KR19990000361A - 2단 원심압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉방 사이클에의 적용이 적합한 2단 원심압축기에 관한 것으로서, 회전축을 가스 다이내믹 베어링으로 지지하여 윤활수단이 필요없으며, 또 윤활수단 등이 요구되지 않기 때문에 시스템 구성이 단순하고 무게가 가벼우며 부피도 작아 에어 콘디셔너와 같은 냉방 사이클 등에 용이하게 적용시킬 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 내주면에 코일(14)이 일정하게 배열되고 외통(13)의 내주면에 끼워지는 고정자(12)와, 이 고정자(12)와 대향하는 위치의 회전축(17)에 회전자 코어(16)가 형성되고 그 내측에 고속회전이 가능케 설치되는 회전자(11)로 구성되어진 전동부(10)와, 이 전동부(10)의 양측단에서 회전축(17)의 고속회전이 가능하도록 복수의 베어링으로 지지되어진 베어링부(20)와, 상기 전동부(10)의 상하에 각각 설치되어 일측단에서 1차적으로 압축하고 이를 다시 2차적으로 압축하기 위한 압축부(30)를 포함하는 2단 원심압축기에 있어서, 상기 전동부(10)는 상/하단의 압축부(30)와 전동부(10)의 외통(13)이 격리되어 밀폐된 공간부를 갖고 이 공간부에 전동부(10)를 냉각시키는 냉각유로가 형성되어져 있으며, 상기 베어링부(20)의 베어링이 회전축(17)의 고속회전시 회전축(17)의 결합부위에서 기계적인 무마찰을 위한 레이디얼 및 드러스트 가스 베어링(22,23)으로 설치되어진 2단 원심 압축기를 제공한다.

Description

2단 원심압축기

본 발명은 냉방 사이클에의 적용이 적합한 2단 원심압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양측의 제1 및 제2 압축부 사이에 밀폐형 전동부를 갖고 있으며, 이 전동부는 냉각 사이클을 따라 순환되는 냉매에 의하여 냉각되도록 형성된 냉각유로를 갖고 전동부의 회전축과 그 접촉부 사이의 마찰을 제거하기 위한 가스 다이내믹 베어링(gas-dynamic bearing)을 가지며, 이로 인하여 전동부의 회전속도를 초고속으로 향상시켜 오존 친화적인 저압냉매(ozone-friendly refrigerant)의 사용이 가능하고, 나아가 압축기의 부피 및 무게를 최소한으로 하면서도 고효율의 압축성능을 얻을 수 있도록 한 2단 원심압축기에 관한 것이다.

종래의 2단 원심압축기는 주로 대형 냉방 시스템에 적용되는 것으로, 중앙의 전동부 양측에 제1 및 제2 압축부가 구비되어져 있고, 냉방 사이클에 의하여 순환되는 냉매를 전동부측으로 순환시켜 전동부에서 발생된 열을 냉각시키며, 상기 전동부의 회전축 및 임펠러에 접촉부의 마찰을 줄일 수 있도록 윤활제(lubricant)의 급유로가 구성되어져 있다.

이러한 종래의 2단 원심압축기는 전체 구성이 전동부의 고속회전에 따른 고열이나 마찰의 발생으로 인한 기계적 장애를 효율적으로 제거할수 없기 때문에 그 회전속도를 저속으로 유지할 수 밖에 없는 것이었으며, 전동부의 회전속도가 저속인 상태에서 원하는 용량의 냉방특성을 얻기 위해서는 제1,2 압축부의 임펠러 크기가 상대적으로 커져야 하는 것이었다.

그러므로, 이들 임펠러의 크기가 크게되면 이것을 수용하는 하우징 등의 크기가 커져야 하기 때문에 결과적으로 압축기의 전체 부피 및 무게가 대형이 될 수 밖에 없었으며, 특히 종래의 2단 원심압축기는 R-114와 같은 냉매를 사용하여 왔으나, 이와같은 냉매는 오존층을 파괴하기 때문에 사용량이 규제되고 있다.

한편, 미국특허 제5,350,039호에는 에어 콘디셔너에 사용될 수 있는 소용량의 2단 원심압축기가 소개되어져 있다. 이 미국특허에 개시된 2단 원심압축기는 전동부, 전자 제어부 및 압축부가 내장된 하우징과, 저압의 냉매 및 윤활제의 혼합물이 순환되는 순환로로 구성되어 있으며, 상기 하우징은 중앙부에 전동부가 설치되고 그 양단에 1차적으로 압축된 냉매가 다시 2차적으로 압축시키는 제1 및 제2 압축부가 구성되어져 있다.

