KR102642363B1

KR102642363B1 - 터보 압축기

Info

Publication number: KR102642363B1
Application number: KR1020210097085A
Authority: KR
Inventors: 배효조; 오준철; 이병철
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2021-07-23
Filing date: 2021-07-23
Publication date: 2024-03-04
Also published as: KR20230015662A; WO2023003220A1

Abstract

본 발명에 따른 터보 압축기는, 임펠러수용부의 내주면과 임펠러수용부의 내주면을 마주보는 임펠러의 외주면 중에서 적어도 어느 한 쪽에 래버린스실로 된 흡입측실링부가 구비될 수 있다. 이를 통해, 임펠러를 통과하면서 압축된 냉매가 그 임펠러의 토출측에서 흡입측으로 역류하여 누설되는 것을 억제하여 압축기 효율을 높일 수 있다.

Description

터보 압축기{TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 터보 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 크게 용적형 압축기와 터보형 압축기로 나눌 수 있다. 용적형 압축기는 왕복동형이나 회전형과 같이 피스톤이나 베인을 이용하여, 유체를 흡입, 압축한 후 토출하는 방식이다. 반면 터보형 압축기는 회전요소를 이용하여, 유체를 흡입, 압축한 후 토출하는 방식이다.

용적형 압축기는 원하는 토출압력을 얻기 위하여 흡입체적과 토출체적의 비율을 적절하게 조절하여 압축비를 결정하게 된다. 따라서, 용적형 압축기는 용량 대비 압축기의 전체 크기를 소형화 하는데 제한을 받게 된다.

터보 압축기는 터보 블로워(Turbo Blower)와 유사하나, 터보 블러워에 비해 토출압력이 높고 유량이 작다. 이러한 터보 압축기는 연속적으로 흐르는 유체에 압력을 증가시키는 것으로, 유체가 축방향으로 흐르는 경우에는 축류형으로, 유체가 반경방향으로 흐르는 경우에는 원심형으로 각각 구분할 수 있다.

한편, 왕복동식 압축기나 회전식 압축기와 같은 용적형 압축기와 달리 터보 압축기는 회전하는 임펠러의 날개형상을 최적으로 설계하더라도 가공성과 양산성 및 내구성 등 여러 가지 요인으로 인해 한 번의 압축만으로 원하는 높은 압력비를 얻는 것은 어렵다. 이에, 복수 개의 임펠러를 축방향으로 구비하여 유체를 다단으로 압축하는 다단형 터보 압축기가 알려져 있다.

다단형 터보 압축기는 복수 개의 임펠러가 로터의 일측에서 회전축에 설치되거나 또는 복수 개의 임펠러가 로터를 사이에 두고 회전축의 양단에서 서로 마주보도록 설치되어 유체를 다단으로 압축하는 방식이 알려져 있다. 편의상 전자를 편측형(one side type), 후자를 양단형(both end type)으로 구분할 수 있다.

편측형 터보 압축기는 복수 개의 임펠러를 연결하는 배관이나 유체 통로를 짧게 하여 압축기 효율이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 하지만 편측형 터보 압축기는 양쪽 임펠러의 추력방향이 서로 동일한 방향을 이루게 되어 그만큼 축방향 요동이 증가하고 이로 인해 스러스트 베어링의 크기가 증대되면서 전체적인 압축기의 크기가 비대해질 수 있다. 또한 고속운전시 구동유닛에 가해지는 부하가 증가하면서 그 구동유닛이 과열될 수 있다.

양단형 터보 압축기는 양쪽 임펠러의 추력방향이 서로 반대방향을 이루게 되어 축방향 요동이 일정 정도 억제될 수 있고 이로 인해 스러스트 베어링의 크기를 줄여 모터 효율을 높일 수 있다. 하지만 양단형의 경우에는 복수 개의 임펠러를 연결하기 위해 복잡하고 긴 배관이나 유체통로가 요구되어 압축기의 구조가 복잡하게 될 뿐만 아니라, 일측 임펠러에서 압축된 유체가 긴 유로를 거쳐 타측 임펠러로 이동하는 과정에서 압력손실이 발생하여 압축기 효율이 저하될 수 있다.

특허문헌 1(미국등록특허 US5857348 B, 등록일: 1999.01.12.)은 양단형 터보 압축기의 일례를 개시하고 있다. 특허문헌 1에 개시된 양단형 터보 압축기는 회전축의 일측에는 1단 압축부(이하에서는 제1 압축부)를 이루는 제1 임펠러가, 회전축의 타측에는 2단 압축부(이하에서는 제2 압축부)를 이루는 제2 임펠러가 각각 구비되고, 제1 압축부의 출구와 제2 압축부의 입구를 연통배관으로 연결하고 있다.

상기와 같은 양단형 터보 압축기는 반경방향 베어링 및 축방향 베어링이 구동유닛을 중심으로 회전축의 양단측 또는 일단측에 구비되어 있다. 양단형 터보 압축기를 포함한 통상적인 터보 압축기는 고속(예를 들어 40,000rpm 이상)으로 회전함에 따라 구동유닛에서 발생되는 모터열과 회전축을 지지하는 베어링에서의 마찰열을 신속하게 방열하는 것이 압축기효율측면에서 유리하다.

특허문헌 2(미국등록특허 US8931304 B2, 등록일: 2015.01.13.)는 양단형 터보 압축기를 개시하고 있다. 특허문헌 2에 개시된 양단형 터보 압축기에서는 제1 압축부에서 1단 압축된 냉매를 모터실로 유도하고, 모터실로 유도된 1단 압축된 냉매를 이용하여 구동모터와 베어링을 냉각한 후 제2 압축부로 흡입되는 냉매유로를 개시하고 있다.

상기와 같은 냉매유로를 구비한 터보 압축기에서는 1단 압축된 고온의 냉매가 구동모터와 베어링을 통과함에 따라 모터열과 마찰열을 효과적으로 냉각하는데 한계가 있다. 또한 모터실을 통과하면서 예열된 냉매가 제2 압축부로 흡입됨에 따라 냉매의 비체적이 증가하여 체적손실이 발생되어 제2 압축부에서의 압축효율이 저하될 수 있다.

미국등록특허 US5857348 B (등록일: 1999.01.12.) 미국등록특허 US8931304 B2 (등록일: 2015.01.13.)

본 발명의 목적은, 흡입구를 통해 임펠러로 흡입되는 냉매량을 높여 압축기 성능을 향상시킬 수 있는 터보 압축기를 제공하려는데 있다.

나아가, 본 발명은 임펠러를 통과하면서 압축된 냉매가 임펠러의 외주면과 그 임펠러를 감싸는 쉬라우드 사이의 간극을 통해 토출측에서 흡입측으로 역류하여 누설되는 것을 억제할 수 있는 터보 압축기를 제공하려는데 있다.

더 나아가, 본 발명은 임펠러의 외주면과 그 임펠러를 감싸는 쉬라우드의 내주면 사이에 흡입측실링부를 구비하되, 흡입측실링부의 구조를 간소화할 수 있는 터보 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 모터하우징에서 발생되는 열을 신속하게 방열할 수 있는 터보 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 가스포일베어링을 이용하여 고속으로 회전하는 회전축을 안정적으로 지지할 수 있는 터보 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 부하에 따라 압축기 성능을 최적화할 수 있는 터보 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기위하여, 하우징; 및 상기 하우징에 회전 가능하게 구비되는 적어도 한 개 이상의 임펠러를 포함한 터보 압축기가 제공될 수 있다. 상기 하우징은, 흡입구, 토출구, 임펠러수용부, 흡입측실링부를 포함할 수 있다. 상기 흡입구는 상기 하우징의 일단에 형성될 수 있다. 상기 토출구는 상기 흡입구에 연통될 수 있다. 상기 임펠러수용부는 상기 흡입구와 상기 토출구 사이에 구비되며, 상기 임펠러가 회전 가능하게 삽입될 수 있다. 상기 흡입측수용부는 상기 임펠러수용부의 내주면과 상기 임펠러수용부의 내주면을 마주보는 상기 임펠러의 외주면 중에서 적어도 어느 한 쪽에 구비될 수 있다. 이를 통해, 임펠러를 통과하면서 압축된 냉매가 그 임펠러의 토출측에서 흡입측으로 역류하여 누설되는 것을 억제하여 압축기 효율을 높일 수 있다.

일례로, 상기 흡입측실링부는 축방향을 따라 적어도 한 줄 이상으로 형성될 수 있다. 예를 들어 상기 흡입측실링부는, 상기 임펠러수용부의 내주면과 상기 임펠러수용부의 내주면을 마주보는 상기 임펠러의 외주면 중에서 적어도 어느 한 쪽에 반경방향으로 요철지게 형성될 수 있다. 이를 통해, 임펠러의 흡입측에 구비되는 흡입측실링부의 구조를 간소화하면서도 흡입측에서의 냉매누설을 효과적으로 억제할 수 있다.

일례로, 상기 흡입측실링부는, 상기 임펠러의 외주면에 형성되는 내측실링부; 및 상기 임펠러의 외주면을 마주보는 상기 임펠러수용부의 내주면에 형성되는 외측실링부를 포함할 수 있다. 상기 내측실링부와 상기 외측실링부는 서로 맞물리도록 요철지게 형성될 수 있다. 이를 통해, 임펠러의 외주면과 이를 마주보는 쉬라우드 사이의 간격이 지그재그 형상을 형성하게 되어 실링거리가 좁고 길게 형성되면서 흡입측에서의 냉매누설을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다. .

구체적으로, 상기 외측실링부는 돌기와 홈이 축방향을 따라 번갈아 형성될 수 있다. 상기 내측실링부는 상기 외측실링부의 돌기에 대응되는 홈과 상기 외측실링부의 홈에 대응되는 돌기가 축방향을 따라 번갈아 형성될 수 있다. 상기 외측실링부의 돌기와 상기 내측실링부의 돌기는 축방향으로 적어도 일부가 중첩될 수 있다. 이를 통해, 흡입측실링부가 임펠러의 외주면과 이를 마주보는 쉬라우드 사이에서 서로 맞물리도록 형성되어 임펠러와 쉬라우드 사이에서의 누설틈새가 좁고 길게 형성되면서 흡입측에서의 냉매누설을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.

예를 들어, 상기 하우징에는 구동모터가 구비되고, 상기 임펠러는 상기 구동모터의 회전자에 결합된 회전축의 단부에 결합되며, 상기 회전축과 상기 하우징의 사이에는 상기 회전축을 지지하는 베어링이 구비될 수 있다. 상기 내측실링부와 상기 외측실링부 사이의 간격은, 상기 베어링과 상기 회전축 사이의 간극보다 크거나 같게 형성될 수 있다. 이를 통해, 흡입측실링부의 실링유로를 가능한 한 복잡하고 길게 형성하면서도 실링유로의 간극이 회전축의 거동량보다는 크거나 같게 형성되어 회전축의 거동에 의해 흡입실링부의 신뢰성이 저하되는 것을 억제할 수 있다.

본 실시예에 따른 상기 하우징은, 모터하우징; 및 상기 임펠러수용부가 구비되어 상기 모터하우징의 단부쪽에서 축방향으로 결합되는 임펠러하우징을 포함할 수 있다. 상기 임펠러하우징은, 반경방향으로 조립되는 복수 개의 하우징블록으로 이루어질 수 있다. 이를 통해, 흡입측실링부가 임펠러의 외주면과 이를 마주보는 쉬라우드 사이에서 서로 맞물리도록 형성되면서도 임펠러하우징에 임펠러를 긴밀하게 수용되도록 할 수 있다.

구체적으로, 상기 복수 개의 하우징블록은, 상기 임펠러수용부의 일부가 각각 구비될 수 있다. 상기 각각의 임펠러수용부에는 외측실링부의 일부가 각각 구비될 수 있다. 상기 임펠러의 외주면에는 상기 외측실링부와 맞물려 상기 흡입측실링부를 이루는 내측실링부가 구비될 수 있다. 이를 통해, 흡입측실링부가 임펠러의 외주면과 이를 마주보는 쉬라우드 사이에서 서로 맞물리도록 형성하여 흡입측에서의 실링효과를 높일 수 있다.

더 구체적으로, 상기 내측실링부는 복수 개의 환형돌기와 환형홈이 축방향을 따라 번갈아 형성될 수 있다. 상기 외측실링부는 복수 개의 환형홈과 환형돌기가 축방향을 따라 번갈아 형성될 수 있다. 상기 내측실링부의 환형돌기는 상기 외측실링부의 환형홈에 기설정된 간격을 두고 반경방향으로 삽입되며, 상기 외측실링부의 환형돌기는 상기 내측실링부의 환형홈에 기설정된 간격을 두고 반경방향으로 삽입될 수 있다.

예를 들어, 상기 내측실링부의 환형돌기와 상기 외측실링부의 환형돌기는 각각 축방향을 따라 복수 개씩 형성될 수 있다. 상기 복수 개씩의 환형돌기는, 각각 반경방향높이가 서로 동일하게 형성될 수 있다. 이를 통해, 흡입측실링부에서의 실링효과를 높이면서도 그 흡입측실링부를 이루는 내측실링부와 외측실링부의 가공을 용이하게 할 수 있다.

또 한편, 상기 하우징은, 모터하우징; 및 상기 임펠러수용부가 구비되어 상기 모터하우징의 단부쪽에서 축방향으로 결합되는 임펠러하우징을 포함할 수 있다. 상기 임펠러하우징은, 중심부에 상기 임펠러수용부가 상기 흡입구에서 연장되어 축방향으로 관통되도록 형성될 수 있다. 이를 통해, 임펠러수용부에 흡입측실링부를 형성하면서도 임펠러하우징의 제작 및 조립을 용이하게 할 수 있다.

구체적으로, 상기 임펠러의 외주면에는 상기 흡입측실링부를 이루는 환형돌기와 환형홈이 축방향을 따라 번갈아 형성될 수 있다. 상기 임펠러수용부의 내주면에는 상기 흡입측실링부가 삽입되도록 실링부수용홈이 단차지게 형성될 수 있다. 이를 통해, 흡입측실링부를 간소화하면서도 그 흡입측실링부를 구비하는 임펠러하우징의 제작 및 조립을 용이하게 할 수 있다.

더 구체적으로, 상기 환형돌기는 축방향을 따라 복수 개가 형성될 수 있다. 상기 환형돌기는 반경방향높이가 상기 흡입구쪽에서 상기 토출구쪽으로 갈수록 높게 형성될 수 있다. 상기 실링부수용홈은, 상기 흡입구쪽에서 상기 토출구쪽으로 갈수록 내경이 증가하는 다단으로 형성될 수 있다. 이를 통해, 흡입측실링부를 간소화하여 그 흡입측실링부를 구비하는 임펠러하우징의 제작 및 조립을 용이하게 하면서도 실링거리를 더욱 연장하여 실링효과를 높일 수 있다.

다른 예로, 상기 임펠러는 복수 개가 구비되고, 상기 복수 개의 임펠러는 각각 서로 다른 복수 개의 임펠러수용부에 각각 회전 가능하게 수용될 수 있다. 상기 복수 개의 임펠러중에서 전류측에 위치한 제1 임펠러의 토출측은 후류측에 위치한 제2 임펠러의 흡입측에 연통될 수 있다. 상기 복수 개의 임펠러의 외주면과 상기 복수 개의 임펠러를 수용하는 상기 복수 개의 임펠러수용부의 내주면 사이에는 상기 흡입측실링부가 각각 구비될 수 있다. 이를 통해, 복수 개의 압축부에서의 흡입손실을 줄여 압축기 효율을 더욱 높일 수 있다.

또 다른 예로, 상기 임펠러는 복수 개가 구비되고, 상기 복수 개의 임펠러는 각각 서로 다른 복수 개의 임펠러수용부에 각각 회전 가능하게 수용될 수 있다. 상기 복수 개의 임펠러중에서 전류측에 위치한 제1 임펠러의 토출측은 후류측에 위치한 제2 임펠러의 흡입측에 연통될 수 있다. 상기 제1 임펠러의 외주면과 상기 제1 임펠러를 수용하는 제1 임펠러수용부의 내주면 사이에는 상기 흡입측실링부가 구비될 수 있다. 이를 통해, 복수 개의 압축부 중에서 상대적으로 냉매누설이 크게 발생되는 압축부쪽에서의 흡입손실을 줄여 압축기 효율을 높이면서도 실링구조를 간소화하여 압축기의 제조비용이 과도하게 상승하는 것을 억제할 수 있다.

한편, 상기 임펠러는, 블레이드의 외측면을 감싸도록 결합되는 쉬라우드가 구비될 수 있다. 상기 쉬라우드는, 상기 흡입구에 인접한 입구부; 및 상기 입구부에서 연장되어 상기 토출구에 인접한 출구부를 포함할 수 있다. 상기 흡입측실링부는, 상기 입구부의 외주면과 이를 마주보는 상기 임펠러수용부의 내주면 사이에 구비될 수 있다. 이를 통해, 흡입측실링부를 용이하게 형성하면서도 실링효과를 높일 수 있다.

본 발명의 목적을 달성하기위하여, 하우징, 구동모터, 회전축, 제1 압축부 및 제2 압축부, 연결통로부, 유입통로부, 유출통로부를 포함할 수 있다. 상기 하우징은 모터실을 구비할 수 있다. 상기 구동모터는 고정자와 회전자를 구비하여 상기 하우징의 모터실에 고정될 수 있다. 상기 회전축은 상기 회전자에 결합되어 회전 가능하게 구비될 수 있다. 상기 제1 압축부 및 제2 압축부는 상기 회전축의 양단에 각각 구비될 수 있다. 상기 연결통로부는 상기 제1 압축부의 출구와 상기 제2 압축부의 입구 사이를 연결하도록 구비될 수 있다. 상기 유입통로부는 상기 하우징의 일측을 관통하여 상기 모터실의 내부와 연통되며, 냉각유체를 상기 모터실의 내부로 안내하도록 구비될 수 있다. 상기 유출통로부는 상기 하우징의 타측을 관통하여 상기 모터실의 내부와 연통되고, 상기 모터실의 냉각유체를 상기 하우징의 외부로 안내하도록 구비될 수 있다. 이를 통해, 모터실로 냉각유체를 공급하여 모터실에 구비된 가스포일베어링을 신속하게 작동시키는 동시에 고속운전시에도 모터실에서 발생되는 열을 신속하게 방열하여 터보 압축기의 효율을 높일 수 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 제1 압축부와 제2 압축부를 수용하는 하우징, 상기 제1 압축부의 토출측과 상기 제2 압축부의 흡입측을 연결하는 연결통로부, 상기 하우징에 연통되어 냉매를 순환 공급하는 유입통로부 및 유출통로부가 포함될 수 있다. 상기 유출통로부는, 제1 연결통로, 제2 연결통로, 냉매제어밸브를 포함할 수 있다. 상기 제1 연결통로는 일단은 상기 제2 공간에 연통되고, 타단은 상기 연결통로부에 연통될 수 있다. 상기 제2 연결통로는 일단은 상기 연결통로부에 연통되고, 타단은 상기 제1 압축부의 입구측에 연통될 수 있다. 상기 냉매제어밸브는 상기 모터실을 통과한 냉매의 유동방향을 상기 제1 연결통로 또는 상기 제2 연결통로쪽으로 제어하도록 구성될 수 있다. 이를 통해, 모터실을 통과한 냉매를 압축기의 운전모드에 따라 제1 압축부 또는 제2 압축부로 적절하게 안내하여 압축효율을 최적화할 수 있다.

본 발명에 따른 터보 압축기는, 임펠러수용부의 내주면과 임펠러수용부의 내주면을 마주보는 임펠러의 외주면 중에서 적어도 어느 한 쪽에 흡입측실링부가 구비될 수 있다. 이를 통해, 임펠러를 통과하면서 압축된 냉매가 그 임펠러의 토출측에서 흡입측으로 역류하여 누설되는 것을 억제하여 압축기 효율을 높일 수 있다.

