KR20090108988A - 밀폐형 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 밀폐형 압축기에 관한 것이다. 본 발명의 스크롤 압축기는 토출밸브가 개폐되면서 발생되는 소음은 상기 압축실의 배제체적을 토출구의 단면적으로 나눈 비율의 범위를 대략 0.15 ≤ α ≤ 0.45가 되도록 형성함으로써, 압축기가 적용된 냉동사이클의 조건 변화에 따라 압축기의 압력비가 변하더라도 그 압축기의 압축실에서 냉매가 토출될 때 발생되는 소음을 일정 수준으로 유지할 수 있다.

압력비, 토출구, 배제체적

Description

밀폐형 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 특히 토출소음을 줄일 수 있는 스크롤 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 장치이다. 상기 압축기는 유체를 압축하는 방식에 따라 왕복동식, 로터리식, 베인식, 스크롤식으로 구분할 수 있다.

상기 스크롤 압축기는 밀폐된 케이싱의 내부공간에 동력을 발생하는 구동모터와 그 구동모터의 동력을 전달받아 압축성 유체인 냉매를 압축하는 압축부가 함께 구비되어 있다. 상기 압축부는 고정랩이 형성되어 케이싱에 고정되는 고정스크롤과, 상기 고정랩에 맞물리도록 선회랩이 형성되어 선회운동을 하는 선회스크롤로 이루어져 있다. 상기 고정과 선회랩은 서로 동일한 기초원반경을 가지는 동시에 그 시작각에서 끝각까지 한 개의 인벌류트곡선 형상으로 형성되어 180°의 위상차를 두고 서로 맞물리게 결합되어 있다.

상기와 같은 스크롤 압축기는 상기 고정스크롤의 고정랩과 선회스크롤의 선회랩이 서로 맞물려 상기 선회스크롤이 고정스크롤에 대해 선회운동을 하면서 두 개 한 쌍의 압축실을 형성하고, 상기 압축실이 선회스크롤의 선회운동시 중심으로 이동하면서 체적이 좁아져 냉매를 연속으로 흡입, 압축하여 토출하게 되는 것이다. 이때, 상기 스크롤 압축기의 흡입압과 토출압의 비율은 그 스크롤 압축기가 적용된 냉동사이클의 운전조건에 따라 결정된다.

그러나, 상기와 같은 종래 스크롤 압축기는 특정한 압력비에서 소음이 급격하게 증가함에도 불구하고 압력비 변화에 따른 소음특성 대한 구체적인 분석이나 이에 근거한 적절한 대응방안이 아직까지 마련되고 있지 않은 실정이다. 다만, 토출구의 형상이나 토출밸브의 형상을 변경한다거나 토출구 주변에 흡음재를 설치하는 정도가 소개되어 있을 뿐이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 스크롤 압축기를 포함한 밀폐형 압축기가 가지는 문제점을 해결한 것으로, 압력비 변화에 따른 소음특성의 변화를 감안하여 압축체적 대비 토출구의 단면적을 적정하게 규정하여 토출소음을 줄일 수 있는 밀폐형 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 일정량의 배제체적을 가지는 압축부; 및 상기 배제체적의 토출구를 개폐하도록 설치되어 그 배제체적에서 토출되는 냉매를 제한하는 밸브;를 포함하고, 상기 배제체적을 토출구의 단면적으로 나눈 비율(α)은 대략 0.15 ≤ α ≤ 0.45의 범위가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기가 제공된다.

본 발명에 의한 밀폐형 압축기는, 토출밸브가 개폐되면서 발생되는 소음은 상기 압축실의 배제체적을 토출구의 단면적으로 나눈 비율의 범위를 구체적으로 실증하여 규정함으로써 압축기가 적용된 냉동사이클의 조건 변화에 따라 압축기의 압력비가 변하더라도 그 압축기의 압축실에서 냉매가 토출될 때 발생되는 소음을 일정 수준으로 유지할 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 밀폐형 압축기를 첨부도면에 도시된 실시예에 의거하 여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 밀폐형 압축기 중에서 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명의 스크롤 압축기는, 흡입관(SP)과 토출관(DP)이 연통 설치되는 케이싱(10)과, 상기 케이싱(10)의 상측에 설치되어 회전력을 발생하는 구동모터(20)와, 상기 케이싱(10)의 상측에 설치되고 상기 구동모터(20)에서 발생되는 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부(30)로 구성된다.

