KR100273376B1 - 터보압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보압축기에 관한 것으로, 본 발명은 각 임펠러의 배면 및 그 각 임펠러의 배면이 대향되는 밀폐용기의 내측벽면이 항상 스러스트 베어링면을 유지하도록 하기 위하여 임펠러의 배면 및 그 임펠러의 배면이 대향되는 밀폐용기의 내측벽면에 가스흡입용 그루브를 형성하거나 또는 같은 극성의 자석을 고정시킴으로써, 상기 스러스트 베어링의 구조를 단순화하여 압축기를 소형화하는 것은 물론, 구동축에 주는 하중을 최소화하여 모터의 입력을 줄여주므로 압축기 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

터보압축기

본 발명은 터보압축기에 관한 것으로, 특히 임펠러의 배면과 그에 대향되는 밀폐용기의 내측벽면을 이용하여 구동축의 축방향을 지지하도록 하는 터보압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 날개차나 로터의 회전운동 또는 피스톤의 왕복운동으로 공기나 냉매가스등의 기체를 압축하는 기계로서, 날개차나 로터 및 피스톤을 구동시키기 위한 동력발생부 및 그 동력발생부에서 전달된 구동력에 의해 기체를 흡입하여 압축하는 압축기구부로 구성된다.

이러한, 압축기는 동력발생부와 압축기구부의 배치형태에 따라 밀폐형 또는 분리형으로 구분되는데, 그 중에서 밀폐형은 소정의 밀폐용기 내에 동력발생부 및 압축기구부가 함께 설치되는 형태이고, 분리형은 밀폐용기의 외부에 동력발생부가 설치되어 그 동력발생부에서 발생되는 구동력이 밀폐용기 내의 압축기구부로 전달되는 형태이다.

상기 밀폐형 압축기는 기체를 압축하는 구조에 따라 회전식, 왕복동식, 리니어 그리고 스크롤 압축기 등이 있는데, 최근 들어서는 모터의 구동력으로 임펠러를 회전시키고, 그 임펠러의 회전시 발생되는 원심력을 이용하여 기체를 흡입,압축시키는 터보압축기(흑은, 원심압축기)가 새릅게 소개되고 있다.

제1도는 본 발명자 특허번호 제97-64568호로 선출원한 바 있는 2단 압축식 터보압축기의 구성을 개략적으로 보인 종단면도로서 이에 도시된 바와 같이, 선출원의 2단 압축식 터보압축기는 통상 어큐뮬레이터(A)와 연통되는 제1압축실(11) 및 통상 응축기(미도시)와 연통되는 제2압축실(12)이 밀폐용기(10)의 양측에 각각 형성되고, 그 밀폐용기(10)의 내측 중앙에는 엑시얼타입의 비엘디시모터(Brushless DC MOTOR)(20)가 장착되는 모터실(13)이 형성되며, 상기 제1, 제2압축실(11,12) 및 모터실(13)은 가스유로(14)에 의해 서로 연통되고, 상기 모터(20)에 결합되어 회전하는 구동축(30)의 양단은 각각 제1, 제2압축실(11,12)에 삽입되어 그 단부에는 각각 제1, 제2압축실(11,12)에서 회전하면서 흡입되는 가스를 2단으로 압축하기 위한 제1, 제2임펠러(40,50)가 결합되어 있다.

또한, 상기 구동축(30)의 양측, 즉 모터(20)의 양측에는 그 구동축(30)의 반경방향을 지지하기 위한 레이디얼 베어링(60)이 결합되어 있고, 그 레이디얼 베어링(60)의 양측 외곽에는 구동축(30)의 축방향을 지지하기 위한 스러스트 베어링(70)이 결합되어 있다.

여기서, 상기 레이디얼 베어링(60)은 구동축(30)의 양측(보다 정확하게는, 모터의 양측)에 배치되는 것으로, 그 구동축(30)의 외주면에 압입되는 부시(61)가 베어링 하우징(62)의 내주면과 베어링면을 이루도록 결합되어 있고, 그 베어링하우징(62)은 밀폐용기(10)의 내주면에 유연성있는 지지부재(63)로 고정되어 있다.

상기 스러스트 베어링(70)은 레이디얼 베어링(60)의 어느 일측(통상, 제2압축실측)에 설치되는 것으로, 상기 구동축(30)의 일측 외주면에 내,외측지지판(71A,7lB)이 소정간격을 두고 압입되어 있으며, 그 내,외측지지판(71A,71B)의 사이에는 상기 밀폐용기(보다 정확하게는, 모터실)(10)의 내주면에 체결되는 고정판(72)이 내,외측지지판(71A,7lB)의 대향면과 각각 베어링면을 이루도록 결합되어 있다.

