KR101725526B1 - 터보 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보 압축기에 관한 것으로, 구동모터의 구동축에 고정되는 임펠러와, 상기 임펠러의 회전에 의해 발생한 유체의 운동에너지를 압력에너지로 변환시키는 디퓨저를 포함하고, 상기 디퓨저는 디퓨저 바디; 상기 디퓨저 바디의 일면에 회전 가능하게 배치되는 베인; 및 상기 디퓨저 바디에 설치되고 탄성부재가 구비되어 부하에 따라 상기 탄성부재의 탄성력에 의해 베인 각도를 조절하는 베인각도 조절유닛으로 구성되어, 압축기의 부하변동에 따라 베인각도를 조절하도록 하여 압축 효율 및 성능을 향상시킨다.

Description

터보 압축기{TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 디퓨저(Diffuser)의 베인 각도를 조절할 수 있는 터보 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 터보 압축기는 저압의 유체를 흡입하여 고압의 유체로 압축하는 기기로서, 구동모터의 구동력에 의해 회전하는 임펠러(Impeller)와, 임펠러의 회전에 의해 배출된 유체의 운동에너지를 압력에너지로 변환시키는 디퓨저(Diffuser)를 포함한다.

디퓨저는 임펠러의 회전에 의해 발생한 공기의 속도 에너지를 가장 효율적으로 압력 에너지로 변환하는 장치로서, 임펠러를 통과한 유체를 압축실로 안내하는 베인이 설치된다. 베인은 디퓨저의 일면에 디퓨저와 일체로 형성되며, 베인각도는 압축기의 부하에 따라 설정된다.

디퓨저의 가장 중요한 설계인자는 베인각도로서, 베인각도의 설계는 압축실의 형상 및 압축기의 구조적인 인자에 의해 결정된다.

하지만, 종래의 터보 압축기는 베인이 디퓨저에 일체로 형성되어 베인각도가 고정되기 때문에 어느 특정 부하의 운전에서는 최적의 효율을 발휘할 수 있지만, 다른 부하에서는 압축기의 효율 및 성능이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 압축기의 부하 변동에 따라 디퓨저의 베인 각도가 조절될 수 있도록 하여 압축기의 효율 및 성능을 향상시킬 수 있는 터보 압축기를 제공한다.

또한, 탄성부재의 탄성력을 이용하여 베인각도를 조절할 수 있도록 하여 시스템의 구조를 단순화하고, 응답성을 향상시킬 수 있는 터보 압축기를 제공한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

일실시예로서, 터보 압축기는 구동모터의 구동축에 고정되는 임펠러와, 상기 임펠러의 회전에 의해 발생한 유체의 운동에너지를 압력에너지로 변환시키는 디퓨저를 포함하고, 상기 디퓨저는 디퓨저 바디; 상기 디퓨저 바디의 일면에 회전 가능하게 배치되는 베인; 및 상기 디퓨저 바디에 설치되고 탄성부재가 구비되어 부하에 따라 상기 탄성부재의 탄성력에 의해 베인 각도를 조절하는 베인각도 조절유닛을 포함한다.

상기 베인은 상기 디퓨저 바디의 일면에 등 간격을 두고 배열되고, 그 일단이 회전축이 고정되며, 상기 회전축은 디퓨저 바디에 형성되는 힌지홀에 회전 가능하게 지지되고, 상기 베인각도 조절유닛은 상기 디퓨저 바디의 타면에 배치되고, 상기 회전축에 고정되어 회전축과 같이 회전되는 회전부재와, 상기 디퓨저 바디의 타면에 고정되는 스톱퍼와, 상기 스톱퍼와 회전부재 사이에 설치되어 상기 회전부재에 탄성력을 부여하는 탄성부재를 포함한다.

상기와 같이 구성되는 터보 압축기에 따르면, 베인은 디퓨저 바디에 회전 가능하게 설치되고, 디퓨저 바디에 베인각도 조절유닛을 구비하여, 압축기의 부하 변동에 따라 베인각도가 능동적으로 조절될 수 있도록 하여 압축기의 효율 및 성능을 향상킨다.

