KR100253250B1 - 터보 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보 압축기에 관한 것으로, 종래 체적을 감소시킴에 의해 기체를 압축시키는 용적식 압축기는 가스를 압축시키는 압축 성능 및 그 효율이 낮은 단점이 있는 반면, 종래 임펠러의 회전을 이용하여 기체를 압축시키는 터보 압축기는 그 크기가 커 가전 제품 등에 적용시 적합하지 못한 단점이 있었다. 본 발명은 가스를 압축시키는 임펠러의 크기를 감소시켜 소형화가 가능하게 할 뿐만 아니라 임펠러의 소형화로 인하여 필요한 압축비를 얻기 위해 구동모터를 고속 회전함에 의해 발생되는 손실을 감안하여 임펠러를 3개로 장착하고, 구동모터의 구동력을 전달받아 회전하는 구동축의 무게 중심을 구동축의 중심에 위치하도록 하여, 필요한 압축비를 얻음과 동시에 구동모터의 고속 회전을 감소시키고 구동축의 회전을 원활하게 함으로써, 필요한 압축비를 유지함과 동시에 구동모터의 고속 회전으로 인한 손실을 감소시킴으로써 효율을 높일 수 있고, 전체 크기의 소형화로 인하여 제품 적용시 그 구조를 간단하게 할 수 있을 뿐만 아니라 그 취급이 수월할 수 있도록 한 것이다.

Description

터보 압축기

본 발명은 터보 압축기에 관한 것으로, 특히 소형으로 제작이 수월하고 효율이 높을 터보 압축기를 제공함에 있다.

일반적으로 압축기는 공기나 냉매가스 등의 기체를 압축하는 기계이다. 상기 압축기는 동력을 발생기키는 동력발생부와 이 동력발생부에서 전달된 구동력에 의해 기체를 흡입하여 압축하는 압축기구부로 구성된다. 그리고 상기 압축기는 동력발생부와 압축기구부가 소정의 내부 체적을 갖는 밀폐용기내에 함께 설치된 형태의 밀폐형 압축기와 상기 동력발생부와 압축기구부가 분리되어 구성되는 분리 형태의 압축기로 나누어진다.

상기 밀폐형 압축기는 기체를 압축하는 구조에 의해서 회전식 압축기(일명; 로터리 압축기), 왕복동식 압축기 그리고 스크롤 압축기 등이 있다. 이와 같은 압축기는 기체를 압축하는 방식이 체적을 감소시킴에 의해 압축시키는 용적식이다. 상기 용적식 압축기에서 회전식 압축기는 내부에 원통형 공간이 형성된 실린더내부에 편심축이 회전하면서 내부 공간의 체적을 감소시킴에 의해 기체를 가압하는 구조이며, 상기 왕복동식 압축기는 실린더내부에서 피스톤이 왕복운동하면서 내부 공간의 체적을 감소시킴에 의해 기체를 가압하는 구조이고, 상기 스크롤 압축기는 내부에 인벌류트 곡선형의 랩이 형성된 상,하스크롤이 서로 맞물려 선회운동하면서 내부 공간 체적을 감소시킴에 의해 기체를 가압하는 구조이다.

상기 회전식 압축기와 왕복동식 압축기는 기체를 주기적으로 가압하는 과정에서 주기적인 진동소음을 발생시킬 뿐만 아니라 효율이 낮은 반면, 제조원가가 저렴하다. 한편, 상기 스크롤 압축기는 기체를 지속적으로 가압하는 과정에서 진동소음의 발생이 적고 효율이 높은 반면, 사용되는 부품수가 많을 뿐만 아니라 제조원가가 비싸다. 그리고 상기 스크롤 압축기는 용적식으로 고압의 냉매를 사용함으로써 부피가 상대적으로 크고, 부품의 무게가 비교적 무거워 냉장고나 공기조화기 등의 가전제품에 적용시, 적용되는 가전제품의 규모가 커질 뿐만 아니라 무게가 무거워 취급이 난해하게 된다.

이와 같은 단점을 보완한 것으로, 소형을 이루며 압축 효율이 높고 구조가 간단한 터보 압축기가 개발되고 있다.

