JP2024505260A - 軸受冷却水路を含むターボ圧縮機 - Google Patents

Abstract

本発明は、ターボ圧縮機に関するものであって、気体が吸入される圧縮気体吸入口；圧縮気体吸入口を介して流入された気体を圧縮する羽根車；羽根車によって圧縮された気体が外部に排出される圧縮気体排出口；圧縮気体吸入口から圧縮気体排出口まで連結されている圧縮気体流路；を備える圧縮ユニットと、羽根車を回転させるために、一端部が羽根車と結合されている回転軸を備えるモータと、モータを収容するモータ収容空間を備えたハウジングと、モータ収容空間を通るように設けられ、内部に収容された冷却用気体が流動可能に形成された冷却気路と、ハウジングを冷却させうる冷却用液体が流動可能に形成された冷却水路と、回転軸の一端部に配置されているスラスト軸受と、を含み、冷却水路は、スラスト軸受を冷却させうるように、スラスト軸受と既定の距離以内に配置されている軸受冷却水路を含むことを特徴とする。本発明によれば、軸受冷却水路と隣接した前端気路の内部に収容された冷却用気体と回転軸を支持するスラスト軸受が非常に迅速に冷却されうる効果がある。【選択図】図２

Description

本発明は、ターボ圧縮機に係り、特に軸受冷却水路と隣接した前端気路の内部に収容された冷却用気体と回転軸を支持するスラスト軸受が非常に迅速に冷却されうるターボ圧縮機に関する。

ターボ圧縮機(turbo compressor)またはターボブロワ(turbo blower)は、羽根車(impeller)を高速回転させることで外気やガスを吸入して圧縮した後、外部に送風する遠心型ポンプであって、粉体(powder)移送用、または下水処理場などで曝気用として多く使用されており、最近、産業工程用と自動車搭載用としても使用されている。

そのようなターボ圧縮機では、羽根車の高速回転によってモータと軸受において摩擦による高熱が発生するしかないところ、主要発熱部(heat source)であるモータと軸受に対する冷却が必要である。

従来のターボ圧縮機の一例が図１に開示されているが、該ターボ圧縮機１は、ハウジング２に装着されたモータ３、前記モータ３によって回転される回転軸４、前記回転軸４を支持する一対のジャーナル軸受５、前記回転軸４の後端を支持するスラスト軸受６、冷却気路８の内部に収容された冷却用気体Ｇを強制循環させるための冷却ファン７、前記回転軸４の前端部に結合された羽根車９を含む。

従来のターボ圧縮機１は、前記冷却ファン７によって前記冷却気路８を循環する冷却用気体Ｇが前記モータ３及び軸受５、６を冷却した後、再び冷却ファン７に戻る循環構造となっている。

しかし、従来のターボ圧縮機１は、前記スラスト軸受６が羽根車９によって発生する比較的大きい軸荷重を支持せねばならないので、適切な大きさのスラストランナー(thrust runner)を設計することになり、比較的大きな半径のスラストランナーを備えなければならないので、高速回転においてスラストランナーのチップ速度が過度に増加し、羽根車９の風損(windage loss)が増加する問題点がある。

また、従来のターボ圧縮機１は、前記スラスト軸受６が比較的高い軸荷重を支持せねばならないので、それによる発熱量がジャーナル軸受の少なくとも５倍以上が発生し、スラスト軸受６の故障によってターボ圧縮機の使用寿命を顕著に短縮させる問題点がある。

たとえ、従来のターボ圧縮機１において、冷却気路８の内部に収容された冷却用気体Ｇが前記スラスト軸受６を冷却しているにしても、依然として、スラスト軸受６に発生する発熱を除去するには不十分であるという問題点がある。

そして、従来のターボ圧縮機１は、前記冷却用気体Ｇが回転軸４の内部を冷却しておらず、回転軸４の表面のみ冷却するので、回転軸４の熱膨脹が多く発生する問題点があり、前記スラスト軸受６が前記羽根車９の反対側である回転軸４の後端に配置されているので、使用時に発生する回転軸４の熱膨脹を考慮し、前記ターボ圧縮機１の製造時から羽根車９のブレードとハウジング１０との間隙を予め十分に大きく設けなければならないので、それによる羽根車９の性能低下の問題点もある。

本発明は、前記問題を解決するために案出されたものであって、その目的は、軸受冷却水路と隣接した前端気路の内部に収容された冷却用気体と回転軸を支持するスラスト軸受が非常に迅速に冷却されるように構造が改善されたターボ圧縮機を提供するところにある。

