의 내부를 관통하여 형성되므로 그 길이를 증가하는데 한계가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 냉매의 토출구조를 개선함으로써 압축 효율을 떨어뜨리지 않으면서 토출 맥동을 저감할 수 있는 압축기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 왕복동식 압축기의 단면도.

도 2는 도 1의 압축기에서 압축기구부의 일부를 도시한 분해사시도.

도 3은 도 2의 압축기구부의 일부를 절개하여 도시한 저면도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 압축기를 요부를 나타내 보인 분해사시도.

도 5는 도 4에 도시된 실린더블록을 발췌하여 나타내 보인 부분 단면도.

도 6은 도 5의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 압축기와 종래의 압축기의 구동시 발생되는 소음을 실험을 통해 비교하여 나타내 보인 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

60..실린더헤드 62..냉매토출방

130..실린더블록 131..압축실

132a..냉매토출공 133a, 133b..토출머플러

134a, 134b..머플러커버 135..냉매토출관

136..연결관 137..냉매유로

1377a..냉매유입측 137b..냉매유출측

170..밸브조립체

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 압축기는, 실린더 헤드에 마련되는 냉매토출방을 가지는 실린더블록과; 상기 실린더블록의 하부에 설치되는 제1토출머플러와; 상기 실린터블록의 하부에 설치되며 냉매토출관이 연결되는 제2토출머플러와; 상기 냉매토출방과 제1토출머플러를 연통시키며, 냉매유입측의 단면적이 냉매유출측의 단면적보다 크게 형성되는 냉매유로와; 상기 제1토출머플러와 상기 제2토출머플러를 연결하는 연결관;을 포함하며, 상기 냉매유입측 단면의 직경과 상기 연결관의 내경은 소정 비율의 서로 다른 크기를 갖는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 압축기를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명에 따른 압축기의 구성은 압축기구부의 일부를 제외하고는 대부분 도 1에 도시된 일반적인 왕복동식 압축기의 구성과 동일하므로, 그 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하며, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 왕복동식 압축기는, 실린더블록(130)과, 이 실린더블록(130)의 전면(132) 측에 설치된 실린더헤드(60)와, 실린더블록(130)과 실린더헤드(60) 사이에 개재된 밸브조립체(170)를 구비한다.

실린더블록(130)의 전면(132)에는 실린더헤드(60)의 냉매토출방(62; 도 1 참조)과 연통된 냉매토출공(132a)이 형성된다. 실린더블록(130)의 저면에는 한 쌍의 제 1 및 제 2 토출머플러(133a)(133b)가 돌출 형성된다.

상기 제 1 및 제 2 토출머플러(133a)(133b)에는 반구형의 제 1 및 제 2 머플러커버(134a)(134b)가 각각 설치된다. 제 1 머플러커버(134a)와 제 2 머플러커버(134b)는 도 6에 도시된 바와 같이, 소정의 곡률반경을 갖도록 원호형으로 형성된 연결관(136)에 의해 서로 연통된다. 제 2 머플러커버(134b)에는 도시하지 않은 응축기로 냉매를 공급하는 유로즉, 냉매토출관(135)이 연결된다.

상기 냉매토출공(132a)과 제 1 토출머플러(133a)는 실린더블록(130)의 내부를 관통하여 형성된 냉매유로(137)에 의해 냉매가 통과할 수 있도록 연통된다. 상기 냉매유로(137)는 냉매유입측(137a) 단면적이 냉매유출측(137b) 단면적보다 크게 형성된다.

이상과 같은 구성에서, 압축실(131)에서 압축된 냉매는 실린더헤드(60)의 냉매토출방(62; 도 1 참조)에 잠시 머문 후, 냉매토출공(132a)을 통하여 냉매유로(137)의 냉매유입측(137a)으로 유입된다. 유입된 냉매는 단면적이 작은 냉매유출측(137b)을 따라 흐르면서 토출 맥동이 저감되며, 제 1 토출머플러(133a)로 흘러 들어간다.

이후, 제 1 토출머플러(133a)로 유입된 냉매는 연결관(136)을 통하여 제 2토출머플러(133b) 방향으로 흘러가면서 다시 맥동이 저감된다. 즉, 제 1 토출머플러(133a)로 유입된 냉매는 제 1 토출머플러(133a)에서 좁은 연결관(136)을 통해 제2토출머플러(133b)로 이동되는 동안, 이동 경로가 충분히 길어지고, 경로의 공간이 변화되는 와중에 유동 저항의 증가로 인하여 맥동이 저감되는 것이다.

한편, 냉매유로(137)의 냉매유입측(137a) 단면의 직경(Φ₁)과 상기 연결관(136) 단면의 내경(Φ₂)은 다음의 조건식1을 만족하도록 소정 비율의 크기를 갖는 것이 바람직하다.