또한 본 발명의 흡입측실링부는, 임펠러수용부의 내주면과 임펠러수용부의 내주면을 마주보는 임펠러의 외주면 중에서 적어도 어느 한 쪽에 반경방향으로 요철지게 형성될 수 있다. 이를 통해, 임펠러의 흡입측에 구비되는 흡입측실링부의 구조를 간소화하면서도 흡입측실링부가 지그재그 형상으로 형성되어 흡입측에서의 실링거리가 좁고 길게 형성되면서 냉매누설을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한 본 발명의 흡입측실링부를 이루는 내측실링부와 외측실링부 사이의 간격이, 베어링과 회전축 사이의 간극보다 크거나 같게 형성될 수 있다. 이를 통해, 흡입측실링부의 실링유로를 가능한 한 복잡하고 길게 형성하면서도 실링유로의 간극이 회전축의 거동량보다는 크거나 같게 형성되어 회전축의 거동에 의해 흡입실링부의 신뢰성이 저하되는 것을 억제할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 하우징은, 임펠러수용부가 구비되어 모터하우징의 단부쪽에서 축방향으로 결합되는 임펠러하우징을 포함하되, 임펠러하우징은 반경방향으로 조립되는 복수 개의 하우징블록으로 이루어질 수 있다. 이를 통해, 흡입측실링부가 임펠러의 외주면과 이를 마주보는 쉬라우드 사이에서 서로 맞물리도록 형성되면서도 임펠러하우징에 임펠러를 긴밀하게 수용되도록 할 수 있다.

또한 본 발명은, 흡입측실링부를 이루는 내측실링부의 환형돌기와 외측실링부의 환형돌기가 각각 축방향을 따라 복수 개씩 형성되되, 각각 반경방향높이가 서로 동일하게 형성될 수 있다. 이를 통해, 흡입측실링부에서의 실링효과를 높이면서도 그 흡입측실링부를 이루는 내측실링부와 외측실링부의 가공을 용이하게 할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 임펠러하우징은, 임펠러수용부의 내주면에는 흡입측실링부가 삽입되도록 실링부수용홈이 단차지게 형성될 수 있다. 이를 통해, 흡입측실링부를 간소화하면서도 그 흡입측실링부를 구비하는 임펠러하우징의 제작 및 조립을 용이하게 할 수 있다.

또한 본 발명에 임펠러하우징은, 그 내주면에 실링부수용홈이 형성되되, 실링부수용홈은 임펠러의 외주면에 구비되는 환형돌기의 반경방향높이에 대응하여 다단으로 형성될 수 있다. 이를 통해, 흡입측실링부를 간소화하여 그 흡입측실링부를 구비하는 임펠러하우징의 제작 및 조립을 용이하게 하면서도 실링거리를 더욱 연장하여 실링효과를 높일 수 있다.

또한 본 발명은, 복수 개의 임펠러의 외주면과 복수 개의 임펠러수용부의 내주면 사이에는 흡입측실링부가 각각 구비될 수 있다. 이를 통해, 복수 개의 압축부에서의 흡입손실을 줄여 압축기 효율을 더욱 높일 수 있다.

또한 본 발명은, 복수 개의 압축부 중에서 1단 압축부를 이루는 제1 임펠러의 외주면과 제1 임펠러수용부의 내주면 사이에 흡입측실링부가 구비될 수 있다. 이를 통해, 복수 개의 압축부 중에서 상대적으로 냉매누설이 크게 발생되는 압축부쪽에서의 흡입손실을 줄여 압축기 효율을 높이면서도 실링구조를 간소화하여 압축기의 제조비용이 과도하게 상승하는 것을 억제할 수 있다.

본 발명에 따른 터보 압축기는, 하우징의 일측을 관통하여 모터실의 내부와 연통되며 냉각유체를 모터실의 내부로 안내하는 유입통로부와, 하우징의 타측을 관통하여 모터실의 내부와 연통되고 모터실의 냉각유체를 하우징의 외부로 안내하는 유출통로부를 포함할 수 있다. 이를 통해, 모터실로 냉각유체를 공급하여 모터실에 구비된 가스포일베어링을 신속하게 구동시키는 동시에 고속운전시에도 모터실에서 발생되는 열을 신속하게 방열하여 터보 압축기 및 이를 구비한 냉동사이클장치의 효율을 높일 수 있다.

본 발명에 따른 터보 압축기는, 제1 연결통로와 제2 연결통로 사이에 냉매제어밸브를 구비하여 모터실을 통과한 냉매를 제2 압축부의 흡입측 또는 제1 압축부의 흡입측으로 선택하여 연결할 수 있다. 이를 통해, 모터실을 통과한 냉매를 압축기의 운전모드에 따라 제1 압축부 또는 제2 압축부로 적절하게 안내하여 압축효율을 최적화할 수 있다.

도 1은 본 실시예에 따른 터보 압축기를 포함한 냉동사이클을 보인 계통도,
도 2는 본 실시예에 따른 터보 압축기를 분해하여 보인 사시도,
도 3은 도 2에 따른 터보 압축기를 조립하여 내부를 보인 사시도,
도 4는 도 3에 따른 터보 압축기의 내부를 보인 단면도,
도 5는 도 4에서 제1 압축부를 확대하여 보인 단면도,
도 6은 도 4에서 제2 압축부를 확대하여 보인 단면도,
도 7a 및 도 7b는 본 실시예에 따른 터보 압축기에서 운전모드별 냉매유동을 설명하기 위해 보인 개략도,
도 8은 본 실시예에 따른 터보 압축기에서 냉매의 유동방향을 제어하는 과정을 설명하기 위해 보인 순서도,
도 9는 본 실시예에 따른 제1 임펠러하우징을 분리하여 보인 사시도,
도 10은 도 9의 제1 임펠러하우징을 조립하여 보인 정면도,
도 11은 도 4에서 제1 흡입측실링부 및 제2 흡입측실링부를 확대하여 보인 단면도,
도 12는 다른 실시예에 따른 제1 흡입측실링부를 구비한 제1 임펠러하우징을 파단하여 보인 사시도,
도 13은 도 12에서 제1 흡입측실링부를 확대하여 보인 단면도,
도 14는 또 다른 실시예에 따른 제1 흡입측실링부를 구비한 제1 임펠러하우징을 파단하여 보인 사시도,
도 15는 도 14에서 제1 흡입측실링부를 확대하여 보인 단면도.

이하, 본 발명에 의한 터보 압축기 및 이를 구비한 냉동사이클장치를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의해 상세하게 설명한다. 본 실시예에서는 회전축의 양단에 제1 임펠러와 제2 임펠러가 설치되며, 제1 임펠러를 포함한 제1 압축부의 출구가 제2 임펠러를 포함한 제2 압축부의 입구에 연결되는 양단형이면서 다단형인 터보 압축기를 예로 들어 설명하나, 반드시 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 후술할 흡입측실링부 및 토출측실링부에 관해서는 회전축의 일단에 적어도 한 개 이상의 임펠러가 구비되는 편측형 터보 압축기에도 동일하게 적용될 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 터보 압축기는 냉수를 수요처로 공급하는 칠러 시스템에 적용되는 예를 중심으로 설명하나, 반드시 칠러 시스템에만 그 적용범위가 국한되지는 않는다. 예를 들어 본 실시예에 따른 터보 압축기는 냉매를 이용하는 냉동사이클시스템에 동일하게 적용될 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 터보 압축기에서는 회전축의 길이방향을 축방향으로, 회전축의 굵기방향을 반경방향으로 각각 정의하고, 축방향 선상에서 각 임펠러(또는 압축부)의 흡입측을 전방으로, 각 임펠러의 토출측을 후방측으로 각각 정의하며, 전방측면을 제1 측면으로, 후방측면을 제2 측면으로 각각 정의하여 설명한다.

도 1은 본 실시예에 따른 터보 압축기를 포함한 냉동사이클을 보인 계통도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 터보 압축기가 적용되는 냉동사이클장치는, 압축기(10), 응축기(20), 팽창기(30), 증발기(40)가 폐루프를 이루도록 구성된다. 즉, 압축기(10)의 토출측에 응축기(20), 팽창기(30), 증발기(40)가 차례대로 연결되고, 압축기(10)의 흡입측에 증발기(40)의 출구가 연결된다. 이에 따라 압축기(10)에서 압축된 냉매는 응축기(20)쪽으로 토출되고, 이 냉매는 팽창기(30)와 증발기(40)를 차례대로 거쳐 압축기(10)로 다시 흡입되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

도 2는 본 실시예에 따른 터보 압축기를 분해하여 보인 사시도이고, 도 3은 도 2에 따른 터보 압축기를 조립하여 내부를 보인 사시도이며, 도 4는 도 3에 따른 터보 압축기의 내부를 보인 단면도이고, 도 5는 도 4에서 제1 압축부를 확대하여 보인 단면도이며, 도 6은 도 4에서 제2 압축부를 확대하여 보인 단면도이다.

이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 터보 압축기(10)는 하우징(110), 구동모터를 이루는 전동부(120), 회전축(130), 베어링부(140), 제1 압축부(1단 압축부)(150), 제2 압축부(2단 압축부)(160) 및 냉매통로부(170)를 포함한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 하우징(110)은 터보 압축기(10)의 외관을 형성하는 것으로, 모터하우징(111), 제1 임펠러하우징(112), 제2 임펠러하우징(113)을 포함한다.

모터하우징(111)은 축방향 양단이 개구된 원통 형태로 형성될 수 있다. 다만 모터하우징(111)의 양단은 후술할 제1 임펠러하우징(112) 및 제2 임펠러하우징(113)과 체결되도록 반경방향으로 연장된 제1 플랜지부(1111) 및 제2 플랜지부(1112)가 각각 형성되고, 제1 플랜지부(1111)와 제2 플랜지부(1112)의 사이에는 모터하우징(111)의 중앙측 외주면이 함몰된 함몰부(1113)가 형성될 수 있다. 이에 따라 모터하우징(111)의 양단은 두껍게 형성되어 체결강도를 보장하는 반면 중앙측은 얇게 형성되어 전동부(120)에서 발생되는 모터열을 신속하게 방열할 수 있다.

제1 플랜지부(1111)는 환형으로 형성되어 그 내부에는 후술할 제1 베어링쉘(142)의 일부가 삽입되는 베어링쉘안착홈(1111a)이 형성되고, 베어링쉘안착홈(1111a)의 내주면에는 반경방향으로 단차진 베어링쉘안착면(1111b)이 형성될 수 있다. 베어링쉘안착면(1111b)의 일측에서 후술할 베어링지지부(1115)가 반경방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 베어링지지부(1115)에 대해서는 나중에 다시 설명한다.

베어링쉘안착홈(1111a)의 깊이는 제1 베어링쉘(142)의 두께와 거의 동일하거나 약간 얕게 형성될 수 있다. 이에 따라 베어링쉘안착면(1111b)에 안착된 제1 베어링쉘(142)의 제1 측면(142a)쪽 일부는 후술할 제1 임펠러하우징(112)에 구비되는 베어링쉘수용홈(112a)에 삽입되어 반경방향으로 지지될 수 있다.

제2 플랜지부(1112)는 전체적으로는 고정자(121)를 중심으로 제1 플랜지부(1111)와 유사하게 형성될 수 있다. 다만 제2 플랜지부(1112)의 단부면에는 후술할 제2 베어링쉘(146)의 제2 측면(146a)이 밀착되어 체결될 수 있다.

모터하우징(111)의 내부에는 모터실(1114)이 형성된다. 모터실(1114)은 그 중앙에 후술할 고정자(121)가 열박음되어 압입된다. 이에 따라 모터실(1114)은 후술할 고정자(121)를 기준으로 제1 압축부(150)쪽인 제1 공간(first chamber)(1114a)과 제2 압축부(160)쪽인 제2 공간(second chamber)(1114b)으로 구획될 수 있다.

제1 공간(1114a)은 제1 압축부(150)를 향해 개구되되 제1 임펠러하우징(112), 정확하게는 제1 베어링쉘(142)에 의해 밀봉되고, 제2 공간(1114b)은 제2 압축부(160)를 향해 개구되되 제2 임펠러하우징(113), 정확하게는 제2 베어링쉘(146)에 의해 밀봉될 수 있다. 제1 공간(1114a)과 제2 공간(1114b)은 전동부(120)의 고정자(121)를 이루는 고정자코어(1211)와 고정자코일(1212) 사이의 공극 또는 고정자(121)와 회전자(122) 사이의 공극을 통해 실질적으로는 서로 연통된다. 이에 따라 모터실(1114)의 냉매는 압력차에 따라 양쪽 공간(1114a)(1114b) 사이를 원활하게 이동할 수 있다.

제1 공간(1114a)의 중간에는 후술할 제1 베어링부(141)의 일부를 이루는 베어링지지부(1115)가 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 공간(1114a)은 베어링지지부(1115)를 중심으로 모터수용공간(1114a1)과 베어링수용공간(1114a2)으로 구분될 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 베어링지지부(1115)는 제1 공간(1114a)을 이루는 모터하우징(111)의 내주면에서 회전축(130)을 향해 반경방향으로 연장될 수 있다. 하지만 베어링지지부(1115)는 모터하우징(111)의 내주면에 압입되거나 볼트와 같은 체결부재(미부호)를 이용하여 체결될 수도 있다. 본 실시예에 따른 베어링지지부는(1115) 모터하우징(111)의 내주면에서 단일체로 연장된 예를 도시하고 있다.

베어링지지부(1115)가 제1 공간(1114a)에 형성됨에 따라 고정자(121)는 모터하우징(111)의 제2 플랜지부(제2 단)(1111)에서 제1 플랜지부(제1 단)(1112)를 향하는 방향으로 압입될 수 있다. 이에 따라 제1 공간(1114a)의 끝단을 이루는 모터하우징(111)의 내주면에는 고정자고정턱(미부호)이 형성되어 고정자(121)의 압입깊이를 제한할 수 있다.

도면으로 도시하지 않았으나, 베어링지지부(1115)가 제2 공간(1114b)에 형성되는 경우에는 고정자(121)는 제1 플랜지부(1111)에서 제2 플랜지부(1112)를 향하는 방향으로 압입될 수도 있고, 이 경우에는 제2 공간(1114b)의 끝단을 이루는 모터하우징(111)의 내주면에 고정자고정턱(미도시)이 형성될 수 있다.

또한, 도면으로 도시하지 않았으나, 베어링지지부(1115)가 후조립되는 경우에는 고정자(121)를 양쪽 중 어느 방향에서든 압입할 수 있다. 이 경우에는 베어링지지부(1115)를 이용하여 고정자(121)를 고정할 수도 있다.

베어링지지부(1115)는 환형으로 된 원판 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어 베어링지지부(1115)의 중심에는 축방향 양쪽 측면(1115a)(11115b)을 관통하는 제1 관통구멍(1115c)이 형성될 수 있다. 제1 관통구멍(1115c)은 회전축(130)에는 후술할 제1 반경방향베어링(143)이 구비되어 회전축(130)의 제1 압축부측 단부를 반경방향으로 지지할 수 있다.

제1 관통구멍(1115c)은 회전축(130)이 관통될 수 있는 내경으로 형성된다. 예를 들어 제1 관통구멍(1115c)은 후술할 제1 임펠러축부(132)의 외경보다는 크고, 후술할 스러스트러너(thrust runner)(1324)의 외경보다는 작게 형성된다. 이에 따라 회전축(130)의 조립시 제1 임펠러축부(132)가 베어링지지부(1115)의 제1 관통구멍(1115c)을 모터하우징(111)의 제1 플랜지부(1111)에서 제2 플랜지부(1112)를 향하는 축방향으로 삽입된 후, 스러스트러너(1324)의 제2 측면(1324b)이 이를 축방향으로 마주보는 베어링지지부(1115)의 제1 측면(1115a)에 축방향으로 지지되어 후술할 제2 축방향베어링(1442)을 형성하게 된다. 이에 대해서는 나중에 베어링부에서 다시 설명한다.

베어링지지부(1115)는 그 베어링지지부(1115)의 내주면을 이루는 제1 관통구멍(1115c)과 모터하우징(111)의 내주면을 이루는 뿌리단 사이에 축방향 양쪽 측면을 관통하는 냉매통공(1115d)이 형성될 수 있다. 냉매통공(1115d)은 원주방향을 따라 복수 개가 형성될 수 있다. 이에 따라 모터수용공간(1114a1)과 베어링수용공간(1114a2)은 이들 제1 관통구멍(1115c)과 냉매통공(1115d)에 의해 서로 연통될 수 있다.

베어링수용공간(1114a2)은 베어링지지부(1115)를 중심으로 고정자(121)의 반대쪽에 형성될 수 있다. 베어링수용공간(1114a2)은 앞서 설명한 제1 플랜지부(1111)의 내부공간, 즉 베어링쉘안착홈(1111a)의 내주면과 베어링지지부(1115)의 제1 측면(1115a) 그리고 후술할 제1 임펠러하우징(112)에 의해 형성될 수 있다.

베어링수용공간(1114a2)은 베어링지지부(1115)의 제1 관통구멍(1115c)과 냉매통공(1115d) 그리고 후술할 제1 베어링쉘(142)의 제1 축구멍(142c)을 제외하는 전체적으로 밀봉된 공간으로 형성될 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 베어링수용공간(1114a2)으로 응축기(20)를 통과한 액냉매를 공급할 수 있도록 후술할 제1 유입통로부(1711)가 형성될 수 있다.

제1 유입통로부(1711)는 제1 냉매유입관(1712)을 통해 응축기(20)의 출구측에 연결될 수 있다. 이에 따라 응축기(20)를 통과한 액냉매가 제1 공간(1114a)의 일부를 이루는 베어링수용공간(1114a2)으로 유입되고, 이 액냉매는 제1 베어링쉘(142)의 내주면에 구비된 제1 반경방향베어링(143), 제1 베어링쉘(142)의 제2 측면(142b)에 구비된 제1 축방향베어링(1441), 그리고 베어링지지부(1115)의 제1 측면(1115a)에 구비된 제2 축방향베어링(1442)으로 유입될 수 있다. 이에 따라 작동유체인 액냉매는 제1 베어링부(141)를 이루는 각각의 베어링(143)(1441)(1442)을 지지하여 회전축(130)의 제1 압축부측 단부에 대한 베어링력을 확보하는 동시에 제1 베어링부(141)를 이루는 각각의 베어링(143)(1441)(1442)과 이를 마주보는 회전축(130)을 냉각시키게 된다.

한편, 제2 공간(1114b)은 앞서 설명한 바와 같이 실질적으로는 제1 공간(1114a)과 연통된다. 다만 제2 공간(1114b)을 이루는 모터하우징(111)에는 후술할 제2 냉매유입관(1716)이 연결될 수 있다. 제2 냉매유입관(1716)은 제1 냉매유입관(1712)과 마찬가지로 응축기(20)의 출구측에 연결될 수 있다. 이에 따라 응축기(20)를 통과한 액냉매의 일부가 제2 공간(1114b)으로 유입되고, 이 액냉매는 제2 공간(1114b)에 연통된 제2 반경방향베어링(147)으로 유입될 수 있다. 이에 따라 작동유체인 액냉매는 제2 반경방향베어링(147)을 이루는 범프포일을 지지하여 회전축의 제2 단부에 대한 베어링력을 확보하는 동시에 제2 반경방향베어링(147)과 이를 마주보는 회전축을 냉각시키게 된다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 제1 임펠러하우징(112)은 모터하우징(111)을 향하는 제2 측면이 그 모터하우징(111)의 제1 플랜지부(1111)에 밀착되어 볼트 체결되는 것으로, 제1 임펠러하우징(112)은 대략 원판 모양으로 형성될 수 있다.

제1 임펠러하우징(112)의 제2 측면과 이를 마주보는 모터하우징(111)의 제1 플랜지부(1111) 사이에는 가스켓 또는 오링과 같은 제1 실링부재(181)가 구비되어, 모터하우징(111)의 제1 공간(1114a), 정확하게는 베어링수용공간(1114a2)이 긴밀하게 실링될 수 있다.

