KR20000040092A

KR20000040092A - Integrated sonic compressor

Info

Publication number: KR20000040092A
Application number: KR1019980055638A
Authority: KR
Inventors: 구치욱
Original assignee: 전주범; 대우전자 주식회사
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 2000-07-05

Abstract

PURPOSE: An integrated sonic compressor is provided to reduce noise from a compressor by decreasing weight and to reduce a mounting space through the decrease of volume by integrating a driving unit with a resonance unit. CONSTITUTION: A resonator(21) vibrates back and forth through repulsive force between a coil(12) and a permanent magnet(13) and waves are generated by the collision of refrigerants in the resonator. Both ends of the resonator repeat high/low pressures by supplying energy caused by negative pressure to the refrigerants. The refrigerants are absorbed through a suction pipe(24) if the pressure of the resonator is lower than one of an evaporator, or discharged through a discharge pipe(25) if the pressure of the resonator is higher than one of a condenser.

Description

A single body type sonic compressor

본 발명은 소닉 압축기(Sonic compressor)에 관한 것으로서, 구체적으로는 구동기에 의해 공명기를 외부에서 가진하여 공명기 내부의 공명현상에 의한 음압의 변화에 따라 냉매를 압축-팽창과정을 반복하는 압축기를 일체형으로 구성하여 공간을 절약하며 구동부의 무게를 줄여 효율을 증대하고자 하는 일체형 소닉 압축기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sonic compressor, and more specifically, to a compressor that excites a resonator externally by an actuator and repeats the compression-expansion process of the refrigerant according to a change in sound pressure caused by resonance inside the resonator. The present invention relates to an integrated sonic compressor which is configured to save space and to increase efficiency by reducing weight of a driving unit.

일반적으로 압축기라함은 실린더와 피스톤의 왕복운동을 이용하거나 터보기계처럼 회전축에 수 많은 작은 날개를 달고 있는 형태나 비대칭 모양의 회전판을 회전시켜, 매질이 들어오는 입구에서의 압력보다 빠져나가는 출구에서의 압력을 높이는 기계를 통칭한다.In general, a compressor is used to reciprocate a cylinder and a piston, or by rotating a number of small vanes or asymmetrical rotors, such as a turbomachine, so that the pressure at the outlet exits from the pressure at the inlet. Collectively to raise the machine.

이와 같은 압축기는 산업현장 뿐만 아니라 일상생활에서 많이 사용되는 가전제품 중 에어컨이나 냉장고 등의 냉장-냉동을 위해서는 반드시 필요한 장치이다.Such a compressor is an essential device for refrigeration-refrigeration such as an air conditioner or a refrigerator among household appliances that are used not only in the industrial field but also in daily life.

예를들어 냉장고의 경우 피스톤의 왕복운동으로 냉매기체를 압축한 다음 이를 응축시키고 팽창시켜 냉매가 기화됨으로서 주위의 열을 빼앗는 원리를 이용하여 냉장고 내부의 온도를 낮추는 것이며, 에어컨 역시 이와 동일한 원리를 이용하여 실내의 온도를 외부보다 낮게 낮출 수 있는 것이다.For example, in the case of the refrigerator, the refrigerant gas is compressed by reciprocating the piston, and then condensed and expanded so that the refrigerant is vaporized to lower the temperature inside the refrigerator by using the principle of taking away the heat of the surroundings, and the air conditioner uses the same principle. By lowering the temperature of the room lower than the outside.

그동안 이러한 제품들의 냉매로는 후레온(freon)계열의 가스를 이용하여 왔지만, 근래에 들어 후레온이 지구 성층권의 오존층을 파괴하여 각종 환경문제를 야기시키는 주요 요인이라는 다수의 연구사례가 발표됨으로 인해 국제환경규약에서는 앞으로 점차 그 사용량을 줄여나가다가 오래지 않아 전면 사용중지하기로 결정한 상태이다.Freon-based gas has been used as a refrigerant for these products.However, a number of research cases have been announced that Freon is a major factor causing various environmental problems by destroying the ozone layer in the global stratosphere. In the international environmental conventions, the amount of usage is gradually reduced in the future, and it is decided not to use it before long.

