KR20160074326A

KR20160074326A - 터보압축기

Info

Publication number: KR20160074326A
Application number: KR1020140183542A
Authority: KR
Inventors: 김원준; 박정민; 김영진
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2016-06-28
Also published as: KR101687557B1

Abstract

본 발명은 모터 하우징과; 모터 하우징 내부에 배치된 스테이터와; 스테이터에 의해 회전되는 로터와; 로터에 설치된 샤프트와; 샤프트에 연결된 임펠러와; 샤프트의 일부를 둘러싸는 원통부가 돌출되고 모터 하우징과 결합된 베어링 하우징과; 원통부의 내둘레에 설치되어 샤프트를 지지하는 에어 포일 베어링과; 모터 하우징과 베어링 하우징 사이와, 모터 하우징과, 베어링 하우징 중 어느 하나를 관통하게 설치되고, 냉각유체가 분사되는 출구단이 원통부의 외둘레를 마주보며, 출구단이 원통부의 외둘레와 이격되는 베어링 하우징 쿨링튜브를 포함하여, 냉각유체가 원통부를 통해 에어 포일 베어링을 냉각시킬 수 있고, 에어 포일 베어링으로 유입되는 냉각유체가 최소화될 수 있어 에어 포일 베어링의 지지 능력이 유지시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

터보압축기{Turbo Compressor}

본 발명은 터보압축기에 관한 것으로서, 특히 샤프트를 지지하는 베어링과 베어링이 설치된 베어링 하우징을 갖는 터보압축기에 관한 것이다.

일반적으로 냉동기는 흡수식 냉동기와 증기 압축식 냉동기로 구별될 수 있다.

증기 압축식 냉동기는 압축기를 이용하여 냉매를 압축할 수 있고, 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기와, 응축기에서 응축된 냉매가 팽창되는 팽창기구와, 팽창기구에서 팽창된 냉매가 증발되는 증발기를 포함할 수 있다.

증기 압축식 냉동기의 압축기는 원심 압축기 중 터보압축기가 이용될 수 있고, 이 경우 증발기에서 증발된 냉매는 터보압축기로 유입되어 압축될 수 있고, 터보압축기에서 압축된 냉매는 응축기로 유동되어 증발될 수 있다.

터보압축기는 동력을 발생시키는 모터부와, 모터부에서 전달된 구동력에 의해 냉매를 흡입하여 압축하는 압축기구부(이하, 압축부라 칭함)로 구성될 수 있고, 모터부에서 발생되는 운동에너지를 정압으로 변환시키면서 냉매를 고압 상태로 토출시킬 수 있다.

터보압축기는 모터부의 샤프트를 반경방향으로 지지하는 레이디얼 베어링과, 샤프트를 축방향으로 지지하는 트러스트 베어링을 포함할 수 있다.

KR 10-2006-0081791 (2006년07월13일 공개) KR 10-0388251호 (2003년06월18일 공고)

종래 기술에 따른 터보압축기를 구비한 냉동장치는 가스냉매에 의해 냉각되는 베어링부재가 에어 포일 베어링일 경우, 가스냉매가 에어 포일 베어링 내의 가스층 압력을 저감시켜 에어 포일 베어링의 지지능력을 저하시킬 수 있는 문제점이 있다.

종래 기술에 따른 터보압축기의 냉각 구조는 외부 유체가 모터 고정자 또는 모터 고정자와 모터 케이싱 내주면 사이를 통과하여 압축부로 흡입되므로 로터를 효율 좋게 냉각시키지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 모터 하우징과; 상기 모터 하우징 내부에 배치된 스테이터와; 상기 스테이터에 의해 회전되는 로터와; 상기 로터에 설치된 샤프트와; 상기 샤프트에 연결된 임펠러와; 상기 샤프트의 일부를 둘러싸는 원통부가 돌출되고 상기 모터 하우징과 결합된 베어링 하우징과; 상기 원통부의 내둘레에 설치되어 상기 샤프트를 지지하는 에어 포일 베어링과; 상기 모터 하우징과 베어링 하우징 사이와, 상기 모터 하우징과, 상기 베어링 하우징 중 어느 하나를 관통하게 설치되고, 냉각유체가 분사되는 출구단이 상기 원통부의 외둘레를 마주보며, 상기 출구단이 상기 원통부의 외둘레와 이격되는 베어링 하우징 쿨링튜브를 포함한다.

상기 베어링 하우징 쿨링튜브는 상기 원통부의 외둘레를 마주보게 형성된 오리피스부를 포함할 수 있다.

상기 오리피스부는 상기 베어링 하우징 쿨링튜브 내둘레에 형성되고 냉각유체의 유동방향으로 상기 출구단의 이전일 수 있다.

상기 베어링 하우징 쿨링튜브의 내경(d)은 상기 원통부 길이를 0,3번 거듭 곱한 값 초과이고, 상기 원통부 길이를 0,4번 거듭 곱한 값 미만일 수 있고, 상기 출구단과 원통부 사이의 이격 거리(H)는 상기 원통부 길이를 0.4번 거듭 곱한 값 초과이고, 상기 원통부 길이를 0.5번 거듭 곱한 값 미만일 수 있다.

