KR20000065622A - 터보 압축기의 가스역류 방지구조 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 터보 압축기의 가스역류 방지구조에 관한 것으로, 종래에는 각 임펠러의 흡입시 인듀서쪽의 압력이 디퓨져쪽의 압력에 비해 상대적으로 저압이 되고, 각 임펠러의 날개차와 압축실의 슈라우드 사이에는 일정한 공차가 유지되므로, 이 공차를 통해 냉매가스가 고압부인 디퓨져쪽에서 저압부인 인듀서쪽으로 역류하게 되는 압축냉매의 간극누설이 발생되어 압축기 효율이 저하되는 문제점이 있었던 바, 본 발명에서는 가스를 흡입하여 토출시키는 임펠러의 날개차 바깥면쪽에 그 날개차와 일정 간극을 갖는 슈라우드가 설치되고, 그 슈라우드의 출구측 또는 입구측에는 임펠러에 의해 토출되는 가스가 그 임펠러와 슈라우드 사이의 간극으로 역류하는 것을 방지하는 재순환 방지턱이 돌출 형성되어 이루어짐으로써, 상기 슈라우드와 각 날개차간의 일정 공차를 유지하면서도 압축되어진 냉매가스가 흡입측으로 역류하는 것을 최소한으로 줄여 압축냉매의 간극누설을 감소시키므로 압축기 효율을 상승시킬 수 있다.

Description

터보 압축기의 가스역류 방지구조{STRUCTURE FOR PREVENTING GAS-COUNTERFLOW OF TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 터보 압축기의 가스역류 방지구조에 관한 것으로, 특히 임펠러에 의해 압축되면서 토출되던 가스가 역류되는 것을 방지하는데 적합한 터보 압축기의 가스역류 방지구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 날개차나 로터의 회전운동 또는 피스톤의 왕복운동으로 공기나 냉매가스 등의 기체를 압축하는 것으로, 날개차나 로터 또는 피스톤을 구동시키는 동력발생부와 그 동력발생부에서 전달되는 구동력으로 기체를 흡입하여 압축시키는 압축기구부로 이루어진다.

이러한 압축기는 기체를 압축시키는 구조에 따라 회전식, 왕복동식, 리니어식, 스크롤식, 터보식의 압축기로 구분되는데, 이 중에서 상기 터보 압축기는 공기 압축기의 일종으로서 취급이 용이하고 구조가 간단하며 공기의 흐름이 일정하다는 장점이 있다.

상기 터보 압축기는 크게 원심식 압축기와 터빈형의 축류식 압축기로 나뉘어 지는데, 본 발명은 원심식 터보 압축기(이하, 터보 압축기로 통칭함)에 관한 것이다.

도 1은 종래 2단 압축식 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 종래의 2단 압축식 터보 압축기는, 증발기(미도시)와 연통되는 제1 압축실(11) 및 응축기(미도시)와 연통되는 제2 압축실(12)이 밀폐용기(10)의 양측에 각각 형성되고, 그 밀폐용기(10)의 내측 중앙에는 엑시얼타입의 비엘디시모터(Brushless DC MOTOR)(20)가 장착되는 모터실(13)이 형성되며, 상기 제1,제2 압축실(11,12) 및 모터실(13)은 제1,제2 가스유로(미부호)에 의해 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 냉매가스를 2단으로 압축하기 위한 제1,제2 임펠러(40,50)가 결합되며, 상기 구동축(30)의 양측에는 그 구동축(30)의 반경방향 및 축방향을 지지하는 베어링부재(60)가 구비되어 이루어져 있다.

상기 각 임펠러(40,50)는 냉매가스의 흡입형태에 따라 구동축(30)을 중심으로 역원뿔의 형태로 결합될 수도 있거니와, 그 반대로 원뿔의 형태로 결합될 수도 있으나, 상기의 두 가지 형태 모두 각 임펠러(40,50)가 대칭되게 결합되는 것은 동일하다.

이러한 임펠러(50)는 도 2에 도시된 바와 같이, 그 소구경측에서 대구경측으로 냉매가스를 흡입하여 토출시키는 다수개의 날개차(51)가 등간격으로 뒤틀려 각각 돌출 형성되고, 그 중에서 소구경측에는 냉매가스의 흡입을 유도하는 인듀서(미도시)가 일체로 형성되어 있다.

한편, 상기 압축실(12)에는 각 임펠러(50)로부터 토출되는 냉매가스를 압력 에너지로 변환시키도록 디퓨져(12a) 및 볼류트(12b)가 각 임펠러(50)의 대구경측에 연이어 형성되고, 상기 임펠러(50)의 외주면측에는 미세간극을 두고 통상적인 슈라우드(12c)가 설치되어 있다.

도면중 미설명 부호인 10a는 흡입구, 10b는 토출구, 11a는 디퓨져, 11b는 볼류트, 21은 고정자, 22는 회전자이다.

