KR19990051533A - 2단 원심압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉방 사이클에의 적용이 적합한 2단 원심압축기에 관한 것으로서, 선출원의 2단 원심압축기는 회전축의 칼라가 트러스트 가스 베어링과 함께 유동성 축받이에 의해 유동되면서 회전이 가능하므로 초기기동시 회전축의 진동을 흡수하여 정숙한 운전을 유도하나, 그 구성이 복잡하고 조립시 정밀도가 요구되므로 조립작업이 곤란하여 생산성이 취약하게 되는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위하여 본 발명은 외통(13) 중간부의 내주면에 고정자켓(122)이 고정되고 이 고정자켓(122)의 내주면에 코일(121)을 일정하게 배열시킨 고정자(12)와, 이 고정자(12)와 대향하는 위치의 회전축(111)에 회전자 코어(112)가 형성되고 상기 회전축(111)의 양단부를 고속회전이 가능케 상.하부측 베어링부(20a,20b)의 가스 다이나믹 베어링으로 지지된 회전자(11)로 전동부(10)가 구성되며, 이 전동부(10)를 감싸는 외통(13)의 양측단에 제각기 임펠러(31a,31b)를 포함하는 제1,2 압축부(30a,30b)가 구비되어진 2단 원심압축기에서 상기 제1,2 압축부(30a,30b)에서 압축시킨 냉매를 제2 압축부(30b)로부터 외통(13)의 내부공간에 설치된 상.하부측 베어링부(20a,20b)와 전동부(10)를 통해 토출되는 냉각유로가 형성됨을 특징으로 하는 2단 원심압축기를 제공한다.

Description

2단 원심압축기

본 발명은 냉방 사이클에의 적용이 적합한 2단 원심압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전동부의 회전축 양단부에 제1 및 제2 압축부를 갖고 이 전동부에 제1,2 압축부에서 압축시킨 냉매를 제2 압축부로부터 전동부가 설치된 외통의 내부공간을 거쳐 제1 압축부측으로 통과시키는 냉각유로를 갖는 2단 원심압축기에 관한 것이다.

일반적으로, 2단 원심압축기는 주로 대형 냉방 시스템에 적용되는 것이나, 산업기술이 발전함에 따라 이를 소형화하고 경량화시키기 위하여 노력을 기울이고 있는 실정이다.

이와 관련된 2단 원심압축기는 본원의 선출원(한국 특허출원 제96-45731호)에 개시되어 있는데, 이 선출원의 핵심적인 요지는 회전축 양단이 기계적 무마찰 회전을 위한 레이디얼 가스 베어링으로 지지되고, 상기 회전축의 칼라는 그 상/하면이 한쌍의 트러스트 가스 베어링으로 감싸져서 이부분에서 기계적 무마찰 회전과 회전축의 축받이가 유동되면서 회전될 수 있는 유동성 축받이 수단과 함께 설치되어 있다는 점이다.

상기 외통과 고정자켓 사이에 고정자를 냉각시키기 위한 별도의 냉각유로가 형성되고 고정자와 회전자의 사이에 기액분리기에서 분리된 가스냉매를 통과시키는 별도의 냉각유로가 형성되어 있으므로 전동부의 고속회전에 의하여 발생되는 고열을 냉각시키도록 구성되어 있다는 점이다.

상기 회전축이 무마찰 회전을 위한 레이디얼 및 드러스트 가스 베어링으로 지지되어 있어 임펠러의 고속회전이 가능하고 그 회전수에 따라 냉매유량을 자유롭게 증가시킬 수 있으므로 비체적이 크고 분자량이 200이상이며 생태학적으로 위해가 없는 저압냉매(RC-318, R-218, R-236fa, R-31-10등)를 사용할 수 있으며, 오존층 파괴에 따른 환경 피해문제를 적극적으로 배제할 수 있다는 점이다.

그러나, 이 선출원은 회전축의 칼라가 트러스트 가스 베어링과 함께 유동성 축받이에 의해 유동되면서 회전이 가능하므로 초기기동시 회전축의 진동을 흡수하여 정숙한 운전을 유도하나, 그 구성이 복잡하고 조립시 정밀도가 요구되므로 조립작업이 곤란하여 생산성이 취약하게 되는 문제점이 있다.

