KR102320558B1 - 임펠러 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 임펠러 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러는, 나선형의 제1 슬롯부가 복수 개 형성되는 허브, 허브와 대항하여 위치하며 나선형의 제2 슬롯부가 복수 개 형성되는 쉬라우드 및 허브 및 쉬라우드와 결합되며 일 측면에 상단 돌출부가 형성되고 타 측면에 하단 돌출부가 형성되는 복수 개의 블레이드를 포함하고, 상단 돌출부는 제1 슬롯부에 형성되는 제1 홀에 삽입되어 결합되며, 하단 돌출부는 제2 슬롯부에 형성되는 제2 홀에 삽입되어 결합될 수 있다.
이에 따라, 임펠러의 구조적 강도를 증가시키고, 제조 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

Description

임펠러 및 그 제조 방법{Impeller and method of manufacturing the same}
본 발명은 임펠러 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 양 측면에 돌출부를 구비하고 판금 공정으로 제작된 블레이드가 쉬라우드 및 허브에 형성된 홈에 결합하는 구조를 구비하여, 구조적 강도를 증가시키고, 제조 품질을 향상시킬 수 있는 임펠러 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 칠러는 냉매를 이용하여 냉수와 냉각수의 열교환을 수행하는 장치로서, 칠러를 순환하는 냉매와 냉수 수요처와 칠러의 사이를 순환하는 냉수간에 열교환이 이루어져 냉수를 냉각시키는 것을 특징으로 한다. 이러한 칠러는 대규모의 공기 조화 등의 목적으로 사용되므로, 장치의 안정적인 동작이 요구된다.
종래의 칠러 시스템의 구조를 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 종래의 칠러 시스템(1)의 주요 구성은, 압축기(10), 응축기(20), 팽창기구(30), 증발기(40)로 이루어진다.
압축기(10)는, 공기나 냉매 가스 등의 기체를 압축하기 위한 기기로써, 냉매를 압축하여 응축기(20)로 제공하도록 형성된다.
압축기(10)에 사용되는 임펠러(11)는 쉬라우드를 통해 축방향으로 유입된 공기를 가속시켜 블레이드 사이를 통해 반경방향으로 토출하는 과정을 통해, 공기를 압축한다. 이러한 임펠러(11)는 합성 수지 또는 금속 재질로 형성된다.
종래에는, NC(numerical control) 가공에 의해 형성된 쉬라우드와, 허브 및 블레이드가 일체로 형성된 모듈을 접착 방식으로 결합하는 브레이징 방법으로 임펠러(11)를 제조하거나, 주물에 의해 생산하는 주조 방법으로 임펠러(11)를 제조하거나, 또는 판금형으로 제작된 쉬라우드, 블레이드, 허브를 리벳(rivet)을 통해 조립하는 리벳 체결 방식으로 임펠러(11)를 제조하였다.
브레이징 방법의 경우, 임펠러(11)의 모든 구성이 NC 가공에 의해 형성되므로 제조 원가가 높다는 문제점과, 쉬라우드 및 모듈의 접착 검사가 제한적이라는 문제점이 있다.
한편, 주조 방법의 경우, 임펠러(11)의 유로 형상을 확인하는 것이 불가능하므로, 임펠러(11)의 성능 품질을 확인하기가 어렵다는 문제점이 있다.
한편, 리벨 체결 방식의 경우, 고속 회전하는 임펠러(11)에는 적용하기가 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 양 측면에 돌출부를 구비하는 블레이드가 쉬라우드 및 허브에 형성된 홈에 결합하는 구조를 구비하여, 구조적 강도를 증가시킨 임펠러를 제공하는데 목적이 있다.
한편, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 상단면에 원형의 리브를 적어도 하나 이상 포함하는 쉬라우드를 포함하여, 구조적 강도를 증가시킨 임펠러를 제공하는데 목적이 있다.
한편, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, NC 가공된 쉬라우드 및 허브에 판금 가공된 블레이드가 결합되는 구조를 구비하여, 제조 원가를 감소시킨 임펠러를 제공하는데 목적이 있다.
한편, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 블레이드가 쉬라우드 또는 허브와 결합되는 적어도 하나 이상의 홀 구조를 갖는 쉬라우드 및 허브를 포함하여, 결합 상태의 확인 및 검사가 용이한 임펠러의 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.
한편, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 가 결합된 쉬라우드, 블레이드 및 허브에 열처리 공정을 수행하여, 조립에 의한 제품의 변형을 최소화할 수 있는 임펠러의 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러는, 나선형의 제1 슬롯부가 복수 개 형성되는 허브, 허브와 대항하여 위치하며 나선형의 제2 슬롯부가 복수 개 형성되는 쉬라우드 및 허브 및 쉬라우드와 결합되며 일 측면에 상단 돌출부가 형성되고 타 측면에 하단 돌출부가 형성되는 복수 개의 블레이드를 포함하고, 상단 돌출부는 제2 슬롯부에 형성되는 제2 홀에 삽입되어 결합되며, 하단 돌출부는 제1 슬롯부에 형성되는 제1 홀에 삽입되어 결합될 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러에서, 쉬라우드, 허브 및 블레이드는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러에서, 쉬라우드의 강도는 블레이드 및 허브의 강도보다 더 높을 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러에서, 돌출부의 높이와 제2 슬롯부의 깊이의 합은 쉬라우드의 두께보다 크거나 같고, 하단 돌출부의 높이와 제1 슬롯부의 깊이의 합은 허브의 두께보다 크거나 같을 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러에서, 상단 돌출부 및 하단 돌출부는 블레이드의 전단부(FE, Front edge) 및 후단부(RE, Rear edge)와 일정거리 이상 이격되어 형성될 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러에서, 쉬라우드는 상단면에 원형으로 서로 이격되어 형성되는 적어도 하나 이상의 리브(rib)를 포함할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러에서, 적어도 하나 이상의 리브는 쉬라우드의 흡입구에 가깝게 위치할수록, 두께가 두껍도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러는, 상단 돌출부와 제2 홀 사이에 주입되고, 하단 돌출부와 제1 홀 사이에 주입되는 결합 부재를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러에서, 블레이드는 판금 가공되고, 쉬라우드 및 허브는 수치 제어(NC, numerical control) 가공될 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러에서, 