KR20010026716A - 터보 압축기의 냉각 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보 압축기의 냉각 구조에 관한 것으로서, 본 발명은 소정 형태의 케이싱 내부에 냉매가스가 유동되는 동력발생실과 제1,2 압축실이 각각 구비되고, 상기 동력발생실에 회전자 및 고정자로 구성된 동력발생수단이 설치되는 동시에 상기 동력발생수단의 냉각을 돕도록 동력발생수단과 냉매가스의 열교환 면적을 증가시키는 냉각수단이 설치됨으로써 상기 동력발생수단과 냉매가스의 열교환 효율이 향상되어 동력발생수단의 냉각이 제대로 이루어지게 되고, 이에 따라 상기 동력발생수단의 성능이 향상되어 압축기 전체의 성능이 개선되도록 한 것이다.

Description

터보 압축기의 냉각 구조 {STRUCTURE FOR COOLING MOTOR IN TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 터보 압축기의 냉각 구조에 관한 것으로서, 특히 동력발생실에 구비된 동력발생수단과 냉매가스의 열교환 면적이 증가되도록 상기 동력발생수단의 고정자 외주면에 냉각핀이 형성된 터보 압축기의 냉각 구조에 관한 것이다.

압축기는 공기나 냉매 가스 등의 기체를 압축하는 기계로서, 일반적으로 동력을 발생시키는 동력발생부와 그 동력발생부에서 전달된 구동력에 의해 기체를 흡입하여 압축하는 압축기구부로 구성된다.

이와 같은 압축기의 일례로 터보 압축기를 들 수 있는데, 상기 터보 압축기는 동력발생부에서 발생되는 구동력을 전달받아 임펠러가 회전하면서 가스를 흡입하고 압축하여 고압 상태로 토출시키게 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 터보 압축기의 내부 구조가 도시된 단면도로서, 이를 참조하면, 터보 압축기는 소정 형상을 갖는 케이싱(10) 내부에 동력발생실(M)이 형성되고 상기 동력발생실(M)의 양측에는 제1,2 압축실(P1)(P2)이 각각 형성된다.

또한, 상기 동력발생실(M)에는 회전력을 발생시키는 동력발생수단(20)이 장착되고, 상기 동력발생수단(20)에는 회전력을 전달하는 구동축(30)이 결합되며, 상기 구동축(30)의 양단부에는 제1,2 임펠러(31)(32)가 상기한 제1,2 압축실(P1)(P2)에 각각 위치되도록 고정 결합된다.

여기서, 상기 동력발생수단은 자석(22)이 구비되어 상기 구동축(30)에 고정된 회전자(21)와, 상기 회전자(21)의 자석(22)과 상호 작용을 일으키도록 코일(26)이 구비되어 케이싱(10) 내부에 고정된 고정자(25)로 구성되며, 상기한 회전자(21)와 고정자(25)가 서로 겹쳐지게 설치된 디스크 타입이다.

또한, 상기 케이싱(10)에는 동력발생실(M)로 냉매 가스가 유입되는 유입구(11)가 형성되는 동시에 상기 동력발생실(M)로 유입된 냉매 가스가 유출되는 유출구(12)가 형성된다.

또한, 상기 유출구(12)와 제1 압축실(P1) 사이에는 유출구(12)를 거친 냉매 가스가 제1 압축실(P1)로 유입되도록 안내하는 제1 연통유로(F1)가 형성되고, 상기 제1 압축실(P1)과 제2 압축실(P2) 사이에는 제1 압축실(P1)을 거친 냉매 가스가 제2 압축실(P2)로 유입되도록 안내하는 제2 연통유로(F2)가 형성되며, 상기 제2 압축실(P2)의 일측에는 냉매 가스가 토출되는 토출구(미도시)가 형성된다.

또한, 상기 구동축(30)의 양측에는 구동축(30)을 반경방향으로 지지하는 반경 방향 지지수단(Journal bearing)(J)과 상기 구동축(30)을 축 방향으로 지지하는 축 방향 지지수단(Thrust bearing)(T)이 각각 설치된다.

