KR102216356B1

KR102216356B1 - 복합 냉각유닛을 갖는 공기압축기

Info

Publication number: KR102216356B1
Application number: KR1020200025712A
Authority: KR
Inventors: 이건민
Original assignee: 주식회사 콤프코리아
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2021-02-17

Abstract

본 발명은 냉각유닛이 일체형으로 설치되어 있어 냉각설비를 크게 줄일 수 있으며 효과적인 냉각을 가능케 하는, 복합 냉각유닛을 갖는 공기압축기에 관한 것이다. 그 구성은; 스테이터코일이 설치되는 원통형상의 로터하우징; 로터축을 축중심으로 축회전 가능하게끔 상기 로터하우징 내부에 설치되는 로터; 상기 로터하우징의 양단에 각각 고정되는 것으로서 베어링을 통해 상기 로터의 양단을 회전가능하게 지지하는 로터하우징덮개판; 상기 로터하우징덮개판으로부터 돌출되어 있는 상기 로터축의 일단 또는 양단에 설치되는 임펠러; 상기 임펠러를 덮어씌우도록 상기 로터하우징덮개판 외부에 고정되는 것으로서 외부공기가 유입되는 공기유입구와 유입된 공기가 압축된 상태로 방사방향으로 토출되도록 하는 공기토출구를 제공하는 스크롤볼류트(Scroll Volute); 및 상기 스크롤볼류트의 케이싱 외벽에 설치됨으로써, 상기 스크롤볼류트를 냉각시키는 냉각유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

복합 냉각유닛을 갖는 공기압축기{Air Compressor Having Self Cooler Unit}

본 발명은 공기압축기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 냉각유닛이 일체형으로 설치되어 있어 냉각설비를 크게 줄일 수 있으며 효과적인 냉각을 가능케 하는, 자체냉각유닛을 갖는 공기압축기에 관한 것이다.

공기압축기는 압축공기를 생산하기 위한 것으로서 다양한 산업분야에서 사용된다. 특히 제품 표면에 페인트를 스프레이 방식으로 도포하데 있어서 공기압축기가 필수적으로 사용된다.

공기압축기는 기계적 마찰에 의한 온도의 상승작용은 물론 유체의 압축에 따른 온도의 상승작용을 받게 된다. 압축된 공기는 압축에 의해 온도가 상승된 공기는 열교환기 내지 냉각장치에 의해 냉각되어 사용된다. 열교환기는 냉매와 고온의 압축공기 사이에 열교환이 일어나도록 함으로써 압축공기의 온도를 떨어뜨리는 작용을 한다. 그리고 압축기 본체도 온도가 상승하게 되는데, 이를 냉각시키기 위한 시스템도 필요하다. 그래서 종래에는 공기압축기와 같은 회전구동장치 자체의 온도를 낮추기 위한 자체 냉각시스템이 사용되어 왔다. 모터하우징 본체에 방열핀을 설치하는 것도 자체냉각방법의 일환이지만 발열량이 많은 회전구동장치에는 방열핀 만으로는 역부족이어서 보다 적극적인 냉각수단을 필요로 한다.

예를 들어 대한민국 특허등록 제10-1580877호는 회전구동장치 한 종류인 블로워의 냉각구조를 제안하고 있다.

이 종래기술은 모터케이싱의 외경을 따라 스테이터를 냉각시키기 위한 다수의 구멍부와 코일부, 베어링하우징 및 로터를 냉각시키기 위한 다수의 구멍부를 형성하여 쿨링팬 동작시에 상기 다수의 구멍부들을 통해 냉각 효율을 향상시켜 열균형을 제공하는 직결 구동형터보 냉각구조에 관한 것이다.