예를 들어 제1 임펠러하우징(112)의 제2 측면에는 후술할 제1 볼류트(1124)의 외경보다 넓게 베어링쉘수용홈(112a)이 형성되고, 베어링쉘수용홈(112a)의 바깥에는 환형의 제1 하우징체결면(112b)이 베어링쉘수용홈(112a)으로부터 단차지게 형성될 수 있다. 제1 하우징체결면(112b)은 모터하우징(111)의 제1 플랜지부(1111)에 제1 실링부재(181)를 사이에 두고 밀착되어 볼트 체결될 수 있다.

본 실시예에 따른 제1 임펠러하우징(112)은 제1 흡입구(1121), 제1 임펠러수용부(1122), 제1 디퓨저(1123), 제1 볼류트(1124), 제1 토출구(1125)를 포함한다.

제1 흡입구(1121)는 제1 임펠러하우징(112)의 중심부에서 축방향 양쪽 측면을 관통하는 방향으로 형성될 수 있다. 예를 들어 제1 흡입구(1121)는 제1 임펠러하우징(112)의 전방면(제1 측면)에서 개구되어 축방향으로 연장될 수 있다. 제1 흡입구(1121)는 냉매흡입관(115)이 연결되는 입구단은 넓고 제1 임펠러수용부(1122)가 연결되는 출구단은 좁은 절두원추형상으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 흡입구(1121)를 통해 흡입되는 냉매의 유량 및 유속을 증가시킬 수 있다.

제1 임펠러수용부(1122)는 제1 흡입구(1121)의 출구단에서 제1 임펠러(151)의 외주면을 향해 연장되고, 제1 임펠러수용부(1122)의 내부에는 제1 임펠러(151)가 회전 가능하게 삽입될 수 있다. 이에 따라 제1 임펠러수용부(1122)는 제1 고정측 쉬라우드라고 정의할 수 있으며, 제1 임펠러수용부(1122)의 내주면은 제1 임펠러(151)의 외측면 형상을 따라 만곡지게 형성될 수 있다.

제1 임펠러수용부(1122)는 그 내주면이 제1 임펠러(151)의 외측면으로부터 가능한 한 최소한의 공극만큼만 이격되도록 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 임펠러(151)를 통과한 냉매가 제1 임펠러(151)의 외부, 즉 제1 임펠러수용부(1122)의 내주면과 제1 임펠러(151)의 외주면 사이의 공극을 통해 제1 임펠러(151)의 토출측에서 흡입측으로 역류하는 것을 차단할 수 있다. 이를 통해 1단 압축된 냉매가 상대적으로 저온저압인 제1 임펠러(151)의 흡입측으로 역류하여 발생되는 제1 압축부에서의 흡입손실을 미연에 억제할 수 있다.

제1 임펠러수용부(1122)의 내주면에는 제1 흡입측실링부(155) 또는 제1 흡입측실링부(155)의 일부가 형성될 수 있다. 예를 들어 제1 임펠러수용부(1122)의 내주면에는 제1 흡입측실링부(155)를 이루는 제1 외측실링부(1551)가 형성될 수 있다.

제1 외측실링부(1551)는 축방향을 따라 요철지게 형성되어 나중에 설명할 제1 내측실링부(1552)와 함께 래버린스실로 이루어질 수 있다. 이에 따라 제1 임펠러수용부(1122)의 내주면과 제1 임펠러(151)의 외주면 사이로 냉매가 토출측에서 흡입측으로 누설되는 것을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다. 제1 외측실링부(1551)를 포함한 제1 흡입측실링부(155)에 대해서는 나중에 다시 설명한다.

제1 디퓨저(1123)는 제1 임펠러수용부(1122)의 후류측 끝단에서 연장될 수 있다. 예를 들어 제1 디퓨저(1123)는 제1 베어링쉘(142)의 제1 측면(142a)과 이를 마주보는 제1 임펠러하우징(112)의 제2 측면(미부호) 사이의 공간으로 형성될 수 있다.

제1 디퓨저(1123)는 제1 베어링쉘(142)의 제1 측면(142a)에서 원주방향을 따라 기설정된 간격을 두고 돌출된 나선형 돌기를 포함할 수도 있고, 앞서 설명한 나선형 돌기를 배제하고 제1 베어링쉘(142)과 이를 마주보는 제1 임펠러하우징(112) 사이의 공간으로만 형성될 수도 있다. 제1 디퓨저(1123)를 통과하는 냉매는 원심력에 의해 제1 볼류트(1124)에 근접할수록 압력이 상승하게 된다.

제1 볼류트(1124)는 제1 디퓨저(1123)의 후류측에 연결되어 형성될 수 있다. 예를 들어 제1 볼류트(1124)는 제1 임펠러하우징(112)의 축방향 후면에서 함몰되어 형성될 수 있다. 제1 볼류트(1124)는 제1 디퓨저(1123)의 외주측을 감싸도록 링 형상으로 형성되되, 후술할 제1 토출구(1125)를 향해 단면적이 점점 증가하도록 형성될 수 있다.

제1 토출구(1125)는 제1 볼류트(1124)의 원주방향 중간에서 제1 임펠러하우징(112)의 외측면으로 관통되어 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 토출구(1125)의 입구단은 제1 볼류트(1124)에 연결되는 반면, 출구단은 후술할 냉매연결관(116)을 통해 제2 임펠러하우징(113)의 제2 흡입구에 연결될 수 있다.

도 4 및 도 6을 참조하면, 제2 임펠러하우징(113)은 모터하우징(111)을 향하는 제2 측면이 모터하우징(111)의 제2 플랜지부(1112)에 밀착되는 것으로, 제1 임펠러하우징(112)은 모터하우징(111)의 내부에 삽입되어 체결되는 반면, 제2 임펠러하우징(113)은 모터하우징(111)의 단부면에 밀착되어 체결될 수 있다. 이에 따라 제2 임펠러하우징(113)의 외경은 모터하우징(111)의 내경보다는 크게 형성될 수 있다.

제2 임펠러하우징(113)은 대략 제1 임펠러하우징(112)과 유사하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 제2 임펠러하우징(113)은 제2 흡입구(1131), 제2 임펠러수용부(1132), 제2 디퓨저(1133), 제2 볼류트(1134), 제2 토출구(1135)를 포함할 수 있다. 제2 흡입구(1131)는 제1 흡입구(1121)와, 제2 임펠러수용부(1132)는 제1 임펠러수용부(제2 고정측 쉬라우드라고 정의할 수 있다)(1122)와, 제2 디퓨저(1133)는 제1 디퓨저(1123)와, 제2 볼류트(1134)는 제1 볼류트(1124)에, 제2 토출구(1135)는 제1 토출구(1125)와 대략 동일하게 형성될 수 있다. 제2 임펠러하우징(113)에 대하여는 제1 임펠러하우징(112)에 대한 설명으로 대신한다.

또한, 제2 임펠러수용부(1132)의 내주면에는 제2 흡입측실링부(165) 또는 제2 흡입측실링부(165)의 일부가 형성될 수 있다. 이에 따라 제2 임펠러수용부(1132)의 내주면과 제2 임펠러(161)의 외주면 사이로 냉매가 토출측에서 흡입측으로 누설되는 것을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다. 제2 흡입측실링부(165)에 대해서는 나중에 다시 설명한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 전동부(120)는 고정자(121), 회전자(122)를 포함한다.

고정자(121)는 모터하우징(111)에 압입되어 고정되는 고정자코어(1211)와, 고정자코어(1211)에 권선된 고정자코일(1212)을 포함한다.

고정자코어(1211)는 원통형상으로 형성되고, 고정자코어(1211)의 축방향 일단은 모터하우징(111)의 내주면에 구비된 고정자고정턱(미부호)에 축방향으로 지지될 수 있다. 고정자코어(1211)의 내주면에는 원주방향을 따라 복수 개의 티스가 슬롯을 사이에 두고 반경방향으로 돌출된다.

고정자코일(1212)은 슬롯을 통해 각각의 티스에 권선된다. 이에 따라 슬롯에서 양쪽 고정자코일(1212) 사이에 원주방향 간격이 발생되고, 이 원주방향 간격은 모터하우징(111)의 제1 공간(1114a)과 제2 공간(1114b)을 서로 연통시키는 냉매통로가 된다.

회전자(122)는 고정자(121)의 내부에서 회전 가능하게 고정자(121)의 내주면으로부터 이격되어 배치된다. 회전자(122)는 회전자코어(1221)와 영구자석(1222)을 포함하되, 회전자코어(1221)는 회전축(130)에 결합되거나 또는 생략될 수 있다. 회전자코어(1221)가 생략되는 경우에 영구자석(1222)은 회전축(130)의 외주면에 부착되거나 또는 회전축(130)의 내부에 장착될 수 있다. 본 실시예는 영구자석(1222)이 회전축(130)의 내부에 삽입되어 회전축의 일부가 회전자코어(1221)를 이루는 예를 도시하고 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 회전축(130)은 구동축부(131), 제1 임펠러축부(132), 제2 임펠러축부(133)를 포함한다.

구동축부(131)는 원통형상으로 형성되어 고정자(121)의 내부에 회전 가능하게 삽입된다. 예를 들어 구동축부(131)의 길이는 고정자(121)의 축방향길이보다 길거나 같게 형성되고, 구동축부(131)의 축방향 중심은 고정자(121)의 축방향 중심과 반경방향으로 동일선상 위치하도록 결합될 수 있다.

구동축부(131)의 내부에는 자석수용부(1311)가 형성되고, 자석수용부(1311)에는 회전자(122)를 이루는 영구자석(1222)이 삽입된다. 이에 따라 구동축부(131)는 회전축(130)의 일부를 이루면서 영구자석(1222)과 함께 회전자(122)의 일부를 이루게 된다.

자석수용부(1311)는 영구자석(1222)의 외주면 형상과 거의 동일하며, 자석수용부(1311)의 내경은 영구자석(1222)의 외경과 거의 동일하게 형성될 수 있다. 이에 따라 자석수용부(1311)에 삽입된 영구자석(1222)은 그 자석수용부(1311)에서 가능한 한 제위치를 유지할 수 있다.

구동축부(131)의 내부, 즉 자석수용부(1311)의 내주면에는 영구자석(1222)의 일단을 축방향으로 지지하는 자석고정턱(1311a)이 단차지게 형성될 수 있다. 이에 따라 영구자석(1222)의 조립시 그 영구자석(1222)이 고정자의 중심에 용이하게 위치될 뿐만 아니라, 회전축(130)이 고속으로 회전하더라도 영구자석(1222)이 고정자의 중심에서 제위치를 안정적으로 유지할 수 있다.

도면으로 도시하지는 않았으나, 자석수용부(1311)의 내주면과 이를 마주보는 영구자석(1222)의 외주면 사이에는 적어도 한 개 이상의 자석구속부(미도시)가 더 형성될 수 있다. 자석구속부는 자석수용부(1311)의 내주면과 영구자석(1222)의 외주면에서 서로 대응되도록 형성될 수 있다. 예를 들어 자석구속부는 디컷형상으로 형성되거나 또는 축방향으로 연장되는 구속돌기와 구속홈으로 형성될 수 있다.

제1 임펠러축부(132)는 제1 축고정부(1321), 제1 임펠러고정부(1322), 제1 베어링면부(1323), 스러스트러너(1324)를 포함한다.

제1 축고정부(1321)는 제1 베어링면부(1323)에서 제2 임펠러축부(133)를 향하는 축방향으로 연장되되, 제1 베어링면부(1323)의 외경보다 작게 형성된다. 이에 따라 제1 축고정부(1321)는 구동축부(131)의 제1 압축부측 단부(이하, 제1 단부)에 삽입되어 고정될 수 있다. 예를 들어 제1 축고정부(1321)는 구동축부(131)의 제1 단부에 압입된 상태에서 용접되어 결합될 수 있다. 도면으로 도시하지는 않았으나, 제1 임펠러축부(132)의 제1 축고정부(1321)와 구동축부(131)의 제1 단부 사이에는 디컷지거나 또는 돌기와 홈(또는 슬릿)으로 된 회전방지부(미부호)가 더 형성될 수도 있다.

제1 임펠러고정부(1322)는 제1 베어링면부(1323)에서 제1 축고정부(1321)의 반대쪽인 제1 임펠러(151)를 향하는 축방향으로 연장된다. 제1 임펠러고정부(1322)는 제1 베어링면부(1323)는 물론 제1 축고정부(1321)의 외경보다 작게 형성되고, 후술할 제1 임펠러(151)의 제1 허브(1511)에 삽입되어 결합될 수 있다.

제1 임펠러고정부(1322)는 각진 형상 또는 디컷진 형상으로 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 임펠러고정부(1322)가 제1 임펠러(151)에 삽입된 상태에서 전동부(120)의 회전력을 슬립없이 전달할 수 있다.

제1 베어링면부(1323)는 제1 축고정부(1321)와 제1 임펠러고정부(1322)의 사이에서 원봉 또는 원통 형상으로 형성된다. 제1 베어링면부(1323)는 후술할 제1 반경방향베어링(143)에 삽입되어 반경방향으로 지지되는 부분으로, 제1 베어링면부(1323)의 외주면은 제1 반경방향베어링(143)에 대해 회전저항이 발생하지 않도록 평활관 형상으로 매끄럽게 형성될 수 있다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 스러스트러너(1324)는 제1 축고정부(1321)와 제1 임펠러고정부(1322)의 사이, 다시 말해 제1 베어링면부(1323)의 외주면에서 플랜지형상으로 연장되어 원판형상으로 형성될 수 있다.

스러스트러너(1324)는 베어링지지부(1115)와 제1 베어링쉘(142) 사이에 구비되어 베어링지지부(1115)와 제1 베어링쉘(142)의 사이에서 양쪽 축방향으로 지지될 수 있다. 다시 말해 스러스트러너(1324)는 축방향 가동측지지부(가동측지지부)를 형성하고, 베어링지지부(1115)와 제1 베어링쉘(142)은 각각 축방향 고정측지지부(고정측지지부)를 형성할 수 있다. 이에 따라 회전축(130)이 그 회전축(130)의 양단에 결합된 제1 임펠러(151)와 제2 임펠러(161)와 함께 양쪽 축방향으로 지지될 수 있다.

여기서, 고정측지지부를 이루는 베어링지지부(1115)와 제1 베어링쉘(142)은 스러스트러너(1324)를 사이에 두고 제2 공간(1114b)을 형성함에 따라 제1 베어링쉘(142)은 제1 격벽으로, 베어링지지부(1115)는 제2 격벽으로 각각 정의될 수 있다.

스러스트러너(1324)는 그 외주면이 베어링수용공간(1114a2)의 내주면으로부터 이격되도록 형성될 수 있다. 스러스트러너(1324)의 외경은 베어링수용공간(1114a2)의 내경보다 작게 형성되고, 스러스트러너(1324)의 외주면과 베어링수용공간(1114a2)의 내주면 사이에는 반경방향으로 기설정된 간격만큼 이격된 제1 공극(G1)이 형성될 수 있다.

제1 공극(G1)은 후술할 제1 축방향베어링(1441)이 구비되는 제2 공극(G2) 및 후술할 제2 축방향베어링(1442)이 구비되는 제3 공극(G3)과 연통될 수 있다. 다시 말해 스러스트러너(1324)의 제1 측면(1324a)과 이를 마주보는 제1 베어링쉘(142)의 제2 측면(142b)의 사이를 이루는 제2 공극(G2)의 외주측은 제1 공극(G1)의 내주측과 연통되며, 스러스트러너(1324)의 제2 측면(1324b)과 이를 마주보는 베어링지지부(1115)의 제1 측면(1115a)의 사이를 이루는 제3 공극(G3)의 외주측은 제1 공극(G1)의 내주측과 연통될 수 있다.

이에 따라 냉매는 후술할 제1 냉매유입구(1713)를 통해 베어링수용공간(1114a2)을 이루는 제1 공극(G1)으로 유입되고, 이 냉매는 제1 공극(G1)에서 원주방향을 따라 이동하면서 제2 공극(G2)과 제3 공극(G3)으로 유입될 수 있다. 이 냉매는 제2 공극(G2)과 제3 공극(G3)의 외주측에서 내주측으로 이동하면서 제1 축방향베어링(1441)과 제2 축방향베어링(1442)에 반경방향으로 공급되어 제1 축방향베어링(1441)과 제2 축방향베어링(1442)은 각각 균일한 베어링력을 유지할 수 있다.

제2 공극(G2)의 내주측에는 제4 공극(G4)을 이루는 제1 베어링쉘(142)의 제1 축구멍(142c)이 연통되고, 제3 공극(G3)의 내주측에는 베어링지지부(1115)의 제1 관통구멍(1115c)이 각각 연통될 수 있다. 이에 따라 제2 공극(G2)의 외주측에서 내주측으로 이동하는 냉매는 제1 축구멍(142c)으로 유입되고, 이 냉매는 제1 축구멍(142c)에 구비된 제1 반경방향베어링(143)의 일단에서 타단으로 공급되어 제1 반경방향베어링(143)은 균일한 베어링력을 유지할 수 있다.

한편, 제3 공극(G3)의 외주측에서 내주측으로 이동하는 냉매는 제1 관통구멍(1115c)을 통과하여 모터수용공간(1114a1)으로 이동하게 된다.

도면으로 도시하지는 않았으나, 제1 축방향베어링(1441)은 스러스트러너(1324)의 제1 측면(1324a)에, 제2 축방향베어링(1442)은 스러스트러너(1324)의 제2 측면(1324b)에 각각 구비될 수도 있다. 이 경우에는 제1 축방향베어링(1441)과 제2 축방향베어링(1442)을 회전축(130)에 모두 설치함에 따라 제1 축방향베어링(1441) 및 제2 축방향베어링(1442)의 설치 및 조립이 용이할 수 있다. 제1 축방향베어링(1441) 및 제2 축방향베어링(1442)에 대해서는 나중에 다시 설명한다.

도 4를 참조하면, 제2 임펠러축부(133)는 구동축부(131)의 제2 압축부측 단부(이하 제2 단부)에 삽입되어 고정될 수 있다. 예를 들어 제2 임펠러축부(133)는 제1 임펠러축부(132)와 마찬가지로 구동축부(131)의 제2 단부에 압입된 상태에서 용접되어 결합될 수 있다.

제2 임펠러축부(133)는 제1 임펠러축부(132)와 구동축부(131)를 중심으로 대칭되도록 형성되되, 제2 베어링부(145)에는 축방향베어링이 구비되지 않음에 따라 스러스트러너(1324)는 배제될 수 있다. 즉 제2 임펠러축부(133)는 제2 축고정부(1331), 제2 임펠러고정부(1332), 제2 베어링면부(1333)를 포함할 수 있다. 다만 경우에 따라서는 제2 베어링부(145)에도 축방향베어링이 구비되어 제2 임펠러축부(133)에 스러스트러너(1324)가 구비될 수도 있다.

본 실시예에 따른 베어링부(140)는 제1 베어링부(141), 제2 베어링부(145)를 포함한다. 제1 베어링부(141)는 전동부(또는 구동모터)(120)와 제1 압축부(150)의 사이에, 제2 베어링부(145)는 전동부(또는 구동모터)(120)와 제2 압축부(160)의 사이에 각각 구비될 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 베어링부(141)는 제1 베어링쉘(142), 제1 반경방향베어링(143), 제1 축방향베어링(1441) 및 제2 축방향베어링(1442)을 포함한다. 제1 반경방향베어링(143)은 제1 베어링쉘(142)의 내주면에, 제1 축방향베어링(1441)은 제1 베어링쉘(142)의 제2 측면(142b)에, 제2 축방향베어링(1442)은 베어링지지부(1115)의 제1 측면(1115a)에 각각 위치한다.

