KR102003981B1 - 양방향 임펠러로 구성된 터보 모터의 이중 냉각구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 출력을 요구하는 터보 송풍기의 터보 모터에 공랭식과 냉동 냉매 사이클을 공통으로 구성하여 모터의 냉각 효율을 향상한 터보 모터의 이중 냉각구조에 관한 것으로, 전원을 공급받아 자력을 발생시키는 스테이터와, 스테이터의 자화에 의해 회전운동하는 로터와, 로터의 단부에 설치되어 로터와 함께 회전함에 의해 공기를 송풍하는 두 개의 임펠러을 포함하며, 스테이터와 로터 사이의 공극을 공기 유로로 이용하여 로터와 스테이터를 냉각시키는 터보송풍기의 터보모터의 냉각구조에 있어서, 상기 스테이터는 두 개로 분리되어 둘 사이에 공기유로가 형성되고,
상기 스테이터의 외부에 설치되고, 다수의 냉매유로가 형성되고, 양단에 각각 냉매입구가 형성되며, 중간에는 냉매출구가 형성된 냉각용 자켓; 상기 자켓의 외부에 설치되어 냉매유로를 밀폐시키고, 냉각용 공기가 통과하는 공기유로와, 중간 부분에는 상기 공기유로와 연결되어 공기유로를 통과하며 열기를 흡수한 공기가 배출되는 공기배출관이 일체로 형성된 에어트랩; 상기 에어트랩의 외부를 감싸도록 설치되어 공기유로를 밀폐시키고, 상기 공기배출관이 통과하는 부분에 형성된 공기유입구가 형성된 하우징; 냉매라인을 통해 상기 자켓의 냉매유로와 연결되어 있으며, 상기 냉매출구로부터 배출되는 고온의 증기를 응축시켜 저온저압의 냉매로 변환하여 냉매입구로 순환시키는 열교환기; 및 상기 임펠러가 설치된 임펠러케이스의 중앙에 설치되는 임펠러덮개에 설치되어 임펠러에 의해 흡입되는 공기를 유도하고 측벽에 호스연결부가 형성된 냉각공기가이드을 구비하며,
상기 냉각공기가이드에 형성된 호스연결부와 상기 공기배출관 사이에 순환호스를 연결하여 임펠러의 회전에 의해 흡입된 공기가 임펠러케이스의 송풍구로 배출될 때 임펠러케이스 내부가 감압됨에 의해 모터 내부의 공기를 흡입하여 배출되게 함에 의해 공기유입구로 유입된 공기가 스테이터와 로터를 경유하면서 열기를 흡수하여 모터가 냉각되게 한 것을 특징으로 한다.

Description

양방향 임펠러로 구성된 터보 모터의 이중 냉각구조{double cooling structure of a turbo motor with two-direction impeller}

본 발명은 터보모터의 냉각 구조에 관한 것으로 상세하게는 고출력을 요구하는 터보 송풍기의 터보 모터에 공랭식과 냉동 냉매 사이클을 공통으로 구성하여 모터의 냉각 효율을 향상한 터보 모터의 이중 냉각구조에 관한 것이다.

더욱 상세하게는 로터와 스테이터 사이에는 공기 유로를 형성하되, 스테이터의 중간을 일정 간격으로 이격시켜 공기 유로로 만들고, 이 공기 유로를 통과한 공기를 배출함에 의해 냉각이 이루어지게 하였을 뿐만 아니라, 스테이터의 외부에는 냉매 유로를 갖는 냉각 재킷을 설치하여 스테이터에서 발생되는 열을 냉매에 의해 냉각이 이루어지게 하되 재킷의 중간에도 공기 유로를 형성하여 스테이터의 유로와 연통시킴에 의해 냉각 효율을 향상시킨 터보 모터의 이중 냉각구조에 관한 것이다.

또한, 재킷에 형성된 냉매 유로와 모터 하우징의 사이에 공기 유로를 형성하여 재킷의 외부를 밀폐시켜 냉매 유로의 기밀을 유지할 수 있고, 모터의 외부에서 인입된 공기는 공기 유로를 흐르면서 냉각 재킷과 접촉함에 의해 공기가 함유한 열에너지를 빼앗겨 더욱 냉각된 냉각 공기가 되어 일측의 베어링과 스테이터와 로터의 사이의 공기 유로를 모터의 양방향으로부터 흐르면서 모터를 냉각함으로 모터의 냉각 효율이 더욱 향상된 양방향 임펠러로 구성된 터보 모터의 이중 냉각구조에 관한 것이다.

모터는 전력을 받아서 회전하고, 그 축에 회전력을 발생시키는 동력 기계이다. 이러한 모터 중 직결형 터보 모터는 규소강판에 에나멜로 절연된 절연 동선을 감아 자력을 만들어 영구 자석이 내재된 회전자를 회전시키고, 회전자를 지지하여 부드러운 회전이 가능하게 하기 위해 베어링을 구비하고 있다. 이러한 모터는 송풍기용 혹은 공기나 가스의 압축기용 모터로 사용된다.