본 발명의 목적은 소형으로 설계 제작이 수월하고 기체를 압축하는 압축 성능이 우수하고 효율이 높은 터보 압축기를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 터보 압축기를 도시한 단면도,

도 2는 상기 터보 압축기의 구동축과 이에 결합되는 부품을 중심으로 도시한 단면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 ; 인듀서부 2 ; 임펠러실

3 ; 베인디퓨져부 4 ; 볼류트부

100 ; 밀폐용기 110 ; 제1압축실

120 ; 제2압축실 130 ; 제3압축실

131 ; 토출구 140 ; 모터실

141 ; 흡입구 150 ; 제1가스유로

160 ; 제2가스유로 170 ; 제3가스유로

200 ; 구동모터 300 ; 구동축

310 ; 제1임펠러 320 ; 제2임펠러

330 ; 제3임펠러 340 ; 레이디얼 베어링

350 ; 스러스트 베어링

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 제1압축실 및 제2압축실과 토출구를 갖는 제3압축실이 양측에 각각 형성되고 중앙에 흡입구를 갖는 모터실이 형성되며 상기 모터실과 상기 제1압축실을 연통시키도록 제1가스유로가 형성되고 상기 제1압축실에서 1차 압축된 냉매가스를 제2압축실로 유입되도록 안내하는 제2가스유로가 형성되고 상기 제2압축실에서 2차 압축된 냉매가스를 제3압축실로 안내하도록 형성된 제3가스유로를 구비하여 이루어진 밀폐용기와, 상기 모터실에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동모터와, 일측 단부가 상기 제1압축실 및 제2압축실에 삽입되고 타측 단부가 상기 제3압축실에 삽입되며 상기 구동모터에 결합되어 모터의 구동력을 전달하는 구동축과, 상기 제1압축실에서 회전가능하도록 구동축의 단부에 결합되어 흡입구로 유입된 기체가 모터실을 냉각하고 제1가스유로를 통하여 유입되는 가스를 1차 압축하여 제2가스유로를 통해 제2압축실로 유동시키는 제1임펠러와, 상기 제2압축실에서 회전가능하도록 구동축부에 결합되어 1차 압축되어 제2압축실로 유입된 가스를 2차 압축하여 제3가스유로를 통해 제3압축실로 유동시키는 제2임펠러와, 상기 제3압축실에서 회전가능하도록 구동축의 타측 단부에 결합되어 제3압축실로 유입된 냉매가스를 3차 압축하여 토출구로 토출시키는 제3임펠러와, 상기 구동모터의 양측에 각각 위치하도록 설치되어 구동축을 반경방향으로 지지하는 레이디얼 베어링과, 상기 제3임펠러가 결합된 측에 위치하도록 구동축에 결합되어 구동축을 축방향으로 지지하는 스러스트 베어링을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 터보 압축기가 제공된다.

상기 제1압축실과 제2압축실과 제3압축실은 냉매가스의 유입을 유도하는 인듀서부와, 상기 인듀서부와 연통되며 상기 임펠러가 삽입되어 흡입되는 가스의 운동에너지를 증가시켜주는 임펠러실과, 상기 임펠러실과 가스유로를 연통시키며 증가된 가스의 운동에너지를 정압으로 변환시켜 주는 베인디퓨져(Vane diffuser)부 및 볼류트(Volute)부로 이루어짐을 특징으로 하는 터보 압축기가 제공된다.

상기 제1임펠러와 제2임펠러와 제3임펠러가 각각 삽입되는 상기 임펠러실은 가스가 유입되는 내측 직경이 가스가 압축되어 나가는 외측 직경보다 작게 역원뿔 형태로 형성되고, 상기 임펠러실에서 회전하는 각 임펠러는 상기 임펠러실에 상응하게 외측 직경이 내측 직경보다 큰 역원뿔 형태로 형성됨을 특징으로 하는 터보 압축기가 제공된다.

