KR102105660B1 - 터보 냉동기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터보 냉동기에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 터보 냉동기에는, 냉매를 압축하는 터보 압축기; 상기 터보 압축기에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 냉매를 감압시키는 팽창장치; 상기 팽창장치에서 감압된 냉매를 증발시키는 증발기; 및 상기 응축기에서 응축된 액 냉매를 상기 터보 압축기로 가이드 하는 액적 공급배관이 포함되며, 상기 터보 압축기에는, 냉매를 다단 압축하는 제 1 임펠러 및 제 2 임펠러; 및 상기 제 1 임펠러에서 압축된 냉매를 상기 제 2 임펠러로 가이드 하는 채널 유로를 형성하는 리턴 채널이 포함되며, 상기 액적 공급배관의 액 냉매는 상기 리턴 채널의 채널 유로로 공급되는 것을 특징으로 한다.

Description

터보 냉동기 {A turbo chiller}
본 발명은 터보 냉동기에 관한 것이다.
일반적으로 공기 조화장치는 실내 공간을 냉방 또는 난방하는 기기이다. 상기 공기 조화기는 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기로부터 토출되는 냉매가 응축되는 응축기와, 상기 응축기를 통과한 냉매가 팽창되는 팽창기 및 상기 팽창기에서 팽창된 냉매가 증발되는 증발기를 포함한다.
터보 냉동기는 저압의 냉매를 흡입하여 고압의 냉매로 압축하는 압축기와, 응축기, 팽창밸브 및 증발기가 포함되어 냉동 사이클이 구동될 수 있다.
상기 터보 냉동기에는 원심식 터보 압축기(이하, 터보 압축기)가 구비된다. 상기 터보 압축기는 구동모터에서 발생되는 운동에너지를 정압으로 변환시키면서 가스를 고압 상태로 토출시키도록 작용하며, 구동모터의 구동력에 의하여 회전하여 냉매를 압축하는 하나 또는 그 이상의 임펠러, 디퓨저 및 상기 임펠러가 수용되는 하우징등이 포함될 수 있다.
터보 냉동기 및 터보 압축기와 관련된 선행문헌은 아래와 같다.
1. 선행문헌 1 : 출원번호 10-2012-0013095 (터보 냉동기), 출원일 : 2012년 02월 09일
2. 선행문헌 2 : 출원번호 10-2007-0006940 (고압 유체 분사식 용량 제어 장치를 구비하는 원심식압축기), 출원일 : 2007년 01월 23일
종래의 터보 압축기에 의하면, 압축기 내부를 유동하는 냉매의 유속(압력) 변화에 의하여 유동 소음이 발생되는 현상이 나타났다. 즉, 압축기 내부로 흡입된 냉매는 임펠러를 통과하면서 유속이 증가하고, 이후 디퓨저를 통과하면서 유속이 감소함으로서 압력의 변화가 발생되고 이에 따라 소음이 발생되는 문제점이 있었다.
그리고, 발생되는 소음 또는 공기의 유동저항등에 의하여 에너지 손실이 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 압축기에서 발생되는 소음을 줄일 수 있는 터보 냉동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 터보 냉동기에는, 냉매를 압축하는 터보 압축기; 상기 터보 압축기에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 냉매를 감압시키는 팽창장치; 상기 팽창장치에서 감압된 냉매를 증발시키는 증발기; 및 상기 응축기에서 응축된 액 냉매를 상기 터보 압축기로 가이드 하는 액적 공급배관이 포함되며, 상기 터보 압축기에는, 냉매를 다단 압축하는 제 1 임펠러 및 제 2 임펠러; 및 상기 제 1 임펠러에서 압축된 냉매를 상기 제 2 임펠러로 가이드 하는 채널 유로를 형성하는 리턴 채널이 포함되며, 상기 액적 공급배관의 액 냉매는 상기 리턴 채널의 채널 유로로 공급되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 터보 압축기에는, 상기 액적 공급배관의 냉매를 상기 채널 유로로 분사하는 다수의 노즐이 포함된다.
또한, 상기 제 1 임펠러의 외측을 둘러싸며, 냉매 유로가 형성되는 제 1 임펠러 커버; 및 상기 리턴 채널에 구비되며, 상기 제 1 임펠러 커버의 냉매 유로로부터 액 냉매를 공급받는 제 1 채널 형성부가 더 포함된다.
