KR101360799B1 - 2단 터보압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2단 터보압축기의 특성과 1단 양 흡입 터보압축기의 특성을 동시에 가지는 2단 터보압축기에 관한 것으로,
상기 2단 터보압축기는 토출구 측에서 제1 밸브(130)를 포함하여 토출유로(170)와 연결되는 제1 유로(121)가 형성되는 제1 1단임펠러(120);와, 제2 밸브(150)를 구비하여 유체를 선택적으로 유입시키는 제2 유입유로(151)와 토출구 측이 상기 토출유로(170)와 연결되는 제1 2단임펠러(160);와, 상기 제1 1단임펠러(120)와 제1 2단임펠러(160)를 구동시키는 모터(110);와, 일 단은 상기 제1 밸브(130)와 연결되고 타단은 상기 제2 밸브(150)의 하류에서 제2 유입유로(151)에 결합되는 제1 2단압축유로(141);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

2단 터보압축기{HYBRID 2 STAGE TURBO COMPRESSOR}
본 발명은 2단 터보압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2단 터보압축기의 특성과 1단 양 흡입 터보압축기의 특성을 동시에 가지는 2단 터보압축기에 관한 것이다.
일반적으로, 터보압축기는 임펠러의 회전 구동에 의해 유체, 냉매가스 등의 기체를 압축하는 장치로서, 비교적 토출 압력이 높게 설정되는 것을 특징으로 한다.
선 출원된 등록특허 10-0273433호에는 모터실로 유입되는 냉매의 유동을 활발하게 하여 모터의 냉각 효율을 향상시키고자 하는 2 단 터보압축기를 개시하며, 및 등록특허 10-0304562호에는 반경 방향 지지수단의 가공 및 조립이 용이한 2단 터보 압축기를 개시하고 있다.
그러나 상술한 구성을 가지는 종래기술의 2단 터보압축기들은 1개의 설계점(design point, 설계유량, 설계 압력에서 통상 최고 효율의 특성을 나타내도록 설계되어 높은 압축비의 특성을 가지고 있으나, 압축비가 낮은 영역에서는 설계점 대비 압축비가 낮아 양흡입 1단 터보압축기보다 압축 효율이 저하되어 저압에서 최대 유량이 적게 나오는 문제점을 가진다.
특허문헌 1 : 대한민국 등록특허 10-0273433 특허문헌 2 : 대한민국 등록특허 10-0304562
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 2개의 설계점인 고압의 2단 터보압축기의 설계점과 저압의 1단 양흡입 터보압축기의 설계점을 가지는 2단 터보압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 2단 터보압축기(100)는, 토출구 측에서 제1 밸브(130)를 포함하여 토출유로(170)와 연결되는 제1 유로(121)가 형성되는 제1 1단임펠러(120);와, 제2 밸브(150)를 구비하여 유체를 선택적으로 유입시키는 제2 유입유로(151)와 토출구 측이 상기 토출유로(170)와 연결되는 제1 2단임펠러(160);와, 상기 제1 1단임펠러(120)와 제1 2단임펠러(160)를 구동시키는 모터(110);와, 일 단은 상기 제1 밸브(130)와 연결되고 타단은 상기 제2 밸브(150)의 하류에서 제2 유입유로(151)에 결합되는 제1 2단압축유로(141);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 2단 터보압축기(100)는, 상기 제2 밸브(150)를 차단하고, 상기 제1 밸브(130)를 상기 제1 유로(121)와 상기 제1 2단압축유로(141)를 연결하도록 제어하는 2단 터보압축기 설계점(D2, 도 5 참조);과, 상기 제2 밸브(150)를 개방하고, 상기 제1 밸브(130)를 상기 제1 유로(121)와 토출유로(170)가 연결되고 상기 제1 2단압축유로(141) 측은 차폐하도록 제어하는 1단 양흡입 터보압축기 설계점(D1, 도 5 참조);을 가지도록 구성되어, 운전 방식에 따라 2단 터보압축기의 특성과 1단 터보압축기의 특성을 동시에 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 1단임펠러(120)와 제1 2단임펠러(160)는 동일 