상기 내,외측지지판(71A,7lB) 및 고정판(72)의 접촉면은 정밀가공되어 그 접촉면에 통상 산화알루미늄으로 코팅되어 있다.

도면중 미설명 부호인 10a는 흡입구, 10b는 토출구, 11a,12a는 제1,제2디퓨져, 11b,12b는 제1, 제2볼류트, 21은 고정자, 22는 회전자이다.

상기와 같이 구성된 선출원의 2단 압축식 터보압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 인가된 전원에 의해 모터부(20)에 유도자기가 발생되면, 그 유도자기에 의해 구동축(30)이 고속으로 회전을 개시하게 되어 그 구동축(30)의 양단에 고정된 제1, 제2임펠러(40,50)가 회전을 하게 되고, 그 각 임펠러(40,50)의 회전에 의해 냉매가스가 순차적으로 각 압축실(11,12)로 흡입되었다가 각 임펠러(40,50)의 원심력에 의해 스크류형태로 뿌려져 각 디퓨져(11a,12a)를 거쳐 각 볼류트(11b,12b)로 유입되는데, 이때 각 디퓨져(11a,12a)를 거쳐 각 볼류트(11b,12b)로 유입되는 과정에서 냉매가스는 압력수두의 상승으로 압축가스로 변환되어 토출구(10b)를 통해 응축기(미도시)로 토출되는 것이었다.

여기서, 상기 구동축(30)의 회전시 또는 그 구동축(30) 및 임펠러(40,50)에 의한 냉매가스의 압축시에는 구동축(30)이 반경방향 및 축방향으로 힘을 받게 되나, 이러한 반경방향 및 축방향은 레이디얼 베어링(60) 및 스러스트 베어링(70)에 의해 지지되는데, 그 중에서 스러스트 베어링(70)은 구동축(30)에 결합된 내,외측지지판(71A,7lB)이 밀폐용기(10)에 체결된 고정판(72)과 소정의 면틈새를 두고 고정되어 있으므로, 그 면틈새로 일정량의 냉매가스가 충진되어 일정한 반력을 발생시키면서 구동축(30)의 축방향을 지지하게 되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 선출원의 터보압축기는, 그 내,외측지지판(11A,11B) 및 고정판(12)으로 구성되어 압축기가 비대하고 복잡해지는 것은 물론, 상기 내,외측지지판(11A,11B)이 구동축(30)에 결합되어 구동축(30)이 무거워짐에 따라 모터(20)의 입력이 커야하므로 압축기 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 선출원된 터보압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 상기 스러스트 베어링의 구조를 단순화하여 압축기를 소형화하는 것은 물론, 구동축에 주는 하중을 최소화하여 모터의 입력을 줄여주므로 압축기 효율을 향상시킬 수 있는 터보압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

제1도는 선출원된 터보압축기의 구성을 보인 종단면도.

제2도는 선출원된 터보압축기의 스러스트 베어링을 설명하기 위하여 보인 부분 종단면도.

제3도는 본 발명 터보압축기의 스러스트 베어링을 설명하기 위하여 보인 부분 종단면도.

제4도는 본 발명 터보압축기의 스러스트 베어링을 보인 부분 종단면도.

제5도는 본 발명 터보압축기에 있어서, 스러스트 베어링의 일측 베어링면을 보인 정면도.

제6도는 본 발명 터보압축기에 있어서, 스러스트 베어링의 변형예를 부분적으로 보인 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 밀폐용기 110,120 : 밀폐용기의 내측벽면

111,121 : 오일흡입용 그루브 400,500 : 임펠러

410,510 : 임펠러의 배면 411,511 : 코팅층

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 , 모터가 장착되기 위한 모터실이 내부 중앙에 형성되는 반면 양측에는 각각 제1, 제2압축실이 상기 모터실과 서로 연통되도록 형성되는 밀폐용기와, 그 밀폐용기의 각 압축실에 삽입되도록 상기 모터에 결합되어 회전하는 구동축과, 그 구동축의 양단에 전면부가 서로 마주보는 페이스 투 페이스 타입으로 내향 고정되어 각 압축실에서 회전하면서 흡입되는 가스를 2단으로 원심 압축하는 제1, 제2임펠러를 포함하여 구성되는 터보압축기에 있어서 ; 상기 각 임펠러의 배면이나 이에 대향되는 밀폐용기의 각 내측벽면에 가스그루브를 형성하여 압축가스의 일부를 임펠러의 배면쪽으로 흡입하고, 이 흡입되는 압축가스에 의해 구동축이 축방향으로 지지되도록 하는 것을 특징으로 하는 터보압축기가 제공된다.