또, 이 선출원은 냉각사이클의 응축기와 기액분리기 사이의 냉매관에서 분기시켜 고정자 외측의 고정자켓으로 흐르는 냉각유로를 통해 기액분리기로 회수되도록별도의 냉매관을 연결하고, 상기 기액분리기에서 분리된 가스냉매만이 전동부의 공극사이로 흐르는 냉각유로를 통해 제2 압축부로 흐르도록 별도의 냉매관들을 연결 설치하여야 하므로 냉각사이클에 원심압축기를 설치하는 작업공정이 많아 번거롭고 설치시간이 과다하게 소요되는 문제점도 있었다.

본 발명의 목적은 제1,2 압축부에서 2단에 걸쳐 압축시킨 냉내를 외통 내부의 회전축과 전동부로 통과시켜 냉각시키므로 회전축이나 전동부의 접촉부에서 발생되는 고온의 열을 별도의 윤활수단없이 효과적으로 냉각시킬 수 있으며, 냉각사이클에서 분기되는 별도의 냉매관들이 요구되지 않으므로 원심압축기의 구성이 단순하고 무게가 가벼운 2단 원심압축기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 제1,2 압축부의 압축 케이싱에 베인 디퓨저를 형성시키고 제1 압축부는 압축 케이싱의 베인 디퓨저를 통해 외통의 내부로 가스냉매를 직접 압송하므로 압축부의 구성이 단순화되고 소형화되며, 한편으로 그 취급 및 관리가 용이한 2단 원심압축기를 제공하는데 있다.

상기의 목적들을 구현하기 위하여 본 발명의 2단 원심압축기는 외통 중간부의 내주면에 고정자켓이 고정되고 이 고정자켓의 내주면에 코일을 일정하게 배열시킨 고정자와, 이 고정자와 대향하는 위치의 회전축에 회전자 코어가 형성되고 상기 회전축의 양단부를 고속회전이 가능케 베어링부의 가스 다이나믹 베어링으로 지지된 회전자로 전동부가 구성되며, 이 전동부를 감싸는 외통의 양측단에 임펠러를 포함하는 제1,2 압축부가 구비되어진 2단 원심압축기에서 상기 제1 압축부에서 1차적으로 압축시킨 냉매를 외통의 내부공간으로 직접 압송하고 그 내부에 설치된 베어링부와 전동부를 통해 실링 하우징의 나팔형유로로 흡입된 냉매를 제2 압축부에서 2차적으로 압축시켜 토출시키는 냉매유로가 형성됨을 특징으로 한다.

상기 제1 압축부는 동심 하우징과 베어링 하우징의 끼워맞춤부를 따라 부분적으로 형성된 수개의 냉매유입구를 통해 외통내부와 연통되도록 압축 케이싱이 씌워지고 이 압축 케이싱은 중앙의 임펠러 외측에 베인 디퓨저가 형성되고 이 베인 디퓨저 외측에 상기 냉매유입구와 직접적으로 안내하는 케이싱 유로가 형성됨을 특징으로 한다.

상기 제2 압축부는 회전축이 관통되는 실링 하우징의 중앙에 나팔형유로를 갖도록 압축 케이싱이 씌워지며 이 압축 케이싱은 중앙의 임펠러 외측에 베인 디퓨저가 형성되고 이 베인 디퓨저의 외측에 제2 압축실이 형성됨을 특징으로 한다.

상기 하부측 베어링부의 베어링 하우징은 그 주면에서 중심부를 향하여 120°간격으로 형성된 스크류홀에 호형 조각편을 지지하는 세트스크류가 체결되며, 그 상단에 하측 가스 베어링 하면의 돌출부가 삽입되는 정도의 깊이로 베어링 설치홈이 형성되어 있고 그 상단으로부터 베어링 설치홈보다 깊게 베어링 하우징의 내.외측이 연통되도록 방사상으로 절결시킨 냉매유로가 형성됨을 특징으로 한다.