또한 원심형 터보모터는 터보 송풍기 혹은 터보 압축기로 사용되고 있다. 이러한 고속 터보모터는 회전체의 고속 회전을 위하여 전기적인 교류 변환 장치가 사용되기 때문에 전기적인 발열이 발생하고, 이런 열의 발생은 장비의 수명을 단축시키거나 부분품의 손상을 촉진시킨다.

이에 따라 발생한 열을 냉각시키기 위해 다양한 냉각장치가 사용되고 있고, 냉각 방식은, 공기를 순환시켜 모터를 냉각시키는 공랭식과, 냉각수를 순환시켜 모터의 발생 열을 냉각시키는 수냉식이 많이 사용된다.

터보모터의 냉각과 관련된 기술로는 다양한 것이 있으나, 그 예로 특허문헌 1 및 2가 있다.

특허문헌 1은 공기가 송풍되는 송풍부를 가지며 그 일면에 공기가 유입되는 개방부가 형성된 케이스부재와; 케이스 부재의 내부에 설치되는 것으로서 모터를 지지하는 내부 케이스와 여기서 내부케이스의 내부에는 모터의 고정자와 회전자가 지지되어 고정자와 회전자 사이에는 에어 갭이 형성되며, 회전자와 결합되는 중공의 회전축이 형성되고; 송풍부와 연통되며 모터의 회전축과 연결된 임펠러와; 내부케이스의 전단에 설치되어 개방부와 연통되며 모터의 회전축과 연결된 팬 날개와; 내부케이스의 외면을 둘러 형성되는 것으로서 개방부와 연통하며 이들 사이의 공간이 임펠러와 연통하게 되는 냉각핀을 포함하여 이루어지고, 여기서 내부케이스는 팬 날개부재와 연통하는 개방유로가 형성되고 중공의 회전축은 팬 날개 부재와 연통하는 공기유입유로공과 임펠러와 연통하는 공기유출유로공이 형성된 것이고,

특허문헌 2는 터보 블로워 냉각 구조에 있어서, 원통형의 모터케이싱과; 모터케이싱의 내부에 내장되며, 내부에 로터를 포함하고 있는 스테이터와; 스테이터의 양측에 형성되며, 공기가 통과하기 위한 냉각공기통과구멍이 형성되어 있는 코어링과; 로터의 일측을 통과시키기 위한 구멍이 형성되어 있는 레프트백플레이트와; 레프트백플레이트와 일면이 결합되며, 타측이 제1스크롤볼루트에 결합되어 발생된 유체가 세지 않도록 하기 위하여 형성되는 씰이 포함된 레프트캡과; 모터케이싱과 쿨링팬 사이에 형성되는 라이트백플레이트와; 로터를 회전 지지하기 위한 베어링이 구비된 베어링하우징과; 레프트캡의 일면에 형성되는 제1임펠러와; 제1임펠러의 일측을 감싸고 있으며, 제1임펠러에서 발생된 유동을 가이드하며, 유체의 운동에너지를 위치에너지로 변환시키기 위한 제1스크롤볼루트와; 제1임펠러를 감싸도록 제1스크롤볼루트의 일측에 결합되며, 제1임펠러가 고속 회전시 공기 흐름을 원활히하여 유압을 발생시키기 위한 제1스크롤덮개와; 공기가 유입되는 흡입구로서, 제1스크롤덮개의 일측과 결합되어 있는 제1노즐과; 라이트백플레이트의 일측에 결합되어 있는 쿨링팬과; 라이트캡의 일측에 형성되어 유체가 외부로 세는 것을 방지하기 위한 팬슈라우드와; 쿨링팬을 감싸고 있으며, 유체를 외부로 토출시키기 위한 팬스크롤과; 팬스크롤의 일측에 결합되어 냉각 공기를 토출시키기 위한 쿨링덕트와; 라이트백플레이트의 일면에 형성되는 라이트캡과; 라이트캡의 일면에 형성되는 제2임펠러와; 제2임펠러의 일측을 감싸고 있으며, 제2임펠러에서 발생된 유동을 가이드하며, 유체의 운동에너지를 위치에너지로 변환시키기 위한 제2스크롤볼루트와; 제2임펠러를 감싸도록 제2스크롤볼루트의 일측에 결합되며, 제2임펠러가 고속 회전시 공기 흐름을 원활히하여 유압을 발생시키기 위한 제2스크롤덮개와; 공기가 유입되는 흡입구로서, 제2스크롤덮개의 일측과 결합되어 있는 제2노즐;을 포함하여 구성되되, 모터케이싱은, 외경을 따라 레프트백플레이트측 코어링 상측 주변에 일정 간격으로 다수 형성되는 제1구멍부와, 외경을 따라 라이트백플레이트측 코어링 상측 주변에 일정 간격으로 다수 형성되는 제2구멍부와, 제1구멍부와 제2구멍부의 직경보다 작은 직경을 가지되, 외경을 따라 제2구멍부와 일정 간격 이격된 거리의 라이트백플레이트측 코어링 상측 주변에 다수 형성되는 제3구멍부를 포함하여 구성되며, 쿨링팬이 동작할 경우에, 제2구멍부를 통해 유입되는 공기를 이용하여 스테이터를 냉각시키며, 제1구멍부를 통해 유입되는 공기와 제2구멍부를 통해 유입된 공기를 이용하여 제1임펠러측 코일부와 베어링하우징 및 로터를 냉각시키며, 제3구멍부를 통해 유입되는 공기와 코일부와 베어링하우징 및 로터를 냉각시킨 공기와 공기를 이용하여 제2임펠러측 베어링하우징 및 코일부를 냉각시킨 후, 팬스크롤에 형성된 쿨링덕트를 통해 외부로 내부를 순환한 공기를 토출하게 한 직결 구동형 듀얼 터보 블로워 냉각 구조이다.

