KR20010073551A

KR20010073551A - 터보 압축기의 냉각 촉진구조

Info

Publication number: KR20010073551A
Application number: KR1020000002169A
Authority: KR
Inventors: 곽승철
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 2000-01-18
Filing date: 2000-01-18
Publication date: 2001-08-01

Abstract

본 발명은 터보 압축기의 냉각 촉진구조에 관한 것으로, 본 발명은 냉매 가스가 흡입되는 흡입구가 구비된 모터실과 상기 모터실의 양측에 각각 형성되는 제1,2 압축실과 상기 모터실에 장착되는 모터와 상기 모터에 결합되는 회전축과 상기 회전축의 양단부에 각각 결합되어 상기 제1,2 압축실에 회전 가능하도록 각각 위치하는 제1,2 임펠러와 상기 제1 압축실과 모터실사이에 위치하는 제1 격벽 및 제2 압축실과 모터실사이에 위치하는 제2 격벽에 각각 결합되어 회전축을 지지하는 베어링을 포함하도록 구성된 터보 압축기에서, 상기 제1 격벽과 모터사이에 위치하는 회전축의 제1 영역과 제2 격벽과 모터사이에 위치하는 회전축의 제2 영역 중 하나의 영역 또는 두개의 영역 모두에 위치하도록 회전축에 결합되어 그 회전축과 함께 회전하면서 기류를 발생시키는 유동발생수단이 구비되도록 구성하여 압축기의 운전시 흡입구를 통해 유입되는 저온 상태의 냉매 가스가 고온의 열을 발생시키는 모터 및 베어링 그리고 회전축 측을 거치면서 유동하도록 함으로써 모터 및 베어링 그리고 회전축 측에서 발생되는 열을 강제 대류에 의해 열 전달시켜 모터 및 베어링 그리고 회전축의 냉각 효율을 높일 수 있도록 한 것이다.

Description

터보 압축기의 냉각 촉진구조{STRUCTURE FOR COOLING MOTOR AND SHAFT IN TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 터보 압축기에 관한 것으로, 특히 구동력을 발생시키는 모터 및 회전축을 지지하는 베어링 그리고 상기 모터가 장착됨과 아울러 베어링에 의해 지지되는 회전축 부분에서의 냉각을 효과적으로 이룰 수 있도록 한 터보 압축기의 냉각 촉진구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 공기나 냉매 가스 등의 유체를 압축하는 기계이다. 상기 압축기는 구동력을 발생시키는 전동기구부와 그 전동기구부에서 전달된 구동력에 의해 기체를 흡입하여 압축하는 압축기구부로 구성된다.

상기 압축기의 일예로 터보 압축기는 전동기구부에서 발생되는 운동에너지를 정압으로 변환시키면서 가스를 고압 상태로 토출시키게 된다. 터보 압축기는 보통 1개 또는 1개 이상의 임펠러를 회전시켜 가스를 압축하게 되는데, 보통 2개의 임펠러가 장착된 경우 모터가 장착되는 모터실의 양측에 임펠러가 삽입되는 제1,2 압축실이 각각 형성되어 모터의 구동력이 회전축을 통해 제1,2 압축실에 각각 위치하는 임펠러에 전달되면 임펠러가 고속으로 회전함에 의해 냉매 가스가 제1 압축실 및 제2 압축실을 순차적으로 거치면서 2단으로 압축되어 토출된다.

도 1은 상기 터보 압축기의 일례를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 터보 압축기는 모터실(M)이 형성된 모터케이싱(1)의 모터실(M)에 모터(2)가 장착되고 상기 모터(2)에 회전축(3)이 결합되며 상기 모터케이싱(1)의 양측에 제1,2 베어링 플레이트(4)(5)가 각각 결합됨과 아울러 그 제1,2 베어링 플레이트(4)(5)에 회전축(3)을 지지하는 저어널 베어링(JOURNAL)(R)이 각각 장착되며 상기 모터실(M)의 양측에 제1,2 압축실(P1)(P2)이 각각 형성된다. 상기 제1 압축실(P1)은 제1 베어링 플레이트(4)에 결합되는 쉬라우드 부재(6) 및 디퓨져 케이싱(7)에 의해 형성되며 상기 제2 압축실(P2)은 제2 베어링 플레이트(5)에 결합되는 볼류트 케이싱(8) 및 그 볼류트 케이싱(8)에 결합되는 대퓨져커버(9)에 의해 형성된다.

그리고 상기 제1,2 압축실에(P1)(P2)는 회전축(3)의 양단부에 각각 결합되는 제1,2 임펠러(10)(11)가 회전 가능하도록 위치하게 된다.

미설명 부호 T는 회전축을 축 방향으로 지지하는 스러스트 베어링(THRUST BEARING)이며, 12는 상기 스러스트 베어링을 지지하는 베어링 커버이다.

