KR100279599B1

KR100279599B1 - 터보압축기

Info

Publication number: KR100279599B1
Application number: KR1019970074728A
Authority: KR
Inventors: 이상욱
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 2001-02-01
Also published as: US6009722A; RU2155279C1; JP3085531B2; CN1221077A; JPH11236896A; CN1103873C; KR19990054851A

Abstract

본 발명은 터보압축기에 관한 것으로, 선출원에서는 가(假)압축된 고온의 냉매가스가 모터실을 통과하면서 모터를 냉각하게 되어 냉각효율이 저하되고, 압축기의 앞단에 별도의 어큐뮬레이터를 설치하여야 하므로 생산단가가 증가하게 되는 문제점이 있었던 바, 본 발명에서는 밀폐용기의 일측벽에는 냉매사이클장치로부터 연장되는 냉매흡입관이 연통되고, 그 냉매흡입관에 대향되는 타측벽에는 제1 냉매유동관이 연통되며, 그 제1 냉매유동관은 제1 압축실에 연통되고, 상기 제1 압축실은 제2 냉매유동관으로 제2 압축실과 연통되며, 그 제2 압축실은 냉매사이클장치로 향하는 냉매토출관과 연통되도록 형성함으로써, 증발기로부터 유입되는 저온의 냉매가 직접 모터부를 냉각시키게 되어 냉각효율이 향상시키는 것은 물론, 별도의 어큐뮬레이터를 구비하지 않고도 압축기로 유입되는 냉매가스를 완전기체상태로 변환시킬수 있어 생산단가가 절감될 수 있는 효과가 있다.

Description

터보압축기

본 발명은 임펠러에 의한 원심력을 이용하는 터보압축기에 관한 것으로, 특히 모터의 냉각을 원활하게 하기 위한 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, 최근들어서는 모터의 구동력으로 임펠러를 회전시키고, 그 임펠러의 회전시 발생되는 원심력을 이용하여 기체를 흡입, 압축시키는 터보압축기(혹은, 원심압축기)가 새롭게 소개되고 있다.

제1도는 본 발명자가 특허번호 제97-64567호로 선출원한 바 있는 2단 압축식 터보압축기의 구성을 개략적으로 보인 종단면도로서 이에 도시된 바와 같이, 선출원의 2단 압축식 터보압축기는 통상 어큐뮬레이터(A)와 연통되는 제1 압축실(11) 및 통상응축기(미도시)와 연통되는 제2 압축실(12)이 밀폐용기(10)의 양측에 각각 형성되고, 그 밀폐용기(10)의 내측 중앙에는 레이디얼타입의 비엘디시모터(Brushless DCMOTOR)(20)가 장착되는 모터실(13)이 형성되며, 상기 제1,제2 압축실(11,12) 및 모터실(13)은 가스유로(14)에 의해 서로 연통되고, 상기 모터(20)에 결합되어 회전하는 구동축(30)의 양단은 각각 제1,제2 압축실(11,12)에 삽입되어 그 단부에는 각각 제1,제2 압축실(11,12)에서 회전하면서 흡입되는 가스를 2단으로 압축하기 위한 제1,제2 임펠러(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.

상기 제1,제2 압축실(11,12)은 가스유로(14)와 각각 연통되어 흡입냉매를 유도하는 제1,제2 인듀서(미부호)와, 그 각 인듀서를 통해 제1,제2 임펠러(40,50)에서 각각 가속되는 냉매의 운동에너지를 정압으로 변환시켜주는 제1,제2 디퓨져(11a,12a) 및 제1,제2 볼류트(11b,12b)로 이루어져 있다.

상기 제1,제2 임펠러(40,50)는 가스가 유입되는 외측 직경이 가스가 압축되어 나가는 내측 직경보다 작게 형성되어 구동축(30)을 기준으로 보면 원뿔형으로 고정되어있다.