前記目的を達成するための本発明によるターボ圧縮機は、気体を圧縮して外部に供給するターボ圧縮機であって、前記気体が吸入される圧縮気体吸入口；前記圧縮気体吸入口を介して流入された気体を圧縮する羽根車；前記羽根車によって圧縮された前記気体が外部に排出される圧縮気体排出口；前記圧縮気体吸入口から前記圧縮気体排出口まで連結されている圧縮気体流路；を備える圧縮ユニットと、前記羽根車を回転させるために、一端部が前記羽根車と結合されている回転軸を備えるモータと、前記モータを収容するモータ収容空間を備えたハウジングと、前記モータ収容空間を通るように設けられ、内部に収容された冷却用気体が流動可能に形成された冷却気路と、前記ハウジングを冷却させうる冷却用液体が流動可能に形成された冷却水路と、前記回転軸の一端部に配置されているスラスト軸受と、を含み、前記冷却水路は、前記スラスト軸受を冷却させうるように、前記スラスト軸受と既定の距離以内に配置されている軸受冷却水路を含むことを特徴とする。

ここで、前記軸受冷却水路は、冷却用液体が前記回転軸の半径方向に沿って流動するように、前記回転軸の半径方向に沿って既定の長さほど延びていることが望ましい。

ここで、前記回転軸は、前記スラスト軸受と対応するスラスト軸受ランナーを含み、前記軸受冷却水路は、前記スラスト軸受ランナーと対応する位置及び形状からなっていることが望ましい。

ここで、前記回転軸を支持する軸受であって、前記羽根車と前記スラスト軸受との間に配置されているジャーナル軸受と、を含み、前記ジャーナル軸受は、前記軸受冷却水路の下方に配置されていることが望ましい。

ここで、前記スラスト軸受とジャーナル軸受は、空気軸受であることが望ましい。

ここで、前記冷却気路は、前記ハウジングを冷却するように前記ハウジングを貫く気路を含み、前記冷却水路は、前記ハウジングを冷却するように前記ハウジングを貫く水路を含むことが望ましい。

ここで、前記冷却水路は、前記冷却気路の内部に収容された冷却用気体と熱交換可能に設けられており、前記ハウジングを貫く気路と前記ハウジングを貫く水路は、前記回転軸の長手方向に沿って延びており、前記回転軸の円周方向に沿って交互に配置されていることが望ましい。

ここで、前記回転軸は、長手方向に沿って延びている中空を含んでおり、前記冷却気路は、前記回転軸の中空を貫く気路を含むことが望ましい。

ここで、前記回転軸は、長手方向に沿って延びている中空を含む複数個の部材；前記回転軸の長手方向に沿って延びた部材であって、前記複数個の部材の中空を順次に貫いた状態に配置されており、前記複数個の部材と前記羽根車を分離可能に互いに結合させうるタイボルト；を含むことが望ましい。

ここで、前記圧縮気体流路は、前記冷却気路と空間的に分離されることで、前記圧縮気体流路の内部にある気体が前記冷却気路に侵透することができず、前記冷却気路の内部に収容された冷却用気体を強制流動させるための冷却ファンを含むことが望ましい。

ここで、前記冷却ファンは、前記回転軸の後端部に配置され、前記回転軸の回転力によって回転することが望ましい。

ここで、前記冷却気路は、前記回転軸の中空を貫いた後、前記羽根車の前方に流出される気路を含むものでもある。

本発明によれば、前記気体が吸入される圧縮気体吸入口；前記圧縮気体吸入口を介して流入された気体を圧縮する羽根車；前記羽根車によって圧縮された前記気体が外部に排出される圧縮気体排出口；前記圧縮気体吸入口から前記圧縮気体排出口まで連結されている圧縮気体流路；を備える圧縮ユニットと、前記羽根車を回転させるために、前端部が前記羽根車と結合されている回転軸を備えるモータと、前記モータを収容するモータ収容空間を備えたハウジングと、前記モータ収容空間を通るように設けられ、内部に収容された冷却用気体が流動可能に形成された冷却気路と、前記ハウジングを冷却させうる冷却用液体が流動可能に形成された冷却水路と、前記回転軸の一端部に配置されているスラスト軸受と、を含み、前記冷却水路は、前記スラスト軸受を冷却させうるように、前記スラスト軸受と既定の距離以内に配置されている軸受冷却水路を含むので、軸受冷却水路と隣接した前端気路の内部に収容された冷却用気体と回転軸を支持するスラスト軸受が非常に迅速に冷却されうる効果がある。

従来のターボ圧縮機の断面図である。 本発明の一実施例であるターボ圧縮機の断面図である。 図２に図示されたターボ圧縮機の部分拡大図である。 図２に図示されたターボ圧縮機の部分拡大図であって、冷却用液体フローを示す。 図２に図示されたターボ圧縮機のＡ－Ａ線断面図である。 図２に図示されたターボ圧縮機のＢ－Ｂ線断面図である。 図２に図示されたターボ圧縮機のＣ－Ｃ線断面図である。 図２に図示されたターボ圧縮機の冷却用液体フローを示す図面である。 図２に図示された回転軸及びその周辺の断面図である。 図２に図示された回転軸の一部である第１部材の斜視図である。 本発明の他の実施例であるターボ圧縮機の流出気路を示す図面である。