상기 모터 하우징과 베어링 하우징 각각에는 상기 베어링 하우징 쿨링튜브가 수용되는 수용홈이 상기 베어링 하우징 쿨링튜브의 길이 방향으로 길게 형성될 수 있다.

상기 베어링 하우징 쿨링튜브는 입구단이 상기 모터 하우징 외부에 위치하고, 출구단이 원통부 외둘레면 일부를 마주보는 직관일 수 있다.

상기 모터 하우징에는 냉각유체가 주입되는 냉각유체 주입부가 구비될 수 있고, 상기 스테이터에는 상기 냉각유체 주입부로 주입된 냉각유체가 통과하는 냉각유체 관통홀이 상기 냉각유체 주입부 및 로터를 마주보게 형성될 수 있다.

상기 냉각유체 관통홀은 상기 스테이터의 외주부터 상기 스테이터의 내주까지 상기 스테이터의 반경 방향으로 관통 형성되어 상기 냉각유체를 상기 로터의 외주면으로 안내할 수 있다.

본 발명은 모터 하우징과; 상기 모터 하우징 내부에 배치된 스테이터와; 상기 스테이터에 의해 회전되는 로터와; 상기 로터에 설치된 샤프트와; 상기 샤프트에 연결된 임펠러와; 상기 샤프트의 일부를 둘러싸는 원통부가 돌출되고 상기 모터 하우징과 결합된 베어링 하우징과; 상기 원통부의 내둘레에 설치되어 상기 샤프트를 지지하는 에어 포일 베어링을 포함하고, 상기 모터 하우징에는 냉각유체가 주입되는 냉각유체 주입부가 구비되고, 상기 스테이터에는 상기 냉각유체 주입부로 주입된 냉각유체가 통과하는 냉각유체 관통홀이 상기 냉각유체 주입부 및 로터를 각각 마주보게 형성된다.

본 발명은 냉각유체가 에어 포일 베어링을 둘러싸는 원통부의 외둘레로 분사되어 원통부를 통해 에어 포일 베어링을 냉각시킬 수 있고, 에어 포일 베어링으로 유입되는 냉각유체가 최소화될 수 있어 에어 포일 베어링의 지지 능력이 유지시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 냉각유체가 원통부의 외둘레 전체를 고르게 감싸면서 유동될 수 있고 냉각유체 중 원통부를 따라 원형으로 유동되는 량을 최대화할 수 있어, 에어 포일 베어링 전체를 고르고 효율 좋게 냉각시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 냉각유체가 스테이터를 냉각시킨 후, 로터의 외둘레로 분사되어 로터를 냉각시키므로, 냉각유체 관통홀이 로터를 마주보는 간단한 구조로 스테이터와 함께 로터를 효율 좋게 냉각될 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 터보압축기 일실시예의 주요부 구성이 도시된 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 터보압축기 일실시예의 모터부가 분해된 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 터보압축기 일실시예의 베어링 하우징 쿨링튜브 및 베어링 하우징이 확대 도시된 단면도,
도 4는 도 3에 도시된 베어링 하우징 쿨링튜브에서 분사된 냉각유체의 유동 흐름이 도시된 도,
도 5는 본 발명에 따른 터보압축기 다른 실시예의 주요부 구성이 도시된 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 터보압축기 일실시예의 주요부 구성이 도시된 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 터보압축기 일실시예의 모터부가 분해된 측면도이다.

터보압축기는 모터 하우징(2)과; 모터 하우징(2) 내부에 배치된 스테이터(10)와; 스테이터(10)에 의해 회전되는 로터(20)와; 로터(20)가 설치된 샤프트(30)와; 모터 하우징(2)과 결합되고 샤프트(30)의 일부를 둘러싸는 원통부(48)를 갖는 베어링 하우징(50)과; 원통부(48)의 내둘레에 설치되어 샤프트(30)를 지지하는 에어 포일 베어링(60)과; 원통부(48)의 외둘레로 냉각유체를 안내 분사하는 베어링 하우징 쿨링튜브(70)를 포함한다.

터보압축기는 모터부(M)와, 모터부(M)에 의해 작동되어 냉매를 압축하는 압축부(C)를 포함할 수 있다.

모터 하우징(2)과 스테이터(10)와 로터(20)와 샤프트(30)와 베어링 하우징(50)과 에어 포일 베어링(60)과 베어링 하우징 쿨링튜브(70)는 모터부(M)를 구성할 수 있다.

터보압축기는 하나의 모터부(M)가 2개의 압축부(C)를 작동시킬 수 있고, 이 경우, 터보압축기는 모터부(M)의 일측에 설치된 제1압축부(C1)와, 모터부(M)의 타측에 설치된 제2압축부(C2)를 포함할 수 있다. 터보압축기가 제1압축부(C1)와 제2압축부(C2)를 포함할 경우, 제1압축부(C1)와 제2압축부(C2)는 모터부(M)를 사이에 두고 대칭되게 배치될 수 있다.

터보압축기는 응축기와 팽창기구 및 증발기와 함께 증기 압축식 냉동기를 구성할 수 있고, 증발기에서 증발된 냉매는 제1압축부(C1)와 제2압축부(C2)에서 압축된 후 응축기로 유동될 수 있다.