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

도 1은 본 발명에 따른 2단 원심압축기를 축방향에서 잘라본 단면도,

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

도 3은 본 발명의 상부측 베어링부를 발췌하여 나타낸 분해 사시도,

도 4는 본 발명의 하부측 베어링부를 발췌하여 나타낸 분해 사시도,

도 5는 도 1의 A-A선에 대한 단면도,

도 6은 도 1의 B-B선에 대한 단면도,

도 7은 본 발명의 2단 원심압축기에서 제2 압축 케이싱의 냉매토출구 부분을 절단하여 상부에서 바라본 상태의 단면도,

도 8은 본 발명의 2단 원심압축기를 적용시킨 냉방 사이클의 실시예도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 전동부 11: 회전자

12: 고정자 13: 외통

20a,20b: 상.하부측 베어링부 21a,21b: 상.하부측 베어링 하우징

22: 레이디얼 가스 베어링 23: 드러스트 가스 베어링

23a: 스페이서링 23b: 고정링

23c,23d: 상.하측 가스 베어링 23e: 스크류

24: 실링 하우징 30a,30b: 압축부

31a,31b: 임펠러 32a,32b: 압축 케이싱

121: 코일 122: 고정자켓

123: 평면부 112: 회전자 코어

111: 회전축 132: 동심 하우징

211: 스크류홀 212: 세트스크류

213: 베어링 설치홈 214: 냉각유로

215: 냉매유입구 221: 호형조각편

222: 반구홈 231: 축홀

232: 직선홈 233: 부채꼴홈

235: 가스 베어링 236: 단턱

237: 돌출부 238: 관통홀

239: 스크류홀 321,322: 디퓨저

323: 냉매흡입구 325: 케이싱 유로

326: 제2 압축실 327: 냉매토출구

도 1은 본 발명에 의한 2단 원심압축기를 나타내었다.

여기서는, 외통(13) 내부의 중간에 설치되어 회전력을 발생시키는 전동부(10)와, 상기 외통(13)의 양측단에서 전동부(10)의 회전자(11)을 고속회전이 가능하도록 가스 다이나믹 베어링들로 지지되는 상.하부측 베어링부(20a,20b)와, 상기 전동부(10)의 외통(13) 상/하단에 각각 설치되어 일측단에서 1차적으로 압축하고 이를 다시 2차적으로 압축하기 위한 제1,2 압축부(30a,30b)의 3부분으로 구성되어져 있다.

상기 전동부(10)는 회전축(111)의 상/하단에 제1,2 압축부(30a,30b)의 임펠러(31a,31b)들이 결합되어 있는 회전자(11)와, 이 회전자(11)를 전자계 작용으로 회전시키는 고정자(12)로 구성되어 있다.

상기 전동부(10)의 고정자(12)는 내측에 코일(121)이 권선된 고정자 코어(124)가 고정되어 있고 그 외측에 고정자켓(122)으로 감싼 상태에서 외통(13)내에 압입되어져 있고 상기 고정자켓(122)에는 도 2와같이 외통(13)의 내주면에 수개의 부분적인 호형 단면유로를 갖도록 평면부(123)가 형성되어져 있다. 상기 고정자켓(122)의 평면부(123)는 외통(13)의 내주면에 형성시켜도 무방하다.

상기 전동부(10)의 회전자(11)는 고정자(12)와 대향하는 위치의 회전축(111)에 회전자 코어(112)가 형성되어져 있고 이 회전축(111)의 하부에는 드러스트 가스 베어링(23)에 의해 지지되는 칼라(113)가 일체로 형성되어져 있다.

상기 외통(13)은 전동부(10)를 전체적으로 감싸면서 제1,2 압축부(30a,30b)측으로 개방된 원통형으로 형성되어 있고 그 양단에는 전동부(10)의 고정자(12)와 동심을 이루도록 동심 하우징(131)이 일체화되어 있다.

상기 상.하부축 베어링부(20a,20b)는 상기 회전축(111)의 양단이 외통(13) 양단의 동심 하우징(132)과 결합되는 상.하부측 베어링 하우징(21a,21b) 내측의 레이디얼 가스 베어링(22)에 의해 회전가능케 지지되어져 있고, 상기 베어링부중 하부측 베어링부(20b)에는 회전축(111)의 칼라(113)를 회전가능케 감싸는 드러스트 가스 베어링(23)이 수개의 스크류(23e)로 취부되어져 있다. 상기 레이디얼 가스 베어링(22)과 드러스트 가스 베어링(23)은 회전축(111)의 회전시 기계적인 무마찰 회전을 위하여 구비되어져 있다.