따라서 국내를 비롯한 전세계적으로 이러한 제품들을 생산하는 가전사들이 빠른 시일내로 새로운 냉매를 개발해야 하는 당면과제에 직면해 있으며, 보다 효율적인 압축기를 개발하는 데 주력을 다하고 있다.As a result, home electronics companies that produce these products, both domestically and globally, face the challenge of developing new refrigerants as soon as possible, and are focusing on developing more efficient compressors.

기존의 냉매인 후레온 계열은 냉매로서 특성이 좋을 뿐만 아니라, 특히 윤활특성이 있기 때문에 동적 구동요인들 사이의 접촉면에서의 마모를 방지하는 부수적인 큰 잇점이 있다. 그러나, 만일 대체냉매가 이러한 윤활특성을 갖지 않을 경우에는 따로 윤활유를 접촉부위에 사용해야하는 어려움이 뒤따르게 된다.Freon series, which is a conventional refrigerant, not only has good characteristics as a refrigerant, but also has a lubricating property, and thus, has an additional great advantage of preventing wear at the contact surface between dynamic driving factors. However, if the alternative refrigerant does not have such lubrication characteristics, it is difficult to use lubricating oil separately in contact parts.

만일 윤활유를 사용하지 않게 되면 접촉면간의 심한 마찰로 인해 구성요소들의 마모가 빨리 일어나고 에너지 손실로 인해 압축효율이 상당히 저하되는 문제점이 있기 때문이다.If the lubricating oil is not used, there is a problem that the wear of the components occurs quickly due to severe friction between the contact surfaces and the compression efficiency is considerably lowered due to energy loss.

그러나, 윤활유를 사용할 경우에도 문제점이 있는데, 압축기의 동작시 윤활유와 냉매가 서로 섞이게 되고 이로 인해 냉매와 윤활유간의 화학작용이 일어나면 냉각효율이 떨어지게 되기 때문이다. 따라서, 기존의 압축방법을 그대로 사용하기 위해서 새로운 냉매는 후레온과 같이 윤활특성이 좋아야 하고, 환경친화적인 특성을 가져야만 한다. 그러나 빠른 시일내에 이러한 특성을 갖는 냉매를 개발하기에는 어렵기 때문에, 다른 측면에서 압축방법을 개선하는 방향으로도 연구를 진행할 필요가 있다.However, there is also a problem when using lubricating oil, because when the operation of the compressor is mixed with the lubricating oil and the refrigerant, the cooling efficiency is reduced if the chemical reaction between the refrigerant and the lubricant occurs. Therefore, in order to use the existing compression method as it is, the new refrigerant should have good lubrication characteristics and environmentally friendly characteristics as in Freon. However, it is difficult to develop a refrigerant having such characteristics in a short time, and therefore, it is necessary to conduct research in the direction of improving the compression method from another aspect.

그 중 한 방법으로 소닉 압축기가 제시되고 있다. 소닉 압축기는 닫힌 공명기 내부에 공명현상이 일어나면 높은 압력을 얻을 수 있는 원리를 응용하고 있다. 즉, 공명기 전체를 외부에서 가진하여 공명주파수에서 음압이 크게 증폭되어 냉매의 압축-팽창과정을 반복하게 하는 원리이다.One of them is a sonic compressor. Sonic compressors apply the principle of high pressure when resonance occurs inside a closed resonator. In other words, the entire resonator is externally excited so that the sound pressure is greatly amplified at the resonant frequency to repeat the compression-expansion process of the refrigerant.