결합은 용접 결합이며, 웰딩(welding) 방식일 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 제조방법은, 나선형의 제1 슬롯부가 복수 개 형성되는 허브를 성형하는 제1 단계, 나선형의 제2 슬롯부가 복수 개 형성되는 쉬라우드를 성형하는 제2 단계, 일 측면에 상단 돌출부가 형성되고 타 측면에 하단 돌출부가 형성되는 적어도 하나 이상의 블레이드를 성형하는 제3 단계, 하단 돌출부를 허브의 제1 홀에 삽입하는 제4 단계, 상단 돌출부를 쉬라우드의 제2 홀에 삽입하는 제5 단계 및 상단 돌출부와 제2 홀이 결합한 지점과 하단 돌출부와 제1 홀이 결합한 지점에 용접 가공을 수행하는 제6 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 제조방법은, 제6 단계 이후에 결합된 쉬라우드, 블레이드 및 허브에 열처리 공정을 수행하는 제7 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 제조방법에서, 제3 단계는 판금 가공에 의해 상기 블레이드를 성형하는 단계이고 제1 단계 및 제2 단계는 NC 가공에 의해 허브 및 쉬라우드를 성형하는 단계일 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러 제조방법에서, 제4 단계 내지 제6 단계는 가조립용 지그(zig)를 사용하여 수행되는 단계일 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러는, 양 측면에 돌출부를 구비하는 블레이드가 쉬라우드 및 허브에 형성된 홈에 결합하는 구조를 구비하여, 구조적 강도가 증가된다는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러는, 상단면에 원형의 리브를 적어도 하나 이상 포함하는 쉬라우드를 포함하여, 구조적 강도가 증가된다는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러는, NC 가공된 쉬라우드 및 허브에 판금 가공된 블레이드가 결합되는 구조를 구비하여, 제조 원가를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러의 제조 방법은, 블레이드가 쉬라우드와 결합되는 적어도 하나 이상의 홀 및 블레이드가 허브와 결합되는 적어도 하나 이상의 홀을 이용하여 용접 결합하여, 블레이드, 쉬라우드 및 허브의 결합 상태의 확인 및 검사가 용이한 효과가 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러의 제조 방법은, 가 결합된 쉬라우드, 블레이드 및 허브에 열처리 공정을 수행하여, 조립에 의한 제품의 변형을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 일반적인 칠러 및 이에 포함되는 압축기와 임펠러를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러를 포함하는 칠러를 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3a의 임펠러에 포함되는 쉬라우드를 도시한 도면이다.
도 5는 도 3a의 임펠러에 포함되는 블레이드의 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 도 3a의 임펠러에 포함되는 허브의 구조를 도시한 도면이다.
도 7은 도 3a의 블레이드의 돌출부와 쉬라우드 및 허브의 결합 구조를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 임펠러 및 이에 포함되는 리브의 형태를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러의 제조 방법에 대한 순서도를 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러(100)를 포함하는 칠러(2)를 도시한 도면이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러(100)는 칠러 시스템의 일부로써 기능할 뿐만 아니라 공기조화기에도 포함될 수 있으며 기체 상태의 물질을 압축하는 기기라면 어디에든 포함될 수 있을 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러(100)를 포함하는 칠러(2)는, 냉매를 압축하도록 형성된 압축기(700), 압축기(700)에서 압축된 냉매와 냉각수를 열교환시켜 냉매를 응축시키는 응축기(200), 응축기(200)에서 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창기(300), 팽창기(300)에서 팽창된 냉매와 냉수를 열교환시켜 냉매의 증발과 함께 냉수를 냉각하도록 형성된 증발기(400)를 포함할 수 있다.
한편, 칠러(2)는 응축기(200)에서 냉매와 열교환된 냉각수를 냉각하도록 형성되는 냉각수 유닛(600)과, 증발기(400)에서 냉각된 냉수와 공조 공간의 공기를 열교환 시켜 공조 공간의 공기를 냉각하는 공기조화 유닛(500)을 더 포함할 수 있다.
응축기(200)는 압축기(700)에서 압축된 고압의 냉매를 냉각수 유닛(600)에서 유입되는 냉각수와 열교환하는 장소를 제공할 수 있다. 압축된 고압의 냉매는 냉각수와의 열교환을 통해 응축된다.
응축기(200)는 쉘-튜브 타입의 열교환기로 구성될 수 있다. 구체적으로, 압축기(700)에서 압축된 고압의 냉매는 응축기 연결유로(160)를 통해 응축기(200) 내부 공간에 해당하는 응축공간(230)으로 유입된다. 또한, 응축공간(230) 내부에는 냉각수 유닛(600)으로부터 유입되는 냉각수가 흐를 수 있는 냉각수 유로(210)를 포함할 수 있다.
냉각수 유로(210)는 냉각수 유닛(600)으로부터 냉각수가 유입되는 냉각수 유입유로(211)와 냉각수 유닛(600)으로 냉각수가 배출되는 냉각수 토출유로(212)로 구성될 수 있다. 냉각수 유입유로(211)로 유입된 냉각수는 응축공간(230) 내부에서 냉매와 열교환을 한 후, 응축기(200) 내부 일단 또는 외부에 구비된 냉각수 연결유로(240)를 지나 냉각수 토출유로(212)로 유입된다.
냉각수 유닛(600)과 응축기(200)는 냉각수 튜브(220)를 매개로 하여 연결될 수 있다. 냉각수 튜브(220)는 냉각수 유닛(600)과 응축기(200) 사이에 냉각수가 흐르는 통로가 될 수 있다. 또한, 냉각수 튜브(220)는, 냉각수가 외부로 새어나가지 않도록 고무 등의 재질로 구성될 수 있다.
냉각수 튜브(220)는 냉각수 유입유로(211)와 연결되는 냉각수 유입튜브(221) 및 냉각수 토출유로(212)와 연결되는 냉각수 토출튜브(222)로 구성될 수 있다.
냉각수의 흐름을 전체적으로 살펴보면, 냉각수 유닛(600)에서 공기 또는 액체와 열교환을 마친 냉각수는 냉각수 유입튜브(221)를 통해 응축기(200) 내부로 유입된다. 응축기(200) 내부로 유입된 냉각수는 응축기(200) 내부에 구비된 냉각수 유입유로(211), 냉각수 연결유로(240), 냉각수 토출유로(212)를 차례로 지나면서 응축기(200) 내부로 유입된 냉매와 열교환을 한 후, 다시 냉각수 토출튜브(222)를 지나 냉각수 유닛(600)으로 유입된다.