상기한 바와 같은 터보 압축기는 전원이 인가되어 모터(2)가 구동하게 되면 그 구동력이 회전축(3)을 통해 제1,2 임펠러(10)(11)에 각각 전달되어 제1,2 임펠러(10)(11)가 고속으로 회전하게 된다. 상기 제1,2 임펠러(10)(11)의 회전력에 의해 냉매 가스가 상기 모터케이싱(1)의 일측에 형성된 흡입구(1a)를 통해 모터실(M)내로 흡입되어 모터실(M)을 거치면서 모터(2)를 냉각시키게 되고 그 모터(2)를 냉각시킨 냉매 가스는 제1 베어링 플레이트(4)에 형성된 제1 가스통로(F1)를 통해 제1 압축실(P1)로 흡입된다. 상기 제1 압축실(P1)에서 1단 압축된 냉매 가스는 상기 제2 압축실(P2)과 연통된 제2 가스통로(F2)를 통해 제2 압축실(P2)로 흡입되어 제2 압축실(P2)에서 2단 압축된 다음 제2 압축실(P2)과 연통되도록 결합된 토출관(13)을 통해 토출된다.

한편, 상기한 바와 같은 터보 압축기에서 제1,2 임펠러(10)(11)가 각각 회전하는 제1,2 압축실(P1)(P2)에서 냉매 가스의 적정 토출 유량을 유지하기 위해 모터(2)가 고속으로 회전하게 된다. 이때, 모터(2)에서 손실에 의해 고온의 열이 발생될 뿐만 아니라 회전축(3)을 지지하는 베어링(R)에서 열이 발생하게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 터보 압축기는 증발기를 거친 저온 상태의 냉매 가스가 흡입구(1a)를 통해 모터실(M)로 흡입되어 모터(2)를 냉각시키고 제1 압축실(P1)로 유입되는 과정에서, 도 2에 도시한 바와 같이, 모터실(M)을 골고루 순환하지 못하고 흡입구(1a)측에 위치하는 유로를 통해 모터(2)의 일부분만을 냉각시키면서 제1 압축실(P1)로 유입되므로 열을 발생시키는 모터 및 베어링(R) 그리고 그 모터가 장착됨과 아울러 베어링(R)에 의해 지지되어 열 전달이 이루어지는 회전축에서 영역에서 냉각이 원활하게 이루어지지 못하여 효율을 저하시키게 되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 구동력을 발생시키는 모터 및 회전축을 지지하는 베어링 그리고 상기 모터가 장착됨과 아울러 베어링에 의해 지지되는 회전축 부분에서의 냉각을 효과적으로 이룰 수 있도록 한 터보 압축기의 냉각 촉진구조를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 터보 압축기의 일예를 도시한 단면도,

도 2는 상기 터보 압축기의 작동상태를 도시한 단면도,

도 3은 본 발명의 터보 압축기 냉각 촉진구조가 구비된 터보 압축기의 단면도,

도 4,5,6은 본 발명의 터보 압축기 냉각 촉진구조를 구성하는 유동발생수단의 변형례를 각각 도시한 사시도,

도 7은 본 발명의 터보 압축기 냉각 촉진구조의 작동상태를 도시한 터보 압축기의 단면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 ; 모터케이싱 1a ; 흡입구

3 ; 회전축 10 ; 제1 임펠러

11 ; 제2 임펠러 20 ; 모터

40 ; 유동발생수단 4,5 ; 제1,2 격벽(제1,2 베어링 플레이트)

M ; 모터실 P1 ; 제1 압축실

P2 ; 제2 압축실 R ; 베어링

A1 ; 제1 영역 A2 ; 제2 영역

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 냉매 가스가 흡입되는 흡입구가 구비된 모터실과 상기 모터실의 양측에 각각 형성되는 제1,2 압축실과 상기 모터실에 장착되는 모터와 상기 모터에 결합되는 회전축과 상기 회전축의 양단부에 각각 결합되어 상기 제1,2 압축실에 회전 가능하도록 각각 위치하는 제1,2 임펠러와 상기 제1 압축실과 모터실사이에 위치하는 제1 격벽 및 제2 압축실과 모터실사이에 위치하는 제2 격벽에 각각 결합되어 회전축을 지지하는 베어링을 포함하도록 구성된 터보 압축기에 있어서, 상기 제1 격벽과 모터사이에 위치하는 회전축의 제1 영역과 제2 격벽과 모터사이에 위치하는 회전축의 제2 영역 중 하나의 영역 또는 두개의 영역 모두에 위치하도록 회전축에 결합되어 그 회전축과 함께 회전하면서 기류를 발생시키는 유동발생수단이 구비된 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 냉각 촉진구조가 제공된다.

