KR20180118455A - 터보 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 케이싱에 설치되고, 스테이터와 로터를 통해 회전력을 발생시키는 구동유닛, 상기 구동유닛에서 발생하는 회전력을 전달하는 회전축, 상기 회전축과 함께 회전하여 유입되는 냉매를 압축하여 토출시키는 임펠러를 구비하는 압축유닛, 상기 구동유닛을 사이에 두고 상기 회전축의 양 측에 각각 결합되는 저널 베어링, 상기 케이싱에 설치되고, 상기 회전축의 일 측에 결합되는 스러스트 베어링, 및 상기 케이싱에 결합되고, 상기 회전축의 외주면을 따라 이동하는 냉매가 수용되도록 공간을 형성하는 냉매 수용부를 포함하고, 상기 회전축의 중심부에는 상기 회전축의 연장 방향으로 축관통유로가 형성되며, 상기 냉매 수용부에 수용된 냉매는 상기 축관통유로를 따라 이동하면서 발생된 열을 냉각시킬 수 있는 터보 압축기에 관한 것이다.

Description

터보 압축기{TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 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.

터보 압축기는 터보 블로워(Turbo Blower)와 유사하나, 터보 블러워에 비해 토출압력이 높고 유량이 작다. 이러한 터보 압축기는 연속적으로 흐르는 유체에 압력을 증가시키는 것으로, 유체가 축방향으로 흐르는 경우에는 축류형으로, 유체가 반경방향으로 흐르는 경우에는 원심형으로 각각 구분할 수 있다.

한편, 왕복동식 압축기나 회전식 압축기와 같은 용적형 압축기와 달리 터보 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 압축기가 알려져 있다.

터보 압축기는, 임펠러가 고속으로 회전하면서 냉매를 압축하므로, 압축기의 작동시 모터뿐만 아니라 베어링에서도 열이 발생하게 된다. 이러한 발열에 의해 모터의 경유 자력이 감쇠되거나 모터의 손상이 생길 우려가 있으며, 모터의 효율이 낮아질 우려가 있다. 또한, 베어링은 발생하는 열에 의해 손상될 가능성이 높으므로, 터보 압축기의 안정적 구동에도 영향을 미치게 된다. 이에, 터보 압축기의 작동시 발생하는 열을 냉각시키는 것이 요구된다.

도 1은, 종래의 터보 압축기(10)를 나타내는 단면도이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 스테이터(21)와 로터(22)로 이루어지는 구동유닛(20)의 우측에는 제1 임펠러(31)와 제2 임펠러(32)가 각각 위치된다. 중간압력포트(36)는 제1 볼류트(34a)와 연통되며, 제1 임펠러(31)를 향해 유입되는 냉매를 1차적으로 압축시킨 후, 압축된 냉매를 제1 임펠러(31)와 인접하게 위치되는 제2 임펠러(32)를 향해 이동시키게 된다.

모터챔버(23)에는 로터(22)와 스테이터(21)가 각각 위치되며, 중간압력포트(36)와 연통되도록 이루어진다. 모터챔버(23)에는 제1 임펠러(31)에 의해 압축된 냉매가 중간압력포트(36)를 통과한 후 수용되며, 1차 압축된 냉매는 제2 임펠러(32)를 향해 유입된다. 제2 임펠러(32)의 회전을 통해 냉매를 추가적으로 압축시킨후 제2 볼류트(34b)와 연통되는 토출구(35)를 통해, 토출되는 과정을 거치게 된다.

도 1에서 보듯이, 제1 임펠러(31)의 회전으로 1차 압축된 냉매는 구동유닛(20)이 위치되는 모터챔버(23)를 향해 이동된 후, 제2 임펠러(32)를 향해 이동됨으로써, 압축기의 구동 과정에서 발생한 열의 냉각이 이루어지도록 한다.

다만, 제1 임펠러(31)를 지나 압축된 냉매를 모터챔버(23)에 유입시키는 과정을 통해, 냉매의 온도 증가에 따른 압축 효율의 저감을 방지할 수 있으나, 냉매의 유로가 복잡해지는 문제가 있으며, 구동유닛(20)의 냉각만이 이루어지는 구조를 가지므로, 각 베어링의 냉각은 어려운 한계가 있다.

