KR102182658B1 - 고온의 열악한 작업환경에서 작동이 가능한 터보모터의 냉각 구조 - Google Patents

고온의 열악한 작업환경에서 작동이 가능한 터보모터의 냉각 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고출력을 요구하는 터보 송풍기 및 터보 압축기의 모터에 공기와 냉매를 이용한 냉동 사이클을 병행하여 모터의 냉각효율을 더욱 향상시킨 고온의 열악한 작업환경에서 작동이 가능한 터보모터의 냉각 구조에 관한으로, 특히 일반적인 공기순환 냉각방식으로는 구현이 어려운 작업환경이 열악한 섭씨 50 이상의 고온의 작업환경에서도 무리 없이 터보 모터를 가동시킬 수 있는 고온의 열악한 작업환경에서 작동이 가능한 터보모터의 냉각 구조에 관한 것이다.

Description

고온의 열악한 작업환경에서 작동이 가능한 터보모터의 냉각 구조{cooling structure of turbo motor capable of operating in high temperature environment}
본 발명은 터보모터의 냉각 구조에 관한 것으로 상세하게는 고출력을 요구하는 터보 송풍기 및 터보 압축기의 모터에 공기와 냉매를 이용한 냉동 사이클을 병행하여 모터의 냉각효율을 더욱 향상시킨 고온의 열악한 작업환경에서 작동이 가능한 터보모터의 냉각 구조에 관한 것이다.
특히 본 발명은 일반적인 공기순환 냉각방식으로는 구현이 어려운 작업환경이 열악한 섭씨 50 이상의 고온의 작업환경에서도 무리 없이 터보모터를 가동시킬 수 있는 고온의 열악한 작업환경에서 작동이 가능한 터보 모터의 냉각 구조에 관한 것이다.
모터는 전력을 받아서 회전하고, 그 축에 회전력을 발생시키는 동력기계이다. 이러한 모터 중 직결형 터보모터는 규소강판에 에나멜로 절연된 절연동선을 감아 자력을 만들어 회전자를 회전시키고, 회전자를 지지하여 부드러운 회전이 가능하게 하기 위해 베어링을 구비하고 있다. 이러한 모터는 송풍기용 혹은 공기나 가스의 압축기용 모터로 사용된다.
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 팬날개와; 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 날개부재와 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 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 보다 효율 적으로 터보모터를 냉각시킬 수 있게 한 고온의 열악한 작업환경에서 작동이 가능한 터보모터의 냉각 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 일반적인 공기순환 냉각방식으로는 구현이 어려운 작업환경이 열악한 섭씨 50 이상의 고온의 작업환경에서도 무리 없이 터보모터를 가동시킬 수 있는 고온의 열악한 작업환경에서 작동이 가능한 터보 모터의 냉각 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 고온의 열악한 작업환경에서 작동이 가능한 터보모터의 냉각 구조는 전원을 공급받아 자력을 발생시키는 스테이터와 스테이터의 자화에 의하여 회전운동을 하는 로터와, 로터의 단부에 설치되어 함께 회전함에 의해 공기를 송풍하거나 압축하는 임펠러를 포함하는 터보 송풍기나 압축기의 냉각 방법에 있어서, 상기 스테이터의 외부에 설치되고, 모터를 중심으로 하부에는 하나 이상의 냉매유입구가 형성되고, 모터의 상부에는 냉매배출구를 형성되며, 상기 냉매유입구와 냉배배출구 사이에 냉매유로를 형성하여 냉매가 스테이터의 외주면을 따라 흐르면서 모터의 냉각을 이룰 수 있게 하는 냉매자켓; 모터를 중심으로 하부에는 공기유입구가 형성되고 상부에는 공기배출구가 형성되며, 공기유입구와 배출구 사이에 공기유로가 형성된 케이싱; 상기 냉매배출구에 연결된 냉매라인 상에 설치되어 모터의 가동으로 발생한 고온에 의하여 기체 상태로 변한 기체상 냉매를 다시 액체상 냉매로 상을 변환하는 압축기; 상기 압축기에 의해 고온 고압의 액체상 냉매를 응축하는 응축기; 및 상기 응축기에서 응축된 고온 고압의 액체 냉매를 교축 작용에 의해 증발을 일으킬 수 있도록 감압해서 냉매유입구로 공급하는 팽창밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 냉매자켓의 내부에 형성된 냉매유로에는 직립형으로 가공되어 표면적을 넓힌 다수의 열전도날개가 더 설치되어 스테이터의 열을 빠르게 흡수하여 냉매에 전달 할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
상기 냉매라인에는 응축기에 의해 응축된 액상의 냉매가 저장되는 버퍼탱크가 더 구비하여 모터에 일정량의 냉매를 원활하게 공급할 수 있게 할 수 있다.