직경을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성의 제2 2단 터보압축기(200)는, 토출구 측에 제3 밸브(230)와 1단 토출유로(231)를 포함하여 제2 토출유로(270)와 연결되는 제2 1단임펠러(220);와, 상기 제2 1단임펠러(220)를 구동시키는 제1 모터(210);와, 상기 제3 밸브(230)에서 상기 1단 토출유로(231)와 분기되는 제2 2단압축유로(241)와 상기 유입되는 압축 유체를 선택적으로 차폐하는 제4 밸브(240)가 유입구측에 결합되며 토출구 측에는 상기 제2 토출유로(270)가 연결되는 제2 2단임펠러(260);와, 상기 제2 2단임펠러(260)를 구동시키는 제2 모터(250);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 2단 터보압축기(200) 또한 상기 제3 밸브(230)를 상기 제2 2단압축유로(241)와 연결되도록 하고, 상기 제4 밸브(240)를 압축유체의 흡입을 차단하고 상기 제3 밸브(230)를 통해 유입되는 유체를 상기 제2 2단임펠러(260)로 유입되도록 제어하는 2단 터보압축기 설계점(D2, 도 5 참조);과, 상기 제3 밸브(230)를 상기 1단 토출유로(231) 측으로 개방하고, 상기 제4 밸브(240)를 제3 밸브(230) 측은 차단하여 외부의 압축유체를 유입하도록 개방하는 1단 양흡입 터보압축기 설계점(D1, 도 5 참조);을 가지도록 구성되어, 운전 방식에 따라 2단 터보압축기의 특성과 1단 터보압축기의 특성을 동시에 가진다.
상술한 구성을 가지는 본 발명의 2단 터보압축기(100, 200)는, 종래 기술의 동일한 용량의 2단 터보압축기에 비하여 저압에서 운전 가능한 최대 유량의 증가를 가능하게 하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 2단 터보압축기들은 저압에서 더 적은 최소 풍량을 요구하는 경우 2단 터보압축기 설계점으로 구동하도록 하는 것에 의해 저압에서의 최소 유량 운전 범위를 증가시키는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 제1 2단 터보압축기(100)의 개략적인 구성도,
도 2는 2단 터보압축기 설계점(D2)에서의 구동 상태를 나타내는 도면,
도 3은 1단 양흡입 터보압축기 설계점(D1)에서의 구동 상태를 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 제2 2단 터보압축기(200)의 개략적인 구성도,
도 5는 본 발명의 2단 터보압축기들의 2단 터보압축기 설계점(D2)과 1단 양흡입 터보압축기 설계점(D1)에서의 압력(P), 유량(Q) 특성을 나타내는 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 제1 2단 터보압축기(100)의 개략적인 구성도이고, 도 2는 2단 터보압축기 설계점(D2)에서의 구동 상태를 나타내는 도면이며, 도 3은 1단 양흡입 터보압축기 설계점(D1)에서의 구동 상태를 나타내는 도면이다.
도 1과 같이 상기 제1 2단 터보압축기(100)는, 토출구 측에서 제1 밸브(130)를 포함하여 토출유로(170)와 연결되는 제1 유로(121)가 형성되는 제1 1단임펠러(120);와, 제2 밸브(150)를 구비하여 유체를 선택적으로 유입시키는 제2 유입유로(151)와 토출구 측이 상기 토출유로(170)와 연결되는 제1 2단임펠러(160);와, 상기 제1 1단임펠러(120)와 제1 2단임펠러(160)를 구동시키는 모터(110);와, 일 단은 상기 제1 밸브(130)와 연결되고 타단은 상기 제2 밸브(150)의 하류에서 제2 유입유로(151)에 결합되는 제1 2단압축유로(141);를 포함하여 구성된다.
상술한 구성에서 상기 제1 밸브(130) 및 상기 제2 밸브(150)는 2단 터보압축기 설계점(D2)의 구동 또는 1단 양흡입 터보압축기 설계점(D1)의 구동을 선택할 수 있도록 온/오프 제어 가능하게 구성된다.
이러한 구성에 의해 상기 제1 밸브(130) 및 상기 제2 밸브(150)의 적절한 조작에 의해 흡입, 토출 유체의의 유로를 제어함으로써, 저압의 1단 압축 또는 고압 및 저압의 최소유량 2단 압축을 동시에 구현한다.
