KR102497671B1 - 진동 감쇠를 위한 배관 구조 - Google Patents

진동 감쇠를 위한 배관 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진동 감쇠를 위한 배관 구조에 관한 것으로, 공기조화장치의 증발기와 압축기를 연결하는 배관이 제공되되, 상기 배관을 흐르는 냉매로 인해 발생되는 진동주파수가 집중되는 것을 방지하도록, 상기 배관의 적어도 일부 구간은 진동에너지 감쇄부가 형성될 수 있다.

Description

진동 감쇠를 위한 배관 구조{PIPE STRUCTURE FOR VIBRATION DAMPING}
본 발명은 진동 감쇠를 위한 배관 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 증발기 출구와 압축기 입구를 연결하는 배관상에서 적어도 일부 구간의 단면 형상을 비원형으로 형성함으로써, 냉매가 압축기로 유입되는 때에 발생되는 진동주파수가 집중되는 것을 방지하여 소음, 진동을 완화할 수 있는 배관 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 공기조화장치는 차량 외부의 공기를 차량 실내로 도입하거나 차량 실내의 공기를 순환시키는 과정에서 가열 또는 냉각시켜 차량 실내를 냉방 또는 난방하기 위한 장치이다. 이러한 차량용 공기조화장치는 냉동 사이클의 원리를 이용하여 냉방된 차가운 공기를 차량 실내로 토출하기 위한 에어컨 시스템을 구비하고 있다.
도 1은 종래의 차량용 냉방시스템을 나타내는 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 차량용 냉방시스템은 냉매를 압축하여 송출하는 압축기(Compressor;1)와, 압축기(1)에서 송출되는 고압의 냉매를 응축하는 응축기(Condenser;2)와, 응축기(2)에서 응축되어 액화된 냉매를 교축하는 예컨대 팽창밸브(Expansion Valve;3)와, 그리고 상기 팽창밸브(3)에 의해 교축된 저압의 액상 냉매를 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열 작용으로 실내에 토출되는 공기를 냉각하는 증발기(Evaporator;4) 등이 냉매 파이프로 연결되어 이루어진 냉동사이클로 구성되며, 다음과 같은 냉매 순환과정을 통하여 자동차 실내를 냉방한다.
차량용 공기조화장치의 냉방스위치가 온(On) 되면, 먼저 압축기(1)가 엔진의 동력으로 구동하면서 저온 저압의 기상 냉매를 흡입, 압축하여 고온 고압의 기체 상태로 응축기(2)로 송출하고, 응축기(2)는 그 기상 냉매를 외기와 열교환하여 고온 고압의 액체로 응축한다. 이어 응축기(2)에서 고온 고압의 상태로 송출되는 액상 냉매는 팽창밸브(3)의 교축작용으로 급속히 팽창되어 저온 저압의 습포화 상태로 증발기(4)로 보내어지고, 증발기(4)는 그 냉매를 블로어가 차량 실내로 송풍하는 공기와 열교환시킨다. 이에 냉매는 증발기(4)에서 증발하여 저온 저압의 기체 상태로 배출되고 다시 압축기(1)에 흡입되어 상술한 바와 같은 냉동사이클을 재순환하게 된다. 차량 실내의 냉방은 상술한 바와 같이 블로어가 송풍하는 공기가 상기 증발기(4)를 거치면서 증발기(4)내를 순환하는 액상 냉매의 증발 잠열로 냉각되어 차가워진 상태로 차량 실내에 토출됨으로써 이루어진다.
한편, 도 2는 종래의 차량용 냉방시스템에서 증발기(4) 출구와 압축기 입구(1) 사이를 연결하는 배관(10)의 일 형태를 도시하고 있다. 도 2를 참고하면, 종래 배관(10)은 전반적으로 균일한 직경(D0)으로 형성된 원형 단면으로 구현된다.
여기서 저온저압의 기체 냉매가 압축기(1)로 빠르게 흡입되면서, 배관(10)을 통과하는 냉매에 의해 진동이 발생한다. 이때 배관(1)의 단면 형상이 원형으로 일정하기 때문에, 배관(1)을 흐르는 냉매에 의해 발생되는 진동은 특정 주파수로 집중되게 되고, 이는 진동에너지의 집중을 의미한다.