상기 냉매유로 중 모터의 냉매배출구와 압축기 사이에는 모터를 통과한 냉매를 압축할 때 액 압축이 일어나지 않게 하기 위해 기체상 냉매와 액체상 냉매를 분리하는 기액분리기가 더 설치될 수 있다.
상기 팽창밸브의 전단에는 노폐물에 의하여 막히는 것을 방지해 줄 수 있도록 필터드라이어가 더 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 고온의 열악한 작업환경에서 작동이 가능한 터보모터의 냉각 구조는 공기와 냉매를 이용하고 기체화된 냉매를 더욱 압축하여 고온 고압의 냉매로 변환시켜 저온 저압의 상태로 액체 냉매로 상을 변환시킴으로 터보모터가 고온의 작업환경에서도 일정한 온도로 제어되는 효과가 있다.
또한 본 발명은 저온 저압의 냉매로 상이 변한 냉매가 터보모터의 하부로 공급되어 모터 내부의 스테이터의 외부를 지나면서 스테이터에서 발생하는 열에 의하여 액체상 냉매가 쉽게 기체 상 냉매로 상이 변하는 과정에서 주변의 열에너지를 축적한 상태에서 배출됨에 따라 액체상 냉매가 직접 터보모터의 스테이터의 외부를 감싼 냉각유로에 공급되어 모터 자체에서 발생하는 열에 의하여 액체 냉매에서 기체 냉매로 상이 변하기 때문에 작업환경이 열악한 고온의 조건에서도 터보모터의 냉각 효과를 얻을 수 있다.
또한 본 발명은 이렇게 냉각 효과를 높임에 따라 터보모터는 고속 회전에 따르는 동적 발생 열과 가동 환경의 열악한 고온 환경에서 기인한 온도의 상승, 소재의 특성이나 부품들의 이상 결합 등으로 발생하는 열을 쉽게 냉각시킴에 의해 이러한 열에 의해 부품들의 피로도, 동적 불균형, 이상 소음, 동적 스트레스, 베어링의 파손 등의 부정적인 환경을 개선해 주는 효과 있어 모터의 수명을 더욱 연장할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 냉각 구조를 갖는 고온의 열악한 작업환경에서 작동이 가능한 터보모터의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 냉각 구조를 갖는 고온의 열악한 작업환경에서 작동이 가능한 터보모터에서 냉매의 순환도
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 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 섭씨 50 이상의 고온의 작업환경에서도 무리 없이 터보모터를 가동시킬 수 있게 한다.
본 발명에 따른 고온의 열악한 작업환경에서 작동이 가능한 터보모터는 공기에 의한 냉각 수단과 냉매를 이용한 냉각 수단을 구비하고 있다.
이를 위해 본 발명의 터보모터의 냉각 구조는 도 1에 도시한 바와 같이, 냉매가 통과하는 냉매자켓(10)과, 외부공기가 유입되어 통과하는 공기유로를 구비한 하우징(20)을 구비하고 있으며, 모터를 냉각시킨 배출되는 냉매를 팽창, 압축 및 응축시켜 다시 액상 냉매로 변환하여 모터에 공급하는 냉매순환라인을 포함한다.
이러한 본 발명의 이중 냉각 구조를 갖는 터보모터는 통상의 터보모터와 동일하게 전원을 공급받아 자력을 발생시키는 스테이터(110)와, 스테이터의 자화에 의해 회전 운동하는 로터(120)와, 로터의 단부에 설치되어 로터와 함께 회전함에 의해 공기를 송풍하는 임펠러(130)을 포함한다.