以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。

図２は、本発明の一実施例であるターボ圧縮機の断面図であり、図３は、図２に図示されたターボ圧縮機の部分拡大図である。

図４は、図２に図示されたターボ圧縮機の部分拡大図であり、冷却用液体フローを示す。

図２ないし図４を参照すれば、本発明の望ましい実施例によるターボ圧縮機１００は、羽根車(impeller)を高速回転させることで外体を吸入して圧縮した後、外部に送風する遠心型ポンプであって、いわゆる、ターボ圧縮機(turbo compressor)またはターボブロワ(turbo blower)とも称する。該ターボ圧縮機１００は、ハウジング１０、圧縮ユニット２０、モータ３０、空冷ユニット４０、及び水冷ユニット５０を含んで構成される。

以下、圧縮対象である気体が空気であることを前提とする。

前記ハウジング１０は、金属材のハウジング(housing)であって、モータ収容空間１３を内部に備える円筒状部材であって、第１中心軸Ｃ１を円の中心とする断面を有し、前記第１中心軸Ｃ１に沿って延びている。

前記モータ収容空間１３は、後述する前記モータ３０を収容するように前記モータ３０と対応する形状を有する空間である。

前記ハウジング１０の前端部１１には、図２に図示されたように前記圧縮ユニット２０の羽根車２１が配置され、前記ハウジング１０の後端部１２には、冷却ファン取付孔１２１が形成されている。

前記ハウジング１０は、前記モータ３０の装着のために複数個の構成品で分離製作されているが、それについての詳細な説明は省略する。

前記圧縮ユニット２０は、外気を吸入して圧縮する装置であって、羽根車２１と、前方カバー２２とを備える。

前記羽根車２１は、遠心型ポンプの主要構成として曲面を有する羽根を複数個備えた車輪であって、高速回転が可能なように装着されている。

前記前方カバー２２は、前記羽根車２１の前方に配置される金属部材であって、外気を吸入する圧縮気体吸入口２４が形成されている。

前記前方カバー２２は、前記羽根車２１を経た空気が渦線状に流れるように形成された流路を備えたスクロール(scroll)ケーシング形態にも設けられる。

前記羽根車２１は、前記圧縮気体吸入口２４を介して流入された空気を圧縮し、図２に図示されたように前記羽根車２１によって圧縮された空気は、圧縮気体排出口２５を介して外部に排出される。

前記圧縮気体吸入口２４に吸入された空気は、前記圧縮気体吸入口２４から前記圧縮気体排出口２５まで連結されている圧縮気体流路２６に沿って移動しながら圧縮される。

前記モータ３０は、回転力を発生させる電気モータであって、前記羽根車２１に高速回転力を供給するための装置である。該モータ３０は、回転軸３１、ステータ３２、ロータ３３、ジャーナル軸受３４、及びスラスト軸受３５を含む。

前記回転軸３１は、前記第１中心軸Ｃ１に沿って延びた棒部材であって、前記羽根車２１を回転させるために、前端部が前記羽根車２１と相対回転不能に結合されている。

本実施例において、前記回転軸３１は、図９に図示されたように複数個の部材３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを含む。

前記複数個の部材３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは、タイボルト３１ｅとナット３１ｆによって分離可能に互いに結合されている。

前記複数個の部材３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは、前記回転軸３１の長手方向である前記第１中心軸Ｃ１に沿って延びている中空Ｈを含んでいる。

前記タイボルト３１ｅは、前記回転軸３１の長手方向Ｃ１に沿って延びた雄ネジ部材であって、前記複数個の部材３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの中空Ｈを順次に貫いた状態に配置されている。

前記ナット３１ｆは、前記タイボルト３１ｅの前端部と螺合される雌ネジ部材である。

図９に図示されたように、前記第１部材３１ａの前方には、前記羽根車２１が配置されており、前記第４部材３１ｄには、後述する冷却ファン４２が結合されている。

前記第１部材３１ａは、中空Ｈを有するパイプ状部材であって、中間部には、前記スラスト軸受３５と対応するスラスト軸受ランナー３１１が設けられている。

前記スラスト軸受ランナー３１１は、図１０に図示されたように円板状ランナー(runner)である。

前記第１部材３１ａの中間部には、外周面から中空Ｈまで貫く貫通孔３１２が複数個形成されている。前記貫通孔３１２は、後述する冷却用気体が通過するための孔である。

前記第４部材３１ｄは、中空Ｈを有するパイプ状部材であって、外周面から中空Ｈまで貫く貫通孔３１３が複数個形成されている。前記貫通孔３１３は、後述する冷却用気体が通過するための孔である。

