KR102002122B1

KR102002122B1 - 부스터 및 이를 구비한 냉동사이클 장치

Info

Publication number: KR102002122B1
Application number: KR1020180015250A
Authority: KR
Inventors: 최이철; 문제현; 박일영
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2018-02-07
Publication date: 2019-07-19

Abstract

본 발명에 따른 부스터 및 이를 구비한 냉동사이클 장치는, 회전축; 상기 회전축의 일단부에 결합되고, 제1 압력의 유체에 의해 회전하면서 상기 회전축을 회전시키는 제1 임펠러; 상기 회전축의 타단부에 결합되고, 상기 회전축과 함께 회전하면서 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력의 유체를 상기 제2 압력보다 높은 제3 압력의 유체로 압축하는 제2 임펠러; 및 상기 제1 임펠러가 수용되며 제1 흡기구 및 제1 배기구를 가지는 제1 공간, 상기 제2 임펠러가 수용되며 제2 흡기구 및 제2 배기구를 가지는 제2 공간, 및 상기 제1 공간과 제2 공간 사이에 위치하여 상기 제1 공간과 제2 공간을 분리하는 격벽을 포함하며, 상기 격벽에는 상기 회전축이 회전 가능하게 관통하도록 축구멍이 형성되는 부스터 케이스;를 포함할 수 있다.

Description

부스터 및 이를 구비한 냉동사이클 장치{BOOSTER AND REFRIGERATING CYCLE DEVICE}

본 발명은 압축기의 흡입측에 구비되는 부스터 및 이를 구비한 냉동사이클 장치에 관한 것이다.

일반적으로 부스터(booster)는 압축기의 흡입측에 설치되어 유체를 증발압력에서 중간압력까지 1단 압축한 후, 압축기의 압축실에 공급하는 장치이다. 이러한 부스터는 압축기 케이싱 내부에 설치되기도 하고, 압축기 케이싱의 외부에 설치되기도 한다.

부스터가 압축기 케이싱의 내부에 설치되는 경우에는 전체적으로 냉동사이클 장치의 배관을 간소화할 수 있는 반면, 부스터의 고장시 조립이나 유지보수에 어려움이 있을 수 있다. 반대로, 부스터가 압축기 케이싱의 외부에 설치되는 경우에는 냉동사이클 장치의 배관이 다소 복잡해지기는 하지만 조립이나 유지보수가 간소화될 수 있다.

또, 부스터는 가압 기체를 압축실에만 공급될 수도 있다. 하지만, 이 경우에는 압축실과 압축기 케이싱의 내부 사이에서 큰 압력차가 발생하여, 압축기의 압축유닛을 구동시키기 위한 구동모터의 부하가 증가하게 되거나 토크 변동이 커져 구동모터의 동작이 불안정하게 될 수 있다.

이에, 선행기술1과 같이 가압 기체를 압축실과 압축기 케이싱의 내부에 함께 공급되는 될 수 있는 부스터가 개발되고 있다. 이와 같이 압축실과 압축기 케이싱의 내부에 가압 기체를 공급하게 되면 압축실과 압축기 케이싱 사이의 압력차를 낮춰 구동 부하를 줄이고 토크 변동에 따른 구동모터의 동작 불안정성을 해소하고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 부스터는, 별도의 구동원에 의해 작동하여 냉매를 1단 압축한 후 압축기에 공급하는 것으로, 압축기를 구동시키기 위한 제1 구동모터와 부스터를 구동시키기 위한 제2 구동모터가 필요하게 되어 그만큼 제조원가가 증가할 뿐만 아니라, 압축기 및 냉동사이클 장치의 에너지 효율이 저하되는 문제점이 있었다. 또, 별도의 구동모터가 채용됨에 따라 유지 보수가 곤란하고 운전 제어가 복잡하게 되는 문제점도 있었다.

이를 감안하여, 선행기술2와 같이 이젝터 원리를 이용한 부스터가 알려져 있다. 이젝터의 경우에는 구조가 간단하고 별도의 구동원이 없어 고장이 적고 에너지효율을 높이는 장점은 있지만, 유로의 면적 변화를 이용하여 유체의 유동속도를 가속하는 것이어서 높은 압력비를 기대하기는 어렵고 이에 따라 압축기 및 냉동사이클 장치의 에너지 효율을 높이는데도 한계가 있었다. 이는 인젝터의 경우도 마찬가지이다.

