KR100474323B1 - 터보압축기의모터냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보압축기의 모터냉각장치에 관한 것으로, 본 발명은 좌우 양측에 복수 개의 압축실을 형성하고, 그 양쪽 압축실 사이에 한 개의 모터실을 형성하며, 모터실과 한 쪽 압축실은 제1 가스유로를 통해 연통되도록 형성하고, 그 압축실은 제2 가스유로를 통해 다른 압축실과 연통되도록 형성하며, 모터실의 일측에는 냉매가스를 상기 모터실 내부로 안내하도록 복수 개의 냉매흡입관을 연통 설치하고, 냉매흡입관의 맞은 편에는 상기 모터실을 통과하는 냉매가스가 제1 가스유로로 안내되도록 복수 개의 유출통공을 연통 형성하여서 된 밀폐용기와; 밀폐용기의 모터실 내부에 설치하여 회전력을 발생하는 구동모터와; 구동모터의 구동축 양단에 결합하고 상기한 양쪽 압축실에 각각 설치하여 냉매를 2단 압축하는 복수 개의 임펠러와; 상기 냉매흡입관에 인접한 모터실의 내부에서 구동모터의 구동축에 결합하여 함께 회전을 하면서 모터실 내부로 유입되는 냉매가스를 흡입하여 구동모터를 향해 토출하는 유동발생팬;을 포함함으로써, 모터실로 유입되는 냉매가스가 난류화되면서 냉매의 난류현상에 의해 대류열전달이 활발하게 발생되어 모터의 냉각효율이 향상될 뿐만 아니라 모터실 내부의 냉매가스를 강제 흡입하여 모터를 냉각함에 따라 모터의 냉각효율이 더욱 향상되는 효과가 있다.

Description

터보압축기의 모터냉각장치

본 발명은 임펠러의 회전시 발생되는 원심력을 이용하여 냉매를 흡입 압축하는 터보압축기에 관한 것으로, 특히 모터실로 유입되는 냉매의 유동을 활발하게 하여 모터의 냉각효율을 향상시키고자 하는 터보압축기의 모터냉각장치에 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.

도 1은 본 출원인이 특허출원 97-64568호로 출원한 바 있는 2단 압축식 터보압축기의 구성을 개략적으로 보인 종단면도로서 이에 도시된 바와 같이, 선출원의 2단 압축식 터보압축기는 통상 어큐뮬레이터(미도시)와 연통되는 제1 압축실(11) 및 통상 응축기(미도시)와 연통되는 제2 압축실(12)이 밀폐용기(10)의 양측에 각각 형성되고, 그 밀폐용기(10)의 내측 중앙에는 원판형인 엑시얼타입의 비엘디시모터(Brushless DC MOTOR)(20)가 장착되는 모터실(13)이 형성되며, 상기 제1,제2 압축실(11,12) 및 모터실(13)은 가스유로(14,15)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 수직방향을 지지하기 위한 레이디얼 베어링(60)이 결합되어 있고, 그 레이디얼 베어링(60)의 일측 외곽에는 구동축(30)의 축방향을 지지하기 위한 스러스트 베어링(70)이 결합되어 있다.

상기 밀폐용기(10)의 내부에는 제1 압축실(11)과 모터실(13)을 연통시키는 제1 가스유로(14)가 형성되어 있고, 상기 제1 압축실(11)은 제2 가스유로(15)에 의해 제2 압축실(12)과 연통되어 있다.

상기 제1,제2 압축실(11,12)은 각 가스유로(14,15)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 비엘디시모터(20)는 고정자(21)와 회전자(22)가 모두 원판형으로 형성되는 것으로, 그 중에서 고정자(21)는 밀폐용기(10)의 모터실(13) 내주면에 일체되는 반면, 상기 회전자(22)는 구동축(30)의 외주면에 열박음 또는 열박음 등으로 고정자(21)와 서로 교번되게 압입되어 있다.

