KR19990058917A - 터보압축기의 모터냉각구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보압축기의 모터냉각구조에 관한 것으로, 선출원에서는 모터실로 유입되는 냉매의 대부분이 모터의 외곽판과 접촉되면서 유출통공을 통해 곧바로 제1 가스유로로 유출되는 것으로, 이는 냉매가 회전자의 운동시 유로저항을 최소화하는 효과는 있으나, 모터를 냉각시키기에는 충분하지 못하여 모터가 과열될 우려가 있었던 바, 본 발명에서는 엑시얼타입의 비엘디시모터가 장착되어 흡입가스를 2단으로 원심 압축하도록 구성되는 터보압축기에 있어서, 상기 모터의 회전자중에서 양쪽 외곽판의 바깥면에 유동발생용 날개핀이 수개 형성함으로써, 모터실로 유입되는 냉매가 상기 유동발생용 날개핀에 의해 활발하게 유동하게 되고, 이러한 냉매의 유동현상에 의해 대류열전달이 발생되는 것은 물론, 상기 유동발생용 날개핀의 표면적만큼 냉매와 모터간의 접촉면적이 넓어지게 되어 열전도도 향상되는 효과가 있다.

Description

터보압축기의 모터냉각구조

본 발명은 임펠러의 회전시 발생되는 원심력을 이용하여 냉매를 흡입 압축하는 터보압축기에 관한 것으로, 특히 모터실로 유입되는 냉매의 유동을 활발하게 하여 모터의 냉각효율을 향상시키고자 하는 터보압축기의 모터냉각구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 날개차나 로터의 회전운동 또는 피스톤의 왕복운동으로 공기나 냉매가스등의 기체를 압축하는 기계로서, 날개차나 로터 및 피스톤을 구동시키기 위한 동력발생부 및 그 동력발생부에서 전달된 구동력에 의해 기체를 흡입하여 압축하는 압축기구부로 구성된다.

이러한, 압축기는 동력발생부와 압축기구부의 배치형태에 따라 밀폐형 또는 분리형으로 구분되는데, 그 중에서 밀폐형은 소정의 밀폐용기 내에 동력발생부 및 압축기구부가 함께 설치되는 형태이고, 분리형은 밀폐용기의 외부에 동력발생부가 설치되어 그 동력발생부에서 발생되는 구동력이 밀폐용기 내의 압축기구부로 전달되는 형태이다.

상기 밀폐형 압축기는 기체를 압축하는 구조에 따라 회전식, 왕복동식, 리니어 그리고 스크롤 압축기 등이 있는데, 최근들어서는 모터의 구동력으로 임펠러를 회전시키고, 그 임펠러의 회전시 발생되는 원심력을 이용하여 기체를 흡입, 압축시키는 터보압축기(혹은, 원심압축기)가 새롭게 소개되고 있다.

도 1은 본 출원인이 특허출원 97-64568호로 출원한 바 있는 2단 압축식 터보압축기의 구성을 개략적으로 보인 종단면도로서 이에 도시된 바와 같이, 선출원의 2단 압축식 터보압축기는 통상 어큐뮬레이터(미도시)와 연통되는 제1 압축실(11) 및 통상응축기(미도시)와 연통되는 제2 압축실(12)이 밀폐용기(10)의 양측에 각각 형성되고, 그 밀폐 용기(10)의 내측 중앙에는 원판형인 엑시얼타입의 비엘디시모터(Brushless DC MOTOR)(20)가 장착되는 모터실(13)이 형성되며, 상기 제1, 제2 압축실(11, 12) 및 모터실(13)은 가스유로(14, 15)에 의해 서로 연통되고, 상기 모터(20)에 결합되어 회전하는 구동축(30)의 양단은 각각 제1, 제2 압축실(11, 12)에 삽입되어 그 단부에는 각각 제1, 제2 압축실(11, 12)에서 회전하면서 흡입되는 가스를 2단으로 압축하기 위한 제1, 제2 임펠러(40, 50)가 결합되어 있다.

또한, 상기 구동축(30)의 양측, 즉 모터(20)의 양측에는 그 구동축(30)의 수직방향을 지지하기 위한 레이디얼 베어링(60)이 결합되어 있고, 그 레이디얼 베어링(60)의 일측 외곽에는 구동축(30)의 축방향을 지지하기 위한 스러스트 베어링(70)이 결합되어 있다.