진동에너지가 특정 주파수에 집중되면, 진동이 점차 커져, 차량 소음 또는 떨림을 증가시키게 되고, 이는 차량 운행 중 안락함을 저해하고, 부품의 수명 단축의 원인될 수 있다.
국내특허 공개번호:10-2012-0140467
본 발명은 상기와 같이 관련 기술분야의 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 증발기 출구와 압축기 입구를 연결하는 배관상에서 적어도 일부 구간의 단면 형상을 비원형으로 형성함으로써, 냉매가 압축기로 유입되는 때에 발생되는 발생되는 진동주파수가 집중되는 것을 방지하여 소음, 진동을 완화할 수 있는 배관 구조를 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 진동 감쇠를 위한 배관 구조에 관한 것으로, 공기조화장치의 증발기와 압축기를 연결하는 배관이 제공되되, 상기 배관을 흐르는 냉매로 인해 발생되는 진동주파수가 집중되는 것을 방지하도록, 상기 배관의 적어도 일부 구간은 진동에너지 감쇄부가 형성될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에서는 상기 진동에너지 감쇄부의 단면 형상은 비원형 구조일 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에서는 상기 진동에너지 감쇄부의 단면 형상은 타원형일 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에서는 상기 진동에너지 감쇄부는 증발기 출구와 압축기 입구를 연결하는 배관에 형성될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에서는 상기 진동에너지 감쇄부는 증발기 출구와 압축기 입구 사이를 연결하는 배관에 형성되되, 상기 배관의 비벤딩부의 적어도 일부 영역에 형성될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에서는 증발기 출구측에 인접한 배관을 고정하는 제1 고정부와 압축기 입구측에 인접한 배관을 고정하는 제2 고정부가 배치되되, 상기 진동에너지 감쇄부는 상기 제1 고정부와 상기 제2 고정부 사이에 형성될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에서는 상기 진동에너지 감쇄부의 단면 형상은, 상기 증발기 출구와 상기 압축기 입구 사이에서 변화될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에서는 상기 진동에너지 감쇄부의 단면 형상은 타원형으로 제공되되, 상기 증발기 출구와 상기 압축기 입구 사이에서 단축의 길이 또는 장축의 길이는 변화될 수 있다.
본 발명에 따르면, 증발기 출구와 압축기 입구를 연결하는 배관상에서 적어도 일부 구간의 단면 형상을 비원형으로 형성함으로써, 배관을 흐르는 냉매에 의해 발생되는 진동주파수가 특정 주파수값으로 집중되는 것을 방지할 수 있다.
또한 배관의 길이방향을 따라 배관의 단면 형상이 변화되도록 하여, 역시 진동주파수가 집중되는 것을 방지할 수 있다.
더하여 상기된 진동주파수의 집중 방지 효과는 배관의 내측면에서 비대칭 위치에 함몰홈을 형성함으로써, 동일한 효과를 달성할 수 있다.
이는 궁극적으로 차량의 소음, 떨림 등을 감소시키고, 부품의 수명 단축을 완화는 효과가 있다.
도 1은 종래의 차량용 냉방시스템을 나타내는 구성도.
도 2는 증발기 출구와 압축기 입구 사이에 연결되는 종래 배관의 일 형태를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명인 배관 구조의 제1 실시예를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명인 배관 구조의 제2 실시예를 나타낸 도면.
도 5은 종래의 배관의 A,B 지점에서의 진동주파수에 대한 소음측정값을 비교하여 나타낸 도표.
도 6은 본 발명의 배관의 A,B 지점에서의 진동주파수에 대한 소음측정값을 비교하여 나타낸 도표.
도 7은 종래의 배관(10)과 본 발명의 배관(20)간의 진동주파수에 대한 소음감소값을 비교하여 나타낸 도표.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 진동 감쇠를 위한 배관 구조의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명인 배관(20) 구조의 제1 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3를 참고하면, 본 발명인 진동 감쇠를 위한 배관(20) 구조는 공기조화장치의 증발기(4)와 압축기(1)를 연결하는 배관(20)이 제공되되, 상기 배관(20)을 흐르는 냉매로 인해 발생되는 진동주파수가 집중되는 것을 방지하도록, 상기 배관(20)의 적어도 일부 구간은 진동에너지 감쇄부(30)가 형성될 수 있다.
