KR20180115574A

KR20180115574A - 터보 압축기

Info

Publication number: KR20180115574A
Application number: KR1020170048081A
Authority: KR
Inventors: 김경민; 최세헌
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2017-04-13
Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2018-10-23

Abstract

본 발명에 따른 터보 압축기는 회전력을 발생시키는 스테이터 및 로터와, 상기 로터에 연결되어 회전되는 회전축을 구비하는 구동 유닛; 일 측이 상기 회전축과 결합되어 타 측에서 유입되는 냉매를 상기 회전축의 반경방향으로 가압하도록 회전되는 임펠러와, 상기 임펠러를 둘러싸도록 형성되는 볼류트를 구비하는 압축 유닛; 및 상기 임펠러의 일 측에 이격 배치되어 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하도록 이루어지는 프레임을 포함하며, 상기 임펠러는, 상기 일 측에서 프레임을 향하여 돌출되고 상기 회전축을 둘러싸도록 연장 형성되는 씰링부; 및 상기 씰링부로부터 상기 임펠러의 외주 측으로 연장되도록 상기 일 측에서 돌출 형성되는 추력저감부를 구비한다. 이에 의하면, 임펠러에 형성되는 추력이 저감될 수 있다.

Description

터보 압축기{TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 구동모터에 의해 발생되는 회전력으로 임펠러를 회전시켜 냉매를 압축하는 터보 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 크게 용적형 압축기와 터보형 압축기로 나눌 수 있다. 용적형 압축기는 왕복동형이나 회전형과 같이 피스톤이나 베인을 이용하여, 유체를 흡입, 압축한 후 토출하는 방식이다. 반면, 터보형 압축기는 회전요소를 이용하여, 유체를 흡입, 압축한 후 토출하는 방식이다.

용적형 압축기는 원하는 토출압력을 얻기 위하여 흡입체적과 토출체적의 비율을 적절하게 조절하여 압축비를 결정하게 된다. 따라서, 용적형 압축기는 용량 대비 전체 크기를 소형화 하는데 제한을 받게 된다.

터보형 압축기는 터보 블러워(turbo blower)와 유사하나, 터보 블러워에 비해 토출압력이 높고 유량이 작다. 이러한 터보형 압축기는 연속적으로 흐르는 유체에 압력을 증가시키는 것으로, 유체가 축방향으로 흐르는 경우에는 축류형으로, 반경방향으로 흐르는 경우에는 원심형으로 구분된다.

한편, 왕복동식 압축기나 회전식 압축기와 같은 용적형 압축기와 달리 터보형 압축기는 회전하는 임펠러의 날개 형상을 최적으로 설계하더라도 가공성과 양산성 및 내구성 등 여러 가지 요인으로 인해 한 번의 압축만으로 원하는 높은 압력비를 얻는 것은 어렵다. 이에, 복수 개의 임펠러를 축방향으로 구비하여 유체를 다단으로 압축하는 다단형 터보 압축기도 알려져 있다.

일단 또는 다단의 임펠러를 구비하는 원심형의 터보 압축기에 있어서는, 축방향으로 유입되는 유체를 압축하여 반경방향으로 토출하는 과정에서 임펠러의 후방에 토출압의 냉매가 유입될 수 있다. 이에 따라 임펠러의 전면에는 흡입압, 후면에는 토출압으로 냉매가 분포되고, 회전축의 축방향으로 추력(thrust)이 발생된다. 이러한 추력에 의한 압축기 구성요소들의 변위를 제한하기 위하여, 스러스트 베어링 구조물이 구비된다.

아울러, 스러스트 베어링 구조물의 마찰력 감소 및 경량화를 위하여, 추력 자체를 저감시킬 수 있는 대처 방식도 존재하였다. 대표적으로, 임펠러의 전방 및 후방에 형성되는 유체의 압력 차이를 감소시키고자 하는 것으로, 특허문헌 1에서와 같이 임펠러의 후면에 형성되는 씰 구조물이 도입된 바 있다.