상술한 구성의 상기 제1 2단 터보압축기(100)는 도 2와 같이, 상기 제2 밸브(150)를 차단하고, 상기 제1 밸브(130)를 상기 제1 유로(121)와 상기 제1 2단압축유로(141)를 연결하도록 제어하는 경우 고압 또는 저압의 최소 유량 운전을 가능하게 하는 2단 터보압축기 설계점(D2)의 압력(P) 및 유량(Q)의 유체를 토출하도록 구동하게 된다.
이 경우 제1 유입유로(i)를 통해 유입된 유체가 제1 1단임펠러(120)에 의해 1단 압축된 후, 제1 유로(121), 제1 밸브(130), 제1 2단압축유로(141) 및 제2 유입유로(151)를 경유하여 제1 2단임펠러(160)로 유입되는 것에 의해 2단 압축되어 토출된다.
이와 달리 도 3과 같이, 상기 제2 밸브(150)를 개방하고, 상기 제1 밸브(130)를 상기 제1 유로(121)와 토출유로(170)가 연결되고 상기 제1 2단압축유로(141) 측은 차폐하도록 제어하는 경우에는 저압 운전 영역에서 흡입 유체를 1단 압축하여 토출하는 저압의 1단 양흡입 터보압축기 설계점(D1);의 압력(P) 및 풍량(Q)을 가지도록 구동하게 된다.
이 경우 제1 유입유로(i)를 통해 유입된 유체는 제1 1단임펠러(120)에 의해 1단 압축된 후 토출유로(170)로 토출되고, 제2 밸브(150)를 통해 유입된 유체는 제1 2단임펠러(160)로 유입되어 1단 압축된 후 토출유로(170)를 통해 토출된다.
또한, 저압 운전 영역에서 보다 적은 최소 풍량을 요구하는 경우에는 2단 압축하는 상기 2단 터보압축기 설계점(D2)에서 구동시키는 것에 의해 저압의 경우 종래기술의 1단 양흡입 터보압축기에 의해 비해 최소 유량이 더욱 적어지게 되어 최소 유량 운전 범위가 확장된다(도 2 및 도 5 참조).
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 제2 2단 터보압축기(200)의 개략적인 구성도이다.
본 발명의 또 다른 구성의 제2 2단 터보압축기(200)는, 토출구 측에 제3 밸브(230)와 1단 토출유로(231)를 포함하여 제2 토출유로(270)와 연결되는 제2 1단임펠러(220);와, 상기 제2 1단임펠러(220)를 구동시키는 제1 모터(210);와, 상기 제3 밸브(230)에서 상기 제2 토출유로(270)와 분기되는 제2 2단압축유로(241)와 상기 유입되는 압축유체를 선택적으로 차폐하는 제4 밸브(240)가 유입구측에 결합되며 토출구 측에는 상기 제2 토출유로(270)가 연결되는 제2 2단임펠러(260);와, 상기 제2 2단임펠러(260)를 구동시키는 제2 모터(250);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 구성의 상기 제2 2단 터보압축기(200) 또한, 상기 제3 밸브(230)를 상기 제2 2단압축유로(241)와 연결되도록 하고, 상기 제4 밸브(240)를 압축유체의 흡입을 차단하고 상기 제3 밸브(230)를 통해 유입되는 유체를 상기 제2 2단임펠러(260)로 유입되도록 제어하는 것에 의해 고압의 2단 압축 또는 저압의 최소 유량 압축을 수행하는 2단 터보압축기 설계점(D2)의 압력(P)과 유량(Q)을 가지도록 구동된다. 이 경우 1단유입유로(221)를 통해 유입된 유체가 제2 1단임펠러(220)를 통해 1단 압축된 후 제2 2단압축유로(241)를 경유하여 제2 2단임펠러(260)에서 2단 압축된 후 제2 토출유로(270)를 통해 토출된다.