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

또한, 상기 밀폐용기(10)의 중앙부 일측에는 통상적인 냉매사이클장치의 증발기(미도시) 또는 어큐뮬레이터(미도시)로부터 연장되는 냉매흡입관(P1,P2)이 밀폐용기(10) 및 모터실(13)을 차례대로 관통 삽입되어 있고, 그 냉매흡입관(P1,P2)의 단부와 대향되는 모터실(13)의 타측벽에는 모터실(13)로 유입되었던 냉매를 제1 가스유로(14)로 배출시키는 유출통공(13a,13b,13c)이 형성되어 있다.

상기 냉매흡입관(P1,P2)은 냉매가스에 의한 모터(20)의 유동저항을 최소한으로 줄이도록 모터(20)의 양쪽 외곽측에 삽입되어 있고, 상기 유출통공(13a,13b,13c) 역시 냉매가스가 원활하게 모터실(13)로부터 배출되도록 모터(20)의 양쪽 외곽측 및 중간부에 형성되어 있다.

도면중 미설명 부호인 16은 토출구이다.

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, 제2 임펠러(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, 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 냉동사이클장치의 증발기(미도시) 또는 어큐뮬레이터(미도시)로부터 냉매는 각 냉매흡입관(P1,P2)을 통해 밀폐용기(10)의 모터실(13)로 유입되고, 그 유입된 냉매는 모터(20)를 냉각한 다음 다시 각 유출통공(13a,13b,13c)을 통해 제1 가스유로(14)로 유출되며, 그 제1 가스유로(14)로 유입된 냉매가스는 제1 임펠러(40)에 의해 제1 압축실(11)로 흩뿌려지면서 가(假)압축되고, 그 가압축된 냉매가스는 다시 제2 가스유로(15)를 통해 제2 임펠러(50)로 흡입되어 제2 압축실(12)에서 2단으로 완전 압축되어 냉동사이클장치(정확하게는, 응축기)로 토출되었다.

이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 각 냉매흡입관(P1,P2)을 통해 모터(20)의 양측으로 유입되는 냉매의 대부분은 원판형 모터(20)의 양측 외곽판과 접촉되면서 열교환된 후에, 그 모터(20)의 양측에 형성된 유출통공(13a,13b)을 통해 제1 가스유로(14)로 흘러나가게 되고, 나머지 소량의 냉매가스는 고정자(21) 및 회전자(22) 사이의 각 공극을 순회한 다음에 중앙의 유출통공(13c)을 통해 제1 가스유로(14)로 흘러나가 제1 압축실(11)에서 압축이 이루어지는 것이었다.

이렇게 하여, 모터실(13)로 유입되는 냉매가 엑시얼타입인 비엘디시모터(20)의 각 공극사이를 통과하지 아니하고, 대부분이 외곽판만을 접촉한 후에 곧바로 제1 가스유로(14)로 유출되므로, 냉매에 의한 유로저항이 최소화되게 되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 선출원의 터보압축기 압축기에 있어서는, 모터실(13)로 유입되는 냉매의 대부분이 모터(20)의 외곽판과 접촉되면서 유출통공(13a,13b)을 통해 곧바로 제1 가스유로(14)로 유출되는 것으로, 이는 냉매가 회전자(22)의 운동시 유로저항을 최소화하는 효과는 있으나, 모터실내의 가스유동이 주로 열전달율이 상대적으로 낮은 층류가 되므로 모터(20)가 과열될 우려가 있었다.

따라서, 본 발명은 선출원된 터보압축기의 모터냉각장치가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 모터실로 유입되는 냉매가 열전달율이 높은 난류가 되도록 하여 모터를 충분히 냉각시킬 수 있는 터보압축기의 모터냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 좌우 양측에 복수 개의 압축실을 형성하고, 그 양쪽 압축실 사이에 한 개의 모터실을 형성하며, 모터실과 한 쪽 압축실은 제1 가스유로를 통해 연통되도록 형성하고, 그 압축실은 제2 가스유로를 통해 다른 압축실과 연통되도록 형성하며, 모터실의 일측에는 냉매가스를 상기 모터실 내부로 안내하도록 복수 개의 냉매흡입관을 연통 설치하고, 냉매흡입관의 맞은편에는 상기 모터실을 통과하는 냉매가스가 제1 가스유로로 안내되도록 복수 개의 유출통공을 연통 형성하여서 된 밀폐용기와; 밀폐용기의 모터실 내부에 설치하여 회전력을 발생하는 구동모터와; 구동모터의 구동축 양단에 결합하고 상기한 양쪽 압축실에 각각 설치하여 냉매를 2단 압축하는 복수 개의 임펠러와; 상기 냉매흡입관에 인접한 모터실의 내부에서 구동모터의 구동축에 결합하여 함께 회전을 하면서 모터실 내부로 유입되는 냉매가스를 흡입하여 구동모터를 향해 토출하는 유동발생팬;을 포함한 것을 특징으로 하는 터보압축기의 모터냉각장치가 제공된다.

