KR20010011628A

KR20010011628A - 터보 압축기의 모터 냉각구조

Info

Publication number: KR20010011628A
Application number: KR1019990031093A
Authority: KR
Inventors: 최문창
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1999-07-29
Filing date: 1999-07-29
Publication date: 2001-02-15

Abstract

본 발명은 터보 압축기의 모터 냉각구조에 관한 것으로, 본 발명은 양측에 임펠러가 삽입되는 압축실이 각각 위치하는 케이싱의 내부에 상기 임펠러를 회전시키는 동력발생수단이 결합되는 동력발생실을 형성하며 그 동력발생실의 일측에 냉매 가스가 유입되는 유입구를 형성하고 상기 동력발생실의 타측에 냉매 가스가 유출되는 유출구를 형성하며 상기 동력발생실의 측부에 상기 유입구로 유입된 냉매 가스 중 모터를 냉각시키기 위해 모터를 통과한 잔류 가스가 상기 유출구를 통해 흐를 수 있도록 보조유로를 형성하도록 구성하여 냉동사이클을 구성하는 증발기를 거친 냉매 가스가 압축기내로 유입되어 모터를 냉각시키면서 압축실로 유동하는 가스의 유동 저항을 감소시킴으로써 압력 손실을 최소화하여 압축기의 효율을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

터보 압축기의 모터 냉각구조{STRUCTURE FOR COOLING MOTOR IN TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 터보 압축기의 모터 냉각구조에 관한 것으로, 특히 동력발생수단인 모터에서 발생되는 열을 냉각시키기 위하여 임펠러의 회전력에 의한 흡입력에 의해 증발기를 거친 냉매 가스가 압축기 모터를 통해 유동하는 가스의 유동 저항을 줄여 가스의 유동시 발생되는 압력손실을 최소화할 수 있도록 한 터보 압축기의 모터 냉각구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 공기나 냉매 가스 등의 기체를 압축하는 기계이다. 상기 압축기는 동력을 발생시키는 동력발생부와 그 동력발생부에서 전달된 구동력에 의해 기체를 흡입하여 압축하는 압축기구부로 구성되며, 상기 압축기의 일예로 터보 압축기는 동력발생부에서 발생되는 운동에너지를 정압으로 변환시키면서 가스를 고압 상태로 토출시키게 된다.

도 1은 상기 터보 압축기의 일례를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 터보 압축기는 먼저 소정 형상을 갖는 케이싱(10)에 동력발생실(M)이 형성되고 상기 동력발생실(M)에 동력을 발생시키는 동력발생수단(20)이 장착된다. 상기 동력발생실(M)의 양측에 제1,2 압축실(P1)(P2)이 형성되며 상기 제1,2 압축실(P1)(P2)은 상기 케이싱(10)의 양측에 각각 복개되는 복개부재(30) 및 그 복개부재(30)에 각각 결합되는 볼류트 케이싱(40)에 의해 각각 형성된다. 그리고 상기 제1,2 압축실(P1)(P2)에 동력발생수단(20)과 연결된 구동축(50)의 양단에 각각 결합되어 회전하면서 가스를 흡입하여 압축하는 제1,2 임펠러(51)(52)가 각각 장착되어 있다.

그리고 상기 케이싱(10)의 일측에 동력발생실(M)로 가스가 유입되는 유입구(11)가 형성되고 상기 케이싱(10)의 타측에 동력발생실(M)을 통한 가스가 유출되는 유출구(12)가 형성되며 상기 케이싱(10)의 유출구(12)는 제1 연통유로(F1)에 의해 제1 압축실(P1)과 연통되며 상기 제1 압축실(P1)과 제2 압축실(P2)사이에 제1 압축실(P1)에서 1단 압축된 가스를 제2 압축실(P2)로 유입되도록 안내하는 제2 연통유로(F2)가 형성되며 상기 제2 압축실(P2)의 일측에 제2 압축실(P2)에서 2단 압축된 가스가 외부로 토출되는 토출구(미도시)가 형성되어 있다.