한국공개특허공보 10-2015-0109270 (2015.10.01.공개)

본 발명의 일 목적은, 압축기 구동에 따라 증가하는 내부 온도를 감소시켜, 모터의 효율을 개선하며, 베어링의 안정성을 확보할 수 있는 터보 압축기의 구조를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은, 압축기 구동에 따라 이동하는 냉매를 이용하여, 구동유닛과 베어링을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 터보 압축기의 구조를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은, 압력차에 따른 냉매의 순환을 이용하여, 구동유닛의 내외측에서 각각 냉각이 이루어질 수 있으며, 운전 속도의 증가에 따라 온도가 상승되면, 회전축과 베어링 사이의 간격이 가변되면서, 고속 운전시에 안정성까지도 확보 가능한 터보 압축기의 구조를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 터보 압축기는, 케이싱, 상기 케이싱에 설치되고, 스테이터와 로터를 통해 회전력을 발생시키는 구동유닛, 상기 구동유닛에서 발생하는 회전력을 전달하는 회전축, 상기 회전축과 함께 회전하여 유입되는 냉매를 압축하여 토출시키는 임펠러를 구비하는 압축유닛, 상기 구동유닛을 사이에 두고 상기 회전축의 양 측에 각각 결합되는 저널 베어링, 상기 케이싱에 설치되고, 상기 회전축의 일 측에 결합되는 스러스트 베어링, 및 상기 케이싱에 결합되고, 상기 회전축의 외주면을 따라 이동하는 냉매가 수용되도록 공간을 형성하는 냉매 수용부를 포함하고, 상기 회전축의 중심부에는 상기 회전축의 연장 방향으로 축관통유로가 형성되며, 상기 냉매 수용부에 수용된 냉매는 상기 축관통유로를 따라 이동할 수 있게 된다.

이때, 임펠러를 향해 흡입되는 냉매의 일부는 임펠러를 지나 회전축의 외주면을 따라 이동하면서, 로터, 저널 베어링 및 스러스트 베어링의 냉각을 형성하면서 냉매 수용부에 수용되며, 냉매 수용부에 수용된 냉매는, 압력차에 의해 축관통유로를 따라 이동할 수 있게 된다.

축관통유로는 일정한 직경을 가지는 관통홀의 형상으로 이루어져, 회전축의 중심부 양 단을 연통시켜, 냉매 수용부에 수용된 냉매가 압력차에 의해 축관통유로를 따라 이동하면서, 냉각이 이루어져 효율적인 냉각이 가능하게 된다.

상기와 같은 구조의 터보 압축기는, 압축기의 구동에 따라 이동하는 냉매에 의해 구동유닛의 냉각이 가능하며, 특히 주 발열부인 로터의 냉각이 가능하게 된다.

또한, 압축기의 구동으로 이동하는 냉매는, 저널베어링, 로터 및 회전축을 각각 지나면서 이들 구성의 냉각이 이루어지도록 한다.

또한, 터보 압축기의 구동에 따라 이동하는 냉매의 순환을 위해 별도의 추가적인 장치를 설치하지 않더라도, 축관통유로 양 단에 형성되는 압력차에 따라 냉매의 순환이 가능한 간단한 구조를 가지며, 구동유닛의 내외측에서 각각 냉각이 이루어질 수 있어 냉각 효율도 상승할 수 있게 된다.

또한, 압축기의 고속 운전시 회전축과 베어링의 간격이 좁아지면서 안정성의 향상이 가능하며, 이러한 과정에서 발생하는 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있게 된다.

도 1은, 종래의 터보 압축기를 나타내는 단면도.
도 2는, 본 발명에 따르는 터보 압축기를 나타내는 단면도.
도 3은, 터보 압축기에 형성되는 축관통유로의 모습의 확대도.
도 4는, 저널 베어링의 내부 구조를 나타내는 개념도.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 터보 압축기의 단면도.

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

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

본 명세서에 개시된 실시 예를 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 실시 예를 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.

도 2는, 본 발명에 따르는 터보 압축기(100)를 나타내는 도면이다.

본 발명에 따르는 터보 압축기(100)는 냉매의 유동을 이용하여 구동유닛(120) 뿐만 아니라 각 베어링(141, 142, 150)의 냉각도 가능하며, 구동유닛(120)의 내측과 외측에서 각각 냉각이 이루어질 수 있는 구조를 가진다. 도 2에서 점선의 화살표는 냉매의 이동을 나타낸다.

터보 압축기(100)는 회전에 의해 냉매를 압축하도록 구동되는 방식의 원심형 압축기로서, 케이싱(110), 구동유닛(120) 및 압축유닛(130)을 포함한다.

케이싱(110)의 내부공간에는 구동유닛(120)과 압축유닛(130)이 설치되며, 구동유닛(120)과 압축유닛(130)은 회전축(125)에 의해 서로 연결된다.