본 발명의 고온의 열악한 작업환경에서 작동이 가능한 터보모터의 냉각 구조이하, 의 구체적인 예를 설명한다.
본 발명에 따른 고온의 열악한 작업환경에서 작동이 가능한 터보모터의 냉각구조는 도 1에 도시한 바와 같이, 스테이터의 외부에 설치되고, 모터를 중심으로 하부에는 하나 이상의 냉매유입구(10i)가 형성되고, 모터의 상부에는 냉매배출구(10o)를 형성되며, 상기 냉매유입구와 냉배배출구 사이에 냉매유로(10r)를 형성하여 냉매가 스테이터의 외주면을 따라 흐르면서 모터의 냉각을 이룰 수 있게 하는 냉매자켓(10); 모터를 중심으로 하부에는 공기유입구(20i)가 형성되고 상부에는 공기배출구(20o)가 형성되며, 공기유입구와 배출구 사이에 공기유로(20r)가 형성된 케이싱(20); 상기 냉매배출구에 연결된 냉매라인 상에 설치되어 모터의 가동으로 발생한 고온에 의하여 기체 상태로 변한 기체상 냉매를 다시 액체상 냉매로 상을 변환하는 압축기(30); 상기 압축기에 의해 고온 고압의 액체상 냉매를 응축하는 응축기((40); 및 상기 응축기에서 응축된 고온 고압의 액체 냉매를 교축 작용에 의해 증발을 일으킬 수 있도록 감압해서 냉매유입구로 공급하는 팽창밸브(50)를 포함한다.
상기 냉매자켓(10)은 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 스테이터의 외부에 설치되고 외부에 냉매유로(10r)가 형성되고, 모터를 중심으로 하부에는 냉매유입구(10i)가 형성되고 상부에는 냉매배출구(10o)가 형성되어 있다.
물론, 상기 냉매유입구(10i)와 냉매배출구(10o)에는 케이싱(20)을 관통하여 어댑터가 설치되어 냉매라인(Lr)을 쉽게 연결할 수 있게 하였다.
또한 상기 냉매자켓(10)의 내면은 스테이터의 외면에 면접되고, 바깥쪽에 형성된 냉매유로(10r)의 내부에는 다수의 열전도날개(11)가 설치되어 있다.
상기 열전도날개(11)는 도시한 바와 같이 다수가 형성되어 있고, 이들은 스테이터의 열을 보다 빨리 냉매에 전달하여 냉각 효율을 높이기 위한 것이다.
상기 열전도날개(11)가 형성된 냉매유로(10r)는 바깥쪽으로 개방되어 있어 상기 케이싱(20) 또는 케이싱의 내부에 설치되는 공기가이드(21)에 의해 밀폐된다.
즉, 상기 냉매자켓(10)은 외주면에 냉매유로(10r)를 형성하되, 바깥쪽은 개방되어 있고, 이 개방된 부분을 상기 하우징이나 공기가이드의 내면이 막아 하나의 냉매유로를 이루는 것이다.
상기 케이싱(20)은 터보모터를 구성하는 각 구성부품을 상호 연결시키는 역할을 할 뿐만 아니라, 상기한 바와 같이 냉매자켓과 함께 냉매유로(10r)를 이루는 기능을 한다.
즉, 상기 케이싱(20)의 내부에는 공기유로(20r)가 형성되어 외부 공기를 모터 내부로 순환시킴에 의해 모터에서 발생되는 열을 냉각시킬 수 있게 하였으며, 로터를 중심으로 아래쪽에는 공기유입구(20i)가 형성되고 위쪽으로는 공기배출구(20o)가 형성되어 있다. 물론 상기 공기유입구와 공기배출구 사이에는 공기유로(20r)가 형성되어 공기유입구로 유입된 공기가 공기유로를 통과하여 공기배출구로 배출되면서 모터에서 발생된 열을 배출시킨다.