상기 밀폐용기(10)의 내부에는 제1 압축실(11)과 모터실(13)을 연통시키는 제1 가스유로(14)가 형성되어 있고, 상기 제1 압축실(11)은 제2 가스유로(15)에 의해 제2압축실(12)과 연통되어 있다.

상기 제1, 제2 압축실(11, 12)은 각 가스유로(14, 15)와 각각 연통되어 흡입냉매를 유도하는 제1, 제2 인듀서(미부호)와, 그 각 인듀서를 통해 제1, 제2 임펠러(40, 50)에서 각각 가속되는 냉매의 운동에너지를 정압으로 변환시켜주는 제1, 제2 디퓨져(11a, 12a) 및 제1, 제2 볼류트(11b, 12b)로 이루어져 있다.

상기 비엘디시모터(20)는 고정자(21)와 회전자(22)가 모두 원판형으로 형성되는 것으로, 그 중에서 고정자(21)는 밀폐용기(10)의 모터실(13) 내주면에 일체되는 반면, 상기 회전자(22)는 구동축(30)의 외주면에 열박음 또는 냉박음 등으로 고정자(21)와 서로 교번되게 압입되어 있다.

상기 제1, 제2 임펠러(40, 50)는 가스가 유입되는 내측 직경이 가스가 압축되어 나가는 외측 직경보다 작게 형성되어 구동축(30)을 기준으로 보면 역원뿔형으로 고정되어 있다.

또한, 상기 밀폐용기(10)의 중앙부 일측에는 통상적인 냉매사이클장치의 증발기(미도시) 또는 어큐뮬레이터(미도시)로부터 연장되는 냉매흡입관(P1, P2)이 밀폐용기(10) 및 모터실(13)을 차례대로 관통 삽입되어 있고, 그 냉매흡입관(P1, P2)의 단부와 대향되는 모터실(13)의 타측벽에는 모터실(13)로 유입되었던 냉매를 제1 가스유로(14)로 배출시키는 유출통공(13a, 13b, 13c)이 형성되어 있다.

상기 냉매흡입관(P1, P2)은 냉매가스에 의한 모터(20)의 유동저항을 최소한으로 줄이도록 모터(20)의 양쪽 외곽측에 삽입되어 있고, 상기 유출통공(13a, 13b, 13c) 역시 냉매가스가 원활하게 모터실(13)로부터 배출되도록 모터(20)의 양쪽 외곽측에 형성되어 있다.

도면중 미설명 부호인 16은 토출구이다.

상기와 같이 구성된 선출원의 2단 압축식 터보압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 인가된 전원에 의해 모터부(20)에 유도자기가 발생되면, 그 유도자기에 의해 구동축(30)이 고속으로 회전을 개시하게 되어 그 구동축(30)의 양단에 고정된 제1, 제2 임펠러(40, 50)가 회전을 하게 되고, 그 각 임펠러(40, 50)의 회전에 의해 냉매가스가 순차적으로 각 압축실(11, 12)로 흡입되었다가 각 임펠러(40, 50)의 원심력에 의해 스크류형태로 뿌려져 각 디퓨져(11a, 12a)를 거쳐 각 볼류트(11b, 12b)로 유입되는데, 각 디퓨져(11a, 12a)를 거쳐 각 볼류트(11b, 12b)로 유입되는 과정에서 냉매가스는 압력수두의 상승으로 압축가스로 변환되어 토출구(10b)를 통해 응축기(미도시)로 토출되는 것이었다.

여기서, 상기 냉동사이클장치의 증발기(미도시) 또는 어큐뮬레이터(미도시)로부터 냉매는 각 냉매흡입관(P1, P2)을 통해 밀폐용기(10)의 모터실(13)로 유입되고, 그 유입된 냉매는 모터(20)를 냉각한 다음 다시 각 유출통공(13a, 13b, 13c)을 통해 제1가스유로(14)로 유출되며, 그 제1가스유로(14)로 유입된 냉매가스는 제1 임펠러(40)에 의해 제1 압축실(11)로 흩뿌려지면서 가(假)압축되고, 그 가압축된 냉매가스는 다시 제2 가스유로(15)를 통해 제2 임펠러(50)로 흡입되어 제2 압축실(12)에서 2단으로 완전 압축되어 냉동사이클장치(정확하게는, 응축기)로 토출되었다.

