KR20020061691A - 터보 압축기의 열손실 저감구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고온부와 저온부 사이에서 발생하는 열전달을 감소시켜 열손실을 저감시킬 수 있는 터보 압축기의 열손실 저감구조에 관한 것으로, 본 발명에 따른 터보 압축기의 열손실 저감구조에 의하면 제2베어링 플레이트(2B) 및 베어링 커버(5)와 같이 저온부와 고온부의 경계를 이루는 부품들이 단열특성이 우수한 엔지니어링 플라스틱 내지는 세락믹과 같은 재질로 이루어진다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 터보 압축기의 열손실 저감구조에 의하면 저온의 모터 하우징 내부와, 고온의 외곽부 사이의 열전달이 저감되기 때문에, 열에너지의 손실 및 압축손실을 최소화함으로써 압축기의 작동효율을 높일 수 있게 된다.

Description

터보 압축기의 열손실 저감구조{Heat loss reduction structure of Turbo compressor}

본 발명은 압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온부와 저온부 사이에서 발생하는 열전달을 감소시켜 열손실을 저감시킬 수 있는 터보 압축기의 열손실 저감구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적인 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 것으로, 공기 조화기 등에서 사용되며 왕복동식, 스크롤식, 터보식(원심식), 베인식(회전식) 등으로 구분된다.

터보 압축기는 임펠러의 회전력을 이용하여 유체를 축방향으로 흡입한 다음, 원심방향으로 토출시키면서 압축하는 것으로, 임펠러 및 압축실의 개수에 따라 1단 내지는 2단식으로 구분되며, 임펠러의 배열 형태에 따라 백 투 백(back to back) 타입 및 페이스 투 페이스(face to face) 타입으로 구분된다.

이중에서 페이스 투 페이스 타입의 2단식 터보 압축기는 도 1에 나타난 것과 같이 모터 하우징(1)과, 상기 모터 하우징(1)의 양측에 구비되는 제1베어링 플레이트(2A) 및 제2베어링 플레이트(2B)와, 상기 제1베어링 플레이트(2A)의 외측면에 장착된 슈라우드 플레이트(3)와, 상기 슈라우드 플레이트(3)의 외측면에 장착되는 제1디퓨저 케이싱(4A)과, 상기 제2베어링 플레이트(2B)의 외측면에 장착되는 베어링 커버(5)와, 상기 베어링 커버(5)를 감싸는 볼류트 케이싱(6)과, 상기 볼류트 케이싱(6)의 외면에 장착되는 제2디퓨저 케이싱(4B)과, 모터 하우징(1)의 내부에 장착된 모터(M)를 포함하여 이루어져 있다.

여기서, 모터 하우징(1)의 일측에는 흡입관(SP)이 구성되어 있으며, 볼류트 케이싱(6)의 일측에는 토출관(DP)이 구성되어 있다.

상기 슈라우드 플레이트(3)와 제1디퓨저 케이싱(4A)은 제1압축실(Sc1)을 구성하고, 볼류트 케이싱(6)과 제2디퓨저 케이싱(4B)은 제2압축실(Sc2)을 구성하게 된다.

모터(M)는 스테이터(MS)와, 상기 스테이터(MS) 내에 장착된 로터(MR) 및 로터(MR)에 압입된 회전축(7)으로 이루어져 있는데, 상기 모터(M)의 회전축(7)은 양선단이 각각 제1베어링 플레이트(2A) 및 제2베어링 플레이트(2B)를 관통하는 구조로서, 상기 각 플레이트(2A)(2B) 안쪽의 레이디얼 베어링(radial bearing)(9A)(9B)에 의해 수직방향으로 지지되고, 트러스트 베어링(10)에 의해 길이방향으로 지지된다.

모터(M)의 회전축(7) 양선단에는 각각 제1압축실(Sc1)에 배치되는 1단 임펠러(8A)와 제2압축실(Sc2)에 배치되는 2단 임펠러(8B)가 부착되어 있는데, 각 임펠러(8A)(8B)는 유체를 흡입하는 방향이 서로 마주보도록 이른바 페이스 투 페이스 타입으로 배치된다.

