KR101481502B1 - 맥동 저감장치를 구비한 냉동사이클 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 맥동 저감장치를 구비한 냉동사이클은 압축기, 응축기 및 팽창장치를 연결하는 고온관, 상기 팽창장치, 증발기 및 상기 압축기를 연결하는 저온관 및 냉매 유동의 맥동현상을 저감하기 위해 상기 고온관의 중도에 설치된 머플러를 포함하되, 상기 고온관 및 저온관을 흐르는 냉매가 서로 열교환할 수 있도록 저온관의 일부가 상기 머플러의 외주면에 권취되고, 상기 머플러는 본체의 단면적이 입구 및 출구의 단면적 보다 큰 확대관이고, 내부에는 적어도 하나의 스크린 메쉬와 관성휠이 구비된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 냉동사이클의 맥동 저감장치는 확대관의 기능을 수행하고 내부에 스크린 메쉬와 관성팬을 구비한 머플러를 압축기의 토출측 배관에 설치함으로써 냉매 유동의 맥동현상을 1차적으로 완화시키고, 상기 머플러 외주면에 감긴 압축기 흡입측 배관 및 방진패드에 의하여 맥동현상에 의한 진동을 2차적으로 억제하기 때문에 냉매 유동의 맥동현상에 의한 진동 및 소음을 현저히 저감시킬 수 있다는 장점이 있다.

냉동사이클, 맥동

Description

맥동 저감장치를 구비한 냉동사이클{Cooling Cycle with Pulsation Reduction Device}

본 발명은 맥동 저감장치를 구비한 냉동사이클에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉동사이클을 흐르는 냉매 유동의 맥동현상을 완화시킴으로써 상기 맥동현상에 의해 발생되는 진동 및 소음을 최소화할 수 있는 맥동 저감장치를 구비한 냉동사이클에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고 또는 에어컨 등의 냉동공조 제품에 적용되는 냉동사이클은 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기 등을 주요 구성요소로 하여 열역학적 사이클을 형성하고, 상기 증발기 내부를 흐르는 액체 상태의 냉매가 열교환에 의해 기화되는 과정에서 증발기가 설치된 공간의 열을 흡수하도록 함으로써 필요한 냉기를 상기 공간으로 공급하게 된다.

이러한 냉동사이클의 구성요소 중 압축기는 냉매를 고온고압의 상태로 압축하여 배출하기 위한 것으로 주로 왕복동식 압축기가 사용되는데, 상기 왕복동식 압축기는 모터의 기계적 1회전마다 1회씩 냉매를 압축하여 배출하기 때문에 그에 따른 냉매의 유동은 자연적으로 맥동현상을 나타내게 된다.

상술한 냉매 유동의 맥동현상은 알려진 바와 같이 냉동사이클을 형성하는 배관 등에 충격을 주기 때문에 냉동사이클의 구성요소 및 이를 적용한 제품 등에 진동 및 그에 따른 소음을 유발할 뿐만 아니라, 맥동 주파수의 조화성분이 상기 냉동사이클의 구성요소 및 이를 적용한 제품 등의 고유진동수와 일치될 경우 공진이 발생됨으로써 보다 심각한 수준의 진동 및 소음을 유발하게 된다.

이를 해결하기 위하여 종래에는 냉동사이클을 구성하는 냉매의 유로 일부에 확대관의 역할을 하는 머플러를 장착하거나, 하기 [문헌1]에 개시된 바와 같이 팽창장치와 증발기 사이에 구비된 머플러 내부에 스크린 메쉬와 같은 구조물을 설치하여 맥동을 저감시키는 방식을 적용하고 있다.

그러나, 이러한 방식들은 단편적인 방식으로 맥동현상을 저감하는 것이기 때문에 그 효과가 미흡하여 이들을 적용한 제품의 경우 여전히 맥동현상에 따른 진동 및 소음이 문제가 되고 있다.