제1압축부(C1)와 제2압축부(C2)는 냉매 파이프 등의 냉매유로로 연결될 수 있고, 제1압축부(C1)에서 1차적으로 압축된 냉매는 제2압축부(C2)에서 2차 압축되는 것이 가능하며, 제2압축부(C2)에서 압축된 냉매는 응축기로 유동될 수 있다.

제1압축부(C1)와 제2압축부(C2)는 냉매 파이프 등의 냉매유로에 의해 직렬 연결되지 않고, 병렬 연결되는 것도 가능함은 물론이다.

터보압축기를 포함하는 증기 압축식 냉동기는 응축기에서 응축된 냉매 중 일부가 터보압축기의 내부로 주입되어 터보압축기 내부 냉각에 이용될 수 있다. 이 경우, 터보압축기 내부로 주입되는 액냉매는 터보압축기 내부를 냉각시키는 냉각유체로 기능할 수 있다. 터보압축기에는 응축기에서 응축된 액냉매가 터보압축기로 주입되는 냉각유체 공급라인(미도시)이 연결될 수 있다.

냉각유체 공급라인은 일단이 응축기와 팽창기구 사이의 응축기-팽창기구 연결라인에 연결될 수 있고, 타단이 터보압축기에 연결될 수 있다.

냉각유체 공급라인은 액냉매가 분산되는 분지라인을 포함할 수 있고, 어느 하나의 분지라인이 후술하는 제1베어링 하우징 쿨링튜브(70A)에 연결되어 제1베어링 하우징 쿨링튜브(70A)로 액냉매를 안내할 수 있으며, 다른 하나의 분지라인이 후술하는 제2베어링 하우징 쿨링튜브(70B)에 연결되어 제2베어링 하우징 쿨링튜브(70B)로 액냉매를 안내할 수 있다. 이 경우, 냉각유체 공급라인에 안내된 액냉매는 제1베어링 하우징 쿨링튜브(70A)와 제2베어링 하우징 쿨링튜브(70B)로 분산 유입될 수 있다.

모터 하우징(2)은 모터부의 외관을 형성하는 모터 아우터 케이스일 수 있다. 모터 하우징(2)은 중공 통체(3)의 양단에 플랜지(4)가 형성될 수 있다.

중공 통체(3)의 내부에는 스테이터(10)와 로터(20)가 수용될 수 있는 공간이 형성될 수 있다. 중공 통체(3)에는 전선 등이 통과할 수 있는 통공이 형성된 분기부(5)가 돌출 형성될 수 있다. 모터 하우징(2)에는 분기부(5)를 덮는 커버(6)가 결합될 수 있다. 커버(6)에는 전원 단자대(7)가 설치되는 설치공(8)이 형성될 수 있다.

플랜지(4)는 중공 통체(3) 보다 크게 형성될 수 있다. 플랜지(4)는 중공 원판체 형상으로 형성될 수 있고, 베어링 하우징(50)이 밀착되고 결합되는 베어링 하우징 설치판일 수 있다. 플랜지(4)는 중공 통체(3)의 일단과 타단에 각각 형성될 수 있다. 모터 하우징(2)은 중공 통체(3)의 일단에 형성된 제1플랜지(4A)와, 중공 통체(3)의 타단에 형성된 제2플랜지(4B)를 포함할 수 있다. 이하, 제1플랜지(4A)와, 제2플랜지(4B)의 공통된 구성에 대해서는 플랜지(4)로 칭하여 설명하고, 구분하여 설명하는 경우에는 제1플랜지(4A)와, 제2플랜지(4B)로 칭하여 설명한다.

스테이터(10)는 모터 하우징(2)의 내둘레 위치되게 설치될 수 있다. 스테이터(10)는 중공 원통 형상으로 형성될 수 있다. 스테이터(10)는 외부로부터 전원을 공급받아 자기장을 형성할 수 있다. 스테이터(10)는 철심에 코일이 권선될 수 있다. 스테이터(10)는 전원 단자대(7)와 전선으로 연결되어 전원 단자대(7)로부터 전원을 공급받을 수 있다.

로터(20)는 샤프트(30)의 외둘레에 설치될 수 있고, 샤프트(30)의 외둘레 중 스테이터(10)를 마주보는 위치에 설치될 수 있다. 로터(20)는 스테이터(10)와 유도된 자기장에 의해 고속으로 회전될 수 있다. 터보압축기는 모터부(M)가 BLDC 모터일 수 있고, 로터(20)는 스테이터(10)에 유도된 유도 자기장에 의해 회전될 수 있다. 로터(20)는 샤프트(30) 보다 길이가 짧을 수 있은 마그네트와, 마그네트를 샤프트(30)에 고정하는 마그네트 홀더를 포함할 수 있다.

샤프트(30)는 로터(20)의 회전시 로터(20)와 함께 회전될 수 다. 샤프트(30)는 로터(20) 보다 더 길게 형성될 수 있다. 샤프트(30)는 모터 하우징(2) 보다 더 길게 형성될 수 있다. 샤프트(30)는 일단(31)과 타단(32) 각각이 모터 하우징(10) 외부에 위치될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 샤프트(30)의 일단(31)은 제1압축부(C1)의 내부로 연장될 수 있고, 샤프트(30)의 타단(32)은 제2압축부(C2)의 내부로 연장될 수 있다.