여기서, 상기 가스유로(14)와 접하는 모터실(13)의 벽면에는 모터를 냉각시키기 위하여 제1 압축실(11)에서 가스유로(13)로 유입되는 가스의 일부가 모터실(13)의 내부로 유입되도록 하기 위한 유입통공(13a) 및 그 유입통공(13a)을 통해 모터실(13)로 유입되어 모터실(13)을 냉각시킨 가스가 다시 가스유로(14)로 유출되어 제2 압축실로 향하도록 하는 유출통공(13b)이 형성되어 있다.

도면중 미설명 부호인 10a는 흡입구, 10b는 토출구이다.

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

즉, 인가된 전원에 의해 모터(20)에 유도자기가 발생되면, 그 유도자기에 의해 구동축(30)이 고속으로 회전을 개시하게 되어 그 구동축(30)의 양단에 고정된 제1,제2 임펠러(40,50)가 회전을 하게 되고, 그 각 임펠러(40,50)의 회전에 의해 냉매가스가 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.

이를 보다 상세히 살펴보면, 상기 제1 임펠러(40)의 회전으로 어큐뮬레이터(A)로부터 냉매가스가 제1 압축실(11)로 흡입되어 제1 임펠러(40)에 의해 가속되고, 그 가속된 냉매가스는 제1 디퓨져(11a)를 통해 제1 볼류트(11b)로 유입되면서 1단 압축이 이루어지며, 그 1단 압축이 이루어진 가(假)압축가스는 가스유로(14)를 통해 제2 압축실(12)로 흡입되고, 그 제2 압축실(12)로 흡입되는 가(假)압축가스는 제2 임펠러(50)에 의해 다시 가속되며, 그 가속된 가(假)압축가스는 또다시 제2 디퓨져(12a)를 통해 제2 볼류트(12b)로 유입되면서 2단 압축이 이루어진 후에 토출구(10b)로 토출되는 것이었다.

여기서, 상기 가(假)압축되어 가스유로(14)를 흐르는 냉매가스의 일부는 모터실(13)의 벽면에 형성된 유입통공(13a)을 통해 모터실(13)의 내부로 흘러들게 되고, 그 유입된 가(假)압축가스는 모터(20)가 장착된 모터실(13)의 내부를 냉각시킨 후에 다시 유출통공(13b)을 통해 가스유로로 흘러나가 제2 압축실(12)로 흡입된다.

한편, 상기 구동축(30)은 자유상태로 놓인 상태에서 회전운동을 하게 되므로, 그 구동축(30)의 반경방향 및 축방향으로 요동이 발생될 우려가 있으나, 이는 레이디얼 베어링(60) 또는 스러스트 베어링(70)에 의해 각 방향으로의 요동이 구속되는 것이었다.

그러나, 상기와 같이 선출원된 터보압축기는, 제1 압축실(11)에서 1단 압축된 고온의 가(假)압축가스가 가스유로(14)의 유입,유출통공(13a,13b)을 통해 모터실(13)을 통과하면서 모터(20)를 냉각하게 되어 냉각효율이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 제1 압축실(11)로 유입되는 냉매가스가 완전한 기체상태로 유입되도록 하기 위하여는 압축기의 앞단에 별도의 어큐뮬레이터(A)를 설치하여야 하므로 생산단가가 증가하게 되는 문제점도 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 선출원의 터보압축기가 가지는 제반 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 상기 구동모터의 냉각효율을 향상시켜 모터의 과열에 따른 압축기의 신뢰성 저하를 미연에 방지할 수 있는 터보압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

또한, 압축기의 앞단에 별도의 어큐뮬레이터를 구비하지 않고도 제1 압축실로 흡입되는 냉매가 완전기체 상태로 유입되도록 할 수 있는 터보압축기를 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.

제1도는 선출원된 터보압축기를 개략적으로 보인 종단면도.