따라서, 보다 복합적이고 개선된 형태의 맥동 저감장치를 구비한 냉동사이클의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

[문헌1] 대한민국 공개특허 제2006-0067160호(2006. 6. 19. 공개)

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 냉동사이클에서 발생되는 냉매 유동의 맥동현상을 종래 기술보다 현저히 완 화시켜 그에 따른 진동과 소음을 저감시킬 수 있는 맥동 저감장치를 구비한 냉동사이클을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 맥동 저감장치에서 열교환이 이루어질 수 있도록 하여 상대적으로 고가이고 부피가 큰 응축기의 용량을 감소시키고, 이로 인하여 냉동사이클을 적용하는 제품의 생산비용 및 크기를 감소시킬 수 있는 냉동사이클을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 맥동 저감장치를 구비한 냉동사이클은 압축기, 응축기 및 팽창장치를 연결하는 고온관과, 냉매 유동의 맥동현상을 저감하기 위해 상기 고온관의 중도에 설치된 머플러를 포함하되, 상기 머플러는 본체의 단면적이 입구 및 출구의 단면적 보다 큰 확대관이고, 내부에는 적어도 하나의 스크린 메쉬와 관성휠이 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 머플러의 외주면에 부착된 방진패드를 더 포함하고, 상기 머플러는 압축기와 응축기 사이에 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 맥동 저감장치를 구비한 냉동사이클은 압축기, 응축기 및 팽창장치를 연결하는 고온관, 상기 팽창장치, 증발기 및 상기 압축기를 연결하는 저온관 및 냉매 유동의 맥동현상을 저감하기 위해 상기 고온관의 중도에 설치된 머플러를 포함하되, 상기 고온관 및 저온관을 흐르는 냉매가 서로 열교환할 수 있도록 저온관의 일부가 상기 머플러의 외주면에 권취되고, 상기 머플러는 본체의 단면적이 입구 및 출구의 단면적 보다 큰 확대관이고, 내부에는 적어도 하나의 스크 린 메쉬와 관성휠이 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 머플러의 외주면과 이에 권취된 저온관에 부착된 방진패드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 머플러는 압축기와 응축기 사이에 설치되고, 상기 머플러의 외주면에 권취된 저온관은 증발기의 출구측에 연결된 저온관인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 머플러 내부에는 입구로부터 순차적으로 제1스크린 메쉬, 관성휠 및 제2스크린 메쉬가 구비되어 있고, 상기 관성휠은 냉매의 유동에 의해 회전하되, 자체의 질량에 따른 관성력에 의하여 상기 맥동의 주기와 관계없이 설정된 범위 내의 회전속도를 유지할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 관성휠은 머플러의 출구 방향으로 냉매를 배출하기 위한 금속재의 임펠러인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 맥동 저감장치를 구비한 냉동사이클은 확대관이고 내부에 스크린 메쉬와 관성팬을 구비한 머플러를 압축기의 토출측 고온관에 설치함으로써 냉매 유동의 맥동현상을 1차적으로 완화시키고, 상기 머플러의 외주면에 권취된 압축기의 흡입측 저온관 및 방진패드에 의하여 맥동현상에 의한 진동 및 소음을 2차적으로 억제하기 때문에 냉매 유동의 맥동현상에 의한 진동 및 소음을 현저히 저감시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 맥동 저감장치를 구비한 냉동사이클은 상기 머플러에 압축기의 흡입측 저온관을 권취하여 머플러를 흐르는 고온의 냉매가 저온관의 냉매와 열교환할 수 있도록 함으로써, 상대적으로 부피가 크고 고가인 응축기의 용량을 감소시켜 냉동사이클을 적용하는 제품의 생산비용과 크기를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

( 제1실시예 )

도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 맥동 저감장치를 적용한 냉동사이클을 나타낸 개략도이고, 도2는 도1의 A부에 대한 확대단면도이다. 본 실시예에서는 냉동사이클이 적용된 제품이 냉장고인 경우를 일예로서 설명한다.