이와 달리 상기 제3 밸브(230)를 상기 1단 토출유로(231) 측으로 개방하고, 상기 제4 밸브(240)를 제3 밸브(230) 측은 차단하여 외부의 압축유체를 유입하도록 개방하는 경우에는 저압의 운전 영역에서 동작하는 1단 양흡입 터보압축기 설계점(D1)의 압력(P)과 유량(Q)을 가지는 압축 유체를 토출하도록 동작한다. 이 경우 1단유입유로(221)를 통해 유입된 유체는 제2 1단임펠러(220)를 통해 1단 압축된 후 1단토출유로(231)을 통해 제2 토출유로(270)로 토출되고, 제4밸브(240)를 통해 유입된 유체는 제2 2단임펠러(260)에서 1단 압축된 후 제2 토출유로(270)를 통해 토출된다.
도 5는 본 발명의 2단 터보압축기들의 2단 터보압축기 설계점(D2)과 1단 양흡입 터보압축기 설계점(D1)에서의 압력(P), 유량(Q) 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 2단 터보압축기(100, 200)들은 밸브들의 유로 개방을 선택적으로 제어하는 것에 의해 고압 또는 저압 최소 유량의 2단 터보압축기 설계점(D2)에서의 구동과 저압의 1단 양흡입 터보압축기 설계점(D1)에서의 구동을 동시에 수행할 수 있는 것을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 2단 터보압축기(100, 200)는 운전 방식에 따라 2단 터보압축기의 특성과 1단 터보압축기의 특성을 동시에 가지게 되며, 이에 의해 저압에서의 최소 유량 운전 범위를 확장시킨다.
본 발명에서 하나의 모터에 의해 구동되는 상기 제1 1단임펠러와 제1 2단임펠러는 동일 회전수에서 동일 압축비의 제어가 가능하도록 동일 직경을 갖는다.
그러나 서로 다른 모터를 사용하여 구동시키는 경우에는 상기 임펠러들은 동일 직경을 갖는 것을 사용할 할 수도 있고, 필요에 따라 서로 다른 직경을 가지는 것을 사용할 수도 있다. 이는 서로 다른 모터를 사용하는 경우에는 모터들을 개별 제어하는 것에 의해 원하는 압축비의 제어가 가능하기 때문이다.
100: 제1 2단터보압축기 200: 제2 2단터보압축기
110: 모터 120: 제1 1단임펠러
i: 제1 유입유로 121: 제1 유로
130: 제1 밸브 141: 제1 2단압축유로
150: 제2 밸브 151: 제2 유입유로
160: 제1 2단임펠러 170: 제 1 토출유로
210: 제1 모터 220: 제2 2단임펠러
221: 1단유입유로 230: 제3 밸브
231: 1단토출유로 240: 제4 밸브
250: 제2 모터 260: 제2 2단임펠러
270: 제2 토출유로

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 토출구 측에 제3 밸브(230)와 1단 토출유로(231)를 포함하여 제2 토출유로(270)와 연결되는 제2 1단임펠러(220);와,
    상기 제2 1단임펠러(220)를 구동시키는 제1 모터(210);와,
    상기 제3 밸브(230)에서 제2 토출유로(270)로 분기되는 제2 2단압축유로(241)를 구비하고, 상기 제2 2단압축유로(241) 측으로 유입되는 압축유체를 선택적으로 차폐하는 제4 밸브(240)가 유입구 측에 결합되며 토출구 측에는 상기 제2 토출유로(270)가 연결되는 제2 2단임펠러(260);와,
    상기 제2 2단임펠러(260)를 구동시키는 제2 모터(250);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 2단 터보압축기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제3 밸브(230)를 상기 제2 2단압축유로(241)와 연결되도록 하고, 상기 제4 밸브(240)를 압축유체의 흡입을 차단하고 상기 제3 밸브(230)를 통해 유입되는 유체를 상기 제2 2단임펠러(260)로 유입되도록 제어하는 2단 터보압축기 설계점(D2);과,
    상기 제3 밸브(230)를 상기 1단 토출유로(231) 측으로 개방하고, 상기 제4 밸브(240)를 제3 밸브(230) 측은 차단하여 외부의 압축유체를 유입하도록 개방하는 1단 양흡입 터보압축기 설계점(D1);을 가지도록 구성되어,
    운전 방식에 따라 2단 터보압축기의 특성과 1단 터보압축기의 특성을 동시에 가지는 것을 특징으로 하는 2단 터보압축기.
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