KR20040021451A - 왕복동식 압축기의 진동 저감 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 진동 저감 장치에 관한 것으로, 본 발명은 가스흡입관과 가스토출관을 고정 설치하는 밀폐용기와, 밀폐용기의 내부에 탄력적으로 지지 설치하는 프레임 유니트와, 프레임 유니트에 고정 결합하여 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터와, 왕복동식 모터의 가동자에 결합하는 피스톤과 이 피스톤이 미끄러지게 삽입하는 실린더와 실린더의 개구측에 결합하여 압축가스의 토출을 조절하도록 토출공간을 구비하는 토출밸브 조립체를 포함하여 상기한 프레임 유니트에 결합하는 압축 유니트와, 압축 유니트의 피스톤을 포함한 진동체의 공진운동을 유도하도록 결합하는 스프링 유니트로 된 왕복동식 압축기에 있어서, 토출밸브 조립체의 토출공간을 가스토출관에 연결하는 루프 파이프의 중간에 진동시 고정점인 노드(node)점을 가지도록 상기한 루프 파이프에 질량체를 적어도 한 개 이상 형성하여 구성함으로써, 구동 주파수에 대하여 루프 파이프의 형상이 두 개의 모드를 형성할 수 있도록 하고 이를 통해 압축기구부의 진동량이 카운터 밸런싱 되도록 하여 압축기 진동을 보다 효과적으로 저감시킬 수 있다.

또, 이러한 루프 파이프의 조립시 최적의 설계규격을 마련하여 작업자의 작업 능력 등에 관계없이 동일한 진동 저감 효과를 나타낼 수 있도록 하고 이를 통해 압축기의 조립시간을 줄여 양산성을 높이고 생산비용을 줄일 수 있다.

Description

왕복동식 압축기의 진동 저감 장치{APPARATUS FOR REDUCING VIBRATION OF RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기의 진동 저감 장치에 관한 것으로, 특히 루프 파이프(loop pipe)를 이용하여 압축 유니트의 진동을 효과적으로 줄일 수 있는 왕복동식 압축기의 진동 저감 장치에 관한 것이다.

일반적으로 왕복동식 압축기는 구동모터의 회전운동을 피스톤의 왕복운동으로 전환시켜 가스를 흡입하여 압축 토출시키는 방식과, 구동모터가 직선으로 왕복운동을 하면서 피스톤을 왕복운동시켜 가스를 흡입하여 압축 토출시키는 방식으로 크게 구분할 수 있다.

도 1은 구동모터가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 종래의 왕복동식 압축기는, 가스흡입관(SP)과 가스토출관(DP)을 연통 설치하는 밀폐용기(10)와, 밀폐용기(10)의 내부에 지지 설치하는 프레임 유니트(20)와, 프레임 유니트에 고정 설치하는 왕복동식 모터(30)와, 프레임 유니트(20)에 고정 설치하여 냉매가스를 흡입 압축하는 압축 유니트(40)와, 왕복동식 모터(30)의 가동자(22)와 압축 유니트(40)의 피스톤(42)을 운동방향으로 탄성 지지하여 공진을 유도하는 공진스프링 유니트(50)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(23)에 삽입 결합하는 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 삽입 결합하는 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.

토출밸브 조립체(44)는 토출공간을 구비하여 실린더(41)의 선단면을 복개하도록 장착하는 토출커버(44A)와, 실린더(41)의 선단면에 착탈하면서 압축공간(P)을 개폐하는 토출밸브(44B)와, 토출밸브(44B)의 열림량을 제한하는 밸브스프링(44C)으로 이루어져 있다.

토출커버(34A)는 토출공간에 토출구멍(미부호)을 구비하고, 토출구멍은 루프 파이프(loop pipe)(LP)를 이용하여 밀폐용기(10)의 가스토출관(DP)에 연결하고 있다.

공진스프링 유니트(50)는 가동자(33)와 피스톤(42)의 연결부(미부호)를 중심으로 전방측을 지지하는 전방측 공진스프링(51)과 후방측을 지지하는 후방측 공진스프링(52)으로 이루어져 있다.

도면중 미설명 부호인 1은 전동기구부, 2는 압축기구부이다.

