KR102170397B1

KR102170397B1 - 왕복동식 압축기

Info

Publication number: KR102170397B1
Application number: KR1020130166066A
Authority: KR
Inventors: 기성현; 이상민
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2020-10-28
Also published as: KR20150077155A; EP3087274B1; CN105829714A; EP3087274A4; EP3087274A1; WO2015099306A1; CN105829714B; US10578088B2; US20170016436A1

Abstract

본 발명에 따른 왕복동식 압축기는, 압축기 본체의 진동방향 양측을 지지하는 전방측 지지스프링과 후방측 지지스프링의 고유진동수를 서로 다르게 형성하되 한 쪽 지지스프링의 고유진동수는 운전주파수보다 낮게, 다른 한 쪽 지지스프링의 고유진동수는 운전주파수보다 높게 형성됨으로써, 양쪽 지지스프링이 서로 반대방향으로 공진되면서 역위상이 형성되어 양쪽 지지스프링의 강성을 낮추지 않고도 압축기 진동을 효과적으로 줄일 수 있다.

Description

왕복동식 압축기{RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 왕복동식 압축기의 지지스프링에 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, 왕복５ 모터(30)의 무버(32)에 피스톤(42)이 결합되어 실린더(41)에서 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 압축기구부로 이루어져 있다.

지지스프링(61)(62)은 판스프링으로 이루어져 압축기 본체(C)의 전후 양측에서 쉘(10)과의 내주면 사이에 각각 설치되어 있다.

전후 양측 지지스프링(61)(62)이 동일한 고유진동수를 가지는 판스프링 또는 압축코일스프링으로 이루어져 있다.

도면중 미설명 부호인 12는 흡입관, 13은 토출관, 20은 프레임, 31은 스테이터, 35는 코일, 36은 마그네트, 43은 흡입밸브, 44는 토출밸브, 45는 밸브스프링, 51 및 52는 공진스프링, 53은 공진스프링을 지지하는 서포트 브라켓, 70은 가스베어링, F는 흡입유로, S1은 압축공간, S2는 토출공간이다.

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, 도 2에서와 같이 전후 양측 지지스프링(61)(62)이 동일한 고유진동수를 가짐에 따라 전방측 지지스프링(61)과 후방측 지지스프링(62)은 압축기 본체의 전후 방향 진동시 같은 방향, 즉 압축기 본체와 반대방향으로 공진을 하면서 압축기 진동을 감쇄시키게 된다. 하지만, 전방측 지지스프링(61)과 후방측 지지스프링(62)이 같은 방향으로 공진을 하게 됨에 따라 가진력이 발생되어 압축기 본체의 진동을 감쇄시키는데 한계가 있다.

도 3은 전방측 지지스프링과 후방측 지지스프링이 동일한 고유진동수를 가질 때 왕복동식 압축기에서의 쉘 진동을 보인 진동전달률 곡선으로 보인 그래프이고, 도 4는 전방측 지지스프링과 후방측 지지스프링에 대한 위상각을 보인 그래프이다. 도 3을 참조하여 지지스프링의 진동전달률 곡선을 보면 양쪽 지지스프링(61)(62)의 고유진동수가 겹쳐져 한 개의 피크점이 발생하고, 이 피크점에서 실제 운전주파수 영역을 통과하면서 다음 피크점을 향해 완만히 상승하는 곡선을 그리게 된다. 이는, 도 4에서와 같이 양쪽 지지스프링(61)(62)이 동일한 위상각을 가지면서 압축기 본체와 함께 진동을 하기 때문이다. 따라서, 양쪽 지지스프링(61)(62)의 강성을 아주 낮게 설계하고 고유진동수를 운전주파수로부터 멀리 떨어지게 설계하면 압축기 본체(C)에 의한 가진력이 지지스프링(61)(62)을 통해 쉘(10)로 전달되면서 발생되는 2차 진동 및 소음을 줄일 수 있다. 하지만, 이 경우 지지스프링(61)(62)의 강성이 너무 낮아 지지스프링의 횡방향(즉, 반경방향 또는 상하방향) 변형이 발생되고 이로 인해 압축기 본체(C)에서의 처짐이 발생되어 진동체의 거동이 불안정하게 되면서 진동체와 고정체 간의 마찰손실이나 마모가 발생될 우려가 있었다.

