KR102124452B1 - 터보 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보 압축기에 관한 것이다. 본 발명의 사상에 따른 터보 압축기에는, 하우징, 구동축, 임펠러, 쉬라우드 및 상기 임펠러와 상기 쉬라우드의 사이에 배치되어 상기 임펠러에서 토출된 냉매의 누설을 방지하는 실링부재가 포함된다. 그리고, 상기 실링부재에는, 상기 임펠러의 반경방향 외측을 둘러싸도록 배치되며, 원주방향으로 분할된 복수의 아크 실이 포함된다. 이때, 상기 복수의 아크 실은 반경방향으로 이동가능하게 마련된다.

Description

터보 압축기{Turbo Compressor}

본 발명은 터보 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기(Compressor)는 전기 모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축하여 압력을 높여주는 기계장치로서, 상기 가전제품 또는 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.

상기 압축기에는, 고속으로 회전하는 날개 바퀴(임펠러)를 이용하여 원심력을 작용시켜서 속도 에너지의 일부를 압력 에너지로 바꿔 유체의 압축을 수행하는 터보 압축기가 포함된다. 예를 들어, 상기 터보 압축기는 칠러시스템에 사용될 수 있다. 일반적으로 상기 칠러시스템에 사용되는 압축기는 터보 압축기에 해당된다.

상기 칠러시스템은 일반적으로 냉수를 수요처로 공급하는 시스템을 의미한다. 자세하게는, 상기 칠러시스템은, 냉매사이클을 순환하는 냉매와 수요처를 순환하는 냉수 간에 열교환에 의해, 냉수를 냉각시키는 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 칠러시스템은 비교적 대용량 설비로서 규모가 큰 건물 등에 설치되는 것으로 이해될 수 있다.

따라서, 상기 터보 압축기에는, 유체를 회전시키기 위한 임펠러가 포함된다. 이때, 상기 임펠러는 안정적인 구동을 위해 다른 장치들과 소정의 간극을 두고 설치된다. 그러나, 이와 같은 간극으로 유체가 유동되어 유동손실이 발생될 수 있다. 그에 따라, 상기 터보 압축기에는 상기 임펠러와의 간극을 유지하며 유동손실을 방지하는 실링부재가 구비된다.

이와 같은 터보 압축기와 관련하여, 본 출원인은 선행문헌 1을 출원한 바 있다.

<선행문헌 1>

1. 공개번호 : 제10-2001-0010870호 (공개일자 : 2001년 2월 15일)

2. 발명의 명칭 : 터보 압축기의 실링부재

상기 선행문헌 1에는, 임펠러의 배면쪽을 통해 상대적으로 저압인 모터실로 유체가 누설되는 것을 방지하는 실링부재를 개시하였다. 상기 실링부재는 상기 임펠러에서 토출된 고압의 유체에 의해 기울어짐에 따라 유체의 유동을 방지하는 구조로 형성된다.

이때, 상기 선행문헌 1의 실링부재에 의해 변화되는 간극이 매우 좁다는 문제점이 있다. 자세하게는, 상기 실링부재는 그 크기에 비해 기울임 각도가 작기 때문에 조절할 수 있는 간극의 변화가 매우 작기 때문이다.

따라서, 유체의 누설을 효과적으로 방지할 수 없거나, 상기 임펠러가 크게 이동되는 경우 최소 간극을 보호하지 못하는 문제점이 있다. 그에 따라, 상기 임펠러와 주변 장치간의 간섭이 발생되고 파손 등의 문제가 발생될 수 있다.

또한, 상기 실링부재는 간극이 일정하지 않게 형성된다는 문제점이 있다. 자세하게는, 조건에 따라 유체의 토출압이 다양하게 생성되고, 상기 실링부재의 기울임 각도가 각각 다르게 형성될 수 있기 때문이다.

또힌, 상기 실링부재가 축 내부에 배치됨에 따라, 상기 실링부재의 면적이 제한된다는 문제점이 있다. 그에 따라, 설계의 변경에 따라 필요로 하는 크기를 확보하지 못하고, 상기 실링부재가 그 기능을 효과적으로 수행하지 못할 수 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 임펠러와의 간섭을 방지하고 효과적으로 유체의 누설을 방지하는 실링부재을 포함하는 터보 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 별도의 동력원없이 상기 임펠러의 구동에 따라 이동되어 임펠러와의 간섭을 방지하고 효과적으로 유체의 누설을 방지하는 실링부재를 포함하는 터보 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 사상에 따른 터보 압축기에는, 하우징; 상기 하우징의 내부에 수용되며, 가스 베어링에 의해 지지되는 구동축; 상기 구동축과 함께 회전되어 축방향으로 유입되는 냉매를 반경방향으로 토출시키는 임펠러; 상기 하우징에 결합되며, 상기 임펠러가 반경방향 내측에 수용되도록 배치되는 쉬라우드; 및 상기 임펠러와 상기 쉬라우드의 사이에 배치되어 상기 임펠러에서 토출된 냉매의 누설을 방지하는 실링부재;가 포함되고, 상기 쉬라우드와 상기 임펠러의 사이에는, 상기 쉬라우드와 상기 임펠러가 이격되어 배치되도록 에어갭이 형성되고, 상기 실링부재에는, 상기 임펠러의 반경방향 외측을 둘러싸도록 배치되며, 원주방향으로 분할된 복수의 아크 실(arc-seal)이 포함되고, 상기 쉬라우드에는, 상기 임펠러와 인접한 반경 방향 내측면에서 반경 방향으로 외측으로 함몰되며, 상기 복수의 아크실이 삽입되는 실 실치홈이 형성되고, 상기 아크실은, 축 방향으로 연장되는 제 1 실링부 및 상기 제 1 실링부에서 반경 방향 내측으로 연장되어 래비린스 아크실을 형성하는 복수의 제 2 실링부가 포함되고, 상기 복수의 아크 실은 반경방향 내측 또는 외측으로 이동가능하게 구비되고, 상기 복수의 아크 실이 반경 방향 외측으로 이동될 때, 상기 에어갭이 증가되도록 상기 제 1 실링부 및 제 2 실링부는 상기 실 설치홈에 삽입된다.

그리고, 상기 실링부재에는, 상기 임펠러의 반경방향 외측을 둘러싸도록 배치되며, 원주방향으로 분할된 복수의 아크 실(arc-seal)이 포함된다. 이때, 상기 복수의 아크 실은 반경방향으로 이동가능하게 마련된다.

상기 임펠러가 회전됨에 따라, 상기 복수의 아크 실은 서로 원주방향으로 접하도록 반경방향 내측으로 이동되어 하나의 링을 형성할 수 있다.

또한, 상기 임펠러의 회전이 정지됨에 따라, 상기 복수의 아크 실은 서로 원주방향으로 이격되도록 반경방향 외측으로 이동될 수 있다.

상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기에 의하면 다음과 같은 효과를 있다.

구동축 및 임펠러의 동작에 따라 실링부재가 상기 임펠러와 인접하게 이동되기 때문에, 상기 임펠러와의 간섭을 방지하고 효과적으로 유체의 누설을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

특히, 상기 실링부재는 상기 임펠러에 의해 가압된 냉매에 의해 이동되기 때문에, 별도의 동력원을 필요로 하지 않는다는 장점이 있다. 그에 따라, 재료비 및 설치비 등을 저감할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 가스 베어링을 사용하여 비교적 이동범위가 큰 경우에도 간섭이 발생되지 않는다는 장점이 있다. 자세하게는, 상기 임펠러가 정상적으로 위치됨과 동시에 상기 실링부재가 상기 임펠러와 인접하게 위치되기 때문에, 상기 임펠러의 이동범위가 커도 상기 실링부재와 간섭이 발생되지 않는다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터보 압축기가 설치되는 칠러시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터보 압축기의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 A부분을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터보 압축기의 실링부재를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터보 압축기의 실링부재의 다양한 형상을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터보 압축기의 실링부재의 이동을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 터보 압축기의 실링부재의 이동을 도시한 도면이다.
도 10은 도 8의 B부분 및 도 9의 C부분을 도시한 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 터보 압축기의 실링부재의 이동을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러시스템을 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 사상에 따른 칠러시스템(10)에는, 칠러유닛(100), 냉각탑(20) 및 수요처(30)를 포함된다.