자세하게는 상기 진동에너지 감쇄부(30)은 증발기(4) 출구와 압축기(1) 입구를 연결하는 배관(20)이 배치되고, 상기 배관(20)에 형성되는 상기 진동에너지 감쇄부(30)의 단면 형상이 비원형 구조일 수 있다.
도 3에서는 상기 진동에너지 감쇄부(30)의 단면 형상의 일 예로 타원형 단면 구조가 확대도로 제시되어 있다. 타원형 단면인 상기 배관(20)에서 장축의 길이(D1)와 단축의 길이(D2)는 서로 다르다.
이로 인해 냉매가 압축기로 빠르게 흡입될 때 발생되는 진동주파수는 상기 배관(20)을 타고 흐르는 동안 특정주파수 값으로 집중되지 않는다. 상기 배관(20)의 타원형 단면 구조임에 따라 압축기 입구로 규칙적 또는 불규칙적으로 복수회로 흡입되는 냉매에 의해 발생되는 진동주파수는 변화하게 되고, 이는 서로 다른 주파수로 진동을 변화시키므로, 진동에너지는 모이지 않고 분산되게 된다.
그리고 상기 진동에너지 감쇄부(30)는 상기 배관(20)의 비벤딩부(24,25)의 적어도 일부 영역에 형성될 수 있다.
도 3를 참고하면, 상기 배관(20)의 벤딩부(21,22,23)는 상기 배관(20)을 구부림에 따라 자연스럽게 비원형 단면 형상(예를 들어 타원형 단면)이 된다. 따라서 별도 추가 공정을 거치지 않더라도, 상기 벤딩부(21,22,23)를 통과할 때는 냉매에 의한 진동주파수가 변화되며 진동에너지의 감쇄가 이뤄진다.
따라서 상기 배관(20)의 비벤딩부(24,25)에 상기 진동에너지 감쇄부(30), 예컨대 비원형 단면 형상을 적용하여, 연속적으로 흐르는 냉매에 의한 진동주파수가 불일치되며 진동에너지가 감쇄되게 된다.
한편, 상기 배관(20)에서 증발기(4) 출구측에 인접한 부위는 제1 고정부(27)에 의해 차체에 고정되고, 압축기(1) 입구측에 인접한 부위는 제2 고정부(28)에 의해 차체에 고정된다.
여기서 상기 진동에너지 감쇄부(30)는 상기 제1 고정부(27)와 상기 제2 고정부(28) 사이에 형성될 수 있다. 이는 압축기(1) 입구측에 위치한 상기 배관(30) 부위에 상기 진동에너지 감쇄부(30)를 형성하기 위한 변형을 가하면, 압력강하가 발생하여 냉방 성능 저하 현상이 발생될 수 있다.
따라서 상기 진동에너지 감쇄부(30)는 압축기(1) 입구측으로부터 소정 간격은 이격되어 배치되어야 한다. 이러한 소정 간격은 압축기(1) 입구측에서 상기 제2 고정부(28)를 벗어나, 상기 제1,2 고정부(27,28) 사이의 배관(20)상에 형성되는 것이 바람직하다.
여기서 도 5에는 종래 배관(10)의 A,B 지점에서의 특정 진동주파수에 대한 소음측정값을 비교하여 나타낸 도표가 게시되어 있고, 도 6에는 본 발명인 배관(10)의 A,B 지점에서의 특정 진동주파수에 대한 소음측정값을 비교하여 나타낸 도표가 게시되어 있다.
상기 특정 진동주파수는 기계식 압축기에서 발생되는 부밍소음(booming noise) 주요 발생구간인 100 ~ 400Hz 영역에 대해 실험한 것이며, 이는 각 도표상 가로축에 나타내었다. 세로축에는 상기 특정 진동주파수에 대한 각 측정부위에서의 소음측정값을 나타낸다.
도 2를 참고하면, 종래 배관(10)상의 A 또는 A’ 및 B 또는 B’ 지점에 진동센서를 각각 부착하고, 증발기 출구에서 압축기 입구 방향으로 냉매를 흘러 보내, 도 5에서와 같은 실험결과 그래프를 도출하였다.
그리고 본 발명인 타원형 단면 구조인 배관(20)은 도 3를 참고하면, 배관상의 A 또는 A’ 및 B 또는 B’ 지점에 진동센서를 각각 부착하고, 증발기(4) 출구에서 압축기(1) 입구 방향으로 냉매를 흘러 보내, 도 6에서와 같은 실험결과 그래프를 도출하였다.
