KR102103041B1

KR102103041B1 - Turbo compressor

Info

Publication number: KR102103041B1
Application number: KR1020150147336A
Authority: KR
Inventors: 박준영; 윤의수; 박철훈; 박무룡; 황순찬; 서정민; 방제성; 최범석; 손정락; 임형수; 유일수; 최원철; 김수원; 임영철
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2020-04-22
Also published as: KR20170047450A

Abstract

본 발명은 터보 압축기에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 터보 압축기는 고정자의 내측에서 방출되는 열과 고정자의 외측에서 방출되는 열을 각각 냉각하는 복수의 냉각부를 마련하고, 고정자의 내측으로 공급되는 냉각 유체가 고정자와 회전자의 사이에 마련된 이격공간으로 직접 공급되도록 함으로써 냉각효율을 향상시킬 수 있는 것을 특징을 한다.The present invention relates to a turbo compressor, the turbo compressor according to the present invention is provided with a plurality of cooling units for cooling the heat emitted from the inside of the stator and the heat emitted from the outside of the stator, respectively, the cooling fluid supplied to the inside of the stator It is characterized in that the cooling efficiency can be improved by being supplied directly to the space provided between the stator and the rotor.

Description

Turbo compressor {TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 터보 압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고정자의 내측에서 방출되는 열과 고정자의 외측에서 방출되는 열을 각각 냉각하는 복수의 냉각부를 마련함으로써, 모터의 과열을 효과적으로 방지할 수 있는 터보 압축기에 관한 것이다.The present invention relates to a turbo compressor, and more specifically, by providing a plurality of cooling units for cooling the heat emitted from the inside of the stator and the heat emitted from the outside of the stator, respectively, to a turbo compressor that can effectively prevent overheating of the motor It is about.

터보 압축기는 회전차의 회전력을 이용하여 유체를 축방향으로 흡입한 다음, 원심방향으로 토출시키면서 압축하는 장치이다. 상기 터보 압축기는 상기 회전차 및 압축실의 개수에 따라 1단 내지는 2단식으로 구분되며, 회전차의 배열 형태에 따라 백 투 백(back to back) 타입과 페이스 투 페이스(face to face) 타입으로 구분된다.A turbo compressor is a device that inhales fluid in the axial direction by using the rotational force of a rotating car and then compresses it while discharging it in a centrifugal direction. The turbo compressor is divided into one or two stages according to the number of the rotating car and the compression chamber, and is divided into a back to back type and a face to face type according to the arrangement type of the rotating car. Are distinguished.

이와 같은 압축기 중에서 2단식 터보 압축기의 하나의 예를 도 1에 도시되고 있다.One example of a two-stage turbo compressor among such compressors is illustrated in FIG. 1.

도 1에 나타난 것과 같이 2단식 터보 압축기(10)는 모터 하우징(20)과, 상기 모터 하우징(20)의 일측 및 타측에 장착되는 제1베어링 플레이트(41) 및 제2베어링 플레이트(42)를 구비한다.1, the two-stage turbo compressor 10 includes a motor housing 20 and a first bearing plate 41 and a second bearing plate 42 mounted on one side and the other side of the motor housing 20. Be equipped.

상기 제1베어링 플레이트(41)의 외측면에 제1구동축 커버(51)가 장착되며, 상기 제1베어링 플레이트(41)와 제1구동축 커버(51)의 외측에는 제1디퓨져 케이스(61)가 장착된다. 상기 모터 하우징(20)을 기준으로 상기 제1베어링 플레이트(41)의 반대편에 배치되는 상기 제2베어링 플레이트(42)의 외측면에는 제2구동축 커버(52)가 장착되며, 상기 제2베어링 플레이트(42)와 제2구동축 커버(52)의 외측에는 제2디퓨져 케이싱(62)이 장착된다.A first driving shaft cover 51 is mounted on an outer surface of the first bearing plate 41, and a first diffuser case 61 is provided outside the first bearing plate 41 and the first driving shaft cover 51. It is mounted. A second driving shaft cover 52 is mounted on the outer surface of the second bearing plate 42 disposed on the opposite side of the first bearing plate 41 based on the motor housing 20, and the second bearing plate The second diffuser casing 62 is mounted outside the 42 and the second driving shaft cover 52.

상기 모터 하우징(20)의 내부에는 모터(31)가 포함된다. 상기 모터(31)는 고정자(stator, 31a)와, 상기 고정자(31a) 내에 장착된 회전자(rotor, 31b) 및 상기 회전자(31b)에 압입된 구동축(33)으로 이루어져 있는데, 상기 모터(31)의 구동축(33)은 양선단이 각각 제1베어링 플레이트(41) 및 제2베어링 플레이트(42)를 관통하는 구조를 가진다.A motor 31 is included in the motor housing 20. The motor 31 is composed of a stator (31a), a rotor (rotor, 31b) mounted in the stator (31a) and a drive shaft (33) pressed into the rotor (31b), the motor ( The drive shaft 33 of 31 has a structure in which both ends penetrate the first bearing plate 41 and the second bearing plate 42, respectively.