대한민국 특허등록 제10-1470148호도 압축기에서 배출되는 압축공기의 일부를 냉각공기로 사용하여 모터 내부에 흐르게 함으로써, 모터 및 베어링을 냉각시킬 수 있는 공기압축기의 모터 냉각 장치를 제안한다. 이 종래기술은 회전축을 중공축으로 구성하고 중공축을 내부유로로 활용하여 냉각공기를 내부유로를 통해 압축기 전방으로 재순환시킴으로써 서지에 대한 안정성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 공기의 재순환경로를 모터 바깥에 형성하지 않고 모터 안쪽에 형성하므로 구조가 단순하고 레이아웃 측면에서 유리한 효과를 제공한다.

이처럼 종래 다양한 냉각장치가 공기압축기를 포함한 회전구동장치에 사용되어 왔으며 본 발명은 그 일환으로 냉각효과를 더욱 개선시키기 위한 것이다. 특히 공기압축기는 압축되는 공기에 의한 발열 때문에 냉각능력이 더욱 중요하다.

대한민국 특허등록 제10-1580877호 대한민국 특허등록 제10-1470148호

본 발명의 목적은 공기압축기를 제공하기 위한 것으로서, 특히 공기압축기 본체에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 복합 냉각유닛을 갖는 공기압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 더 나아가 종래기술에서 제안되어 왔던 방식에 비하여 자체 냉각능력이 더욱 향상된 공기압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 로터하우징을 냉각시키기 위한 로터하우징의 냉각시스템을 개선함으로써 그의 냉각기능을 크게 향상시키는 것에 있다.

위와 같은 목적은, 스테이터코일이 설치되는 원통형상의 로터하우징; 로터축을 축중심으로 축회전 가능하게끔 상기 로터하우징 내부에 설치되는 로터; 상기 로터하우징의 양단에 각각 고정되는 것으로서 베어링을 통해 상기 로터의 양단을 회전가능하게 지지하는 로터하우징덮개판; 상기 로터하우징덮개판으로부터 돌출되어 있는 상기 로터축의 일단 또는 양단에 설치되는 임펠러;

상기 임펠러를 덮어씌우도록 상기 로터하우징덮개판 외부에 고정되는 것으로서 외부공기가 유입되는 공기유입구와 유입된 공기가 압축된 상태로 방사방향으로 토출되도록 하는 공기토출구를 제공하는 스크롤볼류트(Scroll Volute); 및

상기 스크롤볼류트의 케이싱 외벽에 설치됨으로써, 상기 스크롤볼류트를 냉각시키는 냉각유닛;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 냉각유닛을 갖는 공기압축기에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 냉각유닛은,

상기 스크롤볼류트의 케이싱을 감싸도록 하는 것으로서 내부에 냉각유체가 통과될 수 있도록 냉각유체관류공간을 제공하는 냉각유체자켓; 상기 냉각유체자켓에 냉각유체를 공급하고 회수하는 냉각유체 공급부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 냉각유닛은,

상기 스크롤볼류트의 케이싱을 감싸도록 하는 것으로서 내부에 냉각유체가 통과될 수 있도록 냉각유체관류공간을 제공하는 냉각유체자켓; 및 상기 냉각유체자켓에 냉각유체를 공급하고 회수하는 냉각유체 공급부;를 포함하되;

상기 냉각유체자켓의 내측커버판는 상기 스크롤볼류트의 케이싱과 일체를 이루고 있을 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면 상기 냉각유체자켓은,

상기 로터하우징덮개판에 볼트로써 고정되는 원통형 외부케이싱; 상기 외부케이싱 내부의 중심에 설치되는 것으로서 상기 외부케이싱과의 사이에 도넛 형태의 밀폐된 냉각유체관류공간을 형성하는 내부케이싱; 상기 내부케이싱과 외부케이싱 사이에 설치되는 것으로서 냉각유체가 나선형태로 관류하도록 유도하는 냉각유체유도벽; 상기 외부케이싱에 볼트로 체결 고정되는 것으로서 자켓외측커버판;를 포함할 수 있다. 여기서 냉각유체유입구는 상기 커버판에 마련되고, 냉각유체유출구는 상기 커버판 또는 외부케이싱에 마련될 수 있다.