한편, 냉각수 유닛(600)은, 응축기(200)에서 열교환을 통해 냉매의 열을 흡수한 냉각수를 공냉시킬 수 있다. 냉각수 유닛(600)은, 본체부(630), 냉각수 토출튜브(222)를 통해 열을 흡수한 냉각수가 유입되는 입구인 냉각수 유입관(610), 및 냉각수 유닛(600) 내부에서 냉각된 후 냉각수가 배출되는 출구인 냉각수 토출관(620)으로 구성될 수 있다.
냉각수 유닛(600)은 본체부(630) 내부로 유입된 냉각수를 냉각시키기 위해 공기를 이용할 수 있다. 구체적으로 본체부(630)는 공기의 흐름을 발생시키는 팬을 구비할 수 있고, 공기가 토출되는 공기 토출구(631)와 본체부(630) 내부로 공기를 유입되는 입구에 해당하는 공기 흡입구(632)를 포함할 수 있다.
열교환을 마치고 공기 토출구(631)에서 토출되는 공기는 난방에 이용될 수 있다. 응축기(200)에서 열교환을 마친 냉매는 응축되어 응축공간(230) 하부에 고이게 된다. 고인 냉매는 응축공간(230) 내부에 구비된 냉매박스(250)로 유입된 후 팽창기(300)로 흘러간다.
냉매박스(250)는 냉매 유입구(251)를 포함할 수 있다. 냉매 유입구(251)로 유입된 냉매는 팽창기구 연결유로(260)를 통해 토출된다. 팽창기구 연결유로(260)는 팽창기구 연결유로 유입구(261)를 포함할 수 있으며, 팽창기구 연결유로 유입구(261)는 냉매박스(250)의 하부에 위치할 수 있다.
증발기(400)는 팽창기(300)에서 팽창된 냉매와 냉수 사이에 열교환이 일어나는 증발공간(430)을 포함할 수 있다. 팽창기구 연결유로(260)에서 팽창기(300)를 통과한 냉매는 증발기 연결유로(360)를 통해 증발기(400) 내부에 구비된 냉매 분사장치(450)로 유동하며, 냉매 분사장치(450)에 구비된 냉매 분사홀(451)을 통해 증발기(400) 내부로 골고루 퍼지게 된다.
또한, 증발기(400) 내부에는 증발기(400) 내부로 냉수가 유입되는 냉수 유입유로(411)와 증발기(400) 외부로 냉수가 토출되는 냉수 토출유로(412)를 포함하는 냉수유로(410)가 구비될 수 있다.
냉수는 증발기(400) 외부에 구비된 공기조화 유닛(500)과 연통된 냉수튜브(420)를 통해 유입되거나 토출된다. 냉수튜브(420)는 공기조화 유닛(500) 내부의 냉수가 증발기(400)로 향하는 통로인 냉수 유입튜브(421)와 증발기(400)에서 열교환을 마친 냉수가 공기조화 유닛(500)으로 향하는 통로인 냉수 토출튜브(422)로 구성될 수 있다. 즉, 냉수 유입튜브(421)는 냉수 유입유로(411)와 연통되고 냉수 토출튜브(422)는 냉수 토출유로(412)와 연통된다.
냉수의 흐름을 살펴보면, 냉수는, 공기조화 유닛(500), 냉수 유입튜브(421), 냉수 유입유로(411)를 거쳐 증발기(400)의 내부 일단 또는 증발기(400)의 외부에 구비된 냉수 연결유로(440)를 통과한 후, 냉수 토출유로(412), 냉수 토출튜브(422)를 거쳐 공기조화 유닛(500)으로 다시 유입된다.
공기조화 유닛(500)은 증발기(400)에서 냉각된 냉수와 공조 공간의 공기를 열교환시킬 수 있다. 증발기(400)에서 냉각된 냉수는 공기조화 유닛(500) 내에서 공기의 열을 흡수하여 실내 냉방을 가능하게 한다. 공기조화 유닛(500)은 냉수 유입튜브(421)와 연통되는 냉수 토출관(520)과 냉수 토출튜브(422)와 연통되는 냉수 유입관(510)을 포함할 수 있다. 증발기(400)에서 열교환을 마친 냉매는 압축기 연결유로(460)를 통해 압축기(700)로 다시 유입된다.
냉매의 흐름을 살펴보면, 압축기 연결유로(460)를 통해 압축기(700) 내부로 유입된 냉매는, 임펠러(100)의 작용으로 원주 방면으로 압축된 후, 응축기 연결유로(760)로 토출된다. 압축기 연결유로(460)는 임펠러(100)의 회전 방향과 수직인 방향으로 냉매가 유입될 수 있도록 압축기(700)와 연결될 수 있다.
압축기(700)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러(100), 모터 하우징 내에 수용되어 회전하는 모터(730), 임펠러(100) 및 임펠러(100)를 회전시키는 모터(730)가 연결된 회전축(711), 회전축(711)을 공중에서 회전 가능하도록 지지하는 다수개의 베어링(741)과 베어링(741)을 지지하는 베어링 하우징(742)을 포함하는 베어링부(740), 회전축(132)과의 거리를 감지하는 갭센서(미도시)를 포함할 수 있다.
임펠러(100)는 1단 또는 2단으로 이루어질 수 있고, 다수 개의 단으로 이루어질 수도 있다. 임펠러(100)는 회전축(711)에 의해 회전을 하며, 축 방향으로 유입된 냉매를 원심방향으로 회전에 의해 압축을 함으로써 냉매를 고압으로 만들 수 있다.
모터(730)는 스테이터(734) 및 로터(733)로 구성되어 회전축(711)을 회전시킬 수 있다. 로터(733)는 회전축(711)의 외둘레에 배치될 수 있고, 회전축(711)과 함께 회전될 수 있다. 스테이터(734)는 로터(733)의 외둘러를 둘러싸도록 모터 하우징 내부에 배치될 수 있다. 모터(730)는 회전축(711)과 별도의 회전축을 가지고 벨트(미도시)에 의해 회전력을 회전축(711)으로 전달하는 구조를 가질 수도 있다.
회전축(711)은 임펠러(100) 및 모터(730)와 연결될 수 있다. 회전축(711)은 도 2의 좌우 방향으로 연장된다. 베어링(741)이 자기 베어링인 경우에, 회전축(711)은 자기력에 의해 움직일 수 있도록 금속을 포함하는 것이 바람직하다.