상기와 같은 종래 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 왕복동식 모터(30)에 전원을 인가하여 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이에 플럭스(flux)가 형성되면, 그 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이의 공극에 놓인 가동자(33)가 플럭스의 방향에 따라 움직이면서 스프링 유니트(50)에 의해 지속적으로 왕복운동을 하고, 이와 함께 피스톤(42)이 실린더(41)의 내부에서 왕복운동을 하면서 압축공간(P)의 체적이 변화하여 냉매가스를 압축공간(P)으로 흡입 압축하였다가 토출하며, 이 토출가스는 토출커버(44A)의 토출공간에서 루프 파이프(LP)를 통해 가스토출관(DP)으로 토출하는 일련의 과정을 반복하는 것이었다.

이때, 압축 유니트(40)에서는 피스톤(42)의 왕복운동에 따른 진동이 발생하고 이 진동은 토출커버(44A)와 이에 결합한 루프 파이프(LP)를 통해 밀폐용기(10)로 전달하여 결국 압축기 진동을 유발하는 것이었으나, 루프 파이프(LP)를 코일 파이트와 같이 자체 흡진 부재를 사용함에 따라 일정량의 진동을 상기한 루프 파이프(LP)에서 상쇄할 수 있다. 특히 루프 파이프(LP)의 길이를 길게 하되 밀폐용기(10)의 내부에서 최적의 모양으로 배열하거나 형성함으로써 압축 유니트(40)의 진동을 더욱 줄일 수 있는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기에 있어서는, 압축 유니트(40)와 가스토출관(DP)을 흡진 성질을 가지는 루프 파이프(LP)로 연결하여 압축유니트(40)에서 발생하는 진동이 밀폐용기(10)로 전달되는 것을 차단하고 있으나, 루프 파이프(LP)를 단순한 직선 또는 곡선구조로 형성함에 따라 압축 유니트(40)에서 전달하는 진동을 효과적으로 감쇠시키는데 한계가 있었다. 이를 감안하여 루프 파이프(LP) 중간중간에 진동을 보다 효과적으로 감쇠할 수 있는 장치를 마련하기도 하지만 이에 대한 구체적인 최적의 설계 규격이 마련되지 않은 상태여서 루프 파이프(LP)의 조립시 조립자의 경험에 따라 그때그때 다른 조립양태를 보이고 이로 인해 압축기의 조립시간이 길어지면서 양산성이 떨어지는 것은 물론 조립후에도 압축기마다 진동크기가 달라 신뢰성이 낮아지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 압축 유니트에서 발생되는 진동을 루프 파이프를 이용하여 효과적으로 감쇠할 수 있는 왕복동식 압축기의 진동 저감 장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 왕복동식 압축기의 일례를 평면에서 보인 단면도,

도 2는 종래 왕복동식 압축기에서 루프 파이프의 설치상태를 설명하기 위해 밀폐용기를 내부를 파단하여 보인 사시도,

도 3은 본 발명 왕복동식 압축기의 일례를 평면에서 보인 단면도,

도 4는 본 발명 왕복동식 압축기에서 루프 파이프의 설치상태를 설명하기 위해 밀폐용기를 내부를 파단하여 보인 사시도,

도 5 및 도 6은 본 발명 왕복동식 압축기에서 진동 저감 장치를 구비한 루프 파이프의 각 예를 보인 사시도,

도 7은 본 발명 왕복동식 압축기의 진동 저감 효과를 보인 개략도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 전동기구부 2 : 압축기구부

10 : 밀폐용기 40 : 압축유니트

44A : 토출커버 100 : 루프 파이프

110,120 : 질량체 210,220 : 부가질량

FP : 루프파이프 고정점 NP : 노드점

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 가스흡입관과 가스토출관을 고정 설치하는 밀폐용기와, 밀폐용기의 내부에 탄력적으로 지지 설치하는 프레임 유니트와, 프레임 유니트에 고정 결합하여 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터와, 왕복동식 모터의 가동자에 결합하는 피스톤과 이 피스톤이 미끄러지게 삽입하는 실린더와 실린더의 개구측에 결합하여 압축가스의 토출을 조절하도록 토출공간을 구비하는 토출밸브 조립체를 포함하여 상기한 프레임 유니트에 결합하는 압축유니트와, 압축 유니트의 피스톤을 포함한 진동체의 공진운동을 유도하도록 결합하는 스프링 유니트로 된 왕복동식 압축기에 있어서, 토출밸브 조립체의 토출공간을 가스토출관에 연결하는 루프 파이프의 중간에 진동시 고정점인 노드(node)점을 가지도록 상기한 루프 파이프에 질량체를 적어도 한 개 이상 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 진동 저감 장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 진동 저감 장치를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명 왕복동식 압축기의 일례를 평면에서 보인 단면도이고, 도 4는 본 발명 왕복동식 압축기에서 루프 파이프의 설치상태를 설명하기 위해 밀폐용기를 내부를 파단하여 보인 사시도이며, 도 5 및 도 6은 본 발명 왕복동식 압축기에서 진동 저감 장치를 구비한 루프 파이프의 각 예를 보인 사시도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 가스흡입관(SP) 및 가스토출관(DP)이 연통되는 밀폐용기(10)와, 밀폐용기(10)의 내부에 지지 설치하는 프레임 유니트(20)와, 프레임 유니트(20)에 고정 설치하는 왕복동식 모터(30)와, 프레임 유니트(20)에 고정 설치하여 냉매가스를 흡입 압축하는 압축 유니트(40)와, 왕복동식 모터(30)의 가동자(22)와 압축 유니트(40)의 피스톤(42)을 운동방향으로 탄성 지지하여 공진을 유도하는 공진스프링 유니트(50)로 구성한다.