본 발명의 목적은, 압축기 본체가 처지지 않을 정도의 높은 강성을 가지면서도 지지스프링을 통한 2차 진동 및 소음을 줄일 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 내부공간을 갖는 쉘; 상기 쉘의 내부공간에 설치되고 무버가 왕복운동을 하는 왕복동 모터를 구비하고, 상기 왕복동 모터의 무버와 함께 왕복운동을 하는 진동체를 구비하여 그 진동체가 고정체의 압축공간에서 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 압축기구부를 포함하는 압축기 본체; 및 상기 압축기 본체의 왕복방향 양측을 상기 쉘에 대해 지지하는 복수 개의 지지스프링;을 포함하고, 상기 복수 개의 지지스프링은 서로 다른 고유진동수를 가지는 왕복동식 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 복수 개의 지지스프링은 상기 압축기 본체를 중심으로 상기 압축기 본체의 진동방향 일측에 설치되는 제1 지지스프링 및 상기 압축기 본체를 중심으로 상기 압축기 본체의 진동방향 타측에 설치되는 제2 지지스프링으로 이루어지고, 상기 제1 지지스프링의 고유진동수를 F_s1, 상기 제2 지지스프링의 고유진동수를 F_s2, 상기 압축기 본체의 운전주파수를 F_e라고 할 때, F_s1 〈 F_e 〈 F_s2의 관계식을 만족할 수 있다.

그리고, 상기 제1 지지스프링과 제2 지지스프링은 동일한 강성을 가지도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1 지지스프링과 제2 지지스프링 중에서 상기 압축기 본체의 무게중심으로부터 가까운 지지스프링의 고유진동수가 먼 지지스프링의 고유진동수보다 작게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1 지지스프링과 제2 지지스프링 중에서 압축공간에서 가까운 지지스프링의 고유진동수가 먼 지지스프링의 고유진동수보다 더 작게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 압축기구부는 압축공간을 형성하는 실린더에 피스톤이 미끄러지게 삽입되어 이루어지고, 상기 압축기구부에는 실린더와 피스톤 사이로 유체를 공급하여 상기 실린더에 대해 피스톤이 지지되도록 유체베어링이 구비될 수 있다.

한편, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 내부공간을 갖는 쉘; 상기 쉘의 내부공간에 설치되어 소정의 운전주파수를 가지고 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 압축기 본체; 및 상기 압축기 본체를 기준으로 그 압축기 본체의 전후방향에 각각 설치되어 각각의 고유진동수를 가지고 상기 압축기 본체를 상기 쉘에 대해 탄력 지지하는 제1 지지스프링 및 제2 지지스프링;을 포함하고, 상기 제1 지지스프링의 공진주파수 위상과 상기 제2 지지스프링의 공진주파수 위상이 서로 반대가 되는 구간을 갖는 왕복동식 압축기가 제공될 수도 있다.

여기서, 상기 제1 지지스프링의 공진모드와 상기 제2 지지스프링의 공진모드가 운전주파수의 하모닉과 중첩되지 않는 구간을 갖도록 형성될 수 있다.

한편, 상기 제1 지지스프링과 제2 지지스프링은 모두 판스프링으로 이루어지거나, 또는 상기 제1 지지스프링은 판스프링으로 이루어지는 반면 상기 제2 지지스프링은 코일스프링으로 이루어질 수도 있다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 전방측 지지스프링과 후방측 지지스프링의 고유진동수를 서로 다르게 형성하되 한 쪽 지지스프링의 고유진동수는 운전주파수보다 낮게, 다른 한 쪽 지지스프링의 고유진동수는 운전주파수보다 높게 형성됨으로써, 양쪽 지지스프링이 서로 반대방향으로 공진되면서 역위상이 형성되어 양쪽 지지스프링의 강성을 낮추지 않고도 압축기 진동을 효과적으로 줄일 수 있다.