이와 같이 구성된 종래의 터보모터 냉각 장치 중 공냉식은 도 3에 도시한 바와 같이, 모터의 한 축에 냉각용 팬을 달거나 별도의 공기순환용 팬을 달아서 공기를 공급하여 냉각시키고 있으나, 공기의 열 흡수 효율이 떨어짐에 따라 냉각 효율이 떨어지고, 외부 대기 온도가 높을 경우 모터의 냉각효율은 더욱 떨어지는 문제가 있다. 또한, 이들 공냉식은 공기의 강제순환 방식이기 때문에 모터의 회전력을 이용하는 별도의 임펠러를 달거나 모터 외부에서 또 다른 송풍 팬을 사용하여야 하는 번거로움이 있다.

한편 수냉식은 도 4에 도시한 바와 같이, 모터의 양쪽에 임펠러를 달아 공정 효율을 높이는 경우가 있으나, 도시한 바와 같이, 순환펌프, 열교환기, 물탱크, 배관 등 냉각을 위한 다수의 부자재와 상대적으로 많은 노동력이 필요하고, 공정상의 노력에 비하여 상대적으로 냉각 효과는 미미한 문제가 있다.

또한 터보모터는 고 전압을 사용하는 장비이고, 이러한 수냉식은 누수가 발생할 위험이 있고, 누수가 발생할 경우 대형 사고를 유발할 수 있는 위험성이 존재하기 때문에 사용하기를 꺼려하는 경향이 있다.

또한, 냉각용 팬을 이용하여 공기를 순환시키는 공랭식은 모터의 일측 케이싱에 구멍을 뚫어 공기를 흡입하여 모터의 내부를 돌며 모터의 각 부분을 냉각시킨 후, 마지막으로 흡입부의 베어링 파트를 냉각시키게 되는 구조이고, 이러한 공기순환 냉각 방식은 처음 냉각되는 부분품과 마지막에 냉각되는 부분품의 온도 차가 많기 때문에 모터가 받는 스트레스가 많으며 궁극적으로 진동으로 이어지는 단점이 있다.

이러한 구조적인 한계성은 모터의 외부에서 인입된 공기가 스테이터의 외부의 열을 흡수하여 높아진 공기가 다시 모터의 일측 베어링 파트에서 발생한 열을 냉각하게 되는 것이며, 다시 베어링의 발생 열을 흡수하게 되며, 데워진 공기는 다시 스테이터와 로터의 간극을 통과하면서 스테이터의 열과 회전자인 로터의 회전에 따르는 공기마찰 열을 흡수하여 모터의 일측 베어링 파트로 배출된다. 이렇게 또 다시 열을 흡수한 공기가 모터의 나머지 일측 베어링을 냉각하게 됨으로 모터의 냉각에 있어서 심각한 열 편차가 발생되는 문제가 있는 것이다.

대한민국 등록특허 제10-0572849호 대한민국 등록특허 제10-1607492호

본 발명은 상기한 바와 같이 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 고출력을 요구하는 터보 송풍기의 터보 모터에 공랭식과 냉동 냉매 사이클을 공통으로 구성하여 모터의 냉각 효율을 향상한 터보 모터의 이중 냉각구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