한편, 상기 회전축(111)의 상단을 지지하는 상부측 베어링부(20a)에 대하여 도 3과 같이 구체적으로 나타내었다.

상기 상부측 베어링 하우징(21a)은 외통(13) 양단의 동심 하우징(132)에 전동부(10)의 고정자(12)와 동심을 이루도록 스크류(25a)로 고정되어 있고, 상기 상부측 베어링 하우징(21a)과 동심 하우징(131) 사이에는 제1 압축부(30a)에서 압축된 냉매가 외통(13)의 내부공간으로 공급되는 다수의 냉매유입구(215)가 형성되어 있으며, 상기 상부측 베어링 하우징(21a)의 내측에는 제1 압축부(30a)와의 경계를 이루는 실링 하우징(24)이 복수의 스크류(25b)에 의해 고정되어져 있다.

레이디얼 가스 베어링(22)은 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 레이디얼 가스 베어링(22)은 회전축(111)을 감싸도록 배열된 호형조각편(221)들의 반구홈(222)으로 베어링 하우징(21)의 스크류홀(211)에 체결되어진 세트스크류(212) 선단이 각각 끼워져 있다.

한편, 상기 회전축(111)의 하단을 지지하는 하부측 베어링부(21b)와, 회전축(111)의 칼라(113)를 지지하는 트러스트 가스 베어링(23)에 대하여 도 4와 같이 구체적으로 나타내었다.

하부측 베어링부(20b)의 베어링 하우징(21b)은 그 주면에서 중심부를 향하여 120°간격으로 형성되어진 스크류홀(211)에 호형 조각편(221)을 지지하는 세트스크류(212)가 체결되어 있으며, 그 상단에 하측 가스 베어링(23d) 하면의 돌출부(237)가 삽입되는 정도의 깊이로 베어링 설치홈(213)이 형성되어져 있고 그 상단으로부터 베어링 설치홈(213)보다 깊게 하부측 베어링 하우징(21b)의 내.외측이 연통되도록 방사상으로 절결시킨 냉매유로(214)가 형성되어져 있다.

하부측 베어링부(20b)의 베어링 하우징(21b)은 그 주면에서 중심부를 향하여 120°간격으로 스크류홀(211)이 형성되어 있고 이 스크류홀(211)에는 레이디얼 가스 베어링(22)의 호형 조각편(221)들을 지지하는 세트스크류(212)가 체결되어 있으며, 또 베어링 하우징(21b)은 상기 동심 하우징(132)과의 사이가 긴밀하게 밀착되도록 수개의 스크류(25a)로 고정되어 있다.

상기 하부측 베어링 하우징(21b)의 내측에는 제2 압축부(30b)와의 경계를 이루는 실링 하우징(24b)이 복수의 스크류(25b)에 의해 고정되어져 있고 그 중앙에는 임펠러(31a)의 중앙을 향하여 입구가 넓은 나팔형유로(241)가 형성되어져 있다.

상기 트러스트 가스 베어링(23)은 하부측 베어링 하우징(21b)의 상단에 회전축(111)의 칼라(113) 외측에 씌워지는 스페이서링(23a)과 이 스페이서링(23a)의 상.하면에 설치되는 상/하측 가스 베어링(23c,23d) 및 상기 구성부품들을 스크류(23e)로 취부하기 위한 고정링(23b)으로 구성되어져 있다.

상기 상/하측 가스 베어링(23c,23d)은 스페이서링(23a)의 상/하면에서 한쌍을 이루도록 배치되어 있으며, 상기 칼라(113)와 접촉되는 면에 중앙의 축홀(231)을 중심으로하여 방사상으로 다수의 직선홈(232)들이 형성되어져 있고 이 직선홈(232)에는 회전축(111)의 회전방향으로 기체막을 형성할 수 있도록 얇고 넓은 부채꼴홈(233)이 제각기 형성되어져 있다.

상기 상측 가스 베어링(23c)은 조립성을 고려하여 2조각으로된 반원형의 가스 베어링(235)로 분할되어 있고, 이 가스 베어링(235)들은 그 반원의 주연부분에 스페이서링(23a)의 내경보다 큰 직경으로 단턱(236)이 제각기 형성되어져 있으며, 상기 하측 가스 베어링(23d)은 그 하면에 하부측 베어링 하우징(21b)의 베어링 설치홈(213)으로 끼워지는 돌출부(237)가 형성되어 있다.