이 구동축의 반경방향으로 발생한 하중은 상기 각 제1, 제2플레이트(41, 42) 안쪽의 레이디얼 베어링(radial bearing)(R)에 의해 지지되고, 구동축 방향의 하중은 트러스트 베어링(thrust bearing)(81, 82)에 의하여 지지된다.The load generated in the radial direction of the drive shaft is supported by radial bearings R inside the first and second plates 41 and 42, respectively, and the load in the drive shaft direction is a thrust bearing. (81, 82).

여기서, 제1디퓨져 케이스(61) 일측에는 제1토출관(73)이 구성되고, 제2디퓨져 케이스(62) 일측에는 제2토출관(77)이 구성되고 있다.Here, a first discharge pipe 73 is formed on one side of the first diffuser case 61, and a second discharge pipe 77 is formed on one side of the second diffuser case 62.

상기 제1구동축 커버(51)와 제1디퓨져 케이스(61) 사이에 제1압축실(Sc1)이 배치되고, 제2구동축 커버(52)와 제2디퓨져 케이스(62) 사이에 제2압축실(Sc2)이 배치된다.A first compression chamber (Sc1) is disposed between the first driving shaft cover (51) and the first diffuser case (61), and a second compression chamber between the second driving shaft cover (52) and the second diffuser case (62). (Sc2) is arranged.

구동축(33)의 양 선단에는 각각 제1압축실(Sc1)에 배치되는 1단 임펠러(35a) 및 제2압축실(Sc2)에 배치되는 2단 임펠러(35b)가 부착되어 있다. 상기 1단 임펠러의 전방에는 제1흡입관(71)이 배치되며, 2단 임펠러의 전방에는 제2흡입관(75)이 배치된다.At both ends of the drive shaft 33, a first stage impeller 35a disposed in the first compression chamber Sc1 and a second stage impeller 35b disposed in the second compression chamber Sc2 are attached, respectively. A first suction pipe 71 is disposed in front of the first stage impeller, and a second suction pipe 75 is disposed in front of the second stage impeller.

또한, 상기 터보 압축기에는 모터 및 베어링을 냉각시키기 위하여 다수의 냉매 유입부(Mi)들 및 냉매 유출부(Mo)가 형성되며, 상기 냉매 및 공기를 유동시키기 위하여 내부에 유체유로(Fw)가 형성되어 있다.In addition, a plurality of refrigerant inlets Mi and refrigerant outlets Mo are formed in the turbo compressor to cool the motor and bearings, and a fluid flow path Fw is formed therein to flow the refrigerant and air. It is done.

이와 같은 구조를 터보 압축기의 작동방식은 다음과 같다.The structure of the turbo compressor is as follows.

먼저, 모터(31)의 구동으로 구동축(33)이 회전할 경우 상기 구동축(133) 양단, 또는 일단에 부착된 양 임펠러(35a, 35b)가 역시 회전하게 된다. 제1흡입관(71)으로 흡입된 유체는 제1압축실(Sc1)로 유입되어 1단 임펠러(35a)에 의해 1단 압축된다.First, when the driving shaft 33 is rotated by driving of the motor 31, both the impellers 35a and 35b attached to both ends or one end of the driving shaft 133 are also rotated. The fluid sucked into the first suction pipe 71 flows into the first compression chamber Sc1 and is compressed by the first stage by the first stage impeller 35a.

1단 압축된 이른바 가압축 유체는 연결통로 및 제2흡입관(75)을 통해 제2압축실(Sc2)로 흡입되어 2단 임펠러(35b)에 의해 2단 압축된다. 2단 압축된 유체는 제2토출관(77)을 통해 토출된다.The so-called compressed shaft fluid compressed in one stage is sucked into the second compression chamber Sc2 through the connection passage and the second suction pipe 75 and compressed in two stages by the second stage impeller 35b. The two-stage compressed fluid is discharged through the second discharge pipe (77).

이와 더불어 상기 모터 및 베어링 등을 냉각시키기 위하여 상기 터보 압축기 내부에는 유체유로(Fw)가 형성된다. 따라서 제2흡입관(75)으로 유입된 공기 중 일부는 상기 유체유로(Fw) 및 중간토출부(Mo)를 따라서 제1흡입관(71)으로 재유입됨으로써 쉽게 압축기를 냉각시킬 수 있다.In addition, a fluid flow path Fw is formed inside the turbo compressor to cool the motor and bearings. Therefore, some of the air introduced into the second suction pipe 75 can be easily cooled by re-flowing into the first suction pipe 71 along the fluid flow path Fw and the intermediate discharge portion Mo.

그런데, 이러한 종래의 터보 압축기는 압축 공기를 이용해 압축기를 냉각시킨다는 장점이 있으나, 압축 공기가 하우징의 내부를 통과하는 과정에서 베어링의 오일이나 윤활유, 또는 하우징 내부에서 발생하는 파티클 등에 의해 오염된 상태로 제1흡입관 측으로 재유입되는 문제가 있다. However, such a conventional turbo compressor has an advantage of cooling the compressor using compressed air, but in the state where the compressed air is contaminated by oil or lubricant of the bearing or particles generated in the housing in the process of passing through the interior of the housing. There is a problem of being re-introduced to the first suction pipe.

