KR100189150B1 - 공기조화기용 원심압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기용 원심압축기에 관한 것으로, 그 목적은 구조가 간단하면서도 압축율이 높은 원심압축기를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 원심압축기는, 흡입구(11)와 토출구(12)를 갖는 밀폐용기(10), 흡입구(11)를 통하여 유입된 냉매의 속도를 가변시켜 냉매를 압축하도록 마련된 적어도 둘 이상의 압축부(31)(32), 압축부(31)(32)를 구동하기 위한 구동부(20)를 포함한다. 압축부(31)(32)는 흡입구(11)의 내측에 마련되어 냉매를 가속하는 임펠러(31a)와 임펠러(31a)의 외곽에 마련되어 가속된 냉매가 확산되어 감속되도록 하는 디퓨져(31b)를 구비하여 냉매를 압축하는 제1압축부(31)와 토출구(12)의 내측에 마련되며 제1압축부(31)에서 압축된 냉매를 가속하는 임펠러(32a)와 가속된 냉매가 확산되어 감속되도록 하는 디퓨져(32b)를 구비하는 제2압축부(32)로 구성된다.

Description

공기조화기용 원심압축기

본 발명은 공기조화기용 원심압축기에 관한 것으로, 더 상세하게는 일체로 회전하는 두 개의 임펠러를 이용하여 냉매를 이단 압축함으로써 압축율을 높인 공기조화기용 원심압축기에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기는 냉매의 상태변환을 이용하여 공기를 조화시켜 조화공간을 조화시키는 것으로서, 냉매의 상태변환은 냉동싸이클에 의하여 이루어진다. 도1은 일반적인 공기조화기의 냉동싸이클을 보인 도면으로서, 이에 도시한 바와 같이, 냉동싸이클은 냉매를 압축하기 위한 압축기(1), 압축된 냉매를 응축시키기 위한 응축기(2), 냉매를 팽창시키기 위한 냉매팽창장치(3), 그리고 응축된 냉매를 증발시키기 위한 증발기(4)를 포함한다. 상기한 부품들은 냉매관(5)에 의하여 폐회로를 구성한다. 이와 같이 구성된 냉동싸이클은 기체 상태로 압축기(1)로 유입된 냉매는 압축기(1)에서 압축되어 고온고압의 기체 상태로 토출된다. 고온고압의 기체로 토출된 냉매는 응축기에서 외부공기와 열교환함으로써 응축되어 액화된다. 응축기(2)에서 응축된 냉매는 냉매팽창장치(3)에서 팽창하여 감압된후 증발기(4)에서 증발하면서 열을 흡수함으로써 냉기를 생성한다. 이와 같이 냉매의 상태변환을 반복수행시킴으로써 필요로 하는 냉기를 생성한다. 상기와 같이 생성된 냉기가 팬에 의하여 조화공간으로 토출됨으로써 조화시키는 것이다.

상기와 같은 냉동싸이클에 채용되어 냉매를 압축하는 압축기는 압축방법에 따라 왕복동형, 로터리형 그리고 리니어형 압축기 등으로구분할 수 있다. 왕복동 압축기는 모터의 회전운동을 직선 운동을 변환하여 피스톤을 직선운동시켜 냉매를 압축하는 것이고, 로터리 압축기는 모터의 회전운동에 의하여 로울러가 편선회전운동하여 냉매를 압축하는 것이며, 리니어 압축기는 직선운동력을 발휘하는 선형모터가 피스톤을 직선왕복시켜 냉매를 압축하는 것이다.

그러나 상기한 여러 종류의 압축기는 냉매의 압축과정에서 마찰과 마모가 과도하게 발생하는 문제가 있어 마찰부위의 윤활 등이 수반되어야 하는 문제가 있었다.

상기한 압축기외에 원심압축기가 있는데, 이러한 원심압축기는 원심력에 의한 가속과 확산부에 의한 감속을 이용하여 냉매를 압축하는 것이다. 즉, 냉매는 고속으로 회전하는 임펠러를 통과하면서 가속된후 확산부를 통과하면서 감속됨으로써 압축되게 된다. 이와 같은 원심압축기는 동일한 압축력을 발휘하는 다른 형태의 압축기보다 단순하고 무게도 가볍다.

그러나 원심압축기의 크기가 작아지면 냉매를 가속하는 임펠러의 직경도 작아지므로 임펠러의 회전속도는 더욱 더 증가되어야 하므로 임펠러를 고속회전시키기 위한 동력원의 구성과 고속회전을 지지하기 위한 회전축 등의 안전성 확보에 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 냉매를 다단 압축함으로써 냉매의 압축율을 높일 수 있는 공기조화기용 원심압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 작은 부피를 갖으면서도 높은 압축력을 발휘할 수 있는 공기조화기용 원심압축기를 제공하는 것이다.

