KR100983330B1 - 맥동압 저감구조를 가지는 사판식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 맥동압 저감구조를 가지는 사판식 압축기에 관한 것으로, 냉매의 토출시 발생되는 맥동압을 내부에서 저감시켜 압축기의 소형화를 목적으로 한다.

개시된 본 발명에 따른 맥동압 저감구조를 가지는 사판식 압축기는, 한 쌍의 실린더(1,1)와, 이 실린더 내부에 구동축(2)을 통해 설치되는 사판(3)과, 상기 사판의 주연부에 설치되는 다수 개의 피스톤(4)과, 상기 사판의 회전에 따라 상기 피스톤이 왕복운동하면서 냉매를 흡입. 압축할 수 있도록 상기 실린더 외측에 설치되는 밸브유니트(5)와, 이들 부품들을 내부에 수용하며 서로 결합되는 프런트 하우징(6) 및 리어 하우징(7)을 포함한다. 상기 프런트/리어 하우징에는 고압실(61,71)이 각각 형성되며, 상기 리어 하우징의 고압실에는 토출관(72)이 직상방으로 형성되고, 이 토출관의 상측에는 상기 프런트 하우징의 고압실에서 배출된 냉매와 상기 리어 하우징의 고압실에서 배출된 냉매가 합류되면서 토출되는 머플러실(73)이 형성된다. 이에 의하여, 프런트/리어 하우징에서 각각 압축된 냉매가 리어 하우징 내부의 머플러실에서 합류되면서 토출 맥동압이 감쇄된다.

압축기, 사판, 하우징, 토출관, 소음, 머플러

Description

맥동압 저감구조를 가지는 사판식 압축기{COMPRESSOR HAVING STRUCTURE TO REDUCE PULSATION PRESSURE}

도 1은 일반적인 사판식 압축기의 측단면도.

도 2는 종래 기술에 따른 사판식 압축기의 프런트 하우징 배면도.

도 3은 종래 기술에 따른 사판식 압축기의 리어 하우징 정면도.

도 4는 본 발명에 따른 맥동압 저감구조를 가지는 사판식 압축기에 적용된 프런트 하우징 정면도.

도 5는 본 발명에 따른 맥동압 저감구조를 가지는 사판식 압축기에 적용된 리어 하우징 정면도.

도 6은 압축기 회전수에 따른 종래 압축기와 본 발명에 따른 압축기의 맥동압을 비교한 그래프.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 실린더 2 : 구동축

3 : 사판 4 : 피스톤

5 : 밸브유니트 6 : 프런트 하우징

61,71 : 고압실 7 : 리어 하우징

72 : 토출관 73 : 머플러실

74 : 토출공

본 발명은 맥동압 저감구조를 가지는 사판식 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉매의 토출시 발생되는 맥동압을 내부에서 저감시킬 수 있도록 함으로써 압축기의 소형화를 꾀할 수 있는 맥동압 저감구조를 가지는 사판식 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 자동차용 공기조화장치에서 냉방시스템을 구성하는 압축기는, 풀리를 통하여 엔진으로부터 동력을 전자클러치의 단속작용에 의하여 선택적으로 전달받아 증발기에서 열교환된 기상 냉매를 액화하기 쉬운 고온고압의 상태로 압축하여 응축기로 토출하는 장치이다.

이러한 압축기는 냉매 압축방식과 압축구조에 따라 크게 왕복식 및 회전식 압축기로 분류된다. 그리고, 다시 왕복식 압축기는 크랭크식과 사판식 그리고 워블 플레이트식 압축기로 세분되고, 회전식 압축기는 메인 로터리식과 스크롤식 압축기 등으로 세분된다.

이상의 압축기 분류에 있어서, 왕복식으로 분류되는 사판식 압축기는, 엔진의 동력을 전달받는 구동축에 경사지게 축설된 디스크 형상의 사판이 구동축에 의해 회전하고, 이 사판의 회전에 의하여 사판의 둘레를 따라 슈를 개재하여 결합된 다수의 피스톤들이 실린더에 형성된 다수의 보어 내부에서 직선왕복 운동함으로써 증발기에서 기화된 저압의 냉매를 흡입, 압축하여 배출하도록 구성된다. 이러한 사판식 압축기는 다시 피스톤 가압 형식에 따라 피스톤의 일면만을 냉매 가압면으로 사용하는 편두 피스톤식 압축기와 피스톤의 양면을 가압면으로 사용하는 양두 피스톤식 압축기로 나뉜다.

