KR100253249B1

KR100253249B1 - 터보 압축기

Info

Publication number: KR100253249B1
Application number: KR1019980006179A
Authority: KR
Inventors: 류호선
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 2000-05-01
Also published as: KR19990070984A

Abstract

본 발명은 터보 압축기에 관한 것으로, 종래에는 구동력을 발생시키는 구동모터의 냉각이 충분히 이루어지지 않게 되어 구동모터의 효율을 저하시키게 될 뿐만 아니라 압축기의 전체 효율을 저하시키는 문제점이 있었는 바, 본 발명은 증발기를 거친 저온 저압 상태의 냉매가스가 밀폐용기로 유입되어 바로 구동모터를 냉각시킨 다음 1,2차 압축함으로써 구동모터의 냉각이 효율적으로 이루어지도록 함으로 인하여 작동이 원활하게 되어 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 냉매가스의 압축 성능을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

터보 압축기

본 발명은 터보 압축기에 관한 것으로, 특히 구동력을 발생시키는 구동모터의 냉각을 원활하게 하고 안정된 작동이 이루어질 수 있도록 한 터보 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 공기나 냉매 가스 등의 기체를 압축하는 기계이다. 상기 압축기는 냉동사이클을 구현한 냉동/공조사이클장치를 구성하는 중요한 요소로, 날개차나 로터의 회전운동 또는 피스톤의 왕복운동으로 기체를 압축하게 된다.

도 1은 본출원인이 특허 출원 제97-64567호로 선출원한 바 있는 터보 압축기(일명; 원심 압축기)를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 터보 압축기는 흡입구(1)를 갖는 제1압축실(10)와 토출구(21)를 갖는 제2압축실(20)이 양측에 각각 형성되고 중앙에 모터실(30)이 형성되며 상기 제1압축실(10)과 제2압축실(20)을 연통시킴과 더불어 상기 모터실(30)과 연통되도록 형성된 가스유로(40)를 구비하여 이루어진 밀폐용기(100)와, 상기 모터실(30)에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동모터(200)와, 일측 단부가 상기 제1압축실(10)에 삽입되고 타측 단부가 상기 제2압축실(20)에 삽입되도록 상기 구동모터(200)에 결합되어 구동모터(200)의 구동력을 전달하는 구동축(300)과, 상기 제1압축실(10)에서 회전가능하도록 구동축(300)의 일측 단부에 결합되어 흡입구(1)로 유입되는 가스를 1차 압축하여 가스유로(40)를 통해 제2압축실(20)로 유동시키는 제1임펠러(400)와, 상기 제2압축실(20)에서 회전가능하도록 구동축(300)의 타측 단부에 결합되어 1차 압축되어 제2압축실(20)로 유입된 가스를 2차 압축하여 토출구(21)로 토출시키는 제2임펠러(500)를 포함하여 구성된다.

상기 밀폐용기(100)에 형성된 모터실(30)은 소정의 직경과 길이를 갖는 원통형으로 형성되며, 상기 모터실(30)의 양측으로 제1압축실(10)과 제2압축실(20)이 각각 형성된다. 상기 가스유로(40)는 상기 모터실(30)의 측부에 걸쳐 형성되며, 가스유로(40)와 모터실(30)사이에는 상기 제1압축실(10)에서 가스유로(40)로 유입된 가스 중 일부를 모터실(30)내로 유입시키는 유입통공(50)과, 상기 유입통공(50)을 통해 모터실(30)로 유입된 가스가 구동모터(200)을 냉각시킨 다음 상기 가스유로(40)로 다시 유출시키는 유출통공(60)이 형성된다. 또한 상기 모터실(30)의 양측면에는 구동축(300)의 양단부가 각각 삽입되는 축삽입공(70)이 각각 형성되며, 이 축삽입공(70)은 제1압축실(10)과 제2압축실(20)에 각각 연통된다.

상기 제1압축실(10)은 흡입구(1)와 연통되어 흡입 가스를 유도하는 인듀서부(2)와, 상기 인듀서부(2)와 연통되며 상기 제1임펠러(400)가 삽입되어 흡입되는 가스의 운동에너지를 증가시켜주는 제1임펠러실(3)과, 상기 제1임펠러실(3)과 가스유로(40)를 연통시키며 증가된 가스의 운동에너지를 정압으로 변환시켜 가스유로(40)로 유도하는 베인디퓨져부(4) 및 볼류트부(5)로 이루어진다. 상기 흡입구(1)는 증발기(미도시)를 거친 냉매를 완전 건조상태로 건조시키는 어큐뮬레이터(600)와 연통되어 있다.

