KR20180095247A

KR20180095247A - 압축기의 맥동 저감 구조

Info

Publication number: KR20180095247A
Application number: KR1020170021492A
Authority: KR
Inventors: 함석진; 김민규
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2017-02-17
Publication date: 2018-08-27

Abstract

본 발명은 압축기의 맥동 저감 구조에 관한 것으로, 압축기의 실린더블록에 장착되고, 압축된 유체가 토출되는 토출실을 포함하는 후방하우징과 상기 토출실에 배치되고, 압축된 유체가 배출되는 배출홀 및 상기 배출홀과 연결되고, 압축된 유체가 흐르는 유동공간의 크기 변화로 맥동을 완화하도록 제공되는 맥동완화수단을 포함하여 구성될 수 있으며, 본 발명에 따르면, 압축된 유체가 흐르는 유로의 면적을 변화시켜 맥동 현상을 저감할 수 있는 효과가 있다.

Description

압축기의 맥동 저감 구조{STRUCTURE FOR RELAXING PULSATION OF COMPRESSOR}

본 발명은 압축기의 맥동 저감 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압축된 유체가 배출되는 유로의 면적 변화를 통해 맥동을 저감시킬 수 있는 압축기 구조에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 냉각시스템에서 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기는 다양한 형태로 개발되어 왔으며, 이와 같은 압축기에는 냉매를 압축하는 구성이 왕복운동을 하면서 압축을 수행하는 왕복식과, 회전운동을 하면서 압축을 수행하는 회전식이 있다.

여기서, 왕복식 압축기에는 구동원의 구동력을, 크랭크를 사용하여 복수개의 피스톤으로 전달하는 크랭크식과, 사판이 설치된 회전축으로 전달하는 사판식, 및 워블 플레이트를 사용하는 워블 플레이트식이 있고, 회전식 압축기에는 회전하는 로터리축과 베인을 사용하는 베인로터리식, 및 선회 스크롤과 고정 스크롤을 사용하는 스크롤식이 있다.

한편, 사판식 압축기로는 사판의 설치각도가 고정된 고정 용량형 타입과, 사판의 경사각을 변화시켜 토출 용량을 변화시킬 수 있는 가변 용량형 타입이 있다.

도 1에는 일반적인 사판식 압축기의 일 형태에 대한 구성이 도시되어 있다. 이하, 도 1을 참고하여 사판식 압축기의 개략적인 구성을 설명하기로 한다.

사판식 압축기(10, 이하, '압축기')에는 압축기(10)의 외관과 골격의 일부를 형성하는 실린더 블럭(20)이 구비된다. 이때, 실린더 블럭(20)의 중앙을 관통하여 센터 보어(21)가 형성되며, 이 센터 보어(21)에는 회전축(60)이 회전 가능하게 설치된다.

센터 보어(21)를 방사상으로 둘러싸도록 복수의 실린더 보어(22)가 실린더 블럭(20)을 관통하여 형성되며, 실린더 보어(22)의 내부에는 피스톤(70)이 직선 왕복 운동 가능하게 설치된다. 이때, 피스톤(70)은 원기둥 형상으로 형성되고, 실린더 보어(22)는 이에 대응되는 원통형의 공간이며, 피스톤(70)의 왕복 운동에 의해 실린더 보어(22) 내의 냉매가 압축된다.

실린더 블럭(20)의 전방에 전방하우징(30)이 결합된다. 전방하우징(30)은 실린더 블럭(20)과의 대향면이 요입되어 실린더 블럭(20)과 함께 내부에 크랭크실(31)을 형성한다.

전방하우징(30)의 전방에는 엔진 등 외부 동력원(미도시)과 연결되는 풀리(32)가 회전 가능하게 설치되며, 풀리(32)의 회전에 연동하여 회전축(60)이 회전하게 된다.