이 미국특허에 개시된 발명의 가장 특징적인 사항은 윤활제가 냉매와 혼합된 상태로 냉매의 순환로를 따라 순환하면서, 전동부에서 발생되는 고열을 냉각시킴과 동시에 회전축 및 임펠러 등의 접촉부의 마찰저항을 완화시키도록 구성되어 있으므로 윤활제를 별도로 분리시켜 순환시키는 구성이 필요없다는 점이다.

또, 전동부의 고속회전에 의하여 발생되는 고열을 냉각시키기 위하여, 냉매와 윤활제의 혼합유체가 제1 압축부에 의하여 압축되고 다시 제2 압축부에 의하여 압축되어 전동부를 순환한 후에 배출되도록 되어있다는 점이다.

그러나, 이 종래발명은 윤활제가 냉매와 혼합되어 순환되기 때문에 냉매의 냉각효율이 높지 않고, 회전축이나 임펠러의 접촉부에 있어 윤활제에 의한 마찰감소의 효율도 떨어지며, 그 구조가 복잡하고 정밀성을 요하기 때문에 정밀한 설계와 정밀한 제어기술이 요구된다는 문제점이 있다.

특히, 이 종래발명에 있어서는 이것의 압축기 특성상 임펠러의 흡입압력이 대기압보다 낮은 0.3∼0.7기압의 저압상태를 유지해야 하므로 균열과 같은 미세한 틈새에 의하여도 밀폐된 압축기내부로 외부공기가 유입될 수 있고, 압축기의 내부로 외부공기가 유입되게되면 냉매와 화학반응을 일으켜 염산 등을 생성하기 때문에 압축기 성능을 현저히 떨어 뜨리거나 그 내부를 손상시키는 문제점도 있었다.

본 발명의 목적은 회전축을 가스 다이내믹 베어링으로 지지하여 윤활수단이 필요없으며, 이로 인하여 별도의 윤활수단 등이 요구되지 않으므로 시스템 구성이 단순하고 무게가 가벼움은 물론 부피도 작아 에어 콘디셔너와 같은 냉방사이클 등에 용이하게 적용시킬 수 있는 2단 원심압축기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 압축기의 시스템 구성이 단순하고 윤활수단 등을 요구하지 않기 때문에 그 가격이 저렴하고, 한편으로는 그 취급 및 관리가 용이한 2단 원심압축기를 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 임펠러의 고속회전을 가능하게 함으로써 오존층을 파괴하지 않고, 원심압축이 용이한 큰 비체적의 저압냉매를 사용할 수 있도록 한 2단 원심 압축기를 제공하는데 있다.

상기의 목적들을 구현하기 위하여, 본 발명의 2단 원심압축기는 내주면에 코일을 일정하게 배열시킨 고정자와, 이 고정자와 대향하는 위치의 회전축에 회전자 코어가 형성되고 그 내측에 고속회전이 가능케 설치되는 회전자로 구성되어진 전동부와, 이 전동부의 양측에 제1,2 압축부가 설치되어진 2단 원심압축기에 있어서, 상기 전동부는 이 전동부의 냉각을 위한 냉각유로를 갖도록 밀폐된 외통의 내부공간이 형성되어져 있고, 이 전동부의 회전축에는 이 회전축의 고속회전시 회전축의 결합부위에서 기계적 무마찰을 위한 가스 베어링 수단이 포함됨을 특징으로 한다.

이하에서 본 발명에 의한 2단 원심압축기를 좀더 구체적으로 설명하여 봄으로써 본 발명의 보다 상세한 특징들이 이해될수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 2단 원심압축기를 축방향에서 잘라본 단면도,

도 2는 도 1에서 전동부의 고정자켓 부분을 발췌하여 나타낸 사시도,

도 3은 본 발명의 레이디얼 가스 베어링 부분을 발췌하여 나타낸 분해 사시도,

도 4는 본 발명의 드러스트 가스 베어링 부분을 발췌하여 나타낸 분해 사시도,

도 5는 본 발명의 2단 원심압축기를 이용한 냉방 사이클의 실시예도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 전동부11: 회전자

12: 고정자13: 외통

14: 코일15: 고정자켓

16: 회전자 코어17: 회전축

20: 베어링부21,21a: 베어링 하우징

22: 레이디얼 가스 베어링23: 드러스트 가스 베어링

24: 동심 하우징25a-25c: 스크류

26: 실링 하우징30: 압축부

31a,31b: 임펠러32a,32b: 압축 케이싱

33a,33b: 디퓨저 하우징34a: 제1 압축실

34b: 제2 압축실

도 1은 본 발명에 의한 2단 원심압축기를 나타내었다.