이와 같은 종래 페이스 투 페이스 타입 2단 터보 압축기에 의하면 모터(M)의 구동으로 회전축(7)과 이에 부착된 양 임펠러(8A)(8B)가 회전함으로써 유체가 흡입관(SP)으로 흡입되고, 흡입된 유체는 제1가스통로(11) 및 제1흡입공간(Ss1)을 통해 제1압축실(Sc1)로 유입되어 1단 임펠러(8A)에 의해 1차 압축된다. 그리고, 1단 압축된 이른바 가압축 유체가 제2가스통로(12) 및 제2흡입공간(Ss2)을 통해 제2압축실(Sc2)로 흡입되어 2단 임펠러(8B)에 의해 2차 압축됨으로써 효율적인 압축작용이 이루어진다. 2단 압축된 유체는 볼류트 케이싱(6)에 의해 모아져 토출관(DP)을 통해 토출된다.

그리고, 백 투 백 타입 2단 터보 압축기는 도 2에 나타난 것과 같이 1, 2단 임펠러(8A)(8B)의 배치방향이 상기 페이스 투 페이스 타입과 반대로 이루어지고, 흡입관(SP)이 회전축(7)과 정렬되어 1단 임펠러(8A) 측에 구비되며, 연결관(20)에 의해 모터실(13)과 2단 임펠러(8B)가 연결된 구조로 이루어져 있다.

이와 같은 종래 백 투 백 타입 2단 터보 압축기에 의하면 흡입관(SP)으로 흡입된 유체가 1단 임펠러(8A)에 의해 1차 압축된 후, 모터실(13)내로 들어가게 되고, 이어서 연결관(20)을 통해 2단 임펠러(8B) 측으로 유입되어 2차 압축된 다음, 토출관(DP)을 통해 토출된다.

상술한 바와 같은 종래기술에 따른 압축기에서는 유체의 압축과정에서 열손실 및 유체의 압축손실이 발생하는데, 이에 대해 압축기의 종류별로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 페이스 투 페이스 타입의 2단 터보 압축기에서는 흡입관(SP)을 통해모터 하우징(1) 내로 유입된 유체의 온도와 압력을 Ts, Ps라 하고, 1단 임펠러(8A)를 지나면서 1차 압축될 때의 유체의 온도와 압력을 Tm, Pm이라고 하면, Tm>Ts, Pm>Ps의 관계가 된다.

따라서, 제2가스통로(12) 및 제2흡입공간(Ss2)과 제2압축실(Sc2)은 모터 하우징(1) 내부에 비해 높은 압력으로 인해 베어링 커버(5)의 래버린스씰(labyrinth seal)(5A)과, 트러스트 베어링실(10A)과 레이디얼 베어링(9B)으로 이어지는 누설 통로를 따라 누설이 발생하고, 높은 온도에 의해 내부쪽으로의 열전달이 이루어진다.

이러한 고온부에서 모터 하우징(1) 쪽으로 전달되는 열로 인해, 1차적으로는 압축된 유체의 열손실이 발생하고, 2차적으로는 모터 하우징(1) 내부 유체의 온도가 상승하여 1단 임펠러(8A)로의 유량이 감소하는 현상이 발생하여 압축 손실이 떨어진다. 또한, 트러스트 베어링실(10A)의 온도가 상승하여 트러스트 베어링(10)의 작동 환경이 악화된다.

다음으로, 백 투 백 타입의 압축기에서는, 2차 압축되어 볼류트 케이싱(6)에서 포집된 유체의 온도에 비해 모터실(13)의 온도가 낮기 때문에, 볼류트 케이싱(6)에서 베어링 커버(5)와 제2베어링 플레이트(2B)를 거쳐 모터실(13) 쪽으로 열전달이 발생하여, 2차 압축시의 유체가 열손실된다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 압축기의 내부의 고온부와 저온부 사이의 열전달을 최소화함으로써, 고온유체에서 발생하는 열에너지의 손실을 줄여 압축기의 작동효율을 높일 수 있는 터보 압축기의 열손실 저감구조 제공을 목적으로 한다.