또한, 상기 제 1 채널 형성부에는, 상기 다수의 노즐이 설치되는 노즐 장착부; 및 상기 제 1 임펠러 커버의 냉매 유로에 연통하며, 상기 제 1 임펠러 커버의 적어도 일부분이 결합되는 커버 결합부가 포함된다.
또한, 상기 다수의 노즐은 상기 제 1 임펠러 커버의 냉매 유로의 일측에 위치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 노즐 장착부에는, 상기 노즐을 지지하는 디스크; 및 상기 디스크에 결합되는 가스켓이 더 포함된다.
또한, 상기 다수의 노즐은 스파이럴 형상으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 채널 형성부의 중심으로부터 상기 다수의 노즐 중 일 노즐까지의 거리(R1)는, 상기 제 1 채널 형성부의 중심(C)으로부터 상기 다수의 노즐 중 타 노즐까지의 거리(R2)와 다르게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다수의 노즐은, 상기 제 1 채널 형성부의 중심을 가로 지르는 가로 중심선 및 상기 제 1 채널 형성부의 중심을 세로 지르는 세로 중심선에 의하여 구분되는 4개의 사분면에 위치되며, 각 사분면에 배치되는 다수의 노즐은 설정된 패턴으로, 상기 중심(C)으로부터의 거리가 변화되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 터보 압축기에는, 냉매 흡입구 및 상기 액적 공급배관이 연결되는 결합부가 형성되는 커버 하우징; 및 상기 커버 하우징의 결합부로부터 상기 제 1 임펠러 커버로 연장되는 연결배관이 더 포함된다.
또한, 상기 제 1 임펠러 커버에는, 상기 연결배관이 결합되는 배관 연결부가 포함되며, 상기 냉매 유로는 상기 배관 연결부에 연통되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 액적 공급배관은, 상기 응축기의 하부로부터 상기 커버 하우징으로 연장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 리턴 채널에는, 상기 제 1 임펠러에 결합되는 제 2 채널 형성부; 및 상기 제 1 채널 형성부에 결합되는 제 3 채널 형성부가 더 포함된다.
또한, 상기 제 2 임펠러의 외측을 둘러싸도록 배치되는 제 2 임펠러 커버가 더 포함되며, 상기 제 3 채널 형성부는 상기 제 2 임펠러 커버의 일측에 결합되는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명에 의하면, 압축된 냉매의 유로에 냉매의 액적(droplet, spray)을 공급하여 소음 파형을 상쇄시킬 수 있으므로, 터보 압축기 또는 터보 냉동기에서 발생되는 소음을 감소할 수 있다는 효과가 있다.
특히, 2단 압축구조를 가지는 터보 압축기에 있어서, 냉매의 액적은 응축기로부터 1단 압축된 냉매의 유로상에, 즉 1단 압축된 냉매가 2단 압축을 위하여 유동하는 리턴 채널에 공급됨으로써, 압력 차이에 의하여 공급되는 액적의 압력을 높일 수 있다는 장점이 있다.
또한, 터보 냉동기에는 냉매의 액적을 분사하기 위한 노즐이 더 포함되고, 상기 냉매의 액적은 상기 노즐을 통과함으로써 작은 입자크기를 형성할 수 있으므로, 냉매의 유동소음을 상쇄시키는 효과가 더 증대될 수 있다.
또한, 응축기로부터 터보 압축기로 연장되는 인젝션 배관 및 상기 터보 압축기의 커버 하우징으로부터 리턴 채널로 연장되는 연결배관이 더 포함되어, 응축기에서 응축된 고압의 냉매 액적을 상기 리턴 채널로 분사할 수 있으므로, 간단한 구조에 의하여 냉매 액적의 공급이 가능하다는 효과가 있다.
또한, 냉매 액적을 공급하는 노즐이 스파이럴(spiral) 형상을 가지도록 배치되어, 다양한 위상을 가지고 유동하는 압축기의 냉매 가스를 향하여 여러 위상의 냉매 액적을 공급할 수 있게 되므로, 소음저감 효과를 증대할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터보 냉동기의 구성을 보여주는 사이클 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터보 냉동기의 일부 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기의 내부구성 일부를 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기의 제 1 임펠러 커버의 구성을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기의 제 1 임펠러 커버의 구성을 보여주는 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기의 제 1 임펠러 커버의 일부 구성을 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기의 채널 형성부의 구성을 보여주는 종단면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기의 채널 형성부의 일부 구성을 보여주는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 노즐로부터 냉매 액적이 분사되는 모습을 보여주는 채널 형성부와 제 1 임펠러 커버의 결합구조에 관한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 다수의 노즐이 스파이럴 형상으로 배치된 모습에 관한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터보 냉동기의 구성을 보여주는 사이클 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터보 냉동기(10)에는, 냉매를 압축시키기 위한 압축기(100)와, 상기 압축기(100)에서 압축된 냉매를 응축시키기 위한 응축기(20)와, 상기 응축기(20)에서 응축된 냉매를 1차 감압하기 위한 제 1 팽창 밸브(30)와, 상기 제 1 팽창 밸브(30)에서 감압된 냉매 중 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하기 위한 이코노마이저(40)와, 상기 이코너마이저(40)에서 분리된 액상 냉매를 2차 감압하는 제 2 팽창장치(50) 및 상기 제 2 팽창장치(50)에서 감압된 냉매를 증발하기 위한 증발기(60)가 포함된다.