실린더 블럭(20)의 후방에는 후방하우징(40)이 결합된다. 이때, 후방하우징(40)에는 실린더 보어(22)와 선택적으로 연통되게, 후방하우징(40)의 외주 측 가장자리에 인접한 위치를 따라 토출실(41)이 형성된다.

그리고 흡입구는 후방하우징(40) 중앙측(42) 부위에 설치될 수 있으나, 압축기(100)의 종류에 따라 다른 위치도 가능하다. 따라서 반드시 상기 위치에 한정되는 것은 아니다.

이때, 실린더 블럭(20)과 후방하우징(40) 사이에는 밸브플레이트(50)가 개재되며, 토출실(41)은 밸브플레이트(50)에 형성되는 토출구(51)를 통해 실린더 보어(22)와 연통된다.

또한, 회전축(60)에는 사판(61)이 설치되는데, 사판(61)의 테두리를 따라 구비되는 슈(62)에 의해 각각의 피스톤(70)과 연결되며, 사판(61)의 회전에 의해 피스톤(70)은 실린더 보어(22) 내에서 직선 왕복 운동하게 된다.

이때, 압축기(10)의 냉매 토출량이 조절될 수 있도록, 회전축(60)에 대한 사판(61)의 각도가 가변될 수 있게 설치되는데 이를 위해, 토출실(41)과 크랭크실(31)을 연통하는 유로의 개도가 압력조절밸브(미도시)에 의해 조절된다.

상기와 같은 구성의 종래 사판식 압축기는 실린더 블록(20)에 형성된 다수의 실린더 보어(22)가 회전축(60)을 중심으로 방사상으로 이격되게 배치되는 이른 바 방사 대칭의 구조를 이루고 있다.

여기서 도 2 및 도 3를 참고하면, 종래 후방하우징(40)상의 토출실(41)에 대한 단면도가 게시되어 있다. 후방하우징(40)은 대체로 원형 단면을 가지고, 방사방향을 따라 토출실(41)이 굴곡을 이루며 하나로 연결되어 있다.

밸브플레이트(50)의 토출구(51)를 통해 압축된 유체가 토출실(41)로 배출되어 모이고, 도 1 및 도 3에 도시된 배출홀(43)를 통해 배출되게 된다.

사판식 압축기에 있어서, 압축된 유체를 배출할 때 가장 중요시 되는 것 중의 하나는 맥동의 감소이다. 압축된 유체가 이동할 때 맥동이 크면 진동 및 소음이 상승하여 제품 성능 저하로 이어질 수 있다.

맥동을 감소시키기 위해 종래 사판식 압축기는 여러 형태가 제시되어 있는데, 머플러로 압축된 유체를 모아 맥동을 감소시킨 후 배출하는 구조, 체크밸브를 이용하여 맥동을 감소시킨 후 배출하는 구조 등이 있다.

그런데 최근 고객사의 요구, 원가절감 등의 원인으로 머플러, 체크밸브 등이 제외된 압축기가 필요시되며, 이러한 압축기 구조에서는 토출실에서 바로 압축된 유체가 배출되는 구조이므로, 맥동 저감 효과를 기대하기는 어렵다.

국내특허 공개번호 : 10-2015-0033062 A

본 발명은 상기와 같이 관련 기술분야의 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 압축된 유체가 배출되는 유로의 면적 변화를 통해 맥동을 저감시킬 수 있는 압축기 구조를 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 압축기의 맥동 저감 구조에 관한 것으로, 압축기의 실린더블록에 장착되고, 압축된 유체가 토출되는 토출실을 포함하는 후방하우징과 상기 토출실에 배치되고, 압축된 유체가 배출되는 배출홀 및 상기 배출홀과 연결되고, 압축된 유체가 흐르는 유동공간의 크기 변화로 맥동을 완화하도록 제공되는 맥동완화수단을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 맥동완화수단은, 서로 다른 크기를 가진 복수의 유로가 일체로 연결되어 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 맥동완화수단은, 상기 배출홀과 연결되는 제1 유로 및 상기 제1 유로에 연결되고, 상기 제1 유로의 유동공간보다 큰 유동공간으로 구성되는 제2 유로를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 맥동완화수단은,