상기에서, 미설명된 참조번호 40은 상기 반경 방향 지지수단과 축 방향 지지수단이 지지되는 지지부재를 나타내며, 상기 지지부재(40)는 동력발생실(M)과 제1,2 압축실(P1)(P2)을 서로 분리, 차단하는 역할도 함께 수행하고 있다.

상기와 같이 구성된 종래의 터보 압축기에서는, 먼저 동력발생수단(20)에서 동력이 발생되어 구동축(30)을 고속 회전시키게 되면 상기 구동축(30)의 양단에 결합된 제1,2 임펠러(31)(32)가 제1,2 압축실(P1)(P2)내에서 각각 고속 회전하면서 흡입력을 발생시키게 된다.

이와 같은 제1,2 임펠러(31)(32)의 회전에 의한 흡입력에 의해 냉매 가스가 케이싱(10)의 유입구(11)로 유입되고, 이렇게 유입된 냉매가스는 동력발생실(M)을 거치면서 제1 연통유로(F1)를 통해 제1 압축실(P1)로 흡입된다. 이때, 상기한 냉매가스는 동력발생실(M)을 지나는 동안 상기 동력발생수단(20)을 냉각시키는 기능을 수행한다.

이후, 상기 제1 압축실(P1)로 흡입된 냉매 가스는 제1 압축실(P1)에서 1단 압축되어 제2 연통유로(F2)를 통해 제2 압축실(P2)로 흡입되며, 상기 제2 압축실(P2)로 흡입된 냉매 가스는 제2 압축실(P2)에서 2단 압축되어 토출구를 통해 토출된다.

상기와 같이 압축기가 작동되는 동안, 상기 동력발생실(M)과 제1,2 압축실(P1)(P2)의 압력차에 의해 구동축(30)에 작용하는 축 방향 힘은 축 방향 지지수단(T)에 의해 지지되며, 상기 구동축(30)의 자중에 의해 작용하는 반경 방향의 힘은 반경 방향 지지수단(J)에 의해 지지된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 터보 압축기는 약 50000 rpm으로 고속 회전되는 동력발생수단(20)이 단지 동력발생실(M)을 지나는 냉매가스에 의해서 냉각되는 구조이고 상기 동력발생수단(20)과 냉매가스의 열교환 효율을 높이기 위한 어떠한 수단도 구비하고 있지 않기 때문에 상기 동력발생수단(20)의 냉각이 제대로 이루어지지 않게 되어 그 성능이 떨어지고, 결국에는 압축기 전체의 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은, 동력발생수단의 고정자 외주면에 냉각핀이 형성된 구조를 구비함으로써 상기 동력발생수단과 냉매가스의 열교환 면적이 증가되어 동력발생수단이 충분히 냉각될 수 있도록 하는 터보 압축기의 냉각 구조를 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 터보 압축기의 내부 구조가 도시된 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 터보 압축기의 냉각 구조가 구비된 터보 압축기의 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 고정자에 냉각핀이 절반만 형성된 모습이 도시된 사시도이다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

50 : 케이싱 60 : 동력발생수단

61 : 회전자 65 : 고정자

67 : 냉각핀 70 : 구동축

71,72 : 제1,2 임펠러 M' : 동력발생실

P1',P2' : 제1,2 압축실

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 소정 형태의 케이싱 내부에 냉매가스가 유동되는 동력발생실과 제1,2 압축실이 각각 구비되고, 상기 동력발생실에 회전자 및 고정자로 구성된 동력발생수단이 설치되는 동시에 상기 동력발생수단의 냉각을 돕도록 동력발생수단과 냉매가스의 열교환 면적을 증가시키는 냉각수단이 설치된 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 냉각 구조가 제공된다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 터보 압축기의 냉각 구조가 구비된 터보 압축기의 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 고정자에 냉각핀이 절반만 형성된 모습이 도시된 사시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 터보 압축기의 냉각 구조는 소정 형태의 케이싱(50) 내부에 냉매가스가 유동되는 동력발생실(M')과 제1,2 압축실(P1')(P2')이 각각 구비되고, 상기 동력발생실(M')에 회전자(61) 및 고정자(65)로 구성된 동력발생수단(60)이 설치되는 동시에 상기 동력발생수단(60)의 냉각을 돕도록 동력발생수단(60)과 냉매가스의 열교환 면적을 증가시키는 냉각수단이 설치된다.