제2도는 본 발명에 의한 터보압축기를 개략적으로 보인 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

110 : 밀폐용기 111,112 : 제1,제2 압축실

111a,112a : 제1,제2 디퓨져 111b,112b : 제1, 제2 볼류트

113 : 냉매흡입관 114,115 : 제1,제2 냉매유동관

116 : 냉매토출관

120 : 레이디얼타입의 비엘디시 모터

130 : 구동축 140,150 : 제1,제2 임펠러

160,170 : 레이디얼,스러스트 베어링

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 내부에 구동모터가 장착되는 모터실이 형성되고 양측에는 제1,제2 압축실이 각각 형성되며 상기 모터실의 일측에 냉매사이클장치로부터 연장되는 냉매흡입관이 연통되어 이루어지는 밀페용기와, 그 밀폐용기의 각 압축실에 삽입되도록 상기 구동모터에 결합되어 회전하는 구동축과, 그 구동축의 양단에 일체로 고정되어 각 압축실에서 회전하면서 흡입되는 냉매가스를 2단으로 원심 압축하는 제1,제2 임펠러와, 상기 밀폐용기의 모터실과 제1 압축실을 연통시켜 모터실로 유입되어 구동모터를 냉각한 냉매가스를 제1 압축실로 안내하는 제1 냉매유동관과, 상기 밀페용기의 제1 압축실과 제2 압축실을 연통시켜 제1 압축실에서 1단 압축된 냉매가스를 제2 압축실로 안내하는 제2 냉매유동관을 포함하여 구성되는 터보압축기가 제공된다.

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

본 발명에 의한 터보압축기는, 통상적인 냉동사이클장치의 증발기로부터 흡입되는 저온의 냉매가 직접 모터부를 냉각시키도록 하기 위한 것으로, 이러한 2단 압축식 터보압축기는 제2도에 도시된 바와 같다.

즉, 밀폐용기(110)의 내부 중앙에 레이디얼타입의 비엘디시모터(120)가 장착되고, 그 밀폐용기(110)의 양측에는 제1,제2 압축실(111,112)이 서로 연통되도록 형성되며, 그 제1,제2 압축실(111,112)에는 상기 모터(120)에 결합되어 회전하는 구동축(130)의 양단이 각각 삽입되고, 그 구동축(130)의 각 단에는 내측 직경이 외측 직경보다 큰 원뿔형의 제1,제2 임펠러(140,150)가 회전가능하게 결합되며, 상기 구동축(130)의 양측에는 레이디얼 베어링(160) 및 스러스트 베어링(170)이 결합된다.

상기 제1,제2 압축실(111,112)은 각각 흡입냉매를 유도하는 제1,제2 인듀서(미부호)와, 그 각 인듀서(미부호)를 통해 제1,제2 임펠러(140,150)에서 각각 가속되는 냉매의 운동에너지를 정압으로 변환시켜주는 제1,제2 디퓨져(111a,112a) 및 제1,제2 볼류트(111b,112b)로 이루어진다.

여기서, 상기 밀폐용기(110)의 일측벽에는 냉매사이클장치로부터 연장되는 냉매흡입관(113)이 연통되고, 그 냉매흡입관(113)에 대향되는 타측벽에는 제1 냉매유동관(114)이 연통되며, 그 제1 냉매유동관(114)은 제1 압축실(111)의 입구에 연통되고, 그 제1 압축실(111)은 제2 냉매유동관(115)으로 제2 압축실(112)과 연통되며, 그 제2 압축실(112)은 냉매사이클장치로 향하는 냉매토출관(116)과 연통되도록 형성된다.

또한, 상기 냉매흡입관(113)의 출구 및 제1 냉매유동관(114)의 입구는 냉매가스가 밀폐용기(110)내에서 원활하게 유동될 수 있도록 모터(120)의 양측으로 각각 분지되어 연통되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명에 의한 터보압축기의 일반적인 동작은 선출원에서와 동일하다.

즉, 인가된 전원에 의해 구동축(130) 및 각 임펠러(140,150)가 회전하게 되면, 그중 제1 임필러(140)에서는 흡입되는 냉매가스를 제1 디퓨져(111a) 및 제1 볼류트(111b)로 흩뿌리면서 가(假)압축하게 되고, 그 가압축된 냉매가스는 다시 제2 임펠러(150)로 흡입되어 제2 디퓨져(112a) 및 제2 볼류트(112b)에서 2단으로 완전 압축되어 냉동사이클장치(정확하게는, 응축기)로 토출된다.