여기서는, 밀폐된 외통(13)의 내부에 설치되어 회전력을 발생시키는 전동부(10)와, 이 전동부(10)의 양측단에서 회전축(17)을 마찰이 없는 상태로 고속회전이 가능하도록 레이디얼 및 드러스트 가스 베어링(22,23)들로 지지되어진 베어링부(20)와, 상기 전동부(10)의 상하에 각각 설치되어 일측단에서 1차적으로 압축하고 이를 다시 2차적으로 압축하기 위한 압축부(30)의 3부분으로 구성되어져 있다.

상기 전동부(10)는 회전축(17)의 상/하단에 압축부(30)의 임펠러(31a,31b)들이 결합되어져 있는 회전자(11)와, 이 회전자(11)의 회전자 코어(16)를 전자계 작용으로 회전시키는 고정자(12)와, 이들을 전체적으로 감싸면서 임펠러(31)측으로는 개방된 원통형의 외통(13)으로 이뤄져 있다.

상기 전동부(10)의 고정자(12)는 내측에 코일(14)이 권선되어지고 그 외측에 냉각자켓(15)으로 감싼 상태에서 외통(13)내에 압입되어져 있으며, 상기 전동부(10)의 회전자(11)는 고정자(12)와 대향하는 위치에 회전자 코어(16)를 갖는 회전축(17)이 형성되어져 있고 이 회전축(17)의 하부에는 드러스트 가스 베어링(23)에 의해 지지되는 칼라(17a)가 일체로 형성되어져 있다.

상기 외통(13)의 내주면에 끼워맞춤되는 냉각자켓(15)에는 도 2에 나타낸 바와같이 전동부(10)를 냉각시키기 위한 냉각유로가 형성되어져 있으며, 이 냉각유로는 냉각자켓(15)의 상/하단에 돌출시긴 링형의 돌출부(151,152)로 인해 외통(13)의 내주면을 따라 형성되어진 원통홈(153)과, 이 원통홈(153)과 상호 연결되면서 냉각자켓(15)의 돌출부(151,152)에서 축방향으로 다수의 냉매구멍(155,156)들이 천공되어져 있다.

또, 상기 외통(13)에는 고정자(12) 외측의 고정자켓(15)에 형성된 원통홈(153)과 연통되는 냉매입구(130)와, 상기 고정자(12)의 상/하부 위치에 각각 냉매출구(131,132)가 형성되어져 있고 이 냉매출구(131,132)들은 압축부(30)의 제1,2 압축실(34a,34b)들을 연결시킨 연결관(35)에 연결되어져 있다.

상기 베어링부(20)는 상기 회전축(17)의 양단이 외통(13)과 결합되는 베어링 하우징(21) 내측의 레이디얼 가스 베어링(22)에 의해 회전가능케 지지되어져 있고, 상기 회전축(17)의 칼라(17a)가 드러스트 가스 베어링(23)으로 감싸져서 회전가능케 지지되어져 있다. 상기 레이디얼 가스 베어링(22)과 드러스트 가스 베어링(23)은 회전축(17)의 회전시 기계적인 무마찰 회전을 위하여 구비되어져 있다.

한편, 상기 회전축(17)의 양단을 지지하는 레이디얼 가스 베어링(22)은 도 3과 같이 좀더 구체적으로 나타내었다.

여기서는, 120°간격으로 분할된 3개의 호형 조각편(221)들이 하나의 원통형을 이루도록 형성되어져 있고, 이 호형 조각편(221)들은 그 중앙에서 일측으로 약간 편심된 위치의 외주면에 반구홈(222)이 제각기 형성되어져 있다.

