KR20040017960A - 왕복동식 압축기의 소음 저감 장치 - Google Patents

왕복동식 압축기의 소음 저감 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 소음 저감 장치에 관한 것으로, 본 발명은 케이싱 내에 설치하는 프레임 유니트와, 프레임 유니트에 고정하여 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터와, 왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 유체를 흡입 압축하여 토출하도록 피스톤을 구비한 압축 유니트와, 프레임 유니트에 결합하여 함께 진동하면서 케이싱 내의 윤활유를 펌핑하는 윤활유 펌핑부 및 이 윤활유 펌핑부에 연결하여 윤활유를 실린더와 피스톤 사이로 공급하였다가 케이싱으로 회수하도록 프레임 유니트에 형성하는 윤활유 공급유로로 이루어지는 윤활유 공급 유니트와, 윤활유 공급유로와 일정 간격을 두고 프레임 유니트에 형성하여 실린더와 피스톤 사이로 누설되는 압축가스를 윤활유와 분리하여 압축유니트 외부로 배출하는 가스배출부를 포함함으로써, 윤활유에 가스가 섞이면서 발생할 수 있는 기포발생소음이나 고압의 가스에 의해 윤활유의 배출속도가 가속되면서 발생할 수 있는 윤활유의 케이싱의 충돌소음을 효과적으로 줄일 수 있다.

Description

왕복동식 압축기의 소음 저감 장치{APPARATUS FOR REDUCING NOISE OF RECIPROCATING COMPRESSOR}
본 발명은 왕복동식 압축기에서 피스톤의 왕복운동을 윤활하는 윤활유 공급 장치에 관한 것으로, 특히 피스톤을 윤활하고 난 윤활유를 케이싱으로 회수할 때 윤활유가 케이싱에 튀겨 내는 소음을 줄인 왕복동식 압축기의 소음 저감 장치에 관한 것이다.
일반적으로 왕복동식 압축기는 피스톤이 선형으로 움직이면서 가스를 흡입 압축하는 것으로, 이러한 왕복동식 압축기는 크게 구동모터의 회전운동을 피스톤의 왕복운동으로 전환시켜 가스를 흡입 압축하는 방식과 구동모터가 직선으로 왕복운동을 하면서 피스톤을 왕복운동시켜 가스를 흡입 압축하는 방식이 있다.
도 1은 후자에 속하는 종래 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 2는 종래 왕복동식 압축기에 대한 요부를 보인 종단면도이다.
이에 도시한 바와 같이 종래의 왕복동식 압축기는 저면에 일정량의 윤활유를 채우고 가스흡입관(SP) 및 가스토출관(DP)을 연통 설치하는 케이싱(10)과, 케이싱(10)의 내부에 탄력적으로 설치하는 프레임 유니트(20)와, 프레임 유니트(20)에 고정하여 가동자(33)가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터(30)와, 왕복동식 모터(30)의 가동자(33)에 결합하여 상기한 프레임 유니트(20)로 지지하는 압축 유니트(40)와, 왕복동식 모터(30)의 가동자(33)를 운동방향으로 탄력 지지하여 공진운동을 유도하는 공진스프링 유니트(50)와, 프레임 유니트(20)에 장착하여 케이싱(10)의 윤활유를 압축 유니트(40)의 미끄럼부로 공급하는 윤활유 공급 유니트(60)로 구성하고 있다.
프레임 유니트(20)는 압축 유니트(40)를 지지하는 전방프레임(21)과, 전방프레임(21)에 결합하여 왕복동식 모터(30)의 전방측을 지지하는 중간프레임(22)과, 중간프레임(22)에 결합하여 왕복동식 모터(30)의 후방측을 지지하는 후방프레임(23)으로 이루어져 있다.
왕복동식 모터(30)는 중간프레임(22)과 후방프레임(23) 사이에 설치하는 외측고정자(31)와, 외측고정자(31)와 일정 간격을 두고 결합하여 후방프레임(21)에 삽입 고정하는 내측고정자(32)와, 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이에 설치하여 직선으로 왕복운동을 하는 가동자(33)로 이루어져 있다.