특허문헌 1에서와 같은 원형의 돌기 혹은 그루브 구조는, 씰 내부 공간의 압력을 감소시켜 임펠러 전후면의 압력 차에 의한 추력을 감소시킬 수 있다. 다만, 이와 같은 원형의 씰 구조가 형성되어도, 씰 구조의 외곽 부분은 여전히 압력이 높게 형성되는 등으로 추력을 저감시키는 효과가 충분치 않은 문제점이 있었다.

특히, 임펠러의 전면에 덮개 구조물이 장착되지 않는 개방형(Open Type)의 임펠러 구조의 경우에, 임펠러 전후면의 압력 차이가 크게 형성되므로 이에 대한 충분한 대응 방안이 요구된다. 이와 같은 상황에서, 종래 씰링 구조물의 작용 원리와는 다른 방식으로 임펠러 후면의 냉매 압력을 저감할 수 있는 구조를 도출하는 것이 필요하다.

미국 공개특허공보 US2004/0119239 A1 (2004.06.24. 공개)

본 발명의 첫 번째 목적은, 임펠러의 배면에 채워지는 냉매의 압력이 저감될 수 있도록 임펠러의 반경 방향으로 냉매를 밀어낼 수 있도록 형성되는 터보 압축기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 두 번째 목적은, 임펠러의 배면에서 반경 방향으로 냉매를 가압할 때 생성되는 냉매의 유압에 의해 추력이 더 생성되는 것을 방지할 수 있도록 이루어지는 터보 압축기를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 첫 번째 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 터보 압축기는, 회전력을 발생시키는 스테이터 및 로터와, 상기 로터에 연결되어 회전되는 회전축을 구비하는 구동 유닛; 일 측에서 상기 회전축과 결합되어 타 측에서 유입되는 냉매를 상기 회전축의 반경방향으로 가압하도록 회전되는 임펠러를 구비하는 압축 유닛; 및 상기 임펠러의 일 측에 이격 배치되어 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하도록 이루어지는 프레임을 포함하며, 상기 임펠러는, 상기 일 측에서 프레임을 향하여 돌출되고 상기 회전축을 둘러싸도록 연장 형성되는 씰링부; 및 상기 씰링부로부터 상기 임펠러의 외주 측으로 연장되도록 상기 일 측에서 돌출 형성되는 추력저감부를 구비한다.

상기 추력저감부는 상기 씰링부로부터 상기 반경방향으로 연장 형성되는 복수 개의 리브를 구비할 수 있다.

상기 추력저감부는 상기 씰링부보다 상기 프레임을 향하여 돌출되는 높이가 작도록 이루어질 수 있다.

본 발명의 두 번째 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 터보 압축기는, 회전력을 발생시키는 스테이터 및 로터와, 상기 로터에 연결되어 회전되는 회전축을 구비하는 구동 유닛; 일 측에서 상기 회전축과 결합되어 타 측에서 유입되는 냉매를 상기 회전축의 반경방향으로 가압하도록 회전되는 임펠러를 구비하는 압축 유닛; 및 상기 임펠러의 일 측에 이격 배치되어 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하도록 이루어지는 프레임을 포함하며, 상기 임펠러는, 상기 일 측에서 프레임을 향하여 돌출되고 상기 회전축을 둘러싸도록 연장 형성되는 씰링부; 및 상기 씰링부로부터 상기 임펠러의 외주 측으로 연장되도록 상기 일 측에서 돌출 형성되는 추력저감부를 구비하고, 상기 추력저감부는 상기 씰링부로부터 상기 반경방향으로 연장되고 상기 임펠러의 회전 방향을 향하여 경사지게 돌출 형성되는 복수 개의 리브를 포함할 수 있다.

한편, 상기 추력저감부는 상기 씰링부로부터 나선형으로 연장 형성되는 나선형 리브를 구비할 수 있다.

상기 나선형의 리브는 복수 개가 구비되며, 상기 씰링부로부터 상기 임펠러의 외주 측으로 연장될수록 서로 이격되는 거리가 멀어지도록 형성될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 터보 압축기는, 회전력을 발생시키는 스테이터 및 로터와, 상기 로터에 연결되어 회전되는 회전축을 구비하는 구동 유닛; 일 측에서 상기 회전축과 결합되어 타 측에서 유입되는 냉매를 상기 회전축의 반경방향으로 가압하도록 회전되는 임펠러를 구비하는 압축 유닛; 및 상기 임펠러의 일 측에 이격 배치되어 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하도록 이루어지는 프레임을 포함하며, 상기 임펠러의 일 측에는, 상기 프레임과 이격되어 형성되는 공간의 냉매를 상기 반경방향으로 가압하도록 이루어지는 추력저감부가 형성될 수 있다.

