KR20010001173A

KR20010001173A - 터보 압축기

Info

Publication number: KR20010001173A
Application number: KR1019990020224A
Authority: KR
Inventors: 류호선
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1999-06-02
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2001-01-05

Abstract

본 발명은 터보 압축기에 관한 것으로, 종래에는 각 압축실과 모터실을 차단하는 래버린스실 및 1단 압축된 가스를 모아주는 제1 볼류트 등 전체적으로 압축기의 구조가 복잡하여 생산성이 저하되고, 압축가스가 냉매유동관을 통과하는 과정에서 압력강하에 따른 유동손실이 발생하게 되어 압축기 효율이 저하되는 문제점이 있었던 바, 본 발명에서는 본 발명에 의한 터보 압축기는 각 압축실이 모터실과 직접 연통되도록 형성하고 최우선 압축실에 흡입관을 연통시키는 반면 최종 압축실에는 토출관을 연통시키며 상기 최종 압축실에만 토출관과 연통되는 볼류트부를 형성하여, 상기 흡입관을 통해 제1 압축실에서 1단 압축된 냉매가스가 별도의 냉매유동관을 거치지 않고 곧바로 모터실로 흡입되었다가 그 모터실의 구동모터를 냉각시킨 다음에 별도의 냉매유동관을 거치지 않고 곧바로 제2 압축실로 흡입되어 2단 압축되는 일련의 과정을 거친 후 토출관으로 토출되도록 구성함으로써, 상기 냉매가스의 압력강하게 따른 유동손실을 줄여 압축기 효율을 향상시키고, 상기 압축실과 모터실을 차단하는 실링부를 배제함과 아울러 일부의 볼류트부를 제거하여 부품의 간소화에 따른 생산성 및 소형화가 가능하게 되는 효과가 있다.

Description

터보 압축기{TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 터보 압축기에 관한 것으로, 특히 압축기의 구조를 간소화하고 압축가스의 유동손실을 저감시킬 수 있는 터보 압축기에 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, 밀폐용기의 양측에 제1 압축실(11) 및 제2 압축실(12)이 각각 형성되고, 그 제1 압축실과 제2 압축실의 사이에는 엑시얼타입의 비엘디시모터(Brushless DC MOTOR)(20)가 장착되는 모터실(13)이 형성되며, 상기 제1 압축실(11) 및 제2 압축실(12)에는 모터(20)의 회전자(21)와 함께 회전하는 구동축(30)의 양단에 각각 결합되어 냉매가스를 2단으로 원심 압축하는 제1,제2 임펠러(40,50)가 삽입 장착되고, 상기 모터(20)의 양측에는 구동축(30)의 반경방향 및 축방향 하중을 지지하는 베어링부재(60)가 구비되어 이루어져 있다.

상기 모터실(13)의 일측에는 냉매가스를 압축기로 유도하는 흡입관(71)이 연통되도록 결합되고, 그 흡입관(70)이 연통된 모터실(13)의 맞은편에는 모터실(13)과 제1 압축실(11)의 입구측을 연통시키는 제1 냉매유동관(81)이 결합되며, 그 제1 압축실(11)의 출구측은 제2 냉매유동관(82)에 의해 제2 압축실(12)의 입구측과 연통되며, 그 제2 압축실(12)은 별도의 냉매관(미도시)에 의해 응축기(미도시)와 연통되어 있다.

도면중 미설명 부호인 11a,12a는 제1,제2 디퓨저이고, 11b,12b는 제1,제2 볼류트이며, 14는 래버린스실이다.

상기와 같이 구성된 종래 터보 압축기는 다음과 같이 동작된다.