더욱 상세하게는 본 발명은 스테이터의 중간을 일정 간격으로 이격시켜 냉각용 공기 유로를 만들고, 수냉용 냉매 라인 또한 스테이터의 중간을 이격한 상태로 형성하여 모터의 양방향에 각각의 냉매 유로로 형성하여 이 냉매 라인의 외부와 모터 하우징의 사이에 일정한 간격을 두어 공기 유로를 형성하여 냉매 라인이 형성된 자켓의 외부를 밀폐함으로 이 공기 유로를 흐르면서 냉각된 공기가 양방향에서 베어링을 냉각시킨 후 다시 스테이터와 로터의 사이를 냉각시키고 스테이터, 냉각 재킷, 모터 하우징의 중간에 이격된 공간을 통하여 공기가 배출됨으로 이중으로 냉각시킬 수 있게 함에 따라 모터의 냉각 효율을 고도로 향상함은 물론 모터를 중심으로 양방향에서 열적 평형을 만족하게 함으로써 모터의 진동을 줄이고 적용된 에어베어링의 강성을 유지할 수 있게 한 양방향 임펠러로 구성된 터보 모터의 효과적인 이중 냉각구조 이루게 하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른 양방향 임펠러로 구성된 터보 모터의 이중 냉각구조는 전원을 공급받아 자력을 발생시키는 스테이터와, 스테이터의 자화에 의해 회전운동하는 로터와, 로터의 단부에 설치되어 로터와 함께 회전함에 의해 공기를 송풍하는 두 개의 임펠러을 포함하며, 스테이터와 로터 사이의 공극을 공기 유로로 이용하여 로터와 스테이터를 냉각시키는 터보송풍기의 터보모터의 냉각구조에 있어서, 상기 스테이터는 두 개로 분리되어 둘 사이에 공기유로가 형성되고,

상기 스테이터의 외부에 설치되고, 다수의 냉매유로가 형성되고, 양단에 각각 냉매입구가 형성되며, 중간에는 냉매출구가 형성된 냉각용 자켓; 상기 자켓의 외부에 설치되어 냉매유로를 밀폐시키고, 냉각용 공기가 통과하는 공기유로와, 중간 부분에는 상기 공기유로와 연결되어 공기유로를 통과하며 열기를 흡수한 공기가 배출되는 공기배출관이 일체로 형성된 에어트랩; 상기 에어트랩의 외부를 감싸도록 설치되어 공기유로를 밀폐시키고, 상기 공기배출관이 통과하는 부분에 형성된 공기유입구가 형성된 하우징; 냉매라인을 통해 상기 자켓의 냉매유로와 연결되어 있으며, 상기 냉매출구로부터 배출되는 고온의 증기를 응축시켜 저온저압의 냉매로 변환하여 냉매입구로 순환시키는 열교환기; 및 상기 임펠러가 설치된 임펠러케이스의 중앙에 설치되는 임펠러덮개에 설치되어 임펠러에 의해 흡입되는 공기를 유도하고 측벽에 호스연결부가 형성된 냉각공기가이드을 구비하며,

상기 냉각공기가이드에 형성된 호스연결부와 상기 공기배출관 사이에 순환호스를 연결하여 임펠러의 회전에 의해 흡입된 공기가 임펠러케이스의 송풍구로 배출될 때 임펠러케이스 내부가 감압됨에 의해 모터 내부의 공기를 흡입하여 배출되게 함에 의해 공기유입구로 유입된 공기가 스테이터와 로터를 경유하면서 열기를 흡수하여 모터가 냉각되게 한 것을 특징으로 한다.

상기 자켓의 내부에 형성된 유로에는 직립형으로 가공되어 냉매가 모터 상부로 자연스럽게 이동할 수 있게 하며 표면적을 넓힌 다수의 열전도플레이트가 더 설치되어 스테이터의 열을 빠르게 흡수하여 냉매에 전달 할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

상기 열교환기는 공정용 공기를 끌어 들이는 임펠러의 공기 유입구 측에 설치되어 임펠러의 구동에 의해 임펠러로 유입되는 공기에 의해 고온의 증기를 응축시킨다.

상기 냉매라인에는 열교환기에 의해 냉각된 액상 냉매가 저장되는 버퍼탱크가 더 구비될 수 있다.

상기 냉매유로 중 모터의 냉매입구와 연결되는 부분에는 냉매가 역류되지 않고 자연스럽게 모터의 자켓쪽으로 흐를 수 있도록 하는 역류방지용밸브가 더 구비되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명의 양방향 임펠러로 구성된 터보 모터의 이중 냉각구조는 공랭식과 냉동 냉매 사이클의 이중 구조로 모터를 냉각시킴에 따라 모터의 냉각 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

즉, 본 발명은 모터의 하부로 액체 냉매를 공급하여 모터의 열을 흡수한 후 가열된 기체 냉매를 위로 모아 외부로 배출시킴에 따라 냉매의 흐름을 원활하게 하여 냉각 효율을 증대시켰으며, 배출되는 냉매 기체를 열교환하여 액체 냉매로 변환하여 다시 순환시킴에 따라 냉매를 순환 활용할 수 있고, 순환되는 냉매를 임펠러에 의해 흡입되는 공기로 열교환하여 냉각시킴에 따라 냉매의 냉각에 불필요한 장치를 사용하지 않아 냉각장치를 구성하는 장치를 줄여 구조를 단순화시키고, 제작을 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 모터 전체를 고르게 냉각시킬 수 있어 열적 불균형에 따른 모터의 진동을 줄이고 적용된 에어베어링의 강성을 유지하게 함으로써 모터의 스트레스, 동적 불균형, 소음 등이 감소하며 전기적, 기계적 시스템 안정화를 유지함으로 모터의 효율을 향상할 수 있고, 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 이중 냉각구조를 갖는 양방향 임펠러로 구성된 터보 모터의 구성도
도 2는 본 발명에 따른이중 냉각구조를 갖는 양방향 임펠러로 구성된 터보 모터의 일부를 절개하여 도시한 사시도
도 3은 종래 터보송풍기의 냉각 구조의 일예를 도시한 구성도
도 4는 종래 터보송풍기의 냉각 구조의 다른 일예를 도시한 구성도