도 1은 종래 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도,
도 2는 도 1에 따른 왕복동식 압축기에서 압축기 본체와 지지스프링 사이의 진동을 보인 개략도,
도 3은 종래 왕복동식 압축기에서의 쉘 진동을 보인 진동전달률 곡선으로 보인 그래프,
도 4는 도 3에 따른 전방측 지지스프링과 후방측 지지스프링에 대한 위상각을 보인 그래프,
도 5는 본 발명 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도,
도 6은 도 5에서 전방측 지지스프링과 후방측 지지스프링에 적용된 판스프링의 일례를 보인 정면도,
도 7은 도 5에 따른 왕복동식 압축기에서 압축기 본체와 지지스프링 사이의 진동을 보인 개략도,
도 8은 본 발명 왕복동식 압축기에서의 쉘 진동을 보인 진동전달률 곡선으로 보인 그래프,
도 9는 도 8에 따른 전방측 지지스프링과 후방측 지지스프링에 대한 위상각을 보인 그래프,
도 10은 도 5에 따른 왕복동식 압축기에서 압축기 본체의 무게중심을 기준으로 한 양쪽 지지스프링의 고유진동수를 설정한 예를 보인 개략도,
도 11은 도 5에 따른 왕복동식 압축기에 대한 다른 실시예를 보인 종단면도.

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

도 5는 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 일실시예를 보인 종단면도이다. 참고로, 도 5에서는 제1 지지스프링과 제2 지지스프링의 두께를 상이하게 도시하였으나, 이는 후술할 고유진동수를 표현하기 위해 편의상 두께를 다르게 도시한 것일 뿐, 실제로는 동일한 두께로 형성될 수도 있다.

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. 하지만, 공극은 코일(135)의 양측에 형성될 수도 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, 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 공극부()의 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 한 개씩만 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 실린더(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 토출커버(146)로 토출되는 냉매를 실린더(141)와 피스톤(142) 사이로 안내하여 실린더(141)와 피스톤(142) 사이를 지지할 수 있으면 어떠한 구조를 가지더라도 무방할 수 있다.

한편, 토출커버(146)와 이에 대응하는 쉘(110)의 전방측면 사이에는 압축기 본체(C)를 횡방향(즉, 전후방향 또는 왕복운동방향)으로 지지하는 전방측 지지스프링(이하, 제1 지지스프링)(161)이 설치되고, 공진스프링, 정확하게는 공진스프링을 지지하는 스프링 브라켓(153)과 이에 대응하는 쉘(110)의 후방측면 사이에는 압축기 본체(C)를 횡방향(즉, 전후방향 또는 왕복운동방향)으로 지지하는 후방측 지지스프링(이하, 제2 지지스프링)(162)이 설치될 수 있다.

제1 지지스프링(161)과 제2 지지스프링(162)은 도 6에서와 같이 판스프링으로 이루어질 수 있다.

예를 들어, 제1 지지스프링(161)의 테두리에는 쉘(110)의 전방측에 고정되는 제1 고정부(161a)가 형성되고, 중앙에는 토출커버(146)의 전방측면에 고정되는 제2 고정부(161b)가 형성될 수 있다. 그리고, 제1 고정부와 제2 고정부의 사이에는 나선형으로 절개된 탄성부(161c)가 형성될 수 있다.

제2 지지스프링(162)의 테두리에는 쉘(110)의 후방측에 고정되는 제1 고정부(162a)가 형성되고, 중앙에는 공진스프링(152)을 지지하기 위한 서포트 브라켓(153)에 고정되는 제2 고정부(162b)가 형성될 수 있다. 그리고, 제1 고정부와 제2 고정부의 사이에는 나선형으로 절개된 탄성부(162c)가 형성될 수 있다.

몸통쉘(110)의 전후 양단에는 제1 지지스프링(161)과 제2 지지스프링(162)이 얹힐 수 있도록 단차면이 각각 형성될 수 있다.