상기 추력저감부는 상기 임펠러의 회전 시 원심력에 의해 상기 임펠러와 프레임 사이 공간의 냉매를 가압하도록 이루어질 수 있다.

이상에서 설명한 해결 수단에 의해 구성되는 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.

첫 번째, 본 발명의 터보 압축기는 임펠러의 일 측 배면에 추력저감부를 구비한다. 임펠러의 회전 시 추력저감부가 회전축의 반경방향으로 냉매를 가압하여 밀어냄으로써, 임펠러 배면의 압력이 감소되어 축방향 압력차에 의한 추력이 저감될 수 있다. 이에 따라, 마찰이 저감되어 압축기의 효율이 향상될 수 있고, 스러스트 베어링 등 구성요소들의 신뢰성이 향상될 수 있다.

추력저감부는 회전축의 반경방향으로 연장되는 복수 개의 리브를 포함함으로써, 회전축의 원주방향으로 연장되는 씰링부와 함께, 냉매가 임펠러의 배면으로 유입되는 것을 제한하는 흐름을 형성하여, 냉매의 압력 상승을 저감시킬 수 있다.

아울러, 추력저감부는 씰링부보다 돌출 높이가 낮게 형성됨으로써, 프레임과의 접촉에 따른 손상 위험이 감소될 수 있다.

두 번째, 본 발명의 임펠러 배면에 형성되는 추력저감부는, 복수 개의 리브가 경사지게 돌출되는 형상으로 이루어질 수 있다. 이에 의해, 임펠러의 회전에 의해 냉매가 프레임 측으로 밀려나면서 추력이 추가 생성되는 것이 제한될 수 있다.

본 발명의 터보 압축기의 추력저감부는, 씰링부로부터 외주 측으로 나선형으로 연장되도록 형성될 수 있다. 임펠러 배면의 중심부 측의 압력 증가를 제한하고, 냉매를 부드럽게 외주 측으로 밀어낼 수 있어 추력 감소 효과가 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 압축기를 보인 종단면도.
도 2는 도 1에 도시된 영역 A를 보인 확대도.
도 3은 도 1에 도시된 임펠러의 배면을 보인 사시도.
도 4는 도 2에 도시된 임펠러의 배면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 임펠러의 배면을 보인 사시도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 임펠러의 배면도.

이하, 본 발명에 관련된 터보 압축기에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

서로 다른 실시예라고 하더라도, 앞선 실시예와 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일·유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 명세서에 개시된 실시예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예들을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 터보 압축기(100)를 보인 종단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 터보 압축기(100)는 케이싱(10), 구동 유닛(120) 및 압축 유닛(130, 140)을 포함한다.

케이싱(110)은, 본 발명의 터보 압축기(100)의 외관을 형성하며, 유입되는 냉매의 압축을 위해 밀폐 공간을 형성하는 역할을 한다. 케이싱(110)은 쉘(111), 전방측 및 후방측 프레임(112, 113)을 구비할 수 있다.

도 1에 보인 것과 같이, 쉘(111)은 후술하는 회전축(125)과 나란하게 연장 형성되는 대략 원통형의 형상으로 이루어질 수 있다. 쉘(111)의 양 단부에는 전방측 및 후방측 프레임(112, 113)이 장착되며, 각각에는 회전축(125)이 관통되는 축구멍(112a, 113a)이 형성될 수 있다. 축구멍(112a, 113a)에는 각각 회전축(125)을 반경방향으로 지지하는 레이디얼 베어링(151, 152)이 설치될 수 있다.