이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 각 냉매흡입관(P1, P2)을 통해 모터(20)의 양측으로 유입되는 냉매의 대부분은 원판헝 모터(20)의 양측 외곽판과 접촉되면서 열교환된 후에, 그 모터(20)의 양측에 형성된 유출통공(13a, 13b)을 통해 제1 가스유로(14)로 흘러나가게 되고, 나머지 소량의 냉매가스는 고정자(21) 및 회전자(22) 사이의 각 공극을 순회한 다음에 중앙의 유출통공(13c)을 통해 제1 가스유로(14)로 흘러나가 제1 압축실(11)에서 압축이 이루어지는 것이었다.

이렇게 하여, 모터실(13)로 유입되는 냉매가 엑시얼타입인 비엘디시모터(20)의 각 공극사이를 통과하지 아니하고, 대부분이 외곽판만을 접촉한 후에 곧바로 제1 가스유로(14)로 유출되므로, 냉매에 의한 유로저항이 최소화되게 되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 선출원의 터보압축기에 있어서는, 모터실(13)로 유입되는 냉매의 대부분이 모터(20)의 외곽판과 접촉되면서 유출통공(13a, 13b)을 통해 곧바로제1 가스유로(14)로 유출되는 것으로, 이는 냉매가 회전자(22)의 운동시 유로저항을 최소화하는 효과는 있으나, 상기 모터실(13)내의 가스유동이 주로 열전달율이 상대적으로 낮은 층류가 되므로 모터(20)가 과열될 우려가 있었다.

따라서, 본 발명은 선출원된 터보압축기의 모터냉각구조가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 모터실로 유입되는 냉매가 회전자의 운동에 대해 유로저항을 최소한으로 발생시킴과 더불어 모터를 충분히 냉각시킬 수 있는 터보압축기의 모터냉각구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 선출원된 터보압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2는 선출원된 터보압축기에 있어서, 모터실을 확대하여 보인 종단면도.

도 3은 본 발명에 의한 터보압축기에 있어서, 모터실을 확대하여 보인 종단면도.

도 4는 본 발명에 의한 터보압축기에 있어서, 회전자의 외곽판을 보인 정면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 엑시얼타입의 비엘디시모터 110 : 고정자

120 : 회전자 120a : 유동발생용 날개핀

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 구동모터가 장착되어 흡입가스를 2단으로 원심 압축하도록 구성되는 터보압축기에 있어서, 상기 모터의 회전자중에서 양쪽 외곽판의 바깥면에 유동발생용 날개핀이 수개 형성되는 것을 특징으로 하는 터보압축기의 모터냉각구조가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 터보압축기의 모터냉각구조를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 냉동사이클장치로부터 모터실로 직접 유도되는 냉매가 그 모터실의 내부에서 활발하게 유동되도록 하여 모터를 원활하게 냉각시키도록 하기 위한 것으로, 이러한 터보압축기의 일례가 도 3에 도시되어 있다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 모터냉각구조가 구비된 터보압축기는, 통상 어큐뮬레이터(미도시) 또는 증발기(미도시)로부터 연장되는 냉매흡입관(P1, P2)이 밀폐용기(10)의 일측에 각각 연통되고, 그 밀폐용기(10)내의 양측에는 제1, 제2 압축실(11, 12)이 서로 연통되도록 형성되는 반면 중앙에는 고정자(110)와 회전자(120)가 모두 원판형인 엑시얼 타입의 비엘디시모터(100)가 장착되기 위한 모터실(13)이 형성되며, 상기 모터(100)의 회전자(120) 중앙에는 구동축(30)이 압입되고, 그 구동축(30)의 양단에는 상기 제1, 제2 압축실(11, 12)에 삽입되어 냉매의 운동에너지를 증가시키는 제1, 제2 임펠러(40, 50)가 고정되며, 상기 모터실(13)의 내부에는 구동축(30)의 반경방향 및 축방향을 지지하기 위한 레이디얼 베어링(60) 및 스러스트 베어링(70)이 설치된다.

상기 모터실(13)은 제1 가스유로(14)에 의해 제1 압축실(11)과 연통되고, 그 제1압축실(11)은 제2 가스유로(15)에 의해 제2 압축실(12)과 연통되며, 그 제2 압축실(12)은 통상적인 냉동사이클장치로 연통되는 토출구(16)가 형성된다.

또한, 상기 모터실(13)의 일측에는 모터(100)의 양쪽 흡곽측으로 냉매흡입관(P1, P2)이 삽입되고, 그 냉매흡입관(P1, P2)에 대향되는 모터실(13)의 타측에는 제1가스유로(14)와 연통되는 유출통공(13a, 13b, 13c)이 형성된다.