상기 이코노마이저(40)에서 분리된 기상 냉매는 인젝션 배관(45)을 통하여 상기 압축기(100)로 유입된다. 상기 인젝션 배관(45)은 상기 이코노마이저(40)로부터 상기 압축기(100)의 일측으로 연장되며, 상기 인젝션 배관(45)의 냉매는 상기 압축기(100)의 내부에서, 1단 압축된 냉매와 혼합될 수 있다.
상기 압축기(100)에는, 원심식 터보 압축기(centrifugal turbo compressor)가 포함될 수 있다. 상기 압축기(100)의 입구측에는, 상기 증발기(60)에서 증발된 냉매의 흡입을 가이드 하는 흡입 배관(12)이 제공된다. 그리고, 상기 압축기(100)의 출구측에는, 상기 응축기(20)로 연장되는 토출 배관(14)이 제공된다.
상기 응축기(20)에는 냉각수(W1)가 유입 및 토출되며, 상기 냉각수는 상기 응축기(20)를 통과하는 과정에서 냉매와 열교환 되어 가열된다. 그리고, 상기 증발기(60)에는 냉수(W2)가 유입 및 토출되며, 상기 냉수는 상기 증발기(60)를 통과하는 과정에서 냉매와 열교환 되어 냉각된다.
상기 제 1 팽창장치(30) 또는 제 2 팽창장치(50)에는, 개도 조절이 가능한 전자 팽창밸브(Electronic Expansion Valve, EEV)가 포함될 수 있다.
상기 압축기(100)에는, 구동력을 발생시키는 모터(110) 및 상기 모터(110)의 구동력을 제 1,2 임펠러(141,143)로 전달하는 동력전달 부재(115) 및 상기 동력전달 부재(115)와 제 2 임펠러(143)를 연결하는 회전축(120)이 포함된다. 상기 회전축(120)의 회전에 의하여, 제 1 임펠러(141) 및 제 2 임펠러(143)가 함께 회전될 수 있다.
상기 압축기(100)에는, 상기 흡입 배관(12)에 연통되는 냉매 흡입부(102, 도 3 참조) 및 상기 냉매 흡입부(102)의 일측에 제공되어 흡입 냉매의 유동을 가이드 하는 흡입 가이드 베인(106)이 더 포함된다.
상기 흡입 가이드 베인(106)을 통과한 냉매는 상기 제 1 임펠러(141)를 거치면서 1차 압축된다. 상기 압축기(100)에는, 상기 제 1 임펠러(141)를 통과한 1차 압축냉매를 상기 제 2 임펠러(143)측으로 가이드 하는 리턴 채널(160)이 더 포함된다.
따라서, 상기 제 1 임펠러(141)에서 압축된 냉매는 상기 리턴 채널(160)을 경유하여, 상기 제 2 임펠러(143)로 유입될 수 있다. 그리고, 상기 제 2 임펠러(143)에서 추가 압축된 냉매는 상기 토출 배관(14)을 통하여 상기 응축기(20)로 유입될 수 있다.
상기 터보 냉동기(10)에는, 상기 응축기(20)에서 응축된 냉매를 상기 압축기(100)로 공급하는 액적 공급배관(70)이 더 포함된다. 상기 액적 공급배관(70)을 통하여 공급되는 냉매는 응축된 상태로서, 액상(liquid)을 가질 수 있다. 그리고, 상기 액적 공급배관(70)을 통하여 공급되는 액적 냉매의 압력(P1)은 상기 리턴 채널(160)을 유동하는 1차 압축냉매의 압력(P2)보다 클 수 있다.
