KR20130030392A

KR20130030392A - 터보블로워 또는 터보압축기의 모터냉각구조

Info

Publication number: KR20130030392A
Application number: KR1020110093823A
Authority: KR
Inventors: 김경수; 서자원
Original assignee: 주식회사 뉴로스
Priority date: 2011-09-19
Filing date: 2011-09-19
Publication date: 2013-03-27
Also published as: KR101315910B1

Abstract

본 발명은 모터부(100)와 압축부(200)를 가지는 터보압축기(1000)에 있어서, 모터의 회전자(91)와 연결된 흡입팬(980)을 제공하고 흡입팬(980)의 회전에 따른 흡입압력으로 외부로부터 인입되는 공기를 제1연통로(58)를 통하여 흡입하여 모터를 냉각하고 제2연통로(79)를 통하여 외기관(70)으로 배출한다.

Description

터보블로워 또는 터보압축기의 모터냉각구조{Cooling structure for motor in turbo blower or turbo compressor}

본 발명은 터보압축기 또는 터보블로워의 모터냉각구조에 관한 것으로서, 더욱 상세히는, 임펠러의 회전으로 공기의 압축을 이루는 압축부가 모터와 독립적으로 제공되는 터보압축기 또는 터보블로워에 있어서 임펠러의 회전에 따른 부압으로 흡입되는 공기를 이용하여 모터의 효율적인 냉각을 이룸으로써 모터를 냉각시킨 공기가 주유로의 임펠러측으로 흡입되지 않고 외부로 배출되도록 하는 터보압축기 또는 터보블로워의 모터냉각구조에 관한 것이다.

터보압축기(turbo compressor)는 고속모터로 임펠러를 회전하여 외부로부터 흡입된 공기를 압축하여 토출하는 기계장치를 말한다. 한편 터보블로워(turbo blower)는 모터의 회전력을 이용하여 임펠러를 고속으로 회전하여 외부의 공기를 유입하여 이를 송풍하는 기계를 말하며 분체 이송용이나 하수처리장 등에서 폭기(爆氣)용으로 사용되고 있다.

이러한 터보압축기와 터보블로워는 일반적으로 토출압력에 따라 구분되는데, 토출압력을 100Kpa을 기준으로 이보다 높은 경우 터보압축기라 하고 이보다 낮은 경우 터보블로워라 한다.

이중 터보압축기는 모터의 동력을 기어박스를 통하여 임펠러로 전달하는 기어증속형과 모터와 임펠러를 직결하는 직결방식이 있는데, 모터와 임펠러를 직결하는 경우 에어 포일 베어링 또는 자기 베어링을 사용하고 인버터를 제공하여 모터속도를 제어할 수 있다.

모터와 임펠러를 직결하는 터보압축기와 관련되어 모터의 회전자(로터)의 양측단에 임펠러를 배치하여 모터의 회전에 따라 임펠러의 회전으로 2단으로 압축을 이루는 구조가 개시되고 있는데, 예를 들어 대한민국 특허 제10-0530757호는 이러한 터보압축기를 보인다.

그러나 이러한 직결방식을 넘어서, 임펠러의 회전으로 압축을 이루는 압축부를 모터와 독립적으로 제공하고 모터와 임펠러는 커플링를 통하여 연결할 수 있다.

이러한 경우 압축부가 독립적으로 설치됨으로 인하여 설계의 자유성이 증대되고 대용량의 압축이 가능하며 진동 등의 문제에 쉽게 대처할 수 있게 된다.

그런데 이와 같이 압축부를 모터와 독립적으로 설치하는 경우, 모터의 냉각이 중요한 과제로 떠오를 수 있는데 특별히 대용량의 압축이 필요한 경우 더욱 그러하다. 즉 모터의 효율적인 냉각이 필요한 것이다.

한편으로 이와 관련되어, 모터를 냉각시킨 공기는 임펠러 측으로 흡입되지 않도록 하는 것이 바람직한데, 임펠러로 흡입되는 공기의 온도가 올라갈 경우 압축효율이 떨어지기 때문이다.

따라서 모터의 냉각과 관련되어 일차적으로 임펠러의 회전에 따른 부압으로 외부공기를 흡입하고 이렇게 흡입하는 공기로 모터를 냉각하는 방식을 생각할 수 있지만, 이러한 경우 모터로부터 열을 빼앗아 더워진 공기가 주유로의 임펠러 측으로 흡입되지 않도록 하여야 한다.

그러므로 임펠러의 부압으로 흡입되는 공기를 이용하여 모터를 효율적으로 냉각하면서 이렇게 냉각에 사용된 공기는 임펠러측으로 흡입되지 않도록 하는 방안이 요청된다.