상기 제2압축실(20)은 상기 가스유로(40)와 연통되어 1차 압축된 가스를 유도하는 인듀서부(22)와, 상기 인듀서부(22)와 연통되며 상기 제2임펠러(500)가 삽입되어 유입되는 가스의 운동에너지를 증가시켜주는 제2임펠러실(23)과, 상기 제2임펠러실(23)과 토출구(21)를 연통시키며 증가된 가스의 운동에너지를 정압으로 변환시켜 토출구(21)로 내보내는 베인디퓨져부(24) 및 볼류트부(25)로 이루어진다.

그리고 상기 모터실(30)의 내부에는 구동모터(200)의 양측에 위치하여 구동축(300)을 반경방향으로 지지하는 레이디어 베어링(90)이 설치되어 있고, 또한 구동축(300)의 양단부에는 모터실(30)을 이루는 양측면과 베어링면을 이루면서 구동축(300)을 축방향으로 지지하는 스러스트 베어링(80)이 각각 결합되어 있다.

상기 구동모터는 원판으로 형성된 수개의 고정디스크가 모터실(30)의 내면에 결합되는 고정자부와, 원판으로 형성되어 상기 고정디스크에 교번되게 위치하여 구동축(300)에 결합되는 회전자부로 구성되어 있다.

상기한 바와 같은 터보 압축기의 작동은 다음과 같다.

상기 터보 압축기는 구동모터(200)에 전류가 인가되면 구동모터(200)가 작동함과 더불어 구동모터(200)의 구동력이 구동축(300)에 전달되어 구동축(300)이 회전하게 된다. 상기 구동축(300)의 회전에 의해 구동축(300)의 양단부에 결합된 제1임펠러(400)와 제2임펠러(500)가 각각 회전하게 된다. 상기 제1임펠러(400)와 제2임펠러(500)의 회전력에 의해 냉매가스가 흡입구(1)를 통해 제1압축실(10)로 유입되어 1차 압축되고, 이 1차 압축된 냉매 가스는 가스유로(40)를 통해 제2압축실(20)로 유입되며, 이 제2압축실(20)로 유입된 1차 압축된 냉매 가스는 제2압축실(20)에서 2차 압축되어 토출구(21)를 통해 토출된다. 이 2차 압축되어 토출된 냉매 가스는 냉동/공조사이클을 구성하는 응축기(미도시)로 유입된다. 그리고 상기 구동모터(200)가 고속으로 회전시 구동모터(200)의 손실에 의해 열을 발생하게 되며, 이 발생된 열은 제1압축실(10)에서 1차 압축되어 가스유로(40)를 흐르는 냉매 가스의 일부가 유입통공(50)을 통해 모터실(30)로 유입되어 구동모터(200)를 냉각한 다음 유출통공(60)을 통해 가스유로(40)로 흐르면서 구동모터(200)를 냉각하게 된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 터보 압축기는 구동모터(200)를 냉각하기 위하여 제1압축실(10)에서 1차 압축된 냉매가스가 가스유로(40)와 유입통공(50)을 통해 모터실(30)내로 유입되어 구동모터(200)를 냉각하게 됨으로 1차 압축된 냉매가스가 가열된 상태에서 구동모터(200)를 냉각하게 되고, 또한 구동모터(200)의 고정디스크와 회전디스크사이가 너무 좁고 구동축(300)의 회전속도가 빠르기 때문에 냉매가스가 충분히 구동모터(200)사이로 유동하지 못하여 구동모터(200)의 냉각이 충분히 이루어지지 않게 되어 구동모터(200)의 효율을 저하시키게 될 뿐만 아니라 압축기의 전체 효율을 저하시키는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 구동력을 발생시키는 구동모터의 냉각을 원활하게 하고 안정된 작동이 이루어질 수 있도록 한 터보 압축기를 제공함에 있다.