상기 호형 조각편(221)들은 베어링 하우징(21)의 중심을 향하여 120°간격으로 관통된 스크류홀(211)을 통해 세트스크류(212)가 체결되고 이 세트스크류(232)의 선단이 호형조각편(221)의 반구홈(222)에 각각 끼워진 상태에서 회전축(17)이 회전가능케 지지되어져 있다.

또, 상기 베어링 하우징(21)은 전동부(10)의 고정자(12)와 동심을 이루도록 외통(13) 양단의 동심 하우징(24)에 스크류(25a)로 고정되어져 있고, 상기 베어링 하우징(21)에는 압축부(30)와의 경계를 이루는 실링 하우징(26)과 디퓨저 하우징(33a,33b)이 복수의 스크류(25b)에 의해 고정되어져 있다.

한편, 상기 회전축(17)의 칼라(17a)를 지지하는 트러스트 가스 베어링(23)은 도 4와 같이 좀더 구체적으로 나타내었다.

여기서는, 3개의 호형 조각편(221)들로 이루어진 레이디얼 가스 베어링(22)이 설치되는 베어링 하우징(21a) 상단에 스페이서링(231)과 상/하측 가스 베어링(233,234) 및 고정링(232)으로 구성되어져 있다.

상기 베어링 하우징(21a)은 상단에 회전축(17)의 칼라(17a)와 함께 하측 가스 베어링(234)이 삽입되는 정도의 깊이로 베어링 설치홈(213)이 형성되어져 있고 그 상단으로부터 베어링 설치홈(213)의 하단에 이르기까지 그 외측부분을 방사상으로 절결시킨 냉매유로(214)가 형성되어져 있다.

상기 스페이서링(231)의 상/하면에는 상/하측 가스 베어링(233,234)이 한쌍을 이루도록 배치되어져 있으며, 이 상/하측 가스 베어링(233,234)은 상기 칼라(17a)와 접촉되는 면에 다수의 직선홈(235)들이 축공(236)을 중심으로하여 방사상으로 형성되어져 있고 이 직선홈(235)에는 회전축(17)의 회전방향으로 기체막을 형성할 수 있도록 얇고 넓은 부채꼴홈(237)이 제각기 형성되어져 있다.

상기 드러스트 가스 베어링(23)을 이루는 상측 가스 베어링(233)은 조립성을 고려하여 2조각으로된 반원형의 가스 베어링(233a,233b)로 분할되어져 있으며, 상기 상측 가스 베어링(233a,233b)들은 그 반원의 중심부와 주연부를 제외한 부분에 반원판의 돌출부(238)가 제각기 형성되어져 있다.

상기 상측 가스 베어링(233)와 고정링(232)의 주연부에는 회전축(17)의 칼라(17a) 외부측에 끼워지거나 씌워진 상태에서 다수의 스크류(25c)로 체결하기 위하여 동일한 반경위에 등간격으로 다수의 관통홀(239)이 천공되어져 있고 상기 베어링 하우징(21a)의 외주연부에는 상기 상측 가스 베어링(233) 및 고정링(232)의 관통홀(239)과 상응하여 결합되는 스크류홀(210)이 형성되어져 있다.

이러한 구성으로된 드러스트 가스 베어링(23)의 조립과정은 베어링 하우징(21a)의 베어링 설치홈(213)에 하측 가스 베어링(234)과 스페이서링(231)을 순차적으로 끼우고, 이 스페이서링(231)내에 회전축(17)의 칼라(17a)가 위치되도록 끼운다음, 이 칼라(17a)의 상면에 상측 가스 베어링(233a,233b)들을 고정링(232)과 함께 올려놓고, 이 고정링(232)의 상부로부터 복수의 스크류(25c)를 체결시켜 조립한다.

상기 압축부(30)는 상기 전동부(10)의 회전축(17)이 관통된 베어링 하우징(21,21a)의 외측단에 외통(13)의 양단을 실링 하우징(26)으로 밀폐되어져 있으며, 상기 회전축(17)의 양단에는 다수의 날개를 갖는 임펠러(31a,31b)가 압축 케이싱(32a,32b) 내부에 구비시킨 디퓨저 하우징(33a,33b)의 디퓨져내에서 회전가능케 고정되어져 있다.