도 1은 일반적인 페이스 투 페이스 타입 2단 터보 압축기의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 2는 일반적인 백 투 백 타입 2단 터보 압축기의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 페이스 투 페이스 타입 2단 터보 압축기의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 백 투 백 타입 2단 터보 압축기의 구조를 나타낸 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 모터 하우징 2A: 제1베어링 플레이트

2B: 제2베어링 플레이트 3: 슈라우드 플레이트

4A: 제1디퓨저 케이싱 4B: 제2디퓨저 케이싱

5: 베어링 커버 5A: 래버린스씰

6: 볼류트 케이싱 7: 회전축

8A: 1단 임펠러 8B: 2단 임펠러

9A: 레이디얼 포일 베어링 9B: 레이디얼 포일 베어링

10: 트러스트 포일 베어링 10A: 트러스트 베어링실

11: 제1가스통로 12: 제2가스통로

13: 모터실 20: 연결관

상기 목적을 달성하기 위하여 제공되는 터보 압축기의 열손실 저감구조는 저온의 모터 하우징과 고온의 외곽부 사이의 단열효과가 향상되도록 상기 제2베어링 플레이트 및 베어링 커버와 같이 저온부와 고온부의 경계를 이루는 부품들이 단열특성이 우수한 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 상기 제2베어링 플레이트 및 베어링 커버가 엔지니어링 플라스틱 내지는 세라믹과 같은 재질로 이루어진다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도 3과 도 4를 참조로 하여 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기의 열손실 저감구조에 의하면 페이스 투 페이스 타입의 압축기의 경우 도 3에 나타난 것과 같이 저온의 모터 하우징(1)과 고온의 외곽부 사이의 단열효과가 향상되도록 상기 제2베어링 플레이트(2B) 및 베어링 커버(5)와 같이 저온부와 고온부의 경계를 이루는 부품들이 단열특성이 우수한 재질로 이루어진다.

여기서, 상기 제2베어링 플레이트(2B) 및 베어링 커버(5)의 재질로서는 엔지니어링 플라스틱이나, 세라믹 등이 사용된다.

이와 같은 본 실시예에 따른 터보 압축기의 열손실 저감구조는 상기 페이스 투 페이스 타입 뿐만 아니라, 백 투 백 타입에도 동일하게 적용됨으로써 도 4에 나타난 것과 같이 백 투 백 타입 2단 터보 압축기의 제2베어링 플레이트(2B) 및 베어링 커버(5)와 같은 부품들이 단열특성이 우수한 재질로 이루어진다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 저온의 모터 하우징(1) 내부와, 고온의 외곽부(2차 압축부) 사이의 열전달이 저감되기 때문에, 상기 고온부의 고온유체에서 발생하는 열에너지의 손실을 줄일 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 터보 압축기의 열손실 저감구조에 의하면 저온의 모터 하우징 내부와, 고온의 외곽부 사이의 열전달이 저감되기 때문에, 열에너지의 손실 및 압축손실을 최소화함으로써 압축기의 작동효율을 높일 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 모터 하우징과,

   상기 모터 하우징의 양측에 구비되는 제1, 제2베어링 플레이트와, 상기 제1 베어링 플레이트의 외측면에 장착되는 슈라우드 플레이트와,

   상기 슈라우드 플레이트의 외측면에 장착되는 제1디퓨저 케이싱과,

   상기 제2베어링 플레이트의 외측면에 장착되는 베어링 커버와,

   상기 베어링 커버를 감싸는 볼류트 케이싱과,

   상기 볼류트 케이싱의 외면에 장착되는 제2디퓨저 케이싱과,

   모터 하우징의 내부에 장착된 모터와,

   모터의 회전축 양단에 페이스 투 페이스 타입으로 부착된 1, 2단 임펠러

   를 포함하는 2단 터보 압축기에 있어서;

   저온의 모터 하우징과 고온의 외곽부 사이의 단열효과가 향상되도록 상기 제2베어링 플레이트 및 베어링 커버와 같이 저온부와 고온부의 경계를 이루는 부품들이 단열특성이 우수한 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 열손실 저감구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2베어링 플레이트 및 베어링 커버는

   엔지니어링 플라스틱 내지는 세라믹과 같은 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 열손실 저감구조.