KR20100046599A

KR20100046599A - 코일스프링 및 이를 적용한 밀폐형 압축기 및 이를 구비한 냉동기기

Info

Publication number: KR20100046599A
Application number: KR1020080105508A
Authority: KR
Inventors: 기성현; 강정환; 박성호; 이수석; 노기원
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2008-10-27
Publication date: 2010-05-07
Also published as: KR101484539B1

Abstract

본 발명은 코일스프링 및 이를 적용한 밀폐형 압축기 및 이를 구비한 냉동기기에 관한 것이다. 본 발명은, 압축기본체를 지지스프링의 내주면 또는 외주면에 접촉되도록 완충재질로 된 방진부재를 설치함으로써, 상기 압축기본체에서 지지스프링으로 전달되는 진동이 상기 방진부재에 의해 흡수되면서 감쇠되어 압축기 및 이를 적용한 냉동기기의 진동소음을 크게 줄일 수 있다.

압축기, 스프링,댐핑

Description

코일스프링 및 이를 적용한 밀폐형 압축기 및 이를 구비한 냉동기기{COIL SPRING AND HERMETIC COMPRESSOR HAVING THE SAME AND REFRIGERATOR HAVING THE SAME}

본 발명은 코일스프링 및 이를 적용한 밀폐형 압축기 및 이를 구비한 냉동기기에 관한 것으로, 특히 밀폐형 압축기의 케이싱에 압축기본체를 지지하는 코일스프링의 진동을 감쇠시키는 기술에 관한 것이다.

일반적으로 밀폐형 압축기는 밀폐된 케이싱의 내부공간에 전동부와 압축부가 함께 설치되어 전동부의 동력으로 압축부가 작동하면서 냉매를 압축하도록 구성된다. 압축기의 종류에 따라서는 상기 전동부와 압축부가 케이싱의 내부공간에 고정 설치될 수도 있고, 경우에 따라서는 스프링을 이용하여 탄력적으로 지지되도록 설치될 수도 있다.

후자의 경우로 왕복동식 압축기를 들 수 있다. 상기 왕복동식 압축기는 피스톤이 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 흡입 압축하여 토출하는 방식이다. 상기 왕복동식 압축기는 피스톤의 구동방식에 따라 연결형과 진동형으로 구분할 수 있다. 상기 연결형 왕복동식 압축기는 상기 피스톤이 회전모터의 회전축에 컨넥팅 로드로 연결되어 실린더에서 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 방식이다. 반면, 상기 진동형 왕복동식 압축기는 상기 피스톤이 왕복동모터의 가동자에 연결되어 진동하면서 실린더에서 왕복운동을 하여 냉매를 압축하는 방식이다. 이하에서는 진동형 왕복동식 압축기를 예로 들어 살펴본다.

상기 왕복동식 압축기는 밀폐된 케이싱의 내부공간에 구비되고 피스톤이 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 압축기본체와, 상기 압축기본체를 상기 케이싱에 대해 탄력 지지하는 복수 개의 지지스프링으로 이루어져 있다. 상기 지지스프링은 각각의 지지스프링들이 한 개의 코일스프링으로 된 일체형 압축코일스프링으로 이루어지거나 또는 복수 개의 코일스프링이 연결부재에 의해 연결되는 관절형 압축코일스프링으로 이루어져 있다.

상기와 같은 왕복동식 압축기에 있어서는, 상기 압축기본체가 냉매를 압축하는 과정에서 종방향 진동과 횡방향 진동이 함께 발생되고, 이 종방향 진동과 횡방향 진동은 상기 지지스프링에 의해 탄력적으로 완충되면서 감쇠되어 상기 압축기본체는 안정적으로 일을 할 수 있다.