또한, 전방측 프레임(112)의 내측면에는 제1 스러스트 베어링(153), 후방측 프레임(113)의 내측면에는 제2 스러스트 베어링(154)이 각각 결합될 수 있다. 이때, 회전축(125)에는 제1 스러스트 베어링(153)과 제2 스러스트 베어링(154)에 각각 대향하도록 제1 축방향 지지판(161)과 제2 축방향 지지판(162)이 각각 고정 결합될 수 있다. 즉, 제1 스러스트 베어링(153)은 제1 축방향 지지판(161)과 함께 제1 방향 추력제한부를 형성하고, 제2 스러스트 베어링(154)은 제2 축방향 지지판(162)과 함께 제2 방향 추력제한부를 형성하게 된다. 이로써, 제1 방향 추력제한부와 제2 방향 추력제한부는 서로 반대방향으로 스러스트 베어링을 형성하면서 회전축(125)을 포함한 회전요소에 대한 추력을 상쇄시키게 된다.

구동 유닛(120)은 냉매의 압축을 위한 동력을 발생시키는 역할을 한다. 구동 유닛은 스테이터(121), 로터(122) 및 회전축(125)을 포함한다. 스테이터(121)는 케이싱(110)과 고정되도록 위치되며, 도 1에 보인 것과 같이, 케이싱(110)의 내주면에 장착될 수 있다. 로터(122)는 스테이터(121)의 내측에 위치되며 스테이터(121)와 이격 배치된다. 회전축(125)은 로터(122)와 연결되며 스테이터(121)와 로터(122)의 상호작용에 의해 로터(122)와 함께 회전되도록 이루어진다.

한편, 본 발명은 단일 압축을 진행하도록 1단으로 형성될 수도 있다. 다만, 본 실시예와 같이, 다단 압축을 진행하도록 복수 개의 압축 유닛(130, 140)으로 형성될 수 있다. 다단 압축의 경우 복수 개의 압축 유닛(130, 140)이 구동 유닛(120)을 기준으로 케이싱(110)의 양측에 설치되는 것이 축방향 하중이 큰 터보 압축기의 특성을 고려하면 신뢰성 측면에서 바람직할 수 있다. 하지만, 복수 개의 압축 유닛이 양쪽에 설치되는 대향형의 경우는 압축기의 길이가 길어지고 압축 효율이 저하될 수 있다. 따라서 도시된 것처럼, 복수 개의 압축 유닛(130, 140)을 구동 유닛(120)을 기준으로 한 쪽에 형성하는 것이 고효율 및 소형화 측면에서 바람직할 수 있다. 이하에서는 냉매를 압축하는 순서에 따라, 제1 압축 유닛(130)과 제2 압축 유닛(140)으로 구분하여 설명한다.

먼저, 제1 압축 유닛(130)의 전방에는, 본 발명의 터보 압축기에서 냉매를 흡입하는 흡입관(115)이 연결될 수 있다. 또한 제1 압축 유닛(130)은, 회전축(125)과 연결되어 회전되는 제1 임펠러(131)와, 제1 임펠러(131)가 수용되도록 형성되는 제1 임펠러 하우징(132)을 포함할 수 있다.

도 1에 보인 것과 같이, 제1 임펠러(131)는 회전축(125)의 축방향 중 일 측 방향(후방)으로부터 회전축(125)이 연결되어 회전력이 전달될 수 있다. 아울러, 회전축(125)의 축방향 중 타 측 방향(전방)에 연결되는 흡입관(115)으로부터 냉매가 유입되어 회전축(125)의 반경방향으로 압축되도록 형성될 수 있다. 냉매를 회전축(125)의 반경방향으로 압축하기 위하여, 제1 임펠러 하우징(132)은 제1 디퓨져(133) 및 제1 볼류트(134) 공간을 형성하도록 이루어질 수 있다. 또한, 제1 임펠러 하우징(132) 내에서 회전되는 제1 임펠러(131)는, 원심력에 의해 냉매를 반경방향으로 가압하도록 형성되는 날개부(131a)를 구비할 수 있다.

다음으로, 제2 압축 유닛(140)은 제1 압축 유닛(130)의 후방에 배치될 수 있다. 즉, 제1 압축 유닛(130)에서 압축된 냉매가 제2 압축 유닛(140)에 회전축(125)의 축방향 중 타 측 방향으로 유입되고, 제2 압축 유닛(140)은 냉매를 회전축의 반경방향으로 압축하여 토출시킬 수 있다.