또한, 단지 하우징의 일측으로 냉각용 공기를 주입하고 타측에서 배출되도록 하는 것이므로, 하우징 내부공간에서 발생하는 와류현상 등에 의해 냉각 균일도가 저하되는 등, 냉각효율이 낮은 문제가 있다. In addition, since only cooling air is injected into one side of the housing and discharged from the other side, there is a problem in that cooling efficiency is low, such as cooling uniformity decreases due to vortex phenomena occurring in the space inside the housing.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고정자의 내측에서 방출되는 열과 고정자의 외측에서 방출되는 열을 각각 냉각하는 복수의 냉각부를 마련함으로써, 모터의 과열을 효과적으로 방지할 수 있는 터보 압축기를 제공함에 있다.Therefore, an object of the present invention is to solve the above-described conventional problems, by providing a plurality of cooling units for cooling the heat emitted from the inside of the stator and the heat emitted from the outside of the stator, respectively, to effectively prevent overheating of the motor It is to provide a turbo compressor that can.

또한, 고정자의 내측으로 공급되는 냉각 유체가 고정자와 회전자의 사이에 마련된 이격공간으로 직접 공급되도록 함으로써 냉각효율을 향상시킬 수 있는 터보 압축기를 제공함에 있다.In addition, it is to provide a turbo compressor capable of improving the cooling efficiency by allowing the cooling fluid supplied to the inside of the stator to be directly supplied to the space provided between the stator and the rotor.

또한, 하우징의 내부에서 발생할 수 있는 오염물질에 의해 압축 공기가 오염되는 것을 방지할 수 있는 터보 압축기를 제공함에 있다.In addition, it is to provide a turbo compressor that can prevent the compressed air from being contaminated by contaminants that may occur inside the housing.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 하우징; 상기 하우징 내에 회전가능하게 장착된 샤프트; 상기 샤프트에 결합된 압축기 임펠러; 상기 압축기 임펠러를 구동하기 위해 상기 하우징에 결합된 고정자와 상기 샤프트에 결합된 회전자를 구비한 모터; 상기 하우징 상의 고정자 양단부에 대응하는 위치에서 하우징의 내부공간과 외부공간을 각각 연결하는 제1유입공과 제1배출공, 상기 제1유입공으로부터 상기 하우징 내부로 연장되어 상기 제1유입공으로 유입된 냉각 유체를 고정자와 회전자 사이의 이격공간으로 공급되도록 방출하는 노즐부가 형성된 제1냉각부; 및 상기 하우징 상의 고정자에 대응하는 위치에 형성된 냉각 유로와, 상기 냉각 유로의 일단부에 배치되어 상기 냉각 유로로 냉각 유체를 공급하는 제2유입공과, 상기 냉각 유로의 타단부에 배치되어 냉각 유로의 냉각 유체를 배출하는 제2배출공이 형성된 제2냉각부;를 포함하며, 상기 냉각 유로는 하우징의 외주면에 샤프트의 축방향을 따라 나선형으로 함몰되어 냉각수가 통과하는 나선홈과, 상기 제2유입공을 형성하는 입구노즐 및 상기 제2배출공을 형성하는 출구노즐이 각각 형성되고 상기 하우징의 외주면을 감싸 나선홈의 개구를 마감하는 커버에 의해 형성되는 터보 압축기에 의해 달성된다.The object is, according to the present invention, a housing; A shaft rotatably mounted in the housing; A compressor impeller coupled to the shaft; A motor having a stator coupled to the housing and a rotor coupled to the shaft to drive the compressor impeller; Cooling which extends into the housing from the first inlet hole, the first outlet hole, and the first inlet hole connecting the inner space and the outer space of the housing at positions corresponding to both ends of the stator on the housing, respectively. A first cooling unit formed with a nozzle unit for discharging fluid to be supplied to a space between the stator and the rotor; And a cooling passage formed at a position corresponding to the stator on the housing, a second inlet hole disposed at one end of the cooling passage to supply cooling fluid to the cooling passage, and disposed at the other end of the cooling passage. It includes; a second cooling unit is formed with a second discharge hole for discharging the cooling fluid, the cooling passage is spirally recessed along the axial direction of the shaft on the outer circumferential surface of the housing, the spiral groove through which the cooling water passes, the second inlet hole It is achieved by a turbo compressor formed by an inlet nozzle forming the and the outlet nozzle forming the second discharge hole, respectively, and formed by a cover surrounding the outer circumferential surface of the housing and closing the opening of the spiral groove.

여기서, 상기 노즐부는 복수 마련되어 원주상으로 이격 배치되는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the plurality of nozzle portions are provided and spaced apart in a circumferential shape.

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또한, 상기 샤프트와 하우징 사이에 배치되어 샤프트를 회전가능한 상태로 지지하는 복수의 자기(Magnetic) 베어링;을 포함하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferred to include a plurality of magnetic bearings disposed between the shaft and the housing to support the shaft in a rotatable state.

