KR100286837B1 - 로터리 압축기의 공명기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로터리 압축기의 공명기에 관한 것으로서, 특히 저주파수 대역의 소음을 저감함과 동시에 압력맥동 성분의 원활한 유입을 도모하여 실린더 내부의 압축실에서 발생하는 압력맥동에 기인하는 충격 가진력 및 맥동소음의 발생문제를 해결하는 데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 축의 회전에 따라 일정한 편심 궤적을 갖고 회전하면서 냉매를 흡입, 압축, 토출하는 롤러와, 상기 롤러의 작용공간을 이루며 압축 냉매의 토출 통로인 토출구가 구비된 실린더와, 상기 실린더의 상, 하부에서 이를 지지하는 메인 베어링 및 서브 베어링과, 상기 실린더에 구비된 토출구를 개폐하는 토출밸브와, 상기 토출밸브의 상부에 형성되어 냉매의 토출 소음을 줄여주는 머플러와, 냉매의 압축과정에서 발생되는 압력맥동을 완화시키기 위한 공명기로 구성되며, 상기 공명기는 토출구와 연통되어 압력맥동 성분의 유입 통로를 이루는 목부와, 상기 목부를 통해 유입된 압력맥동 성분을 완화시키는 공명부로 구성된 로터리 압축기의 압축기구부에 있어서, 상기 목부에는 상기 실린더의 압축실에서 발생된 압력맥동 성분이 원활하게 유입될 수 있도록 토출구와 연통되는 압력맥동 도입부에 곡면부가 형성되며, 상기 곡면부의 반경과 목부의 직경의 비는 2.5∼3.5 : 1로 구성되고, 상기 목부의 길이와 직경의 비는 1.5∼2.8 : 1로 구성되며, 상기 공명기가 저주파수 대역의 소음에 대응할 수 있도록 토출구 직경과 공명부 직경의 비는 1.2∼1.8 : 1로 구성되고, 상기 공명부의 직경과 높이의 비는 1.0∼2.5 : 1로 구성되며, 상기 목부 길이와 상기 공명부 높이의 비는 0.6∼1.2 : 1로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

로터리 압축기의 공명기{Resonator of a rotary compressor}

본 발명은 로터리 압축기에 관한 것으로서, 특히 저주파수 대역의 소음을 저감함과 동시에 압력맥동의 원활한 유입을 도모하여 실린더 내부의 압축실에서 발생하는 압력맥동에 기인하는 충격 가진력 및 맥동소음의 발생문제를 해결하기 위한 공명기의 구조에 관한 것이다.

일반적인 로터리 압축기는 도 1 에 도시된 바와 같이, 밀폐용기(1) 내에 압축기구부와 이를 구동하는 전동기구부로 구성된다.

상기 전동기구부는 전원이 인가되면 자력을 발생시키는 고정자(2)와, 상기 고정자(2)와의 상호 작용을 통해 발생되는 유도기전력에 의해 회전하는 회전자(3)와, 상기 회전자(3)에 압입되어 회전자(3)의 회전에 따라 회전하는 크랭크축(4)으로 구성된다.

상기 압축기구부는 도 2 와 같이, 상기 크랭크축(4)의 하부에 편심 축설되어 크랭크축(4)의 회전에 따라 일정한 편심궤적을 갖고 회전하면서 냉매를 흡입, 압축, 토출하는 롤러(5)와, 상기 롤러(5)의 작용공간이 되는 실린더(6)와, 상기 실린더(6)의 상, 하부에서 압축기구부를 지지하는 메인 베어링(7) 및 서브 베어링(8)과, 상기 롤러(5)의 회전에 따라 실린더(6)에 형성되어 있는 슬롯(9) 내를 왕복운동하면서 흡입실(10)과 압축실(11)을 분리하는 베인(12)과, 상기 실린더(6)로 흡입 및 토출되는 냉매의 유동 통로를 이루는 흡입구(13) 및 토출구(14)와, 상기 토출구(14)의 상부에 형성되어 토출 소음을 저감하는 머플러(15)로 구성된다.

그리고, 도 3 과 같이 토출유체의 도입부에는 상기 토출구(14)와 연통하여 공명기(16)가 설치되는데, 상기 공명기(16)는 실린더(6)내에서 발생되는 압력맥동의 유입통로 역할을 하는 목부(16a)와, 상기 목부(16a)를 통해 유입된 압력맥동을 완화시키는 공명부(16b)로 구성된다.