상기 케이싱(10)의 동력발생실(M)은 원통형으로 형성되며 상기 유입구(11)는 동력발생실(M)과 연통되도록 형성됨과 아울러 증발기를 통한 냉매 가스가 유입되고 상기 유출구(12)는 상기 유입구(11)와 직선 선상에 동력발생실(M)과 연통되도록 형성된다. 그리고 상기 케이싱(10)의 동력발생실(M)에 장착되는 동력발생수단(20)은 고속 회전력을 발생시키기에 적합한 디스크 타입 모터가 사용되며, 상기 디스크 타입 모터는 소정의 폭과 두께를 가지며 상기 동력발생실(M)의 내경과 상응하는 외경을 갖도록 형성된 테두리부(21a)의 내주면에 다수개의 권선 코일(21b)이 부착된 복수개의 고정디스크부(21c)가 소정의 간격을 두고 형성되어 동력발생실(M)내에 장착되는 고정자(21)와, 상기 권선 코일(21b)에 대응되도록 다수개의 영구자석(22a)이 부착된 회전디스크부(22b)가 상기 고정디스크부(21c)사이에 각각 위치하도록 구동축(50)에 결합되는 회전자(22)로 구성된다.

그리고 상기 구동축(50)의 양측에 구동축(50)을 반경방향으로 지지하는 반경방향 지지수단(Journal bearing)(J)이 각각 설치됨과 아울러 구동축(50)을 축방향으로 지지하는 축방향 지지수단(Thrust bearing)(T)이 구동축(50)을 지지하도록 결합되어 있다.

상기한 바와 같은 터보 압축기의 작동은 먼저 전원이 인가되면 동력발생수단(20)인 모터의 고정자 권선 코일(21b)에 흐르는 전류와 회전자 영구자석(22a)의 상호작용에 의해 회전자(22)에 회전력이 작용하게 되며 상기 회전자(22)의 회전력이 구동축(50)을 통해 제1,2 임펠러(51)(52)에 전달되어 제1,2 임펠러(51)(52)를 고속으로 회전시키게 된다. 상기 제1,2 임펠러(51)(52)가 제1,2 압축실(P1)(P2)내에서 각각 고속 회전하면서 흡입력을 발생시키게 되면 그 제1,2 임펠러(51)(52)의 흡입력에 의해 가스가 케이싱(10)의 유입구(11)를 통해 케이싱(10)의 동력발생실(M)로 흡입되어 동력발생수단(20)을 냉각시킨 다음 유출구(12)와 제1 연통유로(F1)를 통해 제1 압축실(P1)로 흡입되어 1단 압축된다. 이어 그 1단 압축된 가스는 제2 연통유로(F2)를 통해 제2 압축실(P2)로 유입되어 제2 압축실(P2)에서 2단 압축되면서 토출구를 통해 토출된다.

한편, 상기 케이싱(10)의 유입구를 통해 동력발생실(M)로 유입된 냉매 가스가 동력발생수단(20)에서 발생되는 열을 냉각시키기 위한 종래 구조는, 도 2a, 2b에 도시한 바와 같이, 케이싱(10)의 동력발생실(M)에 삽입 고정되는 고정자의 테두리부(21a)에 케이싱(10)의 유입구(11)와 동일 선상으로 관통된 제1 통풍공(21d)이 형성되며 상기 제1 통풍공(21d)에 직선 선상에 위치하도록 테두리부(21a)에 제2 통풍공(21e)이 형성되어 있다.

미설명 부호 13은 와이어가 위치하는 배선구멍이다.

이와 같은 구조는 케이싱(10)의 유입구(11)로 유입된 냉매 가스가 제1 통풍공(21d)을 통해 모터 내부로 유입되며 그 유입된 냉매 가스는 고정자의 고정디스크부(21c)와 회전자의 회전디스크부(22b)사이를 통과하면서 유동하여 제2 통풍공(21e)을 통해 케이싱(10)의 유출구(12)로 유출되면서 모터내부에서 발생되는 열을 냉각시키게 되고 상기 유출구(12)를 통해 유출된 냉매 가스는 제1 연통유로(F1)를 통해 제1 압축실(P1)로 유입된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 구조는 케이싱(10)의 동력발생실(M)로 냉매 가스가 유입되는 유입구(11) 단면적이 상기 유입구(11)로 유입된 냉매 가스가 동력발생수단(20)인 모터의 내부를 유동하는 유로의 단면적, 즉 제1,2 통풍공(21d)(21e)의 단면적보다 크게 되어 케이싱(10)의 유입구(11)를 통해 모터내부의 가스 유로를 통과하는 냉매 가스의 압력 손실이 발생하게 됨으로써 냉매 가스를 압축하는 압축실 및 임펠러의 설계 조건을 충족시키지 못하게 될 뿐만 아니라 모터의 효율 및 시스템 전체의 효율을 저하시키게 되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 동력발생수단인 모터에서 발생되는 열을 냉각시키기 위하여 임펠러의 회전력에 의한 흡입력에 의해 증발기를 거친 냉매 가스가 모터를 통해 유동하는 가스의 유동 저항을 줄여 가스의 유동시 발생되는 압력손실을 최소화할 수 있도록 한 터보 압축기의 모터 냉각구조를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 터보 압축기의 일예를 도시한 정단면도,