상기 칠러유닛(100)은 냉동 사이클이 형성되는 구성으로 이해될 수 있다. 상기 칠러시스템(10)은 상기 칠러유닛(100)과 동일하게 사용될 수도 있다. 즉, 상기 칠러유닛(100)이 상기 칠러시스템(10)으로 명칭될 수도 있다.

상기 냉각탑(20)은 상기 칠러유닛(100)에 냉각수를 공급하는 구성이다. 또한, 상기 칠러시스템(10)에는, 상기 냉각탑(20) 대신 송풍팬 등이 구비되어 공기와 열교환될 수 있다. 예를 들어, 상기 냉각탑(20)은 비교적 큰 규모의 칠러시스템에 설치되고, 상기 송풍팬 등은 비교적 적은 규모의 칠러시스템에 설치될 수 있다.

상기 수요처(20)는 상기 칠러유닛(100)과 열교환 되는 냉수가 순환하는 구성에 해당된다. 이때, 상기 수요처(30)는 냉수를 이용하여 공기조화를 수행하는 장치 또는 본체공간으로 이해될 수 있다.

상기 칠러유닛(100)과 상기 냉각탑(20)의 사이에는, 냉각수 순환유로(40)가 제공된다. 상기 냉각수 순환유로(40)는 냉각수가 상기 냉각탑(20)과 상기 칠러유닛(100)을 순환하도록 가이드 하는 배관이다.

상기 냉각수 순환유로(40)에는, 냉각수 입수유로(42) 및 냉각수 출수유로(44)가 포함될 수 있다. 상기 냉각수 입수유로(42)는 냉각수가 상기 칠러유닛(100)으로 유입되도록 가이드 하는 배관에 해당된다. 또한, 상기 냉각수 출수유로(44)는 상기 칠러유닛(100)에서 가열된 냉각수가 상기 냉각탑(20)으로 유동하도록 가이드 하는 배관에 해당된다.

상기 냉각수 입수유로(42) 및 상기 냉각수 출수유로(44) 중 적어도 하나에는, 냉각수의 유동을 위하여 구동되는 냉각수 펌프(46)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 1에는 상기 냉각수 입수유로(42)에 상기 냉각수 펌프(46)가 제공되는 것으로 도시하였다.

상기 냉각수 출수유로(44)에는, 상기 냉각탑(20)으로 유입되는 냉각수의 온도를 감지하는 출수 온도센서(47)가 제공될 수 있다. 그리고, 상기 냉각수 입수유로(42)에는, 상기 냉각탑(20)으로부터 토출되는 냉각수의 온도를 감지하는 입수 온도센서(48)가 제공될 수 있다.

상기 칠러유닛(100)과 상기 냉수 수요처(30)의 사이에는, 냉수 순환유로(50)가 제공된다. 상기 냉수 순환유로(50)는 냉수가 상기 냉수 수요처(30)와 상기 칠러유닛(100)을 순환하도록 가이드 하는 배관이다.

상기 냉수 순환유로(50)에는, 냉수 입수유로(52) 및 냉수 출수유로(54)가 포함될 수 있다. 상기 냉수 입수유로(52)는 냉수가 상기 칠러유닛(100)으로 유입되도록 가이드 하는 배관에 해당된다. 상기 냉수 출수유로(54)는 상기 칠러유닛(100)에서 냉각된 냉수가 상기 냉수 수요처(30)로 유동하도록 가이드 하는 배관에 해당된다.

상기 냉수 입수유로(52) 및 상기 냉수 출수유로(54) 중 적어도 하나에는, 냉수의 유동을 위하여 구동되는 냉수 펌프(56)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 1에는 상기 냉수 입수유로(52)에 상기 냉수 펌프(56)가 제공되는 것으로 도시하였다.

이때, 상기 냉수 수요처(30)는 공기를 냉수와 열교환시키는 수냉식 공조기일 수 있다.

예를 들어, 상기 냉수 수요처(30)는, 실내 공기와 실외 공기를 혼합한 후 혼합 공기를 냉수와 열교환시켜 실내로 토출하는 에어 핸들링 유닛(AHU, Air Handling Unit), 실내에 설치되어 실내 공기를 냉수와 열교환 시킨 후 실내로 토출하는 팬 코일 유닛(FCU, Fan Coil Unit) 및 실내의 바닥에 매설된 바닥 배관유닛 중 적어도 하나의 유닛을 포함할 수 있다.

도 1에는, 상기 냉수 수요처(30)가 에어 핸들링 유닛으로 구성되는 것으로 도시하였다.

상기 에어 핸들링 유닛으로 구성된 상기 냉수 수요처(30)에는, 케이싱(61), 냉수 코일(62) 및 송풍기(63, 64)가 포함될 수 있다. 상기 냉수 코일(62)은 상기 케이싱(61)의 내부에 설치되며 냉수가 통과되는 구성에 해당된다.

상기 송풍기(63, 64)는 상기 냉수 코일(62)의 양측에 제공되며 실내 공기와 실외 공기를 흡입하여 실내로 송풍시킬 수 있다. 상기 송풍기(63, 64)에는, 제 1 송풍기(63) 및 제 2 송풍기(64)가 포함될 수 있다. 상기 제 1 송풍기(63)는 실내 공기와 실외 공기가 상기 케이싱(61)의 내부로 흡입되도록 설치된다. 또한, 상기 제 2 송풍기(64)는 공조된 공기가 상기 케이싱(61)의 외부로 배출되도록 설치된다.

또한, 상기 케이싱(61)에는, 실내공기 흡입부(65), 실내공기 배출부(66), 외기 흡입부(67) 및 공조공기 배출부(68)가 형성될 수 있다.

상기 송풍기(63, 64)가 구동되면, 실내에서 상기 실내공기 흡입부(65)로 흡입된 공기 중 일부는 상기 실내공기 배출부(66)로 배출된다. 또한, 상기 실내공기 배출부(66)로 배출되지 않는 나머지 공기는, 상기 외기 흡입부(67)로 흡입된 실외 공기와 혼합될 수 있다.

그리고, 혼압된 공기는 상기 냉수 코일(62)과 열교환 된다. 그리고, 상기 냉수 코일(62)과 열교환 또는 냉각된 혼합 공기는 상기 공조공기 배출부(68)를 통하여 실내로 토출될 수 있다. 이와 같은 과정을 통해 실내에 조화된 공기를 공급하여 실내본체공간을 냉방할 수 있다.

또한, 상기 냉수 수요처(30)는 냉수를 직접적으로 이용하는 설비에 해당될 수 있다. 예를 들어, 상기 냉수 수요처(30)는 반도체부품의 온도를 낮추는 냉수를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 사상에 따른 칠러시스템(10)은 냉각수를 상기 냉각탑(20)이 아닌 온수 수요처에 공급할 수 있다.

본 발명의 사상에 따른 칠러시스템(10)은 도 1에 도시된 구성에 한정되지 않으며 다양한 구성으로 구비될 수 있다. 즉, 상기 칠러시스템(10)의 구성은 예시적인 것으로 추가 또는 생략되거나 변형될 수 있다.

이하, 상기 칠러유닛(100)에 대하여 자세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 상기 칠러유닛(100)은 상기 칠러시스템(10)에서 냉동 사이클이 형성되는 부분에 해당된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 사상에 따른 칠러유닛(100)에는 압축기(200), 상기 증발기(150) 및 상기 응축기(140)가 포함된다.