베어링 하우징(50)을 샤프트(30)를 지지하는 적어도 하나의 베어링을 지지 및 보호할 수 있다.

베어링 하우징(50)은 터보압축기에 복수개 구비될 수 있다. 베어링 하우징(50)은 제1플랜지(4A)와 결합된 제1베어링 하우징(50A)과, 제2플랜지(4B)와 결합된 제2베어링 하우징(50B)을 포함할 수 있다. 이하, 제1베어링 하우징(50A)과 제2베어링 하우징(50B)의 공통된 구성에 대해서는 베어링 하우징(50)으로 칭하여 설명하고, 구분하여 설명할 경우에는 제1베어링 하우징(50A)과 제2베어링 하우징(50B)로 칭하여 설명한다.

베어링 하우징(50)은 원통부(48)가 돌출되게 구비된 플레이트(52)를 포함할 수 있다. 원통부(48)는 플레이트(52)와 일체로 형성되는 것이 가능하다. 원통부(48)는 플레이트(52)와 별도로 형성된 중공 원통 형상의 베어링 부시로 구성되어, 플레이트(52)와 체결되는 것도 가능함은 물론이다.

제1베어링 하우징(50A)은 제1원통부(48A)와 제1플레이트(52A)를 포함할 수 있다. 제1플레이트(52A)는 제1압축부(C1)의 제1볼류트 하우징(120A)과 제1플랜지(4A) 사이에 위치될 수 있고, 제1원통부(48A)는 제1플레이트(52A)에서 로터(20)를 향하는 방향으로 돌출될 수 있다.

제2베어링 하우징(50B)은 제2원통부(48B)와 제2플레이트(52B)를 포함할 수 있다. 제2플레이트(52B)는 제2압축부(C2)의 제2볼류트 하우징(120B)와 제2플랜지(4B) 사이에 위치될 수 있고, 제2원통부(48A)는 제2플레이트(52B)에서 로터(20)를 향하는 방향으로 돌출될 수 있다.

에어 포일 베어링(60)은 샤프트(30)와 원통부(48) 사이에서 샤프트(30)를 회전 가능하게 지지할 수 있다.

터보압축기는 에어 포일 베어링(60)의 복수개가 샤프트(30)를 지지할 수 있다. 터보압축기는 제1베어링 하우징(50A)에 설치된 제1에어 포일 베어링(60A)과, 제2베어링 하우징(50B)에 설치된 제2에어 포일 베어링(60B)을 포함할 수 있다. 제1에어 포일 베어링(60A)은 제1베어링 하우징(50A)의 원통부(48A) 내둘레에 설치될 수 있고, 제2에어 포일 베어링(60B)은 제2베어링 하우징(50B)의 원통부(48B) 내둘레에 설치될 수 있다. 이하, 제1에어 포일 베어링(60A)과,제2에어 포일 베어링(60B)의 공통된 구성에 대해서는 에어 포일 베어링(60)으로 칭하여 설명하고, 구분하여 설명할 경우에는 제1에어 포일 베어링(60A)과,제2에어 포일 베어링(60B)로 칭하여 설명한다.

베어링 하우징 쿨링튜브(70)는 모터 하우징(2)과 베어링 하우징(50) 사이와, 모터 하우징(2)과, 베어링 하우징(50) 중 어느 하나를 관통하게 설치될 수 있다.

베어링 하우징 쿨링튜브(70)가 모터 하우징(2)과 베어링 하우징(50) 사이를 관통하게 설치될 경우, 모터 하우징(2)과 베어링 하우징(50) 각각에는 베어링 하우징 쿨링튜브(70)가 수용되는 수용홈(9)(59)이 베어링 하우징 쿨링튜브(70)의 길이 방향으로 길게 형성될 수 있다.

베어링 하우징 쿨링큐브(70)가 모터 하우징(2)에 관통하게 설치될 경우, 모터 하우징(2)은 중공 통체(3)와 플랜지(4) 중 적어도 하나에 베어링 하우징 쿨링튜브(70)가 삽입되어 수용되는 수용홈이 형성될 수 있다.

베어링 하우징 쿨링큐브(70)가 베어링 하우징(50)에 관통하게 설치될 경우, 베어링 하우징(2)에는 베어링 하우징 쿨링튜브(70)가 삽입되어 수용되는 수용홈이 형성될 수 있다.

베어링 하우징 쿨링튜브(70)는 일단이 터보압축기 외부에 위치될 수 있고, 타단이 터보압축기 내부에 위치될 수 있다. 베어링 하우징 쿨링튜브(70)는 일단과 타단 사이의 일부가 모터 하우징(2)과 베어링 하우징(50) 중 적어도 하나에 의해 둘러싸이고, 모터 하우징(2)과 베어링 하우징(50) 중 적어도 하나에 의해 보호될 수 있다.