도 2a,2b는 종래 터보 압축기 모터 냉각구조를 도시한 정단면도 및 측단면도,

도 3a,3b는 본 발명의 터보 압축기 모터 냉각구조를 도시한 정단면도 및 측단면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

20 ; 동력발생수단 51,52 ; 임펠러

60 ; 케이싱 61 ; 유입구

62 ; 유출구 63 ; 보조유로

M ; 동력발생실

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 양측에 임펠러가 삽입되는 압축실이 각각 위치하는 케이싱의 내부에 상기 임펠러를 회전시키는 동력발생수단이 결합되는 동력발생실이 형성되며 그 동력발생실의 일측에 냉매 가스가 유입되는 유입구가 형성되고 상기 동력발생실의 타측에 냉매 가스가 유출되는 유출구가 형성되며 상기 동력발생실의 측부에 상기 유입구로 유입된 냉매 가스 중 모터를 냉각시키기 위해 모터를 통과하는 잔류 냉매 가스가 상기 유출구를 통해 흐를 수 있도록 보조유로가 형성된 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 모터 냉각구조가 제공된다.

이하, 본 발명의 터보 압축기 모터 냉각구조를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 3a, 3b는 본 발명의 터보 압축기 모터 냉각구조의 일실시예를 도시한 것으로, 이를 참조하여 설명하면, 소정 형상으로 형성된 케이싱(60)의 양측에 제1,2 임펠러(51)(52)가 회전 가능하도록 삽입되는 제1,2 압축실(P1)(P2)이 각각 위치하게 된다. 그리고 상기 케이싱(60)의 내부에 상기 제1,2 임펠러(51)(52)를 회전시키는 동력발생수단(20)인 모터가 장착되는 동력발생실(M)이 형성되고 그 동력발생실(M)의 일측에 냉매 가스가 유입되는 유입구(61)가 형성되고 상기 동력발생실(M)의 타측에 냉매 가스가 유출되는 유출구(62)가 형성된다. 그리고 상기 동력발생실(M)의 측부에 상기 유입구(61)로 유입된 냉매 가스 중 모터를 냉각시키기 위해 모터를 통과하는 냉매 가스의 잔류 냉매 가스가 상기 유출구(62)를 통해 흐를 수 있도록 보조유로(63)가 형성된다. 상기 동력발생실(M)은 원통형을 이루도록 형성되며 상기 보조유로(63)는 원통형을 이루는 동력발생실(M)의 내주면에 소정의 폭과 깊이를 갖도록 연장 형성된다. 그리고 상기 보조유로(63)는 모터의 회전자(22)가 회전하는 방향에 따라 함께 유동할 수 있도록 유입구(61)와 유출구(62)를 중심선상으로 하여 일측에 형성된다.

상기 보조유로(63)는 동력발생실(M)에 모터가 장착된 상태에서 모터의 외주면과 함께 케이싱(60)의 유입구(61)와 유출구(62)를 연통시키는 유로를 형성하게 된다.

상기 모터를 통과하는 가스 유로의 단면적과 상기 보조유로(63)의 단면적의 합은 상기 케이싱(60)의 유입구(61) 단면적과 동일하게 형성됨이 바람직하다.

상기 동력발생실(M)에 장착되는 모터는 종래와 같이 디스크 타입 모터로 소정의 폭과 두께를 가지며 상기 동력발생실(M)의 내경과 상응하는 외경을 갖도록 형성된 테두리부(21a)의 내주면에 다수개의 권선 코일(21b)이 부착된 복수개의 고정디스크부(21c)가 소정의 간격을 두고 형성되어 동력발생실(M)내에 삽입되어 장착되는 고정자(21)와, 상기 권선 코일(21b)에 대응되도록 다수개의 영구자석(22a)이 부착된 회전디스크부(22b)가 상기 고정디스크부(21c)사이에 각각 교번되게 위치하도록 구동축(50)에 결합되는 회전자(22)로 구성된다. 그리고 상기 고정자의 테두리부(21a)에 냉매 가스가 모터내부로 유입되는 제1 통풍공(21d)이 형성되고 테두리부(21a)의 타측에 모터내부를 거친 냉매 가스가 빠져나가는 제2 통풍공(21e)이 형성된다.

미설명 부호 64는 와이어가 위치하는 배선구멍이다.