그러나, 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기에서는, 상기 압축기본체에서 발생되는 진동이 상기 지지스프링에서 완충되면서 감쇠되고는 있지만 상기 코일스프링을 통해 일정량의 진동이 케이싱에 그대로 전달되는 동시에 상기 코일스프링에서의 2차 진동이 케이싱에 전달되므로 압축기의 전체 진동을 감쇠시키는데 한계가 있었다. 특히, 상기 지지스프링은 종방향으로 탄성력을 가지는 압축코일스프링인데 반해 상기 압축기본체는 주로 횡방향으로 진동함에 따라 상기 지지스프링은 증폭과 감쇠를 반복하는 과정에서 지지스프링의 공진주파수와 압축기본체에서의 진동주파수가 일치하는 시점이 발생되고 이 시점에서 진폭이 크게 증폭되어 진동 소음이 가중되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기가 가지는 문제점을 해결한 것으로, 상기 지지스프링의 적정 강성은 유지하면서도 횡변형에 의한 진동을 감쇠시킬 수 있는 코일스프링 및 이를 적용한 왕복동식 압축기 및 이를 구비한 냉동기기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 이웃하는 선재 사이가 서로 이격되는 유효권부를 갖도록 상기 선재가 종방향을 따라 나선형으로 감기며, 상기 유효권부에는 횡방향 탄성을 갖는 완충물질(damping material)이 상기 유효권부의 표면과 접촉되도록 구비되는 코일스프링이 제공된다.

또, 밀폐된 내부공간을 갖는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 설치되어 구동력을 발생하는 구동모터; 상기 구동모터에 결합되어 작동하면서 냉매를 압축하는 압축유닛; 및 상기 구동모터와 압축유닛을 상기 케이싱에 대해 탄력 지지하도록 코일스프링으로 이루어지고, 그 코일스프링을 이루는 이웃하는 선재들 사이가 이격되어 유효권부를 갖는 복수 개의 지지스프링;을 포함하고, 상기 지지스프링은 적어도 횡방향 탄성을 갖는 완충물질(damping material)로 된 방진부재가 상기 유효권부의 내주면 또는 외주면에 접촉되도록 설치되는 밀폐형 압축기가 제공된다.

또, 압축기; 상기 압축기의 토출측에 연결되는 응축기; 상기 응축기에 연결되는 팽창기; 및 상기 팽창기에 연결되고 상기 압축기의 흡입측에 연결되는 증발 기;를 포함하고, 상기 압축기는 코일스프링에 의해 압축유닛이 지지되고 그 코일스프링은 유효권부에 완충물질이 접촉되도록 설치되는 냉동기기가 제공된다.

본 발명에 의한 코일스프링 및 이를 구비한 왕복동식 압축기 및 이를 적용한 냉동기기는, 상기 압축기본체를 지지스프링의 내주면 또는 외주면에 접촉되도록 방진부재를 설치함으로써, 상기 압축기본체에서 지지스프링으로 전달되는 진동이 상기 방진부재에 의해 흡수되면서 감쇠되어 압축기 및 이를 적용한 냉동기기의 진동소음을 크게 줄일 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 코일스프링 및 이를 구비한 왕복동식 압축기 및 이를 적용한 냉동기기를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 가스흡입관(SP)과 가스토출관(DP)이 연통되는 케이싱(100)과, 상기 케이싱(100)의 내부에 탄력 지지되는 프레임유닛(200)과, 상기 프레임유닛(200)에 지지되어 후술할 가동자(330)가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터(300)와, 상기 왕복동모터(300)의 가동자(330)에 후술할 피스톤(420)이 결합되어 상기 프레임유닛(200)으로 지지되는 압축유닛(400)과, 상기 왕복동모터(300)의 가동자(330)와 상기 압축유닛(400)의 피스톤(420)을 운동방향으로 탄력 지지하여 공진운동을 유도하는 복수 개의 공진유닛(500)을 포함한다.

상기 케이싱(100)은 상기 프레임유닛(200), 왕복동모터(300), 압축유닛(400) 그리고 공진유닛(500)으로 이루어지는 압축기본체를 수용하는 하부캡(110)과, 상기 하부캡(110)의 상측 개구부를 복개하여 밀폐공간을 형성하는 상부캡(120)으로 이루어진다. 상기 하부캡(110)의 후방측에는 상기 가스흡입관(SP)과 가스토출관(DP)이 관통 결합되고, 상기 가스토출관(DP)은 루프파이프(RP)에 의해 상기 압축유닛(400)의 토출커버(460)와 연결된다.