베어링 하우징 쿨링튜브(70)는 베어링 하우징(50) 별로 각각 구비될 수 있다. 터보압축기는 제1베어링 하우징(50A)의 제1원통부(48A)로 액냉매인 냉각유체를 분사하는 제1베어링 하우징 쿨링튜브(70A)와, 제2베어링 하우징(50B)의 제2원통부(48B)로 액냉매인 냉각유체를 분사하는 제2베어링 하우징 쿨링튜브(70B)를 포함할 수 있다. 이하, 제1베어링 하우징 쿨링튜브(70A)와 제2베어링 하우징 쿨링튜브(70B)의 공통된 구성에 대해서는 베어링 하우징 쿨링튜브(70)로 칭하여 설명하고, 구분하여 설명할 경우에는 제1베어링 하우징 쿨링튜브(70A)와 제2베어링 하우징 쿨링튜브(70B)로 칭하여 설명한다.

베어링 하우징 쿨링튜브(70)는 그 양단 중 터보압축기 외부에 위치하는 일단이 냉각유체가 유입되는 입구단(72)일 수 있고, 그 양단 중 터보압축기 내부에 위치하는 타단이 냉각유체가 유출되는 출구단(74)일 수 있다.

베어링 하우징 쿨링튜브(70)는 직관 또는 곡관으로 형성될 수 있다. 베어링 하우징 쿨링튜브(70)는 직관으로 형성될 경우, 수용홈(5)(59)으로 삽입이 용이할 수 있고, 직관으로 형성되는 것이 바람직하다.

베어링 하우징 쿨링튜브(70)는 냉각유체가 분사되는 출구단(74)이 원통부(48)의 외둘레(49)를 마주볼 수 있다.

베어링 하우징 쿨링튜브(70)는 입구단(72)이 모터 하우징(2) 외부에 위치하고, 출구단(74)이 원통부(48) 외둘레(49) 일부를 마주보는 직관일 수 있다.

베어링 하우징 쿨링투브(70)의 출구단(74)은 원통부(48)의 외둘레(49)와 이격될 수 있다.

베어링 하우징 쿨링튜브(70)의 입구단(72)은 응축기-팽창기구 연결라인에 연결된 냉각유체 공급라인과 연결될 수 있고, 냉각유체 공급라인의 액냉매는 입구단(72)을 통해 베어링 하우징 쿨링튜브(70)로 유입될 수 있고, 베어링 하우징 쿨링튜브(70)의 출구단(74)에서 원통부(48)의 외둘레면으로 직접 분사될 수 있다.

터보압축기는 압축부(C)와 모터부(M) 사이를 실링부재(80)를 포함할 수 있다. 실링부재(80)는 모터 하우징(2)에 설치된 리브린스 실(Labyrinth Seal)로 구성될 수 있다.

리브린스 실은 압축부(C) 별로 각각 구비될 수 있다. 터보압축기는 제1베어링 하우징(50A)에 설치되어 모터부(M)와 제1압축부(C1) 사이를 실링하는 제1리브린스 실(80A)과, 제2베어링 하우징(50B)에 설치되어 모터부(M)와 제2압축부(C2) 사이를 실링하는 제2리브린스 실(80B)을 포함할 수 있다.

터보압축기는 샤프트(30)에 설치된 임펠러(90)를 더 포함한다.

임펠러(90)는 샤프트(30)의 단부에 설치되어 샤프트(30)의 회전시 샤프트(30)와 함께 회전될 수 있다. 임펠러(90)는 터보압축기에 복수개 설치될 수 있다.

터보압축기는 임펠러(90)의 복수개가 냉매를 다단 압축하는 2단 터보압축기로 구성될 수 있다. 터보압축기는 샤프트(30)의 일단(31)과 타단(32) 각각에 임펠러(90)가 설치될 수 있다. 터보압축기는 샤프트(30)의 일단(31)에 설치된 제1임펠러(90A)와, 샤프트(30)의 타단(32)에 설치된 제2임펠러(90B)를 포함할 수 있다.

임펠러(90)는 압축부(C)의 일부 구성일 수 있다. 터보압축기는 임펠러(90)로 가스냉매를 안내하는 인렛 가이드(100)와, 임펠러(90)의 회전에 의해 유동된 냉매가스의 운동에너지를 압력에너지로 변환시키는 디퓨져(110)와, 임펠러(90)에 의해 유동된 공기가 모이는 볼류트 채널(118)이 형성된 볼류트 하우징(120)을 포함할 수 있다.

임펠러(90)는 인렛 가이드(100)와 디퓨져(110)와 및 볼류트 하우징(120)과 함께 압축부(C)를 구성할 수 있다. 제1압축부(C1)와 제2압축부(C2)는 임펠러(90)와 인렛 가이드(100)와 디퓨져(110) 및 볼류트 하우징(120) 각각을 포함할 수 있고, 제1압축부(C1)와 제2압축부(C2) 각각의 임펠러(90)와 인렛 가이드(100)와 디퓨져(110) 및 볼류트 하우징(120)은 모터부(M)를 사이에 두고 서로 대칭되게 배치된 동일 구성일 수 있다.

터보압축기는 제1압축부(C1)의 제1인렛 가이드(100A)와, 제2압축부(C2)의 제2인렛 가이드(100B)를 포함할 수 있고, 제1압축부(C1)의 제1디퓨져(110A)와, 제2압축부(C2)의 제2디퓨져(110B)를 포함할 수 있으며, 제1볼류트(118A)가 형성된 제1볼류트 하우징(120A)와, 제2볼류트(118B)가 형성된 제2압축부(C2)의 제1볼류트 하우징(120B)을 포함할 수 있다.

