KR101454250B1 - 왕복동식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것이다. 본 발명은, 쉘이 외부쉘과 내부쉘을 갖는 이중구조로 형성됨에 따라 압축기 진동이 외부쉘과 내부쉘 사이의 마찰에 의해 감쇄될 수 있다. 또, 외부쉘과 내부쉘 사이에 소음 절연층이 형성됨으로써 진동 소음이 소음 절연층을 통과하면서 소음의 크기가 줄어들게 되어 미세진동에 의한 고주파 대역의 소음 등 전체적인 압축기의 진동 소음이 더욱 감쇄될 수 있다. .

Description

왕복동식 압축기{RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 이중 쉘을 가지는 왕복동식 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 왕복동식 압축기는 피스톤이 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 흡입 압축하여 토출하는 방식이다. 왕복동식 압축기는 압축기구부의 일부를 이루는 피스톤의 구동방식에 따라 연결형과 진동형으로 구분할 수 있다.

연결형 왕복동식 압축기는 피스톤이 회전모터의 회전축에 컨넥팅 로드로 연결되어 실린더에서 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 방식이다. 반면, 진동형 왕복동식 압축기는 피스톤이 왕복동 모터의 무버(mover)에 연결되어 진동하면서 실린더에서 왕복운동을 하여 냉매를 압축하는 방식이다. 본 발명은 진동형 왕복동식 압축기에 관한 것으로 이하에서는 진동형 왕복동식 압축기를 왕복동식 압축기라고 약칭한다.

왕복동식 압축기는 왕복동 모터의 스테이터와 압축기구부의 실린더를 지지하는 프레임이 쉘의 내주면에 고정되는 고정형과 쉘의 내주면으로부터 이격되는 가동형으로 구분될 수 있다.

고정형 왕복동식 압축기는 쉘의 외부에서 전달되는 진동이나 쉘의 내부에서 발생되는 진동이 프레임을 통해 쉘의 내부 또는 쉘의 외부로 직접 전달됨에 따라 압축기의 진동 소음이 가중될 수 있다.

반면, 가동형 왕복동식 압축기는 쉘과 압축기구부 사이에 지지스프링이 설치되어 쉘의 외부에서 전달되는 진동이나 쉘의 내부에서 발생되는 진동이 프레임을 통해 쉘의 내부나 외부로 직접 전달되지 않고 지지스프링에서 흡진됨에 따라 압축기의 진동 소음을 감쇄시킬 수 있다.

도 1은 종래 가동형 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 종래의 왕복동식 압축기는, 밀폐된 쉘(10)의 내부공간(11)에 냉매를 압축하는 압축기 본체(C)가 복수 개의 지지스프링(61)(62)에 의해 탄력적으로 지지되도록 설치되어 있다.

압축기 본체(C)는 쉘(10)의 내부공간(11)에 설치되어 무버(32)가 왕복운동을 하는 왕복동 모터(30)와, 왕복동 모터(30)의 무버(32)에 피스톤(42)이 결합되어 실린더(41)에서 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 압축기구부로 이루어져 있다.

지지스프링(61)(62)은 압축코일스프링으로 이루어져 압축기 본체(C)와 쉘(10)의 내주면 사이에 각각 설치되어 있다.

도면중 미설명 부호인 12는 흡입관, 13은 토출관, 31은 스테이터, 35는 코일, 36은 마그네트, 43은 흡입밸브, 44는 토출밸브, 45는 밸브스프링, 51 및 52는 공진스프링, 53은 공진스프링을 지지하는 서포트 브라켓, 70은 오일피더, F는 흡입유로이다.

상기와 같은 종래의 왕복동식 압축기는, 왕복동 모터(30)에 전원이 인가되면 그 왕복동 모터(30)의 무버(32)가 스테이터(31)에 대해 왕복 운동을 하게 된다. 그러면 무버(32)에 결합된 피스톤(42)이 실린더(41)의 내부에서 직선으로 왕복 운동을 하면서 냉매를 흡입하여 압축한 후 토출하게 된다.