베어링(741)이 자기 베어링인 경우, 베어링(741)은 도체로 구성될 수 있고, 코일(미도시)이 권선될 수 있다. 이 경우, 베어링(741)은 권선된 코일에 흐르는 전류에 의해 자석과 같은 역할을 한다.
베어링(741)은 회전축(711)을 중심으로 하여 회전축(711)을 둘러싸도록 다수 개가 구비될 수 있다. 베어링(741)에 권선된 코일에 의해 생성된 자기력에 의해 회전축(711)은 공중에 부양하게 된다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러(100)를 도시한 도면이다. 도 3a는 임펠러(100)의 사시도이고, 도 3b는 임펠러(100)의 분해 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러(100)는 쉬라우드(110), 허브(130) 및 복수개의 블레이드(120)를 포함할 수 있다.
쉬라우드(110), 블레이드(120) 및 허브(130)는 각각 제작되고, 블레이드(120)가 쉬라우드(110) 및 허브(130)에 결합할 수 있다.
임펠러(100)의 쉬라우드(110), 허브(130) 및 복수개의 블레이드(120)의 재질은 가소성(plasticity)을 갖는 금속재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 쉬라우드(110), 허브(130) 및 복수개의 블레이드(120)는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.
한편, 쉬라우드(110)의 강도는 블레이드(120) 및 허브(130)의 강도보다 더 높을 수 있다.
임펠러(100)가 회전하면, 쉬라우드(110)는 임펠러(100)에 유입되는 유체에 의해 블레이드(120) 및 허브(130) 보다 더 강한 압력을 받을 수 있다. 따라서, 쉬라우드(110)를 구성하는 재질은 블레이드(120) 및 허브(130)를 구성하는 재질에 비해 강도가 더 높은 것이 바람직하다.
예를 들어, 쉬라우드(110)는 A7075-T6 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있고, 블레이드(120) 및 허브(130)는 A6061-T6 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다. 그러나, 쉬라우드(110), 블레이드(120) 및 허브(130)의 재질은 이에 제한되지 않는다.
A6061-T6 알루미늄 합금은 석출경화(Precipitation hardening) 합금으로, 열처리 합금 중의 하나이다. A6061-T6 알루미늄 합금은 내식성, 용접성이 우수하고 압출 가공성이 뛰어난 특징을 갖는다.
A7075-T6 알루미늄 합금은 알루미늄 합금 중 가장 높은 강도를 갖는 합금 중의 하나로써, A6061-T6 알루미늄 합금에 비해 강도가 더 높은 특징을 갖는다.
이에 따라, 강한 압력이 작용하는 쉬라우드(110)에 더 강도가 높은 재질을 사용하여, 임펠러(100)의 내구성을 높일 수 있게 된다.
임펠러(100)는 쉬라우드(110)와 허브(130)가 서로 대향하여 위치하고, 쉬라우드(110) 및 허브(130) 사이에 복수개의 블레이드(120)가 결합되는 형태로 형성될 수 있다. 복수개의 블레이드(120)의 일 측면은 쉬라우드(110)의 하단면과 결합하고, 타 측면은 허브(130)의 상단면과 결합할 수 있다.
쉬라우드(110)와 허브(130)는 회전축(711)을 중심으로 회전하기에 적합하도록, 원형의 형상을 가질 수 있다. 복수개의 블레이드(120)는 쉬라우드(110) 및 허브(130)와 결합하여, 임펠러(100)를 통해 압축되어 토출되는 유체의 유로를 형성할 수 있다.
도 4는 도 3a의 임펠러(110)에 포함되는 쉬라우드(110)를 도시한 도면이다.
쉬라우드(110)는 허브(130)와 이격되어 배치된다. 쉬라우드(110)는 중앙에 흡입구(111)가 형성된 원형의 링 형상으로 이루어지며, 흡입구(111)와 쉬라우드 몸체부(112)로 이루어진다.
흡입구(111)는 회전축(711) 방향으로 공기의 유입이 이루어지도록 형성될 수 있다. 흡입구(111)는 중앙에서 쉬라우드 몸체부(112)로부터 유체가 유입되는 방향을 향해 융기된 형태일 수 있다.
쉬라우드 몸체부(112)는 블레이드(120)의 상단부(1216)를 지지한다. 쉬라우드 몸체부(112)는 흡입구(111)를 형성하는 내주로부터 반경 방향으로 점점 확장되어, 블레이드(120)에 의해 압송된 기류가 토출되는 외주에서 최대 직경을 갖는다.
쉬라우드 몸체부(112)는 유체가 안내되는 내측면이 허브(130)을 향해 볼록하게 만곡된 곡면을 이룰 수 있다. 이에 따라, 쉬라우드(110)는 유체 유동을 부드럽게 하고, 유체 유동에 따른 에너지 손실을 최소화할 수 있다.
쉬라우드 몸체부(112)의 하단면에는 나선형의 제2 슬롯부(114)가 복수개 형성될 수 있다. 제2 슬롯부(114)는 쉬라우드 몸체부(112)의 하단면의 표면에서 음각 형태로 내부로 파여진 형태일 수 있다.
각각의 제2 슬롯부(114)에는 서로 이격된 형태로 적어도 하나 이상의 제2 홀(113)이 형성될 수 있다. 제2 홀(113)의 형상은 제2 슬롯부(114)의 나선 형상의 일부가 쉬라우드 몸체부(112)를 관통하도록 형성된 형상일 수 있다. 또한, 제2 홀(113)의 형상은 블레이드(120)의 상단 돌출부(1214)와 동일한 형상일 수 있다.
쉬라우드(110)에 형성된 제2 슬롯부(114)는 블레이드(120)의 나선 형상과 동일한 나선 형태를 가질 수 있다. 따라서, 쉬라우드(110)는 하나의 제2 슬롯부(114)에 하나의 블레이드(120)의 일 측면이 안착되는 형태로 복수개의 블레이드(120)와 결합될 수 있다.
한편, 쉬라우드(110)는 수치 제어(NC, numerical control) 가공에 의해 형성될 수 있다. 수치 제어 가공은 컴퓨터 장치로 가공 조건을 제어하여 실행하는 가공이다. 수치 제어 가공은, 프로그램에 의해 제어되므로, 복잡한 형상의 가공에 활용될 수 있다는 장점을 갖는 가공 방법이다.
이를 위해, 쉬라우드(110)의 형상 가공을 위한 전용 프로그램이 탑재된 NC 가공 장치가 사용될 수 있다.