또한, 상기 하우징의 양단부에는 샤프트가 관통하는 관통홀이 형성되어 하우징의 양단부 개구를 마감하는 고정플레이트;가 배치되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that a fixing plate is formed at both ends of the housing to form a through hole through which the shaft penetrates, thereby closing openings at both ends of the housing.

또한, 상기 고정플레이트에는 하우징 내부공간의 기밀을 위해 샤프트와 임펠러 중 적어도 어느 하나에 밀착하는 씰링부재가 마련되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the fixing plate is provided with a sealing member in close contact with at least one of the shaft and the impeller for airtightness of the inner space of the housing.

본 발명에 따르면, 고정자의 내측에서 방출되는 열과 고정자의 외측에서 방출되는 열을 각각 냉각하는 복수의 냉각부를 마련함으로써, 모터의 과열을 효과적으로 방지할 수 있는 터보 압축기가 제공된다. According to the present invention, a turbo compressor capable of effectively preventing overheating of a motor is provided by providing a plurality of cooling units that respectively cool heat emitted from the inside of the stator and heat emitted from the outside of the stator.

또한, 고정자의 내측으로 공급되는 냉각 유체가 고정자와 회전자의 사이에 마련된 이격공간으로 직접 공급되도록 함으로써 냉각효율을 향상시킬 수 있는 터보 압축기가 제공된다. In addition, a turbo compressor capable of improving cooling efficiency is provided by allowing the cooling fluid supplied to the inside of the stator to be directly supplied to the space provided between the stator and the rotor.

또한, 하우징의 내부에서 발생할 수 있는 오염물질에 의해 압축 공기가 오염되는 것을 방지할 수 있는 터보 압축기가 제공된다. In addition, a turbo compressor is provided that can prevent compressed air from being contaminated by contaminants that may occur inside the housing.

도 1은 종래의 일반적인 터보 압축기를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명 터보 압축기의 단면도,
도 3은 본 발명 터보 압축기의 제1냉각부와 제2냉각부의 냉각상태를 나타내는 작용도이다. 1 is a cross-sectional view showing a conventional general turbo compressor,
Figure 2 is a cross-sectional view of the turbo compressor of the present invention,
3 is a functional diagram showing the cooling state of the first cooling part and the second cooling part of the turbo compressor of the present invention.

설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.Prior to the description, in various embodiments, components having the same configuration are typically described in the first embodiment by using the same reference numerals, and in other embodiments, configurations different from the first embodiment will be described. do.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 터보 압축기에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a turbo compressor according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부도면 중 도 2는 본 발명 터보 압축기의 단면도이고, 도 3은 본 발명 터보 압축기의 제1냉각부와 제2냉각부의 냉각상태를 나타내는 작용도이다. 2 of the accompanying drawings is a cross-sectional view of the turbocompressor of the present invention, and FIG. 3 is a functional view showing the cooling state of the first and second cooling parts of the turbocompressor of the present invention.

상기 도면에서 도시하는 바와 같은 본 발명 터보 압축기는 하우징(110)과, 샤프트(120)와, 압축기 임펠러(130)와, 모터(140)와, 자기 베어링(150)과, 제1냉각부(160) 및 제2냉각부(170)를 포함하여 구성된다. The turbo compressor of the present invention as shown in the drawing includes a housing 110, a shaft 120, a compressor impeller 130, a motor 140, a magnetic bearing 150, and a first cooling unit 160 ) And the second cooling unit 170.

상기 하우징(110)은 관형의 몸체를 가지며, 상기 하우징(110)의 양단부에는 샤프트(120)가 관통하는 관통홀이 형성되어 하우징(110)의 양단부 개구를 마감하는 고정플레이트(111)가 배치된다. The housing 110 has a tubular body, and fixed holes 111 are formed at both ends of the housing 110 to form openings through which the shaft 120 penetrates, thereby closing openings at both ends of the housing 110. .

상기 양단부에 배치된 고정플레이트(111)에는 상기 샤프트(120)와 하우징(110) 사이에 배치되어 샤프트(120)를 회전가능한 상태로 지지하는 복수의 자기(Magnetic) 베어링(150)이 설치된다. 이러한 자기 베어링(150)은 샤프트(120)에 수직으로 작용하는 하중을 지지하는 것뿐만 아니라, 샤프트(120) 축 방향으로 작용하는 하중을 지지하기 위해 레이디얼(radial) 타입의 자기 베어링(150a)과 스러스트(thrust) 타입의 자기 베어링(150b)을 포함할 수 있으며, 자기 베어링(150)으로 구성됨에 따라 윤활유와 같은 오일이 불필요하게 되므로 오염방지 및 안전성을 향상시킬 수 있다.A plurality of magnetic bearings 150 disposed between the shaft 120 and the housing 110 to support the shaft 120 in a rotatable state is installed on the fixed plate 111 disposed at both ends. The magnetic bearing 150 not only supports a load acting perpendicular to the shaft 120, but also a radial type magnetic bearing 150a to support a load acting in the axial direction of the shaft 120 And may include a thrust (thrust) type of magnetic bearing (150b), as it is composed of the magnetic bearing 150, oil such as lubricant is unnecessary, it is possible to improve the pollution prevention and safety.