선행기술1: 한국 공개특허 10-2016-0058821(공개일:2016.05.25) 선행기술2: 한국 공개특허 10-2015-0131758(공개일: 2015.11.25)

본 발명의 목적은, 압축기의 입구측에 부스터를 설치하는 경우 그 부스터에 별도의 구동수단을 구비하지 않고도 흡입압력을 높일 수 있는 부스터 및 이를 구비한 냉동사이클 장치를 제공하려는데 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 별도의 구동수단을 구비하지 않으면서도 높은 압력비를 얻을 수 있는 부스터 및 이를 구비한 냉동사이클 장치를 제공하려는데 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 높은 압력비를 얻을 수 있으면서도 신뢰성을 높일 수 있는 부스터 및 이를 구비한 냉동사이클 장치를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 압축기의 흡입측에 부스터가 설치되고, 상기 부스터는 상기 압축기에서 토출되는 가압된 기체의 유속에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 부스터 및 이를 구비한 냉동사이클 장치가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 부스터는 부스터 구동부와, 부스터 압축부와, 회전축으로 이루어지고, 상기 부스터 구동부와 부스터 압축부는 회전축의 양단에 결합될 수 있다.

그리고, 상기 부스터 구동부와 부스터 압축부는 각각 임펠러로 이루어질 수 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 회전축; 상기 회전축의 일단부에 결합되고, 제1 압력의 유체에 의해 회전하면서 상기 회전축을 회전시키는 제1 임펠러; 상기 회전축의 타단부에 결합되고, 상기 회전축과 함께 회전하면서 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력의 유체를 상기 제2 압력보다 높은 제3 압력의 유체로 압축하는 제2 임펠러; 및 상기 제1 임펠러가 수용되며 제1 흡기구 및 제1 배기구를 가지는 제1 공간, 상기 제2 임펠러가 수용되며 제2 흡기구 및 제2 배기구를 가지는 제2 공간, 및 상기 제1 공간과 제2 공간 사이에 위치하여 상기 제1 공간과 제2 공간을 분리하는 격벽을 포함하며, 상기 격벽에는 상기 회전축이 회전 가능하게 관통하도록 축구멍이 형성되는 부스터 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부스터가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 회전축의 양단은 상기 부스터 케이스의 외부로 노출되지 않도록 상기 부스터 케이스의 내부에 수용될 수 있다.

그리고, 상기 부스터 케이스의 양측 내주면에는 제1 베어링 수용홈 및 제2 베어링 수용홈이 각각 형성되고, 상기 제1 베어링 수용홈 및 제2 베어링 수용홈에는 상기 회전축의 양단을 반경방향으로 지지하는 제1 베어링 및 제2 베어링이 각각 구비될 수 있다.

그리고, 상기 제1 흡기구와 제2 흡기구는 상기 제1 베어링 수용홈과 제2 베어링 수용홈의 일측에 각각 형성될 수 있다.

그리고, 상기 격벽의 축구멍 주변에는 상기 제1 공간과 제2 공간 사이를 실링하는 씰부재가 구비될 수 있다.

여기서, 상기 회전축의 외주면에는 축방향 베어링면이 단차지게 형성되고, 상기 축방향 베어링면은 상기 격벽의 축구멍 주변의 일측면에 축방향으로 지지될 수 있다.

그리고, 상기 격벽의 축구멍 주변에는 상기 제1 공간과 제2 공간 사이를 실링하는 씰부재가 구비되고, 상기 격벽에는 상기 씰부재를 반경방향으로 지지하는 지지부가 형성될 수 있다.

여기서, 상기 제1 임펠러의 축방향 일측면과 이에 대면하는 격벽의 일측면 사이에는 상기 회전축을 축방향으로 지지하는 축방향 베어링이 구비될 수 있다.

그리고, 상기 격벽의 축구멍 주변에는 상기 제1 공간과 제2 공간 사이를 실링하는 씰부재가 구비되고, 상기 격벽에는 상기 씰부재를 반경방향으로 지지하며 상기 제1 임펠러를 향해 돌출되는 지지부가 형성되며, 상기 지지부의 단부에 상기 축방향 베어링이 구비될 수 있다.

여기서, 상기 제1 임펠러와 제2 임펠러는 압력비 또는 토크가 상이하게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1 임펠러의 압력비 또는 토크가 상기 제2 임펠러의 압력비 또는 토크보다 크게 형성될 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 포함하며, 부스터의 출구가 상기 압축기의 흡입측에 연결되는 냉동사이클 장치에서, 상기 부스터는 앞서 설명한 구성을 가지며, 상기 압축기에서 압축된 냉매에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 제1 흡기구는 상기 응축기의 출구에 연결될 수 있다.