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명을 통해 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 공랭식과 냉동 냉매 사이클을 모두 적용하여 냉각 효율을 높였으며, 열교환기를 임펠러에서 흡입하는 공기로 작동시킴에 따라 불필요한 에너지를 사용하지 않고 모터를 냉각시킬 수 있다.

본 발명에 따른 양방향 임펠러로 구성된 터보 모터의 이중 냉각구조는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 통상의 터보 모터와 같이, 전원을 공급받아 자력을 발생시키는 스테이터(110)와, 스테이터의 자화에 의해 회전운동하는 로터(120)와, 로터의 단부에 설치되어 로터와 함께 회전함에 의해 공기를 송풍하는 두 개의 임펠러(130)을 포함하며, 스테이터와 로터 사이의 공극(A)을 공기 유로로 이용하여 로터와 스테이터를 냉각시키는 터보모터로 이루어지고, 이렇게 구성된 터보 모터에 아래의 냉각 구조를 형성하여 이루어진다.

먼저, 본 발명은 공기의 흐름이 두 개로 분리되어 스테이터와 로터 사이의 공극(A)을 통과하여 함에 따라 종래의 기술보다 냉각 효율을 향상시켰다.

종래에는 어느 일측 단부로 유입된 공기가 스테이터와 로터 사이를 경유하여 다른 단르로 배출되면서 열을 냉각시키는 구조를 갖고 있고 이렇게 구성된 냉각 구조는 입구로 유입된 공기가 가열된 상태에서 후속 부분으로 이동함에 따라 입구측은 냉각이 잘 이루어지나 출구 측은 냉각이 부족할 수 있다.

본 발명은 도1 에 도시한 바와 같이 냉각용 공기가 스테이터와 로터의 중간 부분에 형성된 공기유입구(30i)를 통해 유입된 후, 스테이터와 로터 사이의 공극(A)을 통과하여 다시 중간에 형성된 공기배출관(20o)을 통해 배출됨에 따라 종래의 공기 흐름보다 공기의 유로가 짧아져 냉각효율이 높아질 수 있는 것이다.

이렇게 공기유로를 2개로 분리하기 위해서는 도 1에 도시한 바와 같이 상기 스테이터(110)를 두 개로 분리하여 둘 사이에 공기유로(110a)를 형성하였다.

또한 냉매와 공기를 이용하여 이중으로 냉각이 이루어 질 수 있도록 이중 냉각 구조를 갖는다. 이를 위해 상기 스테이터의 외부에 설치되고, 다수의 냉매유로(10w)가 형성되고, 양단에 각각 냉매입구(10i)가 형성되며, 중간에는 냉매출구(10o)가 형성된 냉각용 자켓(10); 상기 자켓의 외부에 설치되어 냉매유로를 밀폐시키고, 냉각용 공기가 통과하는 공기유로(10a)와, 중간 부분에는 상기 공기유로와 연결되어 공기유로를 통과하며 열기를 흡수한 공기가 배출되는 공기배출관(20o)이 일체로 형성된 에어트랩(20); 상기 에어트랩의 외부를 감싸도록 설치되어 공기유로를 밀폐시키고, 상기 공기배출관이 통과하는 부분에 형성된 공기유입구(30i)가 형성된 하우징(30); 냉매라인(Lr)을 통해 상기 자켓의 냉매유로와 연결되어 있으며, 상기 냉매출구로부터 배출되는 고온의 증기를 응축시켜 저온저압의 냉매로 변환하여 냉매입구로 순환시키는 열교환기(40); 및 상기 임펠러(130)가 설치된 임펠러케이스(130h)의 중앙에 설치되는 임펠러덮개(130c)에 설치되어 임펠러에 의해 흡입되는 공기를 유도하고 측벽에 호스연결부(50h)가 형성된 냉각공기가이드(50)을 구비하고 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 냉각 구조는 상기 냉각공기가이드에 형성된 호스연결부와 상기 공기배출관(20o) 사이에 순환호스(60)를 연결하여 임펠러의 회전에 의해 흡입된 공기가 임펠러케이스의 송풍구로 배출될 때 임펠러케이스 내부가 감압됨에 의해 모터 내부의 공기를 흡입하여 배출되게 함에 의해 공기유입구(30i)로 유입된 공기가 스테이터와 로터를 경유하면서 열기를 흡수하여 모터가 냉각된다.

상이와 같이 이루어진 냉각 구조에 있어서, 상기 에어트랩(20)과 하우징(30)은 일체로 구성될 수 있다.