케이싱(110)은 양단이 개구되며 원통형의 모양으로 형성되는 전방케이싱(110a), 중간케이싱(110b) 및 후방케이싱(110c)으로 이루어질 수 있다.

전방케이싱(110a)의 내부에는 압축유닛(130)이 설치되며, 유입구(132)를 통해 유입되는 냉매의 압축이 가능하게 된다.

중간케이싱(110b)의 내주면에는, 후술할 구동유닛(120)의 스테이터(121)가 고정 결합되고, 중간케이싱(110b)의 중앙부에는 회전축(125)이 관통하도록 설치되며, 각 베어링을 통해 회전축(125)이 반경 방향으로 지지될 수 있게 된다.

중간케이싱(110b)은 저널베어링(141, 142)을 통해 회전축(125)과 결합될 수 있다. 도 2에서 보는 바와 같이, 제1 저널베어링(141)은 통해 중간케이싱(110b)에 고정 결합되며 회전축(125)의 지지가 가능하게 된다. 제2 저널베어링(142)은 구동유닛(120)을 사이에 두고 제1 저널베어링(141)과 서로 마주보도록 배치되며, 회전축(125)에 결합된다. 제2 저널 베어링(142)은, 중간케이싱(110b)에 일 측이 고정되도록 설치되는 스러스트 베어링(150)에 결합되도록 위치된다. 스러스트 베어링(150)은 회전축(125)을 포함한 회전 요소에 대한 추력을 상쇄하는 역할을 하는 것으로, 터보 압축기(100)의 구동과정에서 많은 열이 발생하게 된다.

후방케이싱(110c)은 중간케이싱(110b)의 일단에 결합되도록 설치되며, 유입구(132)를 통해 유입된 냉매가 압축된 후 제1, 2 저널베어링(141, 142)과 구동유닛(120) 및 스러스트 베어링(150)을 지나 수용되는 냉매수용부(160)를 형성하게 된다.

구동유닛(120)은 냉매의 압축을 위한 동력을 발생시키는 역할을 한다. 구동유닛(120)은 스테이터(121)와 로터(122)를 포함하며, 로터(122)의 중심에는 로터(122)의 회전력을 임펠러(131)에 전달하기 위한 회전축(125)이 결합된다.

스테이터(121)는 케이싱(110)의 내주면에 압입되어 고정되거나 케이싱(110)에 용접되어 고정될 수 있다. 또한, 스테이터(121)의 외주면은 D자형으로 디컷지게 형성되어, 케이싱(110)의 내주면에 결합되는 것도 가능하다.

로터(122)는 스테이터(121)의 내측에 위치되며 스테이터(121)와 이격 배치된다. 로터(122)의 축방향의 일 측에는, 임펠러(131)에 의해 발생되는 편심하중을 상쇄시키기 위한 밸런스 웨이트(미도시)가 설치되는 것도 가능하다.

회전축(125)은 로터(122)의 중심을 관통하도록 압입 설치된다. 회전축(125)은 스테이터(121)와 로터(122)의 상호 작용에 의해 발생하는 회전력을 받아 로터(122)와 함께 회전하며, 회전력을 임펠러(131)에 전달하여 냉매를 흡입, 압축하여 토출시키는 역할을 한다.

회전축(125)은 일 방향으로 연장 형성되는 원형의 막대 형상으로 이루어질 수 있으며, 로터(122)는 회전축(125)의 외주면을 감싸 서로 고정되게 장착될 수 있다. 스테이터(121)는 로터(122)의 외주면을 마주보며 감싸도록 이루어지며, 로터(122)와는 일정 간격 이격되도록 배치될 수 있다.

본 발명에 따르는 터보 압축기(100)는, 임펠러(131)가 회전축(125)에 설치되어 회전에 의해 유체를 압축하는 과정에 있어서, 압력차이에 따라 냉매의 유동을 형성함으로써, 구동유닛(120)과 베어링에서 발생하는 열을 냉각시킬 수 있게 된다.

구동유닛(120)에 전원이 인가되면, 스테이터(121)와 로터(122) 사이의 유도 전류에 의해 회전력이 발생되고, 회전력에 의해 회전축(125)은 로터(122)와 함께 회전을 하게 된다. 회전축(125)에 의해 임펠러(131)에 구동유닛(120)의 회전력이 전달되어 회전 가능하게 된다.