상기 압축기(200)는 냉매를 압축하기 위한 구성요소이다. 본 발명의 사상에 따른 압축기(200)는 원심 압축기의 일종인 터보 압축기로 구비될 수 있다. 상기 원심 압축기는 임펠러 또는 블레이드 등 회전체를 통해 냉매의 운동 에너지를 정압 에너지로 변환함으로써 냉매를 압축하여 토출하는 방식의 압축기로 이해된다.

상기 응축기(140)는 상기 압축기(200)에서 토출된 냉매와 상기 냉각수 순환유로(40)를 유동하는 냉각수가 열교환되는 구성이다. 즉, 상기 응축기(140)에는 상기 압축기(200)로부터 압축된 냉매가 유입될 수 있다. 상기 증발기(150)는 상기 응축기(140)에서 토출된 냉매와 상기 냉수 순환유로(50)를 유동하는 냉수가 열교환되는 구성이다.

이때, 상기 응축기(140)는 바닥면에 설치되고, 상기 응축기(140)의 상부에 상기 증발기(150)가 설치되며, 상기 증발기(150)의 상부에 상기 압축기(200)가 설치된다. 이와 같은 배치는 예시적인 것으로 상기 압축기(200), 상기 증발기(150) 및 상기 응축기(140)는 다양하게 배치될 수 있다.

상기 응축기(140) 및 상기 증발기(150)에는, 축방향으로 연장된 원통형상으로 마련된 응축기 본체(170) 및 증발기 본체(180)가 구비된다. 상기 응축기 본체(170) 및 상기 증발기 본체(180)는 동일한 축방향길이를 갖도록 구비되며 서로 평행하게 상하방향으로 소정의 간격으로 이격되어 설치될 수 있다. 특히, 상기 응축기 본체(170) 및 상기 증발기 본체(180)는 바닥면과 상기 축방향이 평행하도록 설치될 수 있다.

상기 응축기 본체(170) 및 상기 증발기 본체(180)의 양 단에는 설치를 위한 플레이트(172, 182)가 각각 결합된다. 상기 플레이트(172, 182)는 사각형상으로 구비될 수 있으며, 상기 바닥면과 수직으로 설치될 수 있다. 또한, 상기 플레이트(172, 182)에는, 상기 응축기 본체(170)에 설치되는 응축플레이트(172) 및 상기 증발기 본체(180)에 설치되는 증발플레이트(182)가 포함된다.

상기 응축플레이트(172)는 상기 바닥면에 안정적으로 설치될 수 있도록, 상기 바닥면에 평평하게 마련되는 레그(171)와 결합될 수 있다. 상기 증발플레이트(182)는 하단부가 상기 응축플레이트(172)의 상단부와 결합될 수 있다. 이때, 각 결합은 볼트 등에 의한 결합부재를 통해 결합되거나, 용접 등으로 결합될 수 있다.

상기 응축플레이트(172) 및 상기 증발플레이트(182)에는, 냉각수 및 냉수가 수용되는 냉각수수용부(174) 및 냉수수용부(184)가 구비된다.

정리하자면, 상기 응축기(140)는, 상기 응축기 본체(170)의 양 단에 상기 응축플레이트(172)가 각각 결합되고, 상기 응축플레이트(172)의 외측에 상기 냉각수수용부(174)가 각각 결합된 형태로 마련된다. 또한, 상기 증발기(150)는, 상기 증발기 본체(180)의 양 단에 상기 증발플레이트(182)가 각각 결합되고, 상기 증발플레이트(182)의 외측에 상기 냉수수용부(184)가 각각 결합된 형태로 마련된다.

상기 냉각수수용부(174) 및 상기 냉수수용부(184)에는 상기 냉각수 순환유로(40) 및 상기 냉수 순환유로(50)와 결합되는 냉각수결합부(176, 177) 및 냉수결합부(186, 187)가 마련된다.

자세하게는, 상기 냉각수수용부(174)에는, 상기 냉각수 입수유로(42)와 결합되는 제 1 냉각수결합부(176)와 상기 냉각수 출수유로(44)와 결합되는 제 2 냉각수결합부(177)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 냉수수용부(184)에는, 상기 냉수 입수유로(52)와 결합되는 제 1 냉수결합부(186)와 상기 냉수 출수유로(54)와 결합되는 제 2 냉수결합부(187)가 구비될 수 있다

도 2를 참고하면, 상기 제 1 냉수결합부(186), 상기 제 2 냉수결합부(187), 상기 제 1 냉각수결합부(176) 및 상기 제 2 냉각수결합부(187)는 상하방향으로 차례로 배치될 수 있다. 다만, 이와 같은 배치는 예시적인 것으로 이해된다.

또한, 본 발명의 사상에 따른 칠러유닛(100)에는, 각 구성을 제어할 수 있는 장치가 구비된 컨트롤박스(160)가 포함될 수 있다. 상기 컨트롤박스는 상기 응축기(140) 및 상기 증발기(150)의 일 측에 박스 형상으로 부착될 수 있다.

상기에서 설명한 칠러유닛의 구성은 예시적인 것으로 추가 또는 생략되거나 변형될 수 있다. 예를 들어, 상기 칠러유닛(100)에는, 이코노마이저(Economizer)가 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 압축기(200), 상기 응축기(140) 및 상기 증발기(150)는 배관을 통해 서로 연결된다.

이하, 상기 응축기(140)와 상기 증발기(150)를 연결하는 배관을 연결배관(102)이라 한다. 상기 연결배관(102)은 상기 응축기(140)에서 응축된 액냉매가 유동되는 배관으로 이해될 수 있다. 또한, 상기 연결배관(102)에는, 냉매를 팽창시키는 팽창장치(103)가 구비될 수 있다.

이때, 상기 칠러유닛(100)에는, 상기 연결배관(102)과 상기 압축기(200)를 연결하는 인젝션 배관(104)이 더 포함된다. 상기 인젝션 배관(104)은 상기 액배관(102)으로 유동되는 냉매 중 적어도 일부가 유동되는 배관으로 이해될 수 있다.

즉, 상기 인젝션 배관(104)은 상기 연결배관(102)에서 분지된 배관으로 이해될 수 있다. 특히, 상기 인젝션 배관(104)은 상기 팽창장치(103)보다 유동방향상 후방에서 분지될 수 있다. 또한, 상기 인젝션 배관(104)에는, 냉매를 팽창시키는 인젝션 팽창장치(105)가 구비될 수 있다.

이와 같은 상기 연결배관(102) 및 상기 인젝션 배관(104)의 배치는 설계에 따라 다르게 구비될 수 있다. 또한, 상기 팽창장치(103) 및 상기 인젝션 팽창장치(105)는 다양한 형태, 개수 및 위치에 배치될 수 있다.

예를 들어, 상기 인젝션 팽창장치(105)가 생략되고, 상기 인젝션 배관(104)이 상기 팽창장치(103)보다 유동방향상 전방에서 분지될 수 잇다. 즉, 상기 팽창장치(103)에서 팽창된 냉매가 상기 인젝션 배관(104)으로 유동될 수 있다.

또한, 상기 증발기(150)와 상기 압축기(200)를 연결하는 배관을 압축기 유입배관(106)이라 한다. 상기 압축기 유입배관(106)은 상기 증발기(150)에서 증발된 냉매가 유동되는 배관으로 이해될 수 있다.

또한, 상기 응축기(140)와 상기 압축기(200)를 연결하는 배관을 압축기 토출배관(108)이라 한다. 상기 압축기 토출배관(108)은 상기 압축기(200)에서 압축된 냉매가 유동되는 배관으로 이해될 수 있다.

이하, 상기 칠러시스템(10)에서의 유체의 유동을 설명한다.

상기 압축기(200)에서 압축된 냉매는 상기 압축기 토출배관(108)을 따라 상기 응축기(140)로 유동된다. 그리고, 냉매는 상기 응축기(140)에서 냉각수와 열교환된다. 자세하게는, 상기 압축기(200)에서 유동된 냉매는 상기 응축기 본체(170)로 투입되고, 상기 응축기 본체(170)의 내부에 마련된 복수의 냉각수 배관(175)을 유동하는 냉각수와 접촉되면서 서로 열교환된다.