상기 구동모터(20)는 케이싱의 내부에 고정되는 고정자(21)와, 상기 고정자(21)의 내부에 회전 가능하게 배치되는 회전자(22)와, 상기 회전자(22)에 압입되어 회전력을 전달하는 회전축(23)으로 이루어진다. 상기 고정자(21)에는 외부에서 전원이 인가되어 마그네틱 플럭스가 형성되도록 하는 코일(24)이 권선되고, 상기 회전자(22)에는 상기 코일(24)과 함께 마그네틱 플럭스가 형성되도록 하는 도체(미도시)가 삽입된다.

상기 압축부(30)는 상기 케이싱(10)에 고정되는 메인프레임(11)의 상면에 고정 설치되고 그 저면에 고정랩(111)이 형성되는 고정스크롤(110)과, 상기 고정스크롤(110)의 고정랩(111)에 맞물려 복수 개의 압축실(P)을 형성하도록 선회랩(121)이 구비되어 상기 메인프레임(11)의 상면에 선회 가능하게 얹히는 선회스크롤(120)과, 상기 선회스크롤(120)과 메인프레임(11) 사이에 설치되어 상기 선회스크롤(120)의 자전을 방지하면서 선회시키는 올담링(Oldham's ring)(130)과, 상기 고정스크롤(110)의 토출구(113)를 개폐하는 토출밸브(140)로 이루어진다. 상기 토출밸 브(140)는 그 일단이 상기 고정스크롤(110)에 고정되는 외팔보 형상의 리드밸브로 이루어지고, 상기 토출밸브(140)의 압축배면쪽에는 그 토출밸브(140)의 열림량을 제한하는 리테이너(141)가 설치된다.

상기 고정스크롤(110)과 선회스크롤(120)은 그 각 경판부의 저면과 상면에 상기 고정랩(111)과 선회랩(121)이 서로 맞물리도록 각각 형성된다. 그리고 상기 고정스크롤(110)의 경판부 저면 일측에는 상기 압축실(P)과 케이싱(10)의 흡입공간(S1)이 연통되도록 흡입홈(112)이 형성되고, 상기 고정스크롤(110)의 경판부 중앙에는 상기 압축실(P)의 토출측과 케이싱(10)의 토출공간(S2)이 연통되도록 토출구(113)가 형성된다.

도 2 및 도 3에서와 같이 상기 고정스크롤(110)의 토출구(113)는 그 단면적(A)이 상기 압축실의 배제체적(B), 즉 토출이 개시되는 시점에서의 최종 압축실 체적에 대응하여 소정의 범위에서 형성된다. 예컨대, 상기 토출구의 단면적(A)은 상기 배제체적(B)을 토출구의 단면적(A)으로 나눈 비율(α= B/A)이 대략 0.15 ≤ α ≤ 0.45의 범위가 되도록 형성될 수 있다.

그리고 상기 고정스크롤(110)의 토출구(113)는 그 시작단에서 끝단까지의 직경이 동일하도록 형성될 수 있으나, 경우에 따라서는 끝단으로 갈수록 직경이 확대되도록 형성되거나 그 반대로 직경이 작아지도록 형성될 수도 있다. 이 경우, 즉 상기 토출구(113)의 직경이 시작단에서 끝단까지 동일하지 않은 경우는 그 중간높이의 단면적으로 상기 배제체적을 나눠 상기 토출구에 대한 적정 비율(α)의 기준으로 삼을 수 있다.

도면중 미설명 부호인 12는 서브프레임, 13은 고저압분리판이다.

상기와 같은 본 발명의 스크롤 압축기는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 상기 구동모터(20)에 전원이 인가되면, 상기 구동모터(20)의 회전력을 전달받은 선회스크롤(120)이 올담링(130)에 의해 상기 메인프레임(11)의 상면에서 편심 거리만큼 선회운동을 하게 된다. 그리고 상기 선회스크롤(120)이 선회운동을 하면서 상기 고정스크롤(110)의 고정랩(111)과 상기 선회스크롤(120)의 선회랩(121) 사이에 연속으로 이동하는 한 쌍의 압축실(P)이 형성되고, 이 압축실(P)은 상기 선회스크롤(120)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소하면서 상기 흡입관(SP)을 통해 흡입되는 냉매를 압축하게 된다. 상기 압축실(P)에서 압축되는 냉매는 최종 압축실(P), 즉 배제체적(B)에서 토출구(113)를 통해 토출되어 상기 토출공간(S2)을 거친 후 상기 토출관(DP)을 통해 냉동시스템으로 이동을 하게 된다.