상기 하측 가스 베어링(23d)와 스페이서링(23a) 및 고정링(23b)의 주연부에는 회전축(111)의 칼라(113)를 스크류(23e)로 체결할 수 있도록 다수의 관통홀(238)이 동일한 반경위에 등간격으로 천공되어 있고, 상기 하부측 베어링 하우징(21b)의 외주연부에는 상기 하측 가스 베어링(23d) 및 고정링(23b)의 관통홀(238)과 상응하여 결합되는 스크류홀(239)이 형성되어져 있다.

이러한 구성으로된 드러스트 가스 베어링(23)의 조립과정을 참고적으로 설명하면, 먼저 하부측 베어링 하우징(21b)의 베어링 설치홈(213)에 돌출부(237)가 끼워지도록 하측 가스 베어링(23d)을 올려놓고 회전축(111)의 칼라(113) 저면이 하측 가스 베어링(23d) 상면과 접촉되도록 그 중앙의 축홀(231)로 회전축(111)을 관통시킨다. 이러한 상태에서 회전축(111)의 칼라(113) 외측에 스페이서링(23a)을 끼우고 이 스페이서링(23a)과 칼라(113)의 상면에 상측 가스 베어링(23c)을 고정링(23b)과 함께 올려놓고, 이 고정링(23b)의 상부로부터 복수의 스크류(23e)를 체결시켜 조립을 완료한다.

상기 제1,2 압축부(30a,30b)는 상.하부측 베어링 하우징(21a,21b)과 그 외측단에 외통(13)의 양단을 실링 하우징(24)으로 밀폐시킨 그 외측에 설치되어 있으며, 상기 상.하부측 실링 하우징(24a,24b)과 압축 케이싱(32a,32b) 사이에는 실링 하우징(42a,24b)을 관통한 전동부(10)의 회전축(111)의 양단에 다수의 날개를 갖는 임펠러(31a,31b)가 취부되어 있고 상기 임펠러(31a,31b)외측의 압축 케이싱(31a,31b) 외주연부에는 베인 디퓨져(321,322)가 형성되어져 있다.

상기 제1 압축부(30a)의 압축 케이싱(32a)은 중앙에 임펠러(31a)의 회전으로 인해 발생되는 흡입력에 의해 흡입되는 냉매흡입구(323)가 형성되어 있고 상기 베인 디퓨저(321) 외측에는 제1 압축부(30a)의 임펠러(31a)에 의해 압축된 냉매가 통과되도록 상기 상부측 베어링 하우징(21a)과 동심 하우징(132) 사이의 냉매유입구(215)와 직접적으로 연통되는 케이싱 유로(325)가 형성되어 있다.

상기 제1 압축부(30a)의 임펠러(31a)는 압축 케이싱(32a)의 냉매흡입구(323)를 통하여 흡입할 수 있도록 그 날개들이 압축 케이싱(32a)측과 대향하여 설치되어 있고, 제2 압축부(30b)의 임펠러(31b)는 외통(13) 내부의 냉매를 실링 하우징(24b)의 나팔형유로(241)로부터 흡입할 수 있도록 그 날개들이 실링 하우징(24b)측과 대향하여 설치되어 있다.

상기 제2 압축부(30b)의 압축 케이싱(32b)은 베인 디퓨저(322) 외측에 제2 압축실(326)이 형성되어 있고 상기 압축 케이싱(32b)의 일측에는 냉각사이클을 이루는 응축기(2)의 입구와 연결되는 냉매토출구(327)가 형성되어져 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 2단 원심압축기는 전동부(10)의 고정자(12)에 권선된 코일(121)로 전원이 인가되면 코일(121)의 배열에 따라 순차적으로 발생되는 자계가 회전자(11)의 회전축(111)을 회전시킨다. 이때, 상기 회전축(111)이 회전되면서 그 양단은 상.하부측 베어링 하우징(21a,21b)의 내부에서 레이디얼 가스 베어링(22)을 이루는 호형 조각편(221)들이 제각기 하나의 세트스크류(212)에 의해 편심상태로 지지되어 있기 때문에 회전축(111)과 함께 요동한다.

따라서 상기 호형 조각편(221)들이 요동될 때 회전축(111)의 주면과 호형 조각편(221)의 내주면 사이에는 전동부(10)의 내부로 흐르는 가스냉매가 빨려 들어가 기체막을 형성한다.