상기 프레임유닛(200)은 상기 압축유닛(400)이 지지되고 상기 왕복동모터(300)의 전방측을 지지하는 제1 프레임(210)과, 상기 제1 프레임(210)에 결합되어 상기 왕복동모터(300)의 후방측을 지지하는 제2 프레임(220)과, 상기 제2 프레임(220)에 결합되어 후술할 복수 개의 제2 공진스프링들(530)을 지지하는 제3 프레임(230)으로 이루어진다. 그리고 상기 프레임유닛(200)은 그 전후 양측, 즉 평면투영시 4군데에서 각각 압축코일스프링으로 된 복수 개의 지지스프링들(720)에 의해 상기 하부캡(110)의 바닥면에 탄력 지지된다.

상기 왕복동모터(300)는 상기 제1 프레임(210)과 제2 프레임(220) 사이에 지지되고 코일(311)이 권선되는 외측고정자(310)와, 상기 외측고정자(310)의 안쪽에 일정 간격을 두고 결합되어 후술할 제1 실린더부(470)에 삽입 설치되는 내측고정자(320)와, 상기 외측고정자(310)의 코일(311)에 대응되도록 자석(331)이 구비되어 상기 외측고정자(310)와 내측고정자(320) 사이에서 자속 방향을 따라 직선으로 왕복운동을 하는 가동자(330)로 이루어진다. 상기 외측고정자(310)와 내측고정자(320)는 다수 장의 얇은 스테이터코어를 낱장씩 원통형으로 적층하거나 또는 다수 장의 얇은 스테이터코어를 블록모양으로 적층하여 그 스테이터블록을 방사상으 로 적층하여 이루어진다.

상기 압축유닛(400)은 상기 제1 프레임(210)에 고정되는 실린더(410)와, 상기 왕복동모터(300)의 가동자(330)에 결합되어 상기 실린더(410)의 압축공간(P)에서 왕복운동을 하는 피스톤(420)과, 상기 피스톤(420)의 선단에 장착되어 그 피스톤(420)의 흡입유로(421)를 개폐하면서 냉매가스의 흡입을 조절하는 흡입밸브(430)와, 상기 실린더(410)의 토출측에 장착되어 상기 실린더(410)의 압축공간(P)을 개폐하면서 압축가스의 토출을 조절하는 토출밸브(440)와, 상기 토출밸브(440)를 탄력적으로 지지하는 밸브스프링(450)과, 상기 토출밸브(440)와 밸브스프링(450)을 수용하도록 상기 실린더(410)의 토출측에서 상기 제1 프레임(210)에 고정되는 토출커버(460)로 이루어진다. 상기 토출커버(460)의 일측에는 루프파이프(RP)가 연통되도록 연결되고, 그 루프파이프(RP)는 상기 가스토출관(DP)에 연결 설치된다.

상기 공진유닛(500)은 상기 가동자(330)와 피스톤(420)의 연결부에 결합되는 스프링서포터(510)와, 상기 스프링서포터(510)의 전방측에 지지되는 제1 공진스프링들(520)과, 상기 스프링서포터(510)의 후방측에 지지되는 제2 공진스프링들(530)로 이루어진다.

상기와 같은 본 발명에 의한 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 왕복동모터(300)에 전원이 인가되어 상기 외측고정자(310)와 내측고정자(320)의 사이에 자속이 형성되면, 상기 외측고정자(310)와 내측고정자(320) 사이의 공극에 놓인 상기 가동자(330)가 자속의 방향을 따라 움직이면서 상기 공진유닛(500)에 의해 지속적으로 왕복운동을 하게 된다. 그리고 상기 피스톤(420)이 상기 실린더(410)의 내부에서 후진운동을 할 때 상기 케이싱(100)의 내부공간에 채워져 있던 냉매가 상기 피스톤(420)의 흡입유로(421)와 상기 흡입밸브(430)를 통과하여 상기 실린더(410)의 압축공간(P)으로 흡입된다. 그리고 상기 피스톤(420)이 실린더(410)의 내부에서 전진운동을 할 때 상기 압축공간(P)으로 흡입된 냉매가스가 압축되어 상기 토출밸브(440)를 열면서 토출되고, 이 토출되는 냉매는 상기 토출커버(460)와 루프파이프(RP)를 통해 냉동사이클의 응축기로 배출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