전방측 단차면에 제1 지지스프링(161)이 얹힌 상태에서 그 제1 지지스프링(161)에 전방쉘(112)을 얹고 용접하여 몸통쉘(111)과 제1 지지스프링(161) 그리고 전방쉘(112)이 용접 결합될 수 있다. 후방측 단차면에 제2 지지스프링(162)이 얹힌 상태에서 그 제2 지지스프링(162)에 후방쉘(113)을 얹고 용접하여 몸통쉘(111)과 제2 지지스프링(162) 그리고 후방쉘(113)이 용접 결합될 수 있다.

하지만, 제1 지지스프링(161)과 제2 지지스프링(162)은 반드시 판스프링으로 한정되지 않고 코일스프링으로 이루어질 수도 있다. 다만, 코일스프링의 경우는 전후방향으로 설치하면 상하방향을 이루는 횡방향 변위가 판스프링에 비해 증가하여 압축기 본체의 처짐이 크게 증가할 수 있으므로 판스프링에 비해 적합하지 않을 수 있다. 또, 코일스프링의 적용시 횡방향 변위로 인한 처짐을 고려하여 강성을 크게 증가시킬 수 있으나, 그러면 진동전달율이 증가할 수 있으므로 적합하지 않을 수 있다.

도면중 미설명 부호인 101은 내부공간, 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 전후방향으로 왕복운동을 하게 된다. 그러면 무버(132)에 결합된 피스톤(142)이 실린더(141)의 내부에서 전후방향으로 왕복 운동을 하면서 냉매를 흡입하여 압축한 후 외부의 냉동사이클로 토출하게 된다.

이때, 왕복동 모터(130)의 무버(132)가 스테이터(131)에 대해 횡방향(즉, 전후방향)으로 왕복운동을 하는 동시에 피스톤(142)이 실린더(141)에 대해 횡방향으로 왕복운동을 하면서 압축기 본체(C)에서는 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 압축기의 전체 진동소음이 감소될 수 있다. .

하지만, 제1 지지스프링(161)과 제2 지지스프링(162)이 동일한 고유진동수를 가지는 경우에는 도 3와 같이 한 개의 피크점이 생기면서 통상적인 운전주파수인 60~100Hz 대역에서의 진동이 대략 40㎝/s² 내외가 될 수 있다. 이는 제1 지지스프링(161)과 제2 지지스프링(162)의 고유진동수가 동일함에 따라 도 4에서와 같이 제1 지지스프링(161)의 진동 위상(실선)과 제2 지지스프링(162)의 진동 위상(점선)이 동일 위상을 형성하면서 감쇄효과를 충분히 발생시키지 못하기 때문이다.

이에, 본 실시예에서는 제1 지지스프링(161)과 제2 지지스프링(162)의 고유진동수를 서로 다르게 형성하되 제1 지지스프링의 고유진동수(F_s1)는 운전주파수(F_e)보다 작게, 제2 지지스프링의 고유진동수(F_s2)는 운전주파수(F_e)보다 크게 형성함으로써, 도 7에서와 같이 제1 지지스프링(161)과 제2 지지스프링(162)이 압축기 본체(C)를 사이에 두고 서로 반대방향으로 공진되면서 일종의 동흡진기를 이루도록 할 수 있다. 이에 따라, 압축기 본체의 진동폭이 종래에 비해 매우 적게 감소함에 따라 압축기의 진동소음이 감쇄될 수 있다.

예를 들어, 그리고 도 8에서와 같이 제1 지지스프링의 고유진동수(F_s1)과 제2 지지스프링의 고유진동수(F_s2)가 서로 상이함에 따라 진동전달율 곡선에서는 2개의 피크점(P1,P2)이 발생되는데, 그 2개의 피크점(P1,P2) 중에서 한 개는 통상의 운전영역인 60~100Hz의 주변으로 가깝게 형성되면서 진동전달율 곡선이 급격하게 낮아지는 지점이 형성될 수 있다. 이 급격하게 낮아지는 지점이 통상의 운전영역 주변에서 형성되면서 그만큼 운전영역에서의 진동전달율이 종래 대비 낮아지게 되는 것이다. 도 8에서는 대략 0~20㎝/s² 내외가 되는 것을 알 수 있다.