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

본 발명은 냉동사이클장치로부터 모터실로 직접 유도되는 냉매가 그 모터실의 내부에서 활발하게 유동되도록 하여 모터를 원활하게 냉각시키도록 하기 위한 것으로, 이러한 터보압축기의 일례가 도 3에 도시되어 있다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 모터냉각장치가 구비된 터보압축기는, 통상 어큐뮬레이터(미도시) 또는 증발기(미도시)로부터 연장되는 냉매흡입관(P1,P2)이 밀폐용기(10)의 일측에 각각 연통되고, 그 밀폐용기(10)내의 양측에는 제1,제2 압축실(11,12)이 서로 연통되도록 형성되는 반면 중앙에는 고정자(21)와 회전자(22)가 모두 원판형인 엑시얼타입의 비엘디시모터(20)가 장착되기 위한 모터실(13)이 형성되며, 상기 모터(20)의 회전자(22) 중앙에는 구동축(30)이 압입되고, 그 구동축(30)의 양단에는 상기 제1,제2 압축실(11,12)에 삽입되어 냉매의 운동에너지를 증가시키는 제1,제2 임펠러(40,50)가 고정되며, 상기 모터실(13)의 내부에는 구동축(30)의 반경방향 및 축방향을 지지하기 위한 레이디얼 베어링(60) 및 스러스트 베어링(70)이 설치된다.

상기 모터실(13)은 제1 가스유로(14)에 의해 제1 압축실(11)과 연통되고, 그 제1 압축실(11)은 제2 가스유로(15)에 의해 제2 압축실(12)과 연통되며, 그 제2 압축실(12)은 통상적인 냉동사이클장치로 연통되는 토출구(16)가 형성된다.

또한, 상기 모터실(13)의 일측에는 모터(20)의 양쪽 외곽측으로 냉매흡입관(P1,P2)이 삽입되고, 그 냉매흡입관(P1,P2)에 대향되는 모터실(13)의 타측에는 제1 가스유로(14)와 연통되는 유출통공(13a, 13b, 13c)이 형성된다.

여기서, 상기 모터실(13)의 내부로 유입되는 냉매가 그 모터실(13)내에 장착되는 엑시얼타입의 비엘디시모터(20)를 원활하게 냉각시키도록 하기 위하여 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 모터(20)의 회전자(22)가 결합되는 구동축(30) 양측에 유동발생팬(110,120)이 장착되는데, 상기 유동발생팬(110,120)은 모터(20)의 양측에서 냉매가스를 축방향으로 흡입하여 모터(20)측으로 토출하도록 상기한 모터(20)의 양측에 배치되는 것이 바람직하다.

도면중 선출원에서와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명에 의한 모터냉각장치가 구비된 터보압축기의 일반적인 동작은 선출원에서와 동일하다.

즉, 인가된 전원에 의해 구동축(30) 및 각 임펠러(40,50)가 회전하게 됨과 함께 냉동사이클장치의 증발기(미도시) 또는 어큐뮬레이터(미도시)로부터 냉매가 냉매흡입관(P1,P2)을 통해 모터실(13)의 내부로 유입되고, 그 유입된 냉매는 모터(20)를 냉각한 다음 다시 유출통공(13a,13b,13c)을 통해 제1 가스유로(14)로 유출되며, 그 제1 가스유로(14)로 유입된 냉매가스는 제1 임펠러(40)에 의해 제1 압축실(11)로 흩뿌려지면서 가(假)압축되고, 그 가압축된 냉매가스는 다시 제2 가스유로(15)를 통해 제2 임펠러(50)로 흡입되어 제2 압축실(12)에서 2단으로 완전 압축되어 냉동사이클장치(정확하게는, 응축기)로 토출된다.