도 1은 종래 터보 압축기의 일예를 도시한 단면도,

도 2는 본 발명의 터보 압축기를 도시한 단면도,

도 3은 도 2의 A - A' 단면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

200' ; 구동모터 700 ; 밀폐용기

710 ; 제1압축실 720 ; 제2압축실

721 ; 토출구 730 ; 모터실

731 ; 흡입구 740 ; 제1가스유로

741,751 ; 와류발생부 750 ; 제2가스유로

800 ; 구동축 801 ; 가스유입구멍

802 ; 가스공 803 ; 지지턱

810 ; 제1임펠러 820 ; 제2임펠러

850 ; 레이디얼 베어링 860 ; 스러스트 베어링

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 일측에 냉매가스가 유입되는 흡입구를 갖는 모터실과 타측에 제1압축실 및 토출구를 갖는 제2압축실이 각각 형성되고 상기 모터실의 측부와 제1압축실을 연통하여 모터실을 거친 가스가 제1압축실로 유입되도록 안내하는 제1가스유로가 형성되며 상기 제1압축실에서 1차 압축된 가스를 제2압축실로 안내하는 제2가스유로를 구비하여 형성된 밀폐용기와, 상기 모터실에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동모터와, 소정의 길이로 이루어져 내부에 소정의 깊이로 가스유입구멍이 형성되고 측부에 상기 가스유입구멍과 연통되는 다수개의 가스공이 형성되어 상기 구동모터에 결합되어 구동모터의 구동력을 전달하는 구동축과, 상기 제1압축실에서 회전가능하도록 구동축에 결합되어 흡입구와 모터실을 거쳐 제1가스유로로 유입되는 가스를 1차 압축하여 제2가스유로를 통해 제2압축실로 유동시키는 제1임펠러와, 상기 제2압축실에서 회전가능하도록 제1임펠러에 이어 구동축에 결합되어 1차 압축되어 제2압축실로 유입된 가스를 2차 압축하여 토출구로 토출시키는 제2임펠러를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 터보 압축기가 제공된다.

상기 모터실에는 구동모터의 양측에 각각 위치하여 구동축을 반경방향으로 지지하는 레이디얼 베어링이 설치됨을 특징으로 하는 터보 압축기가 제공된다.

상기 구동축의 단부에는 지지턱이 형성되고, 상기 모터실에는 상기 모터축의 지지턱에 지지되어 구동축을 축방향으로 지지하는 스러스트 베어링이 설치됨을 특징으로 하는 터보 압축기가 제공된다.

상기 제1가스유로와 제2가스유로의 일측면에는 내부에 흐르는 가스의 유동이 와류 유동을 형성하도록 바람개비 형상으로 돌출된 와류발생부가 형성됨을 특징으로 하는 터보 압축기가 제공된다.

이하, 본 발명의 터보 압축기를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 터보 압축기는, 도 2에 도시한 바와 같이, 일측에 냉매가스가 유입되는 흡입구(731)를 갖는 모터실(730)과 타측에 제1압축실(710) 및 토출구(721)를 갖는 제2압축실(720)이 각각 형성되고 상기 모터실(730)의 측부와 제1압축실(710)을 연통하여 모터실(730)을 거친 가스가 제1압축실(710)로 유입되도록 안내하는 제1가스유로(740)가 형성되며 상기 제1압축실(710)에서 1차 압축된 가스를 제2압축실(720)로 안내하는 제2가스유로(750)를 구비하여 형성된 밀폐용기(700)와, 상기 모터실(730)에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동모터(200')와, 소정의 길이로 이루어져 내부에 소정의 깊이로 가스유입구멍(801)이 형성되고 측부에 상기 가스유입구멍(801)과 연통되는 다수개의 가스공(802)이 형성되어 상기 구동모터(200')에 결합되어 구동모터(200')의 구동력을 전달하는 구동축(800)과, 상기 제1압축실(710)에서 회전가능하도록 구동축(800)에 결합되어 흡입구(731)와 모터실(730)을 거쳐 제1가스유로(740)로 유입되는 가스를 1차 압축하여 제2가스유로(750)를 통해 제2압축실(720)로 유동시키는 제1임펠러(810)와, 상기 제2압축실(720)에서 회전가능하도록 제1임펠러(810)에 이어 구동축(800)에 결합되어 1차 압축되어 제2압축실(720)로 유입된 가스를 2차 압축하여 토출구(721)로 토출시키는 제2임펠러(820)를 포함하여 구성된다.