냉동사이클의 증발기(미도시)를 통과한 냉매는 유입구(132)를 통해 유입되며, 임펠러(131)의 날개부(131a)를 따라 이동하면서 정압이 상승하며, 동시에 원심력을 가진 상태로 디퓨져(133)를 통과하게 된다. 디퓨져(133)를 통과하는 냉매는 원심력에 의해 운동에너지가 압력 수두의 상승으로 이어지며, 원심 압축된 고압의 냉매는 볼류트(134)에서 모아진후 토출구(135)를 통해 토출되게 된다. 디퓨져(133)를 통과하는 냉매는 원심력에 의해 원하는 압력까지 압축된 후, 볼류트(134)에 수용된 후 토출구(135)를 통해 토출되는 과정이 반복되게 된다.

본 발명에 따르는 터보 압축기(100)는 대략 9만 rpm의 고속으로 구동유닛(120)을 구동시키게 된다. 이와 같이 고속으로 구동유닛(120)을 구동하게 되면, 구동유닛(120)에서는 높은 열이 발생하게 되며, 각 저널 베어링(141, 142)과 스러스트 베어링(150)에서도 높은 열이 발생하게 된다. 이와 같은 발열에 의해 구동유닛(120)의 경유 자력이 감소되거나 손상을 일으킬 우려가 있으며, 각 베어링(141, 142, 150)의 손상을 미칠수 있게 된다. 이에, 터보 압축기(100)의 구동과정에서 발생하는 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 방안이 필요하다.

본 발명에 따르는 터보 압축기(100)는, 임펠러(131)의 회전에 의해 볼류트(134)로 이동하는 냉매가 아닌 임펠러(131)와 임펠러(131)가 수용된 공간으로 누설되는 냉매를 이용하여, 구동유닛(120)과 각 베어링(141, 142, 150)을 냉각시킬 수 있게 된다.

임펠러(131)와 중간케이싱(110b)의 내부면 사이의 공간으로 이동하는 냉매는, 임펠러(131)의 회전에 의해 압력이 상승하였는 바, 제1 저널 베어링(141)과 회전축(125) 사이에 이격된 간격사이로 이동할 수 있으며, 구동유닛(120)의 로터(122)와 스테이터(121) 사이의 공간을 지나, 스러스트 베어링(150)과 회전축(125) 사이의 간극을 따라 이동한 후, 제2 저널베어링(142)과 회전축(125) 사이의 간극을 지나 냉매 수용부(160)에 수용될 수 있다.

즉, 본 발명에 따르는 터보 압축기(100)는 누설된 냉매의 차압을 이용하여, 구동유닛(120)의 냉각뿐 만 아니라, 제1 저널 베어링(141)과 제2 저널 베어링(142) 및 스러스트 베어링(150)의 냉각을 형성할 수 있게 된다.

도 2에서 보는 바와 같이, 회전축(125)의 중심부에는 회전축(125)의 연장 방향을 따라 축관통유로(125a)가 형성된다. 축관통유로(125a)는 냉매 수용부(160)와 냉매가 유입되는 유입구(132)를 서로 연통한다. 축관통유로(125a)는 회전축(125)의 중심부에 형성되는 것으로, 회전축(125)이 연장되는 방향을 따라, 회전축(125)의 상측과 하측이 서로 연통되도록 일정한 직경을 가지는 관통홀의 형상으로 이루어질 수 있다.

도 2의 터보 압축기에서, 임펠러(131)의 회전에 의해 임펠러(131)의 좌측보다는 우측의 압력이 더 크다. 후방케이싱(110c)에 형성되는 냉매수용부(160)의 공간의 부피는 임펠러(131)의 우측에 형성되는 공간보다 더 크므로, 임펠러(131)의 우측 공간에 형성되는 압력은 냉매수용부(160)의 압력보다는 높게 되며, 회전축(125)과 각 베어링, 회전축(125)과 로터(122) 사이의 간극을 통해 냉매의 이동이 가능하게 된다.

냉매수용부(160)에 수용된 냉매의 압력은 유입구(132)를 통해 유입되는 냉매의 압력보다 상대적으로 높은 압력을 가지므로, 냉매수용부(160)에 수용된 냉매는 축관통유로(125a)를 따라 냉매가 유입된 방향으로 이동할 수 있게 된다. 축관통유로(125a)를 따라 냉매의 유동이 이루어지면서, 회전축(125)과 접하고 있는 각 저널베어링(141, 142), 스러스트 베어링(150) 및 로터(122)의 냉각을 형성할 수 있게 된다.