사판식 압축기 중 일반적으로 많이 채용되는 양두 피스톤식 압축기의 구성을 살펴보면, 도 1에서 보이는 바와 같이, 한 쌍의 실린더(1,1) 내부에 구동축(2)이 고정된 사판(3)이 조립되고, 이 사판(3)의 주연부에 다수 개의 피스톤(4)이 설치되며, 사판(3)의 회전에 따라 피스톤(4)이 왕복운동하면서 냉매를 흡입/압축할 수 있도록 밸브유니트(5,5)가 각각의 실린더(1,1) 외측에 조립되고, 이들 부품들을 내부에 수용하여 보호할 수 있도록 프런트 하우징(6)과 리어 하우징(7)이 서로 조립될 수 있다.

상기한 바와 같이 구성된 사판식 압축기에 있어서, 냉매의 흡입, 압축 및 토출과정을 살펴보면, 동력원으로부터 동력을 전달받아 구동축(2)이 회전하면 구동축(2)과 함께 경사진 상태로 회전하는 사판(3)의 위상변화에 의하여 양두 피스톤(4)들이 전후진한다. 이 양두 피스톤(4)들의 전후진 중 피스톤(4)들의 흡입행정시에는 저압이 작용하여 밸브유니트(5)에 의해 각각의 실린더 보어에 냉매가 흡입 된다.

상기 각각의 실린더 보어에 흡입된 냉매는 양두 피스톤(4)의 압축행정에 의해 압축된다. 그리고, 프런트 하우징(6)측 실린더에서 압축된 냉매는 프런트 하우징(6)으로 배출된 후 소정의 유로를 통해 리어 하우징(7)으로 이송되어 리어 하우징(7)측 실린더에서 압축되어 리어 하우징(7)으로 배출된 냉매와 합류된 후 압축기 외부로 토출된다.

이들 압축된 냉매를 외부로 토출하기 위한 유로의 구성과 이들의 작용을 좀더 자세히 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이, 프런트 하우징(6)의 내측벽 중앙에 압축된 냉매를 저장할 수 있도록 고압실(6a)이 별도로 구비되고, 도 3에서 보이는 바와 같이, 상기 리어 하우징(7)의 내측벽 중앙에는 프런트 하우징(6)과 마찬가지로 고압실(7a)이 구비되고, 이 압축된 냉매를 구멍을 통해 외부로 토출 안내하는 토출관(7b)이 상기 고압실(7a) 외측을 따라 곡선형으로 연장되어 토출실(7c)과 연결될 수 있고, 이 토출실(7c)은 리어 하우징(7) 외부로 통한다.

도 1에서 보이는 바와 같이, 프런트 하우징(6)의 고압실(6a)의 냉매를 리어 하우징(7)의 토출실(7c)로 안내할 수 있도록 상기 각 실린더(1,1)에는 동일선상에 형성되어 서로 연결되는 유도공(1a,1a)이 각각 형성되어 있다.

이에 따라 사판(3)이 고속으로 회전하면 다수 개의 피스톤(4)이 순차적으로 전후방으로 왕복이동하면서 실린더(1,1)에 냉매를 흡입하여 압축하고, 이 압축된 냉매는 프런트 하우징(6)과 리어 하우징(7)의 고압실(6a,7a)로 배출된다. 한편, 프런트 하우징(6)의 고압실(6a)로 배출된 냉매는 프런트 밸브유니트(5), 상기 실린더(1,1)들의 유도공(1a,1a), 리어 밸브유니트(5)를 통해 리어 하우징(7)의 토출실(7c)로 유동하고, 또한 리어 하우징(7)으로 배출된 냉매도 상기 토출관(7b)을 통해 토출실(7c)로 유동한다. 따라서, 이들 냉매는 상기 토출실(7c)에서 합류된 상태로 토출공(7d)(도 3에 도시됨)을 통해 외부로 토출된다.