이때, 냉매는 냉각수에 열을 방출하며 응축되고, 냉각수는 냉매의 열을 전달받아 온도가 높아진다. 한편, 상기 칠러시스템(10)에 상기 냉각탑(20)이 생략되는 경우, 냉매는 외부공기와 열교환될 수 있다.

상기 응축기(140)에서 응축된 냉매는 상기 연결배관(103)을 따라 상기 증발기(150)로 유동된다. 이때, 상기 연결배관(103)으로 유동되는 냉매 중 일부는 상기 인젝션 배관(104)을 따라 상기 압축기(200)로 유동될 수 있다.

또한, 상기 연결배관(103)으로 유동되는 냉매는 상기 팽창장치(103)에서 팽창되어 상기 증발기(150)로 유입될 수 있다. 그리고, 상기 증발기(150)에서 냉수와 열교환된다.

자세하게는, 냉매는 상기 증발기 본체(180)로 투입되고, 상기 증발기 본체(180)의 내부에 마련된 복수의 냉수 배관(185)을 유동하는 냉수와 접촉되면서 서로 열교환된다. 이때, 냉매는 냉수의 열을 흡수하며 증발되고, 냉수는 냉매로 열을 빼앗겨 온도가 낮아진다.

그리고, 냉수가 열교환되어 증발된 냉매는 상기 압축기 유입배관(106)을 따라 상기 압축기(200)로 유동된다. 또한, 냉매는 상기와 같은 과정을 순환할 수 있다.

이하, 이와 같은 구성을 바탕으로 상기 압축기(200)에 대하여 자세하게 설명한다.

도 3는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터보 압축기의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 A부분을 도시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 압축기(200)에는 외관을 형성하는 하우징(210)이 포함된다. 상기 하우징(210)은 내부공간을 형성하도록 구비될 수 있다. 그리고, 상기 하우징(210)은 냉매가 유동될 수 있도록 개구되어 구비된다.

상기 하우징(210)의 내부에는, 구동축(220) 및 상기 구동축(220)에 구동력을 부여하는 스테이터(215)가 수용된다. 자세하게는, 상기 스테이터(215)는 상기 하우징(210)의 내측에 고정되어 배치되고, 상기 구동축(220)은 상기 스테이터(215)의 내측에 회전가능하게 배치된다.

상기 구동축(220)은 회전축과 상기 스테이터(215)와의 전자기력으로 회전력을 발생시키는 로터가 일체로 형성된 구성을 이해된다. 자세하게는, 상기 로터가 상기 회전축의 내측에 배치되어 하나의 구동축(220)으로 형성될 수 있다.

다만, 이는 예시적인 것으로 상기 압축기(200)에는, 상기 회전축과 상기 로터가 별도로 구비될 수 있다. 그리고, 상기 회전축의 외측에 상기 로터가 배치될 수 있다.

이때, 상기 구동축(220)은 축방향으로 연장되어 배치된다. 즉, 상기 축방향은 상기 구동축(220)이 연장되어 설치된 방향을 의미한다. 도 3에서 상기 축방향은 가로방향에 해당된다. 그리고, 상기 축방향과 수직한 방향을 반경방향이라 하고, 도 3에서 세로방향이 반경방향 중 하나에 해당된다.

또한, 상기 구동축(220)에서 멀어지는 방향이 반경방향 외측방향에 해당되고, 상기 구동축(220)에서 가까워지는 방향이 반경방향 내측방향에 해당된다. 그리고, 상기 구동축(220)은 축방향을 중심으로 원주방향으로 회전된다. 또한, 상기 원주방향은 반경방향으로 연장된 원의 둘레방향으로 이해될 수 있다.

상기 구동축(220)에는 회전균형을 위한 베어링(225)이 결합될 수 있다. 상기 베어링(225)은 다양한 개수 및 형상으로 구비될 수 있다. 이때, 상기 압축기(200)에는, 상기 구동축(220)을 지지하는 가스베어링이 구비될 수 있다.

상기 가스베어링은 작동 유체에 의해 상기 구동축(220)을 지지하는 구조로 이해될 수 있다. 자세하게는, 상기 구동축(220)은 반경방향으로 완전히 고정된 상태로 배치되지 않고, 소정의 간격을 두고 배치된다. 즉, 상기 구동축(220)은 반경방향으로 소정의 간격만큼 이동될 수 있다.

상기 구동축(220)이 정상적으로 회전되는 경우의 축방향 중심을 중심축이라 한다. 상기 구동축(220)이 회전되기 전에는, 중력에 의해 상기 구동축(220)은 상기 중심축보다 하부에 배치된다. 그리고, 상기 구동축(220)이 회전됨에 따라, 작동유체에 의해 지지되어 상기 중심축과 일직선상에 배치될 수 있다.

또한, 상기 압축기(200)에는, 상기 구동축(220)에 결합되는 임펠러(230) 및 상기 임펠러(230)가 수용되는 쉬라우드(240)가 포함된다.

상기 임펠러(230)는 상기 구동축(220)과 함께 회전되도록 상기 구동축(220)에 결합된다. 즉, 상기 임펠러(230)는 상기 구동축(220)과 함께 축방향을 중심으로 회전된다.

상기 임펠러(230)가 회전됨에 따라, 축방향으로 냉매가 흡입되어 반경방향으로 토출된다. 이와 같은 과정에서 냉매가 압축되며, 상기 임펠러(230)는 냉매를 압축하는 구성으로 이해될 수 있다. 이때, 상기 임펠러(230)가 설치되는 공간을 압축공간이라 할 수 있다.

도 3에서는 상기 구동축(220)의 양 단에 각각 결합되는 한 쌍의 임펠러(230)를 도시하였다. 이때, 어느 하나의 임펠러(230)에서 1단 압축된 냉매가 다른 하나의 임펠러(230)로 공급되어 2단 압축될 수 있다. 즉, 상기 압축기(200)는 냉매를 2단 압축할 수 있다.

다만, 이는 예시적인 것으로, 본 발명의 사상에 따른 터보 압축기(200)는 하나의 임펠러(230)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 구동축(220)의 일 단에 한 쌍의 임펠러(230)가 함께 구비된 형태로 배치될 수 있다. 또한, 도 3에서는 한 쌍의 임펠러(230)를 동일하게 도시하였으나, 상기 임펠러(230)는 서로 다른 크기 및 형상으로 구비될 수 있다.

상기 쉬라우드(240)는 상기 압축공간을 형성하는 구성으로 이해될 수 있다. 또한, 상기 쉬라우드(240)는 상기 하우징(210)에 결합되어 외관을 형성하는 커버로 이해될 수 있다. 이때, 상기 하우징(210)의 내측공간은 모터공간으로 상기 압축공간과 구분될 수 있다.

그리고, 상기 쉬라우드(240)에는, 냉매가 유입되는 유입구(245), 냉매가 토출되는 토출구(미도시)가 형성될 수 있다. 상기 유입구(245)는 축방향으로 형성되고, 상기 토출구(미도시)는 반경방향으로 형성된다.

또한, 상기 구동축(220)의 양 단에 설치되는 한 쌍의 임펠러(240)에 대응하여, 상기 쉬라우드(240)는 상기 하우징(210)의 양 측에 설치된다. 앞서 설명한 바와 같이, 이는 예시적인 배치에 해당된다.

일 측에 설치된 쉬라우드(240)로 상기 증발기(150)에서 토출된 냉매가 유입된다. 그리고, 일 측에 설치된 쉬라우드(240)에서 토출된 냉매는 타 측에 설치된 쉬라우드(240)로 공급된다. 그리고, 타 측에 설치된 쉬라우드(240)에서 토출된 냉매는 상기 응축기(140)로 공급된다.