여기서 상기 냉각유체유도벽은 냉각유체가 나선형태로 관류하도록 나선형으로 설치되어 있을 수 있다.

본 발명에 따르면, 자체 냉각유체단을 갖는 공기압축기가 제공된다. 특히 스크롤볼류트를 직접적으로 냉각함으로써 토출되는 압축공기의 온도까지도 낮추며 직접적인 열전달에 의해 압축기 본체까지 냉각시킬 수 있는 효과적 냉각효과를 제공하는 자체냉각유닛을 갖는 공기압축기가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따라서 스크롤볼류트와 냉각유체자켓이 일체형으로 되어 있는 경우에는 구성을 단순화하여 냉각유닛을 설치함에도 불구하고 제작비용을 크게 상승시키지 않을 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면 로터하우징을 냉각시킴에 있어서, 공랭식과 수냉식을 병용함으로써 냉각능력을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 복합 냉각유닛을 갖는 공기압축기의 개략 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 복합 냉각유닛을 갖는 공기압축기의 절개 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 복합 냉각유닛을 갖는 공기압축기의 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 복합 냉각유닛을 갖는 공기압축기의 일부 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 복합 냉각유닛을 갖는 공기압축기의 냉각유체자켓의 정면구성도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 로터하우징의 냉각시스템을 설명하기 위한 로터하우징의 일부 절개사시도이다.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 5를 동시에 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 상세하게 설명한다. 나머지 도면은 필요한 곳에서 인용하기로 한다.

본 발명의 실시예에 의한 복합 냉각유닛을 갖는 공기압축기(1. 이하, '공기압축기'라 한다)는 도 1에 도시된 바와 같은 외관을 가진다.

공기압축기(1)는 외부에서 공기를 유입하여 압축한 후 필요한 곳에 공급하는 장치이다. 도 1에 도시된 바에 의하면 공기압축기(1)의 일측 중앙에서 외부공기를 흡입하여 1차로 압축시킨 다음 1차로 압축된 공기를 반대측 중앙으로 공급하여 2차로 압착한 다음 2차로 압축된 공기를 토출시키는 방식이다. 이런 방식을 보통 터보압축기라 하며 큰 압축비를 얻기 위한 것이다. 한쪽에서만 압축작용이 일어나도록 하는 방식을 싱글타입이라 한다. 본 발명은 이들 모두에 적용될 수 있다. 그러므로 본 발명의 권리범위가 도시된 형식에 한정되지 않는다. 공기압축기(3)는 모터와 동일한 구성을 갖는 회전구동장치와 그 양쪽에 설치되는 압축부를 포함한다.

원통형상의 로터하우징(3) 내부에는 스테이터코일(5)이 원통 형태로 설치된다. 로터(7)는 로터축(9)을 축중심으로 축회전 가능하게끔 로터하우징(3) 내부에 설치된다. 이는 일반적인 모터의 구성과 다를 바 없다. 로터하우징(3)는 기존의 냉각장치가 설치되어 있다.

기본적으로 원판 형태로 되어 있는 로터하우징덮개판(11,13)이 로터하우징(3)의 양단에 각각 고정된다. 로터하우징덮개판(11,13)에는 로터축(9)이 관통하는 구멍이 마련되어 있다. 로터하우징덮개판(11,13)은 이 구멍에 설치되는 베어링(15,17)을 통해 로터축(8)의 양단을 회전가능하게 지지한다.

임펠러(19,21)가 로터하우징덮개판(11,13)으로부터 외측 방향으로 돌출되어 있는 로터축(9)의 양단에 설치되어 로터축(9)과 함께 회전하게 된다. 싱글타입의 경우에는 임펠러(19,21) 중 어느 한쪽만 설치될 것이다.