제1 베어링쉘(142)은 베어링지지부(1115)와 제1 임펠러하우징(112)의 사이에서 모터하우징(111)에 볼트 체결될 수 있다. 예를 들어 제1 베어링쉘(142)은 모터하우징(111)의 베어링쉘안착홈(1111a)에 삽입되고, 제1 압축부의 반대쪽 측면인 제1 베어링쉘(142)의 제2 측면(142b)은 베어링쉘안착면(1111b)에 밀착된 상태에서 볼트로 체결된다.

하지만, 경우에 따라서는 체결볼트를 배제하고 제1 베어링쉘(142)의 양쪽 측면을 각각 모터하우징(111)의 베어링쉘안착면(1111b)과 제1 임펠러하우징(112)의 임펠러쉘수용홈(112a)에 밀착하여 고정되도록 할수도 있다. 이 경우에는 제1 베어링쉘(142)을 체결하기 위한 별도의 체결부재를 배제함에 따라 제1 베어링쉘(142)을 저비용으로 용이하게 조립할 수 있다.

제1 베어링쉘(142)은 환형으로 형성되되, 외주면이 함몰되어 대략 유(U)자형 단면 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어 제1 베어링쉘(142)은 내벽부(1421), 제1 측벽부(1422), 제2 측벽부(1423), 냉매수용부(1424)를 포함할 수 있다.

내벽부(1421)는 회전축(130)의 외주면을 원주방향으로 감싸도록 환형으로 형성되되, 내부의 내경은 회전축(130)의 외경보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라 내벽부(1421)의 내주면은 회전축(130)의 외주면으로부터 이격된 제1 축구멍(142c)이 형성되고, 내벽부(1421)의 내주면에는 제1 반경방향베어링(143)이 구비될 수 있다. 제1 반경방향베어링(143)은 전술한 실시예들과 동일하게 가스포일베어링으로 이루어질 수 있다.

제1 측벽부(1422)는 내벽부(1421)의 외주면 일측, 정확하게는 제1 측벽부(1422)의 축방향 양단 중에서 제1 임펠러(151)를 마주보는 전방측 외주면에서 반경방향으로 연장된 환형으로 형성될 수 있다.

제1 측벽부(1422)의 외경은 제1 임펠러하우징(112)에 구비된 베어링쉘수용홈(112a)의 내경과 거의 유사하게 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 측벽부(1422)의 외주면은 베어링쉘수용홈(112a)의 내주면에 밀착되어 반경방향으로 지지될 수 있다. 이를 통해 제1 베어링쉘(142)을 모터하우징(111)에 볼트 체결하는 경우에도 볼트의 개수를 줄이면서도 제1 베어링쉘(142)을 안정적으로 지지할 수 있다. 또한 베어링쉘수용홈(112a)을 이용하여 제1 베어링쉘(142)의 조립위치를 정할 수 있어 별도의 기준핀을 제거하여 제조비용을 낮출 수 있다.

제1 측벽부(1422)의 전방면 중앙에는 후방측실링부(1562)가 형성될 수 있다. 후방측실링부(1562)는 후술할 전방측실링부(1561)와 함께 래버린스실을 이루는 제1 토출측실링부(156)를 형성할 수 있다. 예를 들어 후방측실링부(1562)는 기설정된 높이의 환형돌기와 기설정된 깊이의 환형홈이 반경방향으로 번갈아 형성되어 이루어질 수 있다.

제2 측벽부(1423)는 내벽부(1421)의 외주면 타측에서 반경방향으로 연장되어 환형으로 형성될 수 있다. 제2 측벽부(1423)는 제1 측벽부(1422)보다 짧게 형성될 수 있다. 예를 들어 제2 측벽부(1423)의 외경은 모터하우징(111)의 내경보다 작게 형성될 수 있다. 이에 따라 제2 측벽부(1423)의 외주면과 이를 반경방향으로 마주보는 모터하우징(111)의 내주면 사이에는 제1 공극(G1)이 형성될 수 있다.

다만, 경우에 따라서는 제2 측벽부(1423)의 외경이 모터하우징(111)의 내경과 거의 동일하게 형성될 수도 있다. 이 경우에는 제2 측벽부(1423)에는 적어도 한 개 이상의 구멍 또는 홈으로 된 별도의 냉매통로(미도시)가 형성될 수 있다.

냉매수용부(1424)는 제1 측벽부(1422)와 제2 측벽부(1423) 사이에 형성될 수 있다. 구체적으로 냉매수용부(1424)는 내벽부(1421)의 외주면과 제1 측벽부(1422)의 제2 측면, 그리고 제2 측벽부(1423)의 제1 측면에 의해 환형으로 형성되는 공간으로 정의될 수 있다. 이에 따라 냉매수용부(1424)는 회전축(130)을 마주보는 내주측은 내벽부(1421)에 의해 밀폐되고, 모터하우징(111)의 내주면을 마주보는 외주측은 적어도 일부가 개구될 수 있다.

냉매수용부(1424)는 제1 냉매유입구(1713)와 반경방향으로 중첩되도록 형성될 수 있다. 예를 들어 제1 냉매유입구(1713)의 출구는 제1 측벽부(1422)와 제2 측벽부(1423)의 사이에 위치할 수 있다.

한편, 내벽부(1421)에는 냉매유입통로(1714)가 형성될 수 있다.

냉매유입통로(1714)는 입구와 출구가 한 개인 단일통로로 이루어질 수도 있고, 입구는 한 개이지만 출구가 복수 개인 이중 통로로 이루어질 수도 있다. 본 실시예에 따른 냉매유입통로는 이중통로인 예를 도시하고 있다.

예를 들어, 냉매유입통로(1714)는 출구가 분리된 제1 유입통로(1714a)와 제2 유입통로(1714b)로 이루어질 수 있다. 제1 유입통로(1714a)의 입구와 제2 유입통로(1714b)의 입구는 서로 연통되어 내벽부(1421)의 외주면 중간에서 냉매수용부(1424)를 향해 개구될 수 있다. 제1 유입통로(1714a)의 출구는 내벽부(1421)의 제2 측면(142b)으로 개구되고, 제2 유입통로(1714b)의 출구는 내벽부(1421)의 내주면으로 개구될 수 있다.

도면으로 도시하지는 않았으나, 제1 유입통로(1714a)의 출구는 내벽부(1421)에서 연장되는 제2 측벽부(1423)의 측면으로 개구되도록 형성될 수도 있다. 하지만 이는 내벽부(1421)와 제2 측벽부(1423)의 범위를 특정하는데 따른 차이이며, 실질적으로는 제1 유입통로(1714a)의 출구는 스러스트러너(1324)를 마주보는 내벽부(1421)의 측면으로 개구된다고 할 수도 있다.

냉매유입통로(1714)는 한 개만 형성될 수도 있고, 원주방향을 따라 복수 개가 기설정된 간격을 두고 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 내벽부(1421)의 원주방향을 따라 복수 개의 냉매유입통로(1714)가 등간격을 두고 형성된 예를 도시하고 있다. 이에 따라 복수 개의 냉매유입통로(1714)를 통해 냉매가 각각의 베어링으로 균일하게 공급되면서 제1 반경방향베어링(143) 및 제1, 제2 축방향베어링(1441)(1442)에 냉매를 균일하게 공급할 수 있다. 이를 통해 제1 축방향베어링(143)과 제1,2 축방향베어링(1441)(1442)의 베어링력을 균일하게 유지하여 회전축(130)을 안정적으로 지지할 수 있다.

본 실시예와 같이 제1 베어링쉘(142)의 외주면에서 냉매수용부(1424)가 환형으로 형성되는 경우에는 베어링수용공간(1114a2)으로 유입되는 냉매가 제1 베어링쉘(142)의 냉매수용부(1424)를 향해 곧바로 유입되어 수용되고, 이 냉매는 냉매수용부(1424)를 원주방향으로 이동하면서 냉매수용부(1424)의 전체에 고르게 분배될 수 있다. 이에 따라 냉매수용부(1424)를 포함한 제1 베어링쉘(142)은 냉매수용부(1424)에 수용되는 냉매에 의해 신속하면서도 고르게 냉각될 수 있다.

또한, 냉매수용부(1424)가 제1 베어링쉘(142)의 외주면에서 내주면을 향해 기설정된 깊이만큼 함몰지게 형성됨에 따라 냉매유입통로(1714)의 출구를 이루는 제1 유입통로(1714a) 또는 제2 유입통로(1714b)를 경사지게 가공할 수 있다. 이에 따라 냉매유입통로(1714)의 출구를 가능한 한 회전축(130)에 인접하도록 형성하여 냉매의 질량유량(mass flow)을 증가시킬 수 있다.

아울러, 냉매유입통로(1714)의 출구를 가능한 한 회전축(130)에 인접하도록 형성함에 따라, 내벽부(1421)의 반경방향두께를 확보하면서도 제1 축방향베어링(1441)의 반경방향 길이를 확대할 수 있다. 이를 통해 제1 축방향베어링(1441)의 베어링력을 확보할 수 있다.

한편, 제1 베어링쉘(142)의 전방면, 즉 제1 임펠러(151)를 마주보는 제1 측벽부(1422)의 제1 측면(142a)에 제1 토출측실링부(156)의 일부를 이루는 후방측실링부(1562)가 구비될 수 있다. 후방측실링부(1562)는 반경방향을 따라 적어도 한 개 이상으로 요철진 환형 래버린스실(labyrinth seal)로 이루어질 수 있다. 이에 따라 후방측실링부(1562)를 포함한 제1 토출측실링부(156)는 반경방향실링부를 형성하게 된다.

이 경우 제1 토출측실링부(156)는 후방측실링부(1562)로만 형성될 수도 있고, 후방측실링부(1562)가 축방향으로 마주보는 제1 임펠러(151)의 후방면에 전방측실링부(1561)가 구비되어 그 전방측실링부(1561)와 후방측실링부(1562)의 조합으로 형성될 수도 있다.

예를 들어, 제1 토출측실링부(156)가 전방측실링부(1561)와 후방측실링부(1562)의 조합으로 이루어지는 경우에는 전방측실링부(1561)의 돌기가 후방측실링부(1562)의 홈에, 전방측실링부(1561)의 홈에 후방측실링부(1562)의 돌기가 각각 기설정된 깊이만큼 삽입되도록 양쪽 실링부(1561)(1562)가 서로 대칭지게 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 토출측실링부(156)의 지그재그 형상으로 형성되면서 실링유로가 좁고 길게 형성됨에 따라 제1 베어링쉘(142)의 전방면과 제1 임펠러(151)의 후방면 사이의 간격을 통해 냉매가 모터실(1114)로 누설되는 것을 억제할 수 있다.

후방측실링부(1562)를 포함한 제1 토출측실링부(156)는 제1 임펠러(151)와 축방향으로 중첩되는 위치에 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 임펠러(151)를 거쳐 제1 디퓨저(1123)를 통과하는 냉매가 제1 임펠러(151)의 후방면(제2 측면)과 제1 베어링쉘(142)의 전방면(제1 측면) 사이의 틈새로 누설되는 것을 최소화하여 압축효율을 높일 수 있다.

다만, 이 경우에는 후술할 제1 반경방향베어링(143)과 제1,2 축방향베어링(1441)(1442)으로 작동유체인 냉매가 충분하게 공급되지 않아 각 베어링의 베어링력 형성이 지연되거나 과열될 수 있다. 이에 본 실시예에서와 같이 제1 반경방향베어링(143)과 제1,2 축방향베어링(1441)(1442)으로는 후술할 냉매유로를 별도로 형성하여 각각의 베어링에 냉매를 공급할 수 있다. 이를 통해 제1 압축부(150)에서의 냉매누설을 줄여 압축효율을 높이면서도 이들 베어링(143)(1441)(1442)의 신뢰성을 높이고 과열을 억제할 수 있다. 이에 대하여는 나중에 다시 설명한다.

제1 베어링쉘(142)은 제1 축구멍(142c)의 내주면에 후술할 제1 반경방향베어링(143)이 구비되고, 스러스트러너(1324)를 마주보는 제1 베어링쉘(142)의 제2 측면(142b)에는 제1 축방향베어링(1441)이 구비될 수 있다.

도면으로 도시하지는 않았으나, 제1 반경방향베어링(143)은 회전축(130)의 외주면(제1 베어링면부)에, 제1 축방향베어링(1441)은 스러스트러너(1324)의 제1 측면(142a)에 각각 구비될 수도 있다.

제1 반경방향베어링(143)은 가스포일베어링으로 이루어질 수 있다. 예를 들어 제1 반경방향베어링(143)은 요철형상의 범프포일(bump foil)(미부호) 및 원호형상의 탑포일(top foil)(미부호)로 이루어질 수 있다.

제1 반경방향베어링(143)은 회전축(130)의 외주면, 정확하게는 제1 베어링면부(1323)를 반경방향으로 마주보도록 제1 베어링쉘(142)의 내주면에 구비될 수 있다. 이에 따라 회전축(130)의 회전시 작동유체인 냉매가 제1 반경방향베어링(143)의 안쪽으로 유입되어 일종의 유막을 형성하면서 회전축(130)을 반경방향으로 지지하게 된다. 가스포일베어링에 관하여는 통상적으로 알려져 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

다만, 본 실시예에 따른 제1 반경방향베어링(143)은 범프포일이 반경방향으로 볼록하게 돌출되어 원주방향을 따라 요철지게 형성되고, 탑포일이 회전축(130)의 외주면에 대해 기설정된 간격만큼 이격될 수 있다. 이에 따라 제1 반경방향베어링(143)은 축방향 양단이 개구된 축방향냉매통로가 형성될 수 있다.

이에, 본 실시예에서는 후술할 냉매유입통로(1714)가 제1 반경방향베어링(143)의 축방향 범위 밖에 위치하도록 형성될 수 있다. 이에 따라 베어링수용공간(1114a2)으로 유입된 냉매가 제1 반경방향베어링(143)의 축방향 일단에서 타단으로 유입되어, 회전축(130)과 제1 반경방향베어링(143) 사이에서의 유막이 고르게 형성될 수 있다. 냉매유입통로(1714)는 나중에 냉매통로부에서 다시 설명한다.

제1 축방향베어링(1441)은 앞서 설명한 바와 같이 제1 베어링쉘(142)의 제2 측면(142b)에 고정 설치될 수 있다. 제1 축방향베어링(1441)은 원판 형상으로 형성되되, 제1 반경방향베어링(143)과 마찬가지로 가스포일베어링으로 이루어질 수 있다.

예를 들어, 제1 축방향베어링(1441)은 요철형상의 제1 펌프포일(미부호)과 원호판형상으로 된 제1 탑포일(미부호)로 이루어져 제1 베어링쉘(142)의 제2 측면(142b)에서 스러스트러너(1324)의 제1 측면(1324a)을 마주보도록 배치될 수 있다. 이 경우에도 가스포일베어링에 관하여는 통상적으로 알려져 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

다만, 본 실시예에 따른 제1 축방향베어링(1441)은 제1 범프포일(미부호)이 축방향으로 볼록하게 돌출되어 원주방향을 따라 요철지게 형성되고, 제1 탑포일(미부호)이 스러스트러너(1324)에 대해 기설정된 간격만큼 이격될 수 있다. 이에 따라 제1 축방향베어링(1441)의 반경방향으로 양단이 개구된 반경방향냉매통로가 형성될 수 있다.

이에 본 실시예에서는 후술할 냉매유입통로(1714)가 제1 축방향베어링(1441)의 반경방향 범위 밖에 위치하도록 형성될 수 있다. 이를 통해 베어링수용공간(1114a2)으로 유입되는 냉매가 제1 축방향베어링(1441)의 반경방향 일단에서 타단으로 유입되어, 스러스트러너(1324)의 제1 측면(1324a)과 제1 축방향베어링(1441) 사이에서의 유막이 고르게 형성될 수 있다.

제2 축방향베어링(1442)은 제1 축방향베어링(1441)과 그 설치위치만 상이할 뿐 기본적인 구성 및 그에 따른 작용효과는 동일하다. 예를 들어 제2 축방향베어링(1442)은 스러스트러너(1324)의 제2 측면(1324b)을 마주보는 베어링지지부(1115)의 제1 측면(1115a)에 구비될 수 있다. 이에 따라 베어링수용공간(1114a2)으로 유입되는 냉매가 스러스트러너(1324)의 제2 측면(1324b)과 제2 축방향베어링(1442) 사이에서의 유막이 고르게 형성될 수 있다.

도 4 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 제2 베어링부(145)는 제2 베어링쉘(146), 제2 반경방향베어링(147)을 포함한다. 제2 반경방향베어링(147)은 제2 베어링쉘(146)의 내주면을 이루는 제2 축구멍(146c)에 구비될 수 있다.

제2 베어링쉘(146)은 모터하우징(111)과 제2 임펠러하우징(113)의 사이에 구비될 수 있다. 예를 들어 제2 압축부(160)를 마주보는 제2 베어링쉘(146)의 제1 측면(146a)은 제2 임펠러하우징(113)과의 사이에 제2 실링부재(182)를, 축방향으로 반대쪽인 제2 베어링쉘(146)의 제2 측면(146b)은 모터하우징(111)의 제2 플랜지부(1112)와의 사이에 제3 실링부재(183)를 각각 두고 밀착되어 체결될 수 있다. 도면으로 도시하지는 않았으나, 제2 베어링쉘(146)은 모터하우징(111)의 제2 플랜지부(1112) 안쪽에 삽입되어 모터하우징(111)과 제2 임펠러하우징(113)에 눌려 고정될 수도 있다. 이 경우에는 제2 베어링쉘(146)을 체결하기 위한 별도의 체결부재를 배제하여 제2 베어링쉘(146)에 대한 조립공정을 간소화할 수 있다.

제2 베어링쉘(146)은 내주면과 외주면이 막힌 환형으로 형성될 수 있다. 예를 들어 제2 베어링쉘(146)은 기설정된 축방향 길이를 가지며, 중심에 제2 축구멍(146c)이 축방향으로 관통된 환형으로 형성될 수 있다.

제2 축구멍(146c)의 내경은 회전축(130), 정확하게는 제2 임펠러축부(133)에 구비된 제2 베어링면부(1333)의 외경보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라 회전축(130)을 이루는 제2 임펠러축부(133)의 전방단은 제2 베어링쉘(146)의 제2 축구멍(146c)을 통과하여 후술할 제2 임펠러(161)에 결합될 수 있다.

제2 축구멍(146c)의 내주면에는 제2 토출측실링부(166)가 구비될 수 있다. 제2 토출측실링부(166)는 환형으로 된 홈이 축방향을 따라 기설정된 간격을 두고 형성된 래버린스실로 이루어질 수 있다. 이에 따라 제2 임펠러(161)를 거쳐 제2 디퓨저(1133)를 통과하는 냉매가 제2 임펠러축부(133)의 외주면과 제2 베어링쉘(146)의 내주면 사이의 제5 공극(G5)을 통해 모터실(1114)로 누설되는 것을 최소화하여 압축효율을 높일 수 있다.

제2 토출측실링부(166)의 일측, 즉 제2 축구멍(146c)의 내주면에서 전동부(120)에 인접한 쪽에는 제2 반경방향베어링(147)이 구비될 수 있다. 제2 반경방향베어링(147)은 제1 반경방향베어링(143)과 같은 가스포일베어링으로 이루어질 수 있다. 제2 반경방향베어링(147)에 대해서는 제1 반경방향베어링(143)에 대한 설명으로 대신한다.