여기서, 왕복동 모터(30)와 압축기구부를 포함하는 압축기 본체(C)는 지지스프링(61)(62)에 의해 쉘(10)에 대해 탄력적으로 지지되어, 쉘(10)의 외부에서 전달되는 진동을 흡수하는 동시에 쉘(10)의 내부에서 발생되는 진동을 흡수하여 압축기의 진동 소음을 감쇄시키는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기에 있어서는, 쉘(10)의 외부에서 전달되는 진동이나 쉘(10)의 내부에서 발생되는 진동이 지지스프링(61)(62)에 의해서만 감쇄됨에 따라 압축기의 진동 소음을 충분하게 감쇄시키지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 쉘의 외부에서 전달되는 진동이나 쉘의 내부에서 발생되는 진동을 효과적으로 감쇄시킬 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 내부공간을 갖는 쉘; 상기 쉘의 내부공간에 설치되고 무버가 왕복운동을 하는 왕복동 모터; 및 상기 왕복동 모터의 무버에 결합되어 함께 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 압축기구부;를 포함하고, 상기 쉘은 외부쉘과 내부쉘로 이루어지는 왕복동식 압축기가 제공된다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 쉘의 내부에서 발생되는 진동이나 외부로부터 전달되는 진동이 외부쉘이나 내부쉘로 전달되더라도 그 진동은 외부쉘과 내부쉘 사이의 마찰에 의해 감쇄될 수 있다. 또, 외부쉘과 내부쉘 사이에는 소음 절연층이 형성됨에 따라 진동 소음이 소음 절연층을 통과하면서 소음의 크기가 줄어들게 되어 미세진동에 의한 고주파 대역의 소음 등 전체적인 압축기의 진동 소음이 감쇄될 수 있다. .

도 1은 종래 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도,
도 2는 본 발명에 의한 왕복동식 압축기를 보인 종단면도,
도 3은 도 2의 "I-I"선단면도,
도 4 및 도 5는 도 2에서 외부쉘과 내부쉘에 대한 다른 실시예들을 보인 종단면도,
도 6은 도 2에 따른 왕복동식 압축기에서 외부쉘과 내부쉘 사이에서의 진동저감효과를 설명하기 위해 보인 개략도.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 왕복동식 압축기를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 왕복동식 압축기는, 밀폐된 쉘(110)의 내부에 프레임(120)이 설치되고, 프레임(120)에는 왕복동 모터(130)의 스테이터(131)가 설치될 수 있다.

왕복동 모터(130)는 스테이터(131)에 코일(135)이 삽입되어 결합되고, 코일(135)을 중심으로 한쪽에만 공극(air gap)이 형성될 수 있다. 그리고 무버(132)에는 스테이터(131)의 공극에 삽입되어 피스톤의 운동방향으로 왕복운동을 하는 마그네트(136)가 구비될 수 있다.

스테이터(131)는 복수 개의 스테이터 블록(131a)과, 스테이터 블록(131a)의 일측에 각각 결합되어 각각의 스테이터 블록(131a)과 함께 공극부(미부호)를 형성하는 복수 개의 폴 블록(131b)으로 이루어질 수 있다.

스테이터 블록(131a)과 폴 블록(131b)은 다수 장의 얇은 스테이터 코어를 겹겹이 적층하여 축방향 투영시 원호 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 스테이터 블록(131a)은 축방향 투영시 요홈(ㄷ) 모양으로 형성되고, 상기 폴 블록(131b)은 축방향 투영시 장방형(ㅣ)으로 형성될 수 있다.

무버(132)는 원통모양으로 형성되는 마그네트 홀더(132a)와, 마그네트 홀더(132a)의 외주면에 원주방향을 따라 결합되어 코일(135)과 함께 자속을 형성하는 복수 개의 마그네트(136)로 이루어질 수 있다.

마그네트 홀더(132a)는 비자성체로 형성되는 것이 자속누설을 방지하는데 바람직하나, 굳이 비자성체로 한정할 필요는 없다. 그리고 마그네트 홀더(132a)의 외주면은 마그네트(136)가 선접촉되어 부착될 수 있도록 원형으로 형성될 수 있다. 그리고 마그네트 홀더(32a)의 외주면에는 마그네트(36)가 삽입되어 운동방향으로 지지될 수 있도록 띠 모양으로 마그네트 장착홈(미도시)이 형성될 수 있다.