이와 같은 과정으로 냉매를 흡입/압축하여 배출하는 사판식 압축기는, 상술한 바와 같이, 일정한 간격을 갖고 주기적으로 이루어지는 피스톤(4)들의 직선왕복운동에 의해 냉매를 압축하기 때문에, 냉매가 실린더 보어로부터 토출실(7c)을 거쳐 토출공(7d)을 통하여 배출되는 과정에서 냉매유동이 각 피스톤(4)들에 의해 이루어지는 냉매토출주기와 같은 주기를 갖는 맥동압을 필연적으로 수반하여 그 맥동압에 의한 구동소음을 발생하는 문제점을 가지고 있다.

이 맥동압에 의한 소음의 문제를 해소하기 위하여, 주로 프런트 및/또는 리어 하우징의 외부에 설치되는 외장형 머플러가 사용되고 있다.

그러나, 이 머플러는 압축기 하우징의 상측 외부에 형성되어 압축기 패키지의 대형화와 중량 증가를 초래하고, 장착시 주변장치와 간섭이 발생되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 냉매의 토출시 맥동압을 줄이고, 압축기의 소형화를 꾀할 수 있는 맥동압 저감구조를 가지는 사판식 압축기를 제공하려는데 그 목적이 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 맥동압 저감구조를 가지는 사판식 압축기는,한 쌍의 실린더 사이에 구동축에 의해 회전되도록 설치된 사판과, 이 사판의 주연부에 설치되는 복수 개의 피스톤과, 상기 사판의 회전으로 왕복운동하게 되는 상기 피스톤이 냉매를 흡입, 압축할 수 있도록 상기 실린더의 외측에서 냉매의 흡입/토출을 안내하는 밸브유니트와, 이들 부품들을 내부에 수용하여 보호할 수 있도록 서로 조립되는 프런트 하우징 및 리어 하우징을 포함하여 이루어지고; 상기 각 실린더에서 배출되는 냉매가 저장되도록 상기 프런트/리어 하우징에 각각 고압실이 형성되며; 상기 각 실린더에 상기 프런트 하우징의 고압실 냉매를 상기 리어 하우징으로 유도하는 유도공이 서로 연통하도록 형성되고; 상기 리어 하우징의 고압실에는 토출관이 직상방으로 형성되고; 그리고, 상기 리어 하우징의 토출관 출구와 상기 리어 하우징 외주면의 토출공 사이에, 상기 토출관과 상기 유도공의 각 출구에 대하여 상기 리어 하우징의 원주방향으로 확장된 단면을 갖도록 형성되어, 상기 토출관과 유도공으로부터 상기 토출공으로 토출되는 냉매의 맥동압을 감쇄시키는 머플러실이 포함된 맥동압 저감구조를 구비하여 이루어진 것;을 특징으로 하는 맥동압 저감구조를 가지는 압축기.

위와 같은 구성에 있어서, 상기 머플러실의 단면적은 상기 토출관 단면적의 7∼15 배인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 맥동압 저감구조에는, 상기 프런트 하우징의 고압실 출구와 상 기 유도공 입구 사이에, 상기 고압실의 출구에 대하여 상기 프런트 하우징 원주방향으로 확장된 단면적을 갖도록 형성되어, 상기 고압실에서 상기 유도공으로 토출되는 냉매의 맥동압을 감쇄시키는 머플러실이 더 포함될 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 맥동압 저감구조를 가지는 압축기는, 한 쌍의 실린더(1,1) 내부에 구동축(2)을 통해 설치된 사판(3)과, 이 사판(3)의 주연부에 설치되는 다수 개의 피스톤(4)과, 사판(3)의 회전에 따라 피스톤(4)이 왕복운동하면서 냉매를 흡입. 압축할 수 있도록 실린더(1,1)의 외측에 각각 설치되어 냉매의 흡입/토출을 안내하는 밸브유니트(5,5)와, 이들 부품들을 내부에 수용하여 보호할 수 있도록 서로 조립되는 프런트 하우징(6) 및 리어 하우징(7)을 포함하여 이루어진다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 사판식 압축기는, 경사지게 배치된 사판(3)이 1 회전 할 때마다 사판(3) 둘레에 위치한 피스톤(4)이 전후방으로 왕복 이동하면서 한 번의 흡입/압축 사이클을 완료하게 된다. 이는 사판(3)이 경사지게 구성됨에 따라 상기 피스톤(4) 중 일부는 프런트 하우징(6)쪽으로 다른 일부는 리어 하우징(7)쪽으로 순차적으로 이동하면서 실린더(1,1)에 냉매를 흡입하고 이 흡 입된 냉매를 압축하여 하우징(6,7) 내측벽에 구비된 고압실(61,71)로 냉매를 배출하게 된다. 그리고, 프런트 하우징(6)에 배출된 냉매는 소정의 유로를 통해 리어 하우징(7)으로 이송되어 리어 하우징(7)에서 배출된 냉매와 혼합되면서 압축기 외부로 토출된다.