유체가 점진적으로 확산되며 유동하도록, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로 사이에 형성되는 제1 테이퍼부를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 맥동완화수단은, 상기 제2 유로에 연결되고, 상기 제2 유로의 유동공간보다 작은 유동공간으로 구성되는 제3 유로를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 맥동완화수단은, 유체가 점진적으로 축소되며 유동되도록, 상기 제2 유로와 상기 제3 유로 사이에 형성되는 제2 테이퍼부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 압축된 유체가 배출되는 유로의 면적을 서로 다르게 하여 피스톤의 압축시마다 발생되는 주기적인 맥동 현상을 차압 완화를 통하여 저감시키게 된다.

이는 궁극적으로 압축기 구동시 소음 및 진동을 개선할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 사판식 압축기의 측단면도.
도 2는 종래 후방하우징에서 압축된 유체의 토출부위를 나타낸 도면.
도 3은 도 2에 도시된 후방하우징에서 배출홀을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명인 압축기 맥동 저감 구조가 배치된 사판식 압축기의 후방하우징을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명 중 맥동완화수단의 일 형태가 장착된 사판식 압축기의 측단면도.
도 6는 본 발명 중 맥동완화수단의 다른 형태를 나타낸 도면.
도 7는 본 발명 중 맥동완화수단의 또 다른 형태를 나타낸 도면.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 압축기의 맥동 저감 구조의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명인 압축기 맥동 저감 구조가 배치된 사판식 압축기의 후방하우징을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명 중 맥동완화수단의 일 형태가 장착된 사판식 압축기의 측단면도이며, 도 6는 본 발명 중 맥동완화수단의 다른 형태를 나타낸 도면이고, 도 7는 본 발명 중 맥동완화수단의 또 다른 형태를 나타낸 도면이다.

우선 도 5를 참고하여 본 발명이 적용되는 사판식 압축기의 기본 형태에 대해 설명하도록 한다. 다만 본 발명이 반드시 이러한 구조에 한정되어 적용되는 것은 아니며, 사판식 압축기에 대한 설명은 본 발명을 이해하는 한도내에서만 유효하다.

도 5를 참고하면, 사판식 압축기(100)에는 압축기(100)의 외관과 골격의 일부를 형성하는 실린더 블럭(200)이 구비된다. 이때, 실린더 블럭(200)의 중앙을 관통하여 센터 보어(210)가 형성되며, 이 센터 보어(210)에는 회전축(600)이 회전 가능하게 설치된다.

센터 보어(210)를 방사상으로 둘러싸도록 복수의 실린더 보어(220)가 실린더 블럭(200)을 관통하여 형성되며, 실린더 보어(220)의 내부에는 피스톤(700)이 직선 왕복 운동 가능하게 설치된다. 이때, 피스톤(700)은 원기둥 형상으로 형성되고, 실린더 보어(220)는 이에 대응되는 원통형의 공간이며, 피스톤(700)의 왕복 운동에 의해 실린더 보어(220) 내의 냉매가 압축된다.

실린더 블럭(200)의 전방에 전방하우징(300)이 결합된다. 전방하우징(300)은 실린더 블럭(200)과의 대향면이 요입되어 실린더 블럭(200)과 함께 내부에 크랭크실(310)을 형성한다.

전방하우징(300)의 전방에는 엔진 등 외부 동력원(미도시)과 연결되는 풀리(320)가 회전 가능하게 설치되며, 풀리(320)의 회전에 연동하여 회전축(600)이 회전하게 된다.

실린더 블럭(200)의 후방에는 후방하우징(400)이 결합된다. 이때, 후방하우징(400)에는 실린더 보어(220)와 선택적으로 연통되게, 후방하우징(400)의 외주 측 가장자리에 인접한 위치를 따라 토출실(410)이 형성된다.