여기서, 상기 냉동사이클장치의 증발기(미도시) 또는 어큐뮬레이터(미도시)로부터 분출되는 냉매는 냉매흡입관(P1,P2)을 통해 모터실(13)의 양측으로 직접 유입되고, 그 모터실(13)로 유입되는 냉매가스의 일부는 모터실(13) 내부를 지나 곧바로 제1 가스유로(14)로 흘러나가게 되며, 대부분의 나머지는 각 유동발생팬(110,120)의 배면측으로 흡입되어 모터(20)의 양측 외곽판쪽을 향해 축방향으로 토출되면서 난류를 형성시키게 된다.

이러한 난류는 모터(20)의 고정자(21) 및 회전자(22)의 사이로 유입되거나 또는 외곽판에 부딪혀 모터(20)를 냉각시킨 후에 각 유출통공(13a,13b,13c)을 통해 제1 가스유로(14)로 흘러나가게 되는 것이다.

이렇게, 모터실(13)내에서 형성되는 난류는 층류에 비해 상대적으로 열전달율이 높기 때문에, 고체와 유체간의 열전도는 물론 유체의 운동에 의한 대류열전달이 활발하게 일어나 모터(20)를 효과적으로 냉각시킬 수 있을 뿐만 아니라 냉매가스를 직접 흡입하여 모터에 토출함에 따라 모터를 더욱 효과적으로 냉각할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 터보압축기의 모터냉각장치는, 구동모터가 장착되어 흡입가스를 2단으로 원심 압축하도록 구성되는 터보압축기의 모터실 내부에 유동발생팬을 장착함으로써, 모터실로 유입되는 냉매가스가 난류화되면서 냉매의 난류현상에 의해 대류열전달이 활발하게 발생되어 모터의 냉각효율이 향상될 뿐만 아니라 모터실 내부의 냉매가스를 강제 흡입하여 모터를 냉각함에 따라 모터의 냉각효율이 더욱 향상되는 효과가 있다.

도 1은 선출원된 터보압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2는 선출원된 터보압축기에 있어서, 모터실을 확대하여 보인 종단면도.

도 3은 본 발명에 의한 터보압축기에 있어서, 모터실을 확대하여 보인 종단면도.

도 4는 본 발명에 의한 터보압축기에 있어서, 일측 유동발생팬을 보인 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

20 : 구동모터 30 : 구동축

110, 120 : 유동발생팬

Claims (2)

1. 좌우 양측에 복수 개의 압축실을 형성하고, 그 양쪽 압축실 사이에 한 개의 모터실을 형성하며, 모터실과 한 쪽 압축실은 제1 가스유로를 통해 연통되도록 형성하고, 그 압축실은 제2 가스유로를 통해 다른 압축실과 연통되도록 형성하며, 모터실의 일측에는 냉매가스를 상기 모터실 내부로 안내하도록 복수 개의 냉매흡입관을 연통 설치하고, 냉매흡입관의 맞은 편에는 상기 모터실을 통과하는 냉매가스가 제1 가스유로로 안내되도록 복수 개의 유출통공을 연통 형성하여서 된 밀폐용기와; 밀폐용기의 모터실 내부에 설치하여 회전력을 발생하는 구동모터와; 구동모터의 구동축 양단에 결합하고 상기한 양쪽 압축실에 각각 설치하여 냉매를 2단 압축하는 복수 개의 임펠러와; 상기 냉매흡입관에 인접한 모터실의 내부에서 구동모터의 구동축에 결합하여 함께 회전을 하면서 모터실 내부로 유입되는 냉매가스를 흡입하여 구동모터를 향해 토출하는 유동발생팬;을 포함한 것을 특징으로 하는 터보압축기의 모터냉각장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 유동발생팬은 냉매가스를 구동모터의 양측에서 중심쪽으로 유도하도록 형성하여 상기한 구동모터의 양측에 배치되는 것을 특징으로 하는 터보압축기의 모터냉각장치.