[조건식1]

(Φ₁) : (Φ₂) = 2.0∼6.4 : 1.78∼2.6

더욱 구체적으로는 상기 (Φ₁) : (Φ₂)의 비율은 6.4 : 1.78, 6.4 : 2.16, 6.0 : 1.78, 6.0 : 2.16 및 6.0 : 2.6 중 어느 하나로 선택되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉매유로(137) 전체 길이(L₁)에 대한 상기 냉매유입측(137a)의 길이(L₂)는 다음의 조건식2를 만족하도록 소정 비율로 형성된 것이 바람직하다.

[조건식2]

(L₁) : (L₂) = 45 : 15∼30

또한, 더욱 구체적으로는 상기 (L₁) : (L₂)의 비율은 3 : 1 또는 3 : 2를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

실험결과에 의하면, 냉매유로(137)의 냉매유입측(137a) 직경(Φ₁)과, 연결관(136)의 내경(Φ₂)과 냉매유로(137)의 길이(L₁)와 냉매유입측(137a)의 길이(L₂) 각각이 다음의 표 1에서와 같이 형성될 때 압축기의 효율이 저하되지 않으면서도 냉매의 맥동 저감 효율이 크게 된다.

	냉매유로	연결관의 내경(Φ₂)[mm]
	L₁[mm]	연결관의 내경(Φ₂)[mm]	(Φ₁) ×(L₂)[mm ×mm]
30 GRADE	45	2.0 × 306.4 × 306.0 × 15	1.78
37∼43 GRADE			1.78
52∼62GRADE			1.78
72 GRADE 이상		6.0 × 15	2.16

여기서, 'GRADE'는 배기량에 따른 압축기의 사양을 나타내는 것으로서, 30 GRADE는 배기량 3.0 cc의 압축기를, 37 GRADE는 배기량 3.7 cc의 압축기를 각각 나타낸다.

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 압축기의 배기량에 관계없이 냉매유로(137)의 전체 길이(L₁)는 45mm로 일정하다. 이에 대한 냉내유입측(137a)의 길이(L₂)는 압축기의 배기량에 따라 15mm∼30mm의 값을 갖도록 형성된다.

구체적으로, 압축기의 배기량이 7.2cc 이상일 경우에는 상기 길이(L₂)는 15mm의 값을 가지며, 이 경우 냉매유입측(137a)의 직경(Φ₁)은 6.0mm를 갖도록 형성되는 것이 바람직하며, 연결관의 내경 (Φ₂)은 2.16mm의 값을 갖도록 형성되는 것이바람직하다.

한편, 압축기의 배기량이 7.2cc 이하인 경우에 상기 길이(L₂)는 15mm∼30mm 사이의 다양한 값을 갖게 된다. 그리고, 이 때의 냉매유입측(137a)의 직경직경(Φ₁)은 2.0mm∼6.4mm의 값을 갖도록 형성된다. 또한, 압축기의 배기량이 7.2cc 이하일 경우, 직경(Φ₁) ×길이(L₂)의 최적안은 표 1에서와 같이 2.0mm ×30mm, 6.4mm ×30mm 및 6.0 ×15mm의 세 개로 구체화되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 세 개의 최적안 각각에 대응되도록, 연결관(136)의 내경(Φ₂)은 1.78mm 또는 2.16mm 중 어느 한 안으로 형성되는 것이 바람직하다. 이 때, 압축기의 배기량이 3.0 cc 및 3.7∼4.3 cc 인 경우에는 연결관(136)의 내경(Φ₂)은 1.78mm인 것이 좋고, 압축기의 배기량이 5.2∼6.2 cc인 경우에는 연결관(136)의 내경이 2.16mm인 것이 바람직하다. 따라서, 결과적으로, 압축기의 배기량이 3.0 cc일 경우 또는 3.7∼4.3 cc인 경우에는 (Φ₁) : (L₂) : (Φ₂)의 상대적 비율이 2.0 : 30 : 1.78 또는 6.4 : 30 : 1.78 또는 6.0 : 15 : 1.78과 같은 세 가지 최적안을 갖게된다.

또한, 압축기의 배기량이 5.2∼6.2 cc인 경우에는 (Φ₁) : (L₂) : (Φ₂)의 상대적 비율이 2.0 : 30 : 2.16 또는 6.4 : 30 : 2.16 또는 6.0 : 15 : 2.16과 같은 세 가지 최적안을 갖게된다.

또한, 압축기의 배기량이 7.2 cc이상인 경우에는 (Φ₁) : (L₂) : (Φ₂)의 상대적 비율이 6.0 : 15 : 2.6과 같은 최적안을 갖게 된다.

이상에서와 같이 압축기의 배기량이 큰 경우에 연결관(136)의 내경(Φ₂)을 크게하는 이유는, 냉매유로(137)와 연결관(136)을 통하여 냉매가 적절한 유량으로 흐르게 함으로써, 압축기 효율이 저하되지 않도록 하기 위한 것이다.