상기 쉬라우드(240)는 상기 임펠러(230)가 반경방향 내측에 수용되도록 배치된다. 특히, 상기 쉬라우드(240)는 상기 임펠러(230)의 외측과 대응되는 형상으로 구비될 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 임펠러(230)의 외측은 곡면으로 형성되고, 상기 쉬라우드(240)는 그와 대응되는 곡면으로 구비된다.

또한, 상기 임펠러(230)의 반경방향 외측에는 디퓨저(250) 및 볼류트(260)가 형성된다. 상기 디퓨저(250)는 상기 임펠러(230)에서 토출된 냉매가 유동되는 유로를 형성한다. 특히, 상기 디퓨저(250)는 상기 임펠러(230)의 반경방향 외측으로 연장되는 유로를 형성한다. 그에 따라, 상기 임펠러(230)에서 토출된 냉매는 반경방향으로 점점 넓어지는 유로로 유동될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 쉬라우드(240), 상기 디퓨저(250) 및 상기 볼류트(260)는 하나의 구성으로 각각 형성될 수 있다. 다만, 이는 예시적인 형상으로 상기 쉬라우드(240), 상기 디퓨저(250) 및 상기 볼류트(260)는 별도의 구성으로 형성될 수 있다.

냉매의 유동을 설명하면, 상기 임펠러(230)가 회전됨에 따라 축방향으로 냉매가 흡입된다. 그리고, 상기 임펠러(230)에서 반경방향으로 토출된 냉매는 상기 디퓨저(250)로 유동된다. 이때, 냉매는 상기 임펠러(230)를 통과하는 과정에서 압력 및 유속이 상승된다. 또한, 상기 디퓨저(250)로 유동됨에 따라, 냉매의 압력이 보다 상승된다. 이와 같이 압력이 상승된 냉매는 상기 볼류트(260)를 통과하여 토출될 수 있다.

이때, 상기 쉬라우드(240)와 상기 임펠러(230)는 서로 이격된 상태로 배치된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 쉬라우드(240)와 상기 임펠러(230)의 사이에는 에어갭(air gap, 235)이 형성된다. 특히, 상기 에어갭(235)은 상기 쉬라우드(240)와 상기 임펠러(230)의 반경방향 이격거리로 이해될 수 있다.

이와 같은 에어갭(235)은 상기 쉬라우드(240)와 상기 임펠러(230)의 간섭을 방지하도록 형성되는 것으로 이해된다. 특히, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 구동축(220)은 가스베어링에 의해 지지되기 때문에 구동 및 구동정지 간의 배치가 상이하다.

또한, 상기 임펠러(230)는 상기 구동축(220)과 결합되기 때문에, 상기 임펠러(230)의 구동 및 구동정지 간의 배치가 상이한 것으로 이해된다. 그에 따라, 상기 임펠러(230)와 상기 쉬라우드(240)의 간섭을 방지하기 위해, 상기 에어갭(235)은 비교적 크게 형성될 수 있다.

이때, 상기 에어갭(235)으로 냉매가 누설되는 문제가 발생될 수 있다. 자세하게는, 상기 임펠러(230)에서 토출된 냉매가 압력차에 의해 상기 에어갭(235)을 통해 다시 흡입쪽으로 누설될 수 있다. 특히, 상기 에어갭(235)이 클수록 누설되는 냉매의 양이 많아지며 압축효율이 떨어진다.

이와 같은 냉매의 누설을 방지하기 위해, 본 발명의 사상에 따른 압축기(200)에는, 상기 임펠러(230)와 상기 쉬라우드(240)의 사이에 배치되는 실링부재(270)가 포함된다. 즉, 상기 실링부재(270)는 상기 임펠러(230)와 상기 쉬라우드(240)의 사이에 배치되어 상기 에어갭(235)에서 발생되는 냉매의 유동을 방지한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 실링부재(270)는 상기 구동축(220)의 양 측에 배치되는 임펠러(230) 및 상기 쉬라우드(240)에 각각 구비된다. 즉, 상기 실링부재(270)는 1단 압축 및 2단 압축과 무관하게 배치될 수 있다. 따라서, 상기 실링부재(270)는 동일하게 구비되고, 하나의 실링부재(270)에 대하여 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 실링부재(270)는 일 측에 상기 에어갭(235)이 위치되도록 상기 실링부재(270)는 상기 쉬라우드(240)에 설치된다. 또한, 상기 실링부재(270)는 상기 임펠러(230)의 반경방향 외측을 둘러싸도록 배치된다. 이하, 상기 실링부재(270)에 대하여 자세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터보 압축기의 실링부재를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터보 압축기의 실링부재의 다양한 형상을 도시한 도면이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 실링부재(270)에는, 복수의 아크 실(arc-seal)이 포함된다. 이때, 상기 아크 실은 하나의 링 형상에서 원주방향으로 분할된 호 형상으로 이해될 수 있다. 각 아크 실은 동일한 길이 및 형상으로 구비될 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 실링부재(270)는 다양한 개수의 아크 실로 분할되어 형성될 수 있다. 도 6의 (a)는 2개의 아크 실로 분할된 형상이고, 도 6의 (b)는 3개의 아크 실로 분할된 형상이다. 또한, 도 6의 (c)는 4개의 아크 실로 분할된 형상이다. 이와 같은 아크 실의 개수는 예시적인 것으로 이에 제한되지 않는다.

이하에서는 도 6의 (b)와 같이 3개의 아크 실로 분할된 실링부재(270)로 설명한다. 이때, 각 아크 실을 제 1 아크 실(272), 제 2 아크 실(274) 및 제 3 아크 실(276)로 구분한다. 또한, 각 아크 실은 동일한 형상으로 구비되기 때문에, 제 1 아크 실(272)의 형상에 대하여 설명하고 제 2 아크 실(274) 및 제 3 아크 실(276)의 설명은 생략한다.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 제 1 아크 실(272)은 전체적으로 원주방향으로 연장된 호 형상으로 마련된다. 그리고, 상기 제 1 아크 실(272)에는, 축방향으로 연장된 제 1 실링부(2700) 및 상기 제 1 실링부(2700)에서 반경방향 내측으로 연장된 제 2 실링부(2710)가 포함된다. 이때, 상기 제 1 실링부(2700) 및 상기 제 2 실링부(2710)는 원주방향으로 연장되는 것으로 이해된다.

그리고, 상기 제 2 실링부(2710)는 축방향으로 서로 이격되어 복수 개로 구비된다. 상기 제 2 실링부(2710)의 개수는 다양하게 구비될 수 있다. 그에 따라, 상기 제 2 실링부(2710)가 형성된 상기 제 1 실링부(2700)의 일 면은 요철 형상이 구비된 것으로 이해될 수 있다.

이와 같은 요철 형상은 래버린스 실(labyrinth seal)에 해당된다. 즉, 상기 제 1 아크 실(2700)의 반경방향 내측단부에는 래버린스 실이 형성된 것으로 이해된다. 상기 래버린스 실은 유동되는 유체의 저항으로 작용하여 누설을 방지하는 기능을 한다. 자세하게는, 상기 제 2 실링부(2710)의 사이에서 와류가 형성되어 유동 저항이 발생된다.

상기 제 1 아크 실(272), 상기 제 2 아크 실(274) 및 상기 제 3 아크 실(276)은 서로 접하도록 배치되어 하나의 링을 형상할 수 있다. 이때, 형성되는 링은 상기 임펠러(230)의 반경방향 외측에 배치된다. 즉, 상기 제 1 아크 실(272), 상기 제 2 아크 실(274) 및 상기 제 3 아크 실(276)은 상기 임펠러의 반경방향 외측을 둘러싸도록 배치된다.

또한, 상기 제 1 아크 실(272), 상기 제 2 아크 실(274) 및 상기 제 3 아크 실(276)은 서로 원주방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 즉, 상기 제 1 아크 실(272), 상기 제 2 아크 실(274) 및 상기 제 3 아크 실(276)은 반경방향으로 이동가능하게 마련된다.