상기 샤프트(120)는 상기 자기 베어링(150)을 통해 상기 하우징(110)내에 회전가능하게 장착되는 것으로서, 샤프트(120)에는 스러스트 타입의 자기 베어링(150b) 지지를 위한 디스크가 형성될 수 있다. The shaft 120 is rotatably mounted in the housing 110 through the magnetic bearing 150, and a disk for supporting the thrust type magnetic bearing 150b may be formed on the shaft 120.

상기 압축기 임펠러(130)는 원반형의 플레이트에 다수의 날개가 형성된 것으로, 상기 샤프트(120)의 단부에 설치되며, 샤프트(120)와 함께 회전하면서 유입공기를 압축한다. 본 실시예에서는 상기 임펠러(130)를 샤프트(120)의 양단부에 각각 설치하여 백 투 백 타입의 2단식 압축기를 구성한 것으로 예를 들어 설명하였으나 이에 한정하는 것은 아니다. 상기 임펠러(130)의 전방에는 공기의 축방향 유입을 안내하고 임펠러(130)에서 압축된 공기의 수직방향 유출을 안내하는 볼류트 하우징(volute housing)이 배치될 수 있다.The compressor impeller 130 is formed of a plurality of wings on a disc-shaped plate, is installed at the end of the shaft 120, and compresses the inflow air while rotating with the shaft 120. In the present embodiment, the impeller 130 is installed at both ends of the shaft 120, respectively, to describe a two-stage compressor of a back-to-back type, for example, but is not limited thereto. A volute housing for guiding the axial inflow of air and guiding the vertical outflow of compressed air from the impeller 130 may be disposed in front of the impeller 130.

상기 고정플레이트(111)에는 하우징(110) 내부공간의 기밀을 위해 선단부가 샤프트(120)에 탄력적으로 밀착하는 씰링부재(112)가 고정될 수 있다. 씰링부재(112)는 기밀유지를 위해 선단부가 샤프트(120)의 외주면에 탄력적으로 밀착하도록 배치되는 것도 가능하다. For the airtightness of the inner space of the housing 110, a sealing member 112 in which the tip end elastically contacts the shaft 120 may be fixed to the fixing plate 111. The sealing member 112 may be disposed so that the tip portion elastically contacts the outer circumferential surface of the shaft 120 in order to maintain airtightness.

한편, 상기 고정플레이트(111)와 압축기 임펠러(130)의 사이공간에는 하우징(110) 내부공간의 기밀유지를 위한 씰링부재(112)가 배치된다. 한편, 상기 씰링부재(112)는 상기 관통홀의 내주면과 샤프트(120)의 외주면 사이공간에 배치하는 것도 가능할 것이다. Meanwhile, a sealing member 112 for airtightness of the inner space of the housing 110 is disposed in a space between the fixed plate 111 and the compressor impeller 130. Meanwhile, the sealing member 112 may also be disposed in a space between the inner circumferential surface of the through hole and the outer circumferential surface of the shaft 120.

상기 모터(140)는 상기 압축기 임펠러(130)를 구동하기 위해 상기 하우징(110)에 결합된 고정자(141)와 상기 샤프트(120)에 결합된 회전자(142)를 포함하며, 상기 고정자(141)의 내주면과 회전자(142)의 외주면 사이에는 공기가 유동할 수 있는 이격공간(143)이 형성된다. The motor 140 includes a stator 141 coupled to the housing 110 and a rotor 142 coupled to the shaft 120 to drive the compressor impeller 130, and the stator 141 ) Between the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the rotor 142, a space 143 through which air can flow is formed.

상기 제1냉각부(160)는 상기 하우징(110)의 고정자(141) 양단부에 대응하는 위치에서 하우징(110)의 내부공간과 외부공간을 각각 연결하는 제1유입공(161)과 제1배출공(162)과, 상기 제1유입공(161)에 배치되어 제1유입공(161)으로 유입된 냉각 유체를 고정자(141)와 회전자(142) 사이의 이격공간(143)을 향해 방출하는 노즐부(163)가 형성된 제1냉각부(160)를 포함한다. 상기 노즐부(163)는 냉각효율의 향상을 위해 복수 마련되어 원주상으로 이격 배치되는 것이 바람직하다. The first cooling unit 160 has a first inlet hole 161 and a first discharge connecting the inner space and the outer space of the housing 110, respectively, at positions corresponding to both ends of the stator 141 of the housing 110, respectively. The ball 162 and the cooling fluid disposed in the first inlet hole 161 and discharged into the first inlet hole 161 are discharged toward the space 143 between the stator 141 and the rotor 142. It includes a first cooling unit 160, the nozzle portion 163 is formed. It is preferable that a plurality of the nozzle parts 163 are provided to be spaced apart in a circumferential shape to improve cooling efficiency.