이러한 방식으로 냉매를 압축할 경우 기존의 압축기와는 달리 동적구성 요소간의 접촉이 사라지게 되어 윤활유를 사용할 필요성이 없어지며 압축기를 구성하는 부품수도 상당히 줄일 수 있는 잇점이 있다.When compressing the refrigerant in this way, unlike conventional compressors, the contact between the dynamic components disappears, eliminating the need for lubricating oil, and the number of components constituting the compressor can be considerably reduced.

도 2와 도 3은 소닉 압축기의 원리를 설명하기 위한 도면으로서, 구동기에 의해 임의 형상의 공명기를 좌우로 진동시킬 때 공명기(21)내에서 발생하는 정상파에 의해 냉매가스를 압축시키는 것이다.2 and 3 are diagrams for explaining the principle of the sonic compressor, in which the refrigerant gas is compressed by standing waves generated in the resonator 21 when the resonator of any shape is vibrated from side to side by a driver.

즉, 직선 왕복운동을 하는 공명기(21)내의 양끝단(A,B)에 냉매가 충돌하면서 파동이 발생하고 발생된 파동은 공명기(21)내에서 반대방향으로 진행할 때 공간에 따라 도 3에서와 같이 압력분포의 차이를 보이는 정상파가 발생한다.That is, when the refrigerant collides with both ends A and B in the resonator 21 which performs the linear reciprocating motion, waves are generated and the generated waves travel in the opposite direction in the resonator 21 as shown in FIG. Similarly, standing waves with different pressure distributions occur.

여기서 단순히 공명기(21)의 직선운동만으로 유체가 부여받은 에너지로는 압축기로서의 역할을 수행하기 어려우며, 공명기내에서 정상파에 의한 공진이 발생하도록 설계하여 공진에 음압을 부여함으로서 필요로하는 압력에너지를 얻을 수 있다. 이때 두 파동 압력의 합의 진폭을 가지는 앤티노드(Antinode)가 공명기(21) 내부 A,B에 생성되고 중앙에는 압력의 상쇄진폭을 가지는 노드(Node)가 생성된다.Here, it is difficult to perform the role of the compressor as the energy imparted by the fluid simply by the linear movement of the resonator 21. The resonance energy caused by the standing wave in the resonator is designed to give a negative pressure to the resonance to obtain the required pressure energy. Can be. At this time, an antinode having an amplitude of the sum of the two wave pressures is generated in A and B inside the resonator 21, and a node having an offset amplitude of the pressure is generated in the center.

앤티노드에서의 압력은 고,저를 반복하게되고, 상기의 앤티노드에 흡입,토출밸브(Check Valve)를 설치하면 앤티노드의 압력이 증발압력보다 낮으면 냉매를 흡입하고 응축압력보다 높아지면 냉매를 토출하는 것이다.When the antinode pressure is high and low, the suction and discharge valves are installed on the antinode. When the antinode pressure is lower than the evaporation pressure, the refrigerant is sucked up and the refrigerant pressure is higher than the condensation pressure. To discharge.

도 4는 종래의 소닉 압축기의 구성도로서, 종래의 소닉 압축기는 코일(12)과 자석(13)의 구동기(11)로 구성되는 구동부(10)와, 공명기(21), 흡입, 토출밸브(22)(23), 흡입, 토출관(24)(25), 스프링(26) 및 공명기 지지대(27)로 구성되는 공명부(20)로 구성되어진다.4 is a configuration diagram of a conventional Sonic compressor, in which a conventional Sonic compressor includes a drive unit 10 including a coil 12 and a driver 11 of a magnet 13, a resonator 21, a suction valve, and a discharge valve ( 22, 23, suction and discharge pipes 24 and 25, a spring 26, and a resonator 20 composed of a resonator support 27.

상기 구동부(10)는 내부에 코일(12)을 감싼 자석(13)으로 구성되는 구동기(11)에 의하여 300∼400Hz로 직선왕복운동을 하며 공명기(21)에 직선운동을 부여하는 것이다.The drive unit 10 is a linear reciprocating motion of 300 ~ 400Hz by the driver 11 composed of a magnet 13 wrapped around the coil 12 to give a linear motion to the resonator (21).