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 양단에 고정된 제1,제2 임펠러(40,50)와 함께 회전하게 되고, 그 각 임펠러(40,50)의 회전에 의해 냉매가스가 상기 흡입관(70)을 통해 모터실(13)로 유입되며, 그 모터실(13)로 유입되는 냉매가스는 구동모터(20)와 접촉되어 모터(20)를 냉각시킨 다음에 제1 냉매유동관(81)을 통해 제1 압축실(11)로 흡입되어 제1 임펠러(40)에 의해 뿌려지면서 1단 원심 압축되고, 그 1단 원심 압축된 냉매가스는 다시 제2 냉매유동관(82)을 통해 제2 압축실(12)로 흡입되어 제2 임펠러(50)에 의해 뿌려지면서 2단 원심 압축된 다음에 냉동사이클장치로 토출되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 터보 압축기에서는 상기 제1 압축실(11)에서 1단 압축된 압축가스가 긴 제2 냉매유동관(82)을 통과하는 과정에서 주위와의 열교환 등을 통해 압력강하가 발생되고, 이 압력강하에 따른 유동손실이 발생하게 되어 압축기 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 각 압축실(11,12)과 모터실(13)의 양측을 래버린스실(14)과 같은 별도의 실링부를 이용하여 압축가스의 누설을 차단시켜야 하는데 이 래버린스실(14)의 구조가 복잡할 뿐만 아니라, 상기 제2 냉매유동관(82)을 통해 가압축된 냉매가스를 제1 압축실(11)에서 제2 압축실(12)로 보내기 위하여는 1단 압축된 가스를 모아주기 위한 제1 볼류트(11b)가 반드시 구비되어야 하나 이 역시 구조가 복잡하게 되는 등 전체적으로 압축기의 구조가 복잡하여 생산성이 저하되는 문제점도 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 터보 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 1단 압축된 냉매가스가 다음 압축실로 이동하는 중에 압력강하에 따른 유동손실을 방지하여 압축기 효율을 향상시킬 수 있는 터보 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

또한, 상기 래버린스실과 같은 별도의 실링부는 물론 제1 볼류트를 제거하는 등 압축기의 구조를 단순하게 하여 생산성을 향상시킬 수 있는 터보 압축기를 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2는 본 발명에 의한 터보 압축기의 일례를 개략적으로 보인 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 밀폐용기 110,1200 : 제,제2 압축실

111,121 : 제1,제2 디퓨저 122 : 볼류트

130 : 모터실 140 : 지지부재

151,152,153 : 가스통공 200 : 구동모터

210 : 회전자 220 : 고정자

300 : 구동축 310 : 스러스트용 베어링부시

400,500 : 제1,제2 임펠러 600 : 베어링부재

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 모터실을 사이에 두고 제1,제2 압축실이 양쪽에 각각 구비되되, 상기 제1 압축실이 모터실에 직접 연통되어 1단 압축된 냉매가스가 제1 압축실에서 모터실로 곧바로 유입되도록 함과 아울러, 그 모터실이 제2 압축실에 직접 연통되어 모터실을 거친 1단 압축된 냉매가스가 제2 압축실로 곧바로 유입되도록 형성되는 밀폐용기와 ; 그 밀폐용기의 모터실내에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동모터와 ; 그 구동모터의 회전자에 일체로 결합되어 구동력을 전달하는 구동축과 ; 그 구동축에 고정 결합되어 각 압축실에서 회전하면서 냉매가스를 흡입하여 원심 압축시키는 임펠러와 ; 상기 밀폐용기에 결합되어 구동축의 반경방향 및 축방향 하중을 지지하는 베어링부재를 포함한 것을 특징으로 하는 터보 압축기가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 터보 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 터보 압축기의 일례를 개략적으로 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명의 2단 압축식 터보 압축기는 제1 압축실(110) 및 제2 압축실(120)이 모터실(130)을 사이에 두고 단일 통체로 형성되는 밀폐용기(100)와, 그 밀폐용기(100)의 모터실(130)내에 장착되어 구동력을 발생시키는 레이디얼 타입의 비엘디시형 구동모터(200)와, 그 구동모터(200)의 회전자(210)에 일체로 결합됨과 아울러 각 압축실(110,120)에 양단이 각각 삽입되어 구동력을 전달하는 구동축(300)과, 그 구동축(300)에 양단에 각각 고정 결합되어 각 압축실(110,120)에서 회전하면서 냉매가스를 흡입하여 원심 압축시키는 제1 임펠러(400) 및 제2 임펠러(500)와, 상기 밀폐용기(100)에 결합되어 구동축(300)의 반경방향 및 축방향 하중을 지지하는 베어링부재(600)로 구성된다.