또한, 냉매자켓(10), 에어트랩(20), 하우징(30)으로 이루어지는 공기유로와 냉매유로는 본 출원인에 의해 가 출원한 특허출원 제2018-0005809호와 동일 유사한 구조를 갖는 것이나, 도 1에 돗하고 상기한 바와 같이 공기가 흐르는 방향이 스테이터와 로터의 중앙에서 시작하여 공극을 통고ㅘ한 후 중앙으로 배출되게 하였다.

물론, 이 공기유로를 통과하는 공기는 냉매자켓의 냉매유로(10w)의 일측을 지나면서 냉매에 의해 냉각되어 공극(A) 사이의 온도를 더욱 낮출 수 있는 것이다.

상기 자켓(10)은 도 1에 도시한 바와 같이, 두 개로 분리되어 중간에 공기토로가 형성되어 있고, 상기 스테이터의 외부에 설치되며, 외부에 냉매유로(10w)가 형성되고, 두 개로 분리된 각각의 자켓의 중간 부분에 각각 냉매입구(10i)와 냉매출구(10o)가 형성되어 있다.

상기 냉매입구(10i)와 냉매출구(10o)는 모터를 중심으로 하부에는 냉매입구(10i)가 형성되고 상부에는 냉매출구(10o)가 형성되어 있다.

물론, 상기 냉매입구(10i)와 냉매출구(10o)에는 하우징을 관통하여 어댑터가 설치되어 냉매라인(Lr)을 쉽게 연결할 수 있게 하였다.

또한 상기 자켓(10)의 내면은 스테이터의 외면에 면접되고, 바깥쪽에 형성된 유로부분에는 다수의 열전도플레이트(11)가 설치되어 있다.

상기 열전도플레이트(11)는 도시한 바와 같이 다수가 형성되어 있고, 이들은 스테이터의 열을 보다 빨리 냉매에 전달하여 냉각 효율을 높이기 위한 것이다.

상기 열전도플레이트(11)가 형성된 냉매유로는 상기 에어트랩의 내면에 의해 밀폐된다.

즉, 상기 자켓(10)은 외주면에 냉매유로를 형성하되 바깥쪽은 개방되어 있고, 이 개방된 부분을 상기 에어트랩의 내면이 막아 하나의 냉매유로를 이루는 것이다.

상기 에어트랩(20)은 따로 설치하여 제작할 수 있으나, 그렇게 할 경우 냉각 구조를 이루는 구성품이 많아져 구조가 복잡해지는 단점이 있음으로 하우징의 일부에 홈을 형성하여 공기 유로 역할을 하는 에어트랩을 형성한 것이다.

상기 에어트랩(20)은 상기 자켓의 외면을 감싸도록 형성되어 있고, 하우징을 관통하여 형성된 하나 이상의 공기배출관(20o)을 일체로 형성하였으며, 이 공기배출관(20o)은 하우징(30)에 형성된 공기유입구(30i)을 관통하여 외부로 연결된다.

즉, 하우징(30)의 중간 부분에 형성된 공기유입구(30i) 보다 작은 외경울 갖는 공기배출관(20o)을 에어트래에 일체로 형성하여 공기유입구와 공기배출관의 외주면 사이에 공기가 통과할 수 있는 구멍이 형성되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 공기유입구(30i)를 통해 유입된 공기는 에어트랩의 공기유로(20a)을 경유하여 로터와 스테이터 사이의 공극(A)를 통과하면서 열을 흡수하고, 임펠러(130)의 송풍 압력에 의해 압축공기와 함께 송풍된다,

즉, 임펠러가 구동되면 로터와 스테이터 사이에 저압이 걸리게 되고, 이에 따라 하우징에 형성된 공기유입구(30i)를 통해 외부의 공기가 하우징의 내부로 유입되어 임펠러쪽으로 이동하면서 로터와 스테이터의 열을 흡수하는 것이다.

이러한 공기의 흐름을 보다 효율적으로 이루어지게 하기 위하여 상기한 냉각공기가이드(50)를 더 설치하였다.

상기 냉각공기가이드(50)는 임펠러가 회전하여 공기를 흡입하고 송풍구를 통해 배출하는 과정에서 모터의 내부를 순환하는 냉각공기를 흡입하여 송풍되는 공기와 같이 배출하는 기능을 하는 것으로, 상기한 바와 같이 순환호스(60)에 의해 모터에어트랩(20)에 일체로 형성된 공기배출관(20o)에 연결되어 있다.

이때 공기배출구 측의 압력이 상대적으로 낮아야 공기흡입구로 유입된 공기가 공기배출구로 배출될 수 있으며, 이렇게 공기배출구 측이 상대적으로 낮은 압력을 유지할 수 있게 하는 것이 상기 냉각공기가이드이다.