도1의 냉동사이클(1)은 냉매를 압축시켜 고온고압의 상태로 배출하는 압축기(11), 압축기(11)에서 배출된 냉매의 유동에 포함된 맥동 성분을 저감시키기 위한 머플러(12), 머플러(12)를 거친 냉매를 상대적으로 저온인 외부 공기와의 열교환을 통해 응축시키는 응축기(13), 응축기(13)를 거친 냉매를 팽창시켜 저온저압의 액냉매로 배출하는 팽창장치(14) 및 팽창장치(14)를 거친 액냉매를 상대적으로 고온인 저장실 내부의 공기와 열교환하여 증발시키는 증발기(15)를 포함하여 구성된다.

이때, 압축기(11)의 토출측, 머플러(12), 응축기(13) 및 팽창장치(14)의 입 구측은 상대적으로 고온고압의 냉매가 흐르는 고온 냉매관(20)에 의해 연결되고, 팽창장치(14)의 출구측, 증발기(15) 및 압축기(11)의 입구측은 상대적으로 저온저압의 냉매가 흐르는 저온 냉매관(30)에 의해 연결된다.

상술한 구조를 가지는 본 실시예에 따른 냉동사이클(1)에서 압축기(11)는 통상의 왕복동식 압축기를 사용하였다. 또한, 팽창장치(14)는 모세관을 사용하였으나 이에 한정되지 아니하며, 동일한 기능을 수행하는 범위 내에서 개도를 제어할 수 있는 밸브 등에 의하여 바람직하게 구현될 수 있다.

한편, 도2의 단면도에 도시된 바와 같이 압축기(11)에서 배출되는 냉매 유동의 맥동현상을 저감시키기 위해 본 실시예에서 적용한 머플러(12)는, 본체(12a)의 단면적이 입구(12b) 및 출구(12c)의 단면적 보다 큰 확대관이고, 그 내부(12d)에는 입구(12b)로부터 순차적으로 제1스크린 메쉬(41), 관성휠(42) 및 제2스크린 메쉬(43)가 구비되어 있다.

이때, 제1,2스크린 메쉬(41, 43)는 메쉬(mesh) 구조를 가지는 구조물이며, 메쉬의 크기는 냉매의 유동에 대한 저항과 맥동의 저감 효과를 동시에 고려하여 적절히 선택되는 것이 바람직하다.

또한, 관성휠(42)은 냉매의 유동에 의하여 회전하고 자체의 질량에 따른 관성력에 의하여 어느 정도의 회전 속도를 유지할 수 있는 팬(fan) 형상의 구조물을 의미하는 것이며, 관성휠(42)의 질량은 후술하는 바와 같이 냉매의 유동에 포함된 맥동에 관계없이 일정한 범위 내의 회전속도를 유지할 수 있을 정도로 선택되는 것이 바람직하다.

더욱 구체적으로, 관성휠(42)의 형상은 일예로서 회전에 의하여 냉매를 머플러의 출구 방향으로 배출할 수 있도록 임펠러(impeller)와 같이 형성되고, 금속재로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 관성휠(42)은 냉매가 이동하는 진행방향과 마주하도록 상기 관성휠(42)의 회전축(42a) 일단과 타단이 각각 상기 머플러(12)의 입구(12b) 및 출구(12c)를 향하는 방향으로 설치된다.

이하에서는 상술한 구조를 가진 머플러(12)에 의한 맥동 저감 메카니즘을 상세히 설명한다. 우선, 압축기(11)의 토출측과 연결된 고온 냉매관(20)을 흐르는 냉매가 급확대관인 머플러(12)의 내부(12d)로 유입되면 일반적인 머플러에서 발생되는 현상과 동일하게 맥동 성분이 머플러 본체(12a)의 단면적 전체에 대해 분산되면서 맥동 성분이 저감된다.

다음으로, 냉매는 제1스크린 메쉬(41)를 통과하게 되는데, 이 과정에서 제1스크린 메쉬(41)에 형성된 복수의 메쉬는 각각 개별적인 냉매의 유로를 형성함으로써 압축기(11)에서 배출된 냉매 유동의 전체에 포함되어 있던 맥동 성분이 각각의 메쉬에서 개별화되면서 더욱 감소하게 된다.