상기 밀폐용기(100)는 흡입관(미도시)이 제1 압축실(110)의 입구부에 직접 연통되고, 그 제1 압축실(110)에 모터실(130)의 일측이 제1 가스통공(151)을 통해 직접 연통되며, 그 모터실(130)의 타측에 제2 압축실(120)의 입구부가 후술할 제3 가스통공(153)을 통해 직접 연통되고, 그 제2 압축실(130)의 출구측에는 토출관(미도시)이 연통된다.

상기 제1 및 제2 압축실(110,120)에는 각 임펠러(400,500)에 의해 뿌려지는 유체의 운동에너지를 압력에너지로 변환시키기 위한 디퓨저(111,121)가 모든 압축실에 구비되는데, 특히 상기 제2 압축실(120)에는 원심 압축되는 유체를 토출구(100b)으로 유도하기 위한 볼류트(122)가 형성되어 이루어진다.

상기 구동모터(200)는 냉매가스의 유동을 감안하여 전술한 바와 같이 레이디얼 타입의 비엘디시형 모터이고, 그 회전자(210)는 구동축(300)에 외삽되는 반면 고정자(220)는 밀폐용기(100)에 구비되는 지지부재(140)에 내삽되어 고정 지지되는데, 상기 지지부재에는 냉매가스가 제1 압축실(110)에서 제2 압축실(120)로 원활하게 유동되도록 제2 가스통공(152)이 구비되어 이루어진다.

상기 제1,제2 임펠러(400,500)는 냉매가스의 선회운동을 유도하는 인듀서부(미부호)가 임펠러 몸체에 형성되거나 또는 각 압축실(110,120)의 외벽을 이루는 슈라우드(미부호)의 입구측에 선회날개(Swirl Vane)(미도시)가 장착되는 것이 바람직하다.

상기 베어링부재(600)는 구동모터(200)의 양측에 각각 배치되어 밀폐용기(100)의 내주면에 고정되는 것으로, 그 내주면이 구동축(300)의 외주면과 함께 레이디얼 베어링면을 이루는 한편 그 내측면은 상기 구동축(300)에 결합되는 스러스트용 베어링부시(310)의 외측면과 각각 대향되면서 스러스트 베어링면을 이루게 된다. 상기 베어링부재(600)에는 냉매가스가 제1 압축실(110)에서 모터실(130)로 그리고 모터실(130)에서 다시 제2 압축실(120)로 원활하게 유동되도록 전술한 제3 가스통공(153)이 형성된다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 100a는 흡입구이고, 100b는 토출구이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 터보 압축기의 일반적인 동작은 종래와 동일하다.

즉, 상기 구동모터(200)에 전원이 인가되면, 그 구동모터(200)의 회전력이 구동축(300)을 통해 각 임펠러(400,500)로 전달되어 각 임펠러(400,500)가 고속으로 회전을 하게 되고, 그 각각의 임펠러(400,500)가 회전을 하게 됨에 따라 흡입관(미도시)을 통해 냉매가스가 제1 압축실(110)로 흡입되며, 그 제1 압축실(110)로 흡입되는 냉매가스는 제1 임펠러(400)에 의해 방사상으로 뿌려져 제1 디퓨저(111)를 거치면서 가압되어 1단 압축되며, 그 1단 압축된 냉매가스는 제1 가스통공(151)을 통해 모터실(130)로 유입되어 구동모터(200)의 회전자(210)와 고정자(220)간 공극 또는 제2 가스통공(152)을 통과한 다음에 제3 가스통공(153)을 통해 제2 압축실(120)로 흡입되고, 그 제2 압축실(120)로 흡입되는 1단 압축가스는 제2 임펠러(500)에 의해 다시 방사상으로 뿌려져 제2 디퓨저(121)를 거치면서 2단 압축되며, 그 2단 압축된 냉매가스는 볼류트(122) 및 토출구(100b)를 거쳐 냉동사이클장치의 응축기(미도시)로 토출된다.