이와 같이 구성된 상태에서 축(4)의 회전에 따라 롤러(5)가 일정한 편심궤적을 그리면서 실린더(6) 내주면을 따라 자전 및 공전하기 시작하면 흡입력이 발생하여 냉매가 흡입구(13)를 통해 실린더(6)의 흡입실(10) 내로 유입되고, 상기 롤러(5)가 일정각 이상으로 회전하게 되면 냉매의 압축이 시작되며, 상기 롤러(5)의 회전각이 200˚근방에 왔을 때 압축실(11) 내의 압력이 토출압과 같거나 커지게 되어 토출구(14)의 토출밸브(도면상에 미도시)가 열리고, 압축 냉매의 토출이 이루어지게 된다.

상기 토출구(14)를 통해 토출된 냉매는 메인 베어링(7) 상부의 머플러(15)로 유입되고, 이 머플러(15)는 토출 냉매의 소음을 저감하는 역할을 수행하게 된다.

이때, 상기 실린더(6)의 내부에서 이루어지는 냉매의 압축 및 토출과정에서 발생하는 압력 맥동에 의하여 충격 진동이 발생하고, 이러한 가진력이 압축부 구성요소 부품들의 요동에 의한 진동을 발생시키게 되며, 실린더(6)의 외부로 전파되어 상기 실린더(6)와 용접되어 있는 밀폐용기(1)를 진동시킴으로써 압축기 외부로 소음이 누설된다.

또한, 상기 실린더(6) 내부에서 발생한 냉매의 고주파 압력맥동 성분들이 토출시 압축기 내부 공간으로 급격히 팽창되면서 내부공간의 음향모드를 가진함으로써 압축기 외부로 강한 지향성을 갖는 공명음을 방사하는 소음원으로 작용하게 된다.

도 3 은 이를 해결하기 위해 토출유체의 도입부에 토출구(14)와 연통되어 있는 공명기(16)를 나타낸 것으로서, 상기 공명기(16)는 압축과정에서 발생하는 냉매의 압력맥동을 완화시키고, 토출시 압력맥동이 급격하게 유출되는 것을 방지하여 토출관련 소음 및 진동을 저감시키는 역할을 수행하게 된다.

이때, 상기 공명기의 목부(16a)와 공명부(16b)의 형상에 따라 공명기(16)로서의 소음 저감 작용이 발생하는 주파수 영역이 결정된다.

일반적으로 인간의 청각이 가장 민감하게 반응하는 주파수는 4kHz로 알려져 있으며, 압축실(11) 내부의 고압 냉매가 그 소음원으로 작용하는 것으로 추정된다.

따라서 종래의 공명기(16)에 있어서 주로 고려되는 소음 주파수는 4kHz 부근의 주파수 대역이며, 효율의 저하를 수반하지 않는 범위에서 목표 주파수에 대응하도록 목부(16a)와 공명부(16b)의 사양을 결정하게 된다.

그러나, 이러한 종래의 공명기는 토출구와 통해있는 목부의 압력맥동 도입부가 각진 형상을 이루므로 공명부측으로 유입되는 압력맥동 성분이 이 부위에 충돌하여 와류가 발생되며, 이로 인해 압축냉매의 토출이 원활하지 못하게 될 뿐만 아니라 유동소음이 증가되는 문제점이 있었다.

또한, 최근 압축기의 대형화 추세에 따라 실린더의 압축공간이 증가하고 압축부를 구성하는 부품 및 최종적으로 소음을 방사하는 밀폐용기의 크기가 커지면서 압축기로부터 방사되는 소음의 주요 주파수 성분이 저주파대역으로 이동하는 현상이 나타나게 된다.

이러한 경향에 따라 종래 4kHz 주파수 대역에 주목하여 설계된 공명기를 대형 모델에 적용하는 데에 한계가 발생되며, 압축실의 용적에 따라 적절한 사양의 공명기를 적용하는 것이 요구되었다.