따라서, 상기 P1과 P2의 압력 차이에 의하여, 상기 액적 공급배관(70)의 냉매는 상기 리턴 채널(160)로 용이하게 공급될 수 있다.
상기 액적 공급배관(70)은 상기 응축기(20)의 하부(22)로부터 상기 압축기(100)의 커버 하우징(150)으로 연장될 수 있다. 상기 하우징(150)은 상기 압축기(150)의 냉매 흡입측 외관을 형성한다. 상기 커버 하우징(150)에는, 상기 액적 공급배관(70)이 결합되는 결합부(130a)가 형성된다.
상기 압축기(100)에서 압축된 고압의 기상 냉매는 상기 응축기(20)에서 응축되는 과정에서 액상으로 상변화 되며, 액상의 냉매는 상기 응축기(20)의 하부(22)로 모이게 된다.
그리고, 액상의 냉매는 상기 액적 공급배관(70)을 유동하며 상기 커버 하우징(130)을 통하여 상기 압축기(100)로 공급될 수 있다. 이와 같이, 상기 액적 공급배관(70)이 상기 응축기(20)의 하부(22)로부터 연장되므로, 액상 냉매가 상기 액적 공급배관(70)으로 용이하게 유입될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기의 내부구성 일부를 보여주는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압축기(100)에는, 냉매 토출구(104)가 형성되는 케이싱(101)과, 상기 케이싱(101)에 결합되며 냉매 흡입구(102)를 형성하는 커버 하우징(130)과, 상기 케이싱(101)에 구비되는 모터(110)와, 상기 모터(110)에 연결되는 모터 축(112) 및 상기 모터 축(112)에 연결되는 동력전달 부재(115)가 포함된다.
그리고, 상기 압축기(100)에는, 상기 케이싱(101)의 내부에 설치되며 상기 모터(110)의 구동력에 의하여 회전될 수 있는 회전축(120)이 더 포함된다. 상기 회전축(120)은 상기 동력전달 부재(115)에 연동한다. 즉, 상기 동력전달 부재(115)는 상기 모터(110)와 회전축(120)을 연결하여 상기 모터(110)의 구동력을 상기 회전축(120)에 전달하도록 구성되며, 하나 이상의 기어(gear)가 포함될 수 있다.
상기 냉매 흡입구(102)는 상기 흡입 배관(12)에 연결되고, 상기 냉매 토출구(104)는 상기 토출 배관(14)에 연결될 수 있다.
상기 압축기(100)에는, 상기 케이싱(101)의 내부에 위치되며 상기 회전축(120)에 의하여 회전 가능하게 연결되는 복수의 임펠러(141,143)가 더 포함된다. 상기 복수의 임펠러(141,143)에는, 상기 회전축(120)의 단부측에 결합되는 제 1 임펠러(141) 및 상기 회전축(120)의 대략 중앙부에 결합되는 제 2 임펠러(143)가 포함된다. 상기 제 1 임펠러(141)는 상기 냉매 흡입구(102)와 제 2 임펠러(143)의 사이에 위치될 수 있다.
상기 냉매 흡입구(102)의 내측에는, 소정의 액츄에이터에 의하여 개도(회전 각도) 조절 가능한 흡입가이드 베인(106)이 제공된다. 상기 흡입가이드 베인(106)은 다수 개가 제공될 수 있으며, 냉매 가스를 회전시켜 압력 헤드를 변화시킴으로써 용량을 변화시킬 수 있다.
상기 압축기(100)에는, 상기 복수의 임펠러(141,143)의 외측을 커버하는 복수의 임펠러 커버(150,170)가 포함된다. 상기 복수의 임펠러 커버(150,170)에는, 상기 제 1 임펠러(141)의 외측을 둘러싸도록 제공되는 제 1 임펠러 커버(150) 및 상기 제 2 임펠러(143)의 외측을 둘러싸도록 제공되는 제 2 임펠러 커버(170)가 포함된다.
상기 제 1 임펠러(141)와 제 1 임펠러 커버(150)의 사이에는, 냉매가 유동하는 냉매유로(이하, 제 1 냉매유로)가 형성된다. 그리고, 상기 제 1 임펠러(143)와 제 2 임펠러 커버(170)의 사이에는, 냉매가 유동하는 냉매유로(이하, 제 2 냉매유로)가 형성된다.
상기 제 1 임펠러(141)의 일측에는, 상기 제 1 임펠러(141)에서 압축된 냉매를 상기 제 2 임펠러(143)의 흡입측으로 가이드 하는 리턴 채널(160)이 제공된다.일례로, 상기 리턴 채널(160)은 상기 제 1 임펠러(141)의 반경방향 외측에 배치도리 수 있다.