그리고 흡입구는 후방하우징(400) 중앙측 부위에 설치될 수 있으나, 압축기(100)의 종류에 따라 다른 위치도 가능하다. 따라서 반드시 상기 위치에 한정되는 것은 아니다.

이때, 실린더 블럭(200)과 후방하우징(400) 사이에는 밸브플레이트(500)가 개재되며, 토출실(410)은 밸브플레이트(500)에 형성되는 토출구(510)를 통해 실린더 보어(220)와 연통된다.

또한, 회전축(600)에는 사판(610)이 설치되는데, 사판(610)의 테두리를 따라 구비되는 슈(620)에 의해 각각의 피스톤(700)과 연결되며, 사판(610)의 회전에 의해 피스톤(700)은 실린더 보어(220) 내에서 직선 왕복 운동하게 된다.

이때, 압축기(100)의 냉매 토출량이 조절될 수 있도록, 회전축(600)에 대한 사판(610)의 각도가 가변될 수 있게 설치되는데 이를 위해, 토출실(410)과 크랭크실(310)을 연통하는 유로의 개도가 압력조절밸브(미도시)에 의해 조절된다.

상기와 같은 구성의 종래 사판식 압축기는 실린더 블록(200)에 형성된 다수의 실린더 보어(220)가 회전축(600)을 중심으로 방사상으로 이격되게 배치되는 이른 바 방사 대칭의 구조를 이루고 있다.

상기와 같은 구조를 통해 사판(610)이 회전하게 되면, 복수의 피스톤(700)이 운동을 하게 되어 유체를 압축하고, 밸브플레이트(500)의 토출구(510)를 통해 토출실(410) 밀어 내게 된다.

여기서 도 5에 게시된 후방하우징(400)을 살펴보면, 토출실(410)의 일부에 배치되고 압축된 유체가 배출되는 배출홀(430) 및 상기 배출홀(430)과 연결되고, 압축된 유체가 흐르는 유동공간의 크기 변화로 맥동을 완화하도록 제공되는 맥동완화수단(800)이 구성된 것을 확인할 수 있다.

이러한 상기 맥동완화수단(800)은 서로 다른 크기를 가진 복수의 유로가 일체로 연결되어 배치될 수 있다. 즉 압축된 유체가 흐르는 유로의 면적 변화를 통해 유체의 연속방정식에 따라 유체의 속도를 변화시킨다. 유체의 속도가 변화하게 되면, 유체의 파동주파수가 변화하게 되고, 이 경우 엔진의 진동주파수와 일치되는 확률을 저하시킬 수 있어, 결과적으로는 맥동주파수의 저감을 유도할 수 있다.

본 발명에서 상기 맥동완화수단(800)의 일 형태는 도 5에 게시된 것과 같이, 제1 유로(810), 제2 유로(820), 제1 테이퍼부(840) 및 제3 유로(830)를 포함하여 구성될 수 있다.

우선 상기 제1 유로(810)는 상기 배출홀(430)과 연결되어 있으며, 상기 제2 유로(820)는 상기 제1 유로(810)보다 면적이 증가하여 유체의 유동면적이 증가하는 구간일 수 있다. 압축된 유체는 제1 유로(810)에서 제2 유로(820)로 유입되면서 1차적으로 유체의 연속방정식에 따라 속도가 변화하게 된다.

여기서 상기 제1 테이퍼부(840)는 유체가 점진적으로 확산되며 유동하도록, 상기 제1 유로(810)와 상기 제2 유로(820) 사이에 형성될 수 있으며, 이에 의해 유체는 보다 부드럽게 제1 유로(810)의 면적을 따라 확산되는 과정을 겪게 된다. 이는 급작스런 면적 변화를 통해 난류발생 등을 완화하는 기능을 하게 된다.