다만, 제2 반경방향베어링(147)은 앞서 설명한 바와 같이 모터실(1114)을 마주보는 쪽에서 그 모터실(정확하게는 제2 공간)(1114)에 연통되도록 구비됨에 따라 모터실(1114)로 주입되는 액냉매가 제2 반경방향베어링(147)으로 직접 공급될 수 있다. 이에 따라 제2 토출측실링부(166)에 의해 제2 압축부(160)와 모터실(정확하게는 제2 공간)(1114) 사이가 실링되어 제2 압축부(160)에서의 압축효율을 높이면서도, 제2 공간(1114b)으로 유입되는 냉매에 의해 제2 반경방향베어링(147)이 신속하게 베어링력을 확보하는 동시에 제2 반경방향베어링(147)과 회전축(130)이 냉각될 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 제1 압축부(150)는 제1 임펠러(151), 제1 디퓨저(1123), 제1 볼류트(1124)를 포함한다. 다만 제1 압축부(150)를 이루는 구성요소 중에서 제1 디퓨저(1123)와 제1 볼류트(1124)에 대해서는 앞서 제1 임펠러하우징(112)에서 설명한 바와 같다. 즉 제1 디퓨저(1123)는 제1 임펠러하우징(112)과 제1 베어링쉘(142) 사이에 형성되며, 제1 볼류트(1124)는 제1 임펠러하우징(112)에 형성될 수 있다. 따라서 이하에서의 제1 압축부(150)는 제1 임펠러(151)를 중심으로 설명한다.

제1 임펠러(151)는 제1 허브(1511), 제1 블레이드, 제1 쉬라우드를 포함한다. 제1 임펠러(151)는 앞서 설명한 바와 같이 제1 디퓨저(1123) 및 제1 볼류트(1124)와 함께 기능적으로는 1단 압축부인 제1 압축부(150)를 형성하게 된다. 이에 따라 제1 임펠러(151)의 흡입측은 냉매흡입관(115)에, 제1 임펠러(151)의 토출측은 2단 압축부(제2 압축부)의 일부를 이루는 제2 임펠러(161)의 흡입측에 냉매연결관(116)으로 연결될 수 있다.

제1 허브(1511)는 회전축(130)에 결합되어 회전력을 전달받는 부분으로, 제1 허브(1511)의 중심에는 회전축(130)의 제1 임펠러축부(132)에 삽입되어 결합될 수 있다.

제1 허브(1511)는 축방향으로 동일한 외경을 가지도록 형성될 수도 있지만, 본 실시예와 같이 전방에서 후방으로 갈수록 외경이 증가하는 절두원추 형상으로 형성될 수 있다. 이에 따라 냉매는 제1 허브(1511)의 외주면을 따라 전방에서 후방으로 원활하게 이동하면서 압축될 수 있다.

제1 허브(1511)의 일측면, 즉 제1 베어링쉘(142)을 마주보는 제2 측면에는 앞서 설명한 제1 토출측실링부(156)의 일부를 이루는 전방측실링부(1561)가 형성될 수 있다.

전방측실링부(1561)는 제1 베어링쉘(142)의 제1 측면(142a)에 구비된 후방측실링부(1562)에 요철 결합되어 래버린스실을 이루도록 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 디퓨저(1123)를 통과하는 냉매가 모터실(1114)을 이루는 제1 공간(1114a)으로 누설되는 것을 억제할 수 있다.

제1 블레이드(1512)는 제1 허브(1511)의 원주방향을 따라 등간격으로 이격되는 복수 개의 블레이드로 이루어질 수 있다. 복수 개의 블레이드로 된 제1 블레이드(1512)는 제1 허브(1511)의 외주면에서 반경방향으로 연장되되 축방향을 따라 나선형으로 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 임펠러하우징(112)의 제1 흡입구(1121)를 통해 축방향으로 흡입되는 냉매는 제1 임펠러(151)의 제1 블레이드(1512)를 통과하면서 나선형으로 휘감기면서 제1 디퓨저(1513)를 향해 이동하게 된다. 이를 통해 제1 디퓨저(1513)를 통과하는 냉매의 유동속도가 더욱 증가하여 제1 압축부(150)에서의 제1 압력이 더욱 상승할 수 있게 된다.

제1 쉬라우드(1513)는 제1 블레이드(1512)의 외측면을 감싸도록 형성될 수 있다. 예를 들어 제1 쉬라우드(1513)는 중공된 원통형상으로 형성되되 제1 블레이드(1512)의 외측면을 연결하는 가상의 형상과 대응되도록 절두원추형상으로 형성될 수 있다.

제1 쉬라우드(1513)는 3D프린팅이나 분말야금 등을 이용하여 제1 블레이드(1512)의 외측면에서 단일체로 연장 형성될 수도 있고, 별도로 제작하여 후조립될 수도 있다. 본 실시예에서는 제1 쉬라우드(1513)를 후조립하여 용접하는 예를 도시하고 있다. 도면으로 도시하지는 않았으나 제1 쉬라우드(1513)는 제1 블레이드(1512)의 일부만 감싸거나 또는 제1 블레이드(1512)보다 전류측에 형성될 수도 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 쉬라우드(1513)는 제1 입구부(1513a)와 제1 출구부(1513b)로 이루어질 수 있다.

제1 입구부(1513a)는 단일직경으로 된 원통형상으로 형성되고, 제1 출구부(1513b)는 복수직경으로 된 원추형상으로 형성될 수 있다. 제1 출구부(1513b)의 제1 단은 제1 입구부(1513a)의 제2 단에 연결되어 단일체로 형성될 수 있다.

제1 입구부(1513a)는 내주면은 매끄러운 평활관 형상으로 형성되되, 제1 입구부(1513a)의 외주면에는 앞서 설명한 제1 흡입측실링부(155)를 이루는 제1 내측실링부(1552)가 형성될 수 있다.

제1 내측실링부(1552)는 축방향을 따라 요철지게 형성되어 앞서 설명한 제1 외측실링부(1551)와 함께 래버린스실로 이루어질 수 있다. 제1 내측실링부(1552)를 포함한 제1 흡입측실링부(155)에 대해서는 나중에 다시 설명한다.

제1 출구부(1513b)는 내주면과 외주면이 매끄러운 평활관 형상으로 형성될 수 있다. 하지만 경우에 따라서는 제1 출구부(1513b)의 외주면에 앞서 설명한 제1 내측실링부(1552)와 같은 환형돌기가 형성될 수도 있다. 이 경우 제1 출구부(1513b)를 마주보는 제1 임펠러하우징(112)의 임펠러수용부(1122)의 내주면에 앞서 설명한 제1 외측실링부(1551)와 같은 환형홈이 형성될 수 있다. 이 경우에는 제1 내측실링부(1552)와 제1 외측실링부(1551)가 축방향에 대해 경사지게 형성되어 경사방향 래버린스실을 형성하게 된다. 이에 따라 제1 임펠러(151)에서 1단 압축된 냉매가 압력차에 의해 제1 임펠러(151)와 제1 임펠러하우징(112) 사이의 공극을 통해 토출측에서 흡입측으로 역류하여 누설되는 것을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.

도 4 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 제2 압축부(160)는 제2 임펠러(161), 제2 디퓨저(1133), 제2 볼류트(1134)를 포함한다. 다만 제2 압축부(160)를 이루는 구성요소 중에서 제2 디퓨저(1133)와 제2 볼류트(1134)에 대해서는 앞서 제2 임펠러하우징(113)에서 설명한 바와 같다. 즉 제2 디퓨저(1133)는 제2 임펠러하우징(113)과 제2 베어링쉘(146) 사이에 형성되며, 제2 볼류트(1134)는 제2 임펠러하우징(113)에 형성될 수 있다. 따라서 이하에서의 제2 압축부는 제2 임펠러(161)를 중심으로 설명한다.

제2 임펠러(161)는 제2 허브(1611), 제2 블레이드(1612), 제2 쉬라우드(1613)를 포함한다. 제2 임펠러(161)는 앞서 설명한 바와 같이 제2 디퓨저(1133) 및 제2 볼류트(1134)와 함께 기능적으로는 2단 압축부를 형성하게 된다. 이에 따라 제2 임펠러(161)의 흡입측은 냉매연결관(116)에 의해 제1 임펠러(151)의 토출측에, 제2 임펠러(161)의 토출측은 냉매토출관(117)에 의해 응축기(20)의 입구측에 연결될 수 있다.

제2 임펠러(161)는 제1 임펠러(151)의 직경보다는 작게 형성되되, 전체적인 형상은 제1 임펠러(151)와 거의 동일하게 형성될 수 있다. 이에 따라 제2 임펠러(161)의 형상에 대하여는 제1 임펠러(151)에 대한 설명으로 대신한다.

예를 들어, 제2 임펠러(161)의 외주면과 이를 마주보는 제2 임펠러하우징(113)의 제2 임펠러수용부(1132)의 내주면에는 제2 흡입측실링부(165)가 형성될 수 있다. 제2 흡입측실링부(165)는 제2 임펠러수용부(1132)의 내주면에 구비된 제2 외측실링부(1651)와, 제2 임펠러(161)의 외주면에 구비된 제2 내측실링부(1652)로 이루어질 수 있다. 다만, 본 실시예에 따른 제2 토출측실링부(166)가 제2 베어링쉘(146)과 회전축(130) 사이에 형성됨에 따라, 제2 임펠러(161)의 제2 측면에는 제1 임펠러(151)와 달리 실링부가 형성되지 않을 수 있다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 냉매통로부(170)는 유입통로부(171), 유출통로부(172), 연결통로부(173)를 포함한다. 유입통로부(171)는 냉매를 냉동사이클장치에서 모터하우징(111)의 모터실(1114)로 안내하는 통로이고, 유출통로부(172)는 모터실(1114)의 냉매를 모터하우징(111)의 외부로 배출하는 통로이며, 연결통로부(173)는 모터하우징(111)에서 배출되는 냉매를 운전모드에 따라 제2 압축부(160) 또는 제1 압축부(150)로 안내하는 통로이다.

유입통로부(171)는 제1 유입통로부(1711), 제2 유입통로부(1715)를 포함할 수 있다. 제1 유입통로부(1711)는 모터하우징(111)의 제1 공간(1114a)으로, 제2 유입통로부(1715)는 모터하우징(111)의 제2 공간(1114b)으로 냉매를 각각 안내하는 통로이다. 이에 따라, 제1 유입통로부(1711)와 제2 유입통로부(1715)는 한 개의 입구에서 복수 개의 출구로 분관되는 병렬형 관로로 이루어질 수도 있고, 서로 다른 입구와 출구를 독립적으로 가지는 직렬형 관로로 이루어질 수도 있다. 본 실시예는 병렬형 관로를 예로 들어 설명한다.

예를 들어, 제1 유입통로부(1711)의 입구단과 제2 유입통로부(1715)의 입구단은 응축기(20)의 출구에서 분관되어 병렬 연결되고, 제1 유입통로부(1711)의 출구단은 모터하우징(111)의 제1 공간(1114a)에, 제2 유입통로부(1715)의 출구단은 모터하우징(111)의 제2 공간(1114b)에 각각 독립적으로 연결될 수 있다. 이에 따라 응축기(20)를 통과한 액냉매는 제1 유입통로부(1711)를 통해 제1 공간(1114a)으로, 제2 유입통로부(1715)를 통해 제2 공간(1114b)으로 각각 주입(injection)될 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 유입통로부(1711)는 제1 냉매유입관(1712), 제1 냉매유입구(1713), 냉매유입통로(1714)를 포함할 수 있다.

제1 냉매유입관(1712)은 일단은 냉동사이클장치의 중간, 즉 응축기(20)의 출구에서 후술할 제2 냉매유입관(1716)과 함께 분관되고, 타단은 모터실(1114)의 제1 공간(1114a)을 이루는 모터하우징(111)의 외주면과 내주면 사이를 관통하는 제1 냉매유입구(1713)에 삽입되어 결합될 수 있다.

제1 냉매유입관(1712)은 냉동사이클장치를 이루는 냉매순환관, 즉 응축기(20)와 팽창기(30) 사이의 냉매순환관의 내경보다는 작거나 같게 형성될 수 있다. 이에 따라 냉동사이클장치를 순환하는 냉매가 압축기(10)의 모터하우징(111)으로 과도하게 유입되는 것을 억제할 수 있다.

제1 냉매유입구(1713)의 일단은 제1 냉매유입관(1712)에 연결되고, 제1 냉매유입구(1713)의 타단은 냉매유입통로(1714)에 연결될 수 있다. 이에 따라 제1 냉매유입관(1712)과 제1 냉매유입구(1713)는 모터하우징(111)의 제1 공간(1114a)에 연통될 수 있다.

예를 들어, 냉매유입통로(1714)의 입구단은 제1 베어링쉘(142)과 반경방향으로 적어도 일부가 중첩되는 위치에서 제1 베어링쉘(142)의 외주면으로 개구되고, 냉매유입통로(1714)의 타단은 제1 베어링쉘(142)의 양쪽 측면 중에서 스러스트러너(1324)를 마주보는 제2 측면(142b)으로 개구될 수 있다. 이에 따라 제1 냉매유입관(1712)과 제1 냉매유입구(1713)를 통해 냉매유입통로(1714)로 유입되는 냉매는 제1 베어링쉘(142)의 내부를 통과하면서 제1 베어링쉘(142)을 냉각하게 된다. 이를 통해 제1 베어링쉘(142)에 구비되는 제1 반경방향베어링(143) 및 제1 축방향베어링(1441)이 과열되는 것을 억제할 수 있다.

냉매유입통로(1714)는 양단 사이의 내경이 거의 동일한 단일 구멍 형상으로 형성될 수 있다. 이에 따라 냉매유입통로(1714)를 용이하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 냉매를 베어링수용공간(1114a2)의 원하는 위치에 신속하게 주입할 수 있다.

냉매유입통로(1714)의 출구단은 제1 베어링쉘(142)의 제2 측면(142b)으로 개구되되, 냉매유입통로(1714)의 출구단이 스러스트러너(1324)의 반경방향 범위내에 위치하도록 형성될 수 있다.

예를 들어, 냉매유입통로(1714)의 출구단은 모터하우징(111)의 내주면과 이를 반경방향으로 마주보는 스러스트러너(1324)의 외주면 사이에 형성되는 제1 공극(G1)에 대해 적어도 일부가 축방향으로 중첩되지만 제1 축방향베어링(1441)과는 축방향으로 중첩되지 않는 위치에 형성될 수 있다. 다시 말해 냉매유입통로(1714)의 출구단은 제1 축방향베어링(1441)의 반경방향 범위 밖에 위치하도록 형성될 수 있다. 이에 따라 베어링수용공간(1114a2)으로 주입되는 냉매는 제1 축방향베어링(1441)의 외주측으로 공급되고, 이 냉매는 제1 축방향베어링(1441)의 내부를 외주측에서 내주측으로 통과하게 되어 제1 축방향베어링(1441)의 베어링력을 균일하게 확보할 수 있다.

또한, 제1 유입통로부(1711)는 제2 유입통로부(1715)보다 크거나 같게 형성될 수 있다. 다시 말해 제1 유입통로부(1711)의 관로단면적은 제2 유입통로부(1715)의 관로단면적과 동일하게 형성될 수도 있지만, 제1 유입통로부(1711)의 관로단면적은 제2 유입통로부(1715)의 관로단면적보다 크게 형성될 수도 있다.

예를 들어, 제1 유입통로부(1711)를 이루는 제1 냉매유입관(1712)의 내경 또는 제1 냉매유입구(1713)의 내경은 후술할 제2 유입통로부(1715)를 이루는 제2 냉매유입관(1716)의 내경 또는 제2 냉매유입구(1717)의 내경보다는 크게 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 공간(1114a)쪽, 더 정확하게는 베어링수용공간(1114d2)쪽으로 다량의 액냉매가 유입되도록 하여 그 베어링수용공간(1114d2)에 수용된 각종 베어링(143)(1441)(1442)이 보다 신속하게 작동하는 동시에 냉각되도록 할 수 있다.

도 4 및 도 6을 참조하면, 제2 유입통로부(1715)는 제2 냉매유입관(1716), 제2 냉매유입구(1717)를 포함할 수 있다.

제2 냉매유입관(1716)은 일단은 냉동사이클장치의 중간에서 제1 냉매유입관(1712)과 함께 분관되고, 타단은 모터실(1114)의 제2 공간(1114b)을 이루는 모터하우징(111)의 외주면과 내주면 사이를 관통하는 제2 냉매유입구(1717)에 삽입되어 결합될 수 있다.

제2 냉매유입관(1716)은 냉동사이클장치를 이루는 냉매순환관의 내경보다는 작거나 같게 형성될 수 있다. 이에 따라 냉동사이클장치를 순환하는 냉매가 압축기의 모터하우징(111)으로 과도하게 주입되는 것을 억제할 수 있다.

제2 냉매유입구(1717)는 제1 냉매유입구(1713)와 대략 동일한 축방향선상에 위치하도록 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 냉매유입구(1713)와 제2 냉매유입구(1717)가 후술할 냉매유출구(1721)로부터 각각 가장 멀리 위치하게 되어 냉매가 모터실(1114)의 제1 공간(1114a)과 제2 공간(1114b)에서 장시간 체류할 수 있고, 이를 통해 각각의 베어링 및 전동부를 효과적으로 냉각할 수 있다.

도면으로 도시하지는 않았으나, 유입통로부(171)는 한 개의 유입통로부로 이루어질 수도 있다. 이 경우에는 제1 공간(1114a)에 축방향베어링(1441)(1442)이 구비됨에 따라 유입통로부(171)는 앞서 설명한 제1 유입통로부(1711)와 같이 모터실(1114)의 제1 공간(1114a)에 연통되도록 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

도 4 및 도 6을 참조하면, 유출통로부(172)는 냉매유출구(1721), 냉매유출관(1722)을 포함한다.

냉매유출구(1721)는 모터실(1114)의 제2 공간(1114b)에서 모터하우징(111)의 내주면과 외주면 사이를 관통하여 형성된다. 냉매유출구(1721)는 원주방향을 따라 제2 냉매유입구(1717)으로부터 이격되는 위치, 예를 들어 제2 냉매유입구(1717)로부터 대략 180°의 위상차를 둔 위치에 형성될 수 있다. 이에 따라 냉매유출구(1721)는 제2 냉매유입구(1717)로부터 원주방향으로 가장 멀리 위치하게 되어, 제2 공간(1114b)으로 유입되는 냉매가 제2 공간(1114b)에서 장시간 체류하면서 전동부와 제2 반경방향베어링(147)을 효과적으로 냉각할 수 있다.

냉매유출관(1722)은 일단은 냉매유출구(1721)에 삽입되어 결합되고, 냉매유출관(1722)의 타단은 후술할 냉매제어밸브(1733)를 통해 제1 압축부(150)의 흡입측 또는 제2 압축부(160)의 흡입측에 연결될 수 있다.

도면으로 도시하지는 않았으나, 냉매유출관(1722)의 타단은 냉동사이클장치의 냉매순환관에 연결될 수 있다. 예를 들어 냉매유출관(1722)의 타단은 팽창기(30)의 출구와 증발기(40)의 입구 사이(이하 제1 위치) 또는 증발기의 출구와 압축기의 입구(제1 흡입구) 사이(이하 제2 위치)에 연결될 수도 있다.

다만, 이들 경우에는 모터실(1114)을 통과한 냉매가 액냉매에서 가스냉매로 변환됨에 따라, 냉매유출관(1722)은 제1 위치보다는 제2 위치에 연결되는 것이 바람직할 수 있다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 연결통로부(173)는 제1 연결관(1731), 제2 연결관(1732), 냉매제어밸브(1733), 밸브제어부(1734)를 포함한다.

제1 연결관(1731)은 유출통로부(172)와 제2 압축부(160)의 흡입측에 연결되고, 제2 연결관(1732)은 유출통로부(172)와 제1 압축부(150)의 흡입측 사이에 연결될 수 있다.

구체적으로, 제1 연결관(1731)은 냉매유출관(1722)과 냉매연결관(116) 사이에 연결되고, 제2 연결관(1732)은 냉매유출관 냉매흡입관의 중간 사이에 연결될 수 있다. 이에 따라 냉매유출관(1722)을 통해 배출되는 냉매는 제1 연결관(1731)을 통해 제2 압축부(160)의 흡입측으로 이동하거나 또는 제2 연결관(1732)을 통해 제1 압축부(150)의 흡입측로 이동할 수 있다.