압축 유니트(40)는 전방프레임(21)에 일체로 형성하는 실린더(41)와, 왕복동식 모터(30)의 가동자(33)에 결합하여 실린더(41)의 압축공간(P)에서 왕복운동을 하는 피스톤(42)과, 피스톤(42)의 선단에 장착하여 그 피스톤(42)의 흡입유로(F)를 개폐하면서 냉매가스의 흡입을 제한하는 흡입밸브(43)와, 실린더(41)의 토출측에 장착하여 압축공간(P)을 개폐하면서 압축가스의 토출을 제한하는 토출밸브 조립체(44)로 이루어져 있다.
공진스프링 유니트(50)는 가동자(33)와 피스톤(42)의 연결부에 결합하는 스프링 지지대(51)와, 스프링 지지대(51)를 중심으로 그 전방측을 지지하는 전방측 공진스프링(52)과, 스프링 지지대(51)의 후방측을 지지하는 후방측 공진스프링(53)으로 이루어져 있다.
윤활유 공급 유니트(60)는 도 2에서와 같이 프레임 유니트(20)의 하반부에 장착하여 그 프레임 유니트(20)와 함께 진동하면서 케이싱(10)의 윤활유를 펌핑하는 윤활유 펌핑부(61)와, 윤활유 펌핑부(61)의 출구측과 압축 유니트(40)를 연통하도록 상기한 프레임 유니트(20)에 형성하는 윤활유 공급유로(62)로 이루어져 있다.
윤활유 펌핑부(61)는 전방프레임(21)의 하반부 외주면에 장착하는 윤활유 실린더(61A)와, 윤활유 실린더(61A)의 전후 양측에 장착하는 윤활유 흡입덮개(61B) 및 윤활유 토출덮개(61C)와, 윤활유 실린더(61A)의 내부에 미끄러지게 삽입하여 윤활유를 펌핑하는 윤활유 피스톤(61D)과, 윤활유 피스톤(61D)의 양단을 탄력 지지하는 윤활유 스프링(61E)(61E)들과, 전방프레임(21)과 윤활유 토출덮개(61C) 사이에 장착하여 윤활유의 흡토출을 제한하는 윤활유 흡입밸브(61F) 및 윤활유 토출밸브(61G)로 이루어져 있다
윤활유 공급유로(62)는 전방프레임(21)에서 실린더(41)의 내주면까지를 관통하는 윤활유흡입구멍(62A)과, 윤활유흡입구멍(62A)에 연통하여 피스톤(42)의 외주면에 환형으로 음각지게 형성하는 윤활유포켓(62B)과, 윤활유포켓(62B)의 상반부에서 실린더(41)를 통해 전방프레임(21)의 상반부 전방측으로 관통하는 윤활유토출구멍(62C)으로 이루어져 있다.
도면중 미설명 부호인 61H는 윤활유 흡입관이다.
상기와 같은 종래 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작한다.
즉, 왕복동식 모터(30)에 전원을 인가하여 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이에 플럭스(flux)를 형성하면, 그 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이의 공극에 놓인 가동자(33)가 플럭스의 방향에 따라 움직이면서 공진스프링 유니트(50)에 의해 지속적으로 왕복운동을 하고, 이와 함께 피스톤(42)이 실린더(41)의 내부에서 왕복운동을 하면서 압축공간(P)의 체적이 변화하여 냉매가스를 압축공간으로 흡입 압축하였다가 토출하는 일련의 과정을 반복하는 것이었다.
이때, 피스톤(31)의 왕복운동에 의한 진동으로 윤활유 펌핑부(61)의 윤활유 실린더(61A)가 함께 진동을 하면서 윤활유 피스톤((61D)이 관성에 의해 케이싱(10)의 윤활유를 펌핑하고, 이 윤활유는 윤활유 토출밸브(61G)를 통과한 후 윤활유 흡입구멍(62A)과 윤활유포켓(62B)으로 유입하여 피스톤(42)과 실린더(41) 사이를 윤활한다.