이를 위하여, 제2 압축 유닛(140)은, 제1 임펠러(131)와 나란하게 배치되는 제2 임펠러(141)와, 제2 임펠러(141)를 수용하는 제2 임펠러 하우징(142)을 구비할 수 있다. 제2 임펠러(141)에는 전방을 향하여 날개부(141a)가 형성될 수 있다. 제2 임펠러 하우징(142)은, 제2 디퓨져(143)와 제2 볼류트(144) 공간을 형성하고, 압축된 냉매가 회전축(125)의 반경방향으로 토출되도록 토출관(116)과 연결될 수 있다. 제2 임펠러(141)는, 제1 임펠러(131)와 마찬가지로, 일 측 방향에 연결되는 회전축(125)으로부터 회전력을 전달받도록 배치될 수 있다.

한편, 본 발명의 터보 압축기(100)는, 제1 및 제2 임펠러(131, 141)에서 회전축(125)의 축방향 중 타 측 방향(전방)에서 유입되는 냉매를 압축하여 회전축(125)의 반경방향으로 토출시키도록 이루어진다. 이때, 제1 및 제2 임펠러(131, 141)를 통과하여 압축된 냉매가 각 임펠러의 일 측면 공간(후방 공간)을 채우게 된다. 이에 따라, 제1 및 제2 임펠러(131, 141)는 각각 타 측면(전방면) 보다 일 측면(후방면)에 형성되는 냉매의 압력이 높게 형성될 수 있다. 이러한 압력차에 의해, 본 발명의 터보 압축기는 일 측 방향(후방)에서 타 측 방향(전방)으로 추력(thrust)이 발생될 수 있다. 이러한 추력은 스테이터(121)와 로터(122) 사이의 정렬 상태를 변화시키는 변위를 발생시킴으로써, 구동 유닛(120)의 동작에 영향을 미칠 수 있다.

이러한 추력을 제한하기 위하여, 앞서 설명한 것과 같이 제1 및 제2 스러스트 베어링(153, 154)이 구비될 수 있다. 그리고, 회전축(125)에는 제1 및 제2 스러스트 베어링(153, 154)과 각각 지지되는 제1 및 제2 축방향 지지판(161, 162)이 형성되어 추력에 의한 변위를 제한할 수 있다. 다만, 이와 같이 스러스트 베어링을 장착하더라도, 추력의 증가는 스러스트 베어링 면의 마찰에 의한 동력 손실 증대와, 스러스트 베어링의 구조적 손상 등을 초래하게 되는 문제점이 있다.

따라서, 발생되는 추력의 크기를 저감시키기 위한 방안으로, 본 발명에 따른 터보 압축기(100)의 임펠러(131, 141)는 씰링부(171) 및 추력저감부(172)를 구비할 수 있다. 이하에서는 제1 및 제2 임펠러(131, 141) 중 제2 임펠러(141)를 예로 들어, 임펠러(141)의 일 측면(후방면)에 형성되는 씰링부(171) 및 추력저감부(172)의 구조와 기능에 대하여 설명하기로 한다.

도 2는 도 1에 도시된 영역 A를 보인 확대도이다. 아울러, 도 3은 도 1에 도시된 임펠러(141)의 배면을 보인 사시도이며, 도 4는 도 2에 도시된 임펠러(141)의 배면도이다.

도 2 내지 4를 참조하면, 씰링부(171)는 임펠러(141)의 일 측면에서 전방측 프레임(112, 이하, '프레임')을 향하여 돌출되고, 중심에 결합되는 회전축(125)을 둘러싸도록 연장 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이 씰링부(171)는, 회전축(125)의 반경방향을 따라 서로 이격되도록 복수 개가 구비될 수 있다. 또한, 씰링부(171)는 회전축(125)을 원주방향으로 둘러싸도록 원형으로 연장 형성될 수 있다.

씰링부(171)가 형성되면, 회전축(125)이 위치되는 씰링부(171) 내측 공간의 냉매 압력이 상승되는 것이 제한될 수 있다. 도 2에 도시된 것처럼, 씰링부(171)가 프레임(112)의 표면에 근접하도록 돌출됨으로써, 씰링부(171)를 통과하면서 냉매 유로의 단면적이 감소됨으로써, 씰링부(171) 내부의 냉매는 압력이 감소된 상태가 유지될 수 있다. 아울러, 도 2에 보인 것과 같이, 프레임(112)은 씰링부(171)의 내측면과 마주보는 면에서 돌출 형성되는 돌출부(112a)를 구비할 수 있다. 돌출부(112a)에 의해 씰링부(171) 내측 공간의 체적이 더 감소될 수 있어, 냉매의 감압 효과가 더 강화될 수 있다.