한편, 상기와 같이 냉매유로(137)의 전체 길이(L₁)와 냉매유입측(137a)의 길이(L₂)와 그 직경(Φ₁) 및 내경(Φ₂) 각각의 크기가 서로 다른 소정 비율을 갖도록 형성함으로써, 냉매의 이동속도 및 이동량의 변화를 적절히 변경시킬 수 있으며, 그로 인해 냉매의 토출시의 맥동이 저감된다.

도 7은 상기 표 1에서의 치수에 따라 냉매유로(137) 및 연결관(136)의 치수를 소정 비율로 형성한 후, 실험을 통해 압축기의 소음을 측정한 결과를 종래의 압축기와 비교하여 나타내 보인 그래프이다. 도시된 바와 같이, 종래의 압축기에서는 냉동장치의 다른 부품들과 공진을 일으키는 120∼500 ㎐ 주위 낮은 주파수 대역에서 발생하는 소음이 약 10∼25 ㏈ 내외로 큰 값을 나타내고 있으나, 본 발명에 따른 압축기에서는 냉매 토출시의 맥동이 저감됨으로써 120∼500 ㎐ 부근의 주파수 대역에서 발생하는 소음이 약 5 ㏈ 내외로 현저하게 감소하였음을 알 수 있다.

따라서, 이와 같이 저 주파수대역에서의 소음을 효과적으로 저감시킬 수 있으므로, 본 발명에 따른 압축기는 일반냉장고, 김치냉장고 및 냉/온수기 등에 채용할 때, 채용되는 장치 내의 부품들과 공진을 일으키는 것을 더욱 효과적으로 억제시킴으로써, 장치의 소음화와 정음화를 향상시킬 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 압축기에 의하면, 냉매유로(137) 전체길이와, 냉매유입측(137a) 길이 및 단면의 직경과, 연결관(136)의 내경을 각각 서로 다른 크기를 가지도록 소정비율로 형성함으로써, 압축기의 효율을 떨어뜨리지 않으면서 냉매의 토출 맥동을 저감할 수 있다. 이와 같이, 냉매의 토출 맥동이 저감됨으로써 압축기의 소음 및 진동이 저감된다. 특히, 본 발명에 의하면, 저주파 대역의 소음이 저감됨으로써 냉동장치 전체의 소음이 저감되는 효과가 있다.

이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

Claims

실린더 헤드에 마련되는 냉매토출방을 가지는 실린더블록과;

상기 실린더블록의 하부에 설치되는 제1토출머플러와;

상기 실린더블록의 하부에 설치되며 냉매토출관이 연결되는 제2토출머플러와;

상기 냉매토출방과 제1토출머플러를 연통시키며, 냉매유입측의 단면적이 냉매유출측의 단면적보다 크게 형성되는 냉매유로와;

상기 제1토출머플러와 상기 제2토출머플러를 연결하는 연결관;을 포함하며,

상기 냉매유입측 단면의 직경과 상기 연결관의 내경은 소정 비율의 서로 다른 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 압축기.
제1항에 있어서,

상기 냉매유입측 단면의 직경(Φ₁)과 상기 연결관의 내경(Φ₂)은 다음의 조건식을 만족하도록 소정 비율의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 압축기.

[조건식]

(Φ₁) : (Φ₂) = 2.0∼6.4 : 1.78∼2.6
제2항에 있어서,

상기 직경(Φ₁)과 상기 내경(Φ₂)의 상대적 비율은 6.4 : 1.78인 것을 특징으로 하는 압축기.
제2항에 있어서,

상기 직경(Φ₁)과 상기 내경(Φ₂)의 상대적 비율은 6.4 : 2.16인 것을 특징으로 하는 압축기.
제2항에 있어서,

상기 직경(Φ₁)과 상기 내경(Φ₂)의 상대적 비율은 6.0 : 1.78인 것을 특징으로 하는 압축기.
제2항에 있어서,

상기 직경(Φ₁)과 상기 내경(Φ₂)의 상대적 비율은 6.0 : 2.16인 것을 특징으로 하는 압축기.
제2항에 있어서,

상기 직경(Φ₁)과 상기 내경(Φ₂)의 상대적 비율은 6.0 : 2.6인 것을 특징으로 하는 압축기.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 냉매유로 전체 길이(L₁)에 대한 상기 냉매유입측의 길이(L₂)는 다음의 조건식을 만족하도록 소정 비율로 형성된 것을 특징으로 하는 압축기.

[조건식]

(L₁) : (L₂) = 45 : 15∼30
제8항에 있어서,

상기 길이(L₁)와 상기 길이(L₂)의 상대적 비율은 3 : 1인 것을 특징으로 하는 압축기.
제8항에 있어서,

상기 길이(L₁)와 상기 길이(L₂)의 상대적 비율은 3 : 2인 것을 특징으로 하는 압축기.