그리고, 상기 제1 흡기구는 상기 압축기의 출구에 연결될 수 있다.

그리고, 상기 부스터 케이스는 상기 압축기를 이루는 압축기 케이싱의 외부에 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 부스터 및 이를 구비한 냉동사이클 장치는, 압축기에서 토출되는 냉매를 이용하여 회전하는 제1 임펠러 및 그 제1 임펠러에 의해 회전하면서 냉매를 압축하여 압축기로 안내하는 제2 임펠러를 포함함으로써, 부스터를 구동시키기 위한 별도의 구동수단을 구비하지 않고도 압축기로 흡입되는 압력을 높일 수 있다. 이를 통해 부스터에 대한 제조 비용을 줄일 수 있다.

또, 본 발명에 따른 부스터는, 임펠러를 이용하여 냉매를 압축함에 따라 별도의 구동수단을 구비하지 않으면서도 압축기로 흡입되는 냉매의 압력비를 높일 수 있다.

또, 본 발명에 따른 부스터는, 두 개의 임펠러를 회전축의 양단에 결합하되, 회전축이 압력차에 의해 밀리지 않도록 함으로써, 높은 압력비를 얻을 수 있으면서도 안정적으로 작동될 수 있도록 하여 신뢰성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 부스터가 포함된 냉동사이클을 보인 계통도,
도 2는 도 1에 따른 부스터의 내부를 보인 단면도,
도 3 및 도 4는 본 실시예에 따른 제3 베어링의 실시예들을 보인 단면도로서, 도 3은 회전축과 격막 사이에, 도 4는 격막과 제1 임펠러 사이에 제3 베어링이 구비된 예를 보인 도면들,
도 5는 본 발명에 따른 부스터가 구비된 냉동사이클에 대해 압력-엔탈피 관계를 보인 도면,
도 6은 본 발명에 따른 부스터에 대한 다른 실시예를 보인 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 부스터가 포함된 냉동사이클에 대한 다른 실시예를 보인 계통도.

이하, 본 발명에 의한 부스터 및 이를 구비한 냉동사이클 장치를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 부스터가 포함된 냉동사이클을 보인 계통도이고, 도 2는 도 1에 따른 부스터의 내부를 보인 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 부스터를 구비하는 냉동사이클 장치는, 압축기(10), 응축기(20), 팽창기(30), 증발기(40) 및 부스터(100)를 포함한다.

압축기(10)는 피스톤이 실린더의 내부에서 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 왕복동식 압축기, 또는 롤러가 실린더에서 회전을 하면서 냉매를 압축하는 로터리 압축기, 또는 두 개의 스크롤이 맞물려 그 중 한 개의 스크롤이 상대 선회운동을 하면서 냉매를 압축하는 스크롤 압축기 등 다양하게 적용될 수 있다.

다만, 압축기(10)는 케이싱의 내부에 전동부를 이루는 구동모터와 그 구동모터에 의해 구동되어 냉매를 압축하는 압축유닛이 구비되고, 케이싱의 일측에는 압축유닛으로 냉매를 안내하기 위한 흡입관(11)이 연결되고, 타측에는 압축유닛에서 압축된 냉매를 응축기로 안내하기 위한 토출관(12)이 연결된다. 이에 따라, 냉매는 흡입관(11)을 통해 압축유닛으로 직접 흡입되거나 케이싱의 내부공간을 거쳐 압축유닛으로 흡입되고, 압축유닛에서 압축된 냉매는 토출관(12)을 통해 응축기를 향해 토출된다.

압축기(10)의 토출관(12)은 응축기(20)의 입구와 제1 냉매관(L1)으로 연결되고, 응축기(20)의 출구는 후술할 부스터(100)의 제1 흡기구(112b)에 제2 냉매관(L2)으로 연결된다. 그리고 후술할 부스터(100)의 제1 흡기구(112c)는 팽창밸브(30)의 입구에 제3 냉매관(L3)으로 연결되고, 팽창밸브(30)의 출구는 증발기(40)의 입구에 제4 냉매관(L4)으로 연결된다. 그리고 증발기(40)의 출구는 후술할 부스터(100)의 제2 흡기구(113b)에 제5 냉매관(L5)으로 연결되고, 부스터(100)의 후술할 제2 배기구(113b)는 압축기(10)의 흡입관(11)에 제6 냉매관(L6)으로 연결된다.