한편, 모터부(M)는 샤프트(30)에 설치되고 추력 지지면적을 확보하기 위한 트러스트 칼라(130)와, 트러스트 칼라(130)와 접촉되고 트러스트 디스크(130)를 축 방향으로 지지하는 한 쌍의 트러스트 베어링(132)(134)를 포함할 수 있다. 트러스트 베어링(132)(134)은 트러스트 칼라(130)를 사이에 두고 서로 이격되게 배치될 수 있다.

또한, 모터부(M)에는 베어링 하우징(50)의 원통부(48)를 냉각시킨 액상의 냉각유체가 모터부(M) 외부로 배출되는 냉각유체 배출포트(180)가 배치될 수 있다.

냉각유체 배출포트(180)는 베어링 하우징(50) 별로 각각 구비될 수 있다.

모터부(M)는 제1베어링 하우징(50A)의 제1원통부(48A) 하측에 위치되게 설치되어, 제1원통부(48A)에서 낙하된 냉각유체를 모터부(M) 외부로 안내하는 제1냉각유체 배출포트(180A)를 포함할 수 있다.

모터부(M)는 제2베어링 하우징(50B)의 제2원통부(48B) 하측에 위치되게 설치되어, 제2원통부(48B)에서 낙하된 냉각유체를 모터부(M) 외부로 안내하는 제2냉각유체 배출포트(180A)를 더 포함할 수 있다.

냉각유체 배출포트(180)는 응축기-팽창기구 연결라인과 냉각유체 배출라인으로 연결될 수 있다. 냉각유체 배출라인은 응축기-팽창기구 연결라인 중 냉각유체 공급라인과 팽창기구 사이에 연결될 수 있다. 한편, 모터부(M)를 냉각시킨 냉각유체는 냉각유체 배출포트(180)와, 냉각유체 배출라인을 순차적으로 통과한 후 응축기-팽창기구 연결라인으로 유입될 수 있고, 팽창기구로 유동되어 팽창기구에 의해 팽창될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 터보압축기 일실시예의 베어링 하우징 쿨링튜브 및 베어링 하우징이 확대 도시된 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 베어링 하우징 쿨링튜브에서 분사된 냉각유체의 유동 흐름이 도시된 도이다.

에어 포일 베어링(60)은 박판 형상의 다수개 포일(62)을 포함할 수 있고, 샤프트(30)는 회전시 다수개 포일(62)과 샤프트(30) 사이의 작동가스 또는 공기층에 의해 지지될 수 있다.

다수개 포일(62) 각각은 원통부(48)의 내둘레에 형성된 끼움홈에 끼움되어 고정되는 끼움부와, 끼움부에서 연장되고 곡면을 갖는 지지부를 포함할 수 있다.

베어링 하우징 쿨링튜브(70)는 원통부(48) 외둘레(59)를 마주보게 형성된 오리피스부(76)를 포함할 수 있다.

오리피스부(72)는 베어링 하우징 쿨링튜브(70) 내둘레(78)에 형성되고 냉각유체의 유동방향으로 출구단(74)의 이전일 수 있다.

베어링 하우징 쿨링튜브(70)는 내경(d)이 원통부(48)의 길이(L) 보다 작게 형성되는 것이 바람직하고, 원통부(48)의 일부를 향해 냉각유체를 분사할 수 있다.

베어링 하우징 쿨링튜브(70)의 출구단(74)에서 분사된 냉각유체는 원통부(48)의 외둘레를 따라 유동될 수 있고, 베어링 하우징 쿨링튜브(70)는 냉각유체가 에어 포일 베어링(60)의 내부로 유입되는 것이 최소화될 수 있는 위치로 냉각유체를 분사하는 것이 바람직하다. 베어링 하우징 쿨링튜브(70)는 출구단(74)이 원통부(48)의 외둘레(49) 중 플레이트(52)에 근접한 영역을 마주보는 위치에 설치되는 것이 바람직하다.

베어링 하우징 쿨링튜브(70)에서 분사된 냉각유체는 액상의 냉각유체가 갖는 표면장력에 의해 원통부(48) 외둘레(59)를 원형 띠 모양으로 감싸는 형태로 흐르는 것이 바람직하다. 원통부(48)의 외둘레(59)를 원형 띠 모양으로 감싸는 액상의 냉각유체(F)는 원통부(48) 전체를 고르게 냉각시킬 수 있고, 원통부(48)에 의한 에어 포일 베어링(60)의 냉각 효율은 극대화될 수 있다.

한편, 베어링 하우징 쿨링튜브(70)의 출구단(74)과, 원통부(48) 외둘레(59)의 이격 거리(H)가 너무 가까울 경우, 출구단(74)에서 분사된 액상의 냉각유체가 베어링 하우징(50)에 부딪쳐 비산되는 양이 많을 수 있다.