이때, 상기 제1 압축실(110)에서 1단 압축된 냉매가스는 제1 압축실(110)에 별도의 볼류트가 구비되지 않으므로 방사상으로 토출되어 제1 압축실(110)과 모터실(130) 사이의 베어링부재(600)에 구비된 제1 가스통공(151)을 통해 제1 압축실(110)에서 모터실(130)로 직접 유입되고, 그 모터실(130)로 유입된 1단 압축가스는 구동모터(200)를 지지하는 지지부재(140)의 제2 가스통공(152) 및 모터실(130)과 제2 압축실(120) 사이의 베어링부재(600)에 형성된 제3 가스통공(153)을 통해 제2 압축실(120)의 입구측으로 흡입되어 2단 압축되어 제2 압축실(120)의 제2 디퓨저(121) 및 볼류트(122)를 거쳐 토출관(미도시)으로 유도되는 것이다.

이렇게, 상기 제1 압축실(110)에서 1단 압축된 냉매가스가 별도의 냉매유동관을 거치지 않고 곧바로 중압상태의 모터실(130)을 통해 제2 압축실(120)로 유도되므로 냉매가스의 압력강하에 따른 유동손실을 최소화하여 압축기의 효율을 향상시킬 수 있게 되고, 상기 각 압축실(110,120)과 모터실(130) 사이가 개방되므로 모터실(130)이 압력이 각 압축실(110,120) 압력의 중간압력이 되어 레버린스실과 같은 별도의 실링부를 구비하지 않더라도 압축가스의 누설을 최소화할 수 있으며, 상기 제1 압축실(110)에서는 볼류트가 제거되어 압축기에 필요한 부품수가 줄어들게 되므로 생산성이 향상되는 것은 물론 압축기의 소형화 및 경량화가 가능하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 터보 압축기는 각 압축실이 모터실과 직접 연통되도록 형성하고 최우선 압축실에 흡입관을 연통시키는 반면 최종 압축실에는 토출관을 연통시키며 상기 최종 압축실에만 토출관과 연통되는 볼류트부를 형성하여, 상기 흡입관을 통해 제1 압축실에서 1단 압축된 냉매가스가 별도의 냉매유동관을 거치지 않고 곧바로 모터실로 흡입되었다가 그 모터실의 구동모터를 냉각시킨 다음에 별도의 냉매유동관을 거치지 않고 곧바로 제2 압축실로 흡입되어 2단 압축되는 일련의 과정을 거친 후 토출관으로 토출되도록 구성함으로써, 상기 냉매가스의 압력강하게 따른 유동손실을 줄여 압축기 효율을 향상시키고, 상기 압축실과 모터실을 차단하는 실링부를 배제함과 아울러 일부의 볼류트부를 제거하여 부품의 간소화에 따른 생산성 및 소형화가 가능하게 되는 효과가 있다.

Claims

모터실을 사이에 두고 제1,제2 압축실이 양쪽에 각각 구비되되, 상기 제1 압축실이 모터실에 직접 연통되어 1단 압축된 냉매가스가 제1 압축실에서 모터실로 곧바로 유입되도록 함과 아울러, 그 모터실이 제2 압축실에 직접 연통되어 모터실을 거친 1단 압축된 냉매가스가 제2 압축실로 곧바로 유입되도록 형성되는 밀폐용기와 ;

그 밀폐용기의 모터실내에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동모터와 ; 그 구동모터의 회전자에 일체로 결합되어 구동력을 전달하는 구동축과 ; 그 구동축에 고정 결합되어 각 압축실에서 회전하면서 냉매가스를 흡입하여 원심 압축시키는 임펠러와 ; 상기 밀폐용기에 결합되어 구동축의 반경방향 및 축방향 하중을 지지하는 베어링부재를 포함한 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
제1항에 있어서, 상기 밀폐용기에는 임펠러에 의해 뿌려지는 유체의 운동에너지를 압력에너지로 변환시키기 위한 디퓨저가 모든 압축실에 구비되되, 제2 압축실에는 원심 압축되는 유체를 토출관으로 유도하기 위한 볼류트가 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
제1항에 있어서, 상기 구동모터는 레이디얼 타입의 비엘디시 모터이고, 그 회전자는 구동축에 외삽되는 반면 고정자는 밀폐용기에 결합되는 지지부재에 내삽되어 고정 지지되되, 상기 지지부재에는 냉매가스가 제1 압축실에서 제2 압축실로 원활하게 유동되도록 가스통공이 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.