마그네트(136)는 육면체 모양으로 형성되어 마그네트 홀더(132a)의 외주면에 낱개씩 부착될 수도 있다. 그리고 마그네트(136)가 낱개씩 부착될 경우 그 마그네트(136)의 외주면에는 별도의 고정링이나 복합재료로 된 테이프 등과 같은 지지부재(미도시)로 감싸 고정시킬 수 있다.

그리고 마그네트(136)는 마그네트 홀더(132a)의 외주면에 원주방향을 따라 연이어 부착될 수도 있지만, 스테이터(131)가 복수 개의 스테이터 블록(131a)으로 이루어지고 그 복수 개의 스테이터 블록(131a)이 원주방향을 따라 소정의 간격을 가지도록 배열됨에 따라 마그네트(136) 역시 마그네트 홀더(132a)의 외주면에서 원주방향을 따라 소정의 간격, 즉 스테이터 블록간 간격을 가지도록 부착되는 것이 마그네트(136)의 사용량을 최소화할 수 있어 바람직할 수 있다.

그리고 마그네트(136)는 그 운동방향 길이가 공극부의 운동방향 길이보다는 작지 않게, 정확하게는 공극부의 운동방향 길이보다는 크게 형성되고, 초기위치 또는 운전시 적어도 운동방향의 한쪽 끝단이 공극부의 내부에 위치하도록 배치되는 것이 안정적인 왕복운동을 위해 바람직할 수 있다.

그리고 마그네트(136)는 운동방향으로 한개씩만 배치될 수도 있으나, 경우에 따라서는 운동방향을 따라 복수 개씩 배치될 수도 있다. 그리고 마그네트(136)는 운동방향을 따라 N극과 S극이 대응되도록 배치될 수 있다.

상기와 같은 왕복동 모터(130)는 스테이터(131)가 한 개의 공극부을 가지도록 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 코일을 중심으로 왕복방향 양측에 각각 공극부(미도시)를 가지도록 형성될 수도 있다. 이 경우에도 무버는 전술한 실시예와 동일하게 형성될 수 있다.

한편, 프레임(120)에는 왕복동 모터(130)의 스테이터(131)와 함께 압축기구부를 이루는 실린더(141)가 고정되고, 실린더(141)에는 압축기구부를 이루며 왕복동 모터(130)의 무버(132)에 결합된 피스톤(142)이 삽입되어 왕복운동을 하도록 결합되며, 피스톤(142)의 운동방향 양측에는 압축기구부를 이루며 그 피스톤(142)의 공진운동을 유도하는 공진스프링(151)(152)이 각각 설치될 수 있다.

실린더(141)에는 압축공간(S1)이 형성되고, 피스톤(142)에는 흡입유로(F)가 형성되며, 흡입유로(F)의 끝단에는 그 흡입유로(F)를 개폐하는 흡입밸브(143)가 설치되고, 실린더(141)의 선단면에는 압축기구부를 이루며 그 실린더(141)의 압축공간(S1)을 개폐하는 토출밸브(144)가 설치되며, 프레임(120)에는 압축기구부를 이루며 그 프레임(120)에 실리더(141)를 고정하는 동시에 토출밸브(144)를 수용하는 토출커버(146)가 결합될 수 있다.

그리고 실린더(141)에는 유체베어링(170)이 형성될 수 있다. 유체베어링(170)은 실린더의 선단면에서 내주면으로 관통되는 복수 열의 가스구멍(미부호)으로 이루어질 수 있다. 유체베어링은 토출커버로 토출되는 냉매를 실린더와 피스톤 사이로 안내하여 실린더와 피스톤 사이를 지지할 수 있으면 어떠한 구조를 갖더라도 무방할 수 있다.

한편, 토출커버(146)와 이에 대응하는 쉘(110)의 전방측면 사이에는 압축기 본체(C)를 횡방향으로 지지하는 제1 지지스프링(161)이 설치되고, 공진스프링, 정확하게는 공진스프링을 지지하는 스프링 브라켓(153)과 이에 대응하는 쉘(110)의 후방측면 사이에는 압축기 본체(C)를 횡방향으로 지지하는 제2 지지스프링(162)이 설치될 수 있다.

제1 지지스프링(161)과 제2 지지스프링(162)은 도 2에서와 같이 판스프링으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 지지스프링(161)의 테두리부(161a)는 쉘(110)의 전방측에 체결되는 반면 중앙부(161b)는 토출커버(146)의 전방측면에 고정되고, 제2 지지스프링(162)의 테두리부(162a)는 쉘(110)의 후방측에 체결되는 반면 중앙부(162b)는 공진스프링(152)을 지지하는 서포트 브라켓(153)에 고정될 수 있다.