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

본 발명의 터보 압축기는, 도 1에 도시한 바와 같이, 제1압축실(110) 및 제2압축실(120)과 토출구(131)를 갖는 제3압축실(130)이 양측에 각각 형성되고 중앙에 흡입구(141)를 갖는 모터실(140)이 형성되며 상기 모터실(140)과 상기 제1압축실(110)을 연통시키도록 제1가스유로(150)가 형성되고 상기 제1압축실(110)에서 1차 압축된 냉매가스를 제2압축실(120)로 유입되도록 안내하는 제2가스유로(160)가 형성되고 상기 제2압축실(120)에서 2차 압축된 냉매가스를 제3압축실(130)로 안내하도록 형성된 제3가스유로(170)를 구비하여 이루어진 밀폐용기(100)와, 상기 모터실(140)에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동모터(200)와, 일측 단부가 상기 제1압축실(110) 및 제2압축실(120)에 삽입되고 타측 단부가 상기 제3압축실(130)에 삽입되며 상기 구동모터(200)에 결합되어 구동모터(200)의 구동력을 전달하는 구동축(300)과, 상기 제1압축실(110)에서 회전가능하도록 구동축(300)의 단부에 결합되며 흡입구(141)로 유입된 기체가 모터실(140)을 냉각하고 제1가스유로(150)를 통하여 유입되는 가스를 1차 압축하여 제2가스유로(160)를 통해 제1압축실(120)로 유동시키는 제1임펠러(310)와, 상기 제2압축실(120)에서 회전가능하도록 구동축(300)에 결합되어 1차 압축되어 제2압축실(120)로 유입된 가스를 2차 압축하여 제3가스유로(170)를 통해 제3압축실(130)로 유동시키는 제2임펠러(320)와, 상기 제3압축실(130)에서 회전가능하도록 구동축(300)의 타측 단부에 결합되어 제3압축실(130)로 유입된 냉매가스를 3차 압축하여 토출구(131)로 토출시키는 제3임펠러(330)를 포함하여 구성된다. 그리고 상기 구동모터(200)의 양측에 각각 위치하도록 모터실(140)의 내부에는 레이디얼 베어링(340)이 설치되어 구동축(300)을 반경방향으로 지지하며, 상기 제3임펠러(330)가 결합된 측에 위치하도록 구동축(300)에 스러스트 베어링(350)이 결합되어 구동축(300)을 축방향으로 지지하게 된다.

상기 밀폐용기(100)내에 형성되는 모터실(140)은 원통형으로 형성되며 상기 모터실(140)의 일측에는 흡입구(141)가 형성되고, 그 흡입구(141)의 반대측에는 상기 제1가스유로(150)와 연통되는 유출공(142)이 형성된다. 그리고 상기 모터실(140)의 일측으로 제1압축실(110)이 형성되며 상기 제1압축실(110)의 측부에 제2압축실(120)이 형성되고 상기 제1,2압축실(110,120)은 구동축(300)이 삽입될 수 있도록 축삽입공이 관통되어 형성된다. 그리고 상기 제1,2압축실(110,120)이 형성된 반대측에는 제3압축실(130)이 형성된다. 상기 모터실(140)과 제3압축실(130)사이에 스러스트 베어링(350)이 설치된다. 상기 스러스트 베어링(350)의 일예로, 모터실(140)을 이루는 일측벽에 지지면을 이루는 지지공간(351)이 형성되고, 상기 지지공간(351)에 삽입되는 소정의 면적을 갖는 지지판(352)이 구동축(300)에 고정결합되어 이루어진다.

상기 제1압축실(110)과 제2압축실(120)과 제3압축실(130)은 냉매가스의 유입을 유도하는 인듀서부(1)와, 상기 인듀서부(1)와 연통되며 상기 임펠러가 삽입되어 흡입되는 가스의 운동에너지를 증가시켜주는 임펠러실(2)과, 상기 임펠러실(2)과 가스유로를 연통시키며 증가된 가스의 운동에너지를 정압으로 변환시켜 주는 베인디퓨져(Vane diffuser)부(3) 및 볼류트(Volute)부(4)로 이루어진다.