상세히, 상기 리턴 채널(160)에는, 상기 제 1 임펠러 커버(150)에 결합되는 제 1 채널 형성부(161)와, 상기 제 1 임펠러(141)에 결합되는 제 2 채널 형성부(165) 및 상기 제 1 채널 형성부(161)에 결합되는 제 3 채널 형성부(167)가 포함된다. 그리고, 상기 제 3 채널 형성부(167)는 상기 제 2 임펠러 커버(170)의 일측에 결합될 수 있다.
상기 제 2 채널 형성부(165)는 상기 제 1 임펠러(141)와 함께 회전될 수 있으며, 상기 제 1 채널 형성부(161) 및 제 3 채널 형성부는 상기 제 1 임펠러 커버(150) 및 제 2 임펠러 커버(170)에 각각 고정 결합될 수 있다.
상기 제 1 내지 제 3 채널 형성부(161)의 결합 구조에 의하여, 상기 제 1 임펠러(141)의 외측에는 ∩ 형상의 채널 유로(168)가 형성된다. 상기 채널 유로(168)는 상기 제 1 임펠러(141)의 토출측으로부터 상기 제 2 임펠러(143)의 흡입측으로 연장되다. 달리 말하면, 상기 채널 유로(168)의 일측 단부는 상기 제 1 임펠러(141)의 토출측에 위치되며, 타측 단부는 상기 제 2 임펠러(143)의 흡입측에 위치될 수 있다.
상기 냉매 흡입구(102)에서 흡입된 냉매는 상기 흡입가이드 베인(106)을 경유하여 상기 제 1 임펠러(141)의 흡입측으로 흡입되어 1단 압축된다. 이 때, 냉매는 상기 제 1 임펠러(141)와 제 1 임펠러 커버(150)의 사이 공간으로 흡입될 수 있다.
그리고, 상기 1단 압축된 냉매는 상기 리턴채널(160)에 의하여 형성된 채널 유로(168)를 경유햐여 상기 제 2 임펠러(143)의 흡입측으로 흡입되어 2단 압축된다. 이 때, 냉매는 상기 제 2 임펠러(143)와 제 2 임펠러 커버(170)의 사이 공간으로 흡입될 수 있다.
그리고, 상기 제 2 임펠러(143)에서 압축된 냉매는 상기 냉매 토출구(104)를 통하여 상기 토출 배관(14)으로 유동할 수 있다.
상기 압축기(100)에는, 상기 압축기(100)의 선단에 배치되는 커버 하우징(130)이 포함된다. 상기 커버 하우징(130)은 상기 케이싱(101)의 전방에 결합되며, 상기 제 1 임펠러 커버(150)의 전방을 차폐하도록 배치될 수 있다.
상기 압축기(100)에는, 상기 커버 하우징(130)으로부터 상기 제 1 임펠러 커버(150)로 연장되는 연결배관(135)이 더 포함된다. 상기 연결배관(135)은 상기 액적 공급배관(70)에 연결되며, 플렉서블한 재질로 구성될 수 있다. 이하에서는, 냉매 액적의 공급구조와 관련하여, 도면을 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기의 제 1 임펠러 커버의 구성을 보여주는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기의 제 1 임펠러 커버의 구성을 보여주는 종단면도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기의 제 1 임펠러 커버의 일부 구성을 보여주는 단면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기(100)의 제 1 임펠러 커버(150)는 제 1 임펠러(141)의 외측을 둘러싸도록 배치된다. 상기 제 1 임펠러 커버(150)에는, 상기 제 1 임펠러(141)측으로 냉매의 유입을 가이드 하는 유입공(150a)이 형성된다. 냉매는 상기 유입공(150)을 통하여 상기 제 1 임펠러(141)로 유입되며, 상기 제 1 임펠러(141)와 제 1 임펠러 커버(150)의 사이 공간을 유동하면서 압축될 수 있다.
상기 제 1 임펠러 커버(150)에는, 상기 연결배관(135)이 결합되는 배관 연결부(153)가 형성된다. 상기 배관 연결부(153)는 상기 제 1 임펠러 커버(150)가 관통하여 형성되는 홀(hole)로서 이해된다.