또한, 베인각도 조절유닛에는 탄성부재가 구비되어, 탄성부재의 탄성력에 의해 베인각도가 조절될 수 있어 디퓨저의 구조를 단순화할 수 있고 응답성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 터보 압축기의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 압축기의 임펠러와 디퓨저를 나타낸 일부 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 부하에 따른 디퓨저의 베인각도를 나타낸 일부 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 베인각도 조절유닛을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 베인각도 조절유닛을 나타낸 일부 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 베인각도 조절유닛을 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 베인각도 조절유닛을 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 베인각도 조절유닛을 나탄내 평면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 압축기의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 압축기의 일부 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 압축기의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.

도시된 일 실시예에 따른 터보 압축기는 케이스(10)와, 케이스(10) 내부에 설치되는 구동모터(20)와, 구동모터(20)의 구동축(22)에 장착되어 회전되는 임펠러(30)와, 임펠러(30)의 외주면에 배치되어 임펠러(30)가 수용되는 쉬라우드(40)와, 임펠러(30)의 후면에 설치되어 임펠러(30)의 회전에 의해 배출된 유체의 운동에너지를 압력에너지로 변환시키는 디퓨저(Diffuser)(50)를 포함한다.

케이스(10)의 일측에는 압축된 유체가 외부로 토출되는 토출구(12)가 설치되고, 쉬라우드(40)에는 외부의 가스가 흡입되는 흡입구(14)가 설치된다.

임펠러(30)는 디퓨저(50)의 일면에 일정 갭을 두고 배치되고, 구동축(22)이 고정되는 허브(32)와, 이 허브(32)의 둘레방향으로 등 간격을 두고 형성되고 쉬라우드(40) 내면과 간극을 두고 배치되어 송풍력을 발생시키는 회전날개(34)를 포함한다.

쉬라우드(40)는 일측이 가스가 흡입되는 흡입구(14)와 연결되고, 그 내면에 임펠러(30)가 일정 간극을 두고 배치되며, 타측은 디퓨저(50)와 마주보게 배치되고, 디퓨저(50)와의 사이에 압축실(42)을 형성한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디퓨저의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 부하에 따른 디퓨저의 베인각도를 나타낸 일부 평면도이다.

디퓨저(50)는 전체적으로 원판 형태로 형성되고, 그 중앙에는 구동축(22)이 통과하는 관통홀(56)이 형성되는 디퓨저 바디(52)와, 이 디퓨저 바디(52)의 일측면 즉, 쉬라우드(40)와 마주보는 면에 회전 가능하게 설치되어 유체를 가이드하는 베인(54)과, 디퓨저 바디(52)에 설치되어 압축 부하변동에 따라 베인 각도를 조절하는 베인각도 조절유닛(60)을 포함한다.

그리고, 케이스(10)에는 구동모터(20)가 설치되는 영역과, 임펠러(30) 및 디퓨저(50)가 설치되는 영역을 구획하는 격벽부재(16)가 설치되고, 이 격벽부재(16)의 일면에는 베인각도 조절유닛(60)이 배치되도록 안착홈(18)이 형성된다.

베인(54)은 압축 부하 변동에 따라 각도가 조절될 수 있도록 한다. 즉, 베인(54)은 디퓨저 바디(52)의 일면에 설정된 범위 내에서 회전되도록 배치되고, 디퓨저 바디(52)에는 베인각도 조절유닛(60)이 구비되어 압축 부하변동에 따라 베인 각도를 조절하도록 한다.

일 예로, 도 4에 도시된 바와 같이, 압축기가 100% 부하 일 때, 베인(52)은 중심에서 바깥쪽으로 최대로 벌어진 상태인 A 위치에 놓이게 된다. 이때, 베인 각도(θ1)는 최대인 상태가 된다.