여기서, 제1 지지스프링 또는 제2 지지스프링의 공진모드가 운전주파수의 하모닉과 중첩되지 않는 범위에서 양쪽 피크점(P1,P2)이 서로 멀어질수록, 즉 두 번째 피크점(P2)이 운전주파수 영역에서 가깝게 형성되면서 그만큼 운전주파수 영역에서의 진동전달율이 낮아질 수 있다.

물론, 지지스프링의 개수가 3개 또는 그 이상이고 각각의 지지스프링의 고유진동수를 달리 형성할 경우 지지스프링의 개수만큼의 피크점이 운전영역보다 앞쪽이나 뒤쪽에 발생하게 되나, 실질적으로 중요한 것은 운전영역에서의 진동전달율이 되므로 그 운전영역에서의 진동전달율이 최소가 될 수 있도록 지지스프링들을 설계하는 것이 바람직할 수 있다. 특히 왕복동식 압축기의 경우에는 회전식 압축기와 달리 운전 개시와 함께 곧바로 통상적인 운전영역으로 운전을 하게 되므로 운전 개시점, 즉 0Hz에서 운전영역까지의 사이에 발생하는 피크점은 압축기의 진동과 관련하여 크게 의미가 없다. 따라서, 운전영역에서의 진동을 줄일 수 있도록만 지지스프링을 설계하면 족하다.

도 9는 제1 지지스프링의 고유진동수(F_s1)와 제2 지지스프링의 고유진동수(F_s2)가 상이하되, 제1 지지스프링의 고유진동수(F_s1)는 압축기 본체의 운전주파수(F_e) 보다 작게, 제2 지지스프링의 고유진동수(F_s2)는 압축기 본체의 운전주파수(F_e) 보다 크게 형성되는 경우, 즉 F_s1 〈 F_e 〈 F_s2의 관계식을 만족하는 경우 각 스프링의 위상각을 보인 그래프이다.

이에 도시된 바와 같이, 제1 지지스프링의 고유진동수(F_s1)와 제2 지지스프링의 고유진동수(F_s2)가 운전주파수(F_e)보다 한 쪽은 크고 다른 쪽은 작게 형성됨에 따라 양쪽 지지스프링의 공진 모드의 위상(실선은 제1 지지스프링의 위상, 점선은 제2 지지스프링의 위상)이 운전영역에서 서로 반대가 되는 역위상이 발생하는 것을 알 수 있다. 이를 통해 양쪽 스프링의 공진 모드가 상쇄되어 그만큼 압축기의 진동소음이 감소될 수 있다.

한편, 제1 지지스프링과 제2 지지스프링은 압축기 본체의 무게중심으로부터 동일한 위치에 설치될 수도 있지만, 상이한 위치에 설치될 수도 있다. 도 10에서와 같이 제1 지지스프링(161)과 제2 지지스프링(162)이 무게중심(O)으로부터 상이한 위치에 설치될 경우, 제1 지지스프링(161)과 제2 지지스프링(162) 중에서 압축기 본체(C)의 무게중심(G)으로부터 가까운 위치(L1)에 설치되는 제1 지지스프링(161)의 고유진동수가 상대적으로 먼 위치(L2)에 설치되는 제2 지지스프링(162)의 고유진동수보다 작게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

또, 제1 지지스프링(161)과 제2 지지스프링(162)은 압축공간(S1)을 중심으로 하여 고유진동수를 다르게 배치할 수도 있다. 예를 들어, 도면으로 도시하지는 않았으나, 압축공간에서 가까운 지지스프링의 고유진동수가 압축공간에서 먼 지지스프링의 고유진동수에 비해 더 작게 형성되는 것이 바람직할 수도 있다.

또 한편, 제1 지지스프링(161)과 제2 지지스프링(162)은 그 스프링의 탄성부 형상이나 두께 또는 재질을 적절하게 형성하여 양쪽 지지스프링의 강성은 동일하면서도 고유진동수는 다르게 설계할 수 있다.