여기서, 상기 모터실(13)의 내부로 유입되는 냉매가 그 모터실(13)내에 장착되는 엑시얼타입의 비엘디시모터(100)를 원활하게 냉각시키도록 하기 위하여 도 4에 도시된 바와 같이, 그 모터(100)의 회전자(120)중에서 양측 외곽판의 바깥면에 유동발생용 날개핀(120a)이 수개 형성되는데, 그 유동발생용 날개핀(120a)은 회전자(120)의 회전방향으로 소정의 곡률을 갖도록 만곡져 형성되는 것이 바람직하다.

도면중 선출원에서와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명에 의한 모터냉각구조가 구비된 터보압축기의 일반적인 동작은 선출원에서와 동일하다.

즉, 인가된 전원에 의해 구동축(30) 및 각 임펠러(40, 50)가 회전하게 됨과 함께 냉동사이클장치의 증발기(미도시) 또는 어큐뮬레이터(미도시)로부터 냉매가 냉매흡입관(P1, P2)을 통해 모터실(13)의 내부로 유입되고, 그 유입된 냉매는 모터(100)를 냉각한 다음 다시 유출통공(13a, 13b, 13c)을 통해 제1 가스유로(14)로 유출되며, 그 제1 가스유로(14)로 유입된 냉매가스는 제1 임펠러(40)에 의해 제1 압축실(11)로 흩뿌려지면서 가(假)압축되고, 그 가압축된 냉매가스는 다시 제2 가스유로(15)를 통해 제2 임펠러(50)로 흡입되어 제2 압축실(12)에서 2단으로 완전 압축되어 냉동사이클장치(정확하게는, 응축기)로 토출된다.

여기서, 상기 냉동사이클장치의 증발기(미도시) 또는 어큐뮬레이터(미도시)로부터 분출되는 냉매는 냉매흡입관(P1, P2)을 통해 모터실(13)의 양측으로 직접 유입되고, 그 모터실(13)로 유입되는 냉매의 대부분은 모터(100)의 회전자(120) 앙측판(121, 122)과 접촉되면서 열교환된 후에 유출통공(13a, 13b, 13c)을 통해 제1 가스유로(14)로 흘러나가게 되며, 나머지의 소량은 모터(100)의 각 공극을 통해 모터실(13) 내부를 순회한 다음에 제1 가스유로(14)로 흘러나가 제1 압측실(11)에서 압측이 이루어지게 된다.

이때, 상기 회전자(120)의 양측 외곽판 바깥면에는 수개의 유동발생용 날개핀(120a)이 각각 회전자(120)의 회전방향으로 만곡져 형성되어 있으므로 도 3에서와 같이, 상기 구동축(30)의 고속회전시 모터실(13)로 유입되는 냉매의 유동이 모터(100)의 양측에서 활성화되는데, 통상 고체와 유체간에는 열전도는 물론, 유체의 운동에 의한 대류열전달이 일어나게 된다.

이에 따라, 상기 모터(100)의 주변에서 냉매유동이 활성화되게 되면, 그 냉매의 운동에 의한 대류열전달이 발생되어 결국 모터(100)의 냉각이 원활하게 이루어지게 되는 것이다.

또한, 상기 유동발생용 날개핀(120a)에 의해 냉매와 접촉되는 모터(100)의 표면적이 넓어지게 되어 열전도도 향상된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 터보압축기의 모터냉각구조는, 구동모터가 장착되어 흡입가스를 2단으로 원심 압축하도록 형성되는 터보압축기에 있어서, 상기 모터의 회전자중에서 양쪽 외곽판의 바깥면에 유동발생용 날개핀이 수개형성함으로써, 모터실로 유입되는 냉매가 상기 유동날매용 날개핀에 의해 활발하게 유동하게 되고, 이러한 냉매의 유동현상에 의해 대류열전달이 발생되는 것은 물론, 상기 유동발생용 날개핀의 표면적만큼 냉매와 모터간의 접촉면적이 넓어지게 되어 열전도도 향상되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 구동모터가 장착되어 흡입가스를 2단으로 원심 압축하도록 구성되는 터보압축기에 있어서, 상기 모터의 회전자중에서 양쪽 외곽판의 바깥면에 유동발생용 날개핀이 수개 형성되는 것을 특징으로 하는 터보압축기의 모터냉각구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 유동발생용 날개핀은 회전자의 회전방향으로 소정의 곡률을 갖도록 만곡져 형성되는 것을 특징으로 하는 터보압축기의 모터냉각구조.