상기한 바와 가이 임펠러가 회전하여 흡입된 공기를 압축하여 송풍구로 배출하는 과정에서 임펠러하우징의 내부를 통과하는 공기의 흐름이 빠르고 이렇게 빨리 공기가 통과하는 냉각공기가이이드의 측벽에 구멍이 형성되면 이 구멍을 통해 공기가 흡입되며, 이 구멍이 상기한 호스연결부(50h)가 되는 것이다.

상기 호스연결부(50h)의 내부 압력이 낮아지면, 이 호스연결부(50h)가 연결된 공기배출관(20o)의 압력도 낮아 모터 내부의 공기가 순환호스를 통해 냉각공기가이드를 통과하여 임펠러하우징으로 이동하여 냉각공기의 순환이 이루어지는 것이다.

또한, 상기 냉각공기가이드(50)의 임펠러덮개(130c)와 대향되는 단부의 내주면에는 상기 임펠러덮개의 결합단부의 외주면보다 크게 형성되어 내부와 연통되는 유로(50a)를 형성하였다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 유로(50a)는 냉각공기가이드의 일단 내주면과 임펠러덮개(130c)의 단부 외주면 사이에 형성되고 이 유로의 일측에 순환호스가 연결되어 있으며, 이 유로를 통해 유입된 공기는 임펠러하징의 송풍구로 배출된다.

또한 상기 냉각공기가이드(50)의 임펠러덮개 반대쪽 단부 내주면에는 호형상의 호형가이드면(50g)을 형성하여 임펠러의 구동시 흡입되는 공기가 저항을 받지 않고 임펠러로 유입되게 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각공기가이드(50) 또는 임펠러덮개의 일 측벽에는 관통홀이 형성되고, 이 관통홀에는 유량센서를 설치하여 냉각공기가이드를 통과하는 공기의 양을 측정할 수 있다. 상기 유량센서에서 감지된 공기의 양에 따라 블로워의 구동속도를 제어하여 발열량을 조절할 수도 있다.

상기의 호스연결부(50h)는 모터 외부에서 유입되는 공기 유로의 수량을 고려하여 1개 이상으로 조절하여 장착하는 것이 바람직하다.

상기 자켓으로 유입되는 냉매는 도 1에 도시한 바와 같이, 모터의 하부의 냉매가 상부의 냉매보다 상대적으로 낮은 온도를 유지한다.

즉, 상기 자켓(10)에 형성된 냉매입구(10i)와 냉매출구(10o)는 물의 열사이펀의 원리를 이용할 수 있도록 모터의 하부에는 냉매입구(10i)를 형성하여 찬 냉매가 유입되게 하고, 모터의 상부에는 냉매출구(10o)를 형성하여 가열된 냉매가 자연스럽게 위로 배출되게 하였다.

이에 따라 냉매는 자연스럽게 냉매입구(10i)로 유입되어 자켓을 경유하면서 열을 흡수하여 증기로 증발되고, 증발된 고온의 증기는 냉매출구(10o)를 통해 외부로 배출되는 것이다.

이렇게 배출되는 냉매 증기는 다시 열교환하여 자켓에 공급할 수 있도록 열교환기(40)를 구비하고 있다.

상기 열교환기(40)는 냉매입구(10i)와 냉매출구(10o) 사이에 연결된 냉매라인(Lr)의 중간에 설치되어 있으며, 상기 냉매출구로부터 배출되는 고온의 증기를 냉각시켜 저온의 액상 냉매로 변환하여 냉매입구로 순환시키는 기능을 한다.

상기 열교환기(40)는 다양한 형태로 만들어질 수 있으나, 상부의 냉매출구(10o)로부터 유입되는 냉매 증기가 냉각되면서 자연스럽게 아래로 이동될 수 있도록 수직형으로 제작하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 열교환기(40)는 대기를 이용하여 냉매를 열교환시킬 수 있으나, 열교환 효율을 높일 수 있도록 강제로 공기를 통과시키는 것이 바람직하다,

그러나 열교환기에 공기를 순환시키기 위한 송풍기 등을 설치할 경우 구조가 복잡해지고, 에너지가 추가로 소모되는 단점이 발생한다.

이에 따라 본 발명은 임펠러에 의해 송풍되는 바람을 이용할 수 있도록 상기 열교환기(40)를 공정용 공기를 끌어 들이는 임펠러(130)의 공기 유입구 측에 설치하였다.

이에 따라 상기 열교환기는 임펠러의 구동에 의해 임펠러로 유입되는 공기에 의해 고온의 냉매 증기를 냉각시킬 수 있다.

또한 본 발명은 상기 냉매라인(Lr)에 버퍼탱크(70)를 더 구비하고 있다.

상기 버퍼탱크(70)는 열교환기에 의해 냉각된 액상 냉매를 저장한다.

또한, 본 발명은 펌프 등의 송수 수단을 사용하지 않고 냉매가 열사이펀의 작용으로 이동되게 한 것으로, 만에 하나 냉매가 역으로 순환하는 것을 방지하기 위해 역류방지밸브(80)를 더 구비하고 있다.