다시 말해, 유입통로부(171)를 통해 모터실(1114)로 공급되었던 냉매는 고부하운전시에는 제2 압축부(160)로 이동하여 2단 압축되는 반면, 저부하운전시에는 제1 압축부(150)로 이동하여 제1 압축부(150)의 냉력을 낮출 수 있다.

냉매제어밸브(1733)는 냉매유출관(1722), 제1 연결관(1731) 및 제2 연결관(1732)이 서로 만나는 지점에 설치될 수 있다. 예를 들어 냉매제어밸브(1733)는 솔레노이드형 3방밸브(3-way valve)로 이루어지고, 냉매제어밸브(1733)의 제1 개구부에는 냉매유출관의 타단이, 제2 개구부에는 제1 연결관(1731)의 일단이, 제3 개구부에는 제2 연결관(1732)의 일단이 각각 연결될 수 있다.

냉매제어밸브(1733)는 후술할 밸브제어부(1734)에 의해 개폐방향이 제어될 수 있다. 예를 들어 고부하운전시에는 냉매유출관(1722)과 제1 연결관(1731) 사이가 열리는 반면 냉매유출관(1722)과 제2 연결관(1732) 사이가 닫히도록 제어되며, 저부하운전시에는 냉매유출관(1722)과 제2 연결관(1732) 사이가 열리는 반면 냉매유출관(1722)과 제1 연결관(1731) 사이가 닫히도록 제어될 수 있다.

도면으로 도시하지는 않았으나, 냉매제어밸브(1733)는 냉매유출관(1722)의 중간, 제1 연결관(1731)의 중간, 제2 연결관(1732)의 중간에 각각 독립적으로 설치될 수도 있다. 이 경우 냉매제어밸브(1733)는 2방밸브(2-way valve)로 이루어지며, 부하에 따른 냉매의 유통방향은 전술한 실시예와 동일하다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 밸브제어부(1734)는 냉동사이클장치의 중간에서 모터하우징(111)으로 주입된 냉매를 제2 압축부(160)의 흡입측으로 배출할 것인지 또는 제1 압축부(150)의 흡입측으로 배출할 것인지를 선택하는 것으로, 측정부(1734a) 및 제어부(1734b)를 포함할 수 있다.

측정부(1734a)는 냉매상태, 예를 들어 냉매의 압력(P), 온도(T) 및 열량(Q)을 측정할 수 있도록 압력센서, 온도센서, 유량센서로 이루어질 수 있다.

제어부(1734b)는 유입통로부(171)를 통해 모터하우징(111)의 모터실(1114)로 공급되는 냉매의 변화유량(ΔQ)을 산출하고, 변화된 유량에 따른 운전영역 범위를 산출하여 요구부하가 운전영역을 이탈했는지 여부를 판단하며, 요구부하가 운전영역 범위 내에 포함될 경우 냉매제어밸브(1733)를 고정하는 반면 운전영역 범위를 벗어나면 요구부하에 맞춰 유량을 조절하기 위해 냉매제어밸브(1733)를 제어할 수 있다.

상기와 같은 본 실시예에 따른 터보 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 전동부(120)에 전원이 인가되면, 고정자(121)와 회전자(122) 사이의 유도 전류에 의해 회전력이 발생되고, 이 회전력에 의해 회전축(130)이 회전자(122)와 함께 회전을 하게 된다.

그러면, 회전축(130)에 의해 제1 임펠러(151)와 제2 임펠러(161)에 전동부(120)의 회전력이 전달되고, 제1 임펠러(151)와 제2 임펠러(161)가 각각의 임펠러수용공간부(1122)(1132)에서 동시에 회전을 하게 된다.

그러면 냉동사이클장치의 증발기(40)를 통과한 냉매가 냉매흡입관(115)과 제1 흡입구(1121)를 통해 제1 임펠러수용공간부(1122)로 유입되고, 이 냉매는 제1 임펠러(151)의 제1 블레이드(1512)를 따라 휘돌아 이동하면서 정압이 상승하며 동시에 원심력을 가지고 제1 디퓨져(1123)를 통과하게 된다.

그러면, 제1 디퓨져(1123)를 통과하는 냉매는 그 제1 디퓨져(1123)에서 원심력에 의해 운동에너지가 압력수두의 상승으로 이어지고, 원심압축된 고온고압의 냉매는 제1 볼류트(1124)에서 모아져 제1 토출구(1125)를 통해 제1 압축부(150)에서 토출된다.

그러면, 제1 압축부(150)에서 토출된 냉매는 냉매연결관(116)을 통해 제2 압축부(160)를 이루는 제2 임펠러하우징(113)의 제2 흡입구(1131)로 안내되고, 이 냉매는 제2 임펠러(161)의 제2 블레이드(1612)를 따라 휘돌아 이동하면서 다시 정압이 상승하며 동시에 원심력을 가지고 제2 디퓨져(1133)를 통과하게 된다.

그러면, 제2 디퓨져(1133)를 통과하는 냉매는 원심력에 의해 원하는 압력까지 압축되고, 이 2단 압축된 고온고압의 냉매는 제2 볼류트(1134)에 모아져 제2 토출구(1135)와 냉매토출관(117)을 통해 응축기(20)로 토출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

이때, 제1 임펠러(151)와 제2 임펠러(161)는 각 임펠러하우징(112)(113)의 제1 흡입구(1121)와 제2 흡입구(1131)를 통해 흡입되는 냉매에 의해 각 임펠러(151)(161)의 후방쪽으로 밀리는 추력을 받게 된다. 하지만 본 실시예와 같이 제1 임펠러(151)와 제2 임펠러(161)가 서로 등지도록 배치되는 소위 양단형 터보 압축기의 경우에는 제1 임펠러(151)에서 발생되는 추력과 제2 임펠러(161)에서 발생되는 추력이 서로 반대방향을 이루면서 상쇄될 수 있다.

다만, 이러한 양단형 터보 압축기라 하더라도 실제 운전중에는 제1 압축부(150)에서 발생되는 추력과 제2 압축부(160)에서 발생되는 추력이 서로 동일하거나 일정하지 않을 수 있다. 이로 인해 회전축(130)은 제1 압축부(150) 또는 제2 압축부(160)를 향해 축방향으로 밀릴 수 있어, 통상적으로는 제1 압축부(150)쪽 또는/및 제2 압축부(160)쪽에 축방향베어링(1441)(1442)이 설치될 수 있다.

아울러, 하우징(110)의 내부에는 반경방향베어링(143)(147)이 구비되어 회전축(130)을 하우징(110)에 대해 반경방향으로 지지하고 있다. 반경방향베어링(143)(147)은 회전축(130)의 축방향 양쪽, 다시 말해 제1 압축부(150)쪽과 제2 압축부(160)쪽에 각각 구비될 수 있다.

상기와 같은 축방향베어링(1441)(1442)과 반경방향베어링(143)(147)은 회전축(130)이 고속(대략 40,000rpm 이상)으로 회전함에 따라 회전축(130)과의 사이에서 고온의 마찰열이 발생하게 된다. 뿐만 아니라 전동부(120)가 고속 회전력을 생성하면서 고온의 모터열이 발생하게 된다. 이에 따라 모터하우징(111)의 모터실(1114)은 마찰열과 모터열로 인해 과열되어 압축기 성능이 저하될 수 있다.

이에, 앞서 설명한 냉매 외에 별도의 냉각유체를 모터하우징(111)에 공급하여 모터실(1114)에서 발생되는 열을 냉각시키거나 또는 앞서 설명한 바와 같이 응축기(20)를 통과한 냉매의 일부를 모터하우징(111)에 공급하여 모터실(1114)에서 발생되는 열을 냉각시킬 수 있다.

본 실시예에서는 응축기(20)의 출구에 제1 냉매유입관(1712)의 일단과 제2 냉매유입관(1716)의 일단을 병렬 연결하고, 제1 냉매유입관(1712)의 타단과 제2 냉매유입관(1716)의 타단은 모터하우징(111)을 관통하는 제1 냉매유입구(1713)와 제2 냉매유입구(1717)에 각각 연결되어 모터실(1114)을 이루는 제1 공간(1114a)과 제2 공간(1114b)에 각각 연통할 수 있다. 이에 따라 응축기(20)를 통과한 액냉매가 제1 공간(1114a)과 제2 공간(1114b)으로 주입되고, 이 냉매는 제1 공간(1114a)과 제2 공간(1114b)에 구비된 각각의 베어링[(143)(147)][(1441)(1442)] 및 전동부(120)와 열교환되어 증발되면서 이들 각각의 베어링과 전동부를 냉각시키게 된다.

예를 들어, 제1 냉매유입구(1713)를 통해 제1 공간(1114a), 구체적으로 베어링수용공간(1114a2)으로 유입되는 액냉매의 일부는 스러스트러너(1324)의 제1 측면(1324a)과 이를 마주보는 제1 베어링쉘(142)의 제2 측면(142b) 사이에 형성된 제2 공극(G2)을 통과하게 된다. 이때 냉매는 제1 축방향베어링(1441)의 외주측에서 내주측으로 이동하면서 제1 축방향베어링(1441)은 물론, 제1 축방향베어링(1441)을 마주보는 제1 베어링쉘(142)의 제2 측면(142b)과 스러스트러너(1324)의 제1 측면(1324a)을 냉각하게 된다.

또한, 제1 냉매유입구(1713)를 통해 제1 공간(1114a), 구체적으로 베어링수용공간(1114a2)으로 유입되는 액냉매의 일부는 스러스트러너(1324)의 제2 측면(1324b)과 이를 마주보는 베어링지지부(1115)의 제1 측면(1115a) 사이에 형성된 제3 공극(G3)을 통과하게 된다. 이때 제2 축방향베어링(1442)의 외주측에서 내주측으로 이동하면서 제2 축방향베어링(1442)은 물론, 제2 축방향베어링(1442)을 마주보는 베어링지지부(1115)의 제1 측면(1115a)과 스러스트러너(1324)의 제2 측면(1324b)을 냉각하게 된다.

아울러, 제2 공극(G2)으로 유입되는 냉매의 일부는 제1 베어링쉘(142)의 제1 축구멍(142c)과 회전축 사이에 구비된 제4 공극(G4)으로 유입되어, 그 제4 공극(G4)에 구비된 제1 반경방향베어링(143)의 작동유체로 작용하는 동시에 제1 반경방향베어링(143)과 회전축(130)을 냉각하게 된다.

그리고 베어링수용공간(1114a2)으로 유입되는 액냉매의 다른 일부는 모터하우징(111)의 내주면과 스러스트러너(1324)의 외주면 사이에 형성된 제1 공극(G1)을 통해 제2 축방향베어링(1442)쪽으로 이동하게 되고, 이 냉매는 제2 축방향베어링(1442)의 외주측에서 내주측으로 이동하면서 제2 축방향베어링(1442) 및 그 제2 축방향베어링(1442)을 마주보는 스러스트러너(1324)의 제2 측면(1324b)과 베어링지지부(1115)의 제1 측면(1115a)을 냉각하게 된다.

이 냉매는 베어링지지부(1115)에 구비된 제1 관통구멍(1115c)과 냉매통공(1115d)을 통해 제1 공간(1114a)의 모터수용공간(1114a1)으로 이동하고, 이 냉매는 전동부(120)의 공극(미부호)을 축방향으로 통과하여 제2 공간(1114b)으로 이동하게 된다. 이때, 전동부(120)는 그 전동부(120)의 공극을 통과하는 냉매 및 제2 공간(1114b)으로 유입되는 냉매와 접촉되어 전동부(120)에서 발생되는 모터열이 신속하게 냉각될 수 있다.

한편, 제2 공간(1114b)으로 이동한 냉매의 일부는 제2 냉매유입관(1716) 및 제2 냉매유입구(1717)를 통해 제2 공간(1114b)으로 공급된 냉매의 일부와 함께 제5 공극(G5)을 이루는 제2 베어링쉘(146)의 제2 축구멍(146c)으로 유입되고, 이 냉매는 제2 반경방향베어링(147)의 작동유체로 작용하는 동시에 제2 반경방향베어링(147)과 회전축(130)을 냉각하게 된다.

제2 공간(1114b)으로 유입된 냉매는 제2 공간(1114b)을 순환한 후 냉매유출구(1721)와 냉매유출관(1722)을 통해 모터하우징(111)의 외부로 배출되고, 이 냉매는 냉매제어밸브(1733)를 통해 냉매유출관(1722)이 연결되는 관로를 통해 제2 압축부(160)의 흡입측으로 공급되거나 또는 제1 압축부(150)의 흡입측으로 공급될 수 있다. 이때, 밸브제어부(1734)는 냉매제어밸브(1733)의 개폐방향을 실시간으로 제어하는 부하대응운전을 실시하여 압축효율을 높일 수 있다.

도 1 및 도 8을 참조하면, 측정부(1734a)에서는 냉매의 압력(P), 온도(T) 및 열량(Q)을 실시간으로 측정한다(S10).

그러면 제어부(1734b)에서는 측정부(1734a)에서 측정된 값을 기초로 하여 냉매가 제1 압축부(150) 또는 제2 압축부(160)로 추가 공급되면서 변화된 유량(ΔQ)을 산출하고(S11), 변화된 유량에 따른 운전영역 범위를 산출하여 요구부하가 운전영역을 이탈했는지 여부를 판단하며(S12), 운전영역 범위 내에 요구부하에 수렴되는 경우 냉매제어밸브(1733)의 개폐방향을 고정하고(S13)하는 반면 요구부하에서 벗어나면 요구부하에 맞춰 유량을 제어하기 위해 냉매제어밸브(1733)의 개폐방향을 전환한다(S14).

예를 들어, 고부하운전시에는 도 7a와 같이 냉매제어밸브(1733)가 제1 연결관(1731)쪽으로 개방되어 모터하우징(111)을 통과한 냉매를 제2 압축부(160)쪽으로 공급하게 된다. 모터하우징(111)을 통과한 냉매는 제1 압축부(150)에서 1단 압축된 냉매보다 냉매온도가 낮다. 그러면 제2 압축부(160)로 유입되는 냉매의 온도가 낮아지게 되어 냉매흡입량이 증가되는 동시에, 제2 압축부(160)를 구동하기 위한 필요 에너지가 감소하여 압축효율이 향상될 수 있다.

다만, 제2 압축부(160)로 공급되는 냉매의 유량은 상황에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 예를 들어 써징(surging) 상태에서는 압축기가 구동 가능한 최소 유량이 공급되고, 초킹(choking) 상태에서는 가능한 최대 유량이 공급되도록 조절될 수 있다. 이는 앞서 설명한 밸브제어부(1734)에서의 제어방법을 통해 냉매제어밸브(1733)의 개폐방향 또는/및 개도량이 제어될 수 있다.

반면, 저부하운전시에는 도 7b와 같이 냉매제어밸브(1733)가 제2 연결관(1732)쪽으로 개방되어 모터하우징(111)을 통과한 냉매를 제1 압축부(150)쪽으로 공급할 수 있다. 모터하우징(111)을 통과한 냉매는 제1 압축부(150)로 흡입되는 흡입냉매의 온도보다 높다. 그러면 흡입냉매의 온도가 상승하여 흡입손실이 발생됨에 따라 압축기의 냉력이 적절하게 감소하게 된다. 이 경우에도 앞서 설명한 밸브제어부(1734)에서의 제어방법을 통해 냉매제어밸브(1733)의 개폐방향 또는/및 개도량이 제어될 수 있다.

한편, 상기와 같은 터보 압축기는 임펠러(151)(161)가 각각의 임펠러수용부(즉, 외측 쉬라우드)(1122)(1132)의 내부에서 고속으로 회전을 하면서 냉매를 흡입하게 된다. 이에 따라 임펠러(151)(161)의 외주면과 이를 마주보는 임펠러수용부(1122)(1132)의 내주면 사이에는 임펠러(151)(161)가 임펠러하우징(112)(113)에 대해 회전할 수 있는 간격(회전간격)을 확보해야 한다. 회전간격은 앞서 설명한 반경방향베어링(143)(147) 및 축방향베어링(1441)(1442)에 의해 결정될 수 있고, 이는 대략 수십 ㎛ 이상이 된다.

하지만, 회전간격은 냉매가 누설될 수 있는 누설통로로 작용할 수 있다. 특히 임펠러(151)(161)의 흡입측, 즉 흡입구(1121)(1131)와 임펠러수용부(1122)(1132)가 연결되는 부분은 회전간격의 시작단을 이루게 되므로 이 부분에서의 냉매누설을 억제하는 것이 냉매의 흡입손실을 줄이는데 유리하다.

이에, 본 실시예서는 흡입구와 임펠러수용부가 연결되는 부분에 흡입측실링부를 구비하여 회전간격으로의 냉매누설을 억제할 수 있다. 이를 통해 흡입손실을 최소화하여 압축기성능을 높일 수 있다.

흡입측실링부는 외측실링부와 내측실링부 중에서 어느 한 개의 실링부로만 형성될 수도 있고, 외측실링부와 내측실링부의 조합으로 형성될 수도 있다. 이하에서는 외측실링부와 내측실링부의 조합으로 된 흡입측실링부를 먼저 설명한다.

도 9는 본 실시예에 따른 제1 임펠러하우징을 분리하여 보인 사시도이고, 도 10은 도 9의 제1 임펠러하우징을 조립하여 보인 정면도이며, 도 11은 도 9에서 제1 흡입측실링부 및 제2 흡입측실링부를 확대하여 보인 단면도이다.

도 9 내지 도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 제1 흡입측실링부(155)는 제1 외측실링부(1551) 및 제1 내측실링부(1552)를 포함할 수 있다. 예를 들어 제1 외측실링부(1551)는 제1 임펠러수용부(1122)의 내주면에 형성되고, 제1 내측실링부(1552)는 제1 임펠러(151)의 외주면에 형성될 수 있다. 제1 외측실링부(1551)와 제1 내측실링부(1552)를 포함한 제1 흡입측실링부(155)는 제1 축방향실링부를 형성하게 된다.

구체적으로, 제1 외측실링부(1551)는 제1 임펠러수용부(1122)의 내주면에서 요철진 제1 외측환형돌기(1551a)와 제1 외측환형홈(1551b)으로 이루어질 수 있다. 제1 외측환형돌기(1551a)는 후술할 제1 내측환형홈(1552b)과 대응되고, 제1 외측환형홈(1551b)은 후술할 제1 내측환형돌기(1552a)와 대응되게 형성될 수 있다. 다시 말해 제1 외측환형돌기(1551a)는 후술할 제1 내측환형홈(1552b)에, 제1 외측환형홈(1551b)에는 후술할 제1 내측환형돌기(1552a)가 각각 삽입되어 일종의 래버린스실(labyrinth seal)을 형성할 수 있다.

제1 외측실링부(1551)는 축방향을 따라 한 개씩 형성되거나 또는 복수 개씩 형성될 수 있다. 다시 말해, 제1 외측환형돌기(1551a)와 제1 외측환형홈(1551b)은 축방향을 따라 각각 한 개씩 형성되거나 또는 축방향을 따라 번갈아 복수 개씩 형성될 수 있다. 제1 외측실링부(1551)를 이루는 제1 외측환형돌기(1551a)의 개수와 제1 외측환형홈(1551b)의 개수는 제1 흡입측실링부(155)의 실링력과 직결될 수 있다. 이에 따라 제1 외측환형돌기(1551a)의 제1 외측환형홈(1551b)은 가능한 한 많이 형성되는 것이 실링측면에서 유리할 수 있다. 본 실시예에서는 제1 외측환형돌기(1551a)와 제1 외측환형홈(1551b)이 축방향을 따라 3줄씩 형성되는 예를 도시하고 있다.