이에 따라, 압축기(10)에서 토출되는 고압의 냉매는 응축기(20)를 거쳐 후술할 부스터(100)의 부스터 구동부(130)로 유입되고, 이 냉매는 팽창밸브(30)와 증발기(40)를 거쳐 후술할 부스터(100)의 부스터 압축부(130)로 유입된다. 그리고 이 냉매는 부스터 압축부(130)에서 1단 압축된 후 압축기(10)의 압축실로 흡입된다. 이에 대해서는 나중에 부스터의 구조와 함께 다시 설명한다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 부스터(100)는 부스터 케이스(110)의 내부에 앞서 설명한 부스터 구동부(120)와 부스터 압축부(130)가 구비된다.

부스터 케이스(110)는 내부공간이 밀봉되고, 중간에는 격벽(111)이 구비되어 그 격벽(111)을 중심으로 양쪽에 부스터 구동부(120)를 이루는 구동측 공간(이하, 제1 공간)(110a)과 부스터 압축부(130)를 이루는 가압측 공간(이하, 제2 공간)(110b)으로 분리된다. 다시 말해, 격벽(111)을 사이에 두고 한 쪽은 제1 공간측 부스터 케이스(112)가, 다른 쪽은 제2 공간측 버스트 케이스(113)가 각각 결합된다.

격벽(111)은 중앙에 축구멍(111a)이 관통 형성되어, 후술할 제1 임펠러(121)와 제2 임펠러(131)를 회전시키는 회전축(150)이 축구멍(111a)에 회전 가능하게 결합된다. 그리고 격벽(111)의 일측면, 즉 상대적으로 고압측인 제1 공간(110a)을 이루는 일측면에는 축구멍(111a) 주변에서 돌출되어 후술할 씰부재(160)를 반경방향으로 지지하는 씰 수용돌부(111b)가 환형으로 형성된다. 이에 대해서는 나중에 씰부재와 함께 다시 설명한다.

제1 공간(110a)을 이루는 부스터 케이스(110)의 일측에는 후술할 제1 베어링(171)이 삽입되어 지지되는 제1 베어링 수용홈(112a)이 형성되고, 제2 공간(110b)을 이루는 부스터 케이스(110)의 타측에는 후술할 제2 베어링(172)이 삽입되어 지지되는 제2 베어링 수용홈(113a)이 형성될 수 있다. 제1 베어링 수용홈(112a)과 제2 베어링 수용홈(113a)은 각각 환형으로 함몰지게 형성된다.

제1 공간측 부스터 케이스(112)의 제1 베어링 수용홈(112a) 주변에는 제1 흡기구(112b)가 형성되고, 제1 흡기구(112b)는 앞서 설명한 바와 같이 응축기(20)의 출구와 제2 냉매관(L2)으로 연결된다. 제1 공간측 부스터 케이스의 격벽(111) 주변에는 제1 배기구(112c)가 형성되고, 제1 배기구(112c)는 앞서 설명한 바와 같이 팽창밸브(30)의 입구가 제3 냉매관(L3)으로 연결된다. 이에 따라, 제1 흡기구(112b)와 제1 배기구(112c)는 대략 직각방향을 이루게 된다.

제2 공간측 부스터 케이스(113)의 제2 베어링 수용홈(113a)의 주변에는 제2 흡기구(113b)가 형성되고, 제2 흡기구(113b)는 앞서 설명한 바와 같이 증발기(40)의 출구와 제5 냉매관(L5)으로 연결된다. 제2 공간측 부스터 케이스(113)의 격벽 주변에는 제2 배기구(113c)가 형성되고, 제2 배기구(113c)는 앞서 설명한 바와 같이 압축기(10)의 흡입관(11)이 제6 냉매관(L6)으로 연결된다. 이에 따라, 제2 흡기구(113b)와 제2 배기구(113c)는 대략 직각방향을 이루게 된다.

제1 베어링 수용홈(112a)에는 구동측 반경방향 베어링(이하, 제1 베어링)(171)이, 제2 베어링 수용홈(113a)에는 가압측 반경방향 베어링(이하, 제2 베어링)(172)이 각각 삽입되어 결합된다. 제1 베어링(171)과 제2 베어링(172)은 각각 볼 베어링으로 이루어지거나 부시 베어링으로 이루어질 수 있다.