한편, 쉬라우드(110)는 판금 가공 등과 같은 다양한 가공 방법에 의해 형성될 수 있다.
도 5는 도 3a의 임펠러(100)에 포함되는 블레이드(120)의 구조를 도시한 도면이다.
도 5의 (a)를 참조하면, 임펠러(100)는 복수개의 블레이드(120)를 포함할 수있다. 복수개의 블레이드(121, 122, 123)는 쉬라우드(110) 및 허브(130)와 결합한다.
인접한 2개의 블레이드(121, 122)의 몸체부는 쉬라우드(110)의 하단면 및 허브(130)의 상단면과 함께 임펠러(100)에서 토출되는 유체의 유로를 형성할 수 있다.
블레이드(120)는 허브(130)와 쉬라우드(110) 사이에서 원주 방향을 따라 복수개가 배치된다. 구체적으로, 블레이드(120)는 회전축(711)을 중심으로 소정의 간격을 두고 서로 이격되어 복수개가 배치될 수 있다.
블레이드(120)는 임펠러(100)에 의해 발생된 회전 운동 에너지를 유체에 전달하기 위하여, 회전 방향에 따라 절곡된 형태로 형성될 수 있다. 쉬라우드(110)의 흡입구(115)를 통해 흡입된 유체는 블레이드(120)의 전단부(1212, FE, Front Edge)로부터 후단부(1213, RE, Rear Edge)로 유동하여 토출된다.
회전축(711)과 직교하는 단면을 취할 시, 블레이드(120)의 전단부(1212)는 소정의 공통의 내주 상에 위치하며, 블레이드(120)의 후단부(1213)는 내주보다 더 큰 직경을 갖는 소정의 공통의 외주 상에 위치할 수 있다.
도 5의 (b)를 참조하면, 블레이드(120)는 몸체부(1211), 전단부(1212), 후단부(1213), 상단부(1216), 하단부(1217)를 포함할 수 있다.
한편, 블레이드(120)는 상단부(1216)의 일측에 서로 이격되어 형성되는 적어도 하나 이상의 상단 돌출부(1214) 및 하단부(1217)의 일측에 서로 이격되어 형성되는 적어도 하나 이상의 하단 돌출부(1215)를 더 포함할 수 있다.
상단부(1216)는 쉬라우드(110)의 제2 슬롯부(114)와 동일한 나선 형태를 가지며, 제2 슬롯부(114)에 안착되어 결합될 수 있다.
하단부(1217)는 허브(130)의 제1 슬롯부(134)와 동일한 나선 형태를 가지며, 제1 슬롯부(134)에 안착되어 결합될 수 있다.
상단 돌출부(1214)는 제1 슬롯부(134)에 형성되는 제1 홀(133)에 삽입되어 용접 결합되며, 하단 돌출부(1215)는 제2 슬롯부(114)에 형성되는 제2 홀(113)에 삽입되어 용접 결합될 수 있다.
상단 돌출부(1214)의 형상은 제2 홀(113)의 형상과 동일한 형상일 수 있고, 하단 돌출부(1215)의 형상은 제1 홀(133)의 형상과 동일한 형상일 수 있다.
한편, 용접 결합은 웰딩(welding) 방식일 수 있다. 웰딩 방식은 450도 이상의 온도에서 수행되며, 접합하고자 하는 모재(base metal)의 용융점(melting point) 이상에서 접합하는 방법이다. 다만, 용접 결합은 450도 이상의 온도에서 수행되고 모재의 용융점 이하에서 접합하는 브레이징(brazing) 방식일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
한편, 블레이드(120)의 상단 돌출부(1214) 및 하단 돌출부(1215)는 블레이드(120)의 전단부(1212, FE, Front edge) 및 후단부(1213, RE, Rear edge)와 일정거리 이상 이격되어 형성될 수 있다.
상단 돌출부(1214) 또는 하단 돌출부(1215)가 전단부(1212) 또는 후단부(1213)와 일정 거리 이내로 인접하여 형성되는 경우, 쉬라우드(110)와 블레이드(120) 또는 허브(130)와 블레이드(120)의 용접 접합 과정에서 열변형이 발생할 수 있다.
전단부(1212)와 가장 인접한 상단 돌출부(1214a)가 전단부(1212)와 이격되는 거리(d11) 및 후단부(1213)와 가장 인접한 상단 돌출부(1214b)가 후단부(1213)와 이격되는 거리(d12)는 설정된 이격거리 이상일 수 있다. 또한, 전단부(1212)와 가장 인접한 하단 돌출부(1215a)가 전단부(1212)와 이격되는 거리(d21) 및 후단부(1213)와 가장 인접한 하단 돌출부(1215c)가 후단부(1213)와 이격되는 거리(d22)는 설정된 이격거리 이상일 수 있다.
예를 들어, 설정된 이격거리는 최소 10mm 이상일 수 있다. 그러나 이격거리의 수치는 이에 제한되지 않는다.
한편, 상단 돌출부(1214)의 개수와 하단 돌출부(1215)의 개수는 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 도면을 참조하면, 상단 돌출부(1214)는 2개가 형성되고, 하단 돌출부(1215)는 3개가 형성될 수 있다. 그러나 돌출부의 개수는 이에 제한되지 않는다.
한편, 블레이드(120)는 금속 판재를 프레스 가공 또는 판금 가공하여 형성될 수 있다. 판금 가공은 구부리기, 접기, 구멍 뚫기, 절단 등의 작업을 통하여 원하는 모양의 제품을 만드는 가공 방법이다.
구체적으로, 블레이드(120)는 가소성의 금속 판재를 가압 성형하여 형성될 수 있다. 알루미늄 합금은 다양한 형태로의 성형이 용이하면서도 합금을 이루는 물질들의 함량비에 따라 내식성, 내열성, 강성 등을 확보할 수 있다.
예를 들어, 블레이드(120)는 A6061-T6 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다. A6061-T6 알루미늄 합금은 뛰어난 압출 가공성을 가지므로, 판금 가공에 적합한 특징이 있다.
이에 따라, 블레이드(120)는 충분한 강성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 임펠러(100)의 성능 개선을 위한 복잡한 형상으로도 구현될 수 있게 된다.
한편, 블레이드(120)는 수치 제어 가공 등과 같은 다양한 가공 방법에 의해 형성될 수 있다.
도 6은 도 3a의 임펠러(100)에 포함되는 허브(130)의 구조를 도시한 도면이다.