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

즉, 인가된 전원에 의해 모터(20)에 유도자기가 발생되면, 그 유도자기에 의해 구동축(30)이 고속으로 회전을 개시함과 아울러 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 흡입되어 각 임펠러(40,50)의 원심력에 의해 스크류형태로 뿌려지면서 각 디퓨져(11a,12a)를 거쳐 각 볼류트(11b,12b)로 유입되는데, 이때 제1 디퓨져(11a) 및 제1 볼류트(11b)를 거치면서 가압축되었다가 제2 디퓨져(12a) 및 제2 볼류트(12b)로 유입되는 과정에서 냉매가스는 압력수두의 상승으로 완전 압축되어 토출구(10b)를 통해 응축기(미도시)로 토출되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래의 터보 압축기에 있어서는, 냉매가스가 인듀서(미부호)쪽에서 흡입되어 디퓨져(11a,12a)쪽으로 압축되면서 토출되는 것으로, 이는 디퓨져(11a,12a)쪽의 압력이 인듀서쪽의 압력에 비해 상대적으로 고압이 되고, 각 날개차(41,51)와 슈라우드(11c,12c)의 사이에는 일정한 미세공차가 유지되므로, 이 미세공차를 통해 냉매가스가 고압부인 디퓨져(11a,12a)쪽에서 저압부인 인듀서쪽으로 역류하게 되는 압축냉매의 간극누설이 발생되어 압축기 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 터보 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 상기 슈라우드와 각 날개차간의 일정 공차를 유지하면서도 압축되어진 냉매가스가 디퓨져쪽에서 인듀서쪽으로 역류하는 것을 최소한으로 줄여 압축냉매의 간극누설을 감소시키므로 압축기 효율을 상승시킬 수 있는 터보 압축기의 가스역류 방지구조를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2는 도 1의 "A"부를 상세히 보인 종단면도.

도 3은 본 발명 가스역류 방지구조가 구비된 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 4는 도 3의 "B"부를 상세히 보인 것으로, 가스역류 방지구조의 일례를 보인 종단면도.

도 5는 도 3의 "B"부를 상세히 보인 것으로, 가스역류 방지구조의 변형예를 보인 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

40,50 : 임펠러 41,51 : 날개차

110,120,210,220 : 슈라우드 111,121,211,221 : 재순환 방지턱

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 가스를 흡입하여 토출시키는 임펠러의 날개차 바깥면쪽에 그 날개차와 일정 간극을 갖는 슈라우드가 설치되고, 그 슈라우드에는 임펠러에 의해 토출되는 가스가 그 임펠러와 슈라우드 사이의 간극으로 역류하는 것을 방지하는 재순환 방지턱이 돌출 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 가스역류 방지구조가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 터보 압축기의 가스역류 방지구조를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명 가스역류 방지구조가 구비된 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 4는 도 3의 "B"부를 상세히 보인 것으로, 가스역류 방지구조의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명의 가스역류 방지구조가 구비된 터보 압축기는, 밀폐용기(10)의 내부 양측에 각각 압축실(11,12)이 형성되고, 그 각각의 압축실(11,12)에는 냉매가스를 순차적으로 흡입하여 토출시키는 두 개의 임펠러(40,50)가 구동모터(20)에 일체된 하나의 구동축(30)에 각각 결합되어 회전가능하게 각각 삽입되는 것을 포함하여 구성된다.

상기 각 임펠러(40,50)는 구동축(30)을 중심으로 원뿔형으로 장착되는데, 이러한 각 임펠러(40,50)는 그 소구경측에서 대구경측으로 냉매가스를 흡입하여 토출시키는 다수개의 날개차(41,51)가 등간격으로 뒤틀려 각각 돌출 형성된다.

한편, 상기 각 압축실(11,12)은 각 임펠러(40,50)로부터 토출되는 냉매가스의 운동에너지를 압력에너지로 변환시키기 위하여 디퓨져(11a,12a) 및 볼류트(11b,12b)가 각 임펠러(40,50)의 대구경측에 인접되도록 연이어 각각 형성되고, 상기 각 임펠러(40,50)의 바깥쪽에는 그 날개차(41,51)와 일정 간극을 갖는 슈라우드(110,120)가 설치되며, 상기 슈라우드(110,120)의 출구측에는 임펠러(40,50)에 의해 토출되는 가스가 그 임펠러(40,50)와 슈라우드(110,120) 사이의 간극으로 역류하는 것을 방지하는 재순환 방지턱(111,121)이 환상으로 돌출 형성되어 이루어진다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 재순환 방지턱(121)은 그 높이가 임펠러(50)와 슈라우드(120) 사이의 간극보다 높게 형성되는 것이 바람직하며, 가스의 원활한 토출 및 역류를 방지하도록 순방향으로는 슈라우드(120)의 벽면에 대하여 사각 또는 곡면으로 경사지게 형성되는 반면 역방향으로는 직각으로 형성되거나, 사각형 단면으로 형성되거나, 원형 단면 등 다양하게 형성된다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 10a는 흡입구, 10b는 토출구, 21은 고정자, 22는 회전자, 60은 베어링부재이다.

상기와 같은 본 발명의 가스역류 방지구조가 구비된 터보 압축기의 일반적인 동작은 종래와 동일하다.