다만, 부시 베어링의 경우에는 윤활면에 오일이나 고압의 냉매가 지속적으로 공급되어야 하므로, 별도의 급유구조 또는 가스공급구조가 더 구비되어야 한다. 아울러, 볼 베어링의 경우에는 회전축을 축방향으로도 지지하는 축방향 베어링으로서의 역할도 일부 할 수 있으므로, 제1 공간과 제2 공간 사이의 압력차를 고려하면 볼 베어링이 상대적으로 적합할 수 있다. 본 실시예에서는 상대적으로 마찰손실이 적고 반경방향 지지력이 높은 볼 베어링이 적용된 예를 중심으로 살펴 본다.

제1 베어링(171)은 내륜과 외륜, 그리고 내륜과 외륜 사이에 구비되는 복수 개의 볼로 이루어진다. 제1 베어링(171)의 내륜은 회전축(150)의 일단부에 압입되어 고정되고, 제1 베어링(171)의 외륜은 제1 베어링 수용홈(112a)의 내주면에 압입되어 고정될 수 있다.

제2 베어링(172)은 제1 베어링(171)과 동일한 형상으로 형성되어, 제2 베어링(172)의 내륜은 회전축(150)의 타단부에 압입되어 고정되고, 제2 베어링(172)의 외륜은 제2 베어링 수용홈(113a)의 내주면에 압입되어 고정될 수 있다.

한편, 회전축(150)의 일단부에는 구동측 임펠러(이하, 제1 임펠러)(121)가, 타단부에는 가압측 임펠러(이하, 제2 임펠러)(131)가 각각 결합될 수 있다.

제1 임펠러(121)는 입력측인 제1 베어링 수용홈(112a)을 향하도록 배치되고, 제2 임펠러(131)는 입력측이 제2 베어링 수용홈(113a)을 향하도록 배치된다. 이에 따라, 제1 임펠러(121)와 제2 임펠러(131)는 각각의 출력측이 격막(111)을 사이에 두고 서로 마주보도록 배치된다. 이에 따라, 회전축(150)이 상대적으로 고압부를 이루는 부스터 구동부(120)에서 저압부를 이루는 부스터 압축부(130)를 향하는 방향으로 밀리는 것을 일정 정도 상쇄하여 후술할 축방향 베어링에 대한 하중을 줄일 수 있다.

하지만, 경우에 따라서는 제1 임펠러(121)의 입력측과 제2 임펠러(131)의 입력측이 격막(111)을 사이에 두고 서로 마주보도록 배치될 수도 있다. 이 경우에는 회전축(150)을 축방향으로 지지하는 축방향 베어링(173)이 제1 베어링(171)의 주변에 구비될 수 있어 그만큼 축방향 베어링(173)의 설치를 용이하게 할 수 있다. 다만, 이 경우에는 제1 흡기구(112b)와 제1 배기구(112c), 제2 흡기구(113b)와 제2 배기구(113c)가 본 실시예와는 반대로 배치될 수 있다.

한편, 앞서 본 바와 같이 구동측 임펠러를 이루는 제1 임펠러(121)의 입구측으로는 제1 흡기구(112b)를 통해 응축기(20)의 출구로부터 고압의 냉매가 공급되고, 가압측 임펠러를 이루는 제2 임펠러(131)의 입구측으로는 제2 흡기구(113b)를 통해 증발기(40)의 출구로부터 상대적으로 저압의 냉매가 공급된다. 이에 따라, 제1 임펠러(121)는 고압의 냉매가, 제2 임펠러(131)는 저압의 냉매가 각각 흡입되면서, 회전축(150)은 제1 공간(110a)에서 제2 공간(110b)을 향하는 방향으로 밀리는 힘을 받게 된다.

이를 감안하여, 회전축(150)이 제2 공간(110b)을 향하는 방향으로 밀리는 것을 억제하기 위한 축방향 베어링(이하, 제3 베어링)(173)에 의해 지지될 수 있다. 제3 베어링(173)은 고압부를 이루는 부스터 구동부(120)에 구비될 수 있다. 제3 베어링(173)은 회전축(150)과 격막(111) 사이에 구비되거나, 또는 격막(111)과 제1 임펠러(121) 사이에 구비될 수 있다. 도 3 및 도 4는 본 실시예에 따른 제3 베어링의 실시예들을 보인 단면도로서, 도 3은 회전축과 격막 사이에, 도 4는 격막과 제1 임펠러 사이에 제3 베어링이 구비된 예를 보인 도면들이다.