이때, 상기 냉동사이클장치의 증발기(미도시)로부터 분출되는 냉매는 냉매흡입관(113)을 통해 밀폐용기(110)로 직접 유입되고, 그 밀폐용기(110)로 직접 유입되는 냉매는 모터(120)를 냉각시킨 후에 제1 냉매유동관(114)으로 유입되어 제1 압축실(111)로 흡입되며, 그 제1 압축실(111)로 흡입되어 압축되는 냉매가스는 다시 제2 냉매유동관(115)으로 유입되어 제2 압축실(112)로 흡입되고, 그 제2 압축실(112)로 흡입되어 제2 임펠러(150)에 의해 흩뿌려지면서 2단 압축된 냉매가스는 제2 압축실(112)에 연통된 냉매토출관(116)을 통해 냉동사이클장치의 응축기(미도시)로 토출되는 것이다.

이렇게 하여, 증발기(미도시)로부터 분출되는 저온의 냉매가 모터(120)를 냉각시키게 되므로, 선출원에서와 같이 가(假)압축된 냉매가스가 모터(120)를 냉각시키는 것과 비교하여 그 냉각효율이 향상될 수 있는 것이며, 특히 증발기(미도시)로부터 액상으로 유입되는 일부 냉매가 모터(120)를 냉각시키는 과정에서 완전히 기체로 변하게 되어 제1 압축실(111)로 흡입되므로, 별도의 어큐뮬레이터(미도시)가 필요하지 않게 되어 생산단가가 절감될 수 있다.

또한, 상기 냉매흡입관(113)이 단관으로 밀폐용기에 연통될 수도 있으나, 전술한바와 같이 증발기(미도시)로부터 연장되는 냉매흡입관(113)의 출구를 분지시켜 밀폐용기(110)의 모터(120) 양측으로 연통시킴과 아울러 상기 제1 냉매유동관(114)의 입구를 냉매흡입관(113)과 마찬가지로 모터(120)의 양측에서 분지 연통시키게 되면, 상기 밀폐용기(110)내의 냉매유동이 원활하게 되어 압축기효율이 향상될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 터보압축기는, 밀폐용기의 일측벽에는 냉매사이클장치로부터 연장되는 냉매흡입관이 연통되고, 그 냉매흡입관에 대향되는 타측벽에는 제1 냉매유동관이 연통되며, 그 제1 냉매유동관은 제1 압축실에 연통되고, 상기 제1 압축실은 제2 냉매유동관으로 제2 압축실과 연통되며, 그 제2 압축실은 냉매사이클장치로 향하는 냉매토출관과 연통되도록 형성함으로써, 증발기로부터 유입되는 저온의 냉매가 직접 모터부를 냉각시키게 되어 냉각효율이 향상시키는 것은 물론, 별도의 어큐뮬레이터 없이도 냉동사이클이 구현되어 생산단가가 절감될 수 있는 효과가 있다.

Claims

내부에 구동모터가 장착되는 모터실이 형성되고 양측에는 제1,제2 압축실이 각각 형성되며 상기 모터실의 일측에 냉매사이클장치로부터 연장되는 냉매흡입관이 연통되어 이루어지는 밀폐용기와, 그 밀폐용기의 각 압축실에 삽입되도록 상기 구동모터에 결합되어 회전하는 구동축과, 그 구동축의 양단에 일체로 고정되어 각 압축실에서 회전하면서 흡입되는 냉매가스를 2단으로 원심 압축하는 제1,제2 임펠러와, 상기 밀폐용기의 모터실과 제1 압축실을 연통시켜 모터실로 유입되어 구동모터를 냉각한 냉매가스를 제1 압축실로 안내하는 제1 냉매유동관과, 상기 밀폐용기의 제1 압축실과 제2 압축실을 연통시켜 제1 압축실에서 1단 압축된 냉매가스를 제2 압축실로 안내하는 제2 냉매유동관을 포함하여 구성되는 터보압축기.
제1항에 있어서, 상기 냉매흡입관의 출구와 제1 냉매유동관의 입구는 냉매가스가 모터실내에서 원활하게 유동될 수 있도록 모터부의 양측으로 각각 분지되어 연통됨을 특징으로 하는 터보압축기.