특히, 압축기가 에어컨 세트에 장착되는 경우 4kHz 부근의 고주파 소음 성분에 대해서는 흡차음재 등을 적절히 사용하여 효과를 나타내는 반면 비교적 주파수 대가 낮은 소음 성분에 대해서는 차음효과가 저하되기 때문에 오히려 사용자에게 거슬리는 소음을 유발하는 문제가 발생되었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 제안된 것으로, 실제 사람의 귀에 거슬리는 주요 소음원인 저주파수 대역의 소음성분에 대응할 수 있는 구조의 공명기를 제공함과 동시에 압축실에서 발생된 압력맥동 성분의 공명기측 유입을 원활히 함으로써 압력맥동에 기인하는 충격 가진력 및 맥동소음의 발생문제를 해결하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 축의 회전에 따라 일정한 편심 궤적을 갖고 회전하면서 냉매를 흡입, 압축, 토출하는 롤러와, 상기 롤러의 작용공간을 이루며 압축 냉매의 토출 통로인 토출구가 구비된 실린더와, 상기 실린더의 상, 하부에서 이를 지지하는 메인 베어링 및 서브 베어링과, 상기 실린더에 구비된 토출구를 개폐하는 토출밸브와, 상기 토출밸브의 상부에 형성되어 냉매의 토출 소음을 줄여주는 머플러와, 냉매의 압축과정에서 발생되는 압력맥동을 완화시키기 위한 공명기로 구성되며, 상기 공명기는 토출구와 연통되어 압력맥동 성분의 유입 통로를 이루는 목부와, 상기 목부를 통해 유입된 압력맥동 성분을 완화시키는 공명부로 구성된 로터리 압축기의 압축기구부에 있어서, 상기 목부에는 상기 실린더의 압축실에서 발생된 압력맥동 성분이 원활하게 유입될 수 있도록 토출구와 연통되는 압력맥동 도입부에 곡면부가 형성되며, 상기 곡면부의 반경과 목부의 직경의 비는 2.5~3.5 : 1로 구성되고, 상기 목부의 길이와 직경의 비는 1.5~2.8 : 1로 구성되며, 상기 공명기가 저주파수 대역의 소음에 대응할 수 있도록 토출구 직경과 공명부 직경의 비는 1.2~1.8 : 1로 구성되고, 상기 공명부의 직경과 높이의 비는 1.0~2.5 : 1로 구성되며, 상기 목부 길이와 상기 공명부 높이의 비는 0.6~1.2 : 1로 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1 은 일반적인 로터리 압축기의 구성도.

도 2 는 종래 로터리 압축기의 압축기구부 구성도.

도 3 은 종래 로터리 압축기의 토출계 구성도.

도 4 는 본 발명에 의한 로터리 압축기의 토출계 구성도.

도 5 는 본 발명에 의한 로터리 압축기의 공명기 상세도.

도 6 은 본 발명에 의한 공명기의 소음 저감 특성을 나타낸 그래프.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

101 : 실린더 102 : 토출구

103 : 공명기 103a : 목부

103b : 공명부 103c : 곡면부

이하, 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4 는 본 발명에 의한 로터리 압축기의 압축기구부 구성도로서, 롤러(도면 상에는 도시되지 않음)에 의해 냉매를 흡입, 압축, 토출하는 공간을 이루는 원통형의 실린더(101)와, 상기 실린더(101)에서 압축된 냉매를 토출하기 위한 토출구(102)가 구비되며, 상기 토출구(102)와 연통되어 공명기(103)가 실린더(101) 또는 베어링부(도면상에는 도시되지 않음)에 형성된다.

또한, 도 5 와 같이 상기 공명기(103)는 목부(103a)와 공명부(103b)로 나누어지는데, 상기 목부(103a)는 압력맥동 성분의 유입 통로를 이루며, 상기 공명부(103b)는 목부(103a)를 통해 유입된 압력맥동 성분을 완화시켜 소음을 저감하는 역할을 수행하게 된다.

이때, 상기 공명기(103)는 저주파수 대역(0.5~2.0kHz 대역)의 소음 성분 저감에 주목하여 설계한 것으로, 토출구(102) 직경과 공명부(103b) 직경의 비는 1.2~1.8 : 1로, 상기 공명부(103b)의 직경과 높이의 비는 1.0~2.5 : 1로, 목부(103a) 길이와 상기 공명부(103b) 높이의 비는 0.6~1.2 : 1로, 상기 목부(103a)의 길이와 직경의 비는 1.5~2.8 : 1로 구성하게 된다.

또한, 상기 공명기 목부(103a)의 압력맥동 도입부에는 압력맥동 성분이 그 끝단에 부딪혀 발생되는 와류 현상을 억제하여 압력맥동 성분이 공명부(103b)측으로 원활하게 유입될 수 있도록 상기 공명부(103)측의 목부(103a) 직경보다 토출구(102)측의 곡면부(103c) 반경이 더 크게 형성되며, 이에 따른 소음저감 효과를 최대한 얻기 위해 구체적으로는 곡면부(103c)의 반경과 목부(103a)의 직경의 비가 2.5~3.5 : 1이 되도록 구성한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 의한 공명기는 종래 공명기 설계에 있어서 소음저감 목표 주파수 설정에 따른 문제를 해결하기 위한 것으로, 압축기의 소음 특성에 따른 최대의 소음 저감 효과를 도모하고자 압축실 내부에서 발생하는 저주파 압력맥동 성분에 주목하여 설계한 것이다.