이후, 피스톤(42)과 실린더(41) 사이를 윤활한 윤활유는 윤활유토출구멍(62C)을 따라 흘러 케이싱(10)으로 복귀하면서 회수되는 것이었다.
그러나, 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기에 있어서는, 압축공간내 압축가스의 일부가 실린더(41)와 피스톤(42) 사이의 미세틈새를 통해 상대적으로 저압인 윤활유포켓(62B)으로 누설되고, 이 압축가스가 윤활유포켓(62B) 내부의 윤활유와 혼합되면서 기포발생소음을 유발하거나 윤활유포켓(62B)의 압력이 상승함에 따라 윤활유토출구멍(62C)을 통해 배출하는 윤활유의 배출속도도 상승하여 케이싱(10)에 강하게 튀키면서 충돌소음을 유발하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 윤활유에 압축가스가 섞이는 것을 차단함과 아울러 압축가스에 의해 윤활유의 배출속도가 상승하는 것을 차단하여 압축기의 소음을 저감할 수 있는 왕복동식 압축기의 소음 저감 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.
도 1은 종래 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도.
도 2는 종래 왕복동식 압축기의 요부를 보인 종단면도.
도 3은 본 발명 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도.
도 4 및 도 5는 본 발명 왕복동식 압축기의 동작시 소음 저감 장치를 보인 종단면도.
도 6은 본 발명 왕복동식 압축기의 소음 저감 장치에 대한 요부를 보인 종단면도.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
110 : 케이싱 120 : 프레임 유니트
121 : 전방프레임 140 : 압축 유니트
141 : 실린더 142 : 피스톤
160 : 윤활유 공급 유니트 161 : 윤활유 펌핑부
162 : 윤활유 공급 유로 162A : 윤활유흡입구멍
162B : 윤활유배출구멍 170 : 가스배출부
171 : 확장공간 172 : 가스배출유로
173 : 배유구
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱 내에 설치하는 프레임 유니트와, 프레임 유니트에 고정하여 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터와, 왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 유체를 흡입 압축하여 토출하도록 피스톤을 구비한 압축 유니트와, 프레임 유니트에 결합하여 함께 진동하면서 케이싱 내의 윤활유를 펌핑하는 윤활유 펌핑부 및 이 윤활유 펌핑부에 연결하여 윤활유를 실린더와 피스톤 사이로 공급하였다가 케이싱으로 회수하도록 프레임 유니트에 형성하는 윤활유 공급유로로 이루어지는 윤활유 공급 유니트와, 윤활유 공급유로와 일정 간격을 두고 프레임 유니트에 형성하여 실린더와 피스톤 사이로 누설되는 압축가스를 윤활유와 분리하여 압축유니트 외부로 배출하는 가스배출부를 포함한 왕복동식 압축기의 소음 저감 장치를 제공한다.
이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 소음 저감 장치를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명 왕복동식 압축기의 동작시 소음 저감 장치를 보인 종단면도이며, 도 6은 본 발명 왕복동식 압축기의 소음 저감 장치에 대한 요부를 보인 종단면도이다.
이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 소음 저감 장치를 구비한 왕복동식 압축기는, 케이싱(110)의 내부에 탄력 설치하는 프레임 유니트(120)와, 이 프레임유니트(120)에 고정하는 왕복동식 모터(미도시)와, 이 왕복동식 모터(미도시)와 함께 왕복운동을 하면서 냉매가스를 압축하는 압축 유니트(140)와, 이 압축 유니트의 공진운동을 유지하는 공진스프링 유니트(150)와, 프레임 유니트(120)에 설치하여 케이싱(110) 내의 윤활유를 압축 유니트(140)로 펌핑하는 윤활유 공급 유니트(160)와, 윤활유 공급 유니트(160)와 일정 간격을 두고 프레임 유니트(120)에 형성하여 실린더(141)와 피스톤(142) 사이로 누설하는 압축가스를 배출하는 가스배출부(170)를 포함하여 구성한다.
프레임 유니트(120)는 압축 유니트(140)를 지지하는 전방프레임(121)과, 왕복동식 모터(130)를 사이에 두고 그 양측에 결합하는 중간프레임(미도시) 및 후방프레임(미도시)으로 이루어진다.