상기 밀폐용기(700)는 원통형으로 형성됨이 바람직하고, 그 내부 일측에 원통형으로 형성된 모터실(730)이 형성되고 그 외측과 일측면으로 제1가스유로(740)가 형성되며 상기 모터실(730)의 측면벽에는 상기 제1가스유로(740)와 연통하는 다수개의 관통공(732)이 형성된다. 그리고 상기 모터실(730)의 측부에 제1,2압축실(710,720)이 형성된다. 상기 제1압축실(710)은 상기 제1가스유로(740)와 연통되어 유입 가스를 유도하는 인듀서부(711)와, 상기 인듀서부(711)와 연통되며 상기 제1임펠러(810)가 삽입되어 흡입되는 가스의 운동에너지를 증가시켜주는 제1임펠러실(712)과, 상기 제1임펠러실(712)과 제2가스유로(750)를 연통시키며 증가된 가스의 운동에너지를 정압으로 변환시켜 제2가스유로(750)로 유도하는 베인디퓨져부(713) 및 볼류트부(714)로 형성된다. 그리고 상기 제2압축실(720)은 제1압축실(710)과 유사하게 제2가스유로(750)와 연통되어 유입 가스를 유도하는 인듀서부(722)와, 제2임펠러(820)가 삽입되는 제2임펠러실(723)과, 베인디퓨져부(724) 및 볼류트부(725)로 형성되며 상기 볼류트부(725)는 토출구(721)와 연통된다. 상기 흡입구(731)에는 흡입파이프(830)가 결합되며 상기 흡입파이프(830)의 중심은 구동축(800)의 중심과 동일 선상에 위치하도록 결합된다.

상기 구동모터(200')는 원판으로 형성된 다수개의 고정디스크(211)가 모터실(730)의 내부에 결합,고정되는 고정자부와, 원판으로 형성된 다수개의 회전디스크(212)가 상기 고정디스크(211)에 교번되도록 구동축(800)에 결합되는 회전자부를 포함하여 구성된다. 상기 회전자부는 구동축 가스공(802)이 형성된 측에 결합되며, 상기 가스공(802)은 상기 회전자부를 구성하는 회전디스크(212)사이의 거리보다 작게 형성된다.

상기 제1임펠러(810)와 제2임펠러(820)는 각각 제1임펠러실(712)과 제2임펠러실(723)에 각각 위치하여 구동축(800)에 결합된다. 그리고 상기 제1임펠러(810)와 제2임펠러(820)사이에는 분리막(840)이 설치된다.

상기 모터실(730)에는 구동모터(200')의 양측에 각각 위치하여 구동축(800)을 반경방향으로 지지하는 레이디얼 베어링(850)이 설치된다. 또한, 상기 구동축(800)의 단부에는 지지턱(803)이 형성되고, 상기 모터실(730)에는 상기 구동축(800)의 지지턱(803)에 지지되어 구동축(800)을 축방향으로 지지하는 스러스트 베어링(860)이 설치된다. 미설명 부호 851은 레이디얼 베어링의 지지대이고, 미설명 부호 861은 스러스트 베어링의 지지대이다.

상기 제1가스유로(740)와 제2가스유로(750)의 일측면에는 내부에 흐르는 가스의 유동이 와류 유동을 형성하도록 바람개비 형상으로 돌출된 와류발생부(741,751)가 각각 형성된다.

이하, 본 발명의 터보 압축기의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 터보 압축기는 구동모터(200')에 전류가 인가되면 구동모터(200')가 작동함과 더불어 구동모터(200')의 구동력이 구동축(800)에 전달되어 구동축(800)이 회전하게 된다. 상기 구동축(800)의 회전에 의해 구동축(800)에 결합된 제1임펠러(810)와 제2임펠러(820)가 각각 회전하게 된다. 상기 제1임펠러(810)와 제2임펠러(820)의 회전력에 의해 흡입파이프(830)를 통해 유입된 냉매가스가 구동축(800)의 가스유입구멍(801)으로 유입되어 가스공(802)을 통해 모터실(730)내부로 유입된다. 상기 모터실(730)내로 유입된 냉매가스는 구동모터(200')를 냉각시킨 다음 모터실(730)의 측부에 형성된 관통공(732)을 통해 제1가스유로(740)로 유입된다. 상기 제1가스유로(740)를 통해 제1압축실(710)로 유입되어 1차 압축되고, 이 1차 압축된 냉매 가스는 제2가스유로(750)를 통해 제2압축실(720)로 유입되며, 이 제2압축실(720)로 유입된 1차 압축된 냉매 가스는 제2압축실(720)에서 2차 압축되어 토출구(721)를 통해 토출된다. 이 2차 압축되어 토출된 냉매 가스는 냉동/공조사이클을 구성하는 응축기(미도시)로 유입된다.

상기 제1압축실(710)에서 냉매 가스가 1차 압축되는 과정은 먼저 흡입구(731)로 유입된 냉매 가스가 인듀서부(711)를 통해 제1임펠러실(712)로 유입되며, 이 제1임펠러실(712)로 유입된 냉매 가스는 제1임펠러(810)의 회전력에 의해 운동에너지가 상승될 뿐만 아니라 정압도 약간 상승하게 되고, 이 상태의 냉매 가스가 베인디퓨져부(713)와 볼류트부(714)를 지나면서 냉매 가스의 운동에너지가 정압으로 변환되어 압력이 상승하게 된다.