그리고, 압축기의 부분 부하시에는 베인(52)은 중심에 가장 가까운 위치인 B 위치에 놓이게 된다. 이때, 베인 각도(θ2)는 최소인 상태로 된다.

이와 같이, 베인(52)은 A 위치에서 B 위치 사이에서 회전되면서 부하 변동에 대응하여 각도가 조절된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 베인각도 조절유닛을 나타낸 일부 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 베인각도 조절유닛을 나타낸 일부 평면도이다.

일 실시예에 따른 베인(54)은 그 한쪽 끝부분에 회전축(62)이 고정되고, 회전축(62)은 디퓨저 바디(52)의 형성된 힌지홀(64)에 회전 가능하게 지지된다. 즉, 디퓨저 바디(52)에는 관통되게 형성되는 힌지홀(64)이 형성되고, 이 힌지홀(64)에 회전축(62)이 회전 가능하게 지지되며, 회전축(62)의 다른쪽 끝부분은 고정 너트(66) 등으로 고정된다. 그리고, 힌지홀(64)의 내주면과 회전축(62)의 외주면 사이에는 부싱(68)이 설치되어 회전축(62)이 용이하게 회전될 수 있도록 한다.

일 실시예에 따른 베인각도 조절유닛(60)은 디퓨저 바디(52)의 다른쪽 면에 배치되고, 그 일단이 회전축(62)에 고정되는 회전부재(70)와, 이 회전부재(70)와 일정 간격을 두고 배치되고 디퓨저 바디(52)의 다른쪽 면에 일체로 형성되거나, 고정되는 스톱퍼(72)와, 회전부재(70)와 스톱퍼(72) 사이에 설치되어 회전부재(70)에 탄성력을 부여하는 탄성부재(74)를 포함한다.

회전부재(70)와 베인(54)은 회전축(62)에 의해 연결되어 회전부재(70)와 베인(54)은 같이 회전된다.

여기에서, 탄성부재(74)는 인장 코일 스프링으로 구성되어 회전부재(70)가 벌어지는 방향으로 탄성력이 발생된다. 그리고, 탄성부재(70)의 탄성력은 100% 부하시 회전부재(70)가 최대로 벌어질 수 있도록 하고, 부분 부하시 회전부재(70)가 설정된 범위 내에서 선회운동되도록 압축기의 부하에 따라 결정된다.

이와 같이, 구성되는 일 실시예에 따른 베인각도 조절유닛(60)의 작용을 살펴보면, 압축기의 부하가 최소일 경우 즉, 압축력이 최소일 때에는 회전부재(70)가 Q 위치에 배치된다. 그러면 베인 각도는 최소로 된다.

그리고, 압축기의 부하가 100%일 경우 회전부재(70)는 유체가 베인을 미는 힘에 의해 탄성부재(74)의 탄성력을 극복하고 R 위치로 이동되고, 이에 따라 베인 각도는 최대로 된다. 그리고, 회전부재(70)가 정해진 범위 내에서 회전되면서 압축기의 부분 부하에 적절하게 대응한다.

이와 같이, 압축기의 부하변동에 따라 베인 각도가 적절하게 조절되기 때문에 압축기의 성능 및 효율을 극대화할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 베인각도 조절유닛을 나타낸 단면도이다.

제2실시예에 따른 베인각도 조절유닛은 힌지홀의 내주면에 배치되고, 회전축의 외주면에 감겨지게 배치되며, 그 일단은 회전축에 고정되고 타단은 디퓨저 바디에 고정되는 탄성부재(80)로 구성된다.

여기에서 탄성부재(80)는 코일 스프링으로 구성되어, 회전축이 일방향으로 회전되면 스프링이 풀리면서 회전축에 탄성력을 부여한다. 이러한 코일 스프링의 탄성력은 압축기의 부하에 따라 결정된다.