이하, 상기 임펠라(230)의 구동에 따른 상기 실링부재(270)의 이동을 자세하게 설명한다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터보 압축기의 실링부재의 이동을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 7은 상기 임펠러(230), 상기 쉬라우드(240)를 축방향 일 측에서 개략적으로 도시한 도면에 해당된다. 따라서, 도 7에서 지면과 수직한 방향이 축방향에 해당되고, 지면은 반경방향에 해당된다.

그리고, 도시의 편의상 상기 임펠러(230)를 원형으로 도시하고 상기 쉬라우드(240)를 링 형상으로 도시하였다. 또한, 상기 임펠러(230)와 상기 쉬라우드(240)의 사이에 형성된 빈 공간이 상기 에어갭(235)에 해당된다. 도 7에서는 이해의 편의상 에어갭(235)을 매우 크게 도시하였다.

그리고, 도 7의 (a)는 상기 압축기(300)의 구동 전 또는 구동 정지 상태에 해당된다. 즉, 상기 구동축(220) 및 상기 임펠러(230)가 회전되지 않는 상태에 해당된다. 그에 따라, 상기 구동축(220) 및 상기 임펠러(230)는 중력의 영향으로 하부로 편심되어 위치된다.

또한, 도 7의 (c)는 상기 압축기(300)의 구동 상태에 해당된다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 압축기(300)의 구동에 의해 상기 구동축(220)이 중심축으로 이동되어 회전된다. 따라서, 도 7의 (c)는 상기 구동축(220)이 중심축과 일치되어 정상적으로 회전되는 상태를 도시한 것이다.

그리고, 상기 도 7의 (b)는 상기 구동축(220)이 중심축으로 이동되는 구동중비 상태를 도시한 것이다. 즉, 상기 압축기(300)가 정상적으로 동작되기 전에 해당된다. 특히, 도 7의 (a)와 도 7의 (c)의 중간 단계로 이해될 수 있다.

도 7의 (a)를 살펴보면, 상기 임펠러(230)는 상기 쉬라우드(240)의 반경방향 내측에 편심되어 위치된다. 이때, 상기 구동축(220)의 지지구조에 따라 상기 임펠러(230)는 상기 쉬라우드(240)와 접하지 않을 수 있다. 즉, 상기 임펠러(230)는 상기 쉬라우드(240)의 내측에 편심되어 위치되는 것으로 충분하다.

이때, 상기 실링부재(270)는 상기 쉬라우드(240)의 내측에 삽입된 상태로 배치될 수 있다. 또한, 상기 실링부재(270)는 적어도 일부가 상기 쉬라우드(240)에서 돌출된 상태로 배치될 수도 있다.

상기 압축기(300)가 구동되면, 도 7의 (b)와 같이 상기 임펠러(230)가 회전됨에 따라 중심축을 향해 상승된다. 이때, 상기 실링부재(270)는 상기 쉬라우드(240)에서 돌출된다. 자세하게는, 복수의 아크 실(272, 274, 276)이 반경방향 내측으로 이동된다. 이때, 복수의 아크 실(272, 274, 276)은 원주방향으로 서로 이격된 상태이다.

그리고, 도 7의 (c)와 같이, 상기 임펠러(230)가 중심축과 일직선상에 배치되어 정상적인 동작이 시작된다. 이때, 상기 복수의 아크 실(272, 274, 276)은 서로 원주방향으로 접하도록 반경방향 내측으로 이동되어 하나의 링을 형성한다. 즉, 상기 아크 실(272, 274, 276)은 상기 임펠러(230)가 회전됨에 따라 상기 임펠러(230)와 인접하게 이동되어 하나의 링을 형성한다.

또한, 상기 에어갭(235)은 상기 아크 실(272, 274, 276)과 상기 임펠러(230)사이의 공간으로 이해된다. 또한, 상기 아크 실(272, 274, 276)이 반경방향 내측으로 이동됨에 따라 상기 에어갭(235)의 면적이 작아진다. 즉, 상기 실링부재(270)는 상기 에어갭(235)이 작아지도록 상기 쉬라우드(240)에서 돌출된다.

이때, 상기 아크 실(272, 274, 276)의 반경방향 내측단부에는 상기 래버린스 실이 형성된다. 따라서, 상기 아크 실(272, 274, 276)은 상기 래버린스 실이 상기 쉬라우드(240)의 외측으로 노출되도록 반경방향으로 이동되는 것으로 이해될 수 있다.

그리고, 상기 압축기(300)이 구동이 정지되면, 반대로 상기 아크 실(272, 274, 276)이 반경방향 외측으로 이동된다. 즉, 상기 임펠러(230)의 회전이 정지됨에 따라, 상기 아크 실(272, 274, 276)은 서로 원주방향으로 이격되도록 반경방향 외측으로 이동된다.

이와 같은 과정을 통해, 상기 임펠러(230)의 구동정지 상태에서는 상기 실링부재(270)는 상기 쉬라우드(240)에 삽입되어 상기 에어갭(235)을 최대화한다. 그에 따라, 상기 임펠러(230)와 상기 쉬라우드(240) 등 다른 장치와의 간섭을 방지할 수 있다.

그리고, 상기 임펠러(230)의 구동 상태에서는 상기 실링부재(270)를 상기 쉬라우드(240)에서 돌출시켜 상기 에어갭(235)을 최소화한다. 그에 따라, 상기 에어갭(235)으로 유동되는 냉매의 누설을 방지할 수 있다.

이하, 상기 실링부재(270)를 반경방향으로 이동시키는 동력원에 대하여 설명한다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 터보 압축기의 실링부재의 이동을 도시한 도면이고, 도 10은 도 8의 B부분 및 도 9의 C부분을 도시한 도면이다. 도 8 및 도 9는 상기 임펠러(230)의 일 측을 도시하였고, 상기 실링부재(270)의 일 단면을 도시하였다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 쉬라우드(240)에는, 상기 임펠러(230)에서 토출된 냉매 중 적어도 일부를 상기 실링부재(270)로 유동시키는 실 유로(280)가 형성된다. 특히, 상기 실 유로(280)는 상기 디퓨저(250)에서 상기 실링부재(270)까지 연장되어 형성된다.

도 8 및 도 9에서는 상기 실 유로(280)를 직선 유로로 도시하였으나 이는 예시적인 것에 불과하다. 상기 실 유로(280)는 상기 디퓨저(250)와 상기 실링부재(270)를 연결하는 것으로 충분하다. 또한, 상기 실 유로(280)는 상기 아크 실의 개수와 대응되도록 형성될 수 있다.

즉, 상기 제 1, 2, 3 아크 실(272, 274, 276)에 대응되어 상기 실 유로(280)도 3개로 형성될 수 있다. 그리고, 각 실 유로(280)는 상기 제 1, 2, 3 아크 실(272, 274, 276)의 원주방향 중심부에 각각 연결될 수 있다. 또한, 하나의 아크 실에 복수의 실 유로가 연결될 수도 있다.

또한, 상기 쉬라우드(240)에는, 상기 실링부재(270)가 설치되는 실 설치홈(290)이 형성된다. 상기 실 설치홈(290)은 상기 쉬라우드(240)의 상기 임펠러(230)와 인접한 반경방향 내측면에서 반경방향 외측으로 함몰되어 형성된다.

그리고, 상기 실 설치홈(290)은 상기 실 유로(280)와 연통되어 형성된다. 다르게 말하면, 상기 실링부재(270)는 상기 실 유로(280)와 접하도록 상기 쉬라우드(240)의 내측에 삽입되어 설치된다.

특히, 상기 실 유로(280)는 상기 실링부재(270)의 반경방향 외측에 연결된다. 즉, 상기 실 유로(280)의 일 단은 상기 디퓨저(250)의 일 측에 연결되고, 상기 실 유로(280)의 타 단은 상기 실링부재(270)의 반경방향 외측에 연결된다. 특히, 상기 실 유로(280)는 상기 제 1 실링부(2700)의 반경방향 외측에 연결된다.