또 한편, 전술한 실시예에서는 제1 지지스프링과 제2 지지스프링이 모두 판스프링인 경우를 예로 들어 살펴보았으나, 굳이 판스프링으로 한정하지 않고 코일스프링으로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 도 11에서와 같이 제1 지지스프링(261)은 횡변형이 작은 판스프링으로 이루어지는 반면, 제2 지지스프링(262)은 상대적으로 횡변형이 큰 압축코일스프링으로 이루어질 수 있다. 이는, 압축기 본체(C)의 무게중심이나 압축공간이 전방측에서 가깝게 위치함에 따라 전방측에서의 압축기 처짐을 방지할 수 있도록 전방측에 위치하는 제1 지지스프링(261)을 판스프링으로 형성하는 것이 바람직할 수 있다.

110 : 쉘 111 : 몸통쉘
112 : 전방쉘 113 : 후방쉘
120 : 프레임 130 : 왕복동 모터
141 : 실린더 142 : 피스톤
151,152 : 공진스프링 161,162 : 지지스프링
170 : 유체베어링 C : 압축기 본체

Claims

내부공간을 갖는 쉘;
상기 쉘의 내부공간에 설치되고 무버가 왕복운동을 하는 왕복동 모터를 구비하고, 상기 왕복동 모터의 무버와 함께 왕복운동을 하는 진동체를 구비하여 그 진동체가 고정체의 압축공간에서 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 압축기구부를 포함하는 압축기 본체; 및
상기 압축기 본체의 왕복방향 양측을 상기 쉘에 대해 지지하는 복수 개의 지지스프링;을 포함하고,
상기 복수 개의 지지스프링은 서로 다른 고유진동수를 가지며,
상기 복수 개의 지지스프링은 상기 압축기 본체를 중심으로 상기 압축기 본체의 진동방향 일측에 설치되는 제1 지지스프링 및 상기 압축기 본체를 중심으로 상기 압축기 본체의 진동방향 타측에 설치되는 제2 지지스프링으로 이루어지고,
상기 제1 지지스프링의 공진주파수 위상과 상기 제2 지지스프링의 공진주파수 위상이 서로 반대가 되는 구간을 가지며,
상기 압축기 본체의 운전주파수는 상기 제1 지지스프링의 공진주파수 위상과 상기 제2 지지스프링의 공진주파수 위상이 서로 반대가 되는 구간에 포함되며,
상기 제1 지지스프링과 제2 지지스프링의 고유진동수가 겹치는 피크점이 복수 개가 형성되고,
상기 복수 개의 피크점 중에서 어느 한 쪽 피크점과 상기 압축기 본체의 운전주파수 사이의 간격이 상기 복수 개의 피크점 사이의 간격보다 작은 왕복동식 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제1 지지스프링의 고유진동수를 F_s1, 상기 제2 지지스프링의 고유진동수를 F_s2, 상기 압축기 본체의 운전주파수를 F_e라고 할 때,
F_s1〈 F_e 〈 F_s2의 관계식을 만족하는 왕복동식 압축기.
제2항에 있어서,
상기 제1 지지스프링과 제2 지지스프링은 동일한 강성을 가지는 왕복동식 압축기.
제2항에 있어서,
상기 제1 지지스프링과 제2 지지스프링 중에서 상기 압축기 본체의 무게중심으로부터 가까운 지지스프링의 고유진동수가 먼 지지스프링의 고유진동수보다 작게 형성되는 왕복동식 압축기.
제2항에 있어서,
상기 제1 지지스프링과 제2 지지스프링 중에서 압축공간에서 가까운 지지스프링의 고유진동수가 먼 지지스프링의 고유진동수보다 더 작게 형성되는 왕복동식 압축기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수 개의 지지스프링은 판스프링으로 이루어지는 왕복동식 압축기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수 개의 지지스프링 중에서 한 개는 판스프링으로 이루어지는 반면 다른 한 개는 코일스프링으로 이루어지는 왕복동식 압축기.
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제1항에 있어서,
상기 제1 지지스프링의 공진모드와 상기 제2 지지스프링의 공진모드가 운전주파수의 하모닉과 중첩되지 않는 구간을 갖는 왕복동식 압축기.
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