상기 공명기(21)(Resonator Cavity)는 구동기(11)로부터 직선운동을 부여 받아 진폭 50㎛정도로 전후로 진동하면서 내부에 정상파를 생성시킴으로서 공진에 의한 음압을 이용하여 냉매를 압축하는 것이다.The resonator cavity 21 receives a linear motion from the driver 11 to generate a standing wave while vibrating back and forth with an amplitude of about 50 μm, thereby compressing the refrigerant using sound pressure caused by resonance.

상기 공명기 지지대(27)는 공명기를 지지하기 위한 것이다.The resonator support 27 is for supporting the resonator.

상기 스프링(26)은 구동부(10)와 공명부(20) 사이에 설치되어 공명기(21)의 관성력을 저장하기 위한 것이다.The spring 26 is installed between the drive unit 10 and the resonance unit 20 to store the inertial force of the resonator 21.

상기 흡입(Suction), 토출(Discharge)밸브(22)(23)는 공명기(21)의 일측 끝단으로 설치하며 체크밸브로 구성하여 흡입, 토출관(24)(25)을 통해 냉매의 흡입 및 토출을 조절하는 것이다.The suction and discharge valves 22 and 23 are installed at one end of the resonator 21 and constitute a check valve to suck and discharge the refrigerant through the suction and discharge tubes 24 and 25. To adjust.

그러나 이와 같은 구성의 소닉 압축기에 있어서는 구동부(10)와 공명부(20)가 분리되어 있어 설치공간을 많이 차지하는 문제점이 있었다.However, in the sonic compressor having such a configuration, there is a problem in that the driving unit 10 and the resonance unit 20 are separated and occupy a lot of installation space.

한편, 소닉 압축기로서 기 제시된 미국 특허 제5,515,684호(96. 5. 14)에 의하면, 도 5에 도시한 바와 같이 공명기(50)는 응축기(30), 모세관(31)과 증발기(40)로 구성된 폐회로상에 있으며, 이 배열은 전형적인 압축-증발 시스템을 구성하여, 냉장, 에어쿨링, 히트펌프 또는 그외의 열교환 장치용으로 사용될 수 있다.On the other hand, according to U.S. Patent No. 5,515,684 (May 14, 1996), which is presented as a sonic compressor, as shown in FIG. 5, the resonator 50 includes a condenser 30, a capillary tube 31, and an evaporator 40. Located in a closed circuit, this arrangement constitutes a typical compression-evaporation system and can be used for refrigeration, air cooling, heat pumps or other heat exchangers.

작동시에는 압축된 액체냉매는 모세관(31)(압력감소장치)을 통해 증발기(40)로 흐르고 그 안에서 압력강하를 겪은 뒤, 이 저압 액체냉매는 냉장공간(60)으로부터 증발열을 흡수하여 저압의 증가가 된다. 정상파 압축기는 저 흡입압력을 유지하며 증발기(40)로 뽑아져 흡입관(51)을 통해 체크밸브(53)를 거쳐 정상파 공명기(50)로 들어간 뒤, 이 저압 증기냉매는 공명기(50)내에서 음향학적으로 압축되어지고 고온,고압으로 체크밸브(54)와 토출관(52)를 통해 응축기(30)로 방출된다. 고압의 증기형 냉매가 응축기(30)를 통과함에 따라 열을 방출하고 다시 압축되어 응축되며, 이 압축된 액체냉매는 그 뒤 모세관(31)을 통해 흘러 열역학의 순환을 반복한다.In operation, the compressed liquid refrigerant flows through the capillary tube 31 (pressure reducing device) to the evaporator 40 and undergoes a pressure drop therein, whereby the low pressure liquid refrigerant absorbs the heat of evaporation from the refrigerating space 60, Increases. The standing wave compressor maintains a low suction pressure and is drawn into the evaporator 40 and enters the standing wave resonator 50 through the check valve 53 through the suction pipe 51, and then the low pressure steam refrigerant is sounded in the resonator 50. Compressively and are discharged to the condenser 30 through the check valve 54 and the discharge pipe 52 at a high temperature, high pressure. As the high-pressure steam-type refrigerant passes through the condenser 30, it releases heat and is compressed again to condense, and this compressed liquid refrigerant then flows through the capillary tube 31 to repeat the thermodynamic cycle.