도 3과 같이, 제3 베어링(173)이 회전축(150)과 격막(111) 사이에 구비될 수 있다. 이 경우에는 회전축(150)의 외주면 중간에 베어링면(173a)이 단차지게 형성되고, 베어링면(173a)은 격막(111)의 제1 공간측 측면(173b)에 축방향으로 마주보게 형성될 수 있다.

여기서, 회전축(150)의 베어링면(173a)과 격막(111)의 제1 공간측 측면(173b) 사이에는 마찰손실을 줄일 수 있도록 가스홈(미도시)이 형성되거나 또는 별도의 윤활부재가 더 구비될 수 있다.

이에 따라, 회전축(150)은 제1 공간(110a)에서 제2 공간(110b)을 향하는 방향으로 밀리는 힘을 받을 수 있지만, 이 힘은 회전축(150)의 외주면에 형성된 베어링면(173a)이 격막(111)의 제1 공간측 측면(173b)과 함께 일종의 축방향 베어링을 이루는 제3 베어링(173)을 형성함에 따라, 회전축(150)이 제2 공간(110b)을 향하는 방향으로 밀리는 것이 억제될 수 있다.

상기와 같이 회전축(150)의 외주면이 단차져 베어링면(173a)을 형성하는 경우에는 그 베어링면(173a)이 일종의 씰부재로 작용하여 제1 공간(110a)의 냉매가 격막(111)의 축구멍(111a)을 통해 제2 공간(110b)으로 누설되는 것을 일정 정도는 억제할 수도 있다. 이때, 제3 베어링(173)을 이루는 베어링면(173a)의 면적이 넓으면 마찰손실이 증가하게 되므로, 제3 베어링(173)의 베어링면 면적은 좁게 형성할 수도 있다. 하지만, 베어링면(173a)의 면적이 좁은 경우에는 양쪽 공간(110a)(110b) 사이를 충분히 씰링하지 못하게 될 수 있으므로, 이를 감안하여 회전축(150)과 격막(111)의 사이에 별도의 씰부재가 더 구비될 수도 있다.

도 3과 같이, 씰부재(160)는 환형으로 형성되어 회전축(150)에 삽입될 수 있다. 씰부재(160)는 단순 사각 단면 또는 이와 유사한 단면 형상으로 형성될 수도 있지만, 제1 공간(110a)의 압력을 이용하기 위해 개구부가 제1 공간을 향하는 유'U'자 단면 형상으로 형성될 수도 있다. 이러한 유(U)자형 씰부재(160)의 외주면은 격막(111)의 제1 공간측 측면(173b)에 환형으로 돌출된 씰부재 수용돌부(111b)의 내주면에 의해 반경방향으로 지지되고, 씰부재(160)의 내주면은 제1 공간(110a)의 냉매에 의해 벌어져 회전축(150)의 외주면에 밀착되면서 씰링 역할을 할 수 있게 된다.

도면으로 도시하지는 않았으나, 제3 베어링은 회전축에 단차지지 않고 회전축에 환형으로 된 베어링부재가 압입되어 형성될 수도 있다. 이 경우에도 앞서 베어링면이 단차지게 형성된 경우와 동일한 효과를 기대할 수 있다.

한편, 도 4와 같이, 제3 베어링(173)이 격막(111)과 제1 임펠러(121) 사이에 구비될 수도 있다. 이 경우, 격막(111)의 제1 공간측 측면(173b)에는 씰 수용돌부(111b)가 형성되고, 씰부재 수용돌부(111b)의 축방향 단면과 제1 임펠러(121)의 배면 사이에 제3 베어링(173)이 구비될 수 있다. 이 경우에도 씰부재를 비롯한 기본적인 구성 및 효과는 전술한 실시예들과 대동소이하다.

상기와 같은 본 발명에 의한 부스터 및 이를 구비한 냉동사이클 장치의 작용 효과는 다음과 같다.

즉, 통상적인 증기압축식 냉동사이클 장치에서는, 압축기(10)가 구동하여 압축실의 냉매를 압축한 후 토출하게 되면, 이 냉매는 응축기(20)로 이동하여 응축된 후, 팽창밸브(30) 및 증발기(40)에서 팽창되고 나서 압축기(10)로 흡입되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

하지만, 본 실시예와 같이 압축기(10)의 흡입측에 부스터(100)가 더 구비되는 경우에는 증발기(40)에서 증발된 냉매가 압축기(10)로 흡입되기 전에 부스터(100)를 통과하면서 1단으로 가압된 후 압축기(10)로 흡입된다.