이들 압축된 냉매를 외부로 토출하기 위한 유로의 구성과 이들의 작용을 좀더 자세히 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이, 프런트 하우징(6)의 내측벽 중앙에 냉매를 저장할 수 있도록 고압실(61)이 별도로 구비될 수 있다.

실린더(1,1)에는 프런트 하우징(6)의 고압실(61)에 저장된 냉매가 리어 하우징(7)으로 이송되도록 안내하는 유도공(1a,1a)이 형성될 수 있다.

도 5에 나타난 바와 같이, 리어 하우징(7)의 내측벽 중앙에 소정 두께를 가지고 대략 원형상의 폐곡선형상으로 돌출되는 격벽을 경계로 하여 그 내부에 피스톤(도 1의 부호 4 참조)의 압축작용에 의해 리어 하우징(7)으로 배출된 냉매를 저장할 수 있도록 고압실(71)이 구비되고, 이 고압실(71)의 냉매를 외부로 토출할 수 있도록 격벽을 통하여 고압실(71)쪽으로 직선형 토출관(72)이 형성된다.

토출관(72)의 출구측에는 프런트 하우징(6)으로부터 유도공(도 1의 부호 1a,1a 참조)을 따라 이동하는 냉매와 리어 하우징(7)의 토출관(72)을 통해 이동하는 냉매를 합류시켜 외주면의 토출공(74)으로 유도하면서 맥동압을 저감시킬 수 있는 머플러실(73)이 토출관(72)의 출구 주위에서 원주방향의 양측으로 확장된 형상으로 형성된다. 머플러실(73)의 단면적(리어 하우징(7)의 전방에서 본 단면적)은 토출관(72)의 단면적의 7∼15 배 정도가 적당하며, 7 배 미만이 되면 맥동압 감쇄 효율이 떨어지고 15 배를 초과하면 리어 하우징(7) 내 냉매 흡입실의 영역이 지나치게 축소되어 압축효율이 떨어지므로 바람직하지 않다.

머플러실(73)에서 합류되는 냉매들은 머플러실(73)에서 토출 맥동압이 저감된 후, 토출공(74)을 통해 외부로 토출되도록 구성된다.

도 5에서 보이는 바와 같이, 이 토출관(72)은 머플러실(73)의 직하방에서부터 고압실(71) 중앙 가까이에 위치되도록 그 일부가 구동축(도 1의 부호 2 참조)과 대응되도록 리어 하우징(7)의 중앙에 형성된 보스의 일부를 관통하여 그 하단부가 고압실(71) 중심의 소정 위치 이하까지 연장될 수 있다. 이 토출관(72) 하단지점은 사판(3)의 회전수와 맥동압 그리고 프런트 하우징(6)의 냉매토출압력을 고려하여 결정되는 데, 그 하단지점은 고압실(71) 최하단부(A)에서 토출관(72) 입구까지의 길이를 L로 정의하여 상기 최하단부에서부터의 약 50 % 상향지점이 가장 이상적임을 실험결과 알 수 있었다. 이 지점은 프런트 하우징(6)의 고압실(61)에서 토출되는 맥동압과 리어 하우징(7)의 고압실(71)에서 토출되는 맥동압이 서로 중첩되는 지점이 된다.

머플러실(73)은 프런트 하우징(6)과 리어 하우징(7)에서 각각 압축되어 토출된 냉매들이 합류되는 곳으로, 합류된 냉매의 토출압력이 머플러실(73)에서 감쇄되어 전체적인 토출압력이 떨어지게 된다.