전방프레임(121)에는 윤활유 공급 유니트(160)의 일부를 이루는 윤활유 공급 유로(162)를 형성하고, 윤활유 공급 유로(162)의 후방측(실린더의 압축공간을 기준으로)에는 압축공간(P)에서 실린더(41)와 피스톤(42) 사이로 누설하는 압축가스를 압축 유니트(140)의 외부로 배출하는 가스배출유로(172)를 형성한다.
압축 유니트(140)는 실린더(141)와, 피스톤(142)과, 흡입밸브(143)와, 토출밸브 조립체(144)로 이루어진다.
윤활유 공급 유니트(160)는 도 3에서와 같이 프레임 유니트(120)의 전방프레임(121) 하반부에 장착하여 그 프레임 유니트(120)와 함께 진동하면서 케이싱(110)의 윤활유를 펌핑하는 윤활유 펌핑부(161)와, 윤활유 펌핑부(161)의 출구측과 압축 유니트(140)를 연통하도록 상기한 프레임 유니트(120)에 형성하는 윤활유 공급 유로(162)로 이루어진다.
윤활유 공급유로(162)는 전방프레임(121)에서 실린더(141)의 내주면까지를 관통하는 윤활유흡입구멍(162A)과, 윤활유흡입구멍(162A)의 상반부에서 실린더(141)를 통해 전방프레임(121)의 상반부 전방측으로 관통 형성하는 윤활유토출구멍(162B)으로 이루어진다.
윤활유흡입구멍(162A)의 출구와 윤활유토출구멍(162B)의 입구는 실린더(141)의 내주면과 이에 대응하는 피스톤(142)의 외주면 사이로 연통하도록 형성하되 실린더(141)와 피스톤(142)의 미끄럼 접촉 범위(피스톤 헤드의 행정 범위) 내에 항상 위치하도록 형성하는 것이 바람직하다.
가스배출부(170)는 실린더(141)와 피스톤(142)의 미끄럼 접촉 부위에 서로 비접촉하도록 형성하는 확장공간(171)과, 이 확장공간(171)의 상반부와 연결하여 압축가스가 압축 유니트(140)를 벗어나도록 전방프레임(121)에 관통 형성하는 가스배출유로(172)와, 확장공간(171)의 하반부와 연결하여 이 확장공간(171)으로 유입한 윤활유를 배출하도록 전방프레임(121)에 형성하는 배유구(173)로 이루어진다.
확장공간(171)은 피스톤(142)의 외주면에 정면투영시 환형으로 음각지게 형성하고, 그 확장공간의 상반부에 상기한 가스배출유로(172)를 중력반대방향으로 연결하는 반면 하반부에는 상기한 배유구(173)를 압축 유니트(140) 외부로 배출하도록 하는 배유구(173)를 중력방향으로 연결하여 형성하는 것이 바람직하다.
도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.
도면중 미설명 부호인 151은 스프링지지대, 152 및 153은 공진스프링이다.
상기와 같은 본 발명 왕복동식 압축기의 소음 저감 장치는 다음과 같은 작용 효과를 갖는다.
즉, 왕복동식 모터(미도시)에 전원을 인가하면 피스톤(142)이 가동자(미도시)와 함께 플럭스의 방향에 따라 움직이면서 공진스프링 유니트(150)에 의해 지속적으로 왕복운동을 하고, 이와 함께 피스톤(142)이 실린더(141)의 내부에서 왕복운동을 하면서 냉매가스를 압축공간(P)으로 흡입 압축하였다가 토출한다.
이 과정중에 윤활유 공급 유니트(150)의 윤활유 펌핑부(151)가 프레임 유니트(120)와 함께 진동하면서 케이싱(110) 내의 윤활유를 압축 유니트(140)로 펌핑하고, 이 윤활유는 도 4 및 도 5에서와 같이 윤활유 흡입구멍(162A)을 따라 실린더(141)의 내주면과 피스톤(142)의 외주면 사이로 공급되어 미끄럼부를 윤활한 후에 윤활유 토출구멍(162B)을 따라 케이싱(110)으로 다시 회수되는 일련의 과정을 반복한다.