도1은 일반적인 공기조화기의 냉동싸이클을 보인 도면이다.

도2은 본 발명에 따른 공기조화기용 원심압축기의 구조를 보인 원심압축기의 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 밀폐용기11 : 흡입구

12 : 토출구13 : 유입구

20 : 구동부31 : 제1압축부

32 : 제2압축부31a,32a : 임펠러

31b,32b : 디퓨져

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 흡입구와 토출구를 갖는 밀폐용기, 상기 흡입구를 통하여 유입된 냉매의 속도를 가변시켜 냉매를 압축하도록 마련된 적어도 둘 이상의 압축부, 상기 압축부를 구동하기 위한 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 구성이다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 발람직한 실시예를 상세하게 설명하겠다.

도2는 본 발명이 채용된 원심압축기의 내부 구성을 보인 단면도이이다. 이에 도시한 바와 같이, 원심압축기는 흡입구(11)와 토출구(12)를 갖는 밀폐용기(10)를 구비하는데, 흡입구(11)는 밀폐용기(10)의 하면에 마련되고 토출구(12)는 밀폐용기(10)의 측면 상부에 설치된다. 밀폐용기(10)의 내부에는 냉매를 흡입하여 압축한후 토출시키는 압축부(31)(32)와 압축부(31)(32)를 구동하기 위한 구동부(20)를 포함한다. 먼저 구동부(20)는 전자기적 상호작용에 의하여 회전력을 발생시키는 고정자(21)와 회전자(22)로 이루어져 밀폐용기(10)의 내부 중간부위에 수용된다. 고정자(21)는 상하 양면이 개구된 원통형으로 마련되고, 회전자(22)는 이러한 고정자(21)의 내부에 회전자재로 설치되며, 회전자(22)에 상하측으로 돌출되게 회전축(23)이 압입된다.

압축부(31)(32)는 흡입구(11)와 구동부(20)사이에 설치되어 냉매를 1차압축하는 제1압축부(31)와 구동부(20)와 토출구(12)측사이에 설치되어 1차압축된 냉매를 2차압축하는 제2압축부(32)를 포함한다. 먼저 제1압축부(31)를 설명하면 제1압축부(31)는 회전축(23)의 하단에 결합되어 냉매를 가속하는 임펠러(31a)와 임펠러(31a)의 외측에 마련되어 가속된 냉매를 감속시키는 디퓨져(31b)를 포함한다. 임펠러(31a)는 그 하측면에는 나선 형태로 마련된 다수의 깃(31c)을 포함함으로써 회전시 중심에 있는 냉매가 원심력에 의하여 반경방향으로 가속되도록 한다. 디퓨져(31b)는 임펠러(31a)의 외곽에 환형으로 형성되어 가속된 냉매를 확산시켜 감속시키는 것으로서, 밀폐용기(10)와 고정자(21)의 하측면에 고정설치된 프레임(41)에 의하여 형성된다. 제1압축부(31)에서의 냉매의 흐름을 정리하면 냉매는 임펠러(31a)를 통과하면서 가속된 후 디퓨져(31b)에서 확산됨으로써 감속되어 압축된다.

이와 같은 과정을 통하여 1차압축된 냉매는 고정자(21)와 밀폐용기(10)사이에 형성된 유로(14)를 따라 제2압축부(32)로 이동하여 재압축된다. 제2압축부(32)의 구조는 제1압축부(31)와 유사하다. 즉, 제2압축부(32)는 냉매를 가속하는 임펠러(32a)와 가속된 냉매를 감속시켜 정압력을 높이는 디퓨져(32b)를 포함한다. 임펠러(32a)는 상면에 나선형을 마련된 다수의 깃(32d)과 깃(32d)의 상방에 마련된 덮개(32c)를 포함한다. 디퓨져(32b)는 고정자(21)의 상면에 고정설치된 프레임(42)과 덮개(32c)에 의하여 형성되는데, 덮개(32c)의 하단은 임펠러(32a)의 반경방향으로 연장됨으로써 그 하측과 프레임(42)사이에 디퓨져(32b)가 형성되도록 한다. 한편 디퓨져(32b)의 가장자리에는 환형의 홈부(32e)가 형성되고, 홈부(32e)의 일측에 토출구(12)의 내측이 연통됨으로써 압축된 냉매가 토출구(12)를 통하여 토출되도록 한다.

한편 프레임(41)(42)에 결합된 구동부(20)와 압축부(31)(32)를 지지하기 위하여 프레임(41)(42)은 지지판(51)을 개재하여 밀폐용기(10)에 결합된다. 이때 지지판(51)은 다수개의 홀이 형성되어 냉매가 통과할 수 있도록 한다.