이와 같은 베인각도 조절유닛은 탄성부재가 코일 스프링 이외에 러버 재질의 탄성부재가 적용된 형태도 사용이 가능하고, 회전축에 탄성력을 부여할 수 있는 어떠한 형태의 탄성부재도 적용이 가능하다.

이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 본 실시예에 따른 터보 압축기는 압축기의 부하 변동에 따라 베인각도가 능동적으로 조절될 수 있도록 하여 압축 효율 및 성능을 향상시킬 수 있다.

그리고, 베인각도 조절유닛에는 탄성부재가 구비되어 탄성부재의 탄성력을 이용하여 부하 변동에 따른 베인각도가 조절되도록 하여 구조를 단순화하고, 압축기 변동부하에 베인각도가 즉시 조절될 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10: 케이스 20: 구동모터
22: 구동축 30: 임펠러
32: 임펠러 허브 34: 회전날개
40: 쉬라우드 50: 디퓨저
52: 디퓨저 바디 54: 베인
60: 베인각도 조절유닛 62: 회전축
64: 힌지홀 68: 부싱
70: 회전부재 72: 스톱퍼
74: 탄성부재

Claims (7)

1. 구동모터의 구동축에 고정되는 임펠러; 및
   상기 임펠러의 회전에 의해 발생한 유체의 운동에너지를 압력에너지로 변환시키는 디퓨저를 포함하고,
   상기 디퓨저는
   디퓨저 바디;
   상기 디퓨저 바디의 일면에 회전 가능하게 배치되는 베인;
   상기 디퓨저 바디의 타면에 회전 가능하게 배치되는 회전부재;
   상기 디퓨저 바디에 형성된 힌지홀을 통해 양단이 각각 상기 베인과 상기 회전부재의 일단에 결합되어 상기 베인과 상기 회전부재의 회전 중심을 형성하는 회전축; 및
   일단이 상기 회전부재의 타단에 결합되어 부하에 따라 상기 회전부재가 회전되도록 탄성력을 가하여, 베인의 각도를 조절하는 탄성부재를 포함하는 터보 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 베인은 상기 디퓨저 바디의 일면에 등 간격을 두고 배열되는 터보 압축기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 디퓨저는,
   상기 디퓨저 바디의 타면에 고정되어, 상기 탄성부재의 타단과 결합되는 스톱퍼를 더 포함하는 터보 압축기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 베인은,
   상기 압축기의 부하가 증가함에 따라 상기 디퓨저의 중심과 이루는 각도가 높아지도록 회전되고,
   상기 압축기의 부하가 감소함에 따라 상기 디퓨저의 중심과 이루는 각도가 낮아지도록 회전되는 터보 압축기.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 탄성부재는 상기 회전부재가 스톱퍼에서 벌어지는 방향으로 탄성력을 부여하는 인장 코일 스프링으로 구성되는 터보 압축기.
6. 구동모터의 구동축에 고정되는 임펠러; 및
   상기 임펠러의 회전에 의해 발생한 유체의 운동에너지를 압력에너지로 변환시키는 디퓨저를 포함하고,
   상기 디퓨저는,
   일면으로부터 타면을 관통하는 힌지홀이 형성되는 디퓨저 바디;
   상기 디퓨저 바디의 일면에 회전 가능하게 배치되는 베인;
   상기 힌지홀의 내부에 배치되며, 일단이 상기 베인에 결합되어 상기 베인의 회전 중심을 형성하는 회전축;
   상기 디퓨저 바디의 타면 중 상기 힌지홀에 인접하게 배치되어, 상기 회전축의 타단과 결합되는 고정 너트; 및
   상기 회전축의 외주면과 상기 힌지홀의 내주면 사이에 배치되어, 부하에 따라 상기 베인의 각도가 조절되도록 상기 회전축이 회전되는 방향으로 탄성력을 제공하는 탄성부재를 포함하는 터보 압축기.
7. 제6항에 있어서,
   상기 탄성부재는 코일 스프링으로 구성되는 터보 압축기.

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