상기 공기유로(20r)는 케이싱(20)의 내부에 직접 형성하거나, 원통형 케이싱의 내부에 별도의 공기가이드(21)를 설치하여 케이싱의 내부와 공기가이드의 외주면 사이에 형성되게 할 수 있으며, 상기한 바와 같이 케이싱에 공기유로를 형성할 경우에는 상기 냉매자켓(10)의 외주면에 형성되는 냉매유로(10r)는 냉매자켓과 케이싱에 의해 형성되고, 공기가이드를 설치할 경우에는 냉매자켓의 외주면과 공기가이드 사이에 냉매유로(20r)가 형성된다.
상기 압축기(30)는 냉매를 상온으로 액화하기 쉬운 상태로 만드는 수단으로, 케이싱에 형성된 냉매배출구에 연결된 냉매라인(Lr) 상에 설치되어 모터의 가동으로 발생한 열을 흡수함에 따라 고온의 기체상으로 상변화된 고온의 냉매를 다시 액체상 냉매로 상을 변환할 수 잇도록 고안으로 가압한다.
상기 응축기(40)는 기체상 냉매를 액체상 냉매로 전환하는 수단으로, 상기 압축기의 후단에 설치되어 압축기에 의해 고온 고압의 기체상 냉매를 액체상 냉매를 응축한다.
상기 응축기는 고온의 기체 냉매를 액체 상태의 냉매로 변환시키기 위해서는 많은 공기와의 접촉해야 함으로 미세 정밀 가공한 마이크로콘덴서(micro condenser)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 팽창밸브(50)는 액체상 냉매를 증발하기 쉬운 상태로 감압하는 수단으로, 상기 응축기의 후단에 설치되어 응축기에서 응축된 고온 고압의 액체상 냉매를 교축 작용에 의해 증발을 일으킬 수 있도록 감압해서 냉매유입구로 공급한다.
상기 팽창밸브는 응축기에서 응축된 액체상 냉매가 모터 내부의 냉각유로(10r)에서 쉽게 증발할 수 있도록 압력을 저하시키며, 팽창과정 동안에 냉매의 온도가 낮아지며, 감압작용과 함께 모터 내부로 유입되는 냉매의 유량을 조절하는 역할을 한다.
싱기한 바와 같이, 팽창밸브는 저압의 냉매로 만들어 주면서 동시에 주변의 기온을 급격하게 하강시키게 되는데, 이러한 과정에서 팽창밸브의 노즐이 혹시 있을 수 있는 노폐물에 의하여 막힐 수 있다.
이에 따라 상기 팽창밸브의 전단에는 필터드라이어(90)를 더 설치하였다.
상기 필터드라이어(90)는 냉매 속의 수분은 정량 이상이 되면 팽창 밸브나 모세관 등에 동결하여 냉매의 흐름을 막으며, 이렇게 냉매의 동결을 방지하기 위해 에 냉동작용을 저해하는 수분을 흡수하는 데 사용되는 것으로, 필터의 역할도 한다.
또한 본 발명의 고온의 열악한 작업환경에서 작동이 가능한 터보모터의 냉각 구조는 상기 냉매라인(Lr)에는 응축기에 의해 응축된 액상의 냉매가 저장되는 버퍼탱크(80)가 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 버퍼탱크(80)는 작동과정에서 소실되는 냉매를 보충하는 기능을 하는 것으로, 모터에 일정량의 냉매를 원활하게 공급할 수 있게 한한다.
또한, 상기 냉매유로(Lr) 중 모터의 냉매배출구와 압축기 사이에는 기액분리기(70)가 더 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 고온의 열악한 작업환경에서 작동이 가능한 터보모터의 냉각 구조에서 냉매가 순환하는 과정에서 냉매는 모터를 통과하면서 고온의 기체상으로 변하지만 일부 액상 냉매가 남아 있을 수 있고, 이러한 상태ㅔ서 압축기에 유입되면 압축기가 원활하게 액 압축을 할 수 없다. 이에 따라 상기 기액분리기를 압축기의 전단에 설치하여 기체상 냉매와 액체상 냉매를 분리하는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 터보모터의 냉각 구조에서 냉매자켓(10)의 냉매유로(10r)를 통과하는 냉매가 열전도날개를 통해 열을 흡수하여 모터를 냉각시킨 후 기체 상태로 변하고, 기체상 냉매는 기액분리기(70)를 통하여 액체상 냉매는 걸러지고 기체상 냉매만을 압축기(30)로 전달된다.