도면중 미설명 부호인 102는 흡입관, 103은 토출관이다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 왕복동 모터(130)의 코일(135)에 전원이 인가되면 그 왕복동 모터(130)의 무버(132)에 구비된 마그네트(136)가 코일(135)과 함께 양방향 유도자기를 발생시켜 무버(132)가 유도자기와 공진스프링(151)(152)의 탄성력에 의해 스테이터(131)에 대해 왕복운동을 하게 된다. 그러면 무버(132)에 결합된 피스톤(142)이 실린더(141)의 내부에서 직선으로 왕복 운동을 하면서 냉매를 흡입하여 압축한 후 외부의 냉동사이클로 토출하게 된다.

이때, 왕복동 모터(130)의 무버(132)가 스테이터(131)에 대해 횡방향으로 왕복운동을 하는 동시에 피스톤(142)이 실린더(141)에 대해 횡방향으로 왕복운동을 하면서 횡방향 진동을 발생시키게 된다. 이 진동은 압축기 본체(C)를 쉘(110)에 대해 탄력 지지하는 제1 지지스프링(161)과 제2 지지스프링(162)에 의해 감쇄되어 쉘(110)의 내부에서 발생되는 진동이 쉘(110)이나 그 쉘(110)의 외부로 전달되는 것을 감쇄시켜 압축기의 진동 소음을 감소시키게 되는 것이다. 물론 쉘(110)의 외부에서 쉘(110)을 통해 전달되는 진동 역시 제1 지지스프링(161)과 제2 지지스프링(162)에 의해 감쇄되어 압축기의 진동 소음을 감소시킬 수 있다.

하지만, 제1 지지스프링(161)과 제2 지지스프링(162)으로만 쉘(110)의 외부에서 전달되는 진동이나 쉘(110)의 내부에서 발생되는 진동을 충분히 감쇄시킬 수 없다. 본 실시예는 쉘(110)을 이중으로 구성하여 쉘들 사이에서의 마찰댐핑과 소음 절연층 형성을 통한 소음 감쇄를 이루고자 하는 것이다.

도 3은 도 2의 "I-I"선단면도이고, 도 4 및 도 5는 도 2에서 외부쉘과 내부쉘에 대한 다른 실시예들을 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 쉘(110)이 외부쉘(111)과 내부쉘(112)로 이루어질 수 있다. 내부쉘(112)의 내부공간(101)에 앞서 설명한 왕복동 모터와 압축기구부가 설치될 수 있다.

외부쉘(111)은 복수 개의 부품을 서로 체결하여 내부공간(101)이 밀봉되도록 형성되고, 내부쉘(112)은 외부쉘(111)의 내부에서 탄력적으로 복원되어 외부쉘(11)에 고정될 수 있도록 외부쉘(111)보다 얇은 부품을 씨(C)자 모양으로 형성될 수 있다. 내부쉘(112)은 밀봉력을 위해 일정 두께를 필요로 하는 외부쉘(111)에 비해 두께가 대략 1/5 ~ 1/7 정도가 되는 얇은 강판으로 형성될 수 있다.

여기서, 내부쉘(112)은 굳이 강판과 같은 자성체로 형성하지 않고 왕복동 모터(130)에서 발생되는 자력이 쉘(110)을 통해 누설되는 것을 차단하기 위해 알루미늄이나 고강도 플라스틱과 같은 비자성체로 형성할 수도 있다. 물론 내부쉘(112)은 알루미늄이나 고강도 플라스틱 외에 다른 비자성체로 형성할 수도 있지만 가급적 무거운 비자성체로 형성하는 것이 진동 감쇄 효과를 높일 수 있다.