프레임 유니트(20)는 왕복동식 모터(30)와 압축 유니트(40)의 진동을 흡수할 수 있도록 압축 코일 스프링과 같이 탄성력을 가지는 지지부재를 이용하여 밀폐용기(10)의 바닥에 탄력적으로 얹혀 지지한다.

압축 유니트(30)는 프레임 유니트(20)에 고정하는 실린더(41)와, 왕복동식 모터(20)의 가동자(22)에 결합하여 실린더(41)의 압축공간(P)에서 왕복운동을 하는 피스톤(42)과, 피스톤(42)의 선단면에 장착하여 냉매가스의 흡입을 제한하는 흡입밸브(43)와, 실린더(41)의 선단면쪽에 착탈 가능하게 장착하여 압축가스의 토출을 제한하는 토출밸브 조립체(44)로 이루어진다.

토출밸브 조립체(44)는 토출공간(미부호)을 구비하여 실린더(41)의 선단면에 장착하고 그 토출공간이 루프 파이프(100)를 통해 가스토출관(DP)에 연통하는 토출커버(44A)와, 실린더(41)의 선단면에 착탈하면서 압축공간(P)을 개폐하도록 토출커버(44A)의 내부에 배치하는 토출밸브(44B)와, 토출커버(44A)와 토출밸브(44B) 사이에 양단이 지지되도록 배치하는 밸브스프링(44C)으로 이루어진다.

루프 파이프(100)는 코일 스프링과 같이 그 자체가 흡진 성질을 가지는 부재로 형성하는 것으로, 중간에 다른 부위 보다 상대적으로 무거운 질량체(110)(120)를 복수 개 형성하여 이 질량체(110)(120) 사이에 진동시 고정점인 노드점(node point)(NP)을 형성한다.

질량체(110)(120)는 도 5에서와 같이 루프 파이프(100) 자체를 수회 감아 그 이외의 부위 보다 단위 길이당 무게를 무겁게 하여 형성하거나 또는 도 6에서와 같이 별도의 부가질량(210)(220)을 용접이나 볼팅 또는 클램프 등을 이용하여 루프 파이프(100)에 고정함으로써 역시 단위 길이당 무게를 무겁게 하여 형성할 수 있다.

질량체(110)(120)의 위치는 노드점(NP)에서 토출커버(44A)까지의 거리가 노드점(NP)에서 가스토출관(DP)까지의 거리 보다 가깝게, 약 1/3 정도 되는 위치에 형성하는 것이 진동을 줄이는 데 바람직하다.

또, 질량체(110)(120)는 노드점(NP)이 구동주파수에서만 정지되는 무게로 형성하는 것이 바람직하다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 1은 전동기구부, 2는 압축기구부, 21은 전방프레임, 22는 중간프레임, 23은 후방프레임, 51 및 52는 전후방측 공진스프링, F는 흡입유로, FP는 루프 파이프와 가스토출관의 고정점이다.

상기와 같은 본 발명에 의한 왕복동식 모터의 진동 저감 장치는 다음과 같은 작용효과가 있다.

즉, 왕복동식 모터(30)에 전원을 인가하여 고정자(31)(32)에 플럭스(flux)가 형성되면, 가동자(33)가 피스톤(42)과 함께 플럭스의 방향에 따라 움직이면서 공진스프링 유니트(50)에 의해 직선으로 왕복운동을 하고, 이와 함께 피스톤(42)이 실린더(41)의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 그 실린더(41)의 압축공간(P)에 압력차를 발생시키며, 이 압력차에 의해 냉매가스가 피스톤(42)의 흡입유로(F)를 통해 실린더(41)의 압축공간(P)으로 흡입 압축되었다가 토출되는 일련의 과정을 반복한다.