여기서, 상기 동력발생수단(60)은 자석(62)이 장착되어 구동축(70)에 고정된 회전자(61)와, 상기 회전자(61)의 자석(62)과 상호 작용을 일으키도록 코일(66)이 장착되어 케이싱(50)의 내부에 고정된 고정자(65)로 구성되며, 상기한 회전자(61)와 고정자(65)가 서로 겹쳐지게 설치된 디스크 타입으로 되어 있다.

여기서, 상기 냉각수단은 동력발생수단(60)의 고정자(65)에 형성된 복수개의 냉각핀(67)으로 구성되며, 상기 냉각핀(67)은 압축기 내부의 기구적인 구조와 냉매가스의 유동 방향에 가장 적합한 형태가 되도록 형성되어 있다.

즉, 상기 냉각핀(67)은 냉매가스의 유동 방향과 동일한 진행 방향을 갖도록 고정자(65)의 외주면을 따라 형성된 고리 형태의 원판이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 냉각 구조를 구비한 터보 압축기는 다음과 같이 작동된다.

먼저, 동력발생수단(60)에서 동력이 발생되어 회전자(61)와 결합된 구동축(70)을 고속 회전시키게 되면 상기 구동축(70)의 양단에 결합된 제1,2 임펠러(71)(72)가 제1,2 압축실(P1)(P2)내에서 각각 고속 회전하면서 흡입력을 발생시키게 된다.

이와 같은 제1,2 임펠러(71)(72)의 회전에 의한 흡입력에 의해 냉매 가스가 케이싱(50)의 유입구(51)로 유입되고, 이렇게 유입된 냉매가스는 동력발생실(M')을 거쳐 상기 케이싱(50)의 유출구(52)로 이동된다.

이때, 상기 동력발생실(M')을 지나는 냉매가스는 열교환을 통해 상기 동력발생수단(60)을 냉각시키는 기능을 수행하며, 상기 동력발생수단(60)의 고정자(65) 외주면에는 복수개의 냉각핀(67)이 형성되어 있기 때문에 상기 고정자(65)와 냉매가스의 열교환 면적이 증가되어 상기 동력발생수단(60)이 충분히 냉각되게 된다.

상기한 바와 같이 동력발생수단(60)을 냉각시키면서 상기 유출구(52)로 이동된 냉매가스는 유출구(52)와 제1 압축실(P1')을 연결하는 제1 연통유로(F1')를 통해 상기 제1 압축실(P1')로 흡입된다.

이후, 상기 제1 압축실(P1')로 흡입된 냉매 가스는 제1 압축실(P1')에서 1단 압축되어 상기 제1 압축실(P1')과 제2 압축실(P2')을 연결하는 제2 연통유로(F2')를 통해 상기 제2 압축실(P2')로 흡입되며, 상기 제2 압축실(P2')로 흡입된 냉매 가스는 제2 압축실(P2')에서 2단 압축되어 토출구를 통해 토출된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 터보 압축기의 냉각 구조는, 동력발생수단(60)의 고정자(65) 외주면에 냉각핀(67)이 형성됨으로써 상기 동력발생수단(60)과 냉매가스의 열교환 면적이 증가되어 동력발생수단(60)의 냉각이 제대로 이루어지게 되고, 이로써 상기 동력발생수단(60)의 성능이 향상되어 압축기 전체의 성능이 개선되는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 소정 형태의 케이싱 내부에 냉매가스가 유동되는 동력발생실과 제1,2 압축실이 각각 구비되고, 상기 동력발생실에 회전자 및 고정자로 구성된 동력발생수단이 설치되는 동시에 상기 동력발생수단의 냉각을 돕도록 동력발생수단과 냉매가스의 열교환 면적을 증가시키는 냉각수단이 설치된 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 냉각 구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 냉각수단은 동력발생수단의 고정자에 형성된 복수개의 냉각핀으로 구성된 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 냉각 구조.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 냉각핀은 냉매가스의 유동 방향과 동일한 진행 방향을 갖도록 고정자의 외주면을 따라 형성된 고리 형태의 원판인 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 냉각 구조.