상기 압축부(30)에는 임펠러(31a,31b)를 감싼 디퓨저 하우징(33a,33b) 외측의 압축 케이싱(32a,32b) 내부에 제1,2 압축실(34a,34b)들이 형성되어져 있으며, 상기 압축 케이싱(32a,32b)에는 압축하고자 하는 냉매가스가 들어오는 흡입관(321,322)이 회전축(17)의 동심축선상에 형성되어져 있다.

상기 압축 케이싱(32a,32b)에는 압축유체 출구(323,324)가 형성되어져 있는데, 제1 압축실(34a)을 갖는 압축 케이싱(32a)의 압축유체 출구(323)는 제2 압축실(34b)의 흡입관(324)과 연통되도록 연결되어져 있고 상기 제2 압축실(34b)을 갖는 압축 케이싱(32b)의 압축유체 출구(324)는 냉방 사이클을 이루는 응축기(1)의 입구(1a)와 연통되도록 연결되어져 있다.

상기와같이 구성된 본 발명은 전동부(10)의 고정자(12)에 권선된 코일(14)로 전원이 인가되면 코일(14)의 배열에 따라 순차적으로 발생되는 자계가 회전자(11)의 회전축(17)을 회전시킨다. 이때, 상기 회전축(17)이 회전되면서 그 양단은 레이디얼 가스 베어링(22)을 이루는 호형 조각편(221)들이 제각기 하나의 세트스크류(212)에 의해 편심상태로 지지되어 있기 때문에 회전축(17)과 함께 요동한다.

따라서 상기 호형 조각편(221)들이 요동될 때 회전축(17)의 주면과 호형 조각편(221)의 내주면 사이에는 전동부(10)의 내부로 흐르는 가스냉매가 빨려 들어가 기체막을 형성한다.

이러한 상태에서 회전축(17)이 일정한 회전수에 도달되면 호형 조각편(221)들은 정적인 상태로 유지되게 되므로 회전축(17)은 호형 조각편(221)들의 정중앙에서 뜬 상태로 마찰없이 회전되는 것이다.

이와 동시에 도 4와 같이 나타낸 베어링 하우징(21a)의 드러스트 가스 베어링(23)은 하측 가스 베어링(234)의 상단면에 칼라(17a)의 하단면이 맞닿은 상태로 있다가 상기 칼라(17a)가 회전되면 전동부(10)의 내부로 흐르는 가스냉매가 베어링 설치홈(213) 외측의 냉매유로(214)들과 하측 가스 베어링(234)의 직선홈(235)들을 통해 부채꼴홈(237)으로 빨려 들어가 기체막이 형성되게 된다. 따라서 회전축(17)의 칼라(17a)는 상/하측 가스 베어링(233,234) 사이의 중앙에서 뜬 상태로 마찰없이 회전되는 것이다.

따라서, 2단 원심압축기의 회전축(17)은 제1 압축실(34a)에서 1차 압축된 가스냉매의 압력과 제2 압축실(34b)에서 2차 압축된 가스냉매의 압력차로 인하여 도면 도 1에서 하부측으로 쏠리거나, 상기 전동부(10)의 초기구동시 회전축(17)이 일측으로 쏠리게 되는 등의 현상으로 야기되는 회전축(17)의 진동이 방지될수 있는 것이다.

또, 상기와 같은 레이디얼 및 드러스트 가스 베어링(22,23)로 인하여 2단 원심압축기(1)의 회전축(17) 부위에 기계적 장애가 발생하지 않아 기기의 동작적 신뢰성을 갖을수 있고, 저속에서 초고속 회전(3500∼60000rpm)에 이르기까지 무리없는 동작을 기대할수 있는 것이다.

한편, 이와같이 회전축(17)이 고속으로 회전되면서 전동부(10)에서 열이 발생하면, 이러한 열은 외통(13)의 냉매입구(130)로부터 인입된 액냉매가 흐르면서 고정자(12)를 감싼 냉각자켓(15) 외측의 원통홈(153) 및 냉매구멍(155,156)들을 통과하는 동안 고정자(12)의 코일(14)에서 발생되는 열을 가스냉매로 증발됨에 따른 기화열로써 빼앗아 가므로 고정자(12)를 냉각시킨다.

이와같이 냉각자켓(15)의 냉매구멍(155,156)들로부터 외통(13)의 밀폐공간인 전동부(10)의 밀폐된 내부공간를 통해 냉매출구(131,132)로 흐르는 가스냉매에 의하여 냉각되기 때문에 전동부(10)의 동작에 따르는 과열을 방지한다.