이때, 상기 왕복동모터(300)와 압축유닛(400)에서의 왕복운동으로 인해 발생되는 진동이나 또는 상기 흡입밸브(430)와 토출밸브(440)의 개폐동작으로 인해 발생되는 진동은 상기 압축기본체를 지지하는 각각의 지지스프링(720)으로 전달되고, 이 진동은 상기 지지스프링(720)의 공진주파수와 일치하면서 증폭되어 상기 케이싱(100)을 통해 소음 형태로 방출될 수 있다. 하지만, 본 발명에서와 같이 상기 지지스프링(720)에 완충물질로 된 방진부재(730)를 설치하는 경우, 상기 지지스프링(720)을 통해 케이싱(100)으로 전달되는 진동을 흡수하여 감쇠할 수 있고 이를 통해 압축기의 진동소음을 현저하게 줄일 수 있다.

이를 상세히 살펴보면 다음과 같다.

즉, 도 1 및 도 2에서와 같이 상기 지지스프링(720)들은 각각 한 개의 코일스프링으로 된 일체형 지지스프링으로 형성되고, 상기 지지스프링(720)들의 내부에는 원봉단면 형상으로 된 방진부재(730)들이 상기 지지스프링(720)들의 내주면과 접촉되도록 각각 삽입된다.

상기 지지스프링(720)들은 종방향을 따라 나선형으로 감기고, 그 양단은 이웃하는 선재가 서로 접촉되고 각각의 스프링슈즈(710)들에 압입되어 일종의 고정부(721)들을 형성하는 반면 그 양쪽 고정부(721)들 사이에는 이웃하는 선재 사이가 서로 이격되는 유효권부(또는, 탄성부라고도 함)(722)를 형성한다.

상기 방진부재(730)는 지지스프링(720)의 내부에 삽입되어 탄력적으로 고정될 수 있도록 내열성을 갖는 고무나 스폰지와 같은 완충물질(damping material)로 형성된다. 상기 방진부재(730)는 종방향은 물론 횡방향으로 탄성력을 갖는 재질이면 족하다.

그리고 상기 방진부재(730)는 도 2 및 도 3에서와 같이 상기 지지스프링(720)의 진동시 그 진동에너지를 열에너지로 전환시켜 진동을 감쇠하는 것이므로 상기 방진부재(730)의 전체 또는 일부가 상기 지지스프링(720)의 유효권부(722)와 접촉될 수 있는 위치에 설치된다.

한편, 상기 방진부재(730)는 지지스프링(720)의 외주면에 접촉되도록 결합될 수도 있다. 예컨대, 도 4 및 도 5에서와 같이 상기 방진부재(730)는 중공단면 모양의 환형으로 형성되어 그 내주면이 상기 지지스프링(720)의 외주면에 접촉되도록 삽입될 수도 있고, 도 4 및 도 6에서와 같이 상기 방진부재(730)는 제1 방진부재(731)와 제2 방진부재(732)가 각각 반원호단면 형상으로 형성되어 상기 지지스프링(720)의 외주면 양측에서 감싸도록 결합될 수도 있다. 이 경우, 상기 제1 방진부재(731)와 제2 방진부재(732)의 조립면에는 각각 돌기(731a)와 홈(732a)이 형성되어 그 돌기(731a)를 홈(732a)에 압입시켜 결합되도록 할 수도 있다. 그리고 상기 방진부재(730)가 조립되는 경우에는 그 조립면에 접착제를 사용하여 견고하게 조립할 수도 있다.