結果として、前記回転軸３１は、前記貫通孔３１２から前記中空Ｈを経て前記貫通孔３１３に至る内側気路４１ｅを含む。

前記ステータ３２は、界磁コイル(field coil)が巻かれる固定子(stator)であって、前記モータ収容空間１３に固定された状態に装着される。

前記ロータ３３は、永久磁石を含む回転子(rotor)であって、前記回転軸３１の中間部に結合されている。

前記ジャーナル軸受３４は、高速回転によって発生する摩擦力を減少させるために、前記回転軸３１を回転可能に支持するジャーナルフォイル空気軸受(Journal foil air bearing)であって、前記回転軸３１の前端部と後端部にそれぞれ設けられている。

前記ジャーナル軸受３４において前記回転軸３１の前端部に配置されたジャーナル軸受３４は、前記羽根車２１と前記スラスト軸受３５との間に配置されているところ、図４に図示されたように前記軸受冷却水路５１ｃの直下に配置されている。

前記スラスト軸受３５は、スラストフォイル空気軸受(Thrust foil air bearing)であって、一対が設けられ、前記スラスト軸受ランナー３１１の両面にそれぞれ配置されている。

本実施例において、前記スラスト軸受３５は、図２に図示されたように前記モータ収容空間１３の前端に配置されている。

前記ステータ３２と前記ロータ３３との間、前記回転軸３１と前記ステータ３２との間、前記回転軸３１と前記ジャーナル軸受３４との間、前記スラスト軸受３５と前記スラスト軸受ランナー３１１との間のそれぞれには、既定の間隔が存在する。

前記空冷ユニット４０は、前記ハウジング１０及びモータ３０を冷却用気体を使用して冷却するための装置であって、冷却気路４１と冷却ファン４２とを備える。ここで、前記冷却用気体としては、空気または不活性気体が使用される。

前記冷却気路４１は、前記冷却用気体を収容する通路であって、内部に収容された前記冷却用気体の継続的循環が可能なように形成されている。

前記冷却気路４１は、図３に図示されたように前記モータ収容空間１３及びハウジング１０を経て通るように設けられているが、後端気路４１ａ、外側気路４１ｂ、前端気路４１ｃ、中間気路４１ｄ、及び内側気路４１ｅを含む。

前記後端気路４１ａは、冷却用気体が前記ハウジング後端部１２の中心から前記ハウジング後端部１２の半径方向に向かって流動するように設けられた気路である。

前記後端気路４１ａは、前記ハウジング後端部１２の内部に設けられる円板状空間である。

前記外側気路４１ｂは、前記ハウジング１０を冷却するように前記ハウジング１０を貫く気路であって、前記第１中心軸Ｃ１を中心に延びている。

前記外側気路４１ｂは、図５に図示されたように前記第１中心軸Ｃ１の円周方向に沿って多数個羅列されており、前記後端気路４１ａと連通されている。

前記前端気路４１ｃは、図３に図示されたように前記ハウジング前端部１１の外郭から前記ハウジング前端部１１の中心方向に向かって冷却用気体が流動するように設けられた気路である。

前記前端気路４１ｃは、前記外側気路４１ｂの前端部から前記モータ収容空間１３まで延び、前記ハウジング１０を貫く多数個の孔（４１ｃ）を含む。

前記中間気路４１ｄは、前記外側気路４１ｂの中間部から前記モータ収容空間１３まで延び、前記ハウジング１０を貫く多数個の孔（４１ｄ）を含む気路である。

前記中間気路４１ｄは、前記回転軸３１と前記ステータ３２との間の空間を通る気路を含む。

前記中間気路４１ｄは、冷却用気体が前記ステータ３２の界磁コイルと、前記回転軸３１の外周面と、前記スラスト軸受３５とを経て通るように設けられる。

前記内側気路４１ｅは、前記回転軸３１の中空Ｈの内部を流れる冷却気路であって、前記回転軸３１の貫通孔３１２から前記中空Ｈを経て前記貫通孔３１３に至る冷却気路である。

前記内側気路４１ｅは、前記前端気路４１ｃ、前記後端気路４１ａ、及び中間気路４１ｄとそれぞれ連通されている。

前記冷却気路４１は、図５に図示されたように前記第１中心軸Ｃ１を中心に回転対称ないし軸対称に配列されることが望ましい。

本実施例において、前記冷却気路４１は、前記圧縮気体流路２６と空間的に分離されている。したがって、前記圧縮気体流路２６の内部にある空気が、圧縮過程で前記圧縮気体流路２６から漏れて前記冷却気路４１に侵透することができない構造である。

前記冷却ファン４２は、前記冷却気路４１の内部に収容された冷却用気体を強制循環流動させるための冷却ファン(cooling fan)であって、前記内側ハウジング１０の冷却ファン取付孔１２１に装着されている。

本実施例において、前記冷却ファン４２は、前記回転軸３１の後端部に相対回転不能に結合されているので、前記回転軸３１の回転力によって共に回転する。

前記水冷ユニット５０は、前記ハウジング１０を冷却用液体を使用して冷却するための装置であって、冷却水路５１、冷却用液体流入口５３、及び冷却用液体流出口５４を備える。ここで、前記冷却用液体としては、水が使用される。