이러한 상태에서 회전축(111)이 일정한 회전수에 도달되면 호형 조각편(221)들은 정적인 상태로 유지되게 되므로 회전축(111)은 호형 조각편(221)들의 정중앙에서 뜬 상태로 마찰없이 회전되는 것이다.

이와 동시에 도 4와 같이 나타낸 하부측 베어링 하우징(21b)의 드러스트 가스 베어링(23)은 하측 가스 베어링(23d)의 상단면에 칼라(113)의 하단면이 맞닿은 상태로 있다가 상기 칼라(113)가 회전되면 전동부(10)의 내부로 흐르는 가스냉매가 베어링 설치홈(213) 외측의 냉매유로(214)들과 하측 가스 베어링(23d)의 직선홈(232)들을 통해 부채꼴홈(233)으로 빨려 들어가 기체막이 형성되게 된다. 따라서 회전축(111)의 칼라(113)는 상/하측 가스 베어링(23c,23d) 사이의 중앙에서 뜬 상태로 마찰없이 회전되는 것이다.

따라서, 2단 원심압축기의 회전축(111)은 제1 압축부(30a)에서 1차 압축된 가스냉매의 압력과 제2 압축부(30b)에서 2차 압축된 가스냉매의 압력차로 인하여 도면 도 1에서 하부측으로 쏠리거나, 상기 전동부(10)의 초기구동시 회전축(111)이 일측으로 쏠리게 되는 등의 현상으로 야기되는 회전축(111)의 진동이 방지될수 있는 것이다.

또, 상기와 같은 레이디얼 및 드러스트 가스 베어링(22,23)로 인하여 2단 원심압축기(1)의 회전축(111) 부위에 기계적 장애가 발생하지 않아 기기의 동작적 신뢰성을 갖을수 있고, 저속에서 초고속 회전(3500∼60000rpm)에 이르기까지 무리없는 동작을 기대할수 있는 것이다.

한편, 이와같이 회전자(11)의 회전축(111)이 고속으로 회전되면서 전동부(10)에서 열이 발생하는데, 이러한 열은 외통(13) 상단의 동심 하우징(131)과 상부측 베어링 하우징(21a) 사이에 형성된 냉매유입구(215)로부터 인입된 건조가스냉매가 전동부(10)의 고정자(12)와 회전자(11)의 회전자코어(112) 사이에 형성된 공극과, 고정자(12)를 감싼 고정자켓(122) 외측의 평면부(123)로 인해 형성된 외통(13)의 내주면에 형성된 부분적인 호형 단면유로를 통과하는 동안 고정자(12)의 코일(121)에서 발생되는 열을 빼앗아 가므로 고정자(12)를 냉각시킨다.

상기 외통(13)의 내부에 흐르는 건조가스냉매 대부분이 하부측 베어링 하우징(21b)의 냉매유로(214)를 통해 유입된 후 레이디얼 가스 베어링(22)과 실링 베어링(24b)의 나팔형유로(241)로 공급되고, 건조가스냉매중 일부는 회전축(111)의 칼라(113) 상하부에서 상.하측 가스 베어링(23c,23d)의 직선홈(232)과 부채꼴홈(233)으로 흡입되므로 하부측 베어링부(20b)에서 발생되는 열을 빼앗아간다.

전동부(10) 상부에 설치된 상부측 베어링 하우징(21a) 내측의 레이디얼 가스 베어링(22)에도 건조가스냉매가 공급되므로 상부측 베어링부(20a)에서 발생되는 열 또한 빼앗아간다.

이와같이 동심 하우징(131)과 베어링 하우징(21a,21b) 사이의 냉매유입구(215)로부터 외통(13)의 내부공간에 설치된 상.하측 베어링부(20a,20b)와 전동부(10)를 통해 제2 압축부(30b)측으로 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(111)과 함께 그 양단의 임펠러(31a,31b)가 고속으로 회전되는 것이고, 이들중 임펠러(31a)의 회전으로 인한 흡인력에 의해 상부측 압축 케이싱(32a)의 냉매흡입구(323)으로 유입된 가스냉매는 임펠러(31a)와 압축 케이싱(32a)의 디퓨저(321)를 통해 제1 압축부(30a)에서 1차적으로 압축되게 된다.