도 5 및 도 6에 게시된 실험결과 그래프를 상호 비교하면, 압축기(1) 입구에 부착된 진동센서(A,A’)에서 측정된 냉매의 진동주파수[Hz]당 소음측정값[dB]은 종래 배관(10) 구조와 본 발명인 배관(20) 구조는 비교적 유사한 그래프 형상을 보이고, 소음측정값은 100dB 내외에서 유사한 값을 형성하였다.
압축기(1) 입구는 강한 흡입력에 의해 냉매가 흡입되므로 흡입되는 냉매에 의한 배관상의 진동이 발생되는 부분으로서, 종래 배관(10) 구조와 본 발명인 배관(20) 구조상에 큰 차이를 보이지는 않는다.
그러나 증발기(4) 출구에서는 상황이 다르다. 증발기(4) 출구에 부착된 진동센서(B,B’)에서 측정된 냉매의 진동주파수[Hz]당 소음측정값[dB]을 살펴보면, 종래 배관(10) 구조와 본 발명인 배관(20) 구조에서 확연한 차이를 보임을 확인할 수 있다.
도 5에 게시된 종래 배관(10) 구조의 경우 압축기(1) 입구에서 증발기(4) 출구 방향으로 전달된 진동이 진동센서(B,B’)에 의해 감지된 소음측정값이 대체로 90 ~ 100dB 내외임을 확인할 수 있다.
즉 진동주파수가 집중되어 증발기(4) 출구에서 비교적 높게 소음측정값이 유지되고 있다.
그에 비해 도 6에 게시된 본 발명의 배관(20) 구조의 경우 압축기(1) 입구에서 증발기(4) 출구 방향으로 전달된 진동이 진동센서(B,B’)에 의해 감지된 소음측정값이 진동주파수가 높아짐에 따라 80 ~ 90dB 내외로 감소하는 것을 확인할 수 있다.
즉 타원형 단면인 배관(20) 구조에 의해 진동주파수가 분산되어 증발기(4) 출구에서는 진동이 감쇠되어 전달된 것이다.
이러한 실험 비교도표를 통해, 타원형 단면의 배관(20) 구조가 원형 단면의 배관(10) 구조에 비해 압축기(1) 입구로 흡입될 때 냉매에 의해 발생되는 진동주파수를 분산시켜, 배관의 진동을 감쇠시키고, 부밍소음을 완화시키는 효과가 있음을 확인할 수 있다.
다음으로, 도 7은 증발기(4) 출구와 압축기(1) 입구 사이의 종래 전체 배관(10)과 본 발명의 전체 배관(20)간의 특정 진동주파수에 대한 소음측정값을 비교하여 나타낸 도표이다.
상기 특정 진동주파수는 기계식 압축기에서 발생되는 부밍소음(booming noise) 주요 발생구간인 100 ~ 400Hz 영역에 대해 실험한 것이며, 이는 각 도표상 가로축에 나타내었다. 세로축에는 상기 특정 진동주파수에 대한 각 측정부위에서의 소음측정값을 나타낸다.
도 7을 참고하면, 종래 원형 단면의 배관(10) 구조에 비해 본 발명의 타원형 단면의 배관(20) 구조에서 전체적으로 진동이 감소하여 소음이 완화된 것을 확인할 수 있다.
종래 원형 단면의 배관(10)인 경우 압축기(1) 입구에서 증발기(4) 출구 방향으로 전달되는 진동이 유지되거나 집중되어 있어, 진동 및 소음 감소가 크지 않았다.
그러나 본 발명인 타원형 단면의 배관(20)인 경우, 타원형 단면 구조에 의해 진동주파수가 분산되어 진동에너지가 집중되지 않게 됨으로써, 배관을 타고 전달되는 동안 종래 원형 단면의 배관(10)에 비해 진동 및 소음 감소가 상대적으로 더 많이 일어나게 된다.
도표상에서 실험주파수인 100 ~ 400Hz 범위내에서 소음 감소값은 0 ~ 20dB 범위내로 발생하며, 타원형 단면의 배관(20)이 원형 단면의 배관(10)보다는 전반적으로는 높은 소음 감소값을 나타내고 있다.
즉 도 5, 도 6 및 도 7에 게시된 실험도표를 통해 타원형 단면의 배관(20) 구조가 원형 단면의 배관(10) 구조에 비해 진동 감쇠 및 소음 감소에 있어서 우수함을 확인할 수 있다.