前記冷却水路５１は、冷却用液体を収容する通路であって、内部に収容された冷却用気体の継続的循環流動が可能なように形成されている。

前記冷却水路５１は、図２及び図４に図示されたように前記ハウジング１０の冷却のために前記ハウジング１０を貫くように設けられているが、単位水路５１ａ、後端水路５１ｂ、及び前端水路（軸受冷却水路５１ｃ）を含む。

前記単位水路５１ａは、図４に図示されたように前記ハウジング１０を貫く円形水路であって、前記第１中心軸Ｃ１を中心に延びている。

前記単位水路５１ａは、前記第１中心軸Ｃ１の円周方向に沿って互いに離隔された状態で多数個羅列されている。

前記後端水路５１ｂは、前記単位水路５１ａの後端部を互いに連結する水路であって、図７に図示されたように前記ハウジング後端部１２を貫くように形成されている。

前記前端水路（軸受冷却水路５１ｃ）は、前記単位水路５１ａの前端部を互いに連結する水路であって、図６に図示されたように前記ハウジング前端部１１を貫くように形成されている。

本実施例において、前記前端水路（軸受冷却水路５１ｃ）は、図４に図示されたように前記スラスト軸受３５をさらに効率的に冷却させるように設けられた軸受冷却水路を含む。

前記軸受冷却水路５１ｃは、図４に図示されたように前記スラスト軸受３５及び前端気路４１ｃと既定の距離以内に、最大限隣接した距離に配置されている。

前記軸受冷却水路５１ｃは、図６に図示されたように冷却用液体が前記回転軸３１の半径方向に沿って流動するように、前記回転軸３１の半径方向に沿って既定の長さＨ１ほど延びている。

前記軸受冷却水路５１ｃは、前記スラスト軸受ランナー３１１と対応する位置及び形状からなっていることが望ましい。

本実施例において、前記軸受冷却水路５１ｃは、図６に図示されたように、上部幅Ｗ１が下部幅Ｗ２よりもさらに大きな形態の扇形を有し、前記第１中心軸Ｃ１の円周方向に沿って複数個羅列されている。

ここで、前記軸受冷却水路５１ｃの上部幅Ｗ１及び半径方向長さＨ１は、互いに隣接した前記単位水路５１ａ間の間隔によって値が変動することになる。

つまり、前記冷却水路５１は、図８に図示されたようにジグザグ状に前記ハウジング１０の円周方向に沿って形成され、前記ハウジング１０の側壁全体を取り囲むように配置される。

前記冷却水路５１は、前記第１中心軸Ｃ１を中心に回転対称ないし軸対称に配列されることが望ましい。

前記冷却用液体流入口５３は、図４に図示されたように冷却用液体が外部から流入される入口であって、前記冷却水路５１の一端と連通されており、前記ハウジング後端部１２に設けられている。

前記冷却用液体流入口５３は、外部に設けられたポンプ（図示せず）と連結されているので、前記ポンプによって水を供給される。

前記冷却用液体流出口５４は、冷却用液体が外部に流出される出口であって前記冷却水路５１の他端部と連通されており、前記ハウジング後端部１２に設けられている。

一方、前記冷却用液体流出口５４から排出された冷却用液体は、外部で別途に冷却さあれた後、再び前記冷却用液体流入口５３を介して流入されうる。

前記冷却水路５１が、前記冷却気路４１の内部に収容された冷却用気体と熱交換可能に設けられることが望ましい。

本実施例において、前記単位水路５１ａと外側気路４１ｂは、図５に図示されたように前記回転軸３１の円周方向に沿って前記ハウジング１０を貫いた状態で、交互に配置されている。

以下、上述した構成のターボ圧縮機１００が作動する方法の一例を説明する。

前記モータ３０の回転軸３１が回転すれば、前記羽根車２１と前記冷却ファン４２が回転することになり、前記圧縮気体吸入口２４を介して流入された空気は、前記圧縮ユニット２０の圧縮気体流路２６に沿って流れつつ、圧縮されて前記圧縮気体排出口２５を介して外部に排出される。この際、前記圧縮気体流路２６は、前記冷却気路４１と空間的に分離されているので、前記圧縮気体流路２６の内部で流れる空気が圧縮される過程で漏れて前記冷却気路４１に侵透することができない。すなわち、前記圧縮気体流路２６に沿って流れる空気の流れと、前記冷却気路４１に沿って流れる冷却用気体Ｇのフローは、互いに混合されない。

前記冷却気路４１の内部に収容された冷却用気体は、前記冷却ファン４２によって強制循環されることで、図３に図示されたように、前記ハウジング１０の側壁内部（外側気路４１ｂ）と、前記ハウジング前端部１１と、前記回転軸３１の中空Ｈと、前記スラスト軸受３５と、前記ステータ３２の界磁コイルと、前記回転軸３１の内部にあるロータ３３と、前記ジャーナル軸受３４とを経て通ることになる。