상기 제1 압축부(30a)에서 압축된 가스냉매는 압축 케이싱(32a)의 케이싱 유로(325)를 따라 동심 하우징(131) 및 베어링 하우징(21a) 사이의 냉매유입구(215)를 통해 외통(13)의 내부공간으로 토출되고 이 외통(13)의 내부공간으로 토출된 냉매가스는 다시 2단 압축을 위한 하부측 제2 압축부(30b)의 임펠러(31b) 또한 회전축(111)과 함께 회전됨에 따라 발생되는 흡인력로 인해 실링 하우징(24b)의 나팔형유로(241)로부터 유입된후 제2 압축부(30b)의 임펠러(31b)와 압축케이싱(32b)의 디퓨저(322)를 통해 2차적으로 압축된다. 이렇게 제2 압축부(30b)에서 압축된 가스냉매는 압축케이싱(32b)의 제2 압축실(326)과 냉매토출구(327)를 거쳐 응축기(2)측으로 공급되게 된다.

한편, 도 8은 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 압축부(30b)→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 압축부(30a)를 통해 순환된다.

상기 전동부(10)에는 증발기(4)를 통과한 공기온도를 증발기(4) 주위의 센서(7)에 의하여 검출하고 이 센서(7)에 의해 검출된 것을 입력신호로하여 전동부(10)를 주파수 제어기(8)가 제어한다.

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)의 제1 압축부(30a)측으로 흡입되고, 2단 원심압축기(1)의 제1 압축부(30a)에서 1차적으로 압축된 가스냉매는 압축 케이싱(32a)의 케이싱 유로(325)로부터 동심 하우징(131)과 베어링 하우징(21a) 사이의 냉매유입구(215)를 통해 외통(13)의 내부공간으로 이송되는 것이다.

상기 외통(13)의 내부공간으로 압축 이송된 가스냉매는 상부측 베어링부(20a)와 전동부(10)를 냉각시키면서 하부로 이송되고, 하부측 베어링 하우징(21b)의 냉매유로(214)와 실링 하우징(24b)의 나팔형유로(241)를 통과하는 동안에 전동부(10)와 베어링부(20a,20b)에서 발생되는 열을 흡수하여 냉각시키면서 압축 케이싱(32b)의 냉매토출구(327)를 통해 응축기(2)의 입구로 향한다.

다시 말해서, 상기 외통(13)의 내부공간에 설치되어진 고정자(12)와 회전자코어(112) 부분을 냉각시킴과 동시에 회전축(111) 상/하단의 레이디얼 및 드러스트 가스 베어링(22,23)으로 공급되어 기계적인 접촉부를 냉각시킨다.

상기 응축기(2)에서는 냉각공기에 의하여 가스냉매를 액냉매로 응축시키고, 이와같이 응축된 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.

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 적용시킨 냉방 사이클에는 증발기(4)측의 센서(7)에 따라 주파수 제어기(8)가 전동부(10)를 제어하기 때문에 회전축(111)의 회전수를 무단으로 제어할 수 있음은 물론 냉방능력을 무단으로 조절할 수 있는 것이다. 상기 주파수 제어기(8)는 드러스트 가스 베어링(23)에 의해 회전가능케 지지된 회전축(111)의 칼라(113)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 전동부를 이루는 고정자와 회전자 사이에 형성된 공극과, 외통의 내주면과 고정자켓의 평면부 사이에 형성된 부분적인 호형 단면유로를 통해 냉방사이클의 모든 냉매가 통과되므로 전동부 및 회전축의 기계적인 마찰부의 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 제1,2 압축부의 압축 케이싱에 베인 디퓨저를 형성시키고 제1 압축부는 압축 케이싱의 베인 디퓨저를 통해 외통의 내부로 가스냉매를 직접 압송하므로 압축부의 구성이 단순화되고 소형화되며, 한편으로 그 취급 및 관리가 용이한 잇점이 있는 것이다.