임펠러(19,21)를 덮어씌우도록 로터하우징덮개판(11,13)의 외부에 스크롤볼류트(23,25. Scroll Volute)가 고정된다. 스크롤볼류트(23,25)는 외부공기가 유입되는 외부공기흡입구(27,27')와 유입된 공기가 압축된 상태로 방사방향으로 토출되도록 하는 압축공기토출구(29,29')를 제공한다. 스크롤볼류트(23,25)는 달팽이관처럼 나선형으로 형성되어 있다. 2차로 압축과정이 일어나게 되는 스크롤볼류트(25)의 부피가 1차로 압축과정을 밟는 스크롤볼류트(23) 보다 작게 되어 있다(도 2,3 참조).

도 2에 도시된 것처럼 공기압축기의 양측에 있는 외부공기 흡입구(27,27')로부터 유입된 공기는 고속회전하는 임펠러(19,21)에 의해 압축된 상태에서 로터와 직각을 이루는 압축공기 토출구(29,29')로 배출된다.

냉각유닛(31,33)이 스크롤볼류트(23,25)의 케이싱(35,37)의 외벽에 설치된다. 이로써 냉각유닛(31,33) 스크롤볼류트(23,25)를 직접적으로 냉각시키는 동시에 열전달을 통해 공기압축기 전체를 냉각시킨다. 냉각유닛은 좌우의 것이 동일한 구성과 작용을 한다. 그러므로 이하의 냉각유닛에 대한 설명은 어느 한쪽을 대표하여 설명한다.

냉각유닛은 스크롤볼류트의 케이싱(35)을 감싸도록 하는 것으로서 냉각유체관류공간(39)을 제공하는 냉각유체자켓(41)과 냉각유체자켓(41)에 냉각유체를 공급하는 냉각유체 공급부(43)를 포함한다. 냉각유체는 이 냉각유체관류공간(39)을 통해 흐르면서 열교환을 하게 된다. 냉각유체 공급부(43)는 냉각유체자켓(41)에서 냉각유체를 회수하여 필터링한 다음 다시 냉각하여 냉각유체자켓(41)에 공급한다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 냉각유체자켓의 내측커버판(45)는 상기 스크롤볼류트의 케이싱(35)과 일체를 이루고 있을 수 있다. 그러나 경우에 따라서는 서로 분리되어 있는 상태에서 면접촉하도록 구성할 수도 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면 상기 냉각유체자켓(41)은, 원통형 외부케이싱(47), 원통형 내부케이싱(49), 냉각유체유도벽(51), 자켓외측커버판(53), 자켓내측커버판(45)을 포함할 수 있다.

원통형 외부케이싱(47)은 로터하우징덮개판(11)에 볼트로써 고정된다. 가스켓 또는 패킹이 그 사이에 개입된다. 원통형 내부케이싱(49)은 외부케이싱(47)의 내부 중심에 설치되는 것으로서 외부케이싱과(47)의 사이에 도넛 형태의 밀폐된 냉각유체관류공간(39)을 형성한다.

냉각유체유도벽(51)은 내부케이싱(49)과 외부케이싱(47) 사이에 설치되는 것으로서 냉각유체가 오래 체류하면서 열교환을 하도록 유도하는 것이다. 보통 이 냉각유체유도벽(51)은 주조나 다이캐스팅에 의해 케이싱(49,49)과 일체형으로 제작된다. 본 발명의 실시예에 의하면 냉각유체유도벽(51)은 지그재그 형태의 격판으로 형성될 수도 있으나, 도시된 바에 의하면 스크롤볼류트(23,25)의 형태에 부합되게끔 나선형으로 설치된다. 이에 의하면 중심부로 유입된 냉각유체는 나선형으로 회전하면서 외부로 유출된다.