씰링부(171)가 냉매 유로의 단면적과 체적을 감소시켜 냉매의 압력을 감소시키도록 작용하는 것과 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 추력저감부(172)는, 임펠러(141)의 후방 공간의 냉매를 회전축(125)의 반경방향으로 밀어내는 역할을 수행한다.

추력저감부(172)는 임펠러(141)의 일 측면(후방면)에서 돌출 형성되고, 씰링부(171)로부터 임펠러(141)의 외주 측으로 연장되도록 형성된다. 본 발명의 터보 압축기(100)의 동작 시 임펠러(141)가 회전되면, 임펠러(141)에 형성된 추력저감부(172)가 회전됨으로써, 냉매가 회전축(125)의 반경방향으로 가압되도록 이루어진다. 추력저감부(172)는 임펠러(141)의 전면에 형성되는 날개부(141a)와 유사하게 냉매를 회전축(125)의 반경방향으로 밀어내도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 임펠러(141)의 회전에 의한 원심력이 냉매에 작용되도록 이루어질 수 있다. 이에 따라, 임펠러(141)의 후방 공간에 압축된 냉매가 유입되는 것이 제한될 수 있다.

추력저감부(172)에 의해 임펠러(141)의 후방 공간에 토출압의 냉매가 유입되는 것을 제한함으로써, 본 발명의 터보 압축기(100)에서 임펠러(141) 전후면의 압력차, 또는 추력이 저감될 수 있다. 특히, 본 실시예와 같이 씰링부(171) 및 추력저감부(172)가 형성되면, 추력저감부(172)가 보다 직접적으로 냉매를 가압하여 밀어낼 수 있게 되므로, 추력 저감 효과가 더욱 향상될 수 있다. 추력의 감소에 의해 제1 및 제2 스러스트 베어링(153, 154)과, 제1 및 제2 축방향 지지판(161, 162) 상호간의 마찰이 저감되어, 부품 신뢰성이 향상되고 압축 효율이 증가될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 추력저감부(172)의 구체적인 구조에 대하여 설명한다. 추력저감부(172)는, 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 복수 개의 리브(172a)를 포함할 수 있다. 복수 개의 리브(172a)는 각각 씰링부(171)로부터 회전축(125)의 반경방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 본 실시예에서와 같이 8개의 리브(172a)가 방사상으로 배치될 수 있다.

원주방향으로 연장되는 씰링부(171)와 반경방향으로 연장되는 추력저감부(172)가 조합됨으로써, 임펠러(141)의 회전 시 임펠러(141)의 후방 공간에는, 냉매를 임펠러(141)의 외주 측으로 밀어내는 힘이 생성될 수 있다. 이에 따라, 앞서 설명한 것과 같이 임펠러(141) 전후방 압력 차가 감소되는 효과가 구현될 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 것과 같이, 추력저감부(172)를 구성하는 복수 개의 리브(172a)의 높이(h₁)는 씰링부(171)의 높이(h₂)보다 낮도록 설계될 수 있다. 즉, 임펠러(141)에서 프레임(112)을 향하는 방향(회전축(125)의 축방향)으로, 리브(172a)의 높이가 씰링부(171)의 높이보다 작게 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 터보 압축기(100)는, 레이디얼 베어링(151, 152)의 지지 구조에 따라 회전축(125)의 반경방향으로 회전축(125) 및 임펠러(141)가 요동될 수 있다. 이때, 회전축(125)의 각도가 미세하게 틀어지게 되면, 임펠러(141) 후면이 프레임(112)과 접촉될 여지도 있다. 특히, 임펠러(141)의 후면 중에서도, 회전축(125)이 결합되는 중심부보다 볼류트(144)에 가까운 외주부가 프레임(112)에 간섭되어 마찰 손실 또는 구조적 손상이 초래될 여지가 있다. 따라서, 본 실시예와 같이 복수 개의 리브(172a)를 상대적으로 낮게 돌출 형성함으로써, 이러한 접촉 위험을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 임펠러(141)의 배면을 보인 사시도이다. 이하에서는 도 5를 참조하여 추력저감부(272)에 의한 추력 저감 효과를 더 향상시킬 수 있는 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 임펠러(141)의 후면에 형성되는 추력저감부(272)는, 임펠러(141)의 회전 방향을 향하여 경사지게 돌출 형성되는 복수 개의 리브(272a)를 포함한다. 즉, 도 5에서 임펠러(141)가 시계 방향으로 회전된다면, 복수 개의 리브(272a)는 프레임(112)을 향하는 방향으로 돌출될수록 임펠러(141)의 회전 방향과 동일한 시계 방향으로 기울어지도록 돌출될 수 있다. 앞선 실시예와 마찬가지로, 방사상으로 8개의 리브(272a)가 구비되며, 그 높이는 씰링부(171)보다 낮게 형성될 수 있다.