한편 터보블로워와 관련되어서는, 본 출원인의 대한민국 특허 10-0572849의 간단한 구조로 효율적인 모터 냉각이 가능한 터보 블로워와 같이, 임펠러의 회전으로 압축을 이루는 압축부를 모터와 독립적으로 제공하고 압축부의 임펠러는 모터와 직결되는 구조의 것이 있다. 이 경우도 터보압축기와 마찬가지로, 임펠러의 부압으로 흡입되는 공기를 이용하여 모터를 효율적으로 냉각하면서 이렇게 냉각에 사용된 공기는 임펠러측으로 흡입되지 않도록 하는 방안이 요청된다.

본 발명은 이와 같이 임펠러가 설치되어 공기의 압축을 이루는 압축부가 별도로 제공되는 터보압축기 또는 터보블로워에 있어서, 상기 압축부의 임펠러의 회전동력을 제공하는 모터를 임펠러의 부압으로 효율적으로 냉각하면서 냉각에 사용된 공기는 임펠러측으로 흡입되지 않도록 하는 터보압축기 또는 터보블로워의 모터냉각구조를 제공한다.

본 발명의 목적은 압축부가 모터와 독립적으로 설치되는 터보압축기 또는 터보블로워에 있어서 임펠러의 부압으로 흡입되는 공기를 이용하여 모터를 효율적으로 냉각하면서 모터를 냉각시킨 공기가 임펠러쪽으로 흡입되지 않도록 하는 모터의 냉각구조를 제공하는 것이다.

본 발명은 임펠러가 설치되어 공기의 압축을 이루는 압축부가 별도로 제공되는 터보압축기 또는 터보블로워에 있어서, 상기 압축부의 임펠러의 회전동력을 제공하는 모터가 설치된 모터부에 제공되는 것으로서, 하우징과; 상기 하우징내부에 설치되는 것으로서 내부에 모터가 설치되는 모터케이스와; 상기 모터의 회전자는 상기 압축부의 임펠러를 회전시키며; 상기 하우징에서 상기 모터케이스의 바깥쪽에 형성된 외부공기인입로와; 상기 외부공기인입로는 상기 압축부의 임펠러와 연통하며; 상기 모터의 회전자와 연결된 흡입팬과; 상기 모터케이스의 외벽에 형성되어 상기 외부공기인입로와 상기 모터케이스의 내부를 연통시키는 제1연통로와; 상기 모터케이스의 전방에 형성되어 상기 모터케이스의 내부와 상기 흡입팬을 연통시키는 제2연통로와; 상기 흡입팬과 연통되는 것으로서 외기와 연결된 외기관을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보압축기 또는 터보블로워의 모터냉각구조를 제공한다.

본 발명에 따를 경우, 상기 모터케이스의 내부에서 상기 모터의 고정자에는 냉각핀이 설치되고, 상기 모터의 고정자와 회전자의 사이에는 에어갭이 형성되며, 상기 제1연통로와 상기 냉각핀 및 상기 에어갭은 연통하고, 상기 냉각핀 및 상기 에어갭은 상기 제2연통로와 연통하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따를 경우, 상기 임펠러의 반대쪽에서 상기 모터케이스는 상기 모터의 회전자와 대응하는 부분이 개방되고, 상기 흡입팬은 상기 모터의 회전자와 대응하여 개방된 부분에 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따를 경우 임펠러의 회전으로 형성되는 부압으로 외부의 공기를 흡입하면서 흡입된 공기의 일부를 이용하여 모터의 냉각을 이루며 모터의 냉각에 사용된 공기는 외부로 배출시킨다.

이에 따라, 임펠러가 설치되어 압축을 이루는 압축부가 별도로 설치된 터보압축기 또는 터보블로워에 있어서 냉각에 사용된 공기가 임펠러측으로 흐르지 않게 하면서 효율적으로 모터의 냉각을 이룰 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터보압축기의 전체적인 구조를 보이는 단면도;
도 2는 모터부의 구조를 보이는 단면도;
도 3은 모터부에서 공기의 흐름을 보이는 단면도.

이제 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고로 하여 설명한다.

본 실시예는 2단으로 압축되는 터보압축기를 대상으로 하여 설명되고 있지만, 본 발명은 모터가 설치된 모터부와 임펠러의 회전으로 압축을 이루는 압축부가 분리되고 상기 임펠러는 상기 모터의 회전동력으로 회전되는 구조의 터보압축기 또는 터보블로워 모두에 적용될 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터보압축기(1000)의 전체적인 구조를 보이는 단면도이다.

도시된 바와 같이, 상기 터보압축기(1000)는 임펠러(281)(282)의 회전으로 공기를 압축하는 압축부(200)를 가지며 또한 상기 압축부(200)의 임펠러(281)(282)를 회전시키기 위한 모터(90)가 설치되는 모터부(100)를 가진다.