상기 역류방지밸브(80)는 상기 냉매유로(Lr) 중 모터의 냉매입구(10i)와 연결되는 부분에 설치되어 냉매가 역류되지 않고 자연스럽게 모터의 자켓쪽으로 흐를 수 있게 한다.

10: 냉매자켓 10w: 냉매유로 10i: 냉매입구
10o: 냉매출구
11: 열전도플레이트
20: 에어트랩 20a: 공기유로 20o: 공기배출관
30: 하우징
30i: 공기유입구
40: 열교환기 40g: 공기가이드
50: 냉각공기가이드 50a: 유로
50g: 호형가이드면 50h: 호스연결부
60: 순환호스
70: 버퍼탱크 80: 역류방지밸브 90: 순환펌프
110: 스테이터 110a: 공기유로
120: 로터
130: 임펠러 130h: 임펠러케이스 130c: 임펠러덮개
Lr: 냉매라인

Claims (5)

1. 전원을 공급받아 자력을 발생시키는 스테이터(110)와, 스테이터의 자화에 의해 회전운동하는 로터(120)와, 로터의 단부에 설치되어 로터와 함께 회전함에 의해 공기를 송풍하는 두 개의 임펠러(130)을 포함하며, 스테이터와 로터 사이의 공극(A)을 공기 유로로 이용하여 로터와 스테이터를 냉각시키는 터보송풍기의 터보모터의 냉각구조에 있어서,
   상기 스테이터는 두 개로 분리되어 둘 사이에 공기유로(110a)가 형성되고,
   상기 스테이터의 외부에 설치되고, 다수의 냉매유로(10w)가 형성되고, 양단에 각각 냉매입구(10i)가 형성되며, 중간에는 냉매출구(10o)가 형성된 냉각용 자켓(10);
   상기 자켓의 외부에 설치되어 냉매유로를 밀폐시키고, 냉각용 공기가 통과하는 공기유로(10a)와, 중간 부분에는 상기 공기유로와 연결되어 공기유로를 통과하며 열기를 흡수한 공기가 배출되는 공기배출관(20o)이 일체로 형성된 에어트랩(20);
   상기 에어트랩의 외부를 감싸도록 설치되어 공기유로를 밀폐시키고, 상기 공기배출관이 통과하는 부분에 형성된 공기유입구(30i)가 형성된 하우징(30);
   냉매라인(Lr)을 통해 상기 자켓의 냉매유로와 연결되어 있으며, 상기 냉매출구로부터 배출되는 고온의 증기를 응축시켜 저온저압의 냉매로 변환하여 냉매입구로 순환시키는 열교환기(40); 및
   상기 임펠러(130)가 설치된 임펠러케이스(130h)의 중앙에 설치되는 임펠러덮개(130c)에 설치되어 임펠러에 의해 흡입되는 공기를 유도하고 측벽에 호스연결부(50h)가 형성된 냉각공기가이드(50)을 구비하며,
   상기 냉각공기가이드에 형성된 호스연결부와 상기 공기배출관(20o) 사이에 순환호스(60)를 연결하여 임펠러의 회전에 의해 흡입된 공기가 임펠러케이스의 송풍구로 배출될 때 임펠러케이스 내부가 감압됨에 의해 모터 내부의 공기를 흡입하여 배출되게 함에 의해 공기유입구(30i)로 유입된 공기가 스테이터와 로터를 경유하면서 열기를 흡수하여 모터가 냉각되게 하였으며,
   상기 자켓(10)의 내부에 형성된 유로에는 직립형으로 가공되어 냉매가 모터 상부로 자연스럽게 이동할 수 있게 하며 표면적을 넓힌 다수의 열전도플레이트(11)가 더 설치되어 스테이터의 열을 빠르게 흡수하여 냉매에 전달 할 수 있게 하고,
   상기 열교환기(40)는 공정용 공기를 끌어 들이는 임펠러(130)의 공기 유입구 측에 설치되어 임펠러의 구동에 의해 임펠러로 유입되는 공기에 의해 고온의 증기를 응축시킬 수 있게 하였으며,
   상기 냉각공기가이드(50)의 임펠러덮개(130c)와 대향되는 단부의 내주면에는 상기 임펠러덮개의 결합단부의 외주면보다 크게 형성되어 내부와 연통되는 유로(50a)를 형성한 것을 특징으로 하는 양방향 임펠러로 구성된 터보 모터의 이중 냉각구조.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 냉매라인(Lr)에는 열교환기에 의해 냉각된 액상 냉매가 저장되는 버퍼탱크(70)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 양방향 임펠러로 구성된 터보 모터의 이중 냉각구조.
5. 제1항에 있어서,
   상기 냉매유로(Lr) 중 모터의 냉매입구(10i)와 연결되는 부분에는 냉매가 역류되지 않고 자연스럽게 모터의 자켓쪽으로 흐를 수 있도록 하는 역류방지용밸브(80)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 양방향 임펠러로 구성된 터보 모터의 이중 냉각구조.
   
   

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