제1 외측환형돌기(1551a)는 원주방향을 따라 동일한 높이 및 단면적을 가지도록 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 외측환형돌기(1551a)가 삽입되는 제1 내측환형홈(1552b)은 제1 외측환형돌기(1551a)와 마찬가지로 원주방향을 따라 동일한 깊이 및 단면적을 가지도록 형성될 수 있다. 이를 통해 제1 외측환형돌기(1551a)와 제1 내측환형홈(1552b) 사이의 간격은 원주방향으로 일정하게 유지될 수 있다.

제1 외측환형돌기(1551a)와 제1 내측환형홈(1552b)은 사각단면이나 쐐기단면 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 다만 제1 외측환형돌기(1551a)와 제1 내측환형홈(1552b)은 사각단면형상으로 형성되면 제1 외측환형돌기(1551a)와 제1 내측환형홈(1552b) 사이에서의 실링유로가 길어져 실링효과가 향상될 수 있다.

또한, 축방향을 따라 배열되는 각각의 제1 외측환형돌기(1551a)는 서로 동일한 높이 및 단면적을 가지도록 형성될 수 있다. 이에 따라 각각의 제1 외측환형돌기(1551a)가 삽입되는 각각의 제1 내측환형홈(1552b)은 축방향을 따라 서로 동일한 깊이 및 단면적을 가지도록 형성될 수 있다. 이를 통해 각각의 제1 외측환형돌기(1551a)와 각각의 제1 내측환형홈(1552b) 사이의 간격이 축방향 및 반경방으로 일정한 길이를 유지할 수 있다.

하지만 경우에 따라서는 축방향을 따라 배열되는 각각의 제1 외측환형돌기(1551a) 및 제1 내측환형홈(1552b)은 서로 다른 높이 및 단면적을 가지도록 형성될 수 있다. 예를 들어 축방향을 따라 배열되는 제1 외측환형돌기(1551a)와 및 제1 내측환형홈(1552b)은 제1 흡입구(1121)쪽으로 갈수록 제1 외측환형돌기(1551a)의 높이가 점점 높아지거나 제1 내측환형홈(1552b)의 깊이가 점점 넓어지게 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 흡입측실링부(155)의 실링력은 냉매가 역류하는 방향을 기준으로 상류측에서 가장 크게 형성되어 냉매누설을 더욱 효과적으로 줄일 수 있다.

제1 내측실링부(1552)는 앞서 설명한 제1 외측실링부(1551)와 대응되도록 형성될 수 있다. 다시 말해 제1 내측실링부(1552)는 제1 임펠러(151)의 외주면에서 요철진 제1 내측환형홈(1552b)과 제1 내측환형돌기(1552a)로 이루어질 수 있다.

제1 내측환형홈(1552b)과 제1 내측환형돌기(1552a)는 앞서 설명한 제1 외측환형돌기(1551a)와 제1 외측환형홈(1551b)에 각각 대응되게 형성될 수 있다. 다시 말해 제1 내측환형홈(1552b)과 제1 내측환형돌기는 제1 외측환형돌기(1551a)와 제1 외측환형홈(1551b)에 비해 그 순서만 상이할 뿐 형상은 동일하게 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 내측환형홈(1552b)은 제1 외측환형홈(1551b)에 대한 설명으로 대신하고, 제1 내측환형돌기(1552a)는 제1 외측환형돌기(1551a)에 대한 설명으로 대신한다.

상기와 같이, 제1 흡입측실링부(155)가 제1 외측실링부(1551)와 제1 내측실링부(1552)의 조합으로 이루어지는 경우에는 제1 외측실링부(1551)의 제1 외측환형돌기(1551a)가 제1 내측실링부(1552)의 제1 내측환형홈(1552b)에, 제1 외측실링부(1551)의 제1 외측환형홈(1551b)에 제1 내측실링부(1552)의 제1 내측환형돌기(1552a)가 각각 기설정된 깊이만큼 삽입되어 맞물릴 수 있다. 이에 따라 제1 흡입측실링부(155)는 지그재그 형상을 이루면서 실링유로가 좁고 길게 형성되어, 제1 임펠러(151)를 통과하면서 1단 압축된 냉매가 제1 임펠러수용부(1122)의 내주면과 제1 임펠러(151)의 외주면 사이를 통해 역류하면서 누설되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 이를 통해, 제1 압축부에서의 흡입손실을 줄여 압축기성능이 향상될 수 있다.

다만, 제1 외측실링부(1551)와 제1 내측실링부(1552)가 요철지게 형성되어 서로 맞물리게 형성되는 경우에는 제1 외측실링부(1551)를 이루는 제1 외측환형돌기(1551a)와 제1 내측실링부(1552)를 이루는 제1 내측환형돌기(1552a)가 축방향으로 서로 중첩될 수 있다. 그러면 제1 임펠러하우징(112)을 모터하우징(111)에 축방향으로 밀어서 조립할 때 한쪽 실링부의 돌기 측면이 다른쪽 실링부의 돌기 측면(홈의 내측면)에 걸리게 되고, 이로 인해 제1 임펠러하우징(112)을 모터하우징(111)에 조립할 수 없게 된다.

이에, 본 실시예에서와 같이 제1 흡입측실링부(155)를 이루는 제1 외측실링부(1551)와 제1 내측실링부(1552)가 서로 맞물려 래버린스실을 형성하는 경우에는 제1 임펠러하우징(112)이 좌우 양측 하우징블록으로 분리하여 조립되도록 할 수 있다. 예를 들어 서로 독립된 양측 하우징블록을 조립하여 제1 임펠러하우징(112)을 형성하고, 이 제1 임펠러하우징(112)을 모터하우징(111)의 제1 플랜지부(1111)에 볼트 체결할 수 있다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 제1 임펠러하우징(112)은 제1 좌측하우징블록(112') 및 제1 우측하우징블록(112")을 포함할 수 있다. 제1 좌측하우징블록과 제1 우측하우징블록은 서로 대칭되게 형성되어 제1 임펠러(151)의 양쪽에서 맞대기하여 체결할 수 있다.

예를 들어, 제1 좌측하우징블록(112')은 축방향투영시 우측면이 평면을 이루는 대략 반원형상으로 형성되고, 제1 우측하우징블록(112")은 제1 좌측하우징블록(112')과는 반대형상, 즉 축방향투영시 좌측면이 평면을 이루는 대략 반원형상으로 형성될 수 있다.

제1 좌측하우징블록(112')의 우측면 중앙에는 제1 좌측흡입구(1121'), 제1 좌측임펠러수용부(1122'), 제1 좌측디퓨저(1123'), 제1 좌측볼류트(1124')가 연이어 형성되고, 제1 우측하우징블록(112")의 좌측면 중앙에는 제1 우측흡입구(1121"), 제1 우측임펠러수용부(1122"), 제1 우측디퓨저(1123"), 제1 우측볼류트(1124")가 연이어 형성될 수 있다.

제1 좌측흡입구(1121')는 제1 우측흡입구(1121")와 조합되어 제1 흡입구(1121)를, 제1 좌측임펠러수용부(1122')는 제1 우측임펠러수용부(1122")와 조합되어 제1 임펠러수용부(1122)를, 제1 좌측디퓨저(1123')는 제1 우측디퓨저(1123")와 조합되어 제1 디퓨저(1123)를, 제1 좌측볼류트(1124')는 제1 우측볼류트(1124")와 조합되어 제1 볼류트(1124)를 각각 형성할 수 있다.

상기와 같이 제1 임펠러하우징(112)을 이루는 제1 좌측하우징블록(112')과 제1 우측하우징블록(112")에는 각각 체결돌부(1126')(1126")가 구비되어 제1 임펠러(151)의 양쪽에서 맞대기되어 체결됨에 따라, 제1 임펠러하우징(112)의 제1 외측실링부(1551)와 제1 임펠러(151)의 제1 내측실링부(1552)를 각각 다단으로 형성하여 서로 맞물리게 조합할 수 있다. 이에 따라 제1 임펠러하우징(112)의 내주면과 제1 임펠러(151)의 외주면 사이에서의 틈새가 전술한 바와 같이 지그재그 형상을 이루면서 길어지게 되어 이 틈새에서의 실링효과를 높일 수 있다. 이를 통해 제1 흡입구(1121)를 통해 제1 임펠러(151)에서 1단 압축된 냉매가 제1 임펠러하우징(112)의 내주면과 제1 임펠러(151)의 외주면 사이로 누설되는 것을 억제하여 압축기 성능을 높일 수 있다.

도면으로 도시하지는 않았으나, 제1 임펠러하우징(112)에서 제1 외측실링부(1551)가 형성되는 부분, 즉 제1 임펠러수용부(1122)에 해당하는 부위만 좌우 양측 하우징블록(112')(112")으로 분리 형성하여 조립할 수도 있다. 이 경우 제1 흡입구(1121), 제1 디퓨저(1123), 제1 볼류트(1124)는 한 개의 하우징블록에 원형으로 형성될 수 있다.

한편, 제2 흡입측실링부(165)는 제2 외측실링부(1651) 및 제2 내측실링부(1652)를 포함할 수 있다. 예를 들어 제2 외측실링부(1651)는 제2 임펠러수용부(1132)의 내주면에 형성되고, 제2 내측실링부(1652)는 제2 임펠러(161)의 외주면에 형성될 수 있다. 제2 외측실링부(1651)와 제2 내측실링부(1652)를 포함한 제2 흡입측실링부(165)는 제2 축방향실링부를 형성하게 된다.

제2 외측실링부(1651)는 제1 외측실링부(1551)와, 제2 내측실링부(1652)는 제1 내측실링부(1552)와 각각 대응되도록 형성될 수 있다. 예를 들어 제2 외측실링부(1651)는 제2 외측환형돌기(1651a)와 제2 외측환형홈(1651b)으로, 제2 내측실링부(1652)는 제2 내측환형돌기(1652a)와 제2 내측환형홈(1652b)으로 이루어질 수 있다.

제2 외측환형돌기(1651a)는 제1 외측환형돌기(1551a)와 대응되고, 제2 외측환형홈(1651b)은 제1 외측환형홈(1551b)과 대응될 수 있다. 제2 내측환형돌기(1652a)는 제1 내측환형돌기(1552a)와 대응되고, 제2 내측환형홈(1652b)은 제1 내측환형홈(1552b)과 대응될 수 있다. 이에 따라 제2 흡입측실링부(165)는 제1 흡입측실링부(155)에 대한 설명으로 대신한다.

또한, 본 실시예에 따른 제2 임펠러하우징(113)은 앞서 설명한 제1 임펠러하우징(112)과 대응될 수 있다. 예를 들어 제2 임펠러하우징(113)은 제2 좌측하우징블록(113')과 제2 우측하우징블록(113")으로 이루어지고, 제2 좌측하우징블록(113')과 제2 우측하우징블록(113")은 서로 대칭되게 형성되어 제2 임펠러(161)의 양쪽에서 맞대기하여 체결할 수 있다.

제2 좌측하우징블록(113')은 제1 좌측하우징블록(112')과 대응되고, 제2 우측하우징블록(113")은 제1 우측하우징블록(112")과 대응될 수 있다. 이에 따라 제2 임펠러하우징(113)은 제1 임펠러하우징(112)에 대한 설명으로 대신한다.

상기와 같이 제2 임펠러하우징을 이루는 제2 좌측하우징블록(113')과 제2 우측하우징블록(113")이 제2 임펠러(151)의 양쪽에서 맞대기되어 체결됨에 따라, 제2 임펠러하우징(113)의 제2 외측실링부(1651)와 제2 임펠러(161)의 제2 내측실링부(1652)를 각각 다단으로 형성하여 서로 맞물리게 조합할 수 있다.

이에 따라, 제2 임펠러하우징(113)의 내주면과 제1 임펠러(161)의 외주면 사이에서의 틈새가 지그재그 형상을 이루면서 길어지게 되어 이 틈새에서의 실링효과를 높일 수 있다. 이를 통해 제2 임펠러(161)에서 2단 압축된 냉매가 제2 임펠러하우징(113)의 내주면과 제2 임펠러(161)의 외주면 사이의 공극을 통해 토출측에서 흡입측으로 역류하여 누설되는 것을 억제할 수 있다.(도 11 참조)

다만, 본 실시예와 같은 터보 압축기, 특히 소형 터보 압축기에서는 각 실링부[(155)(156)][(165)(166)]를 이루는 실링유로를 복잡하고 길게 형성하는 것이 쉽지 않을 수 있다. 이에 따라 단순하고 짧은 실링유로에서의 간극을 최소화 하는 것이 실링유로를 통한 냉매누설을 억제하는데 유리하다. 하지만 실링유로의 간극을 너무 작게 형성하게 되면 회전축의 반경방향 및 축방향 거동시 실링유로를 이루는 돌기 사이, 또는 돌기와 홈이 서로 충돌하여 신뢰성이 저하될 수 있다. 이에 제1 토출측실링부의 실링유로에 대한 간극은 실링력을 확보하면서도 회전축의 거동량보다는 작게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

도 11을 참조하면, 제1 흡입측실링부(155)의 축방향간극(t11)은 제1 축방향베어링(1441)의 축방향간극(t31) 또는 제2 축방향베어링(1442)의 축방향간극(t32)보다 크거나 같게 형성되고, 제1 흡입측실링부(155)의 반경방향간극(t12)은 제1,2 반경방향베어링(143)(147)의 반경방향간극(t41)(t42)보다는 크거나 같게 형성될 수 있다.

여기서, 제1 흡입측실링부(155)의 축방향간극(t11)은 서로 마주보는 실링부의 돌기와 돌기 사이의 축방향간격이고, 제1 흡입측실링부(155)의 반경방향간극(t12)은 서로 마주보는 돌기와 홈 사이의 반경방향간격으로 정의될 수 있다.

또한, 각 베어링[(1441)(1442)][(143)(147)]의 축방향간극(t31)(t32) 또는 반경방향간극(t41)(미부호)은 회전축(130)과 이를 마주보는 베어링의 주면 사이의 간격으로, 본 실시예와 같이 가스포일베어링이 적용되는 경우에는 각 베어링의 범프포일이 최대로 눌린 최대눌림상태에서의 베어링 간극으로 정의될 수 있다.

상기와 같은 제1 흡입측실링부의 축방향간극(t11)과 반경방향간극(t12)은 범프포일의 눌림량, 원심력에 의한 제1 흡입측실링부의 변형량, 열팽창에 의한 제1 흡입측실링부의 변형량 등을 고려하여 형성될 수 있다. 다만 제1 흡입측실링부의 반경방향간극(t12)은 회전축의 기울어짐에 의한 틸팅량, 압력에 의한 변형량 등을 추가로 고려하여 형성될 수 있다.

이는 제1 흡입측실링부(155) 외에 제1 토출측실링부(156), 제2 흡입측실링부(165), 제2 토출측실링부(166)에서도 동일하게 적용될 수 있다. 다만 본 실시예와 같이 제2 토출측실링부(166)가 한쪽 실링부에만 요철지게 형성되는 경우에는 제2 토출측실링부(166)는 반경방향베어링(143)(147)의 간극만 고려하여 형성할 수 있다.

한편, 흡입측실링부에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 외측실링부와 내측실링부가 각각 요철지게 형성되어 돌기는 이를 마주보는 홈에 각각 삽입되는 것이나, 경우에 따라서는 외측실링부와 내측실링부 중에서 어느 한 쪽만 요철지게 형성될 수도 있다.

도 12는 다른 실시예에 따른 제1 흡입측실링부를 구비한 제1 임펠러하우징을 파단하여 보인 사시도이고, 도 13은 도 12에서 제1 흡입측실링부를 확대하여 보인 단면도이다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 제1 흡입측실링부(155)는 제1 외측실링부(1551) 및 제1 내측실링부(1552)를 포함할 수 있다. 제1 외측실링부(1551)와 제1 내측실링부(1552) 중에서 어느 한쪽은 요철지게 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 제1 내측실링부(1552)가 요철지게 형성된 예를 중심으로 설명한다.

제1 내측실링부(1552)는 제1 내측환형돌기(1552a)와 제1 내측환형홈(1552b)으로 이루어질 수 있다. 제1 내측환형돌기(1552a)와 제1 내측환형홈(1552b)은 앞서 설명한 도 11의 실시예와 동일하게 형성될 수 있다. 따라서 제1 내측환형돌기(1552a)와 제1 내측환형홈(1552b)에 대하여는 도 11의 실시예에서의 제1 내측환형돌기(1552a)와 제1 내측환형홈(1552b)에 대한 설명으로 대신한다.

제1 외측실링부(1551)는 제1 실링부수용홈(1551c)으로 이루어질 수 있다.

제1 실링부수용홈(1551c)은 한 개 또는 복수 개의 제1 내측환형돌기(1552a)를 모두 수용할 수 있도록 한 개의 홈으로 이루어질 수 있다. 예를 들어 축방향으로 배열된 각 열의 제1 내측환형돌기(1552a)는 반경방향높이가 서로 동일하게 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 실링부수용홈(1551c)은 제1 임펠러수용부(1122)의 내주면에서 반경방향으로 함몰지게 형성되되, 제1 실링부수용홈(1551c)은 축방향을 따라 동일한 깊이로 함몰지게 형성될 수 있다.

구체적으로, 제1 실링부수용홈(1551c)은 환형으로 형성되되, 축방향 일단, 즉 제1 디퓨저(1123)를 축방향으로 마주보는 후류측 단부는 평활관 형상으로 개구되고, 축방향 타단, 즉 제1 흡입구(1121)를 축방향으로 마주보는 전류측 단부는 단차지게 형성될 수 있다. 다시 말해 제1 실링부수용홈(1551c)의 후류측 단부의 내경은 제1 내측환형돌기(1552a)의 외경보다 크고, 제1 실링부수용홈(1551c)의 전류측 단부의 내경은 제1 내측환형돌기(1552a의 외경보다 작게 형성될 수 있다.

상기와 같이 제1 내측실링부(1552)는 요철지게 형성되는 반면 제1 외측실링부(1551)는 일단이 개구된 홈으로 형성되는 경우에는 제1 임펠러하우징(112)의 조립시 그 제1 임펠러하우징(112)을 제1 임펠러(151)의 양쪽에서 조립하지 않고 축방향으로 밀어서 조립할 수 있다. 이를 통해 제1 임펠러하우징(112)은 좌우 양쪽 하우징블록으로 분리되지 않고 단일 부품으로 제작하여 조립할 수 있어 제1 임펠러하우징(112)의 제작 및 조립이 용이할 수 있다.

도면으로 도시하지는 않았으나, 제2 흡입측실링부(165)는 제1 흡입측실링부(155)와 동일하게 형성될 수 있다. 이에 따라 제2 임펠러하우징(113)은 제1 임펠러하우징(112)과 같이 단일부품으로 형성되어 축방향으로 밀어 제2 임펠러(161)에 삽입될 수 있다.

한편, 흡입측실링부에 대한 또 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 외측실링부와 내측실링부의 돌기높이가 동일하게 형성되는 것이나, 경우에 따라서는 외측실링부 및/또는 내측실링부의 돌기높이와 홈깊이가 상이하게 형성될 수도 있다.

도 14는 또 다른 실시예에 따른 제1 흡입측실링부를 구비한 제1 임펠러하우징을 파단하여 보인 사시도이고, 도 15는 도 14에서 제1 흡입측실링부를 확대하여 보인 단면도이다.

도 14 및 도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 제1 흡입측실링부(155)는 제1 외측실링부(1551) 및 제1 내측실링부(1552)를 포함할 수 있다. 제1 외측실링부(1551)와 제1 내측실링부(1552)는 각각 서로 대응되는 돌기와 홈으로 요철지게 형성될 수도 있고, 어느 한쪽 실링부만 돌기와 홈으로 요철지고 다른쪽 실링부는 상대쪽 실링부가 수용되도록 제1 실링부수용홈(1551c)이 함몰지게 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 제1 내측실링부(1552)가 요철지게 형성된 예를 중심으로 설명한다.