상기 제2냉각부(170)는 상기 하우징(110) 상의 고정자(141)에 대응하는 위치에 형성된 냉각 유로(173)와, 상기 냉각 유로(173)의 일단부에 배치되어 상기 냉각 유로(173)로 냉각 유체를 공급하는 제2유입공(171)과, 상기 냉각 유로(173)의 타단부에 배치되어 냉각 유로(173)의 냉각 유체를 배출하는 제2배출공(172)을 포함한다. 상기 냉각 유로(173)는 하우징(110)의 외주면에 샤프트(120)의 축방향을 따라 나선형으로 함몰되어 냉각수가 통과하는 나선홈(173a)과, 상기 하우징(110)의 외주면을 감싸 나선홈(173a)의 개구를 마감하는 커버(173b)를 포함하며, 상기 나선홈(173a)의 깊이와 피치는 모터의 발열량에 따라 조절가능하다. 상기 커버(173b)에는 상기 제2유입공(171)을 형성하는 입구노즐(174) 및 상기 제2배출공(172)을 형성하는 출구노즐(175)이 각각 형성된다. The second cooling unit 170 is a cooling flow path 173 formed at a position corresponding to the stator 141 on the housing 110, and the cooling flow path 173 is disposed at one end of the cooling flow path 173 It includes a second inlet hole 171 for supplying the furnace cooling fluid, and a second outlet hole 172 disposed at the other end of the cooling passage 173 to discharge the cooling fluid in the cooling passage 173. The cooling passage 173 is spirally recessed along the axial direction of the shaft 120 on the outer circumferential surface of the housing 110 and the spiral groove 173a through which the cooling water passes, and the spiral groove surrounding the outer circumferential surface of the housing 110 ( It includes a cover 173b that closes the opening of 173a), and the depth and pitch of the spiral groove 173a are adjustable according to the amount of heat generated by the motor. An inlet nozzle 174 forming the second inlet hole 171 and an outlet nozzle 175 forming the second outlet hole 172 are formed in the cover 173b, respectively.

지금부터는 상술한 터보 압축기의 제1실시예의 작동에 대하여 설명한다.The operation of the first embodiment of the above-described turbo compressor will now be described.

모터의 고정자(141)에 전원이 인가되면 고정자(141)의 중앙에 배치된 회전자(142)가 회전하게 되며, 이러한 회전 구동으로 인해 샤프트(120)와 샤프트(120)의 양단에 고정된 임펠러(130)가 회전하면서 공기를 압축한다.When power is applied to the stator 141 of the motor, the rotor 142 disposed in the center of the stator 141 is rotated, and the shaft 120 and the impeller fixed to both ends of the shaft 120 are rotated by this rotation driving. The air is compressed while the 130 rotates.

이때, 상기 샤프트(120)는 하우징(110) 양단의 고정플레이트(111)에 각각 고정된 레이디얼 타입의 자기 베어링(150a)에 의해 샤프트(120)에 수직으로 작용하는 하중이 자기의 반발력에 의해 지지되고, 일측 고정플레이트(111)에 고정된 스러스트 타입의 자기 베어링(150b)에 의해 축방향으로 작용하는 하중이 지지된 상태로 회전하게 된다. 상기 자기 베어링(150)은 무윤활이기 때문에 윤활용 오일에 의한 환경오염의 우려가 없고, 비접촉이기 때문에 진동과 같은 충격으로 인한 베어링의 수명단축을 방지할 수 있다. At this time, the shaft 120 has a load acting perpendicular to the shaft 120 by a magnetic bearing 150a of a radial type, which is fixed to the fixed plates 111 at both ends of the housing 110, respectively, due to the reaction force of the magnet. Supported, the load acting in the axial direction by the thrust type magnetic bearing 150b fixed to one side of the fixed plate 111 is rotated in a supported state. Since the magnetic bearing 150 is non-lubricated, there is no fear of environmental contamination due to lubricating oil, and since it is non-contact, it is possible to prevent shortening of the bearing life due to shock such as vibration.

하우징(110)의 양단부에 위치한 고정플레이트(111)에는 링형의 씰링부재(112)가 배치되며, 씰링부재(112)의 선단부는 샤프트(120)와 함께 회전하는 임펠러(130) 측에 탄력적으로 접촉하므로, 하우징(110) 내부공간이 기밀하게 유지되므로, 하우징(110) 내부에서 발생하는 오염물질이 임펠러(130)에 의해 압축되는 공기로 혼입되는 것이 방지된다. A ring-shaped sealing member 112 is disposed on the fixing plate 111 located at both ends of the housing 110, and the leading end of the sealing member 112 elastically contacts the impeller 130 rotating with the shaft 120 Therefore, since the interior space of the housing 110 is kept airtight, contaminants generated inside the housing 110 are prevented from being mixed into air compressed by the impeller 130.

한편, 상기 모터(140)에서 발생하는 열은 고정자(141)의 내측을 냉각하는 제1냉각부(160)와 고정자(141)의 외측을 냉각하는 제2냉각부(170)에 의해 냉각된다.Meanwhile, the heat generated from the motor 140 is cooled by the first cooling unit 160 cooling the inside of the stator 141 and the second cooling unit 170 cooling the outside of the stator 141.