상기 제1임펠러(310)와 제2임펠러(320)와 제3임펠러(330)가 각각 삽입되는 상기 임펠러실(2)은 가스가 유입되는 내측 직경이 가스가 압축되어 나가는 외측 직경보다 작게 역원뿔 형태로 형성되고, 상기 임펠러실(2)에서 회전하는 각 임펠러는 상기 임펠러실(2)에 상응하게 외측 직경이 내측 직경보다 큰 역원뿔 형태로 형성된다.

상기 제1가스유로(150)는 모터실(140)의 외측으로 형성되며 모터실(140)의 유출공(142)과 제1압축실(110)의 인듀서부와 연통되도록 형성된다. 그리고 상기 제2가스유로(160)는 제1압축실(110)의 볼류트부와 제2압축실(120)의 인듀서부와 연통되도록 형성되며, 상기 제3가스유로(170)는 제2압축실(120)의 볼류트부와 제3압축실(130)의 인듀서부와 연통되도록 모터실(140)의 측부에 걸쳐 형성된다.

상기 구동모터(200)는 모터실(140)의 내측에 결합되는 수개의 고정디스크(210)로 이루어지는 고정자부와 상기 고정디스크(210)에 교번되게 위치하여 구동축(300)에 결합되는 수개의 회전디스크(220)로 이루어진 회전자부로 구성된다.

상기 레이디얼 베어링(340)은 구동모터(200)의 양측에 위치하도록 상기 모터실(140)내에 설치된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 구동축(300)의 일측에 결합되는 제3임펠러(330)와 스러스트 베어링(350)이 결합된 부분과 구동축(300)의 타측에 결합되는 제1임펠러(310)와 제2임펠러(320)가 결합되는 부분과의 무게 균형이 이루어져 구동축(300) 전체의 무게중심이 구동축(300)의 중심에 위치하도록 함이 바람직하다. 그리고 구동축(300)을 반경방향으로 지지하는 레이디얼 베어링(340)의 일예로 구동축(300)에 삽입되는 소정의 폭을 갖는 부시(341)와 상기 부시(341)를 지지하는 지지부재(342)를 포함하여 구성되며, 상기 레이디얼 베어링(340)의 규격은 서로 같은 크기로 설계함이 바람직하다.

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(300)에 전달되어 구동축(300)이 회전하게 된다. 상기 구동축(300)의 회전에 의해 구동축(300)의 양단부에 각각 결합된 제1임펠러(310) 및 제2임펠러(320)와 제3임펠러(330)가 회전하게 된다. 상기 각 임펠러의 회전력에 의해 증발기(미도시)를 거친 저온 저압 상태의 냉매 가스가 흡입구(141)를 통해 모터실(140)에 유입되어 구동모터(200)를 냉각시킨 다음 모터실(140)의 일측에 형성된 유출공(142)을 통해 제1가스유로(150)로 유입된다. 상기 제1가스유로(150)로 유입된 냉매 가스는 제1압축실(110)로 유입되어 1차 압축된 다음 제2가스유로(160)를 통해 제2압축실(120)로 유입되고 상기 제2압축실(120)로 유입된 1차 압축된 냉매 가스는 제2압축실(120)에서 2차 압축된 다음 제3가스유로(170)를 통해 제3압축실(130)로 유입되고 상기 제3압축실(130)로 유입된 냉매가스는 고압의 상태로 토출구(131)를 통해 토출된다. 이 토출된 고압의 냉매 가스는 응축기(미도시)로 유입된다.

상기 제1,2임펠러(310,320)가 회전함에 의해 냉매가스를 1,2차 압축시키는 제1,2압축실(110,120)과 제3임펠러(330)가 회전함에 의해 냉매가스를 3차 압축시키는 제3압축실(130)의 압력차에 의해 구동축(300)에 작용하는 축방향의 힘은 스러스트 베어링(350)에 의해 지지되며, 또한 구동축(300)의 자중 및 이에 결합되는 부품의 무게에 의해 구동축(300)에 반경방향으로 작용하는 하중은 레이디얼 베어링(340)에 의해 지지되어 구동축(300)이 안정적인 상태로 회전하게 된다.