도 9를 참고하여, 유동냉매를 제 1 냉매 내지 제 5 냉매로 구분하여 설명한다. 상기 임펠러(230)의 회전에 의해 축방향으로 제 1 냉매(r1)가 상기 임펠러(230)로 유입된다. 이때, 상기 제 1 냉매(r1)는 상기 증발기(150)에서 유동된 냉매로 저압냉매에 해당된다.

그리고, 상기 임펠러(230)에서 반경방향으로 제 2 냉매(r2)가 토출된다. 상기 제 2 냉매(r2)는 상기 임펠러(230)를 통과하며 압력 및 유속이 증가된 냉매에 해당된다. 즉, 상기 제 2 냉매(r2)의 압력은 상기 제 1 냉매(r1)의 압력보다 높다.

그리고, 상기 디퓨저(250)로 유동되는 제 3 냉매(r3)는 단면적 확대에 의한 유속감소로 인해 압력이 증대된다. 즉, 상기 제 3 냉매(r3)의 압력은 상기 제 2 냉매(r2)의 압력보다 높다.

이때, 상기 쉬라우드(240)와 상기 임펠러(230)사이에 형성된 에어갭(235)으로 제 4 냉매(r4)가 유동된다. 상기 제 4 냉매(r4)는 상기 제 1 냉매(r1)와 상기 제 2 냉매(r2)의 압력차에 의해 형성되는 유동에 해당된다. 즉, 상기 제 4 냉매(r4)는 상기 제 2 냉매(r2) 중 일부에 해당되며, 누설되는 냉매로 이해된다.

그리고, 상기 실 유로(280)로 제 5 냉매(r5)가 유동된다. 상기 제 5 냉매(r5)는 상기 제 3 냉매(r3) 중 일부에 해당된다.

이때, 상기 실링부재(270)의 반경방향 내측에는 상기 에어 갭(235)이 위치되고, 상기 실링부재(270)의 반경방향 외측에는 상기 실 유로(280)가 위치된다. 즉, 상기 실링부재(270)의 반경방향 내측에는 상기 제 4 냉매(r4)가 유동되고, 상기 실링부재(270)의 반경방향 외측에는 상기 제 5 냉매(r5)가 유동된다.

상기 제 3 냉매(r3)의 압력이 상기 제 2 냉매(r2)의 압력보다 높기 때문에, 상기 제 5 냉매(r5)의 압력은 상기 제 4 냉매(r4)의 압력보다 높다. 따라서, 상기 실링부재(270)는 상기 제 4 냉매(r4)와 상기 제 5 냉매(r5)의 압력차에 의해 반경방향 내측으로 이동된다.

즉, 상기 실링부재(270)는 상기 에어갭(235)이 작아지도록 이동된다. 또한, 그에 따라, 상기 실링부재(270)의 제 2 실링부(2710)가 상기 쉬라우드(240)의 외측으로 노출된다. 즉, 상기 래버린스 실이 상기 에어갭(235)에 위치되고, 냉매의 유동을 방지한다.

결과적으로, 상기 에어갭(235)이 좁아지며 유동저항이 발생됨에 따라, 상기 제 4 냉매(r4)의 유량이 최소화될 수 있다. 즉, 누설되는 냉매의 양이 최소화될 수 있다.

도 10을 참고하면, 상기 쉬라우드(240)의 반경방향 내측면에서 상기 실 설치홈(290)으로 돌출되어 형성된 설치고정돌기(295)가 구비된다. 그리고, 상기 제 1 실링부(2700)와 상기 설치고정돌기(295)의 사이에는 탄성부재(300)가 배치된다.

특히, 상기 탄성부재(300)는 반경방향으로 탄성을 갖도록 설치된다. 도 10에서는 상기 탄성부재(300)를 원형 스프링의 형상으로 도시하였으나, 상기 탄성부재(300)는 이에 제한되지 않고 반경방향으로 탄성을 갖는 부재로 충분하다. 예를 들어, 상기 탄성부재(300)는 판형 스프링로 구비될 수 있다.

도 8 및 도 10의 (a)는 상기 압축기(300)의 구동정지 상태를 도시한 것이고, 도 9 및 도 10의 (b)는 상기 압축기(300)의 구동 상태를 도시한 것이다.

도 8 및 도 10의 (a)를 살펴보면, 상기 탄성부재(300)는 외력을 받지 않은 상태로 배치된다. 그리고, 상기 실링부재(270)는 상기 실 설치홈(290)에 삽입된 상태로 배치된다. 즉, 상기 제 1 실링부(2700) 및 상기 제 2 실링부(2710)가 모두 상기 실 설치홈(290)에 삽입된 상태로 배치된다.

그리고, 상기 압축기(300)가 구동되면, 상기 임펠러(230)가 회전되며 앞서 설명한 냉매의 유동이 형성된다. 그에 따라, 도 9 및 도 10의 (b)와 같이, 상기 실링부재(270)는 반경방향 내측으로 이동된다.

상기 제 1 실링부(2700)는 상기 실 설치홈(290)에 삽입된 상태로 반경방향 내측으로 이동된다. 그에 따라, 상기 탄성부재(300)가 반경방향으로 압축된다. 그리고, 상기 제 2 실링부(2710)가 상기 실 설치홈(290)에서 돌출되어 상기 임펠러(230)와 인접하게 배치된다.

그리고, 상기 압축기(300)의 구동이 정지되면, 상기 실링부재(270)를 반경방향 내측으로 이동시키는 냉매의 유동이 사라진다. 즉, 상기 탄성부재(300)를 압축시키는 외력이 사라지며, 상기 탄성부재(300)가 인장된다. 그에 따라, 상기 실링부재(270)가 반경방향 외측으로 이동될 수 있다.

도 11 및 도 12는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 터보 압축기의 실링부재의 이동을 도시한 도면이다. 도 11 및 도 12는 도 8 내지 도 10과 다른 실시 예를 도시한 것으로 그 차이점에 관하여 설명하고, 동일한 부분에 대해서는 상기의 설명을 인용한다.

도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 압축기(130)에는, 상기 실링부재(270)에 부착되는 열팽창부재(310)가 포함된다. 상기 열팽창부재(310)는 열팽창계수가 큰 부재에 해당될 수 있다. 자세하게는, 상기 열팽창부재(310)는 상기 압축기(130)의 다른 구성보다 열팽창계수가 큰 부재에 해당된다. 예를 들어, 상기 열팽창부재(310)는 폴리머에 해당될 수 있다.

상기 열팽창부재(310)는 상기 실링부재(270)와 함께 상기 실 설치홈(290)에 삽입되어 설치된다. 특히, 상기 열팽창부재(310)는 상기 실링부재(270)의 반경방향 외측에 부착된다. 그에 따라, 상기 열팽창부재(310)가 팽창 및 수축됨에 따라 상기 실링부재(270)가 반경방향으로 이동될 수 있다.

도 11은 상기 압축기(300)의 구동정지 상태를 도시한 것이고, 도 12는 상기 압축기(300)의 구동 상태를 도시한 것이다.

도 11을 참고하면, 상기 압축기(300)의 구동정지 상태에서는 상기 실링부재(270)는 상기 실 설치홈(290)에 삽입된 상태로 배치된다. 이때, 상기 압축기(300), 특히 압축공간은 비교적 저온에 해당될 수 있다.

그리고, 상기 압축기(300)가 구동되면 냉매의 압축과정에서 압축공간이 매우 고온에 해당된다. 그에 따라, 도 12와 같이 상기 열팽창부재(310)가 팽창되고, 상기 실링부재(270)가 상기 실 설치홈(290)에서 돌출될 수 있다. 이때, 상기 실 유로(280)가 형성되어 상기 열팽창부재(310)에 냉매를 공급함에 따라, 보다 빠르게 상기 열팽창부재(310)를 팽창시킬 수 있다.