그러나 상기와 같은 종래의 방법에 있어서는 공명기를 개방형의 구조를 채택함으로서 구조가 복잡하고 크기가 커저 소음이 커지는 문제점이 있었다.However, in the conventional method as described above, there is a problem in that the resonator adopts an open type structure, which is complicated in structure and large in size, resulting in increased noise.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 구동부와 공명부를 일체형으로 구성하여 부피를 감소하여 설치공간을 감소하는 것은 물론 무게를 줄여 압축기에서 발생되는 소음을 저감할 수 있는 소닉 압축기를 제공하는 것에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the conventional problems as described above, the sonic compressor that can reduce the noise generated by the compressor by reducing the weight as well as reducing the installation space by reducing the volume by integrally configuring the drive unit and the resonance unit. The purpose is to provide.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 공진에 의한 음압을 이용하여 냉매를 압축하는 공명기와, 상기 공명기의 외주로는 전극에 연결된 코일과 영구자석이 상하로 장착되는 구동기가 설치하며, 상기 공명기의 일측 끝단으로는 냉매를 흡입, 토출관으로 선택하기 위한 흡입 및 토출밸브를 설치하는 것을 특징으로 하는 것이다.In order to achieve the above object, the present invention provides a resonator for compressing a refrigerant by using a negative pressure caused by resonance, and a driver in which a coil connected to an electrode and a permanent magnet are mounted up and down on the outer circumference of the resonator. One end of the is characterized in that for installing the suction and discharge valve for selecting the refrigerant as the suction, discharge pipe.

도 1은 본 발명의 일체형 소닉 압축기의 구성도1 is a block diagram of an integrated sonic compressor of the present invention

도 2는 소닉 압축기의 공명기 내부의 파형 발생 상태도Figure 2 is a waveform generation state inside the resonator of the sonic compressor

도 3은 공명기에서 생성되는 정상파의 파형도3 is a waveform diagram of a standing wave generated in a resonator;

도 4는 종래 소닉 압축기의 구성도4 is a block diagram of a conventional sonic compressor

도 5는 기 제시된 소닉 압축기의 구성도5 is a configuration diagram of a sonic compressor previously presented

도면의 주요부분에 대한 부호 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10 : 구동부 11 : 구동기10: drive unit 11: driver

12 : 코일 13 : 자석12 coil 13 magnet

14 : 전극 20 : 공명부14 electrode 20 resonance part

21 : 공명기 22 : 흡입밸브21: resonator 22: suction valve

23 : 토출밸브 24 : 흡입관23: discharge valve 24: suction pipe

25 : 토출관25: discharge tube

이하 본 발명의 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일체형 소닉 압축기의 구성도로서, 도시한 바와 같이 본 발명의 압축기는 공진에 의한 진동으로 내부에 냉매에 의한 파동을 생성하여 음압을 이용하여 냉매를 압축하는 공명기(21)가 설치되며, 이 공명기(21)의 외주로는 전극에 연결되는 코일(12)이 설치되고, 이 코일(12)의 외주로는 영구자석(13)이 공명기(21)의 상하로 설치되어 진다. 그리고 공명기(21)의 일측 끝단으로는 냉매를 흡입, 토출하기 위한 흡입, 토출관(24)(25)에 연계된 체크밸브(22)(23)가 설치되어지는 것이다.1 is a block diagram of an integrated sonic compressor of the present invention. As shown in FIG. 1, the compressor of the present invention generates a wave generated by a refrigerant inside by vibration caused by resonance, and a resonator 21 compresses the refrigerant by using a negative pressure. The outer periphery of the resonator 21 is provided with a coil 12 connected to the electrode. The outer periphery of the coil 12 is provided with a permanent magnet 13 above and below the resonator 21. One end of the resonator 21 is provided with check valves 22 and 23 connected to suction and discharge tubes 24 and 25 for suctioning and discharging the refrigerant.