また、前記冷却水路５１の内部に収容された冷却用液体は、前記冷却用液体流入口５３から流入された後、図８に図示されたようにジグザグ状に前記ハウジング１０の円周方向に沿って流れる冷却用液体フローＷを形成することになり、前記ハウジング１０を全体として冷却させた後、前記冷却用液体流出口５４を介して排出される。

この際、前記外側気路４１ｂを介して流れる冷却用気体は、前記外側気路４１ｂに隣接した前記単位水路５１ａを介して流れる冷却用液体によって迅速に冷却される。特に、前記単位水路５１ａと外側気路４１ｂは、図５に図示されたように前記回転軸３１の円周方向に沿って前記ハウジング１０を貫いた状態で、交互に配置されているので、前記単位水路５１ａを流れる冷却用液体と前記外側気路４１ｂを流れる冷却用気体間の熱交換効率が非常に高い。

そして、図６に図示されたように前記軸受冷却水路５１ｃは、冷却用液体が前記回転軸３１の半径方向に沿って前記回転軸３１に近接していて、再び前記回転軸３１から遠くなる方向にＵ字状流動が可能である。そのような軸受冷却水路５１ｃ内部の冷却用液体のフローＷによって隣接した前端気路４１ｃとスラスト軸受３５は、非常に迅速に冷却されうる。

また、図３に図示されたように、前端気路４１ｃに沿って流動していた冷却用気体は、貫通孔３１２を介して前記回転軸３１の中空Ｈに入り込んだ後、前記中空Ｈに沿って前記回転軸３１の後端部まで流動した後、貫通孔３１３を介して前記回転軸３１の中空Ｈを抜けることになる。この際、前記回転軸３１の中空Ｈに存在するロータ３３及び前記回転軸３１自体を非常に迅速に冷却させうる。

上述した構成のターボ圧縮機１００は、気体を圧縮して外部に供給するターボ圧縮機であって、前記気体が吸入される圧縮気体吸入口２４；前記圧縮気体吸入口２４を介して流入された気体を圧縮する羽根車２１；前記羽根車２１によって圧縮された前記気体が外部に排出される圧縮気体排出口２５；前記圧縮気体吸入口２４から前記圧縮気体排出口２５まで連結されている圧縮気体流路２６；を備える圧縮ユニット２０と、前記羽根車２１を回転させるために、前端部が前記羽根車２１と結合されている回転軸３１を備えるモータ３０と、前記モータ３０を収容するモータ収容空間１３を備えたハウジング１０と、前記モータ収容空間１３を通るように設けられ、内部に収容された冷却用気体が流動可能に形成された冷却気路４１と、前記ハウジング１０を冷却させうる冷却用液体が流動可能に形成された冷却水路５１と、前記回転軸３１の一端部に配置されているスラスト軸受３５と、を含み、前記冷却水路５１は、前記スラスト軸受３５を冷却させるように、前記スラスト軸受３５と既定の距離以内に配置されている軸受冷却水路５１ｃを含むので、前記軸受冷却水路５１ｃと隣接した前端気路４１ｃとスラスト軸受３５とが非常に迅速に冷却されうる長所がある。

そして、前記ターボ圧縮機１００は、前記軸受冷却水路５１ｃが、冷却用液体が前記回転軸３１の半径方向に沿って流動するように、前記回転軸３１の半径方向に沿って既定の長さＨ１ほど延びているので、前記軸受冷却水路５１ｃが前記前端気路４１ｃとスラスト軸受３５の全体面積をカバーすることができる長所がある。

また、前記ターボ圧縮機１００は、前記回転軸３１が前記スラスト軸受３５と対応するスラスト軸受ランナー３１１を含み、前記軸受冷却水路５１ｃは、前記スラスト軸受ランナー３１１と対応する位置及び形状からなっているので、前記スラスト軸受３５の全体面積を均一に速かに冷却させうる長所がある。

そして、前記ターボ圧縮機１００は、前記回転軸３１を支持する軸受であって、前記羽根車２１と前記スラスト軸受３５との間に配置されているジャーナル軸受３４を含み、前記ジャーナル軸受３４は、前記軸受冷却水路５１ｃの下方に配置されているので、前記ハウジング１０の内部に前記軸受冷却水路５１ｃを形成することができる空間確保が容易になる長所がある。

また、前記ターボ圧縮機１００は、前記スラスト軸受３５とジャーナル軸受３４がフォイル空気軸受なので、機械的摩擦のない非接触であり、空気を用いた軸受の冷却が容易であり、作動ノイズがなく、半永久的な耐久寿命を提供することができる長所がある。

そして、前記ターボ圧縮機１００は、前記冷却気路４１が、前記ハウジング１０を冷却可能なように、前記ハウジング１０を貫く気路４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄを含み、前記冷却水路５１は、前記ハウジング１０を冷却可能なように前記ハウジング１０を貫く水路５１ａ、５１ｂ、５１ｃを含むので、冷却用気体及び冷却用液体を同時に使用して速かに前記ハウジング１０を冷却することができる長所がある。この際、前記冷却水路５１が前記ハウジング１０を貫くので、別途の冷却パイプを使用する場合と比べて、冷却効率に優れ、液漏れの可能性がほとんどないという長所もある。