그리고 외부쉘(111)은 그 내주면이 원통모양으로 형성되더라도 외부쉘(111)의 내주면과 내부쉘(112)의 외주면 사이에 미세한 공간부, 즉 소음 절연층이 형성될 수 있지만, 외부쉘(111)의 내주면에 소정의 깊이를 갖는 소음 절연층(S3)이 형성되도록 도 4에서와 같이 외부쉘(111)의 내주면에 홈(111a)을 형성하거나 또는 도 5에서와 같이 외부셀(111) 자체를 다각형 단면이나 꽃잎 모양으로 형성할 수 있다. 물론, 소음 절연층(S3)은 내부쉘(112)의 외주면을 다각형 단면이나 꽃잎 모양으로 형성하여서도 형성될 수 있다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 왕복동식 압축기에서, 쉘(110)의 내부에서 발생되는 진동이나 외부로부터 전달되는 진동이 외부쉘(111)이나 내부쉘(112)로 전달되더라도 그 진동은 도 6에서와 같이 외부쉘(111)과 내부쉘(112) 사이의 마찰에 의해 감쇄될 수 있다. 아울러, 외부쉘(111)과 내부쉘(112) 사이에는 소음 절연층(S3)이 형성됨에 따라 진동 소음이 소음 절연층(S3)을 통과하면서 소음의 크기가 줄어들게 되어 전체적인 압축기의 진동 소음이 감쇄될 수 있다. 특히 소음 절연층(S3)에서는 미세진동에 의해 고주파 대역의 소음이 더욱 효과적으로 감쇄될 수 있다.

110 : 쉘 111 : 외부쉘
111a : 홈 112 : 내부쉘
120 : 프레임 130 : 왕복동 모터
141 : 실린더 142 : 피스톤
151,152 : 공진스프링 161,162 : 지지스프링
170 : 유체베어링 C : 압축기 본체
S3 : 소음 절연층

Claims (10)

1. 내부공간을 갖는 쉘;
   상기 쉘의 내부공간에 설치되고 무버가 왕복운동을 하는 왕복동 모터;
   상기 왕복동 모터의 무버에 결합되어 함께 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 피스톤과, 상기 피스톤이 미끄러지게 삽입되어 냉매를 압축하도록 압축공간을 형성하는 실린더를 가지는 압축기구부;를 포함하고,
   상기 쉘은 밀봉형으로 형성된 외부쉘 및 양단이 개방된 개방형으로 형성된 내부쉘로 이루어지고,
   상기 외부쉘의 내주면과 상기 내부쉘의 외주면은 서로 미끄러지면서 접촉하도록 결합되는 왕복동식 압축기.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 내부쉘은 씨(C)형 단면 형상으로 형성되는 왕복동식 압축기.
4. 내부공간을 갖는 쉘;
   상기 쉘의 내부공간에 설치되고 무버가 왕복운동을 하는 왕복동 모터;
   상기 왕복동 모터의 무버에 결합되어 함께 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 피스톤과, 상기 피스톤이 미끄러지게 삽입되어 냉매를 압축하도록 압축공간을 형성하는 실린더를 가지는 압축기구부;를 포함하고,
   상기 쉘은 외부쉘과 내부쉘로 이루어지고,
   상기 외부쉘의 내주면과 상기 내부쉘의 외주면은 서로 접촉하도록 결합되며,
   상기 외부쉘과 내부쉘의 접촉면에 소음 절연층을 이루는 공간부가 형성되도록 상기 외부쉘의 내주면 또는 상기 내부쉘의 외주면에 홈을 형성하거나, 상기 외부쉘의 내주면 또는 상기 내부쉘의 외주면중에서 한 쪽은 원형단면으로 형성하고 다른 쪽은 다각형 단면으로 형성하는 왕복동식 압축기.
5. 삭제
6. 제1항 또는 제4항에 있어서,
   상기 왕복동 모터와 압축기구부는 프레임에 결합되고, 상기 프레임은 상기 내부쉘의 내주면으로부터 이격되어 설치되는 왕복동식 압축기.
7. 제6항에 있어서,
   상기 외부쉘과 압축기구부 사이에는 지지스프링이 결합되는 왕복동식 압축기.
8. 제1항, 제3항 및 제4항의 어느 한 항에 있어서,
   상기 압축기구부에는 실린더와 피스톤 사이로 유체를 공급하여 상기 실린더에 대해 피스톤이 지지되도록 유체베어링이 구비되는 왕복동식 압축기.
9. 제1항 또는 제4항에 있어서,
   상기 내부쉘은 상기 외부쉘에 비해 상대적으로 얇게 형성되는 왕복동식 압축기.
10. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 내부쉘은 비자성체로 형성되는 왕복동식 압축기.

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