그리고, 상기 제 1 임펠러 커버(150)에는, 상기 배관 연결부(153)를 통하여 공급되는 냉매 액적이 유동할 수 있는 냉매 유로(152)가 형성된다. 상기 냉매 유로(152)는 상기 제 1 임펠러 커버(150)의 일면이 함몰되어 형성되며, 상기 제 1 임펠러 커버(150)의 외주면을 따라 대략 스파이럴 형상으로 형성될 수 있다. 상기 스파이럴 형상은, 후술할 다수의 노즐(180)의 배치 형상에 대응될 수 있다.
상기 배관 연결부(153)를 통하여 상기 제 1 임펠러 커버(150)측으로 유동한 냉매 액적은 상기 냉매 유로(152)를 따라 퍼질 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기의 채널 형성부의 구성을 보여주는 종단면도이고, 도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기의 채널 형성부의 일부 구성을 보여주는 단면도이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기(100)의 제 1 채널 형성부(161)는 제 1 임펠러 커버(150)의 테두리부를 따라 결합되도록 제공될 수 있다.
상기 제 1 채널 형성부(161)에는, 대략 환형의 본체부(161a) 및 상기 본체부(161a)의 일면으로부터 함몰되어 형성되며 노즐(180)이 장착되는 노즐 장착부(162)가 포함된다.
상기 노즐 장착부(162)에는, 상기 노즐(180)이 수용되는 제 1 장착부(162a) 및 상기 제 1 장착부(162a)와 연통되며 디스크(193) 및 가스켓(195)이 설치되는 제 2 장착부(162b)가 포함된다.
상기 노즐(180)은 상기 제 1 장착부(162a) 및 제 2 장착부(162b)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 제 1 장착부(162a)는 상기 노즐(180)의 전방부의 직경에 대응하는 폭으로 형성되어 상기 노즐(180)의 외측을 지지하도록 구성된다.
그리고, 상기 제 2 장착부(162b)에는, 상기 노즐(180)의 후방부 및 상기 노즐(180)의 후방부를 둘러싸는 디스크(193)가 배치되도록 구성된다. 즉, 상기 디스크(193)는 상기 노즐(180)의 후방부 외측을 지지하며, 소정의 접촉 면적을 가지는 패드(pad)로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 가스켓(195)은 상기 디스크(193)의 일면에 밀착하여 제공되어, 상기 노즐(180)로부터 분사되는 냉매 액적이 상기 제 1 임펠러 커버(150)측으로 역류하는 것을 방지하는 실링 효과를 가진다.
상기 본체부(161a)에는, 상기 제 1 임펠러 커버(150)의 선단부가 결합되는 커버 결합부(164)가 형성된다. 상기 커버 결합부(164)는 상기 본체부(161a)의 타면으로부터 함몰되어 형성되며, 상기 노즐 장착부(162)와 연통된다.
다시 말하면, 상기 본체부(161a)는, 상기 노즐 장착부(162) 및 커버 결합부(164)에 의하여, 상기 본체부(161a)의 일면으로부터 타면을 향하여, 관통되도록 형성된다.
상기 커버 결합부(164)의 일측에는, 상기 채널 형성부(161)와 제 1 임펠러 커버(150)의 결합 영역에 제공되는 오링(O-ring,191, 도 10 참조)이 설치될 수 있다. 상세히, 상기 채널 형성부(161)에는, 상기 오링이 설치되는 오링 장착부(163)가 형성된다. 상기 오링은, 상기 노즐(180)의 작동 과정에서 발생되는 압력에 의하여 상기 결합 영역에 존재하는 간극을 실링할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 노즐로부터 냉매 액적이 분사되는 모습을 보여주는 채널 형성부와 제 1 임펠러 커버의 결합구조에 관한 도면이다. 도 10을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 노즐의 작용에 관하여 설명한다.
상기 제 1 채널 형성부(161)에 노즐(180)이 설치된 상태에서, 상기 제 1 임펠러 커버(150)와 제 1 채널 형성부(161)가 결합되면, 상기 노즐(180)은 상기 제 1 임펠러 커버(150)의 냉매 유로(152)에 연통될 수 있다. 즉, 상기 노즐(180)은 상기 냉매 유로(152)의 일측에 위치될 수 있다.
상기 노즐(180)은 상기 냉매 유로(152)를 따라 서로 이격되어 다수 개가 제공되며, 다수의 노즐(180)은 스파이럴 형상(spiral) 형상을 가지도록 배치될 수 있다.
그리고, 상기 노즐(180)은 상기 디스크(193) 및 가스켓(193)에 의하여 고정될 수 있으며, 상기 노즐(180)의 선단부는 상기 채널 형성부(161)의 본체부(161a)의 내주면에 정렬될 수 있다. 그리고, 상기 노즐(180)의 선단부에는, 냉매가 분사되는 분사부(181)가 형성된다.