자켓외측커버판(53)이 외부케이싱(47)의 외측 단부에 용접으로 고정된다. 자켓내측커버판(45)은 외부케이싱(47)의 내측에 스크롤볼류트(23,25)를 향해 배치된다. 본 발명의 실시예에 따라서 이 자켓내측커버판(45)은 스크롤볼류트의 케이싱(35,37)과 용접에 의해 또는 일체형으로 제작됨으로써 일체로 되어 있을 수도 있고, 분리되어 있을 수도 있다. 일체형으로 하는 것이 더 바람직하지만, 분리형도 유지보수의 편리성에서 장점을 가질 수 있다.

냉각유체유입구(55)는 자켓외측커버판(53)에 마련되고, 냉각유체유출구(57)는 자켓외측커버판(53) 또는 외부케이싱(47)에 마련될 수 있다. 냉각유는 각 냉각유닛(31,33)에 직렬 방식으로 공급될 수도 있고, 병렬 방식로 공급될 수도 있다.

이하, 본 발명의 또 다른 실시예를 설명한다. 본 실시예는 로터하우징(3)의 냉각시스템에 관한 것이다. 본 실시예에 의하면 로터하우징(3)의 냉각시스템은 공랭식과 수냉식이 병합되어 있다. 로터하우징(3)은 각각 내통(61)과 외통(63)을 포함하고 있다. 내통(61)과 외통(63) 사이의 공간은 냉각유체를 순환공급시키기 위한 냉각유체순환공간(65)이 된다.

내통(61)과 외통(63) 사이에는 원주방향을 따라 냉각유체의 가이드 역할을 하기 위한 격판체(67)가 로터(7)의 축방향과 평행한 방향으로 마련되어 있다. 격판체(67)는 원주방향을 따라 일정한 간격으로 설치되어 있으되, 화살표 방향(J)으로 냉각유체를 유도하기 위하여 지그재그 형태로 배치되어 있다.

격판체(67)에는 로터하우징(3)의 내부공간, 즉 로터(7)가 설치되는 내부공간과 외부공기와 소통되도록 다수의 방열구멍(69)이 마련되어 있다.

또한 내통(61)의 외벽에는 냉각유체의 흐름방향과 같은 방향으로 방열핀(71)이 설치되어 있다. 외통(63)에는 하우징 냉각을 위한 냉각유체 유입구(73)과 열교환을 마친 냉각유체가 토출되는 냉각유체 배출구(75)가 마련된다.

위에 도시 및 설명된 구성은 본 발명의 기술적 사상에 근거한 바람직한 실시예에 지나지 아니한다. 당업자는 통상의 기술적 상식을 바탕으로 다양한 변경실시를 할 수 있을 것이지만 이는 본 발명의 보호범위에 포함될 수 있음을 주지해야 할 것이다.

1 : (본 발명에 의한)공기압축기
3 : 로터하우징 5 : 스테이터코일
7 : 로터 9 : 로터축
11,13 :로터하우징덮개판 15,17 : 베어링
19,21 : 임펠러 23,25 : 스크롤볼류트
27,27' : 외부공기 흡입구 29,29' : 압축공기 토출구
31,33 : 냉각유닛 35,37 : 케이싱
39 : 냉각유체 관류공간 41 : 냉각유체자켓
43 : 냉각유체 공급부 45 : 자켓내측커버판
47 : 외부케이싱 49 : 내부케이싱
51 : 냉각유체유도벽 53 : 자켓외측커버판
55 : 냉각유체유입구 57 : 냉각유체유출구
61 : 내통 63 : 외통
65 : 냉각유체순환공간 67 : 격판체
69 : 방열구멍 71 : 방열핀
73 : 냉각유체 유입구 75 : 냉각유체 배출구