그리고, 상기 압축기(300)의 구동이 정지되면, 상기 압축공간의 온도가 낮아지고 상기 열팽창부재(310)가 수축된다. 그에 따라, 상기 실링부재(270)가 상기 실 설치홈(290)의 내측으로 이동될 수 있다.

이와 같이, 상기 임펠러(230)에 구동에 따라 상기 실링부재(270)를 이동시켜 간섭 및 냉매의 누설을 효과적으로 방지할 수 있다.

200 : 압축기 210 : 하우징
220 : 구동축 230 : 임펠러
235 : 에어갭 240 : 쉬라우드
250 : 디퓨져 270 : 실링부재
272, 274, 276 : 아크 실 280 : 실 유로
290 : 실 설치홈 300 : 탄성부재
310 : 열팽창부재

Claims (19)

1. 하우징;
   상기 하우징의 내부에 수용되며, 가스 베어링에 의해 지지되는 구동축;
   상기 구동축과 함께 회전되어 축방향으로 유입되는 냉매를 반경방향으로 토출시키는 임펠러;
   상기 하우징에 결합되며, 상기 임펠러가 반경방향 내측에 수용되도록 배치되는 쉬라우드; 및
   상기 임펠러와 상기 쉬라우드의 사이에 배치되어 상기 임펠러에서 토출된 냉매의 누설을 방지하는 실링부재;가 포함되고,
   상기 쉬라우드와 상기 임펠러의 사이에는, 상기 쉬라우드와 상기 임펠러가 이격되어 배치되도록 에어갭이 형성되고,
   상기 실링부재에는,
   상기 임펠러의 반경방향 외측을 둘러싸도록 배치되며, 원주방향으로 분할된 복수의 아크 실(arc-seal)이 포함되고,
   상기 쉬라우드에는, 상기 임펠러와 인접한 반경 방향 내측면에서 반경 방향으로 외측으로 함몰되며, 상기 복수의 아크실이 삽입되는 실 설치홈이 형성되고,
   상기 아크실은,
   축 방향으로 연장되는 제 1 실링부; 및
   상기 제 1 실링부에서 반경 방향 내측으로 연장되어 래비린스 아크실을 형성하는 복수의 제 2 실링부가 포함되고,
   상기 복수의 아크 실은 반경방향 내측 또는 외측으로 이동가능하게 구비되고,
   상기 복수의 아크 실이 반경 방향 외측으로 이동될 때, 상기 에어갭이 증가되도록 상기 제 1 실링부 및 제 2 실링부는 상기 실 설치홈에 삽입되는 터보 압축기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 임펠러가 회전됨에 따라, 상기 복수의 아크 실은 서로 원주방향으로 접하도록 반경방향 내측으로 이동되어 하나의 링을 형성하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 임펠러의 회전이 정지됨에 따라, 상기 복수의 아크 실은 서로 원주방향으로 이격되도록 반경방향 외측으로 이동되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 실링부는 상기 복수의 아크실의 반경 방향 내측단부를 형성하는 터보 압축기.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 아크실이 반경 방향 내측으로 이동될 때 상기 제 2 실링부는 상기 쉬라우드의 외측으로 노출되도록 반경방향 외측으로 이동가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 쉬라우드에는, 상기 임펠러에서 토출된 냉매 중 적어도 일부를 상기 실링부재로 유동시키는 실 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 실링부재는, 상기 실 유로와 접하고,
   상기 실 유로에서 유동된 냉매에 의해, 상기 실링부재는 반경방향 내측으로 이동되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 실링부재를 반경방향 외측으로 이동시키도록, 상기 실링부재와 상기 쉬라우드 사이에 배치되는 탄성부재가 더 포함되는 터보 압축기.
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 임펠러에서 토출된 냉매가 유동되는 유로를 형성하는 디퓨저가 더 포함되고,
   상기 실 유로의 일 단은 상기 디퓨저의 일 측에 연결되고, 상기 실 유로의 타 단은 상기 실링부재의 반경방향 외측에 연결되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 제 2 실링부는 축방향으로 서로 이격되는 터보 압축기.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 아크 실이 반경방향 내측으로 이동됨에 따라, 상기 제 2 실링부는 상기 실 설치홈에서 돌출되도록 배치되고,
    상기 제 1 실링부는 상기 실 설치홈에 삽입되어 배치되는 터보 압축기.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 쉬라우드의 반경방향 내측면에서 상기 실 설치홈으로 돌출되어 형성된 설치고정돌기; 및
    상기 제 1 실링부와 상기 설치고정돌기의 사이에 반경방향으로 탄성을 갖도록 설치되는 탄성부재;
    가 더 포함되는 터보 압축기.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 임펠러에서 토출된 냉매 중 적어도 일부가 상기 제 1 실링부의 반경방향 외측으로 유동되는 실 유로가 더 포함되고,
    상기 제 1 실링부는 상기 실 유로로 유동된 냉매에 의해 반경방향 내측으로 이동되고, 상기 탄성부재에 의해 반경방향 외측으로 복귀되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 실링부재에는 팽창 및 수축됨에 따라 상기 복수의 아크 실이 반경방향으로 이동되도록, 상기 복수의 아크 실에 부착되는 열팽창부재가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 열팽창부재 및 상기 복수의 아크 실은 상기 쉬라우드의 반경방향 내측면에 삽입되어 설치되고,
    상기 열팽창부재의 팽창에 의해 상기 복수의 아크 실이 상기 쉬라우드의 내측면에서 돌출되도록, 상기 열팽창부재는 상기 복수의 아크 실의 반경방향 외측에 부착되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
16. 축 방향으로 냉매가 유입되는 임펠러;
    상기 임펠러가 수용되는 쉬라우드;
    상기 임펠러와 상기 쉬라우드 사이에 형성되는 에어갭;
    상기 임펠러에서 반경 방향으로 토출된 냉매가 유동되는 유로를 형성하는 디퓨저; 및
    상기 임펠러와 상기 쉬라우드의 사이에 배치되어 상기 에어갭에서 발생되는 냉매의 유동을 방지하는 실링부재;가 포함되고,
    상기 쉬라우드에는, 상기 임펠러와 인접한 반경 방향 내측면에서 반경 방향 외측으로 함몰되며, 상기 실링부재가 삽입되는 실 설치홈이 형성되고,
    상기 실링부재는,
    축 방향으로 연장되는 제 1 실링부; 및
    상기 제 1 실링부에서 반경 방향 내측으로 연장되어 래비린스 실을 형성하는 복수의 제 2 실링부를 포함하고,
    상기 실링부재가 반경 방향 외측으로 이동될 때, 상기 에어갭이 증가되도록 상기 제 1 실링부 및 제 2 실링부는 상기 실 설치홈에 삽입되고,
    상기 실링부재는 상기 제 2 실링부가 상기 에어갭에 위치되도록 상기 디퓨저로 유동되는 냉매 중 적어도 일부에 의해 상기 임펠러와 인접하게 반경 방향 내측으로 이동되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 실링부의 일 측에 상기 에어갭이 위치되고,
    상기 실링부재의 제 2 실링부는 상기 에어갭이 작아지도록 상기 쉬라우드에서 돌출되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 디퓨저에서 상기 실링부재의 타 측까지 연장되어 상기 쉬라우드에 형성되는 실 유로가 포함되고,
    상기 디퓨저에서 유동되는 냉매 중 일부가 상기 실 유로를 통해 상기 실링부재로 공급됨에 따라 상기 실링부재는 상기 에어갭이 작아지도록 이동되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
19. 제 16 항에 있어서,
    상기 실링부재에는 상기 임펠러를 둘러싸도록 배치되는 복수의 아크 실이 포함되고,
    상기 복수의 아크 실은 상기 임펠러와 인접하게 이동되어 하나의 링을 형성하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.

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