즉, 밀폐용기(10)의 가스유로(미도시)를 통해 제1 임펠러(40)로 흡입된 냉매가스는 그 제1 임펠러(40)에 의해 제1 디퓨져(11a) 및 제1 볼류트(11b)로 토출되면서 원심력에 의해 1단 압축되고, 그 1단 압축된 가압축가스는 제2 가스유로(미도시)를 통해 제2 임펠러(50)로 흡입되어 다시 제2 디퓨져(12a) 및 제2 볼류트(12b)로 토출되면서 역시 원심력에 의해 2단 압축되었다가 냉동사이클장치의 응축기(미도시) 등으로 토출된다.

이때, 상기 각 임펠러(40,50)의 흡입측, 즉 인듀서(미도시)쪽의 냉매압은 각 임펠러(40,50)의 토출측, 즉 디퓨져(11a,12b) 및 볼류트(11b,12b)쪽의 냉매압에 비해 상대적으로 저압이 되어, 각 임펠러(40,50)에 의해 디퓨져(11a,12a) 및 볼류트(11b,12b)쪽으로 뿌려지듯이 토출되는 냉매가스의 일부가 고압부에서 저압부로 흐르는 유체의 특성상 슈라우드(110,120)와 날개차(41,51) 사이의 간극을 통해 인듀서쪽으로 역류하게 되나, 그 역류되려는 압축가스는 상기 슈라우드(110,120)의 출구측에 형성된 재순환 방지턱(111,121)에 의해 가로막혀 상기한 간극으로 유입되지 못하게 된다.

한편, 본 발명에 의한 가스역류 방지구조의 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 일실시예에 있어서는 상기 재순환 방지턱(111,121)이 슈라우드(110,120)의 출구측에 형성되어 임펠러(40,50)로부터 토출된 가스가 임펠러(40,50)와 슈라우드(110,120) 사이로 아예 유입되지 않도록 하는 것이나, 본 실시예에서는 상기한 재순환 방지턱(211,221)이 슈라우드(210,220)의 입구측에 형성되는 것으로, 이 경우에는 토출되었던 압축가스의 일부가 임펠러(40,50)와 슈라우드(210,220) 사이의 간극으로 유입되어 채워지나, 이 유입된 압축가스가 상기 재순환 방지턱(211,221)에 막혀 더이상 역류되지 않게 되므로 새롭게 토출되는 압축가스의 추가 역류를 방지하게 되는 것이다.

참고로, 상기한 각 실시예에 언급된 슈라우드(110,120,210,220)의 재순환 방지턱(111,121,211,221)중에서 제1 압축실(11)측의 슈라우드(110,210) 및 재순환 방지턱(111,211)에 대하여는 제4도 및 제5에 도시되어 있지 않으나, 본 명세서에서는 양측이 동일한 것으로 상정한다.

이렇게, 상기 각 인듀서를 통해 임펠러(40,50)로 흡입되었다가 디퓨져(11a,12a)로 토출되는 냉매가스가 다시 인듀서로 역유입되는 양이 최소한으로 줄어들게 되어 압축가스의 간극누설이 현저하게 감소하는 것은 물론, 상기 냉매가스가 고압부인 디퓨져(11a,12a)로부터 저압부인 인듀서쪽으로 역류하지 않게 되어 가스유로로부터 임펠러(40,50)로 흡입되는 가스의 실제량이 증가하여 압축기 효율이 향상되게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 터보 압축기의 가스역류 방지구조는 가스를 흡입하여 토출시키는 임펠러의 날개차 바깥면쪽에 그 날개차와 일정 간극을 갖는 슈라우드가 설치되고, 그 슈라우드의 출구측 또는 입구측에는 임펠러에 의해 토출되는 가스가 그 임펠러와 슈라우드 사이의 간극으로 역류하는 것을 방지하는 재순환 방지턱이 돌출 형성되어 이루어짐으로써, 상기 슈라우드와 각 날개차간의 일정 공차를 유지하면서도 압축되어진 냉매가스가 흡입측으로 역류하는 것을 최소한으로 줄여 압축냉매의 간극누설을 감소시키므로 압축기 효율을 상승시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 가스를 흡입하여 토출시키는 임펠러의 날개차 바깥면쪽에 그 날개차와 일정 간극을 갖는 슈라우드가 설치되고, 그 슈라우드에는 임펠러에 의해 토출되는 가스가 그 임펠러와 슈라우드 사이의 간극으로 역류하는 것을 방지하는 재순환 방지턱이 돌출 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 가스역류 방지구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 재순환 방지턱은 각 슈라우드의 출구측에 형성되어 각 임펠러로부터 토출된 가스가 임펠러와 슈라우드 사이로 유입되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 가스역류 방지구조.
3. 제1항에 있어서, 상기 재순환 방지턱은 각 슈라우드의 입구측에 형성되어 각 임펠러로부터 토출된 가스가 임펠러와 슈라우드를 채워 그 이후의 토출가스는 더이상 유입되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 가스역류 방지구조.