상기와 같이 제1스크린 메쉬(41)를 거친 냉매는 관성휠(42)을 통과하게 되는데, 냉매의 유동에 의하여 일단 회전하게 된 관성휠(42)은 자체의 질량에 따른 관성력에 의하여 냉매 유동에 일부 포함된 맥동 성분의 주기에 관계없이 항상 일정한 범위의 속도를 유지하면서 회전하게 된다.

따라서, 관성휠(42)은 상기 일정한 범위의 회전 속도를 이용하여 냉매를 머플러(12)의 출구(12c) 방향으로 배출하기 때문에 관성휠(42)을 거친 냉매의 유동은 속도가 균일화됨으로써 맥동 성분을 거의 상실하게 된다.

또한, 관성휠(42)의 하류에 형성된 제2스크린 메쉬(43)는 전술한 제1스크린 메쉬(41)와 동일한 메카니즘에 의하여 맥동 성분을 더욱 감소시키게 되고, 그 결과 머플러(12)를 통과한 냉매의 유동은 맥동 특성을 나타내지 않게 되므로 머플러(12)의 하류에 배치된 냉동사이클(1)의 다른 구성요소에 대해서는 맥동에 의한 진동 및 소음을 유발하지 않게 된다.

본 실시예에서는 머플러 내부(12d)에 제1스크린 메쉬(41), 관성휠(42) 및 제2스크린 메쉬(43)가 순차적으로 배열된 경우를 일예로서 설명하였으나, 필요에 따라 상기 구성요소(41,42,43) 중 일부가 추가 또는 생략되거나 배열순서가 다르게 구성될 수 있음은 물론이다.

또한, 본 실시예에서 설명한 구성에 추가하여 머플러(12)의 외주면에 방진패드를 부착함으로써, 상술한 맥동 저감 메커니즘을 수행하는 과정에서 발생되는 진동 및 소음을 한층 더 저감하도록 구성할 수도 있다.

또한, 본 실시예에서는 머플러(12)를 압축기(11)와 응축기(13) 사이에 배치하여 맥동의 발생원(source)인 압축기(11)와 가장 가까운 위치에서 맥동을 저감함으로써 그 영향을 최소화하도록 하였으나, 이에 한정되지 않으며 냉동사이클(1) 또는 이를 적용한 제품의 구성상의 특징이나 필요에 따라 냉매관(20, 30) 중 임의의 위치에 배치할 수도 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 실시예에 따른 냉동사이클(1)에 적용된 맥동 저감장치는 냉매의 유동에 포함된 맥동 성분을 다단계의 서로 다른 메카니즘에 의하여 복합적으로 감소시키기 때문에 종래 기술보다 현저히 개선된 맥동 저감효과를 얻을 수 있다는 장점이 있다.

( 제2실시예 )

도3은 본 발명의 제2실시예에 따른 맥동 저감장치를 적용한 냉동사이클(1)을 나타낸 개략도이고, 도4 및 도5는 각각 도3의 B부에 대한 확대도 및 상기 B부에 방진패드(44)를 추가로 적용한 경우를 나타낸 확대도이며, 도6은 도5에 대한 확대단면도이다.

또한, 이하에서는 제1실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하고, 맥동 저감 메카니즘에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예에 따른 냉동사이클(1)에 적용된 맥동 저감장치는 증발기(15)를 통과한 저온 냉매관(30)이 머플러(12)의 외주면에 권취되어 머플러(12)를 흐르는 고온의 냉매가 저온 냉매관(30)의 냉매와 열교환할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의하여 본 실시예에 따른 냉동사이클(1)은 머플러(12)에 권취된 저온 냉매관(30)이 머플러(12)에 발생되는 진동 및 소음을 추가적으로 흡수할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 열교환에 의하여 저온 냉매관(30)이 머플러(12)를 흐르는 냉매의 온도를 저감시키기 때문에 상대적으로 부피가 크고 고가인 응축기(13)의 용량을 감소시켜 냉동사이클(1)을 적용하는 제품의 생산비용과 크기를 감소시킬 수 있다는 장점도 있다.