Claims

스테이터코일이 설치되는 원통형상의 로터하우징; 로터축을 축중심으로 축회전 가능하게끔 상기 로터하우징 내부에 설치되는 로터; 상기 로터하우징의 양단에 각각 고정되는 것으로서 베어링을 통해 상기 로터의 양단을 회전가능하게 지지하는 로터하우징덮개판; 상기 로터하우징덮개판으로부터 돌출되어 있는 상기 로터축의 일단 또는 양단에 설치되는 임펠러;
상기 임펠러를 덮어씌우도록 상기 로터하우징덮개판 외부에 고정되는 것으로서 외부공기가 유입되는 공기유입구와 유입된 공기가 압축된 상태로 방사방향으로 토출되도록 하는 공기토출구를 제공하는 스크롤볼류트(Scroll Volute); 및
상기 스크롤볼류트의 케이싱 외벽에 설치됨으로써, 상기 스크롤볼류트를 냉각시키는 냉각유닛;을 포함하되,
상기 냉각유닛은,
상기 스크롤볼류트의 케이싱을 감싸도록 하는 것으로서 내부에 냉각유체가 통과될 수 있도록 냉각유체관류공간을 제공하는 냉각유체자켓; 및
상기 냉각유체자켓에 냉각유체를 공급하고 회수하는 냉각유체 공급부;를 포함하며;
상기 냉각유체자켓은,
상기 로터하우징덮개판에 볼트로써 고정되는 원통형 외부케이싱;
상기 외부케이싱 내부의 중심에 설치되는 것으로서 상기 외부케이싱과의 사이에 도넛 형태의 밀폐된 냉각유체관류공간을 형성하는 내부케이싱;
상기 내부케이싱과 외부케이싱 사이에 설치되는 것으로서 냉각유체가 오랜 시간 상기 냉각유체자켓에 체류하도록 유도하는 냉각유체유도벽;
상기 외부케이싱에 볼트로 체결 고정되는 것으로서 자켓외측커버판;
를 포함하며;
냉각유체유입구는 상기 커버판에 마련되고, 냉각유체유출구는 상기 자켓외측커버판 또는 외부케이싱에 마련되는 것을 특징으로 하는 복합 냉각유닛을 갖는 공기압축기.
삭제
제1항에 있어서 상기 냉각유닛은,
상기 스크롤볼류트의 케이싱을 감싸도록 하는 것으로서 내부에 냉각유체가 통과될 수 있도록 냉각유체관류공간을 제공하는 냉각유체자켓; 및 상기 냉각유체자켓에 냉각유체를 공급하고 회수하는 냉각유체 공급부;를 포함하되;
상기 냉각유체자켓의 자켓내측커버판는 상기 스크롤볼류트의 케이싱과 일체를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 복합 냉각유닛을 갖는 공기압축기.
삭제
제1항에 있어서, 상기 냉각유체유도벽은 냉각유체가 나선형태로 관류하도록 나선형으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 냉각유닛을 갖는 공기압축기.
제1항에 있어서, 상기 로터하우징은 냉각유체를 순환공급시키기 위한 냉각유체순환공간(65)을 마련하기 위한 내통(61)과 외통(63)으로 구성되며;
상기 내통(61)과 외통(63) 사이에는 원주방향을 따라 냉각유체의 가이드 역할을 하기 위한 격판체(67)가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 냉각유닛을 갖는 공기압축기.
제6항에 있어서, 상기 격판체(67)는 로터의 축방향과 평행하게 설치되는 것으로서, 원주방향을 따라 일정한 간격으로 설치되어 있으되, 지그재그 형태로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 냉각유닛을 갖는 공기압축기.
제6항에 있어서,
상기 격판체(67)에는 상기 로터하우징의 내부공간, 즉 상기 로터가 설치되는 내부공간과 외부공기와 소통되도록 다수의 방열구멍(69)이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 냉각유닛을 갖는 공기압축기.
제6항에 있어서,
상기 내통(61)의 외벽에는 냉각유체의 흐름방향과 같은 방향으로 방열핀(71)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 냉각유닛을 갖는 공기압축기.