상기 압축부(200)에서 임펠러(281)(282)는 조임볼트(208)에 의하여 연결되고 있으며, 상기 임펠러(281)(282)의 사이에서 샤프트(shaft)(280)가 설치되고 있다.

이들 임펠러(281)(282)의 각각을 둘러 볼루트하우징(volute housing)(81)(82)이 설치되고 있으며, 임펠러(281)에 의하여 압축된 공기는 볼루트 하우징(81)을 거쳐 임펠러(282)로 보내져 압축되고 이후 볼루트 하우징(82)을 거쳐 외부로 토출된다.

상기 모터부(100)는 하우징(110)을 가지며, 상기 하우징(110)의 내부에 모터가 설치되는 모터케이스(180)를 가진다.

하우징(110)에서 모터케이스(180)를 둘러 외부의 공기가 인입되는 흐르는 외부공기인입로(50)가 형성되고 있으며, 모터케이스(180)에는 모터의 고정자(93)가 설치되고 그 내부에 모터의 회전자(91)가 설치되고 있으며 이들 고정자(93)와 회전자(91)의 사이에는 에어 갭(air gap)(92)이 형성되고 있다. 또한 상기 모터의 고정자(93)의 바깥쪽에는 냉각핀(98)이 설치된다.

상기 모터의 회전자(91)는 커플링(44)을 통하여 임펠러(281)와 연결되고 있으며, 이에 따라 모터의 회전자(91)의 회전에 따라 임펠러(281)(282)가 고속회전을 이루면서 압축을 이루게 된다.

전술한 하우징(110)에 형성된 외부공기인입로(50)는 상기 임펠러(281)와 연통하고 있다. 이에 따라 모터의 회전에 따라 임펠러가 회전하면 그 부압으로 외부의 공기가 외부공기인입로(50)를 따라 흘러들어와 임펠러(281)측으로 인입되고, 전술한 바와 같이, 임펠러(281)에 의하여 압축된 공기는 볼루트 하우징(81)을 거쳐 임펠러(282)로 보내져 압축되고 이후 볼루트 하우징(82)을 거쳐 외부로 토출된다.

상기 모터케이스(180)에서 상기 임펠러측과 반대쪽에서 회전자(91)에 대응하는 부분은 개방되어 있으며 여기에 모터의 회전자(91)와 연결된 흡입팬(suction fan)(980)이 설치된다.

또한 상기 흡입팬(980)과 연통하도록 외기관(70)이 설치된다. 후술하듯이 외기관(70)은 모터를 냉각시킨 공기가 외부로 방출되는 관이다.

도 2를 참고로 본 발명의 실시예에 따른 터보압축기의 모터냉각구조를 추가적으로 설명한다.

상기 모터케이스(180)의 외벽(188)에는 외부공기인입로(50)와 연통하는 연통로(58)가 형성되고 있으며, 이에 따라 외부공기인입로(50)를 따라 흐르는 공기는 모터케이스(180)의 내부로 유입될 수 있다.

상기 연통로(58)는 또한 상기 모터의 고정자(93)와 회전자(91)의 사이의 에어갭(92)과 연통한다.

또한 상기 모터케이스(180)의 전방(189)에는 상기 흡입팬(980)과 연통하는 연통로(79)가 형성되고 있다. 이에 따라 상기 외부공기인입로(50)는 연통로(58)를 통하여 모터케이스(180)의 내부와 연통되고 모터케이스(180)의 내부는 연통로(79)에 의하여 흡입팬(980)과 연통된다.

도 1 및 도 3을 참고로 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

우선 모터의 회전자(91)가 회전을 이루고 그러면 임펠러(281)(282)가 회전을 이루게 되는데, 그러면 임펠러의 고속회전에 따라 부압이 형성되어 외부의 공기가 하우징(110)의 외부공기인입로(50)를 따라 흡입되어 임펠러(281)쪽으로 인입되고 압축을 이루게 된다. (도 1의 화살표 참조)

이 경우, 상기 모터의 회전자(91)와 연결된 흡입팬(980)도 회전을 이루며 흡입압력(suction pressure)을 형성하게 된다. 이렇게 형성된 흡입압력은 상기 연통로(79)를 통하여 상기 모터케이스(180)의 내부로 미치고 다시 상기 모터케이스(180)의 외벽(188)에 형성된 연통로(58)를 통하여 외부공기인입로(50)를 따라 흐르는 공기에 미치게 된다.

이에 따라 도 3의 화살표에서 보이는 것과 같이, 외부공기인입로(50)를 따라 흐르는 공기의 일부는 연통로(58)를 통하여 모터케이스(180)의 내부로 흡입되어 모터의 고정자(93)에 설치된 냉각핀(98)을 통과하면서 흡입팬(980)쪽으로 흐르게 되어 모터의 고정자(93)를 냉각하게 된다.