허브(130)는 모터(730)에 의해 회전축(711)을 중심으로 회전한다. 실시 예에 따라, 허브(130)는 모터(730)의 회전축(711)과 직결될 수 있다.
허브(130)는 쉬라우드(110)와 이격되어 배치된다. 허브(130)는 원형의 링 형상으로 이루어지며, 축 연결부(131)를 형성하는 내주로부터 반경 방향으로 점점 확장되어, 블레이드(120)에 의해 압송된 기류가 토출되는 외주에서 최대 직경을 갖는다.
허브(130)는 블레이드(120)의 하단부(1217)를 지지하는 블레이드 지지판(132)과, 중앙에서 블레이드 지지판(132)로부터 쉬라우드(110)를 향해 융기된 축 연결부(131)를 포함할 수 있다.
축 연결부(131)는 블레이드 지지판(132)으로부터 소정의 곡률을 가지며 연장된다. 축 연결부(131)의 중앙에는 모터(730)의 회전축(711)과 결합될 수 있도록 홀이 형성되고, 축 연결부(131)에는 홀의 둘레를 따라 복수개의 체결공(미도시)이 원주방향을 따라 일정한 간격으로 형성될 수 있다. 체결공을 통해 나사, 볼트 또는 스크류 등의 체결 부재가 체결됨으로써 허브(130)가 회전축(711)에 연결되어 고정될 수 있다.
허브(130)의 블레이드 지지판(132)에는 나선형의 제1 슬롯부(134)가 복수개 형성될 수 있다. 제1 슬롯부(134)는 블레이드 지지판(132)의 표면에서 음각 형태로 내부로 파여진 형태일 수 있다.
각각의 제1 슬롯부(134)에는 서로 이격된 형태로 적어도 하나 이상의 제1 홀(133)이 형성될 수 있다. 제1 홀(133)의 형상은 제1 슬롯부(134)의 나선 형상의 일부가 블레이드 지지판(132)을 관통하도록 형성된 형상일 수 있다. 또한, 제1 홀(133)의 형상은 블레이드(120)의 하단 돌출부(1215)와 동일한 형상일 수 있다.
제1 슬롯부(134)는 블레이드(120)의 나선 형상과 동일한 나선 형태를 가질 수 있다. 따라서, 허브(130)는 하나의 제1 슬롯부(134)에 하나의 블레이드(120)의 일 측면이 안착되는 형태로 복수개의 블레이드(120)와 결합될 수 있다.
한편, 허브(130)는 수치 제어 가공에 의해 형성될 수 있다. 이를 위해, 허브(130)의 형상 가공을 위한 전용 프로그램이 탑재된 NC 가공 장치가 사용될 수 있다.
한편, 허브(130)는 판금 가공 등과 같은 다양한 가공 방법에 의해 형성될 수 있다.
한편, 블레이드(120)의 상단 돌출부(1214) 또는 하단 돌출부(1215)는 원형 돌기의 형상일 수 있고, 쉬라우드(110)의 제2 홀(113) 또는 허브(130)의 제1 홀(133)은 원형 돌기와 결합될 수 있도록 원통형으로 관통하는 홀의 형상일 수 있다. 그러나, 돌출부(1214, 1215) 및 홀(113, 133)의 형상은 이에 제한되지 않으며, 실시예에 따라 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 7은 도 3a의 블레이드(120)의 돌출부(1214, 1215)와 쉬라우드(110) 및 허브(130)의 결합 구조를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 블레이드(120)의 상단부(1216) 및 상단 돌출부(1214)는 각각 쉬라우드(110)의 제2 슬롯부(114) 및 제2 홀(113)과 결합하고, 블레이드(120)의 하단부(1217) 및 하단 돌출부(1215)는 각각 허브(130)의 제1 슬롯부(134) 및 제1 홀(133)과 결합할 수 있다.
블레이드(120)의 상단부(1216) 및 하단부(1217)는 몸체부(1213)의 양 끝단에 형성되고, 몸체부(1213)와 굴곡된 형태로 형성될 수 있다. 상단부(1216)와 하단부(1217)는 돌출된 방향이 서로 평행하게 형성될 수 있다.
상단부(1216)의 높이는 제2 슬롯부(114)의 깊이(h11)와 같거나 더 클 수 있고, 하단부(1217)의 높이는 제1 슬롯부(134)의 깊이(h21)와 같거나 더 클 수 있다.
제2 슬롯부(114)의 높이(h11)는 쉬라우드 몸체부(112)의 두께(h1)의 일정 비율 이하일 수 있고, 제1 슬롯부(134)의 깊이(h21)는 블레이드 지지판(132)의 두께(h2)의 일정 비율 이하일 수 있다. 예를 들어, 제2 슬롯부(114)의 깊이(h11)와 제1 슬롯부(134)의 깊이(h21)는 각각 쉬라우드 몸체부(112)의 두께(h1)와 블레이드 지지판(132)의 두께(h2)의 50% 이하일 수 있다.
한편, 상단 돌출부(1214)의 높이(h12)와 제2 슬롯부(114)의 깊이(h11)의 합은 쉬라우드 몸체부(112)의 두께(h1)보다 크거나 같고, 하단 돌출부(1215)의 높이(h22)와 제1 슬롯부(114)의 깊이(h21)의 합은 블레이드 지지판(132)의 두께(h2)보다 크거나 같을 수 있다.
이 경우, 상단 돌출부(1214)가 쉬라우드 몸체부(112)와 결합하면, 상단 돌출부(1214)의 일부가 쉬라우드 몸체부(112) 위로 돌출될 수 있다. 마찬가지로, 하단 돌출부(1215)가 블레이드 지지판(132)과 결합하면, 하단 돌출부(1215)의 일부가 블레이드 지지판(132) 아래로 돌출될 수 있다.
상단 돌출부(1214) 및 하단 돌출부(1215)의 일부가 쉬라우드 몸체부(112) 및 블레이드 지지판(132)에서 돌출되면, 용접 접합이 용이해질 수 있다. 한편, 용접 접합 이후에, 돌출된 부분은 후가공에 의해 절삭될 수 있다.
한편, 쉬라우드 몸체부(112)의 두께(h1)는 블레이드 지지판(132)의 두께(h2)보다 더 두꺼울 수 있다. 또한 쉬라우드 몸체부(112)의 두께(h1)는 몸체부(1213)의 폭보다 더 두꺼울 수 있다. 이에 따라, 강한 압력이 작용하는 쉬라우드(110)의 강도가 더 높도록 형성하여, 임펠러(100)의 내구성을 높일 수 있게 된다.