먼저, 제1냉각부(160)는 도 3에서 도시하는 바와 같이, 제1유입공(161)이 고정자(141)의 일측과 마주하는 하우징(110)의 일측 내부공간과 연결되고, 제1배출공(162)이 고정자(141)의 타측과 마주하는 하우징(110)의 타측 내부공간과 연결되며, 고정자(141)의 양측 내부공간은 고정자(141)와 회전자(142) 사이의 이격공간(143)을 통해 연결된다. First, as shown in FIG. 3, the first cooling unit 160 is connected to an inner space on one side of the housing 110 where the first inlet hole 161 faces one side of the stator 141 and discharges the first. The ball 162 is connected to the other inner space of the housing 110 facing the other side of the stator 141, and the inner spaces on both sides of the stator 141 are spaced apart between the stator 141 and the rotor 142 ( 143).

따라서, 제1유입공(161)으로 냉각기체와 같은 냉각 유체를 공급하면, 냉각 유체가 일측 내부공간을 채운 다음, 이격공간(143)을 경유하여 타측 내부공간으로 이동하고, 이어서 제1배출공(162)을 통해 외부로 배출되며, 이 과정에서 모터에서 발생하는 열을 냉각할 수 있다. Therefore, when a cooling fluid such as a cooling gas is supplied to the first inlet hole 161, the cooling fluid fills one inner space and then moves to the other inner space via the separation space 143, and then the first discharge hole. It is discharged to the outside through (162), it is possible to cool the heat generated by the motor in this process.

그런데, 제1유입공(161)과 이격공간(143)의 사이에는 모터의 고정자(141)에 권취된 코일과 코어가 복잡한 형상으로 배치되어 있으므로, 냉각 유체의 와류현상이 발생하게 되며, 이로 인해 냉각 균일도가 저하하는 등 냉각효과가 낮아지는 문제가 발생한다. However, since the coil and the core wound on the stator 141 of the motor are arranged in a complicated shape between the first inlet hole 161 and the space 143, a vortex phenomenon of cooling fluid occurs. There arises a problem that the cooling effect is lowered, such as cooling uniformity lowering.

이때, 상기 제1유입공(161)과 이격공간(143) 사이에 노즐부(163)를 배치하여 제1유입공(161)으로 공급되는 냉각 유체를 이격공간(143)으로 직접 공급하면, 일측 내부공간에서의 와류현상이 방지되는 것은 물론, 모터에 비해 상대적으로 낮은 온도의 냉각 유체가 이격공간(143)으로 직접 공급되는 것이므로 냉각효율이 향상된다. At this time, by disposing the nozzle unit 163 between the first inlet hole 161 and the space 143, the cooling fluid supplied to the first inlet hole 161 is directly supplied to the space 143, one side In addition to preventing vortex phenomena in the internal space, cooling efficiency is improved because cooling fluid having a relatively low temperature is directly supplied to the space 143 compared to the motor.

한편, 상기와 같은 노즐부(163)는 다수 마련되고 원주방향으로 이격 배치되어 냉각 균일도를 향상시킬 수 있으며, 보다 효과적인 냉각을 위해 냉각 유체가 링형의 이격공간(143) 전면에 골고루 공급될 수 있도록 링형의 토출구를 형성하는 것도 가능할 것이다.On the other hand, a plurality of nozzle parts 163 as described above are arranged and spaced apart in the circumferential direction to improve the cooling uniformity, so that the cooling fluid can be evenly supplied to the front of the ring-shaped space 143 for more effective cooling. It will also be possible to form a ring-shaped discharge port.

제2냉각부(170)는 도 3에서 도시하는 바와 같이, 하우징(110)의 외측면에 배치되어 고정자(141)의 외측을 냉각하는 것이다. 구체적으로, 제2냉각부(170)의 냉각 유로(173)는 하우징(110)의 외주면에 나선형태로 형성되는 나선홈(173a)과 하우징(110)의 외측면을 감싸 나선홈(173a)의 개구를 마감하는 커버(173b)를 통해 구성되며, 제2유입공(171)은 상기 냉각 유로(173)의 일단부에 배치되어 냉각 유로(173)로 냉각 유체를 공급하고, 제2배출공(172)은 상기 냉각 유로(173)의 타단부에 배치되어 냉각 유로(173)를 통과한 냉각 유체를 배출한다. 상기 제2냉각부(170)의 제2유입공(171)을 통해 공급되는 냉각수와 같은 냉각 유체는 하우징(110)의 외측면 중 고정자(141)에 대응하는 위치에 나선형태로 배치된 냉각 유로(173)를 통과(도 3에 점선으로 표시하였음)하면서 고정자(141)의 외측을 향해 방출되는 열에너지를 흡수하여 제2배출공(172)을 통해 외부로 배출된다. 3, the second cooling unit 170 is disposed on the outer surface of the housing 110 to cool the outer side of the stator 141. Specifically, the cooling flow path 173 of the second cooling unit 170 surrounds the outer surface of the housing 110 and the spiral groove 173a formed in a spiral shape on the outer circumferential surface of the housing 110 and the spiral groove 173a. It is configured through a cover 173b for closing the opening, and a second inlet hole 171 is disposed at one end of the cooling passage 173 to supply cooling fluid to the cooling passage 173, and the second discharge hole ( 172 is disposed at the other end of the cooling flow path 173 to discharge the cooling fluid passing through the cooling flow path 173. Cooling fluid, such as cooling water supplied through the second inlet hole 171 of the second cooling unit 170, is disposed in a spiral shape at a position corresponding to the stator 141 among the outer surfaces of the housing 110 As it passes through (173) (indicated by a dotted line in FIG. 3), it absorbs thermal energy emitted toward the outside of the stator 141 and is discharged to the outside through the second discharge hole 172.