따라서 상기 전동부(10)가 구동중에는 계속하여 냉각되기 때문에 그 전동부(10)는 항시 최적의 운전 상태로 유지되게 된다.

이와같이 전동부(10)가 구동됨에 따라 회전축(17)과 함께 그 양단의 임펠러(31a,31b)가 고속으로 회전되는 것이고, 이들중 임펠러(31a)의 회전으로 인한 흡인력에 의해 하부측 압축 케이싱(32a)의 흡입관(321)으로 유입된 가스냉매는 임펠러(31a)와 디퓨저 하우징(33a)의 디퓨저를 통해 제1 압축실(34a)에서 1차적으로 압축되게 된다.

상기 제1 압축실(34a)에서 압축된 가스냉매는 압축유체 출구(323)로부터 연결관(35)를 통하여 배출되고 이 연결관(35)으로 배출된 가스냉매에 외통(13)의 밀폐된 내부공간을 통과한 가스냉매와 합류되게 된다.

이와같이 합류된 가스냉매는 다시 2단 압축을 위한 하부측 압축부(30)의 임펠러(31b)또한 회전축(17)과 함께 회전됨에 따라 발생되는 흡인력로 인해 상부측 압축 케이싱(32b)의 흡입관(322)으로부터 유입된후 제2 압축실(34b)의 임펠러(31b) 및 디퓨저 하우징(33b)의 디퓨저를 통해 제2 압축실(34b)에서 2차적으로 압축된다. 상기 제2 압축실(34b)에서 압축된 가스냉매는 압축유체 출구(324)를 통해 응축기(2)측으로 공급되게 된다.

한편, 도 5는 본 발명의 2단 원심압축기(1)를 냉방 사이클에 적용한 일 실시예를 나타내었다.

여기에서의 냉방 사이클은 냉매가 2단 원심압축기(1)→응축기(2)→기액분리기(3)→증발기(4)로 순환되는 폐 사이클을 이루며, 부언하면 상기 2단 원심압축기(1)의 제2 압축실(34b)→응축기(2)의 입구→응축기(2)의 출구→제1 보조 팽창변(5)→기액분리기(3)→주팽창변(6)→증발기(4)의 입구→증발기(4)의 출구→2단 원심압축기(1)의 제1 압축실(34a)를 통해 순환된다.

상기 2단 원심압축기(1)의 전동부(10)에는 상기 응축기(2)의 출구로부터 배출되는 액냉매중의 일부가 제2 보조 팽창변(7)→외통(13)의 냉매입구(130)→냉각자켓(15)의 원통홈(153)→냉매구멍(155,156)을 통과하면서 가스냉매로 완전하게 증발되고, 이 가스냉매는 전동부(10)의 밀폐된 내부공간→외통(13) 상/하부의 냉매출구(131,132)→연결관(35)→2단 원심압축기(1)의 제2 압축실(34b)로 순환된다.

상기 전동부(10)에는 증발기(4)를 통과한 공기온도를 증발기(4) 주위의 센서(8)에 의하여 검출하고 이 센서(8)에 의해 검출된 것을 입력신호로하여 전동부(10)를 제어하는 주파수 제어기(9)가 구비되어져 있다.

이러한 구성의 냉방 사이클은 파워코드(도시되지 않았음)를 통해 전동부(10)에 전원이 인가되면 2단 원심압축기(1)가 운전을 시작함에 따라 증발기(4) 주위로부터 충분하게 기화열을 흡수한 가스냉매가 2단 원심압축기(1)측으로 흡입되고, 2단 원심압축기(1)의 제1 압축실(34a)에서 1차적으로 압축된후 제2 압축실(34b)의 흡입관(322)으로 이송되는 것이다.

이때, 기액분리기(3)에서 공급된 가스냉매는 상기 외통(13)의 냉매출구(131,132)를 통하여 배출되는 가스냉매와 제1 압축실(34a)에서 배출되는 가스냉매 등이 합류된 상태에서 2단 원심압축기(1)의 제2 압축실(34b)에서 더욱 압축된 후 압축유체 출구(324)를 통해 응축기(2)의 입구로 향한다.