또한 외부공기인입로(50)로부터 연통로(58)를 통하여 모터케이스(180)의 내부로 흡입된 공기의 일부는 상기 모터의 고정자(93)와 회전자(91)사이의 에어갭(92)을 통과하여 흐른 후 흡입팬(980)쪽으로 흐르게 되어 모터의 회전자(91)와 고정자(93)를 동시에 냉각시키게 된다.

이와 같이 냉각핀(98)과 에어갭(92)을 통과하면서 모터를 냉각시킨 공기는 연통로(79)를 통하여 흡입팬(980)쪽으로 흐르고 흡입팬(980)과 연통된 외기관(70)을 통하여 외부로 외기 된다.

이에 따라, 모터의 회전에 따른 임펠러(281)(282)의 회전으로 부압이 형성되어 외부공기를 흡입하여 압축을 이루며, 외부로부터 흡입되는 공기의 일부는 모터의 회전자(91)와 연결된 흡입팬(980)의 구동에 따라 모터케이스(180)의 내부로 인입되어 모터의 냉각핀(98)을 통과하고 또한 모터의 에어갭(92)을 통과하면서 모터를 냉각하고 이후 흡입팬(980)과 연통하는 외기관(70)을 통하여 외부로 배출된다.

한편 본 실시예에 따를 경우, 상기 흡입팬(980)은 축류팬이 사용되고 있는데, 원심팬 등이 사용되는 것도 당연히 가능하며, 이 경우 상기 외기관(70)은 흡입팬(980)의 일측에만 형성되고, 냉각핀(98)과 에어갭(92)을 통과하면서 모터를 냉각시킨 공기는 연통로(79)를 통하여 흡입팬(980)쪽으로 흐른 공기는 전체적으로 모아져 상기 외기관(70)을 통하여 외부로 외기 된다.

이와 같이 본 발명에 따를 경우, 임펠러의 회전에 따른 부압으로 외부공기를 흡입하여 모터를 냉각하면서 냉각에 사용된 공기는 임펠러측으로 흡입되지 않고 외부로 방출함을 알 수 있다. 즉 본 발명의 목적이 달성된 것이다.

본 발명은 실시예를 중심으로 설명되었지만 이에 한정되지는 않으면 본 발명의 권리범위는 다음의 청구범위에 의한다.

100: 모터부
200: 압축부
110: 하우징
180: 모터케이스
91: 모터회전자
93: 모터고정자
92: 모터의 에어갭
980: 흡입팬
50: 외부공기인입로
58, 79: 연통로
281, 282: 임펠러

Claims

임펠러가 설치되어 공기의 압축을 이루는 압축부가 별도로 제공되는 터보압축기 또는 터보블로워에 있어서, 상기 압축부의 임펠러의 회전동력을 제공하는 모터가 설치된 모터부에 제공되는 것으로서,
(a) 하우징과;
(b) 상기 하우징내부에 설치되는 것으로서 내부에 모터가 설치되는 모터케이스와; 상기 모터의 회전자는 상기 압축부의 임펠러를 회전시키며;
(c) 상기 하우징에서 상기 모터케이스의 바깥쪽에 형성된 외부공기인입로와; 상기 외부공기인입로는 상기 압축부의 임펠러와 연통하며;
(d) 상기 모터의 회전자와 연결된 흡입팬과;
(e) 상기 모터케이스의 외벽에 형성되어 상기 외부공기인입로와 상기 모터케이스의 내부를 연통시키는 제1연통로와;
(f) 상기 모터케이스의 전방에 형성되어 상기 모터케이스의 내부와 상기 흡입팬을 연통시키는 제2연통로와;
(g) 상기 흡입팬과 연통되는 것으로서 외기와 연결된 외기관을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보압축기 또는 터보블로워의 모터냉각구조.
제1항에 있어서,
상기 모터케이스의 내부에서 상기 모터의 고정자에는 냉각핀이 설치되고, 상기 모터의 고정자와 회전자의 사이에는 에어갭이 형성되며, 상기 제1연통로와 상기 냉각핀 및 상기 에어갭은 연통하고, 상기 냉각핀 및 상기 에어갭은 상기 제2연통로와 연통하는 것을 특징으로 하는 터보압축기 또는 터보블로워의 모터냉각구조.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 임펠러의 반대쪽에서 상기 모터케이스는 상기 모터의 회전자와 대응하는 부분이 개방되고, 상기 흡입팬은 상기 모터의 회전자와 대응하여 개방된 부분에 설치되는 것을 특징으로 하는 터보압축기 또는 터보블로워의 모터냉각구조.