그리고 상기 제2압축실(720)에서 1차 압축된 냉매 가스가 2차 압축되는 과정은 제1압축실(710)에서 냉매 가스가 압축되는 과정과 같다. 이와 같이 1차 압축과 2차 압축 과정을 거친 냉매 가스는 고압의 상태가 되어 토출된다.

그리고 상기 제1,2압축실(710,720)에서 각각 회전하면서 냉매 가스를 압축하는 제1,2임펠러(810,820)가 결합된 구동축(800)은 압력차에 의해 한쪽 축방향으로 힘을 받게 되며, 이는 구동축(800)을 축방향으로 지지하는 스러스트 베어링(860)에 의해 지지되어 한쪽으로 치우침이 없이 안정적으로 회전하게 된다. 또한 구동모터(200')의 양측에 각각 위치하도록 구동축(800)에 결합된 레이디얼 베어링(850)에 의해 구동축(800)을 반경방향으로 지지하게 됨으로써 구동축(800)의 회전시 반경방향으로 안정적으로 지지되면서 회전하게 된다.

본 발명은 증발기를 거친 저온 저압 상태의 냉매가스가 구동축(800)을 통해 바로 모터실(730)에 유입되어 구동모터(200')를 냉각시키고 이어 1차, 2차 압축되어 토출됨으로써, 저온 상태의 냉매가스가 구동모터(200')를 냉각하게 되어 구동모터(200')의 냉각 효율이 좋게 된다. 뿐만 아니라 냉매가스가 구동모터(200')의 폐열을 흡수하게 되어 온도가 상승하고 회전자부의 회전에 의한 원심력을 받아 가압되는 효과를 얻게 된다. 그리고 상기 제1가스유로(740)를 통과한 냉매가스가 제1압축실(710)로 유입되는 과정에서 인듀서부(711,722)로 냉매가스가 모이게 됨으로 손실이 발생하게 되는데, 이는 제1가스유로(740)면에 형성된 와류발생부(741,751)에 의해 냉매가스가 와류 유동으로 인듀서부(711,722)로 유입되어 고효율 및 운전의 안정성을 높일 수 있게 된다.

본 발명은 제1임펠러(810)와 제2임펠러(820)사이에 분리막(840)이 설치되어 있어 1차 압축되는 제1임펠러(810)와 2차 압축되는 제2임펠러(820)사이의 압력차에 의한 압력누설을 방지하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 터보 압축기는 증발기를 거친 저온 저압 상태의 냉매가스가 밀폐용기로 유입되어 바로 구동모터를 냉각시킨 다음 1,2차 압축됨으로써 구동모터의 냉각이 효율적으로 이루어짐으로 인하여 구동모터의 온도를 안정적으로 유지하게 되고 작동이 원활하게 되어 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 냉매가스의 압축 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

일측에 냉매가스가 유입되는 흡입구를 갖는 모터실과 타측에 제1압축실 및 토출구를 갖는 제2압축실이 각각 형성되고 상기 모터실의 측부와 제1압축실을 연통하여 모터실을 거친 가스가 제1압축실로 유입되도록 안내하는 제1가스유로가 형성되며 상기 제1압축실에서 1차 압축된 가스를 제2압축실로 안내하는 제2가스유로를 구비하여 형성된 밀폐용기와, 상기 모터실에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동모터와, 소정의 길이로 이루어져 내부에 소정의 깊이로 가스유입구멍이 형성되고 측부에 상기 가스유입구멍과 연통되는 다수개의 가스공이 형성되어 상기 구동모터에 결합되어 구동모터의 구동력을 전달하는 구동축과, 상기 제1압축실에서 회전가능하도록 구동축에 결합되어 흡입구와 모터실을 거쳐 제1가스유로로 유입되는 가스를 1차 압축하여 제2가스유로를 통해 제2압축실로 유동시키는 제1임펠러와, 상기 제2압축실에서 회전가능하도록 제1임펠러에 이어 구동축에 결합되어 1차 압축되어 제2압축실로 유입된 가스를 2차 압축하여 토출구로 토출시키는 제2임펠러를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 터보 압축기.
제1항에 있어서, 상기 제1가스유로와 제2가스유로의 일측면에는 내부에 흐르는 가스의 유동이 와류 유동을 형성하도록 바람개비 형상의 와류발생부가 형성됨을 특징으로 하는 터보 압축기.