상기 응축기(2)에서는 냉각공기에 의하여 가스냉매를 액냉매로 응축되고, 이와같이 응축된 대부분의 액냉매는 응축기(2)로부터 제1 보조 팽창변(5)에 이르기까지 이송된후 이 제1 보조 팽창변(5)에 의해 기액분리기(3)에서 중간압까지 팽창되게 된다. 이렇게 액냉매가 중간압까지 팽창되면서 기액분리기(3)의 내부에는 기액혼합상태로 유지되고 수력학적 원리에 따라 가스냉매와 액냉매로 분리되는 것이다.

한편, 상기 응축기(2)로부터 분기된 통로를 통하여 흐르는 적은 양의 액냉매는 제2 보조 팽창변(7)과 외통(13)의 냉매입구(130)를 통하여 냉각자켓(15)의 원통홈(153)으로 유입되고, 이 원통홈(153)을 통과하는 동안에 전동부(10)에서 발생되는 열을 흡수하기 때문에 고정자(12)를 냉각시키게 된다.

이렇게 상기 냉각자켓(15)의 냉매구멍(155,156)을 통해 외통(13)의 내부공간으로 배출되는 가스냉매는 다시 내부공간에 설치되어진 고정자(12)와 회전자 코어(16) 부분을 냉각시킴과 동시에 회전축(17) 상/하단의 레이디얼 및 드러스트 가스 베어링(22,23)으로 공급되어 기계적인 접촉부를 냉각시킨후 외통(13)의 냉매출구(131,132)를 통해 연결관(35)으로 배출되게 된다.

상기 기액 분리기(3)내의 액냉매는 주팽창변(6)에 의하여 팽창되면서 증발기(4)의 입구로 유입되어 증발되기 시작한다. 이렇게 증발기(4)의 입구를 통과한 액냉매는 계속하여 증발되면서 증발(기화)시 필요한 기화열만큼 증발기(4) 주위의 열을 흡수함으로써 냉각효과를 얻는 것이다.

이와같이 증발기(4)를 통과하면서 흡수한 열에 의해 증발(기화)된 가스냉매는 2단 원심압축기(1)측으로 흡입되게 된다.

또, 본 발명을 적용한 냉방 사이클은 증발기(4)측의 센서(8)에 따라 전동부(10)의 주파수 제어기(9)가 전동부(10)를 제어하므로 회전자(17)의 회전수가 무단으로 제어할 수 있고, 이로 인하여 냉방능력을 무단으로 조절할 수 있는 것이다.

또한, 주파수 제어기(9)는 드러스트 가스 베어링(23)에 의해 회전가능케 지지된 회전축(17)의 칼라(17a)와 그 양단이 레이디얼 가스 베어링(22)의 표면으로부터 이탈되는 시점까지 회전자(11)의 회전수를 기동부터 점진적으로 증가시킨다.

위와같이 본 발명에 따른 2단 원심압축기는 전동부의 회전축이 레이디얼 및 드러스트 가스 베어링으로 지지되어 있기 때문에 전동부의 고속회전에 의한 무리가 야기되지 않으며, 또, 외통의 내주면에 끼워맞춤된 고정자켓을 통해 전동부의 내부공간에도 별도의 냉각유로가 구성됨으로써 전동부의 냉각효과가 우수하다.

또, 본 발명은 2단 원심압축기를 포함한 냉방 사이클이 2단 원심압축기의 전동부로 제공되는 냉매를 원활하게 소통시키므로 원심압축기의 냉각효율을 최대로 높일수 있는 것이다.

또, 본 발명은 원심압축에 용이하도록 비체적이 크고 분자량이 200이상이며 생태학적으로 위해가 없는 저압냉매(RC-318, R-218, R-236fa, R-31-10등)를 사용할 수 있도록 설계되어져 있으므로 오존층 파괴에 따른 환경 피해문제를 적극적으로 배제할 수 있는 것이다.