또한, 베어링 하우징 쿨링튜브(70)의 출구단(74)과, 원통부(48) 외둘레(59)의 이격 거리(H)가 너무 멀 경우, 출구단(74)에서 퍼지면서 확산되는 양이 많아 원통부(48)의 외둘레(59)에 도달되는 액상의 냉각유체의 량이 작을 수 있고, 터보압축기로 유입되는 냉각유체의 양 대비 에어 포일 베어링(60)의 냉각 효율이 낮을 수 있다.

베어링 하우징 쿨링튜브(70)는 도 4에 도시된 바와 같이, 액상의 냉각유체가 원통부(48)의 외둘레(59) 전체를 고르게 감싸는 원형의 냉각유체 막(F)을 형성할 수 있는 내경(d)과, 이격 거리(H)를 각각 갖을 수 있다.

베어링 하우징 쿨링튜브(70)의 내경(d)은 원통부(48) 길이(L)를 0,3번 거듭 곱한 값 초과일 수 있고, 원통부(48) 길이(L)를 0,4번 거듭 곱한 값 미만일 수 있다. 그리고, 출구단(74)과 원통부(48) 사이의 이격 거리(H)는 원통부(48) 길이(L )를 0.4번 거듭 곱한 값 초과이고, 원통부(48) 길이(L)를 0.5배 거듭 곱한 값 미만일 수 있다.

여기서, 베어링 하우징 쿨링튜브(70)의 내경(d)은 오리피스부(72) 이외 부분의 내경일 수 있고, 이격 거리(H)는 원통부(48)의 외둘레와 출구단(74)사이의 거리(H)는 원통부(48)의 외둘레와 출구단(74) 사이의 최단거리일 수 있다.

베어링 하우징 쿨링튜브(70)의 내경(d)과, 출구단(74)과 원통부(48)의 외둘레(49) 사이의 이격거리(H) 이외의 타 조건이 동일한 상태에서, 원통부(48)에 부딪혀 비산되는 액상 냉각유체의 양과, 원통부(48)외 외둘레에 형성되는 액상 냉각유체 막 두께를 테스트한 결과, 내경(d)이 원통부 길이(L)^0.3초과이고 원통부 길이(L)^0.4미만이면서 이격 거리(H)가 원통부 길이(L)^0.4초과이고 원통부 길이(L)^0.5미만인 조건일 때, 원통부(48)에 부딪쳐 비산되는 액상 냉각유체의 양을 최소화하면서 원통부(48) 둘레에 원형의 액냉매막이 적정 두께로 형성되는 것이 확인되었다.

즉, 베어링 하우징 쿨링튜브(70)의 내경(d)은 원통부 길이(L)^0.3초과이고 원통부 길이(L)^0.4미만인 범위인 것이 바람직하고, 이격 거리(H)는 원통부 길이(L)^0.4초과이고 원통부 길이(L)^0.5미만의 범위인 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명에 따른 터보압축기 다른 실시예의 주요부 구성이 도시된 단면도이다.

본 실시예는 모터 하우징(2)에 냉각유체가 주입되는 냉각유체 주입부(200)가 구비될 수 있고, 스테이터(10)에는 냉각유체 주입부(100)로 주입된 냉각유체가 통과하는 냉각유체 관통홀(12)이 형성될 수 있으며, 냉각유체 주입부(200)와 냉각유체 관통홀(12) 이외의 모터 하우징(2)과, 스테이터(10)와, 로터(20)와, 샤프트(30)와; 베어링 하우징(50)과; 에어 포일 베어링(60) 및 임펠러(80) 등의 기타 구성 및 작용은 본 발명 일실시예와 동일하거나 유사하므로 동일 부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

냉각유체 주입부(200)는 모터 하우징(2)에 형성된 통공(202)을 포함할 수 있다. 냉각 유체 주입부(200)는 통공(202)에 삽입되고 모터 하우징(2) 외부로 일부가 돌출된 냉각유체 주입포트(204)를 포함할 수 있다.

통공(202)은 모터 하우징(2)의 중공 통체(3) 상부에 상하 방향으로 관통되게 형성될 수 있다.

냉각유체 주입포트(204)는 본 발명 일실시예의 베어링 하우징 냉각튜브(70)와 같이, 냉각유체 공급라인과 연결될 수 있고, 냉각유체 공급라인의 액냉매인 냉각유체는 냉각유체 주입부(200)를 통해 냉각유체 관통홀(12)로 낙하될 수 있다.

냉각유체 관통홀(12)은 스테이터(10)에 냉각유체 주입부(200) 및 로터(20)를 각각 마주보게 형성될 수 있다.

냉각유체 관통홀(12)은 스테이터(10)의 외주부터 스테이터(10)의 내주까지 관통 형성될 수 있다.

냉각유체 관통홀(12)은 스테이터(10)에 스테이터(10)의 반경 방향으로 관통 형성될 수 있다. 냉각유체 관통홀(12)은 냉각유체를 로터(20)의 외주면으로 안내할 수 있다.

냉각유체 관통홀(12)은 통공(202)를 통과한 액상의 냉각유체가 유입되도록 스테이터(10)에 상하방향으로 관통되게 형성될 수 있다.