이하, 본 발명의 터보 압축기 냉각 촉진구조를 첨부도면에 도시한 실시례에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 터보 압축기 냉각 촉진구조의 일례가 구비된 터보 압축기의 일례를 도시한 것으로, 이를 참조하여 설명하면, 먼저 터보 압축기는 내부에 모터가 장착되는 모터 삽입공간(S) 및 그 모터 삽입공간(S)과 연통되도록 흡입구(1a)가 형성된 모터케이싱(1)의 모터 삽입공간(S)에 모터(20)가 장착되고 그 모터(20)에 회전축(3)이 결합된다.

상기 모터(20)는 모터케이싱(1)의 모터 삽입공간(S)에 고정 결합되는 고정자(21)와 상기 고정자(21)에 회전 가능하도록 결합됨과 아울러 그 내부에 회전축(3)이 고정 결합되는 회전자(22)로 구성된다. 상기 고정자(21)는 고정자 코어(23)와 상기 고정자 코어(23)에 권선되는 권선 코일(24)로 이루어지며 상기 고정자 코어(23)에 길이방향으로 냉매 가스가 통과되는 다수개의 관통구멍(23a)이 방사상으로 형성된다.

그리고 상기 모터케이싱(1)의 양측에 제1,2 베어링 플레이트(4)(5)가 모터 삽입공간(S)을 복개하도록 각각 결합되며 그 제1,2 베어링 플레이트(4)(5)에 회전축(3)을 반경 방향으로 지지하는 저어널 베어링(R)이 각각 결합되어 회전축(3)을 지지하게 된다.

상기 모터 삽입공간(S)과 제1,2 베어링 플레이트(4)(5)의 내측면(4a)(5a)들에 의해 모터실(M)이 형성되며 상기 제1 베어링 플레이트(4)의 측부에 형성되는 제1 압축실(P1)과 연통되도록 제1 베어링 플레이트(4)에 제1 가스통로(f1)가 형성된다. 상기 모터케이싱(1)의 흡입구(1a)는 모터(2)를 중심으로 하여 제2 베어링 플레이트(5)가 위치하는 측에 형성된다.

상기 제1 베어링 플레이트(4)의 측면에 소정 형상으로 형성되는 쉬라우드 부재(6) 및 디퓨져 케이싱(7)에 의해 제1 압축실(P1) 및 가스가 유동하는 제2 가스통로(f2)가 형성되며 그 제1 압축실(P1)에 상기 회전축(3)의 단부에 결합되는 제1 임펠러(10)가 위치하게 된다.

그리고 상기 제1 압축실(P1)과 모터실(M)사이의 제1 격벽, 즉 제1 베어링 플레이트(4)와 모터(M)의 사이에 위치하는 회전축(3)의 제1 영역(A1)에 기류를 발생시키는 유동발생수단(40)이 설치된다.

그리고 상기 제2 베어링 플레이트(5)의 측면에 회전축(3)을 축 방향으로 지지하는 스러스트 베어링(T) 및 그 스러스트 베어링(T)을 복개하는 베어링커버(12)가 결합된다. 그리고 소정의 형상으로 형성된 볼류트 케이싱(8) 및 디퓨져커버(9)가 상기베어링커버(12)를 복개하도록 제2 베어링 플레이트(5)에 결합되어 제2 압축실(P2) 및 그 제2 압축실(P2)로 가스가 유입되는 제3 가스통로(f3)가 형성되며 그 제2 압축실(P2)에 회전축(3)의 단부에 결합되는 제2 임펠러(11)가 위치하게 된다. 그리고 상기 제2 압축실(P2)과 연통되도록 토출관(13)이 결합되고, 상기 제2,3 가스통로(f2)(f3)는 제4 가스통로(f4)에 의해 연통된다.

그리고 상기 제2 압축실(P2)과 모터실(M)사이의 제2 격벽, 즉 제2 베어링 플레이트(5)와 모터(M)의 사이에 위치하는 회전축(3)의 제2 영역(A2)에 기류를 발생시키는 유동발생수단(40)이 설치된다.

상기 회전축(3)의 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)에 각각 설치되는 유동발생수단(40)은, 도 4에 도시한 바와 같이, 회전축(3)에 나선 형태로 결합되는 나선형 날개로 이루어진다.

상기 유동발생수단의 다른 변형례로, 도 5에 도시한 바와 같이, 회전축(3)에 결합되는 팬 형태로 형성된다.

상기 유동발생수단의 또 다른 변형례로, 도 6에 도시한 바와 같이, 회전축(3)에 다수개의 유선형 날개가 방사상으로 결합되는 형태로 이루어진다.

본 발명의 다른 실시례로서, 상기 유동발생수단(40)이 제1, 영역(A1)과 제2 영역(A2) 중 하나의 영역에 위치하도록 회전축(3)에 설치하여 이루어진다.