상기 액적 공급배관(70)을 통하여 상기 응축기(20)로부터 공급된 액상의 냉매는 상기 커버 하우징(130) 및 연결배관(135)을 경유하여, 상기 제 1 임펠러 커버(150)의 냉매 유로(152)로 유입된다.
그리고, 상기 냉매 유로(152)의 냉매는 상기 노즐(180)로 유입되며, 상기 분사부(181)를 통하여 상기 제 1 채널 형성부(161)의 내측 공간으로 분사된다.
상기 제 1 채널 형성부(161)의 내측 공간은 상기 채널 유로(168)를 형성한다. 따라서, 냉매 액적은 상기 채널 유로(168)로 공급되어 상기 제 1 임펠러(141)에서 1단 압축되어 유동하는 가스 냉매와 작용할 수 있다. 이 과정에서, 가스 냉매에 의한 소음 파형이 상쇄될 수 있다.
특히, 상기 다수의 노즐(180)은 상기 제 1 임펠러 커버(160) 또는 제 1 채널 형성부(161)를 따라 스파이럴 형상으로 설치되어, 다양한 위상을 가지는 소음원을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 이하에서는, 다수의 노즐(180)의 배치와 관련하여, 도면을 참조하여 설명한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 다수의 노즐이 스파이럴 형상으로 배치된 모습에 관한 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제 1 채널 형성부(161)에는, 다수의 노즐이 나선형 또는 스파이럴 형상(spiral shape)으로 배치된다. 이에 대응하여, 상기 제 1 임펠러 커버(150)의 냉매 유로(152)는 다수의 노즐과 연통될 수 있도록, 나선형 또는 스파이럴 형상을 가질 수 있다.
상기 스파이럴 형상은 상기 제 1 채널 형성부(161)의 중심(C)으로부터 상기 다수의 노즐(180)까지의 거리(R)가 서로 다르게 형성되는 것으로 이해된다. 여기서, 상기 제 1 채널 형성부(161)의 중심(C)은 상기 제 1 임펠러(141) 또는 제 2 임펠러(143)의 회전중심에 대응될 수 있다.
일례로, 상기 제 1 채널 형성부(161)의 중심(C)으로부터 상기 다수의 노즐(180) 중 일 노즐(180)까지의 거리(R1)는, 상기 제 1 채널 형성부(161)의 중심(C)으로부터 상기 다수의 노즐(180) 중 타 노즐(180)까지의 거리(R2)와 다르게 형성된다.
상세히, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 채널 형성부(161)의 중심(C)을 가로지르는 가로 중심선(ℓ1)과 세로지르는 세로 중심선(ℓ2)을 규정할 때, 상기 다수의 노즐(180)은 4개의 사분면에 각각 배치되는 것으로 이해된다.
이 때, 각 사분면에 배치되는 다수의 노즐(180)은 설정된 패턴으로, 상기 중심(C)으로부터의 거리가 변화되도록 구성될 수 있다.
상기 다수의 노즐(180)은 상기 제 1 채널 형성부(161)에 고정되어 상기 채널 유로(168)로 액적 냉매를 분사하게 된다. 그리고, 분사된 액적 냉매는 회전하는 제 1 임펠러(141) 및 제 3 채널 형성부(167)에 의하여, 상대적으로 회전 반경의 접선 방향으로 분사되는 효과를 가지게 된다.
이 때, 상기 중심(C)으로부터 상기 일 노즐과 타 노즐의 거리가 각각 다르게 형성되므로, 상기 채널 유로(168)의 서로 다른 위치에 액적 냉매가 고르게 분사될 수 있다.
즉, 상기 다수의 노즐(180)이 작동하는 과정에서, 액적 냉매가 매순간 서로 다른 위치(또는 위상)에 분사됨으로써, 상기 채널 유로(168)를 유동하는 가스 냉매의 다양한 소음 파형을 효과적으로 상쇄시킬 수 있게 된다.
결국, 상기 다수의 노즐(180)이 원형(circular)으로 배치되어, 채널 유로내의 일정한 위치에 액적 냉매가 분사되는 경우와 비교하여, 소음저감 효과가 증대될 수 있다는 장점이 있다.