즉, 로터리 압축기의 실린더(101) 내에서 롤러가 실린더(101) 내주면을 편심회전함에 따라 냉매의 압축 및 토출을 반복하는 과정에서 주기적으로 발생하는 저주파수 대역(0.5~2.0kHz)의 소음 성분을 저감하기 위하여 토출구(102) 부근의 베어링면 또는 실린더(101)면에 공명공간을 형성함에 있어, 토출구(102) 직경과 공명부(103b) 직경의 비는 1.2~1.8 : 1로, 상기 공명부(103b)의 직경과 높이의 비는 1.0~2.5 : 1로, 목부(103a) 길이와 상기 공명부(103b) 높이의 비는 0.6~1.2 : 1로, 상기 목부(103a)의 길이와 직경의 비는 1.5~2.8 : 1로 구성함으로써, 종래 고주파수 대역(주로 4kHz 대역)의 소음 저감에만 주력하였던 것과 비교하여 실제 사람의 귀에 거슬리는 주요 소음원인 저주파수 대역(0.5~2.0kHz 대역)의 소음을 용이하게 저감할 수 있어 종래의 소형 로터리 압축기에 적용할 경우에도 최대의 소음 저감능력을 발휘할 수 있으며, 특히 저주파수 대역의 소음이 많이 발생되는 대형 로터리 압축기에 적용이 가능해지게 된다.

또한, 본 발명에 의한 공명기(103)의 목부(103a)에 형성되어 있는 곡면부(103c)는 실린더(101)의 압축실에서 발생된 압력맥동의 와류발생을 억제하여 압력맥동 성분이 공명부(103b)측으로 원활하게 유입되도록 하기 위한 것으로서, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 곡면부(103c)의 반경과 목부(103a)의 직경 비에 따라 공명기의 소음 저감 특성이 변하게 되며, 가장 효과적인 소음 저감 특성을 발휘하기 위하여 곡면부의 변경과 목부의 직경의 비를 2.5 ~ 3.5 : 1로 구성하게 된 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 실제 사람의 귀에 거슬리는 주요 소음 원인 저주파수 대역(0.5~2.0kHz 대역)의 소음에 주목하여 공명기를 설계함으로써 종래의 소형 로터리 압축기에 적용할 경우에도 최대의 소음 저감능력을 발휘할 수 있으며, 특히 저주파수 대역의 소음이 많이 발생되는 대형 로터리 압축기에 적용이 가능해지는 효과가 있다.

또한, 압력맥동 성분의 유입통로를 이루는 공명기의 목부에 곡면부를 형성함으로써 압력맥동 성분의 와류를 억제하게 되어 압축냉매의 원활한 유입을 도모함과 동시에 소음 저감 특성을 최대한 발휘할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 축의 회전에 따라 일정한 편심 궤적을 갖고 회전하면서 냉매를 흡입, 압축, 토출하는 롤러와, 상기 롤러의 작용공간을 이루며 압축 냉매의 토출 통로인 토출구가 구비된 실린더와, 상기 실린더의 상, 하부에서 이를 지지하는 메인 베어링 및 서브 베어링과, 상기 실린더에 구비된 토출구를 개폐하는 토출밸브와, 상기 토출밸브의 상부에 형성되어 냉매의 토출 소음을 줄여주는 머플러와, 냉매의 압축과정에서 발생되는 압력맥동을 완화시키기 위한 공명기로 구성되며, 상기 공명기는 토출구와 연통되어 압력맥동 성분의 유입 통로를 이루는 목부와, 상기 목부를 통해 유입된 압력맥동 성분을 완화시키는 공명부로 구성된 로터리 압축기의 압축기구부에 있어서, 상기 목부에는 상기 실린더의 압축실에서 발생된 압력맥동 성분이 원활하게 유입될 수 있도록 토출구와 연통되는 압력맥동 도입부에 곡면부가 형성되며, 상기 곡면부의 반경과 목부의 직경의 비는 2.5~3.5 : 1로 구성되고, 상기 목부의 길이와 직경의 비는 1.5~2.8 : 1로 구성되며, 상기 공명기가 저주파수 대역의 소음에 대응할 수 있도록 토출구 직경과 공명부 직경의 비는 1.2~1.8 : 1로 구성되고, 상기 공명부의 직경과 높이의 비는 1.0~2.5 : 1로 구성되며, 상기 목부 길이와 상기 공명부 높이의 비는 0.6~1.2 : 1로 구성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기의 공명기.