따라서 본 발명의 소닉 압축기에 의하면 전극(14)으로부터 코일(12)에 (+)와 (-)의 전원을 반복하면 상기 코일(12)과 영구자석(13)간의 반발력에 의하여 공명기(21)는 전후로 진동을 하게되어 공명기(21)의 내부에는 냉매의 충돌에 의한 파동이 발생하고 냉매에 음압에 의한 에너지를 부여함으로서 음압에 의해 공명기(21)의 양 끝단은 압력의 고,저를 반복한다. 이때 상기 공명기(21)의 끝단에 설치되어진 흡입, 토출밸브(22)(23)를 통해 공명기(21)의 압력이 증발기 압력보다 낮을 때 흡입관(24)을 통하여 냉매를 흡입하고 공명기(21)의 압력이 응축기 압력보다 높을 때 토출관(25)을 통해 토출하는 과정을 반복하는 것이다.Therefore, according to the sonic compressor of the present invention, if the power of the positive and negative poles is repeated from the electrode 14 to the coil 12, the resonator 21 is responsive by the repulsive force between the coil 12 and the permanent magnet 13. By vibrating back and forth, a wave generated by the collision of the coolant is generated inside the resonator 21, and energy is supplied by the negative pressure to the coolant so that both ends of the resonator 21 repeat the high and low pressure due to the negative pressure. At this time, when the pressure of the resonator 21 is lower than the evaporator pressure through the suction and discharge valves 22 and 23 installed at the end of the resonator 21, the refrigerant is sucked through the suction tube 24 and the resonator 21 When the pressure is higher than the condenser pressure, the process of discharging through the discharge tube 25 is repeated.

상술한 바와 같은 본 발명의 소닉 압축기는 기존의 압축기에 비하여 마모발생 영역이 없으므로 윤활이 불필요하여 내구성의 극대화가 가능할 뿐만 아니라 사용 냉매의 제약이 적은 효과가 있는 것이다.As described above, the sonic compressor of the present invention has no wear generation area as compared with the conventional compressor, so that lubrication is unnecessary, maximization of durability is possible, and the effect of using refrigerant is less limited.

또한 기존의 압축기보다 소형으로 제작할 수 있어 경쟁력을 확보할 수 있는 것은 물론 별도의 용량제어 장치 없이 부하변동에 따라 용량제어가 가능한 것이다.In addition, it can be manufactured in a smaller size than the existing compressor to secure a competitive advantage, and it is possible to control the capacity according to the load change without a separate capacity control device.

그리고 기 제시된 음향 압축기의 구동부와 공명부를 일체형으로 구성하여 부피를 감소함으로서 설치공간의 축소를 도모할 수 있는 것은 물론 제품의 무게를 줄이고 구동기의 영구자석 내부에 공명기가 포함되므로 공명기에서 발생되는 소음을 저감할 수 있는 효과가 있는 것이다.In addition, it is possible to reduce the installation space by reducing the volume by integrally configuring the driving unit and the resonance unit of the previously presented acoustic compressor, and also to reduce the weight of the product and include a resonator inside the permanent magnet of the actuator, thereby preventing noise generated from the resonator. There is an effect that can be reduced.

Claims

Resonator 21 for compressing the refrigerant by using the negative pressure by the resonance, and the driver 11 is mounted on the outer periphery of the resonator 21, the coil 12 connected to the electrode 14 and the permanent magnet 13 up and down Is installed, and one side end of the resonator 20, the suction and discharge valves 22, 23 for suction and discharge the refrigerant to select the discharge tube 24, 25, integral sonic compressor.