한편, 프런트 하우징(6)에도 위 리어 하우징(7)의 머플러실과 유사한 구조를 가지고 동일한 기능을 수행할 수 있는 머플러실(63)이 형성된다. 이 머플러실(63)은 도 5에 도시된 바와 같이 리어 하우징(7)의 머플러실(73)로 통하는 유입공(1a) 의 입구측에 원주방향으로 확장된 형태로 형성된다. 이에, 리어 하우징(7)의 머플러실(73)과 마찬가지로 냉매 유동하는 방향에 대하여 횡방향으로 확장된 단면적을 가지고 프런트 하우징(6)의 고압실(61)에서 유도공(1a)측으로 토출되는 냉매의 맥동압을 리어 프런트(7)측으로 이송되기에 앞서 1 차 감쇄시킴으로써 리어 하우징(7) 머플러실(73)의 맥동압 감쇄효율을 더욱 높일 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 맥동압 저감구조를 가지는 사판식 압축기의 작용을 도 1과 도 4, 5를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

사판(3)이 고속으로 회전하게 되면 다수 개의 피스톤(4)이 전후방으로 왕복 이동하면서 실린더(1,1)에 흡입되는 냉매를 압축하여 프런트 하우징(6)의 고압실(61)에 배출된 냉매는 머플러실(63)에서 맥동압이 1 차 저감된 후 상기 실린더(1,1)들의 유도공(1a,1a)을 통해 리어 하우징(7)의 머플러실(73)로 이송되며, 또한 리어 하우징(7)에 배출된 냉매도 상기 토출관(72)을 통해 머플러실(73)로 이송된다. 이어 냉매는 유도공(1a) 및 토출관(72)보다 큰 단면적을 가지는 머플러실(73)에 유입되면서 그 맥동압력이 감쇄된 후, 토출공(74)을 통해 외부로 토출된다.

도 6은 압축기 회전수에 따른 맥동압을 보인 그래프로, 이 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 하우징(6,7) 내부에 머플러실(63,73)이 형성된 본 발명의 압축기와 내장형 머플러실이 구비되지 않은 종래 압축기는 맥동압에서 큰 차이가 있음을 알 수 있다. (A : 본 발명에 따른 맥동압 곡선, B : 종래 기술에 따른 맥동압 곡선)

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 맥동압 저감구조를 가지는 사판식 압축기에 의하면, 프런트 하우징과 리어 하우징에서 각각 배출된 냉매가 리어 하우징의 내부에 구성된 머플러실에 유입되면서 토출 맥동압이 감쇄됨으로써 그에 따른 소음을 줄일 수 있다.

그리고, 머플러실이 리어 하우징의 내부에 구성되어 있기 때문에 하우징의 구조가 심플해지는 등의 효과가 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (3)

1. 한 쌍의 실린더(1,1) 사이에 구동축(2)에 의해 회전되도록 설치된 사판(3)과, 이 사판의 주연부에 설치되는 복수 개의 피스톤(4)과, 상기 사판의 회전으로 왕복운동하게 되는 상기 피스톤이 냉매를 흡입, 압축할 수 있도록 상기 실린더의 외측에서 냉매의 흡입/토출을 안내하는 밸브유니트(5,5)와, 이들 부품들을 내부에 수용하여 보호할 수 있도록 서로 조립되는 프런트 하우징(6) 및 리어 하우징(7)을 포함하여 이루어지고;

   상기 각 실린더에서 배출되는 냉매가 저장되도록 상기 프런트/리어 하우징에 각각 고압실(61,71)이 형성되며;

   상기 각 실린더에 상기 프런트 하우징의 고압실 냉매를 상기 리어 하우징으로 유도하는 유도공(1a,1a)이 서로 연통하도록 형성되고;

   상기 리어 하우징의 고압실에는 토출관(72)이 직상방으로 형성되고;

   상기 리어 하우징의 토출관(72) 출구와 상기 리어 하우징 외주면의 토출공(74) 사이에, 상기 토출관과 유도공으로부터 상기 토출공으로 토출되는 냉매의 맥동압을 감쇄시키기 위하여, 상기 토출관과 상기 유도공(1a)의 각 출구에 대하여 상기 리어 하우징의 원주방향으로 확장된 단면을 갖도록 형성된, 상기 토출관(72) 단면적의 7~15배의 단면적을 갖는 머플러실(73)이 포함되고, 그리고

   상기 프런트 하우징(6)의 고압실(61) 출구와 상기 유도공(1a) 입구 사이에, 냉매 맥동압을 감쇄시키기 위하여, 상기 프런트 하우징의 고압실(61)의 출구에 대하여 상기 프런트 하우징 원주방향으로 확장된 단면적을 갖도록 형성된 머플러실(63)을 포함되어 된 맥동압 저감구조를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 맥동압 저감구조를 가지는 압축기.
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