상기와 같은 본 발명에 의한 지지스프링이 구비된 왕복동식 압축기의 작용효과는 다음과 같다.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 압축기본체가 냉매를 압축하면서 발생되는 진동은 지지스프링(720)들로 전달되고, 이 지지스프링(720)으로 전달되는 진동은 상기 방진부재(730)에 의해 흡수되면서 감쇠되어 케이싱(100)으로 전달된다. 즉, 상기 압축기본체에서 발생되는 진동이 상기 지지스프링(720)으로 전달되어 종방향은 물론 횡방향으로 떨게 되면, 이 진동에 의해 상기 지지스프링(720)의 선재가 방진부재(730)와 접촉되어 상대운동을 함에 따라 상기 지지스프링(720)의 운동에너지가 열에너지로 전환되어 상쇄되면서 지지스프링(720)의 진동을 감쇠시키게 된다.

이에 따라 상기 압축기본체에서 발생된 진동이 케이싱(100)으로 그대로 전달되지 않고 상기 지지스프링(720)에서 감쇠된 뒤에 케이싱(100)으로 전달되므로 그만큼 케이싱, 특히 하부캡(110)으로 전달되는 진동이 감쇠되어 압축기의 진동소음을 줄일 수 있다.

한편, 전술한 실시예에서는 상기 지지스프링(720)이 한 개의 코일스프링으로 이루어진 일체형 지지스프링을 예로 들어 살펴보았으나, 상기 지지스프링(720)이 도 7 내지 도 9에서와 같이 복수 개의 코일스프링(751)(752)들과 그 복수 개의 코일스프링(751)(752)들을 연결하는 연결부재(753)를 갖는 관절형 지지스프링의 경우에도 동일하게 적용될 수 있다. 이에 대한 기본적인 구성과 작용효과는 전술한 일 체형 지지스프링의 경우와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.

도 10 및 도 11은 각각 상기 방진부재가 일체형 지지스프링의 내부에 삽입되는 경우와 관절형 지지스프링의 외부에 삽입되는 경우에 대한 댐핑효과를 실험한 그래프이다.

이에 도시된 바와 같이 상기 방진부재가 적용된 경우와 적용되지 않은 경우를 비교해 보면, 상기 방진부재가 적용된 경우가 적용되지 않은 경우에 비해 각각 진동소음이 크게 감소되는 것을 알 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 코일스프링과 이를 구비한 왕복동식 압축기가 냉동기기에 적용되는 경우에 그 냉동기기의 진동 소음을 줄일 수 있다.

예컨대, 도 12에서와 같이 압축기, 응축기, 팽창기 그리고 증발기를 포함한 냉매압축식 냉동사이클을 갖는 냉동기기(900)에서 그 냉동기기(900)의 내부에는 냉동기기의 운전 전반을 제어하는 메인기판(910)에 상기 왕복동식 압축기(C)를 연결한다. 상기 왕복동식 압축기(C)의 내부에는 압축기본체를 상기 지지스프링으로 탄력 지지하되, 상기 압축기본체에서 지지스프링으로 전달되는 진동을 감쇠시킬 수 있도록 상기 지지스프링의 내주면이나 외주면에는 완충물질로 된 방진부재가 접촉되도록 설치될 수 있다.

이렇게 하여, 상기 압축기본체에서 발생되어 지지스프링을 통해 케이싱으로 전달되는 진동을 감쇠시켜 압축기와 이를 적용한 냉동기기의 진동소음을 줄일 수 있다.