모터가 장착되기 위한 모터실이 내부 중앙에 형성되는 반면 양측에는 각각 제1, 제2압축실이 상기 모터실과 서로 연통되도록 형성되는 밀폐용기와, 그 밀폐용기의 각 압축실에 삽입되도록 상기 모터에 결합되어 회전하는 구동축과, 그 구동축의 양단에 전면부가 서로 마주보는 페이스 투 페이스 타입으로 내향 고정되어 각 압축실에서 회전하면서 흡입되는 가스를 2단으로 원심 압축하는 제1, 제2임펠러를 포함하여 구성되는 터보압축기에 있어서 ; 상기 각 임펠러의 배면 및 그 임펠러의 배면이 대향되는 밀폐용기의 내측벽면에는 각각 같은 극의 자석이 대향 삽입되어 그 자력에 의해 구동축이 축방향에 대해 지지되도록 한 것을 특징으로 하는 터보압축기가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 터보압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

제3도는 본 발명 터보압축기의 스러스트 베어링을 설명하기 위하여 보인 부분 종단면도이고, 제4도는 본 발명 터보압축기의 스러스트 베어링을 보인 부분 종단면도이며, 제5도는 본 발명 터보압축기에 있어서, 스러스트 베어링의 일측 베어링면을 보인 정면도이다.

본 발명에 의한 터보압축기는, 통상적으로 밀폐용기(100)의 내부에 고정자(제1도에 도시)(21) 및 회전자(22)가 모두 원판형인 엑시얼타입의 비엘디시모터(20)가 중앙에 장착되는 모터실(제1도에 도시)(13) 및 그 모터실(13)의 외곽 양쪽에는 선출원에서와 같은 제1, 제2압축실(제1도에 도시)(11,12)이 형성되고, 상기 모터(20)의 회전자(21) 중앙에 압입되는 구동축(300)의 양단부는 제1, 제2압축실(11,12)까지 연장 삽입되며, 그 구동축(300)의 양단에는 상기 제1, 제2압축실(11,12)내에서 냉매의 운동에너지를 증가시키는 제1, 제2임펠러(400,500)가 구동축(300)을 기준으로 볼 때 역원뿔형으로 고정되고, 상기 모터실(13)의 내부에는 구동축(300)의 반경방향을 지지하기 위한 레이디얼 베어링(60)이 설치된다.

또한, 상기 구동축(300)의 축방향은 각 임펠러의 배면(410,510) 및 그 각 임펠러의 배면(410,510)이 대향되는 밀폐용기(100) 내측벽면(110,120) 사이로의 가스흡입을 활성화시켜 그 흡입된 압축가스에 의해 지지되도륵 하는 것으로, 상기 각 임펠러의 배면(410,510)이 대향되는 밀폐용기의 내측벽면(110,120)에 가스흡입용 그루브(groove)(111,121)가 각각 동일한 방향으로 만곡져 스파이럴형으로 형성되고, 그 그루브(111,121)가 대향되는 임펠러의 배면(410,510)에는 마모손실을 최소한으로 줄이기 위하여 통상 산화알루미늄으로 코팅면(411,511)이 형성된다.

한편, 상기와 같이 각 임펠러의 배면(410,510) 및 그 각 배면(410,510)이 대향되는 밀폐용기의 내측벽면(110,120)이 가스의 힘으로 유지되도록 하기 위하여는 도시된 일례에서와 같이, 구동축(300)의 양단이 임펠러의 배면(410,510)에서 돌출되지 않도록 결합되는 것이 바람직하다.

도면중 선출원에서와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명에 의한 터보압축기의 일반적인 동작은 선출원에서와 동일하다.

즉, 인가된 전원에 의해 구동축(300) 및 각 임펠러(400,500)가 회전하게 됨과 함께 냉동사이클장치의 증발기(미도시) 또는 어큐뮬레이터(미도시)로부터 냉매가 모터실의 내부로 유입되고, 그 유입된 냉매는 모터(20)를 냉각한 다음 다시 제1가스유(제1도에 도시)(14)로로 유출되며, 그 제1가스유로(14)로 유입된 냉매가스는 제1임펠러(400)에 의해 흩뿌려지면서 가(假)압축되고, 그 가압축된 냉매가스는 다시 제2가스유로(제1도에 도시)(15)를 통해 제2임펠러(500)로 흡입되어 흩뿌려지면서 2단으로 완전 압축되어 냉동사이클장치(정확하게는, 응축기)로 토출된다.

이와 같이 본 발명의 터보압축기는 모터와 함께 구동축(300)이 고속으로 회전을 하는 과정에서 냉매를 흡입 압축하게 되는데, 그 흩뿌려지는 가스의 일부가 각 임펠러(400,500)의 회전시 밀폐용기(100)의 내측벽면(110,120)에 형성되는 가스흡입용 그루브(111,121)에 의해 빨려들듯이 흡입되고, 그 흡입된 가압축가스 또는 완전압축가스는 각 임펠러(400,500) 및 밀페용기(100)를 서로 밀어내려는 경향을 보이게 된다.