10 : 터보 냉동기 20 : 응축기
30 : 제 1 팽창장치 40 : 이코노마이저
50 : 제 2 팽창장치 60 : 증발기
70 : 액적 공급배관 100 : 압축기
101 : 케이싱 110 : 모터
115 : 동력전달 부재 120 : 회전축
130 : 커버 하우징 135 : 연결배관
141 : 제 1 임펠러 143 : 제 2 임펠러
150 : 제 1 임펠러 커버 152 : 냉매 유로
153 : 배관 연결부 160 : 리턴 채널
161 : 제 1 채널 형성부 162 : 노즐 장착부
163 : 오링 장착부 164 : 커버 결합부
170 : 제 2 임펠러 커버 180 : 노즐
181 : 분사부 193 : 디스크
195 : 가스켓

Claims (14)

  1. 냉매를 압축하는 터보 압축기;
    상기 터보 압축기에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기;
    상기 응축기에서 응축된 냉매를 감압시키는 팽창장치;
    상기 팽창장치에서 감압된 냉매를 증발시키는 증발기; 및
    상기 응축기에서 응축된 액 냉매를 상기 터보 압축기로 가이드 하는 액적 공급배관이 포함되며,
    상기 터보 압축기에는,
    냉매를 다단 압축하는 제 1 임펠러 및 제 2 임펠러;
    상기 제 1 임펠러에서 압축된 냉매를 상기 제 2 임펠러로 가이드 하는 채널 유로를 형성하는 리턴 채널; 및
    상기 액적 공급배관의 액 냉매를 상기 채널 유로로 분사하는 다수의 노즐이 포함되며,
    상기 다수의 노즐은, 스파이럴 형상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 터보 냉동기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 임펠러의 외측을 둘러싸며, 냉매 유로가 형성되는 제 1 임펠러 커버; 및
    상기 리턴 채널에 구비되며, 상기 제 1 임펠러 커버의 냉매 유로로부터 액 냉매를 공급받는 제 1 채널 형성부가 더 포함되는 터보 냉동기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 채널 형성부에는,
    상기 다수의 노즐이 설치되는 노즐 장착부; 및
    상기 제 1 임펠러 커버의 냉매 유로에 연통하며, 상기 제 1 임펠러 커버의 적어도 일부분이 결합되는 커버 결합부가 포함되는 터보 냉동기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 다수의 노즐은 상기 제 1 임펠러 커버의 냉매 유로의 일측에 위치되는 것을 특징으로 하는 터보 냉동기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 노즐 장착부에는,
    상기 노즐을 지지하는 디스크; 및
    상기 디스크에 결합되는 가스켓이 더 포함되는 터보 냉동기.
  7. 삭제
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 채널 형성부의 중심으로부터 상기 다수의 노즐 중 일 노즐까지의 거리(R1)는,
    상기 제 1 채널 형성부의 중심(C)으로부터 상기 다수의 노즐 중 타 노즐까지의 거리(R2)와 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 냉동기.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 다수의 노즐은,
    상기 제 1 채널 형성부의 중심을 가로 지르는 가로 중심선 및 상기 제 1 채널 형성부의 중심을 세로 지르는 세로 중심선에 의하여 구분되는 4개의 사분면에 위치되며,
    각 사분면에 배치되는 다수의 노즐은 설정된 패턴으로, 상기 중심으로부터의 거리가 변화되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 터보 냉동기.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 터보 압축기에는,
    냉매 흡입구 및 상기 액적 공급배관이 연결되는 결합부가 형성되는 커버 하우징; 및
    상기 커버 하우징의 결합부로부터 상기 제 1 임펠러 커버로 연장되는 연결배관이 더 포함되는 터보 냉동기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 임펠러 커버에는, 상기 연결배관이 결합되는 배관 연결부가 포함되며, 상기 냉매 유로는 상기 배관 연결부에 연통되는 것을 특징으로 하는 터보 냉동기.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 액적 공급배관은,
    상기 응축기의 하부로부터 상기 커버 하우징으로 연장되는 것을 특징으로 하는 터보 냉동기.
  13. 제 3 항에 있어서,
    상기 리턴 채널에는,
    상기 제 1 임펠러에 결합되는 제 2 채널 형성부; 및
    상기 제 1 채널 형성부에 결합되는 제 3 채널 형성부가 더 포함되는 터보 냉동기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 임펠러의 외측을 둘러싸도록 배치되는 제 2 임펠러 커버가 더 포함되며, 상기 제 3 채널 형성부는 상기 제 2 임펠러 커버의 일측에 결합되는 것을 특징으로 하는 터보 냉동기.




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