그리고 상기 제3 유로(830)는 상기 제2 유로(820)에 연결되고, 상기 제2 유로(820)의 유동면적과 동일하거나 또는 작은 유동면적으로 구성될 수 있다. 즉 압축된 유체는 상기 제3 유로(830)에서 면적변화를 통해 유체의 연속방정식에 따라 속도변화를 겪게 되고, 이는 유체의 파동주파수의 변화를 가져온다. 이에 따라 유체의 맥동주파수가 발생할 수 있는 확률은 더욱 낮아지게 된다.

한편 도 6를 참고하면, 상기 맥동완화수단(800)의 다른 형태가 게시되어 있다. 다른 형태에서는 상기 제1 유로(810), 제2 유로(820), 제3 유로(830) 및 제1 테이퍼부(840) 이외에 제2 테이퍼부(850)를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 테이퍼부(850)는 유체가 점진적으로 축소되며 유동되도록 상기 제2 유로(820)와 상기 제3 유로(830) 사이에 형성될 수 있다. 이는 제2 유로(820)의 가장자리와 제3 유로(830) 입구 부위에서의 유체의 흐름 정체 현상을 방지할 수 있다.

즉 상기 제2 테이퍼부(850)가 있음에 따라 물리적인 흐름 저항없이 상기 제2 유로(820)를 흐르는 유체는 제3 유로(830)로 유입될 수 있게 된다.

이제 제3 유로(830)를 통과한 유체는 연통구(860)를 통해 외부로 배출되게 된다.

여기서 도 7에는 상기 맥동완화수단(800)의 또 다른 형태가 게시되어 있는데, 여기서는 제1 유로(810), 제2 유로(820) 및 제1 테이퍼부(840)만이 배치되는 비교적 간단한 구조로 상기 맥동완화수단(800)이 구성된다. 한번의 유동면적 변화를 통해서도 유체의 맥동주파수를 저감하는 목적은 달성할 수 있다.

이상의 사항은 압축기의 맥동 저감 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.

100:압축기
200:실린더블록 210:센터 보어
220:실린더 보어 300:전방하우징
310:크랭크실 320:풀리
400:후방하우징 410:토출실
430:배출홀 500:밸브플레이트
510:토출구 600:회전축
700:피스톤
800:맥동완화수단 810:제1 유로
820:제2 유로 830:제3 유로
840:제1 테이퍼부 850:제2 테이퍼부
860:연통구

Claims

압축기의 실린더블록에 장착되고, 압축된 유체가 토출되는 토출실을 포함하는 후방하우징;
상기 토출실에 배치되고, 압축된 유체가 배출되는 배출홀; 및
상기 배출홀과 연결되고, 압축된 유체가 흐르는 유동공간의 크기 변화로 맥동을 완화하도록 제공되는 맥동완화수단;
을 포함하는 압축기의 맥동 저감 구조.
제1항에 있어서,
상기 맥동완화수단은, 서로 다른 크기를 가진 복수의 유로가 일체로 연결되어 배치되는 것을 특징으로 하는 압축기의 맥동 저감 구조.
제2항에 있어서,
상기 맥동완화수단은,
상기 배출홀과 연결되는 제1 유로; 및
상기 제1 유로에 연결되고, 상기 제1 유로의 유동공간보다 큰 유동공간으로 구성되는 제2 유로;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기의 맥동 저감 구조.
제3항에 있어서,
상기 맥동완화수단은,
유체가 점진적으로 확산되며 유동하도록, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로 사이에 형성되는 제1 테이퍼부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기의 맥동 저감 구조.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 맥동완화수단은,
상기 제2 유로에 연결되고, 상기 제2 유로의 유동공간보다 작은 유동공간으로 구성되는 제3 유로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기의 맥동 저감 구조.
제5항에 있어서,
상기 맥동완화수단은,
유체가 점진적으로 축소되며 유동되도록, 상기 제2 유로와 상기 제3 유로 사이에 형성되는 제2 테이퍼부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기의 맥동 저감 구조.