Claims (9)

1. 내주면에 코일(14)이 일정하게 배열되고 외통(13)의 내주면에 끼워지는 고정자(12)와, 이 고정자(12)와 대향하는 위치의 회전축(17)에 회전자 코어(16)가 형성되고 그 내측에 고속회전이 가능케 설치되는 회전자(11)로 구성되어진 전동부(10)와, 이 전동부(10)의 양측단에서 회전축(17)의 고속회전이 가능하도록 복수의 베어링으로 지지되어진 베어링부(20)와, 상기 전동부(10)의 상하에 각각 설치되어 일측단에서 1차적으로 압축하고 이를 다시 2차적으로 압축하기 위한 압축부(30)를 포함하는 2단 원심압축기에 있어서, 상기 전동부(10)는 상/하단의 압축부(30)와 전동부(10)의 외통(13)이 격리되어 밀폐된 공간부를 갖고 이 공간부에 전동부(10)를 냉각시키는 냉각유로가 형성되어져 있으며, 상기 베어링부(20)의 베어링은 회전축(17)의 고속회전시 회전축(17)의 결합부위에서 기계적인 무마찰을 위한 레이디얼 및 드러스트 가스 베어링(22,23)으로 설치되어져 있는 2단 원심 압축기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전동부(10)의 냉각유로는 외통(13)의 냉매입구(130)로부터 외통(10) 내주면에 끼워맞춤된 고정자(12) 외측의 냉각자켓(21)의 원통홈(153)으로 공급되고 이 고정자켓(15)의 원통홈(153)으로부터 전동부(10)의 밀폐된 내부공간으로 공급된후 외통(13)의 냉매출구(131,132)를 통해 배출되도록 형성됨을 특징으로 하는 2단 원심압축기.
3. 제 2항에 있어서, 상기 냉각자켓(15)은 그 상/하단에 돌출시긴 링형의 돌출부(151,152)로 인해 외통(10)의 내주면을 따라 원통홈(153)이 형성되고, 이 원통홈(153)과 상호 연결되면서 냉각자켓(15)의 돌출부(151,152)에서 축방향으로 다수의 냉매구멍(155,156)들이 천공됨을 특징으로 하는 2단 원심압축기.
4. 제 3항에 있어서, 상기 냉각자켓(15) 하단의 돌출부(152)에 천공된 냉매구멍(156)은 상부측 돌출부(151)의 냉매구멍(155)보다 더 많은 개수로 천공됨을 특징으로 하는 2단 원심압축기.
5. 제 1항에 있어서, 상기 레이디얼 가스 베어링(22)은 120°간격으로 분할된 3개의 호형 조각편(221)들이 하나의 원형으로 형성되고 이 호형 조각편(221)들은 그 중앙에서 일측으로 약간 편심된 위치의 외주면에 반구형 홈(222)이 형성되어져 있으며, 상기 호형 조각편(221)들은 베어링 하우징(21,21a)의 중심을 향하여 120°간격으로 관통된 세트스크류(212)가 스크류홀(211)을 통하여 반구형 홈(222)에 각각 끼워진 상태에서 회전축(17)이 회전가능케 지지되는 것을 특징으로 하는 2단 원심압축기.
6. 제 1항에 있어서, 상기 드러스트 가스 베어링(23)은 베어링 하우징(21a)의 상단에 회전축(17)의 칼라(17a) 상하면을 감싸 지지하도록 설치되어져 있는 2단 원심 압축기.
7. 제 6항에 있어서, 상기 드러스트 가스 베어링(23)은 베어링 하우징(21a) 상단의 베어링 설치홈(213)에 하측 가스 베어링(234)과 스페이서링(231)을 끼워 이 스페이서링(231)내에 회전축(17)의 칼라(17a)를 위치시키고, 이 칼라(17a)의 원판면 및 베어링 하우징(21a)의 상단면에 상측 가스 베어링(233)과 고정링(232)을 올려놓아 수개의 보울트(25c)로 체결되어져 있는 2단 원심압축기.
8. 제 7항에 있어서, 상기 상/하측 가스 베어링(233,234)은 회전축(17)의 칼라(17a)와 접촉되는 원판면에 축공(236)을 향하여 방사상으로 다수의 직선홈(235)들이 형성되고, 이 직선홈(235)으로부터 얇은 부체꼴 형상으로 연결되어진 부체꼴홈(237)들이 형성됨을 특징으로 하는 2단 원심압축기.
9. 제 7항에 있어서, 상기 베어링 하우징(21a)의 베어링 설치홈(213)은 회전축(17)의 칼라(17a)와 함께 하측 가스 베어링(234)이 삽입되는 정도의 깊이로 형성되고, 그 상단으로부터 베어링 설치홈(213)의 하단에 이르기까지 그 외측부분을 방사상으로 절결시킨 냉매유로(214)가 형성되어져 있는 2단 원심압축기.