여기서 본 발명인 배관(20)의 단면 형상은 하나의 실시예로서 타원형 단면을 채택하여 실험한 것으로서, 본 발명의 권리범위는 타원형 단면의 배관 구조뿐만 아니라, 동일한 실험 결과를 얻을 수 있는 비원형 단면의 배관 구조에도 적용될 수 있음은 자명하다. 예를 들어 삼각형, 사각형과 같은 대칭형 다각형 단면뿐만 아니라, 비대칭형 다각형 단면의 배관도 포함될 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명인 배관(20) 구조의 제2 실시예를 나타낸 도면이다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 제1 실시예와 달리, 상기 배관(20)에 형성된 상기 진동에너지 감쇄부(30)의 단면 형상은, 상기 증발기(4) 출구와 상기 압축기(1) 입구 사이에서 변화될 수 있다.
상기 진동에너지 감쇄부(30)의 단면 형상이 변화되는 경우, 상기 배관(20)을 통해 전달되는 진동주파수는 자연스럽게 분산되고, 진동은 감쇠되게 된다.
본 발명의 실시예에서는 상기 진동에너지 감쇄부(30)의 단면 형상은 타원형으로 제공되되, 상기 증발기(4) 출구와 상기 압축기(1) 입구 사이에서 단축의 길이 또는 장축의 길이는 변화될 수 있다.
물론 본 발명은 타원형 단면의 배관 구조로 제한되지 않는다. 비원형 단면의 배관 구조에서 배관의 형상이 변화하는 경우, 본 발명의 권리범위가 적용될 수 있을 것이다.
도 4에 도시된 것과 같이, Z 지점에서의 장축의 길이(E5)와 단축의 길이(E6), Y 지점에서의 장축의 길이(E4)와 단축의 길이(E3), X 지점에서의 장축의 길이(E1)와 단축의 길이(E2)는 서로 다른 수치값을 가지어, 전체적으로 배관이 변화되는 형상으로 구현될 수 있다.
물론 단축의 길이(E2,E3,E6)도 서로 동일한 수치값을 가지고, 장축의 길이(E1,E4,E5)도 서로 동일한 수치값을 가지도록 제작할 수 있다. 이 때에도 배관 전체로는 변화하는 형상이므로, 역시 진동 감쇠 효과를 달성할 수 있다.
이상의 사항은 진동 감쇠를 위한 배관 구조의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.
따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.
A,A',B,B':진동센서
1:압축기
4:증발기
20:배관
21,22,23:배관의 벤딩부
24,25:배관의 비벤딩부
30:진동에너지 감쇄부

Claims (8)

  1. 공기조화장치의 증발기와 압축기를 연결하는 배관이 제공되되,
    상기 배관을 흐르는 냉매로 인해 발생되는 특정 진동주파수가 집중되는 것을 방지하도록, 상기 배관의 적어도 일부 구간은 진동에너지 감쇄부가 형성되고,
    상기 진동에너지 감쇄부는 배관의 일부이고,
    상기 진동에너지 감쇄부의 내부 단면 형상은 장축의 길이와 단축의 길이가 서로 다르게 형성되는 타원형 구조인 것을 특징으로 하는 배관 구조.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 진동에너지 감쇄부는 증발기 출구와 압축기 입구를 연결하는 배관에 형성되는 것을 특징으로 하는 배관 구조.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 진동에너지 감쇄부는 증발기 출구와 압축기 입구 사이를 연결하는 배관에 형성되되, 상기 배관의 비벤딩부의 적어도 일부 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 배관 구조.
  6. 제5항에 있어서,
    증발기 출구측에 인접한 배관을 고정하는 제1 고정부와 압축기 입구측에 인접한 배관을 고정하는 제2 고정부가 배치되되,
    상기 진동에너지 감쇄부는 상기 제1 고정부와 상기 제2 고정부 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 배관 구조.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 진동에너지 감쇄부의 내부 단면 형상은, 상기 증발기 출구와 상기 압축기 입구 사이에서 변화되는 것을 특징으로 하는 배관 구조.
  8. 제7항에 있어서
    상기 증발기 출구와 상기 압축기 입구 사이에서 단축의 길이 또는 장축의 길이는 변화되는 것을 특징으로 하는 배관 구조.





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