본 실시예에서는 증발기(15)를 통과한 저온 냉매관(30)이 머플러(12)의 외주면에 권취된 경우를 일예로서 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 냉동사이클(1) 또는 이를 적용한 제품의 구성상의 특징이나 필요에 따라 임의의 위치에 있는 저온 냉매관(30)이 머플러(12)에 권취될 수 있음은 물론이다.

한편, 머플러(12)와 저온 냉매관(30)에 부착된 방진패드(44)의 기능은 제1실시예에서 설명한 바와 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.

도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 맥동 저감장치를 적용한 냉동사이클을 나타낸 개략도,

도2는 도1의 A부에 대한 확대단면도,

도3은 본 발명의 제2실시예에 따른 맥동 저감장치를 적용한 냉동사이클을 나타낸 개략도,

도4 및 도5는 각각 도3의 B부에 대한 확대도 및 상기 B부에 방진패드를 추가로 적용한 경우를 나타낸 확대도, 및

도6은 도5에 대한 확대단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

12 : 머플러 41 : 제1스크린 메쉬

42 : 관성휠 43 : 제2스크린 메쉬

Claims (7)

1. 압축기, 응축기 및 팽창장치를 연결하는 고온관;

   냉매 유동의 맥동 현상을 저감하기 위해 상기 고온관의 중도에 설치된 머플러를 포함하되,

   상기 머플러는 본체의 단면적이 입구 및 출구의 단면적 보다 큰 확대관이고, 내부에는 적어도 하나의 스크린 메쉬와 관성휠이 구비되며,

   상기 관성휠은 냉매가 이동하는 진행방향과 마주하도록 상기 관성휠의 회전축 일단과 타단이 각각 상기 머플러의 입구 및 출구를 향하는 방향에 설치되는 것을 특징으로 하는 맥동 저감장치를 구비한 냉동사이클.
2. 제1항에 있어서,

   상기 머플러의 외주면에 부착된 방진패드를 더 포함하고,

   상기 머플러는 압축기와 응축기 사이에 설치된 것을 특징으로 하는 맥동 저감장치를 구비한 냉동사이클.
3. 압축기, 응축기 및 팽창장치를 연결하는 고온관;

   상기 팽창장치, 증발기 및 상기 압축기를 연결하는 저온관; 및

   냉매 유동의 맥동 현상을 저감하기 위해 상기 고온관의 중도에 설치된 머플러를 포함하되,

   상기 고온관 및 저온관을 흐르는 냉매가 서로 열교환할 수 있도록 저온관의 일부가 상기 머플러의 외주면에 권취되고,

   상기 머플러는 본체의 단면적이 입구 및 출구의 단면적 보다 큰 확대관이고, 내부에는 적어도 하나의 스크린 메쉬와 관성휠이 구비된 것을 특징으로 하는 맥동 저감장치를 구비한 냉동사이클.
4. 제3항에 있어서,

   상기 머플러의 외주면과 이에 권취된 저온관에 부착된 방진패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 맥동 저감장치를 구비한 냉동사이클.
5. 제4항에 있어서,

   상기 머플러는 압축기와 응축기 사이에 설치되고,

   상기 머플러의 외주면에 권취된 저온관은 증발기의 출구측에 연결된 저온관인 것을 특징으로 하는 맥동 저감장치를 구비한 냉동사이클.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 머플러 내부에는 입구로부터 순차적으로 제1스크린 메쉬, 관성휠 및 제2스크린 메쉬가 구비되어 있고,

   상기 관성휠은 냉매의 유동에 의해 회전하되, 자체의 질량에 따른 관성력에 의하여 상기 맥동의 주기와 관계없이 설정된 범위 내의 회전속도를 유지할 수 있는 것을 특징으로 하는 맥동 저감장치를 구비한 냉동사이클.
7. 제6항에 있어서,

   상기 관성휠은 머플러의 출구 방향으로 냉매를 배출하기 위한 금속재의 임펠러인 것을 특징으로 하는 맥동 저감장치를 구비한 냉동사이클.

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