본 발명은 임펠러가 3개 장착되어 냉매가스를 압축하게 됨으로 압축 성능이 우수하게 되고, 임펠러의 직경을 작게 하여 그 크기를 소형화할 수 있으며, 그 크기를 소형화할 경우 필요한 압축비를 얻기 위해 구동모터(200)를 고속으로 회전시키지 않고 적정 회전 속도를 갖게 됨으로 구동모터(200)의 고속 회전을 감소시켜 에어 프릭션 로스(air friction loss)를 줄일 수 있게 될 뿐만 아니라 구동모터(200)의 설계가 쉽게 된다.

또한, 본 발명은 구동축(300)의 무게중심을 구동축(300)의 중간에 위치하도록 함으로써 레이디얼 베어링(340)의 설계가 쉽게 이루어질 뿐만 아니라 구동축(300)의 회전이 원활하여 압축 성능을 높이게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 터보 압축기는 소형화로 인하여 제품 적용시 그 구조를 간단하게 할 수 있을 뿐만 아니라 그 취급이 수월하게 되고, 임펠러가 3개 장착되어 필요한 압축비를 유지하기 위한 구동모터의 고속 회전을 줄여 구동모터의 고속 회전으로 인한 손실을 감소시킴으로써 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 제1압축실 및 제2압축실과 토출구를 갖는 제3압축실이 양측에 각각 형성되고 중앙에 흡입구를 갖는 모터실이 형성되며 상기 모터실과 상기 제1압축실을 연통시키도록 제1가스유로가 형성되고 상기 제1압축실에서 1차 압축된 냉매가스를 제2압축실로 유입되도록 안내하는 제2가스유로가 형성되고 상기 제2압축실에서 2차 압축된 냉매가스를 제3압축실로 안내하도록 형성된 제3가스유로를 구비하여 이루어진 밀폐용기와, 상기 모터실에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동모터와, 일측 단부가 상기 제1압축실 및 제2압축실에 삽입되고 타측 단부가 상기 제3압축실에 삽입되며 상기 구동모터에 결합되어 구동모터의 구동력을 전달하는 구동축과, 상기 제1압축실에서 회전가능하도록 구동축의 단부에 결합되어 흡입구로 유입된 기체가 모터실을 냉각하고 제1가스유로를 통하여 유입되는 가스를 1차 압축하여 제2가스유로를 통해 제2압축실로 유동시키는 제1임펠러와, 상기 제2압축실에서 회전가능하도록 구동축부에 결합되어 1차 압축되어 제2압축실로 유입된 가스를 2차 압축하여 제3가스유로를 통해 제3압축실로 유동시키는 제2임펠러와, 상기 제3압축실에서 회전가능하도록 구동축의 타측 단부에 결합되어 제3압축실로 유입된 냉매가스를 3차 압축하여 토출구로 토출시키는 제3임펠러와, 상기 구동모터의 양측에 각각 위치하도록 설치되어 구동축을 반경방향으로 지지하는 레이디얼 베어링과, 상기 제3임펠러가 결합된 측에 위치하도록 구동축에 결합되어 구동축을 축방향으로 지지하는 스러스트 베어링을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 터보 압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1압축실과 제2압축실과 제3압축실은 냉매가스의 유입을 유도하는 인듀서부와, 상기 인듀서부와 연통되며 상기 임펠러가 삽입되어 흡입되는 가스의 운동에너지를 증가시켜주는 임펠러실과, 상기 임펠러실과 가스유로를 연통시키며 증가된 가스의 운동에너지를 정압으로 변환시켜 주는 베인디퓨져(Vane diffuser)부 및 볼류트(Volute)부로 이루어짐을 특징으로 하는 터보 압축기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1임펠러와 제2임펠러와 제3임펠러가 각각 삽입되는 상기 임펠러실은 가스가 유입되는 내측 직경이 가스가 압축되어 나가는 외측 직경보다 작게 역원뿔 형태로 형성되고, 상기 임펠러실에서 회전하는 각 임펠러는 상기 임펠러실에 상응하게 외측 직경이 내측 직경보다 큰 역원뿔 형태로 형성됨을 특징으로 하는 터보 압축기.