이에 따라, 도 5와 같이 압력-엔탈피 선도를 보면, 부스터(100)의 부스터 압축부(130)에 해당하는 ①'-① 구간에서 증발압력(제2 압력)의 냉매가 중간압력(제3 압력)으로 1단 압축되고, 압축기에 해당하는 ①-② 구간에서 냉매가 토출압력까지 2단 압축되는 것을 볼 수 있다. 이를 통해, 압축기의 압축비를 낮추어 압축기의 체적효율을 향상시키는 동시에 냉동사이클 장치의 시스템 효율이 향상될 수 있다.

또, 부스터(100)의 부스터 구동부(110)에 해당하는 ③'-③ 구간에서 응축압력(제1 압력)의 냉매가 1단 팽창되고, 팽창밸브에 해당하는 ③-④ 구간에서 2단 팽창되어 증발압력까지 낮아지는 것을 볼 수 있다. 이를 통해 팽창밸브(30)에 대한 부하를 낮춰 팽창밸브(30)에 대한 설계조건을 경감시키는 동시에 냉동사이클 장치의 시스템 효율이 향상될 수 있다.

나아가, 본 실시예에 따른 부스터(100)는, 별도의 구동모터를 구비하지 않고, 압축기(10)에서 압축되어 토출된 냉매의 유속을 이용하여 제1 임펠러(121) 및 회전축(150)을 회전시키고, 회전축(150)에 제2 임펠러(131)를 결합시켜 그 제2 임펠러(131)가 결국 제1 임펠러(121)의 회전력에 의해 회전하면서 증발압력(제2 압력)을 중간압력(제3 압력)으로 1단 압축할 수 있게 된다.

상기와 같이, 별도의 구동모터를 구비하지 않고도 부스터를 구동시킴에 따라 부스터에 대한 제조원가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 부스터에 대한 제어를 용이하게 할 수 있다.

또, 별도의 구동모터 없이 부스터가 작동함에 따라 부스터 및 이를 포함한 냉동사이클 장치의 에너지 효율이 향상될 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 제1 임펠러와 제2 임펠러에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 제1 임펠러와 제2 임펠러는 동일한 압력비 또는 토크를 가지도록 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 제1 임펠러와 제2 임펠러는 서로 다른 압력비 또는 토크를 가지도록 형성될 수도 있다. 이 경우 제1 임펠러는 제2 임펠러에 비해 압력비 또는 토크가 크게 되도록 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

예를 들어, 도 6과 같이 제1 임펠러(121)의 날개크기가 제2 임펠러(131)의 날개크기보다 크게 형성될 수 있다. 그러면, 제1 임펠러(121)의 압력비 또는 토크가 제2 임펠러(131)의 압력비 또는 토크보다 크게 형성될 수 있다. 하지만, 이는 제1 임펠러와 제2 임펠러의 압력비 또는 토크가 동일하지 않다는 것을 설명하기 위해 도시한 것일 뿐, 임펠러의 설계에 따라 반드시 임펠러의 크기가 크다고 해서 압력비 또는 토크가 크다고 할 수는 없다.

다만, 제1 임펠러(121)의 압력비 또는 토크가 제2 임펠러(131)의 압력비 또는 토크보다 크게 형성될 경우, 동일한 조건에서 제1 임펠러(121)에 의해 제2 임펠러(131)가 더 높은 회전력을 얻을 수 있어 그만큼 압축기로 흡입되는 냉매의 압력을 높일 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 제1 임펠러와 제2 임펠러에 대한 또다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 제1 임펠러와 제2 임펠러가 동일한 회전속도로 회전을 하는 것이나, 본 실시예와 같이 제1 임펠러와 제2 임펠러 중에서 적어도 어느 한 쪽 임펠러는 가변속되도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제1 임펠러와 제2 임펠러 사이에 변속장치를 설치하여, 제1 임펠러의 출력에 비해 제2 임펠러의 회전속도를 높이거나 낮출 수 있다. 이를 통해, 압축기로 흡입되는 냉매의 압력을 가감할 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 부스터 및 이를 구비한 냉동사이클 장치에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 부스터의 제1 흡기구가 응축기의 출구에 연결되는 것이었으나, 본 실시예와 같이 부스터의 제1 흡기구가 압축기의 토출관, 즉 압축기의 토출측과 응축기의 입구측 사이에 연결될 수 있다.