이때, 상기 토출구(113)의 출구측에는 토출밸브(140)가 설치되어 압축냉매가 압축실(P)에서 토출될 때 상기 토출구(113)의 출구측 주변에 부딪히면서 토출소음을 발생시키게 된다. 이 토출소음은 상기 압축실(P)의 압력비, 즉 흡입압을 토출압으로 나눈 압력비에 따라 약간 상이하게 나타날 뿐만 아니라 상기 압력비는 압축기가 적용된 냉동사이클의 조건에 따라 달라지게 된다. 따라서 상기 배제체적(B)과 토출구의 단면적(A) 비율(α)이 적정 범위에서 벗어난 경우에는 토출소음이 급격하게 증가할 수도 있다. 도 4는 이를 실험을 통해 분석한 그래프이다.

여기서, 실험한 압력비는 각각 76/297psi인 경우(이하, 실험예①), 70/290psi인 경우(이하, 실험예②), 90/370psi인 경우(이하, 실험예③), 90/380psi인 경우(이하, 실험예④)를 예로 들어 살펴보았다. 이를 참고하여 보면, 1행정당 배제체적(cc)/단면적(㎟)의 비율(α)이 0.15보다 작은 경우 실험예③과 실험예④에서 소음이 크게 높아졌다가 상기 비율(α)이 0.15보다 크고 0.45보다 작은 범위에서 낮아졌다가 다시 0.45를 벗어나면 크게 증가하는 것을 알 수 있다. 그리고 실험예①과 실험예②에서는 앞선 실험예③과 실험예④에서만큼은 아니지만 대체로 소음이 상기 범위를 벗어나면 미세하게나마 증가된 것을 알 수 있다.

아울러, 도 5는 앞선 실험에서 상기 비율(α)을 구체적으로 0.43인 경우와 0.49인 경우를 예로들어 살펴본 것이다. 이를 참고하면, 각 실험예①, 실험예②, 실험예③, 실험예④ 들에서 상기 비율(α)이 0.49인 경우가 높은 것을 알 수 있다. 특히 실험예④에서는 그 비율(α)이 0.43인 경우는 거의 변화가 없으나 0.49인 경우는 크게 증가된 것을 알 수 있다.

따라서, 상기 토출밸브(140)가 개폐되면서 발생되는 소음은 상기 압축실의 배제체적(B)을 토출구의 단면적(A)으로 나눈 비율(α)과 크게 관련이 있음을 알 수 있고, 본 발명에서와 같이 그 비율(α)의 범위를 구체적으로 실증하여 규정함으로써 압축기가 적용된 냉동사이클의 조건 변화에 따라 압축기의 압력비가 변하더라도 그 압축기의 압축실에서 냉매가 토출될 때 발생되는 소음을 일정 수준으로 유지할 수 있다.

본 발명에 의한 밀폐형 압축기의 소음 감쇄 구조는 본 실시예와 같이 스크롤 압축기는 물론 로터리 압축기와 같이 토출밸브로서 리드밸브가 적용된 압축기에 동일하게 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도,

도 2는 도 1에 따른 스크롤 압축기에서 토출구와 토출밸브를 분해하여 보인 사시도,

도 3은 도 1에 따른 스크롤 압축기에서 배제체적과 토출구의 단면적 비율을 설명하기 위해 보인 압축실의 개략도,

도 4는 도 3에 따른 비율을 적용하여 압력비의 변화에 따른 소음분포를 보인 그래프,

도 5는 도 4에 따른 실험에서 비율(α)을 0.43인 경우와 0.49인 경우를 예로들어 소음변화를 살펴본 그래프.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

110 : 고정스크롤 113 : 토출구

120 : 선회스크롤 140 : 토출밸브

A : 토출구의 단면적 B : 배제체적

α : 배제체적/토출구의 단면적

Claims (4)

1. 일정량의 배제체적을 가지는 압축부; 및

   상기 배제체적의 토출구를 개폐하도록 설치되어 그 배제체적에서 토출되는 냉매를 제한하는 밸브;를 포함하고,

   상기 배제체적을 토출구의 단면적으로 나눈 비율(α)은 대략 0.15 ≤ α ≤ 0.45의 범위가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 밸브는 그 일단이 상기 토출구 주변에 고정되고 그 타단이 고정점을 중심으로 회전하면서 상기 토출구를 개폐하는 외팔보 형상인 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 압축부는 고정랩과 선회랩이 서로 맞물려 중심방향으로 연속하여 이동하면서 체적이 좁아지는 압축실을 이루도록 고정스크롤과 선회스크롤을 포함한 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 압축부는 압축공간에서 선회운동을 하는 롤링피스톤과 그 롤링피스톤에 압접되어 상기 롤링피스톤의 선회운동에 따라 직선운동을 하면서 압축실의 체적이 좁아지도록 하는 베인을 포한한 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.

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