한편, 상단 돌출부(1214)와 제2 홀(113) 사이 및 하단 돌출부(1215)와 제1 홀(133) 사이에는 결합 부재가 주입될 수 있다. 결합 부재는 유체 상태로 주입될 수 있다.
이 경우, 상단 돌출부(124) 및 하단 돌출부(1215)의 너비 및 폭은 각각 제2 홀(113) 및 제1 홀(133)의 너비 및 폭보다 더 작을 수 있다.
결합 부재는 상단 돌출부(1214)와 제2 홀(113) 및 하단 돌출부(1215)와 제1 홀(133)을 접합하는 역할을 한다. 결합 부재가 사용되는 경우, 결합 부재와 쉬라우드(110), 블레이드(120) 및 허브(130)의 용접 결합은 웰딩 방식 또는 브레이징 방식이 사용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 임펠러(100) 및 이에 포함되는 리브(115)의 형태를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 쉬라우드(110)는 쉬라우드 몸체부(112)의 상단면에 적어도 하나 이상의 리브(115, rib)를 포함할 수 있다. 적어도 하나 이상의 리브(115)는 쉬라우드 몸체부(112)의 상단면 상에서 원형으로 서로 이격되어 형성될 수 있다.
리브(115)는 쉬라우드 몸체부(112)와 동일한 재질의 금속으로 이루어질 수 있고, 쉬라우드 몸체부(112)와 일체로 형성될 수 있다. 리브(115)가 형성되는 경우, 쉬라우드(110)의 강도가 더 높아질 수 있다.
이에 따라, 임펠러(100)의 내구성을 높일 수 있게 된다.
한편, 적어도 하나 이상의 리브(115)는 쉬라우드(110)의 흡입구(111)에 가깝게 위치할수록, 두께 또는 높이가 크도록 형성될 수 있다.
도면을 참조하면, 흡입구(111)에 가장 가깝게 위치하는 제1 리브(115a)의 두께 또는 높이가 가장 크도록 형성되고, 제2 리브(115b)부터 제4 리브(115d)까지 순서대로 두께 또는 높이가 작아지는 형태로 형성될 수 있다. 한편, 적어도 하나 이상의 리브(115)의 두께 또는 높이는 모두 동일하게 형성될 수도 있다.
리브(115)의 단면은 반원 또는 반타원 형태일 수 있다. 리브(115)는 쉬라우드 몸체부(112)의 상단면에 형성되므로, 리브(115)의 형상은 임펠러(100)의 성능에는 영향을 주지 않는다. 따라서, 리브(115)의 단면은 실시예에 따라 삼각형, 사각형 등 다양한 형태가 적용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러의 제조 방법에 대한 순서도를 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러의 제조 방법은, 나선형의 제1 슬롯부(134)가 복수 개 형성되는 허브(130)를 성형하는 제1 단계(S901), 나선형의 제2 슬롯부(114)가 복수 개 형성되는 쉬라우드(110)를 성형하는 제2 단계(S902), 일 측면에 상단 돌출부(1214)가 형성되고 타 측면에 하단 돌출부(1215)가 형성되는 적어도 하나 이상의 블레이드(120)를 성형하는 제3 단계(S903), 하단 돌출부(1215)를 허브(130)의 제1 홀(133)에 삽입하는 제4 단계(S904), 상단 돌출부(1214)를 쉬라우드(110)의 제2 홀(113)에 삽입하는 제5 단계(S905), 및 상단 돌출부(1214)와 제2 홀(113)이 결합한 지점과, 하단 돌출부(1215)와 제1 홀(133)이 결합한 지점에 용접 가공을 수행하는 제6 단계(S906)를 포함할 수 있다.
한편, 제3 단계는 판금 가공에 의해 블레이드(120)를 성형하는 단계이고, 제1 단계 및 제2 단계는 NC 가공에 의해 허브(130) 및 쉬라우드(110)를 성형하는 단계일 수 있다.
판금 가공 또는 NC 가공에 의해 쉬라우드(110), 블레이드(120), 및 허브(130)를 성형하는 것은 관련 기술분야에서 일반적인 기술이므로, 자세한 설명을 생략한다.
NC 가공된 쉬라우드(110)와 허브(130)에 판금 가공된 블레이드(120)를 결합하여 임펠러(100)를 제조하는 경우, 쉬라우드(110), 블레이드(120) 및 허브(130)를 5축 NC 가공 등의 방법을 사용하여 형성하고 임펠러(100)를 제조하는 경우와 비교하여 제조 원가를 감소시킬 수 있게 된다.
한편, 제4 단계 내지 제6 단계는 가조립용 지그(zig)를 사용하여 수행되는 단계일 수 있다.
가조립용 지그(미도시)는 허브(130)를 고정할 수 있는 허브 고정부 및 쉬라우드(110)를 고정하는 쉬라우드 고정부를 포함하는 구조일 수 있다.
여기서, 가결합 상태는 블레이드(120)의 상단부(1216) 및 상단 돌출부(1214)에 각각 쉬라우드(110)의 제2 슬롯부(114) 및 제2 홀(113)이 끼움 결합하고, 블레이드(120)의 하단부(1217) 및 하단 돌출부(1215)에 각각 허브(130)의 제1 슬롯부(134) 및 제1 홀(133)이 끼움 결합한 상태로써, 용접 가공이 이루어지기 전 상태를 의미한다.
가조립용 지그는 쉬라우드(110) 및 허브(130)를 일정한 간격으로 고정하여 유지시킬 수 있다. 이를 위해, 가조립용 지그는 쉬라우드(110), 블레이드(120) 및 허브(130)가 가결합된 상태에서, 나사 등을 통해 잠금 상태로 유지될 수 있고, 나사 등을 풀어 내어 지그를 해체하면 쉬라우드(110), 블레이드(120) 및 허브(130)는 쉽게 분해될 수 있다.
이와 같이, 가조립용 지그를 사용함으로써, 쉬라우드(110) 및 허브(130)의 위치를 일정하게 고정하여 동심도(concentricity)를 최소화할 수 있고, 쉬라우드(110) 및 허브(130)의 높이 간격이 일정하게 형성된 임펠러(100)를 제조할 수 있다.
쉬라우드(110), 블레이드(120) 및 허브(130)가 가결합된 상태에서, 결합 부분에 용접 가공이 수행될 수 있다.