본 발명의 왕복동식 압축기는 냉장고 또는 에어콘과 같은 냉동기계에 폭넓게 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명 왕복동식 압축기를 보인 종단면도,

도 2는 도 1에 따른 지지스프링을 보인 정면도,

도 3은 도 2에 따른 지지스프링의 횡변형 상태를 보인 정면도,

도 4는 도 1에 따른 지지스프링에서 방진부재의 다른 실시예를 보인 정면도,

도 5 및 도 6은 도 4에 따른 방진부재의 실시예들을 보인 "I-I"단면도,

도 7은 도 1에 따른 지지스프링의 다른 실시예를 보인 정면도,

도 8은 도 7의 "II-II"단면도,

도 9는 도 도 7에 따른 지지스프링의 횡변형 상태를 보인 정면도,

도 10 및 도 11은 각각 상기 방진부재가 일체형 지지스프링의 내부에 삽입되는 경우와 관절형 지지스프링의 외부에 삽입되는 경우에 대한 댐핑효과를 실험한 그래프,

도 12는 도 1에 따른 왕복동식 압축기가 구비된 냉동기기를 보인 개략도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

100 : 케이싱 110 : 하부캡

120 : 상부캡 200 : 프레임유닛

300 : 왕복동모터 400 : 압축유닛

600 : 오일피더 710 : 스프링슈즈

720 : 지지스프링 721 : 고정부

722 : 유효권부 730 : 방진부재

731,732 : 제1, 제2 방진부재 731a,732a : 돌기,홈

751,752 : 제1,제2 스프링 753 : 연결부재

Claims

이웃하는 선재 사이가 서로 이격되는 유효권부를 갖도록 상기 선재가 종방향을 따라 나선형으로 감기며, 상기 유효권부에는 횡방향 탄성을 갖는 완충물질(damping material)이 상기 유효권부의 표면과 접촉되도록 구비되는 코일스프링.
제1항에 있어서,

상기 완충물질은 유효권부의 내주면에 접촉되도록 봉모양으로 형성되어 삽입되는 코일스프링.
제1항에 있어서,

상기 완충물질은 유효권부의 외주면에 접촉되도록 환형으로 형성되어 삽입되는 코일스프링.
제1항에 있어서,

상기 완충물질은 유호권부의 외주면에 접촉되도록 복수 개가 조립되어 결합되는 코일스프링.
밀폐된 내부공간을 갖는 케이싱;

상기 케이싱의 내부공간에 설치되어 구동력을 발생하는 구동모터;

상기 구동모터에 결합되어 작동하면서 냉매를 압축하는 압축유닛; 및

상기 구동모터와 압축유닛을 상기 케이싱에 대해 탄력 지지하도록 코일스프링으로 이루어지고, 그 코일스프링을 이루는 이웃하는 선재들 사이가 이격되어 유효권부를 갖는 복수 개의 지지스프링;을 포함하고,

상기 지지스프링은 적어도 횡방향 탄성을 갖는 완충물질(damping material)로 된 방진부재가 상기 유효권부의 내주면 또는 외주면에 접촉되도록 설치되는 밀폐형 압축기.
제5항에 있어서,

상기 방진부재는 봉형단면 형상으로 형성되어 상기 유효권부의 내주면에 삽입되는 밀폐형 압축기.
제5항에 있어서,

상기 방진부재는 중공모양으로 형성되어 상기 유효권부의 외주면에 삽입되는 밀폐형 압축기.
제7항에 있어서,

상기 방진부재는 일체형으로 형성되는 밀폐형 압축기.
제7항에 있어서,

상기 방진부재는 복수 개가 조립되어 중공모양으로 형성되는 밀폐형 압축기.
제9항에 있어서,

상기 방진부재는 조립되는 면에 각각 돌기와 홈이 서로 대응되게 형성되는 밀폐형 압축기.
제5항에 있어서,

상기 지지스프링들 중에서 적어도 한 개는 한 개의 코일스프링으로 형성되는 밀폐형 압축기.
제5항에 있어서,

상기 지지스프링들 중에서 적어도 한 개는 복수 개의 코일스프링이 연결부재에 의해 연결되어 형성되는 밀폐형 압축기.
압축기;

상기 압축기의 토출측에 연결되는 응축기;

상기 응축기에 연결되는 팽창기; 및

상기 팽창기에 연결되고 상기 압축기의 흡입측에 연결되는 증발기;를 포함하고,

상기 압축기는 상기 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항의 압축기로 이루어지 는 냉동기기.