Claims (8)

1. 외통(13) 중간부의 내주면에 고정자켓(122)이 고정되고 이 고정자켓(122)의 내주면에 코일(121)을 일정하게 배열시킨 고정자(12)와, 이 고정자(12)와 대향하는 위치의 회전축(111)에 회전자 코어(112)가 형성되고 상기 회전축(111)의 양단부를 고속회전이 가능케 상.하부측 베어링부(20a,20b)의 가스 다이나믹 베어링으로 지지된 회전자(11)로 전동부(10)가 구성되며, 이 전동부(10)를 감싸는 외통(13)의 양측단에 제각기 임펠러(31a,31b)를 포함하는 제1,2 압축부(30a,30b)가 구비되어진 2단 원심압축기에서 상기 제1 압축부(30a)에서 1차적으로 압축시킨 냉매를 외통(13)의 내부공간으로 직접 압송하고 그 내부에 설치된 베어링부(20a,20b)와 전동부(10)를 통해 실링 하우징(24b)의 나팔형유로(241)로 흡입된 냉매를 제2 압축부(30b)에서 2차적으로 압축시켜 토출시키는 냉매유로가 형성됨을 특징으로 하는 2단 원심압축기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제1 압축부(30a)는 동심 하우징(132)과 베어링 하우징(21a)의 끼워맞춤부를 따라 부분적으로 형성된 수개의 냉매유입구(215)를 통해 외통(13) 내부와 연통되도록 압축 케이싱(32a)이 씌워지고 이 압축 케이싱(32a)은 중앙의 임펠러(31a) 외측에 베인 디퓨저(321)가 형성되고 이 베인 디퓨저(321) 외측에 상기 냉매유입구(215)와 직접적으로 안내하는 케이싱 유로(325)가 형성됨을 특징으로 하는 2단 원심압축기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 제2 압축부(30b)는 회전축(111)이 관통되는 실링 하우징(24b)의 중앙에 나팔형유로(241)를 갖도록 압축 케이싱(32b)이 씌워지며 이 압축 케이싱(32b)은 중앙의 임펠러(31b) 외측에 베인 디퓨저(322)가 형성되고 이 베인 디퓨저(322)의 외측에 제2 압축실(326)이 형성됨을 특징으로 하는 2단 원심압축기.
4. 제 1항에 있어서, 상기 하부측 베어링부(20b)의 하부측 베어링 하우징(21b)은 그 주면에서 중심부를 향하여 120°간격으로 형성된 스크류홀(211)에 호형 조각편(221)을 지지하는 세트스크류(212)가 체결되며, 그 상단에 하측 가스 베어링(23d) 하면의 돌출부(237)가 삽입되는 정도의 깊이로 베어링 설치홈(213)이 형성되어 있고 그 상단으로부터 베어링 설치홈(213)보다 깊게 베어링 하우징(21b)의 내.외측이 연통되도록 방사상으로 절결시킨 냉매유로(214)가 형성됨을 특징으로 하는 2단 원심압축기.
5. 제 1항에 있어서, 상기 고정자켓(122)은 외통(13) 내주면에 압입고정되어 고정자켓(122)의 외주면을 따라 부분적인 호형 단면유로를 갖도록 수개의 평면부(123)가 형성됨을 특징으로 하는 2단 원심압축기.
6. 제 1항에 있어서, 상기 트러스트 가스 베어링(23)은 회전축(111)의 칼라(113) 외측에 씌워지는 스페이서링(23a)과 이 스페이서링(23a)의 상.하면에 설치되는 상/하측 가스 베어링(23c,23d) 및 상기 구성부품들을 하부측 베어링 하우징(21b)에 스크류(23e)로 취부하기 위한 고정링(23b)으로 구성되고 하부측 베어링 하우징(21a)의 상단에 회전축(111)의 칼라(113) 상하면을 감싸 지지하도록 수개의 스크류(23e)로 체결됨을 특징으로 하는 2단 원심압축기.
7. 제 6항에 있어서, 상기 상측 가스 베어링(23c)은 조립성을 고려하여 2조각으로된 반원형의 가스 베어링(235)로 분할되고 이 가스 베어링(235)들은 그 반원의 주연부분에 스페이서링(23a)의 내경보다 큰 직경으로 단턱(238)이 제각기 형성되며, 상기 하측 가스 베어링(23d)은 하면에 하부측 베어링 하우징(21b)의 베어링 설치홈(213)으로 끼워지는 돌출부(237)가 형성됨을 특징으로 하는 2단 원심압축기.
8. 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 형성됨을 특징으로 하는 2단 원심압축기.