이하, 본 발명의 터보 압축기 모터 냉각구조의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 모터 고정자(21)의 권선 코일(21b)에 전류가 인가되면 권선 코일(21b)에 흐르는 전류와 회전자 영구자석(22a)의 상호작용에 의해 회전자(22)가 회전력을 받아 고속으로 회전하게 되며 그 회전력이 구동축(50)에 전달되어 구동축(50)이 고속으로 회전하게 된다. 상기 구동축(50)의 회전력에 의해 제1,2 임펠러(51)(52)가 제1,2 압축실(P1)(P2)에서 고속으로 회전함에 따라 흡입력이 발생하게 되며 그 흡입력에 의해 케이싱(60)의 유입구(61)로 냉매 가스가 유입된다. 상기 케이싱(60)의 유입구(61)로 유입된 냉매 가스의 일부는 모터 고정자의 제1 통풍공(21d)을 통해 모터내부로 유입되고 그 모터내부로 유입된 냉매 가스는 모터 고정자의 고정디스크부(21c)와 회전자의 회전디스크부(22b)사이를 통과하면서 제2 통풍공(21d)를 통해 유출되면서 모터내부에서 발생되는 열을 냉각시키게 되고 그 제2 통풍공(21e)을 통해 유출된 냉매 가스는 유출구(62)로 유동하게 된다. 이와 동시에 케이싱(60)의 유입구(61)로 유입된 냉매 가스 중 고정자의 제1 통풍공(21d)으로 유입되지 않은 냉매 가스는 보조유로(63)를 통해 모터내부를 거치지 않고 토출구(62)로 유동하게 된다. 이와 같이 모터내부를 통해 흐르는 냉매 가스와 보조유로(63)를 통해 흐르는 냉매 가스는 모두 유출구(62)를 통해 유출되어 제1 연통유로(F1)를 통해 제1 압축실(P1)로 유입된다.

본 발명은 사이클을 구성하는 증발기를 거친 냉매 가스가 압축기의 케이싱 유입구(61)로 유입되고 그 유입구(61)로 유입된 냉매 가스 중 모터 냉각에 필요한 가스 양만큼 모터내부를 통해 유동하고 그 외의 가스는 보조유로(63)를 통해 유동하게 되므로 가스의 유동 저항이 줄어들게 된다. 즉, 종래에는 냉매 가스가 유입되는 케이싱(10)의 유입구(11) 단면적이 모터내부를 유동하는 가스의 유로 단면적 보다 큰 상태에서 케이싱(10)의 유입구(11)로 유입되는 냉매 가스의 모든 양이 모터내부를 통해 유동하게 되므로 가스의 유동 저항이 커 압력손실이 발생하게 되지만, 본 발명은 케이싱(60)의 유입구(61)의 단면적과 상기 유입구(61)로 유입된 냉매 가스가 유동하는 모터내부의 유로 및 보조유로(63)의 단면적 합이 같게 되므로 가스의 유동이 원활하게 되어 압력 손실이 최소화된다. 또한 압축실에서 회전하는 임펠러를 설계하는 설계 포인트가 되는 동력발생실(M)의 압력 손실이 최소화되어 압축실의 흡입압 조건을 충족시키게 된다.

그리고 모터내부에서 발생되는 열은 모터내부로 유동하는 냉매 가스에 의해 냉각이 충분히 이루어지게 되므로 모터의 성능 저하를 방지하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 터보 압축기의 모터 냉각구조는 사이클을 구성하는 증발기를 거친 냉매 가스가 압축기내로 유입되어 모터를 냉각시키면서 압축실로 유동하는 가스의 유동 저항을 감소시켜 압력 손실을 최소화하게 됨으로써 압축실의 흡입압 조건을 충족시키게 되어 압축기의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

양측에 임펠러가 삽입되는 압축실이 각각 위치하는 케이싱에 상기 임펠러를 회전시키는 동력발생수단인 모터가 결합되는 동력발생실이 형성되며 그 동력발생실의 일측에 냉매 가스가 유입되는 유입구가 형성되고 상기 동력발생실의 타측에 냉매 가스가 유출되는 유출구가 형성되고 상기 동력발생실의 측부에 상기 유입구로 유입된 냉매 가스의 유량 중 모터를 냉각시키기 위해 모터를 통과하는 냉매 가스의 잔류 냉매 가스가 상기 유출구를 통해 흐를 수 있도록 보조유로가 형성된 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 모터 냉각구조.
제1항에 있어서, 상기 모터를 통과하는 가스 유로의 단면적과 상기 보조유로의 단면적의 합은 상기 케이싱의 유입구 단면적과 동일하게 형성된 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 모터 냉각구조.