기체상 냉매는 압축기(30)를 통과하여 압축되어 고온 고압의 기체상 냉매가 되고, 이렇게 고온 고압의 기체상 냉매는 응축기(40)를 통과하면서 응축되어 액체상 냉매가 되어 저온 고압의 액체상 냉매가 된다.
모터의 냉각을 위해서는 일정한 량의 액체상 냉매를 확보해야 하고, 이를 위하여 버퍼탱크(80)을 더 구성할 수 있다.
상기 버퍼탱크에서 모터에 냉매를 공급하되, 모터에 일정한 양의 냉매를 공급하고, 압축기의 부하 경감을 위하여 냉매이송펌프(60)를 구비하고 있으며, 냉매이송펌프를 통과한 냉매에 불순물이 섞여 있을 수 있으므로 냉매의 불순물에 의하여 냉매 이송관로의 막힘을 유로를 확보하기 위하여 필터드라이어(90)를 통과시킨다.
상기 필터드라이어(90)를 통과한 액체상 냉매는 팽창밸브(50)에 의해 팽창되어 모터 내부에서 기체 상태로 쉽게 변할 수 있도록 저온 저압의 냉매로 변환된다.
또한 본 발명의 모터 냉각구조는 상기한 바와 같이 공기유로(20r)를 구비하고 있다.
상기 공기유로(20r)는 많은 플레이트를 형성하여 냉매유로와 면한 부분의 열을 전달받기 쉽게 구성하였다.
상기 공기유로(20r)는 상기 냉매유로(20r)의 외면을 감싸는 형태로 설치되어 있고, 모터 케이싱(20)과 일정한 간격으로 떨어져 있으며, 모터 케이싱에 모터의 외부에서 공기가 유입될 수 있도록 다수의 공기유입구(20i)를 통해 유입된 공기가 이동한다.
도 1에서 도시한 바와 같이 상기 공기유입구(20i)를 통해 유입된 공기는 공기유로(20r)를 통과한 후, 스테이터와 유로 사이를 통과하면서 열을 흡수하고 임펠러(130)에 의해 모터 외부로 배출된다.
즉, 임펠러(130)는 로터의 회전수와 같이 회전함으로 회전수가 빠르면 모터의 발생 열도 증가함에 따라 임펠러도 회전수가 증가함으로 풍량을 높일 수 있어 더 많은 열을 배출할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 모터 냉각 구조는 냉매유입구(10i)를 하부에 형성하고 이 냉매유입구(10i)를 통해 모터에 공급되는 고압의 냉매가 팽창밸브에 의하여 급격하게 압력을 잃게 되며, 압력을 급격하게 잃은 냉매는 분산되면서 온도가 급격하게 하강하게 되는 것이며, 이렇게 낮은 온도의 그리고 분산된 냉매가 모터에 공급되면서 모터의 열에 의해 기체 상태로 쉽게 변하여 자연스럽게 모터의 상부의 냉매배출구(10o) 층으로 이동할 수 있는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 고온의 열악한 작업환경에서 작동이 가능한 터보모터의 냉각 구조는 작업환경 온도를 임의로 조작하여 52℃를 만들어 실시한 시연의 결과, 터보모터는 정상적인 작동으로 작동하였으며, 모터 내부의 코어 온도는 72℃로 터보모터의 냉각효율이 가혹한 작업환경에서도 상당히 효과적으로 동작 할 수 있는 조건으로 향상 제어되었음을 알 수 있다.
즉, 일반적인 냉각 구조를 터보모터의 경우 즉, 공기에 의한 냉각을 이루는 터보모터의 경우 코어 온도는 외부 작업환경 온도보다 약 80도 ~ 140도까지 상승하고, 이렇게 고온에서 지속적으로 작동할 경우 오작동을 초래하거나 작동에 심각한 상황이 발생할 수 있지만, 본 발명의 냉각 구조를 갖는 터보모터의 경우에는 상기한 바와 같이, 모터 내부의 코어 온도가 72℃ 내외로 일정하게 유지됨에 따라 보다 안정적인 모터의 작동 환경을 제공할 수 있는 것이다.