제1 내측실링부(1552)는 제1 내측환형돌기(1552a)와 제1 내측환형홈(1552b)으로 이루어질 수 있다. 제1 내측환형돌기(1552a)와 제1 내측환형홈(1552b)은 앞서 설명한 도 11의 실시예와 전체적으로 유사하게 형성될 수 있다. 다만 본 실시예에서는 제1 내측환형돌기(1552a)가 축방향을 따라 상이하게 형성될 수 있다.

구체적으로, 제1 내측환형돌기(1552a)중에서 전류측인 제1 흡입구(1121)에 인접한 제1 내측환형돌기(1552a)의 높이보다 후류측에 위치하는 다른 제1 내측환형돌기(1552a)의 높이가 높게 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 내측환형홈(1552b)중에서 전류측에 위치하는 제1 내측환형홈(1552b)의 깊이보다 후류측에 위치하는 다른 제1 내측환형홈(1552b)의 깊이가 깊게 형성될 수 있다.

제1 실링부수용홈(1551c)은 한 개 또는 복수 개의 제1 내측환형돌기(1552a)를 모두 수용할 수 있도록 한 개의 홈으로 이루어질 수 있다. 다만 본 실시예에 따른 제1 실링부수용홈(1551c)은 제1 임펠러수용부(1122)의 내주면에 반경방향으로 함몰지게 형성되되, 제1 실링부수용홈(1551c)은 축방향을 따라 단차지게 다단으로 형성될 수 있다.

구체적으로, 제1 실링부수용홈(1551c)은 환형으로 형성되되, 축방향 일단, 즉 제1 디퓨저(1123)를 축방향으로 마주보는 후류측 단부는 평활관 형상으로 개구되고, 축방향 타단, 즉 제1 흡입구(1121)를 축방향으로 마주보는 전류측 단부는 단차지게 형성될 수 있다.

또한 제1 실링부수용홈(1551c)의 전류측 단부와 후류측 단부 사이는 다단으로 단차지게 형성되되, 전류측 단부에서 후류측 단부를 향하는 방향으로 제1 실링부수용홈(1551c)의 내경이 증가하도록 형성될 수 있다. 다시 말해 제1 실링부수용홈(1551c) 중에서 전류측 제1 내측환형돌기(1552a)와 대응하는 부분은 상대적으로 얕게, 후류측 제1 내측환형돌기(1552a)와 대응하는 부분은 상대적으로 깊게 형성될 수 있다.

상기와 같이 전류측 제1 내측환형돌기(1552a)의 높이보다 후류측 제1 내측환형돌기(1552a)의 높이가 더 높게 형성되면 전류측 제1 내측환형홈(1552b)의 깊이보다 후류측 제1 내측환형홈(1552b)의 깊이가 더 깊게 형성될 수 있다. 그러면 래버린스실을 이루는 제1 내측환형홈(1552b)의 체적이 증가할 뿐만 아니라 실링거리가 증가하게 되어 제1 흡입측실링부(155)를 통과하는 냉매에 대한 실링효과를 높일 수 있다.

아울러, 전류측 제1 내측환형돌기(1552a)의 높이보다 후류측 제1 내측환형돌기(1552a)의 높이가 더 높게 형성됨에 따라 제1 임펠러하우징(112)의 조립시 그 제1 임펠러하우징(112)을 제1 임펠러(151)의 양쪽에서 조립하지 않고 축방향으로 밀어서 조립할 수 있다. 이를 통해 제1 임펠러하우징(112)은 좌우 양쪽 하우징블록으로 분리되지 않고 단일 부품으로 제작하여 조립할 수 있어 제1 임펠러하우징(112)의 제작 및 조립이 용이할 수 있다.

한편, 전술한 실시예들에서는 제1 흡입측실링부(155)와 제2 흡입측실링부(165)가 모두 구비된 예를 살펴보았으나, 경우에 따라서는 제1 흡입측실링부(155)와 제2 흡입측실링부(165) 중에서 어느 한쪽만 형성될 수도 있다.

예를 들어, 제2 압축부(160)에는 흡입측실링부가 형성되지 않고 제1 압축부(150)에만 앞서 설명한 흡입측실링부가 형성될 수 있다. 다시 말해 제2 압축부(160)로 흡입되는 냉매는 제1 압축부(150)와 제2 압축부(160) 사이에 위치하게 되므로, 일부의 냉매가 제2 임펠러수용부(1132)와 제2 임펠러(161) 사이로 누설된다고 하더라도 실질적으로는 압축기의 내부에 위치하게 된다. 반면 제1 압축부(150)로 흡입되는 냉매는 아직까지는 압축기(10)의 내부로 흡입되지 않은 것이어서 냉동사이클장치의 조건에 따라서는 제1 압축부(150)로 흡입되지 않은 냉매의 일부가 증발기(40)쪽으로 역류할 수도 있다. 따라서 제1 흡입측실링부(155)와 제2 흡입측실링부(165) 중에서 어느 한쪽만 형성하는 경우에는 제2 흡입측실링부(165)는 배제되고 제1 흡입측실링부(155)만 형성될 수 있다.

이에 따라, 흡입측실링부의 개수를 줄여 흡입측실링부에 의한 제조비용을 낮출 수 있다. 아울러 흡입측실링부의 개수를 줄이면서도 그 흡입측실링부의 설치위치를 최적화하여 압축기 성능을 확보할 수 있다.

10: 압축기 20: 응축기
30: 팽창기 40: 증발기
110: 하우징 111: 모터하우징
1111: 제1 플랜지부 1111a: 베어링쉘안착홈
1111b: 베어링쉘안착면 1112: 제2 플랜지부
1113: 함몰부 1114: 모터실
1114a: 제1 공간 1114b1: 모터수용공간
1114b2: 베어링수용공간 1114b: 제2 공간
1115: 베어링지지부 1115a: 제1 측면
1115b: 제2 측면 1115c: 제1 관통구멍
1115d: 냉매통공 112: 제1 임펠러하우징
112': 제1 좌측하우징블록 112": 제2 우측하우징블록
112a: 베어링쉘수용홈 112b: 제 하우징체결면
1121: 제1 흡입구 1121': 제1 좌측흡입구
1121": 제1 우측흡입구 1122: 제1 임펠러수용부
1122': 제1 좌측임펠러수용부 1122": 제1 우측임펠러수용부
1123: 제1 디퓨저 1123': 제1 좌측디퓨저
1123": 제1 우측디퓨저 1124: 제1 볼류트
1124': 제1 좌측볼류트 1124": 제1 우측볼류트
1125: 제1 토출구 1126',1126": 체결돌부
113: 제2 임펠러하우징 113': 제2 좌측하우징블록
113": 제2 우측하우징블록 1131: 제2 흡입구
1132: 제2 임펠러수용부 1133: 제2 디퓨저
1134: 제2 볼류트 1135: 제2 토출구
115: 냉매흡입관 116: 냉매연결관
117: 냉매토출관 120: 전동부
121: 고정자 1211: 고정자코어
1212: 고정자코일 122: 회전자
130: 회전축 131: 구동축부
1311: 자석수용부 1311a: 자석고정턱
132: 제1 임펠러축부 1321: 제1 축고정부
1322: 제1 임펠러고정부 1323: 제1 베어링면부
1324: 스러스트러너 1324a: 제1 측면
1324b: 제2 측면 133: 제2 임펠러축부
1331: 제2 축고정부 1332: 제2 임펠러고정부
1333: 제2 베어링면부 140: 베어링부
141: 제1 베어링부 142: 제1 베어링쉘
142a: 제1 측면 142b: 제2 측면
142c: 제1 축구멍 1421: 내벽부
1422: 제1 측벽부 1423: 제2 측벽부
1424: 냉매수용부 143: 제1 반경방향베어링
1441: 제1 축방향베어링 1442: 제2 축방향베어링
145: 제2 베어링부 146: 제2 베어링쉘
146a: 제1 측면 146b: 제2 측면
146c: 제2 축구멍 147: 제2 반경방향베어링
150: 제1 압축부 151: 제1 임펠러
1511: 제1 허브 1512: 제1 블레이드
1513: 제1 쉬라우드 1513a: 제1 입구부
1513b: 제1 출구부 155: 제1 흡입측실링부
1551: 제1 외측실링부 1551a: 제1 외측환형돌기
1551b: 제1 외측환형홈 1551c: 제1 실링부수용홈
1552: 제1 내측실링부 1552a: 제1 내측환형돌기
1552b: 제1 내측환형홈 156: 제1 토출측실링부
1561: 전방측실링부 1562: 후방측실링부
160: 제2 압축부 161: 제2 임펠러
1611: 제2 허브 1612: 제2 블레이드
1613: 제2 쉬라우드 165: 제2 흡입측실링부
1651: 제2 외측실링부 1651a: 제2 외측환형돌기
1651b: 제2 외측환형홈 1652: 제2 내측실링부
1652a: 제2 내측환형돌기 1652b: 제2 내측환형홈
166: 제2 토출측실링부 170: 냉매통로부
171: 유입통로부 1711: 제1 유입통로부
1712: 제1 냉매유입관 1713: 제1 냉매유입구
1714: 냉매유입통로 1714a: 제1 유입통로
1714b: 제2 유입통로 1715: 제2 유입통로부
1716: 제2 냉매유입관 1717: 제2 냉매유입구
1718: 제3 유입통로 172: 유출통로부
1721: 냉매유출구 1722: 냉매유출관
173: 연결통로부 1731: 제1 연결관
1732: 제2 연결관 1733: 냉매제어밸브
1734: 밸브제어부 1734a: 측정부
1734b: 제어부 1751: 제1 냉매통로
1752: 제2 냉매통로 1753: 제3 냉매통로
1754: 제4 냉매통로 181: 제1 실링부재
182: 제2 실링부재 183: 제3 실링부재
G1,G2,G3,G4,G5: 제1,제2,제3,제4,제5 공극
t11: 제1 흡입측실링부의 축방향간극
t12: 제1 흡입측실링부의 반경방향간극
t31,t32: 제1,2 축방향베어링의 축방향간극
t41: 제1 반경방향베어링의 반경방향간극

Claims

구동모터를 수용하고, 상기 구동모터를 사이에 두고 축방향 양쪽이 제1 공간과 제2 공간으로 분리되는 모터하우징;
상기 모터하우징의 단부쪽에서 축방향으로 결합되는 임펠러하우징;
상기 임펠러하우징에 회전 가능하게 구비되는 임펠러를 각각 포함하는 제1 압축부 및 제2 압축부;
상기 제1 압축부의 출구와 상기 제2 압축부의 입구 사이를 연결하는 연결통로부;
상기 모터하우징의 일측을 관통하여 상기 모터하우징의 내부와 연통되고, 냉각유체를 상기 모터하우징으로 안내하는 유입통로부; 및
상기 모터하우징의 타측을 관통하여 상기 모터하우징의 내부와 연통되고, 상기 모터하우징의 냉각유체를 상기 모터하우징의 외부로 안내하는 유출통로부를 포함하고,
상기 임펠러하우징은,
흡입구;
상기 흡입구에 연통되는 토출구;
상기 흡입구와 상기 토출구 사이에 구비되며, 상기 임펠러가 회전 가능하게 삽입되는 임펠러수용부; 및
상기 임펠러수용부의 내주면과 상기 임펠러수용부의 내주면을 마주보는 상기 임펠러의 외주면 중에서 적어도 어느 한 쪽에 구비되는 흡입측실링부를 포함하며,
상기 임펠러하우징은,
반경방향으로 조립되어 상기 흡입구, 상기 임펠러수용부 및 상기 흡입측실링부를 형성하는 복수 개의 하우징블록으로 이루어지며,
상기 유출통로부는,
일단은 상기 제2 공간에 연통되고, 타단은 상기 연결통로부에 연통되는 제1 연결통로;
일단은 상기 연결통로부에 연통되고, 타단은 상기 제1 압축부의 입구측에 연통되는 제2 연결통로; 및
상기 모터하우징을 통과한 냉매의 유동방향을 상기 제1 연결통로 또는 상기 제2 연결통로쪽으로 제어하는 냉매제어밸브를 포함하는 터보 압축기.
제1항에 있어서,
상기 흡입측실링부는 축방향을 따라 적어도 한 줄 이상으로 형성되며,
상기 흡입측실링부는,
상기 임펠러수용부의 내주면과 상기 임펠러수용부의 내주면을 마주보는 상기 임펠러의 외주면 중에서 적어도 어느 한 쪽에 반경방향으로 요철지게 형성되는 터보 압축기.
제1항에 있어서,
상기 흡입측실링부는,
상기 임펠러의 외주면에 형성되는 내측실링부; 및
상기 임펠러의 외주면을 마주보는 상기 임펠러수용부의 내주면에 형성되는 외측실링부를 포함하고,
상기 내측실링부와 상기 외측실링부는 서로 맞물리도록 요철지게 형성되는 터보 압축기.
제3항에 있어서,
상기 외측실링부는 돌기와 홈이 축방향을 따라 번갈아 형성되고,
상기 내측실링부는 상기 외측실링부의 돌기에 대응되는 홈과 상기 외측실링부의 홈에 대응되는 돌기가 축방향을 따라 번갈아 형성되며,
상기 외측실링부의 돌기와 상기 내측실링부의 돌기는 축방향으로 적어도 일부가 중첩되는 터보 압축기.
제3항에 있어서,
상기 임펠러는 상기 구동모터의 회전자에 결합된 회전축의 단부에 결합되며,
상기 회전축과 상기 모터하우징의 사이에는 상기 회전축을 지지하는 베어링이 구비되고,
상기 내측실링부와 상기 외측실링부 사이의 간격은,
상기 베어링과 상기 회전축 사이의 간극보다 크거나 같게 형성되는 터보 압축기.
삭제
제1항에 있어서,
상기 복수 개의 하우징블록은,
상기 임펠러수용부의 일부가 각각 구비되고,
상기 각각의 임펠러수용부에는 외측실링부의 일부가 각각 구비되며,
상기 임펠러의 외주면에는 상기 외측실링부와 맞물려 상기 흡입측실링부를 이루는 내측실링부가 구비되는 터보 압축기.
제7항에 있어서,
상기 내측실링부는 복수 개의 환형돌기와 환형홈이 축방향을 따라 번갈아 형성되고,
상기 외측실링부는 복수 개의 환형홈과 환형돌기가 축방향을 따라 번갈아 형성되며,
상기 내측실링부의 환형돌기는 상기 외측실링부의 환형홈에 기설정된 간격을 두고 반경방향으로 삽입되며, 상기 외측실링부의 환형돌기는 상기 내측실링부의 환형홈에 기설정된 간격을 두고 반경방향으로 삽입되는 터보 압축기.
제8항에 있어서,
상기 내측실링부의 환형돌기와 상기 외측실링부의 환형돌기는 각각 축방향을 따라 복수 개씩 형성되고,
상기 복수 개씩의 환형돌기는,
각각 반경방향높이가 서로 동일하게 형성되는 터보 압축기.
삭제
구동모터를 수용하는 모터하우징;
상기 모터하우징의 단부쪽에서 축방향으로 결합되는 임펠러하우징; 및
상기 임펠러하우징에 회전 가능하게 구비되는 적어도 한 개 이상의 임펠러를 포함하고,
상기 임펠러하우징은,
흡입구;
상기 흡입구에 연통되는 토출구;
상기 흡입구와 상기 토출구 사이에 구비되며, 상기 임펠러가 회전 가능하게 삽입되는 임펠러수용부; 및
상기 임펠러수용부의 내주면과 상기 임펠러수용부의 내주면을 마주보는 상기 임펠러의 외주면 중에서 적어도 어느 한 쪽에 구비되는 흡입측실링부를 포함하며,
상기 임펠러의 외주면에는 상기 흡입측실링부를 이루는 환형돌기와 환형홈이 축방향을 따라 번갈아 복수 개씩 형성되고,
상기 임펠러수용부의 내주면에는 상기 흡입측실링부가 삽입되도록 실링부수용홈이 단차지게 형성되며,
상기 복수 개의 환형돌기와 상기 환형홈은 각각 동일한 높이와 깊이로 형성되고,
상기 실링부수용홈은 상기 흡입구에서 상기 토출구방향으로 동일한 내경으로 형성되는 터보 압축기.
구동모터를 수용하는 모터하우징;
상기 모터하우징의 단부쪽에서 축방향으로 결합되는 임펠러하우징; 및
상기 임펠러하우징에 회전 가능하게 구비되는 적어도 한 개 이상의 임펠러를 포함하고,
상기 임펠러하우징은,
흡입구;
상기 흡입구에 연통되는 토출구;
상기 흡입구와 상기 토출구 사이에 구비되며, 상기 임펠러가 회전 가능하게 삽입되는 임펠러수용부; 및
상기 임펠러수용부의 내주면과 상기 임펠러수용부의 내주면을 마주보는 상기 임펠러의 외주면 중에서 적어도 어느 한 쪽에 구비되는 흡입측실링부를 포함하며,
상기 임펠러의 외주면에는 상기 흡입측실링부를 이루는 환형돌기와 환형홈이 축방향을 따라 번갈아 복수 개씩 형성되고,
상기 임펠러수용부의 내주면에는 상기 흡입측실링부가 삽입되도록 실링부수용홈이 단차지게 형성되며,
상기 환형돌기는 상기 흡입구쪽에서 상기 토출구쪽으로 갈수록 상기 환형돌기의 반경방향높이가 높아지도록 형성되고,
상기 실링부수용홈은 상기 흡입구쪽에서 상기 토출구쪽으로 갈수록 상기 실링부수용홈의 내경이 증가하는 다단으로 형성되는 터보 압축기.
삭제
모터실을 구비하는 하우징;
상기 하우징의 모터실에 고정자와 회전자를 구비하는 구동모터;
상기 회전자에 결합되어 회전하는 회전축;
상기 회전축의 양단에 각각 구비되는 제1 압축부 및 제2 압축부;
상기 제1 압축부의 출구와 상기 제2 압축부의 입구 사이를 연결하는 연결통로부;
상기 하우징의 일측을 관통하여 상기 모터실의 내부와 연통되고, 냉각유체를 상기 모터실로 안내하는 유입통로부; 및
상기 하우징의 타측을 관통하여 상기 모터실의 내부와 연통되고, 상기 모터실의 냉각유체를 상기 하우징의 외부로 안내하는 유출통로부를 포함하고,
상기 하우징은,
흡입구;
상기 흡입구에 연통되는 토출구;
상기 흡입구와 상기 토출구 사이에 구비되며, 임펠러가 회전 가능하게 삽입되는 임펠러수용부; 및
상기 임펠러수용부의 내주면과 상기 임펠러수용부의 내주면을 마주보는 상기 임펠러의 외주면 중에서 적어도 어느 한 쪽에 구비되는 흡입측실링부를 포함하며,
상기 모터실은,
상기 구동모터를 사이에 두고 축방향 양쪽이 제1 공간과 제2 공간으로 분리되며, 상기 제1 공간에는 상기 회전축의 축방향에 대해 지지하는 축방향베어링이 구비되고, 상기 유출통로부는 상기 제2 공간에 연통되며,
상기 유출통로부는,
일단은 상기 제2 공간에 연통되고, 타단은 상기 연결통로부에 연통되는 제1 연결통로;
일단은 상기 연결통로부에 연통되고, 타단은 상기 제1 압축부의 입구측에 연통되는 제2 연결통로; 및
상기 모터실을 통과한 냉매의 유동방향을 상기 제1 연결통로 또는 상기 제2 연결통로쪽으로 제어하는 냉매제어밸브를 포함하는 터보 압축기.
제14항에 있어서,
상기 냉매제어밸브는 기설정된 조건에 따라 개폐방향을 제어하는 밸브제어부가 더 포함되고,
상기 밸브제어부는,
고부하운전시에서는 상기 제2 공간을 상기 제2 압축부의 입구측에 연통시키고, 저부하운전시에서는 상기 제2 공간을 상기 제1 압축부의 입구측에 연통시키는 터보 압축기.