이때, 피스톤(42)이 왕복운동을 함에 따라 압축 유니트(40)가 지면에 대해 횡방향으로 진동을 하고 이 진동은 토출커버(44A)에 결합한 루프 파이프(100)를 통해 압축기 외부로 전달되나, 자체 탄성력을 가지는 루프 파이프(100)의 중간에 질량체(110)(120)를 구비함에 따라 이 질량체(110)(120)에 의해 루프 파이프(100)가 동흡진기의 역할을 하면서 압축 유니트(40)의 최종점인 토출커버(44A)에서의 진동량을 최소화할 수 있다. 즉, 양쪽 질량체(110)(120) 사이에 진동시 물리적인 정지점인 노드점(NP)을 형성함으로써 기본 구동주파수에 대하여 도 7에서와 같이 두 개의 모드를 형성하고 이로 인해 압축 기구부(2)의 진동량이 카운터 밸런싱(counter balancing) 되어 진동 소음을 줄일 수 있다.

이렇게 하여, 압축 유니트에서 발생되는 진동이 압축기 내부의 루프 파이프에서 감쇄되어 압축기의 외부로 진동이 전달되는 것을 방지함으로써, 진동으로 인한 왕복동식 압축기 및 이 왕복동식 압축기가 장착된 냉동 시스템의 진동 소음을 저감할 수 있고, 이를 통해 왕복동식 압축기 및 이 왕복동식 압축기가 장착된 냉동 시스템의 신뢰성을 향상할 수 있다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 진동 저감 장치는, 압축 유니트의 토출측과 밀폐용기의 토출구를 연통하는 루프 파이프의 중간에 노드점을 형성할 수 있는 적어도 한 개 이상의 질량체를 구비함으로써, 구동 주파수에 대하여 루프 파이프의 형상이 두 개의 모드를 형성할 수 있도록 하고 이를 통해 압축기구부의 진동량이 카운터 밸런싱 되도록 하여 압축기 진동을 보다 효과적으로 저감시킬 수 있다.

또, 이러한 루프 파이프의 조립시 최적의 설계규격을 마련하여 작업자의 작업 능력 등에 관계없이 동일한 진동 저감 효과를 나타낼 수 있도록 하고 이를 통해 압축기의 조립시간을 줄여 양산성을 높이고 생산비용을 줄일 수 있다.

Claims (7)

1. 가스흡입관과 가스토출관을 고정 설치하는 밀폐용기와, 밀폐용기의 내부에 탄력적으로 지지 설치하는 프레임 유니트와, 프레임 유니트에 고정 결합하여 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터와, 왕복동식 모터의 가동자에 결합하는 피스톤과 이 피스톤이 미끄러지게 삽입하는 실린더와 실린더의 개구측에 결합하여 압축가스의 토출을 조절하도록 토출공간을 구비하는 토출밸브 조립체를 포함하여 상기한 프레임 유니트에 결합하는 압축 유니트와, 압축 유니트의 피스톤을 포함한 진동체의 공진운동을 유도하도록 결합하는 스프링 유니트로 된 왕복동식 압축기에 있어서,

   토출밸브 조립체의 토출공간을 가스토출관에 연결하는 루프 파이프의 중간에 진동시 고정점인 노드(node)점을 가지도록 상기한 루프 파이프에 질량체를 적어도 한 개 이상 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 진동 저감 장치.
2. 제1항에 있어서,

   질량체는 루프 파이프 자체를 수회 감아 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 진동 저감 장치.
3. 제1항에 있어서,

   질량체는 별도의 질량부재를 루프 파이프에 후작업으로 고정하여 형성하는것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 진동 저감 장치.
4. 제1항에 있어서,

   노드점의 위치는 그 노드점에서 가스흡입관까지의 거리 보다 노드점에서 토출밸브 조립체까지의 거리를 가깝게 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 진동 저감 장치.
5. 제4항에 있어서,

   노드점의 위치는 토출밸브 조립체에서 가스흡입관으로 대략 1/3 위치에 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 진동 저감 장치.
6. 제1항에 있어서,

   노드점은 구동주파수에서만 정지되는 점인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 진동 저감 장치.
7. 제1항에 있어서,

   루프 파이프는 노드점을 중심으로 양측에 연성구간을 갖는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 진동 저감 장치.