이렇게 각 임펠러(400,500)를 서로 반대방향으로 밀어내려는 힘에 의해 구동축(300)은 어느 한 방향으로만 치우지지 아니하고, 적정한 균형을 갖게 되어 구동축(300)의 고속 회전시에도 축방향을 안정적으로 지지되는 것이다.

또한, 상기 밀폐용기(100)의 내부에 별도의 구조물을 부과하지 않고도 구동축의 축방향을 지지하게 되므로, 선출원 발명에 비해 구동축(300)의 길이가 짧아져 압축기의 크기가 축소될 수 있는 것은 물론, 구동축(300)에 부과되는 하중이 감소되어 동일한 압축비를 기준으로 보면, 모터의 입력이 작아지게 되므로 결국 압축기의 성능이 향상되는 것이다.

본 발명에 의한 변형예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 일례에서는 각 임펠러의 배면(410,510) 및 그 임펠러의 배면(410,510)이 대향되는 밀폐용기의 내측벽면(110,120)에 서로 대향되는 가스흡입용 그루브(111,121)를 형성하여 가스의 힘으로 스러스트 베어링의 역할을 하도록 하는 것이었으나, 본 변형예에 있어서는 상기 각 임펠러의 배면(410,510) 및 그 배면에 대향되는 밀폐용기의 내측벽면(110,120)에 각각 같은 극성을 지닌 자석(112,122)(412,512)을 고정시켜 그 자력의 밀어내는 힘으로 구동축(300)의 축방향을 지지하도록 하는 것이다.

이는, 상기 구동축의 축방향 진동을 지지하기 위한 구체적인 예가 다를 뿐 그 목적과 효과는 전술한 일례와 대동소이하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 터보압축기는, 각 임펠러의 배면 및 그 각 임펠러의 배면이 대향되는 밀폐용기의 내측벽면이 항상 스러스트 베어링면을 유지하도록 하기 위하여 임펠러의 배면 및 그 임펠러의 배면이 대향되는 밀폐용기의 내측벽면에 가스흡입용 그루브를 형성하거나 또는 같은 극성의 자석을 고정시킴으로써, 상기 스러스트 베어링의 구조를 단순화하여 압축기를 소형화하는 것은 물론, 구동축에 주는 하중을 최소화하여 모터의 입력을 줄여주므로 압축기 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 모터가 장착되기 위한 모터실이 내부 중앙에 형성되는 반면 양측에는 각각 제1, 제2압축실이 상기 모터실과 서로 연통되도록 형성되는 밀폐용기와, 그 밀폐용기의 각 압축실에 삽입되도록 상기 모터에 결합되어 회전하는 구동축과, 그 구동축의 양단에 전면부가 서로 마주보는 페이스 투 페이스 타입으로 내향 고정되어 각 압축실에서 회전하면서 흡입되는 가스를 2단으로 원심 압축하는 제1, 제2임펠러를 포함하여 구성되는 터보압축기에 있어서 ; 상기 각 임펠러의 배면이나 이에 대향되는 밀폐용기의 각 내측벽면에 가스그루브를 형성하여 압축가스의 일부를 임펠러의 배면쪽으로 흡입하고, 이 흡입되는 압축가스에 의해 구동축이 축방향으로 지지되도록 하는 것을 특징으로 하는 터보압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 가스그루브가 형성된 베어링면의 맞은편 대향면에는 접촉시 마찰손실을 저감시키도록 산화알루미늄 코팅면이 형성되는 것을 특징으로 하는 터보압축기.
3. 모터가 장착되기 위한 모터실이 내부 중앙에 형성되는 반면 양측에는 각각 제1, 제2압축실이 상기 모터실과 서로 연통되도록 형성되는 밀폐용기와, 그 밀폐용기의 각 압축실에 삽입되도록 상기 모터에 결합되어 회전하는 구동축과, 그 구동축의 양단에 전면부가 서로 마주보는 페이스 투 페이스 타입으로 내향 고정되어 각 압축실에서 회전하면서 흡입되는 가스를 2단으로 원심 압축하는 제1, 제2임펠러를 포함하여 구성되는 터보압축기에 있어서 ; 상기 각 임펠러의 배면 및 그 임펠러의 배면이 대향되는 밀폐용기의 내측벽면에는 각각 같은 극의 자석이 대향 삽입되어 그 자력에 의해 구동축이 축방향에 대해 지지되도록 한 것을 특징으로 하는 터보압축기.

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