상기와 같이, 본 실시예에 따르면, 제1냉각부(160)를 통해 고정자(141) 내측에서 발생하는 열을 냉각시키고, 제2냉각부(170)를 통해 고정자(141)의 외측에서 발생하는 열을 냉각시킴으로써, 모터에서 발생하는 열을 신속하고도 효과적으로 냉각시킬 수 있다. As described above, according to the present embodiment, the heat generated inside the stator 141 through the first cooling unit 160 is cooled, and the heat generated from the outside of the stator 141 through the second cooling unit 170 is generated. By cooling the heat, the heat generated in the motor can be cooled quickly and effectively.

또한, 임펠러(130)에 의해 압축되는 공기가 이동하는 유로와 하우징(110)의 내부공간이 기밀하게 분리되도록 함으로써 하우징(110)의 내부공간에서 발생할 수 있는 오염물질이 임펠러(130)에 의해 압축되는 공기에 혼입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 샤프트(120)를 자기 베어링(150)으로 지지함으로써, 오일이나 윤활유와 같은 오염물질이 방출되는 것을 방지할 수 있다. In addition, contaminants that may occur in the inner space of the housing 110 are compressed by the impeller 130 by airtightly separating the flow path through which the air compressed by the impeller 130 moves and the inner space of the housing 110. It can be prevented from being mixed with the air. In addition, by supporting the shaft 120 with the magnetic bearing 150, it is possible to prevent the release of contaminants such as oil or lubricant.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be implemented in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. Any person having ordinary skill in the art to which the invention pertains without departing from the gist of the invention as claimed in the claims is deemed to be within the scope of the claims of the invention to a wide range that can be modified.

110:하우징, 111:고정플레이트, 112:씰링부재,
120:샤프트, 130:압축기 임펠러, 140:중공형 모터,
141:고정자, 142:회전자, 143:이격공간,
150:자기 베어링, 160:제1냉각부, 161:제1유입공,
162:제1배출공, 163:노즐부, 170:제2냉각부,
171:제2유입공, 172:제2배출공, 173:냉각 유로,
173a:나선홈, 173b:커버, 174: 입구노즐
175: 출구노즐110: housing, 111: fixing plate, 112: sealing member,
120: shaft, 130: compressor impeller, 140: hollow motor,
141: stator, 142: rotor, 143: separation space,
150: magnetic bearing, 160: first cooling part, 161: first inlet,
162: first discharge hole, 163: nozzle portion, 170: second cooling portion,
171: second inlet hole, 172: second outlet hole, 173: cooling passage,
173a: spiral groove, 173b: cover, 174: entrance nozzle
175: exit nozzle

Claims

housing;
A shaft rotatably mounted in the housing;
A compressor impeller coupled to the shaft;
A motor having a stator coupled to the housing and a rotor coupled to the shaft to drive the compressor impeller;
Cooling which extends into the housing from the first inlet hole, the first outlet hole, and the first inlet hole connecting the inner space and the outer space of the housing at positions corresponding to both ends of the stator on the housing. A first cooling unit formed with a nozzle unit for discharging fluid to be supplied to a space between the stator and the rotor; And
Cooling passage formed at a position corresponding to the stator on the housing, a second inlet hole disposed at one end of the cooling passage to supply cooling fluid to the cooling passage, and disposed at the other end of the cooling passage to cool the cooling passage It includes; a second cooling unit is formed a second discharge hole for discharging the fluid,
The cooling passage is spirally recessed along the axial direction of the shaft on the outer circumferential surface of the housing, a spiral groove through which cooling water passes, and an inlet nozzle forming the second inlet hole and an outlet nozzle forming the second outlet hole, respectively. The turbo compressor is formed by a cover that covers the outer circumferential surface of the housing and closes the opening of the spiral groove.

According to claim 1,
A plurality of the nozzle portion is provided a turbo compressor spaced apart in a circumferential shape.

delete

According to claim 1,
And a plurality of magnetic bearings disposed between the shaft and the housing to support the shaft in a rotatable state.

According to claim 1,
A turbocompressor is disposed on both ends of the housing to form a through-hole through which a shaft penetrates to close openings at both ends of the housing.

The method of claim 6,
The fixed plate is provided with a sealing member in close contact with at least one of the shaft and the impeller for airtightness of the inner space of the housing, the turbo compressor.