본 실시예에서와 같이 추력저감부(272)가 경사지게 형성됨으로써, 추력저감부(272)의 회전에 따라 냉매가 프레임(112)을 향하는 방향, 즉, 회전축(125)의 축방향으로 밀려나는 것이 제한될 수 있다. 추력저감부(272)가 회전됨에 따라 냉매가 프레임(112)을 향하여 가압되면, 결과적으로 임펠러(141)를 일 측에서 타 측으로 미는 힘이 생성되는 결과가 될 수 있다. 이에 본 실시예와 같이 추력저감부(272)가 경사지게 이루어져, 냉매를 회전축(125)의 반경방향으로 보다 집중적으로 밀어내는 효과를 구현할 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 임펠러(141)의 배면도이다. 도 6의 또 다른 실시예는 추력저감부(372)를 나선형으로 형성함으로써, 임펠러(141) 일 측 공간(후방 공간)의 냉매를 부드럽게 외주 측으로 밀어내는 구조를 구체화한 것이다.

앞선 두 실시예와 마찬가지로, 임펠러(141)의 후면에는 원형으로 연장 형성되는 씰링부(171)가 돌출 형성될 수 있다. 다만, 본 실시예의 추력저감부(372)는, 씰링부(171)로부터 나선형으로 연장 형성되어 회전축(125)의 반경방향으로 확장되는 나선형 리브(372a)를 구비할 수 있다. 나선형의 리브(372a)는 임펠러(141)의 후면에서 돌출 형성될 수 있고, 돌출되는 높이는 씰링부(171)보다 낮게 이루어질 수 있다.

도 6에 보인 것처럼 나선형 리브(372a)는 복수 개(2개) 형성될 수 있으며, 회전축(125)의 반경방향으로 확장될수록 복수 개의 나선형 리브(372a) 사이의 간격이 멀어지도록 형성될 수 있다. 이때, 나선형 리브(372a)가 씰링부(171)로부터 연장되는 방향(도 6의 시계 반대 방향)과, 임펠러(141)가 회전되는 방향(도 6의 시계 방향)은 서로 반대 방향일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 추력저감부(372)는, 앞선 실시예들에 비하여 완만하게 냉매를 임펠러(141)의 외주 측으로 밀어낼 수 있다. 이에 따라, 앞선 실시예들에서 냉매가 회전축(125)의 반경방향보다는 회전축(125)의 축방향으로 강하게 밀려나게 되는 경우, 냉매가 프레임(112)을 가압하게 될 수 있는 부작용이 감소될 수 있다.

특히 본 실시예에서는, 복수 개의 나선형 리브(372a)가 상호 간격이 멀어지면서 일 방향으로 확장되고, 임펠러(141)는 타 방향으로 회전되도록 이루어질 수 있다. 이에 따라, 냉매가 수용되어 회전되는 나선형 리브(372a) 사이 공간은, 임펠러(141)의 회전 시 체적이 증대되는 과정을 겪게 된다. 이러한 체적의 분포는, 냉매가 임펠러(141)의 후방 공간에서 씰링부(171)를 향하여 유입되면서 압력이 상승되는 것을 제한할 수 있는 요인이 될 수 있다. 결과적으로, 임펠러(141) 후방 공간의 압력 상승이 억제되고, 추력이 저감될 수 있는 작용이 효과적으로 구현될 수 있다.