이를 위해, 가조립용 지그는 회전하는 구조를 가질 수 있다. 쉬라우드(110)의 상단면이 위를 향하는 상태에서 블레이드(120)의 상단 돌출부(1214)와 쉬라우드(110)의 제2 홀(113)이 끼움 결합한 부분에 용접 가공이 수행될 수 있고, 이 후, 지그가 180도 회전하고, 허브(130)의 하단면이 위를 향하는 상태에서 블레이드(120)의 하단 돌출부(1215)와 허브(130)의 제1 홀(133)이 끼움 결합한 부분에 용접 가공이 수행될 수 있다.
이에 따라, 쉬라우드(110), 블레이드(120) 및 허브(130)의 결합 상태 확인을 쉽게 수행할 수 있고, 용접 상태에 대하여 쉽게 검사할 수 있게 된다.
한편, 가조립용 지그가 180도 회전한 상태에서 가결합이 수행되는 경우, 제4 단계와 제5 단계는 순서가 서로 바뀔 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러의 제조 방법은, 제6 단계 이후에, 결합된 쉬라우드(110), 블레이드(120) 및 허브(130)에 열처리 공정을 수행하는 제7 단계를 더 포함할 수 있다.
쉬라우드(110)와 블레이드(120)의 용접 가공 또는 허브(130)와 블레이드(120)의 용접 가공이 수행되는 과정에서, 용접 열에 의해 쉬라우드(110), 블레이드(120), 허브(130)의 일부에 변형이 발생하거나, 응력이 집중하는 현상이 발생할 수 있다.
따라서, 용접 가공 이후에, 결합된 쉬라우드(110), 블레이드(120) 및 허브(130)에 열처리 공정을 진행하여, 용접에 의해 발생한 변형이 원래의 형태로 돌아갈 수 있도록 하며, 잔류 응력을 제거하거나, 특정 부분에 집중된 응력을 완화시킬 수 있다.
열처리 공정은, 용접 결합된 쉬라우드(110), 블레이드(120) 및 허브(130)를 노(furnace)의 내부로 유입시키고, 노의 내부를 가열 또는 냉각하거나, 일정시간 동안 일정한 온도 범위 내로 유지하는 과정을 포함할 수 있다. 다만, 열처리 공정의 방법은 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 임펠러(100), 이를 포함하는 칠러(2) 및 임펠러의 제조 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (16)

  1. 나선형의 제1 슬롯부가 복수 개 형성되는 허브;
    상기 허브와 대항하여 위치하며, 나선형의 제2 슬롯부가 복수 개 형성되는 쉬라우드; 및
    상기 허브 및 상기 쉬라우드와 결합되며, 일 측면에 상단 돌출부가 형성되고 타 측면에 하단 돌출부가 형성되는 복수 개의 블레이드;를 포함하고,
    상기 상단 돌출부는 상기 제2 슬롯부에 형성되는 제2 홀에 삽입되어 결합되며, 상기 하단 돌출부는 상기 제1 슬롯부에 형성되는 제1 홀에 삽입되어 결합되고,
    상기 쉬라우드는
    상단면에 원형으로 서로 이격되어 형성되는 복수의 리브(rib)를 포함하며,
    상기 복수의 리브는
    상기 쉬라우드의 흡입구에 가깝게 위치할수록, 두께가 두껍도록 형성되는 임펠러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 쉬라우드, 상기 허브 및 상기 블레이드는 알루미늄 합금으로 이루어지는 임펠러.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 쉬라우드의 강도는 상기 블레이드 및 상기 허브의 강도보다 더 높은 임펠러.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상단 돌출부의 높이와 상기 제2 슬롯부의 깊이의 합은 상기 쉬라우드의 두께보다 크거나 같고,
    상기 하단 돌출부의 높이와 상기 제1 슬롯부의 깊이의 합은 상기 허브의 두께보다 크거나 같은 임펠러.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상단 돌출부 및 상기 하단 돌출부는,
    상기 블레이드의 전단부(FE, Front edge) 및 후단부(RE, Rear edge)와 일정거리 이상 이격되어 형성되는 임펠러.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상단 돌출부와 상기 제2 홀 사이에 주입되고, 상기 하단 돌출부와 상기 제1 홀 사이에 주입되는 결합 부재;를 더 포함하는 임펠러.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드는 판금 가공에 의해 형성되고,
    상기 쉬라우드 및 상기 허브는 수치 제어(NC, numerical control) 가공에 의해 형성되는 임펠러.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 결합은
    용접 결합이며, 웰딩(welding) 방식인 임펠러.
  11. 제1항 내지 제5항 및 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항의 임펠러를 포함하는 압축기.
  12. 제11항의 압축기를 포함하는 칠러.
  13. 나선형의 제1 슬롯부가 복수 개 형성되는 허브를 성형하는 제1 단계;
    나선형의 제2 슬롯부가 복수 개 형성되는 쉬라우드를 성형하는 제2 단계;
    일 측면에 상단 돌출부가 형성되고 타 측면에 하단 돌출부가 형성되는 적어도 하나 이상의 블레이드를 성형하는 제3 단계;
    상기 하단 돌출부를 상기 허브의 제1 홀에 삽입하는 제4 단계;
    상기 상단 돌출부를 상기 쉬라우드의 제2 홀에 삽입하는 제5 단계; 및
    상기 상단 돌출부와 상기 제2 홀이 결합한 지점과, 상기 하단 돌출부와 상기 제1 홀이 결합한 지점에 용접 가공을 수행하는 제6 단계;를 포함하고,
    상기 쉬라우드는
    상단면에 원형으로 서로 이격되어 형성되는 복수의 리브(rib)를 포함하며,
    상기 복수의 리브는
    상기 쉬라우드의 흡입구에 가깝게 위치할수록, 두께가 두껍도록 형성되는 임펠러의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제6 단계 이후에,
    상기 결합된 쉬라우드, 블레이드 및 허브에 열처리 공정을 수행하는 제7 단계;를 더 포함하는 임펠러의 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제3 단계는 판금 가공에 의해 상기 블레이드를 성형하는 단계이고,
    상기 제1 단계 및 상기 제2 단계는 NC 가공에 의해 상기 허브 및 상기 쉬라우드를 성형하는 단계인 임펠러의 제조 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제4 단계 내지 상기 제6 단계는,
    가조립용 지그(zig)를 사용하여 수행되는 단계인 임펠러의 제조 방법.

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