그리고 제1압축부(31)와 제2압축부(32)사이에 형성된 유로(14)에는 제1압축부(31)에서 1차압축됨으로써 고온인 냉매를 냉각하여 제2압축부(32)에서의 압축율을 높이기 위한 구조가 제공된다. 즉, 유로(14)의 밀폐용기(10)에는 상대적으로 저온인 냉매가 유입되기 위한 유입구(13)가 설치된다. 이 유입구(13)를 통하여 응축기에서 응축된 냉매의 일부가 유입되어 1차압축된 냉매와 섞임으로서 냉매를 냉각시킨다.

한편 회전축(23)과 비회전체인 프레임(41)(42)사이에는 베어링(61)이 개재되어 회전축(23)의 회전을 지지하는데, 베어링(61)은 냉매가스를 윤활제로 사용하여고속회전시 안정성이 좋은 프로팅 링 가스베어링(Floating Ring Gas Bearing)이나 틸팅 패드 가스베어링(Tilting Pad Gas Bearing) 또는 히어링 본 가스 베어링(Hrring Bone Gas Bearing)이 바람직하다. 측방향의 지지를 위하여 트러스트 가스베어링을 설치한다. 그리고, 1단과 2단 압축실 간에 밀폐를 위하여 래비링스 실(Labyrinth Seal)을 설치한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 원심압축기는 그 작동 정격용량을 1~50Kw, 좀 더 정확하게 말하면 2 ~30Kw 으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 공기조화기용 원심압축기의 작동을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 원심압축기는 냉매를 제1압축부(31)에서 1차압축시키후 냉각시키후 제2압축부(32)에서 2차압축함으로써 냉매의 압축율을 높인다. 이를 상세하게 설명하면, 흡입구(11)로 흡입된 냉매는 제1압축부(31)의 임펠러(31a)를 통과하면서 가속된후 디퓨져(31b)에서 감속됨으로써 압축된다. 이후 유로(14)를 따라 이동하면서 저온 냉매와 섞여 냉각된 후 제2압축부(32)의 임펠러(32a)를 통과하면서 다시 가속된 후 디퓨져(32b)에서 다시 확산되어 감속됨으로써 재압축되는 것이다.

이상에서 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 공기조화기용 원심압축기는 냉매를 압축하기 위한 구조를 간단하게 구성할 수 있는 이점이 있으며, 냉매를 이단압축함으로써 냉매의 압축율을 높일 수 있는 이점이 있다. 일차압축된 냉매를 냉각시킨후 재압축하기 때문에 고열에 의한 압축기의 소손을 방지할 수 있으며, 냉매의 압축율도 높일 수 있다.

Claims (7)

1. 흡입구와 토출구를 갖는 밀폐용기,

   상기 흡입구를 통하여 유입된 냉매의 속도를 가속시켜 냉매를 압축하도록 마련된 적어도 둘 이상의 압축부,

   상기 압축부를 구동하기 위한 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기용 원심압축기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 압축부는 상기 흡입구의 내측에 마련되어 냉매를 가속하는 임펠러와 임펠러의 외곽에 마련되어 가속된 냉매가 확산되어 감속되도록 하는 디퓨져를 구비하여 냉매를 압축하는 제1압축부와

   상기 토출구의 내측에 마련되며 상기 제1압축부에서 압축된 냉매를 가속하는 임펠러와 가속된 냉매가 확산되어 감속되도록 하는 디퓨져를 구비하여 냉매를 재압축하는 제2압축부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기용 원심압축기.
3. 제2항에 있어서,

   상기 구동부는 고정자와 회전자를 구비하여 상기 제1압축부와 상기 제2압축부사이에 마련되며, 상기 제1압축부와 상기 제2압축부의 임펠러들은 상기 회전자에 압입된 회전축에 연결설치된 것을 특징으로 하는 공기조화기용 원심압축기.
4. 제2항에 있어서,

   상기 제1압축부의 상기 디퓨져는 상기 임펠러와 상기 고정자사이에 마련된 프레임과 상기 밀폐용기에 의하여 형성된 것을 특징으로 하는 공기조화기용 원심압축기.
5. 제2항에 있어서,

   상기 제2압축부의 상기 디퓨져는 상기 임펠러의 덮개와 상기 고정자에 결합된 프레임에 의하여 형성된 것을 특징으로 하는 공기조화기용 원심압축기.
6. 제5항에 있어서,

   상기 제2압축부의 상기 디퓨져의 가장자리에는 환형의 홈부가 마련되고, 상기 토출구는 상기 홈부의 일측에 연통된 것을 특징으로 하는 공기조화기용 원심압축기.
7. 제2항에 있어서,

   상기 제1압축부와 상기 제2압축부사이의 밀폐용기에는 1차압축된 냉매를 냉각시키고 상기 구동부를 냉각시키는 저온의 냉매가 유입되는 유입구가 마련된 것을 특징으로 하는 공기조화기용 원심압축기.

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