냉각유체는 냉각유체 관통홀(12)을 통과하면서 스테이터(10)를 1차적으로 냉각시킬 수 있고, 이후 냉각유체 관통홀(12)에서 로터(20)의 외주면으로 분사될 수 있다. 로터(20)의 외주면으로 분사된 냉각유체는 로터(20)의 외주면에서 원심력에 의해 스테이터(10) 내둘레로 다시 분사될 수 있고, 냉각유체는 로터(20)의 외주면과 스테이터(10)의 내둘레면 전체를 고루 냉각시킬 수 있다.

냉각유체는 스테이터(10)의 내둘레와 로터(20)의 외주면 사이의 틈을 통해 모터 하우징(2) 하부로 낙하될 수 있다. 모터 하우징(2) 하부로 낙하된 냉각유체는 본 발명 일실시예와 같이, 냉각유체 배출포트(180)를 통해 배출될 수 있다.

한편, 본 발명은 상기의 실시예들에 한정되지 않고, 이 발명이 속하는 기술적 범주 내에서 다양한 변형이 가능함은 물론이다.

2: 모터 하우징 3: 중공 통체
4: 플랜지 10: 스테이터
20: 로터 30: 샤프트
48: 원판부 50: 베어링 하우징
52: 플레이트부 60: 에어 포일 베어링
70: 베어링 하우징 냉각튜브
72: 입구단 74: 출구단
76: 오리피스부 90: 임펠러
M: 모터부 C: 압축부

Claims

모터 하우징과;
상기 모터 하우징 내부에 배치된 스테이터와;
상기 스테이터에 의해 회전되는 로터와;
상기 로터가 설치된 샤프트와;
상기 샤프트에 설치된 임펠러와;
상기 모터 하우징과 결합되고 상기 샤프트의 일부를 둘러싸는 원통부 를 갖는 베어링 하우징과;
상기 원통부의 내둘레에 설치되어 상기 샤프트를 지지하는 에어 포일 베어링과;
상기 모터 하우징과 베어링 하우징 사이와, 상기 모터 하우징과, 상기 베어링 하우징 중 어느 하나를 관통하게 설치되고, 냉각유체가 분사되는 출구단이 상기 원통부의 외둘레를 마주보며, 상기 출구단이 상기 원통부의 외둘레와 이격되는 베어링 하우징 쿨링튜브를 포함하는 터보압축기.
제 1 항에 있어서,
상기 베어링 하우징 쿨링튜브는 상기 원통부 외둘레를 마주보게 형성된 오리피스부를 포함하는 터보압축기.
제 2 항에 있어서,
상기 오리피스부는 상기 베어링 하우징 쿨링튜브 내둘레에 형성되고 냉각유체의 유동방향으로 상기 출구단의 이전인 터보압축기.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 베어링 하우징 쿨링튜브의 내경(d)은 상기 원통부 길이를 0,3번 거듭 곱한 값 초과이고, 상기 원통부 길이를 0,4번 거듭 곱한 값 미만이고,
상기 출구단과 원통부 사이의 이격 거리(H)는 상기 원통부 길이를 0.4번 거듭 곱한 값 초과이고, 상기 원통부 길이를 0.5번 거듭 곱한 값 미만인 터보압축기.
제 1 항에 있어서,
상기 모터 하우징과 베어링 하우징 각각에는 상기 베어링 하우징 쿨링튜브가 수용되는 수용홈이 상기 베어링 하우징 쿨링튜브의 길이 방향으로 길게 형성된 터보압축기.
제 1 항에 있어서,
상기 베어링 하우징 쿨링튜브는 입구단이 상기 모터 하우징 외부에 위치하고, 출구단이 원통부 외둘레면 일부를 마주보는 직관인 터보압축기.
제 1 항에 있어서,
상기 모터 하우징에는 냉각유체가 주입되는 냉각유체 주입부가 구비되고,
상기 스테이터에는 상기 냉각유체 주입부로 주입된 냉각유체가 통과하는 냉각유체 관통홀이 상기 냉각유체 주입부 및 로터를 마주보게 형성된 터보압축기.
제 7 항에 있어서,
상기 냉각유체 관통홀은 상기 스테이터의 외주부터 상기 스테이터의 내주까지 상기 스테이터의 반경 방향으로 관통 형성되어 상기 냉각유체를 상기 로터의 외주면으로 안내하는 터보압축기.
모터 하우징과;
상기 모터 하우징 내부에 배치된 스테이터와;
상기 스테이터에 의해 회전되는 로터와;
상기 로터가 설치된 샤프트와;
상기 샤프트에 설치된 임펠러와;
상기 모터 하우징과 결합되고 상기 샤프트의 일부를 둘러싸는 원통부 를 갖는 베어링 하우징과;
상기 원통부의 내둘레에 설치되어 상기 샤프트를 지지하는 에어 포일 베어링을 포함하고,
상기 모터 하우징에는 냉각유체가 주입되는 냉각유체 주입부가 구비되고,
상기 스테이터에는 상기 냉각유체 주입부로 주입된 냉각유체가 통과하는 냉각유체 관통홀이 상기 냉각유체 주입부 및 로터를 각각 마주보게 형성된 터보압축기.
제 9 항에 있어서,
상기 냉각유체 관통홀은 상기 스테이터의 외주부터 상기 스테이터의 내주까지 상기 스테이터의 반경 방향으로 관통 형성되어 상기 냉각유체를 상기 로터의 외주면으로 안내하는 터보압축기.