이 경우에는 제1 흡기구를 통해 제1 임펠러로 흡입되는 냉매가 가스상태로 흡입됨에 따라, 전술한 실시예와 같이 제1 공간으로 응축된 액체상태의 냉매가 유입되는 것에 비해 제1 임펠러의 날개 손상을 억제할 수 있다.

Claims

회전축;
상기 회전축의 일단부에 결합되고, 제1 압력의 유체에 의해 회전하면서 상기 회전축을 회전시키는 제1 임펠러;
상기 회전축의 타단부에 결합되고, 상기 회전축과 함께 회전하면서 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력의 유체를 상기 제2 압력보다 높은 제3 압력의 유체로 압축하는 제2 임펠러; 및
상기 제1 임펠러가 수용되며 제1 흡기구 및 제1 배기구를 가지는 제1 공간, 상기 제2 임펠러가 수용되며 제2 흡기구 및 제2 배기구를 가지는 제2 공간, 및 상기 제1 공간과 제2 공간 사이에 위치하여 상기 제1 공간과 제2 공간을 분리하는 격벽을 포함하며, 상기 격벽에는 상기 회전축이 회전 가능하게 관통하도록 축구멍이 형성되는 부스터 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부스터.
제1항에 있어서,
상기 회전축의 양단은 상기 부스터 케이스의 외부로 노출되지 않도록 상기 부스터 케이스의 내부에 수용되는 것을 특징으로 하는 부스터.
제2항에 있어서,
상기 부스터 케이스의 양측 내주면에는 제1 베어링 수용홈 및 제2 베어링 수용홈이 각각 형성되고,
상기 제1 베어링 수용홈 및 제2 베어링 수용홈에는 상기 회전축의 양단을 반경방향으로 지지하는 제1 베어링 및 제2 베어링이 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 부스터.
제3항에 있어서,
상기 제1 흡기구와 제2 흡기구는 상기 제1 베어링 수용홈과 제2 베어링 수용홈의 일측에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 부스터.
제1항에 있어서,
상기 격벽의 축구멍 주변에는 상기 제1 공간과 제2 공간 사이를 실링하는 씰부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 부스터.
제1항에 있어서,
상기 회전축의 외주면에는 축방향 베어링면이 단차지게 형성되고, 상기 축방향 베어링면은 상기 격벽의 축구멍 주변의 일측면에 축방향으로 지지되는 것을 특징으로 하는 부스터.
제6항에 있어서,
상기 격벽의 축구멍 주변에는 상기 제1 공간과 제2 공간 사이를 실링하는 씰부재가 구비되고,
상기 격벽에는 상기 씰부재를 반경방향으로 지지하는 지지부가 형성되는 것을 특징으로 하는 부스터.
제1항에 있어서,
상기 제1 임펠러의 축방향 일측면과 이에 대면하는 격벽의 일측면 사이에는 상기 회전축을 축방향으로 지지하는 축방향 베어링이 구비되는 것을 특징으로 하는 부스터.
제8항에 있어서,
상기 격벽의 축구멍 주변에는 상기 제1 공간과 제2 공간 사이를 실링하는 씰부재가 구비되고,
상기 격벽에는 상기 씰부재를 반경방향으로 지지하며 상기 제1 임펠러를 향해 돌출되는 지지부가 형성되며,
상기 지지부의 단부에 상기 축방향 베어링이 구비되는 것을 특징으로 하는 부스터.
제1항에 있어서,
상기 제1 임펠러와 제2 임펠러는 압력비 또는 토크가 상이한 것을 특징으로 하는 부스터.
제10항에 있어서,
상기 제1 임펠러의 압력비 또는 토크가 상기 제2 임펠러의 압력비 또는 토크보다 큰 것을 특징으로 하는 부스터.
압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 포함하며, 부스터의 출구가 상기 압축기의 흡입측에 연결되는 냉동사이클 장치에서,
상기 부스터는 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항으로 이루어지고, 상기 부스터의 제1 배기구는 상기 팽창밸브의 입구에 연결되며, 상기 부스터의 제2 배기구는 상기 압축기의 입구에 연결되며, 상기 부스터는 상기 압축기에서 압축된 냉매에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.
제12항에 있어서,
상기 제1 흡기구는 상기 응축기의 출구에 연결되는 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.
제12항에 있어서,
상기 제1 흡기구는 상기 압축기의 출구에 연결되는 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.
제12항에 있어서,
상기 부스터 케이스는 상기 압축기를 이루는 압축기 케이싱의 외부에 구비되는 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.