また、前記ターボ圧縮機１００は、前記冷却水路５１が、前記冷却気路４１の内部に収容された冷却用気体と熱交換可能に設けられており、前記ハウジング１０を貫く気路４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄと前記ハウジング１０を貫く水路５１ａ、５１ｂ、５１ｃは、前記回転軸３１の長手方向Ｃ１に沿って延びており、前記回転軸３１の円周方向に沿って交互に配置されているので、前記冷却水路５１の内部に収容された冷却用液体と前記冷却気路４１の内部に収容された冷却用気体との熱交換が非常に容易になるという長所がある。

そして、前記ターボ圧縮機１００は、前記回転軸３１が、長手方向Ｃ１に沿って延びている中空Ｈを含んでおり、前記冷却気路４１は、前記回転軸３１の中空Ｈを貫く気路４１ｅを含むので、前記回転軸３１の中空Ｈに存在するロータ３３と前記回転軸３１自体を非常に迅速に冷却させうる長所がある。

また、前記ターボ圧縮機１００は、前記回転軸３１が、長手方向Ｃ１に沿って延びている中空Ｈを含む複数個の部材３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ；前記回転軸３１の長手方向Ｃ１に沿って延びた部材であって、前記複数個の部材３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの中空Ｈを順次に貫いた状態に配置されており、前記複数個の部材３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄと前記羽根車２１を分離可能に互いに結合させうるタイボルト３１ｅ；を含むので、前記回転軸３１の内部冷却が容易になり、故障時に前記回転軸３１の部品交換費用が節減される長所がある。

そして、前記ターボ圧縮機１００は、前記圧縮気体流路２６が前記冷却気路４１と空間的に分離されることで、前記圧縮気体流路２６の内部にある気体が前記冷却気路４１に侵透することができず、前記冷却気路４１の内部に収容された冷却用気体を強制流動させるための冷却ファン４２を含むので、前記圧縮ユニット２０の圧力損失なしに前記モータ３０を効率的に冷却することができる長所があり、前記冷却気路４１の内部に収容された冷却用気体を前記冷却ファン４２を用いて強制循環させうる長所がある。

また、前記ターボ圧縮機１００は、前記冷却ファン４２が、前記回転軸３１の後端部に配置され、前記回転軸３１の回転力によって回転するので、前記冷却ファン４２を回転させるための別途のモータが不要という長所がある。

そして、前記ターボ圧縮機１００は、前記冷却水路５１が、前記冷却気路４１の内部に収容された冷却用気体と熱交換可能に設けられているので、前記モータ３０によって加熱された冷却用気体が前記冷却用液体によって速かに冷却されうる２段階の冷却構造を有する長所がある。

本実施例では、前記スラスト軸受３５と前記羽根車２１との間に前記ジャーナル軸受３４が配置されているが、逆に、前記羽根車２１と前記ジャーナル軸受３４との間に前記スラスト軸受３５が配置されてもよいということは言うまでもない。

本実施例では、前記スラスト軸受３５が前記回転軸３１の前端部に配置されているが、その代りに、前記スラスト軸受３５が前記回転軸３１の後端部に配置されてもよいということは言うまでもない。

本実施例では、前記羽根車２１が１個であるターボ圧縮機１００を提供しているが、前記回転軸３１の両端部にそれぞれ羽根車２１が配置された２段ターボ圧縮機にも適用可能であるということは言うまでもない。

本実施例では、前記ターボ圧縮機１００が、前記冷却気路４１が前記圧縮気体流路２６と空間的に分離されることで、前記圧縮気体流路２６の内部にある空気が前記冷却気路４１に侵透できない閉鎖的構造を備えるが、その代りに、前記羽根車２１によって圧縮された空気の一部を前記冷却気路４１の内部に流入させて冷却用気体として活用する開放的構造を適用してもよいということは言うまでもない。

本実施例では、前記冷却気路４１の内部に別途の冷却ピンがないが、別途の冷却ピンが前記冷却気路４１の内部に設けられてもよいということは言うまでもない。この際、冷却ピンが前記ハウジング１０に一体に形成されてもよく、別途の部材に加工された後、押込みなどの方法によっても結合されうる。