10: 냉매자켓
10i: 냉매유입구 10o: 냉매배출구
10r: 냉매유로
11: 열전도날개
20: 케이싱
20i: 공기유입구 20o: 공기배출구
20r: 공기유로
21: 공기가이드
30: 압축기
40: 응축기
50: 팽창밸브
60: 냉매이송펌프
70: 기액분리기
80: 버퍼탱크
90: 필터드라이어
100: 모터
110: 스테이터 120: 로터
130: 임펠러

Claims (5)

  1. 전원을 공급받아 자력을 발생시키는 스테이터(110)와 스테이터의 자화에 의하여 회전운동을 하는 로터(120)와, 로터의 단부에 설치되어 함께 회전함에 의해 공기를 송풍하거나 압축하는 임펠러(130)를 포함하는 터보 송풍기나 압축기의 냉각 구조에 있어서,
    상기 스테이터의 외부에 설치되고, 모터를 중심으로 하부에는 하나 이상의 냉매유입구(10i)가 형성되고, 모터의 상부에는 냉매배출구(10o)를 형성되며, 상기 냉매유입구와 냉배배출구 사이에 냉매유로(10r)를 형성하여 냉매가 스테이터의 외주면을 따라 흐르면서 모터의 냉각을 이룰 수 있게 하는 냉매자켓(10);
    모터를 중심으로 하부에는 공기유입구(20i)가 형성되고 상부에는 공기배출구(20o)가 형성되며, 상기 공기유입구와 공기배출구 사이에 공기유로(20r)가 형성된 케이싱(20);
    상기 냉매배출구에 연결된 냉매라인 상에 설치되어 모터의 가동으로 발생한 고온에 의하여 기체 상태로 변한 기체상 냉매를 다시 액체상 냉매로 상을 변환하는 압축기(30);
    상기 압축기에 의해 고온 고압의 액체상 냉매를 응축하는 응축기(40); 및
    상기 응축기에서 응축된 고온 고압의 액체 냉매를 교축 작용에 의해 증발을 일으킬 수 있도록 감압해서 냉매유입구로 공급하는 팽창밸브를 포함하되,
    상기 케이싱은 원통형으로 형성되어 내부에 공기가이드가 구비되며,
    상기 케이싱에 상기 공기가이드가 형성되는 경우, 상기 공기유로는 상기 케이싱의 내부와 상기 공기가이드의 외주면 사이에 형성되고, 상기 냉매 유로는 상기 냉매자켓의 외주면과 상기 공기가이드 사이에 형성되고,
    상기 냉매자켓(10)의 내부에 형성된 냉매유로에는 직립형으로 가공되어 표면적을 넓힌 다수의 열전도날개(11)가 더 설치되어 스테이터의 열을 빠르게 흡수하여 냉매에 전달 할 수 있게 한 것과,
    상기 팽창밸브의 전단에는 노폐물에 의하여 막히는 것을 방지해 줄 수 있도록 필터드라이어(90)가 더 설치되는 것과,
    모터 내부의 코어 온도는 72℃로 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 고온의 열악한 작업환경에서 작동이 가능한 터보모터의 냉각 구조.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉매라인(Lr)에는 응축기에 의해 응축된 액상의 냉매가 저장되는 버퍼탱크(60)가 더 구비하여 모터에 일정량의 냉매를 원활하게 공급할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 고온의 열악한 작업환경에서 작동이 가능한 터보모터의 냉각 구조.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매유로(10r) 중 모터의 냉매배출구와 압축기 사이에는 모터를 통과한 냉매를 압축할 때 액 압축이 일어나지 않게 하기 위해 기체상 냉매와 액체상 냉매를 분리하는 기액분리기(70)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 고온의 열악한 작업환경에서 작동이 가능한 터보모터의 냉각 구조.
  5. 삭제
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