이상에서는 도 1에 도시된 것과 같이, 제2 압축 유닛(140)에 구비되는 제2 임펠러(141)의 후방에 형성되는 씰링부(171) 및 추력저감부(172, 272, 372)의 실시예들을 설명하였다. 이러한 씰링부(171) 및 추력저감부(172, 272, 372)는, 제1 압축 유닛(130)의 제1 임펠러(131)와 제1 임펠러 하우징(132) 사이에 형성되어, 제1 임펠러(131)에 의해 발생되는 추력을 저감시키도록 적용되는 것이 가능하다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 터보 압축기를 실시하기 위한 실시예들에 불과한 것으로서, 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않고, 이하의 청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

110: 케이싱 111: 쉘
112: 전방측 프레임 113: 후방측 프레임
115: 흡입관 116: 토출관
120: 구동 유닛 121: 스테이터
122: 로터 125: 회전축
130: 제1 압축 유닛 131: 제1 임펠러
131a, 141a: 날개부 132: 제1 임펠러 하우징
133: 제1 디퓨져 134: 제1 볼류트
140: 제2 압축 유닛 141: 제2 임펠러
142: 제2 임펠러 하우징 143: 제2 디퓨져
144: 제2 볼류트 151, 152: 레이디얼 베어링
153: 제1 스러스트 베어링 154: 제2 스러스트 베어링
161: 제1 축방향 지지판 162: 제2 축방향 지지판
171: 씰링부 172, 272, 372: 추력저감부
172a, 272a: 리브 372a: 나선형 리브

Claims

회전력을 발생시키는 스테이터 및 로터와, 상기 로터에 연결되어 회전되는 회전축을 구비하는 구동 유닛;
일 측에서 상기 회전축과 결합되어 타 측에서 유입되는 냉매를 상기 회전축의 반경방향으로 가압하도록 회전되는 임펠러를 구비하는 압축 유닛; 및
상기 임펠러의 일 측에 이격 배치되어 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하도록 이루어지는 프레임을 포함하며,
상기 임펠러는,
상기 일 측에서 프레임을 향하여 돌출되고 상기 회전축을 둘러싸도록 연장 형성되는 씰링부; 및
상기 씰링부로부터 상기 임펠러의 외주 측으로 연장되도록 상기 일 측에서 돌출 형성되는 추력저감부를 구비하는 터보 압축기.
제1항에 있어서,
상기 추력저감부는 상기 씰링부로부터 상기 반경방향으로 연장 형성되는 복수 개의 리브를 구비하는 터보 압축기.
제1항에 있어서,
상기 추력저감부는 상기 씰링부보다 상기 프레임을 향하여 돌출되는 높이가 낮게 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
제2항에 있어서,
상기 복수 개의 리브는 상기 임펠러의 회전 방향을 향하여 경사지도록 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
제1항에 있어서,
상기 추력저감부는 상기 씰링부로부터 나선형으로 연장 형성되는 나선형 리브를 구비하는 터보 압축기.
제5항에 있어서,
상기 나선형의 리브는 복수 개가 구비되고, 상기 씰링부로부터 상기 임펠러의 외주 측으로 연장될수록 서로 이격되는 거리가 멀어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
회전력을 발생시키는 스테이터 및 로터와, 상기 로터에 연결되어 회전되는 회전축을 구비하는 구동 유닛;
일 측에서 상기 회전축과 결합되어 타 측에서 유입되는 냉매를 상기 회전축의 반경방향으로 가압하도록 회전되는 임펠러를 구비하는 압축 유닛; 및
상기 임펠러의 일 측에 이격 배치되어 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하도록 이루어지는 프레임을 포함하며,
상기 임펠러의 일 측에는, 상기 프레임과 이격되어 형성되는 공간의 냉매를 상기 반경방향으로 가압하도록 이루어지는 추력저감부가 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
제7항에 있어서,
상기 추력저감부는 상기 임펠러의 회전 시 원심력에 의해 상기 임펠러와 프레임 사이 공간의 냉매를 가압하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.