이하, 본 발명의 터보 압축기 냉각 촉진구조의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저 전원이 인가되면 모터(2)의 구동과 동시에 그 구동력이 회전축(3)을 통해 제1,2 임펠러(10)(11)에 전달되어 제1,2 임펠러(10)(11)가 고속 회전하게 된다. 상기 제1,2 임펠러(10)(11)가 제1,2 압축실(P1)(P2)에서 회전함에 따라, 도 7에 도시한 바와 같이, 냉매 가스가 흡입구(1a)를 통해 모터실(M)로 흡입되고 그 모터실(M)로 흡입된 냉매 가스는 그 일부가 흡입구(1a)측에 위치하는 고정자의 관통구멍(23a)으로 유입되고 나머지는 상기 회전축(3)과 함께 회전하는 유동발생수단(40)에 의해 형성되는 유동을 따라 모터(20) 및 베어링(R) 그리고 회전축(3)의 제2 영역측(A2)으로 유동하게 된다. 상기 모터(20) 및 베어링(R) 그리고 회전축(3) 측에서 유동하는 냉매 가스에 의해 모터(20) 및 베어링(R) 그리고 회전축(3)에서 발생되는 열을 강제 대류시켜 열 전달을 촉진시킴에 의해 발생되는 열을 냉각시키게 된다. 그리고 제2 영역측에서 유동한 냉매 가스는 고정자 관통구멍(23a)을 통해 유동하게 되며 그 관통구멍(23a)을 통한 냉매 가스는 회전축(3)의 제1 영역(A1) 측에서 회전축(3)과 함께 회전하는 유동발생수단(40)에 의해 상기 모터(20) 및 베어링(R) 그리고 회전축(3) 측에서 유동하는 냉매 가스에 의해 모터(20) 및 베어링(R) 그리고 회전축(3)에서 발생되는 열을 강제 대류시켜 열 전달을 촉진시킴에 의해 발생되는 열을 냉각시키게 된다. 그리고 회전축(3)의 제1 영역(A1)측에서 유동된 냉매 가스는 제1 가스통로(f1)를 통해 제1 압축실(P1)로 흡입된다. 상기 제1 압축실(P1)로 흡입된 냉매 가스는 1단 압축되어 제2 가스통로(f2)와 제4 가스통로(f4) 그리고 제3 가스통로(f3)를 통해 제2 압축실(P2)로 흡입되고 그 제2 압축실(P2)에서 냉매 가스가 2단 압축되어 토출관(13)을 통해 토출된다.

이와 같이 본 발명은 흡입구(1a)를 통해 모터실(M)로 유입되는 저온 상태의 냉매 가스가 유동발생수단(40)에 의해 열을 많이 발생시키면서도 냉매 가스의 유동이 적은 모터(20) 및 베어링(R) 그리고 회전축(3) 측으로 거치면서 유동하게 됨으로써 모터(20) 및 베어링(R) 그리고 회전축(3) 측으로 강제 유동하는 냉매 가스에 의한 강제 대류에 의해 모터(20) 및 베어링(R) 그리고 회전축(3) 측에서 발생되는 열 전달을 촉진시켜 냉각 성능을 높이게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 터보 압축기의 냉각 촉진구조는 압축기의 운전시 흡입구를 통해 유입되는 저온 상태의 냉매 가스가 고온의 열을 발생시키는 모터 및 베어링 그리고 회전축 측을 거치면서 유동하게 되어 모터 및 베어링 그리고 회전축 측에서 발생되는 열을 강제 대류에 의해 열 전달시키게 됨으로써 모터 및 베어링 그리고 회전축의 냉각 효율을 높이게 되어 모터의 효율을 높임과 아울러 베어링 및 회전축의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims

냉매 가스가 흡입되는 흡입구가 구비된 모터실과 상기 모터실의 양측에 각각 형성되는 제1,2 압축실과 상기 모터실에 장착되는 모터와 상기 모터에 결합되는 회전축과 상기 회전축의 양단부에 각각 결합되어 상기 제1,2 압축실에 회전 가능하도록 각각 위치하는 제1,2 임펠러와 상기 제1 압축실과 모터실사이에 위치하는 제1 격벽 및 제2 압축실과 모터실사이에 위치하는 제2 격벽에 각각 결합되어 회전축을 지지하는 베어링을 포함하도록 구성된 터보 압축기에 있어서, 상기 제1 격벽과 모터사이에 위치하는 회전축의 제1 영역과 제2 격벽과 모터사이에 위치하는 회전축의 제2 영역 중 하나의 영역 또는 두개의 영역 모두에 위치하도록 회전축에 결합되어 그 회전축과 함께 회전하면서 기류를 발생시키는 유동발생수단이 구비된 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 냉각 촉진구조.