이때, 압축공간(P)에서 압축되던 압축가스의 일부가 실린더(141)와 피스톤(142) 사이의 미세틈새를 통해 누설되고, 이 압축가스는 누설되는 도중에 윤활유 공급유로(162A)를 먼저 통과하면서 윤활유와 함께 윤활유토출구멍(162B)으로 유입될 수 있으나, 도 6에서와 같이 이 윤활유토출구멍(162B)에는 상당량의 윤활유가 이미 유입되어 유막을 형성하면서 압축가스의 유입을 차단하는 한편 이 윤활유토출구멍(162B)의 후방측에 형성한 확장공간(171)은 그 주변 보다 체적이 갑자기 넓어져 상대적으로 저압이 되면서 누설되는 압축가스를 빠르게 흡입하는 역할을 한다.
이렇게 하여 확장공간(171)으로 흡입된 누설가스는 가스배출구(172)를 통해 압축 유니트(140)의 외부로 배출됨에 따라 윤활유와 누설가스가 실린더(141)와 피스톤(142) 사이에서 혼합하여 윤활유와 함께 배출되는 것을 방지할 수 있고, 이를 통해 윤활유에 압축가스가 혼합되면서 유발될 수 있는 기포발생소음이나 압축가스에 의해 윤활유의 배출속도가 가속되어 케이싱(110) 내벽면을 때리면서 내는 충돌 소음을 효과적으로 줄일 수 있다.
또, 피스톤(142)의 왕복운동으로 인해 확장공간(171)으로 유입되는 윤활유는 배유구(173)를 통해 케이싱(110)으로 다시 회수하여 재사용할 수 있다.
본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 소음 저감 장치는, 윤활유 공급유로의 일측에 일정간격을 두고 가스배출유로를 형성하여 윤활유와 누설되는 압축가스를 분리함으로써, 윤활유에 가스가 섞이면서 발생할 수 있는 기포발생소음이나 고압의 가스에 의해 윤활유의 배출속도가 가속되면서 발생할 수 있는 윤활유의 케이싱의 충돌소음을 효과적으로 줄일 수 있다.

Claims (5)

  1. 케이싱 내에 설치하는 프레임 유니트와,
    프레임 유니트에 고정하여 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터와,
    왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 유체를 흡입 압축하여 토출하도록 피스톤을 구비한 압축 유니트와,
    프레임 유니트에 결합하여 함께 진동하면서 케이싱 내의 윤활유를 펌핑하는 윤활유 펌핑부 및 이 윤활유 펌핑부에 연결하여 윤활유를 실린더와 피스톤 사이로 공급하였다가 케이싱으로 회수하도록 프레임 유니트에 형성하는 윤활유 공급유로로 이루어지는 윤활유 공급 유니트와,
    윤활유 공급유로와 일정 간격을 두고 프레임 유니트에 형성하여 실린더와 피스톤 사이로 누설되는 압축가스를 윤활유와 분리하여 압축유니트 외부로 배출하는 가스배출부를 포함한 왕복동식 압축기의 소음 저감 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    윤활유 공급유로는 실린더와 피스톤의 미끄럼 접촉 범위 내에 항상 존재하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 소음 저감 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    가스배출부는 실린더와 피스톤의 미끄럼 접촉 부위에 서로 비접촉하도록 형성하는 확장공간과, 이 확장공간와 연결하여 압축가스가 압축 유니트를 벗어나도록 프레임 유니트를 중력반대방향으로 관통 형성하는 가스배출유로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 소음 저감 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    확장공간은 이 확장공간으로 유입하는 미량의 윤활유를 압축 유니트 외부로 배출하도록 배유구를 프레임 유니트에 중력방향으로 연결하여 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 소음 저감 장치.
  5. 제1항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서,
    가스배출부는 실린더의 압축공간을 기준으로 할 때 윤활유 공급유로 보다 후방에 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 소음 저감 장치.
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