本実施例では、前記冷却ファン４２が前記回転軸３１の後端部に直接結合されているが、別途の電気モータによって駆動されてもよいということは言うまでもない。

本実施例では、前記軸受３４、３５がフォイル空気軸受に設けられているが、他種の空気軸受やその他多様な軸受が使用されてもよいということは言うまでもない。

本実施例では、気密のための別途のシーリング(sealing)手段が説明されていないが、多様な種類のシーリング手段が使用されてもよいということは言うまでもない。

本実施例では、前記回転軸３１の中空Ｈ内部を流れる前記内側気路４１ｅに収容された冷却用気体が前記羽根車２１の前方に流出されていないが、前記内側気路４１ｅに収容された冷却用気体を、図１１に図示されたように前記羽根車２１の前方に流出させる流出気路４１ｆが設けられてもよいということは言うまでもない。かように前記流出気路４１ｆを設ければ、前記羽根車２１の後方に加えられる背圧を低めることができるので、前記スラスト軸受３５に加えられる軸荷重を減少させうる長所がある。また、前記スラスト軸受３５に加えられる軸荷重減少効果と共に、前記羽根車２１の入口圧力が低いので、圧縮気体流路２６と冷却気路４１との間の空気フローが発生しつつ、冷却効果がさらに改善される長所がある。

以上、本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は、上述した実施例に記載した内容に限定されるものではなく、当該技術分野の通常の知識を有する者によって修正または変更された均等な構成は、本発明の技術的思想の範囲を外れないものであるということは明白である。

Claims (12)

1. 気体を圧縮して外部に供給するターボ圧縮機であって、
   前記気体が吸入される圧縮気体吸入口；前記圧縮気体吸入口を介して流入された前記気体を圧縮する羽根車；前記羽根車によって圧縮された前記気体が外部に排出される圧縮気体排出口；前記圧縮気体吸入口から前記圧縮気体排出口まで連結されている圧縮気体流路；を備える圧縮ユニットと、
   前記羽根車を回転させるために、一端部が前記羽根車と結合されている回転軸を備えるモータと、
   前記モータを収容するモータ収容空間を備えたハウジングと、
   前記モータ収容空間を通るように設けられ、内部に収容された冷却用気体が流動可能に形成された冷却気路と、
   前記ハウジングを冷却させうる冷却用液体が流動可能に形成された冷却水路と、
   前記回転軸の前記一端部に配置されているスラスト軸受と、を含み、
   前記冷却水路は、前記スラスト軸受を冷却させうるように、前記スラスト軸受と既定の距離以内に配置されている軸受冷却水路を含むことを特徴とするターボ圧縮機。
2. 前記軸受冷却水路は、前記冷却用液体が前記回転軸の半径方向に沿って流動するように、前記回転軸の前記半径方向に沿って既定の長さほど延びていることを特徴とする、請求項１に記載のターボ圧縮機。
3. 前記回転軸は、前記スラスト軸受と対応するスラスト軸受ランナーを含み、
   前記軸受冷却水路は、前記スラスト軸受ランナーと対応する位置及び形状からなっていることを特徴とする、請求項１に記載のターボ圧縮機。
4. 前記回転軸を支持する軸受であって、前記羽根車と前記スラスト軸受との間に配置されているジャーナル軸受を含み、
   前記ジャーナル軸受は、前記軸受冷却水路の下方に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のターボ圧縮機。
5. 前記スラスト軸受と前記ジャーナル軸受は、空気軸受であることを特徴とする、請求項４に記載のターボ圧縮機。
6. 前記冷却気路は、前記ハウジングを冷却するように前記ハウジングを貫く気路を含み、
   前記冷却水路は、前記ハウジングを冷却するように前記ハウジングを貫く水路を含むことを特徴とする、請求項１に記載のターボ圧縮機。
7. 前記冷却水路は、前記冷却気路の内部に収容された冷却用気体と熱交換可能に設けられており、前記ハウジングを貫く気路と前記ハウジングを貫く水路は、前記回転軸の長手方向に沿って延びており、前記回転軸の円周方向に沿って交互に配置されていることを特徴とする、請求項６に記載のターボ圧縮機。
8. 前記回転軸は、長手方向に沿って延びている中空を含んでおり、前記冷却気路は、前記回転軸の中空を貫く気路を含むことを特徴とする、請求項１に記載のターボ圧縮機。
9. 前記回転軸は、長手方向に沿って延びている中空を含む複数個の部材と、
   前記回転軸の長手方向に沿って延びた部材であって、前記複数個の部材の中空を順次に貫いた状態に配置されており、前記複数個の部材と前記羽根車とを分離可能に互いに結合させうるタイボルトと、を含むことを特徴とする、請求項１に記載のターボ圧縮機。
10. 前記圧縮気体流路は、前記冷却気路と空間的に分離されることで、前記圧縮気体流路の内部にある前記気体が、前記冷却気路に侵透することができず、
    前記冷却気路の内部に収容された冷却用気体を強制流動させるための冷却ファンを含むことを特徴とする、請求項１に記載のターボ圧縮機。
11. 前記冷却ファンは、前記回転軸の後端部に配置され、前記回転軸の回転力によって回転することを特徴とする、請求項１０に記載のターボ圧縮機。
12. 前記冷却気路は、前記回転軸の中空を貫いた後、前記羽根車の前方に流出される気路を含むことを特徴とする、請求項８に記載のターボ圧縮機。

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