도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 터보 압축기(100)에 형성되는 축관통유로(125a)의 모습을 나타내는 도면이다.

터보 압축기(100)는 임펠러(131)의 회전에 의해 냉매의 압축을 형성하며, 압축된 냉매의 대부분은 볼류트(134)를 거쳐 토출구(135)를 통해 토출되나, 압축된 냉매의 일부는 임펠러(131)와 중간케이싱(110b)의 내부 사이의 간극을 통해 누설되어 구동유닛(120)을 향해 이동하게 된다. 이때, 임펠러(131)의 후단부(도 2에서 임펠러(131)의 우측부)에 형성된 압력은, 냉매수용부(160)에 형성되는 압력보다 상대적으로 고압이므로 압축된 냉매는 회전축(125)과 각 저널 베어링(141, 142), 회전축(125)과 로터(122), 회전축(125)과 스러스트 베어링(150)의 사이의 간극을 통해 냉매수용부(160)로 이동할 수 있게 된다. 또한, 냉매수용부(160)에 형성되는 압력은 유입구(132)의 압력보다는 상대적으로 높으므로, 유입구(132)와 냉매수용부(160)를 연통하는 축관통유로(125a)를 따라, 압축된 냉매의 이동이 가능하다.

즉, 임펠러(131)를 향해 흡입되는 냉매는 임펠러(131)를 지나 회전축(125)의 외주면을 따라 이동하면서 로터(122), 각 저널 베어링(141, 142), 스러스트 베어링(150)에 각각 접촉하면서 이들 구성을 냉각시키게 될 것이다.

도 3에서 보는 바와 같이, 축관통유로(125a)에는 나선홈(125b)이 형성될 수 있다. 축관통유로(125a)에는 회전축(125)이 연장된 방향을 따라, 축관통유로(125a)의 내주면에는 나선홈(125b)이 형성될 수 있다. 나선홈(125b)은 축관통유로(125a)를 따라 이동하는 냉매의 유동 방향을 따라 형성되며, 나선홈(125b)의 폭과 깊이, 나선홈(125b) 사이의 간격에는 특별한 제한이 없으며, 축관통유로(125a)를 따라 이동하는 냉매의 이동이 원활하여 유량이 증가될 수 있는 구조를 가지게 된다.

축관통유로(125a)의 내주면을 따라 형성되는 나선홈(125b)에 의해, 냉매수용부(160)에 수용되는 냉매의 유량은 더 커질 수 있어, 축관통유로(125a)를 따라 이동하는 냉매를 통해 회전축(125)과 각 저널 베어링(141, 142), 스러스트 베어링(150)의 온도를 더욱 효과적으로 낮출 수 있을 것이다.

도 4는, 저널 베어링의 내부 구조를 나타내는 도면이다.

본 발명에 따르는 터보 압축기(100)는, 제1 저널 베어링(141)과 제2 저널 베어링(142)을 포함한다. 제1 저널 베어링(141)은 회전축(125)을 향해 돌출되도록 이루어지는 중간케이싱(110b)의 일 측에 결합된다. 제2 저널 베어링(142)은 스러스트 베어링(150)에 결합된다.

제1 저널 베어링(141)과 제2 저널 베어링(142)은 회전축(125)을 마주보도록 설치되며, 회전축(125)의 회전 시에 회전축(125)의 외주면과 이격되어 회전축(125)과의 사이의 유체를 통해 지지될 수 있게 된다.

제1 저널 베어링(141)과 제2 저널 베어링(142)은 가스 포일 베어링 방식으로 구동될 수 있다. 각 저널 베어링(141, 142)의 구조를 살펴보면, 각 저널 베어링(141, 142)은 프레임(141a), 탑 포일(top foil, 141b)과 범프 포일(bump foil, 141c)을 포함한다.

탑 포일(141b)은 회전축(125)의 표면의 일부를 감싸는 곡면 형태의 복수 개의 포일로 이루어진다.

범프 포일(141c)은 탑 포일을(141b) 감싸도록 배치되며, 탑 포일(141b)과 후술하는 프레임(141a) 사이에 개재될 수 있다. 범프 포일(141c)은 복수 개의 요철을 갖는 얇은 포일로 이루어질 수 있다. 범프 포일(141c)은 복수 개의 요철 형상에 의해 탑 포일(141b)과 프레임(141a)의 내주면에 각각 지지될 수 있다.

각 저널 베어링(141, 142)은 탑 포일(141b)과 범프 포일(141c)에 의해, 회전축(125)의 반경 방향으로 탄성력을 가질 수 있다. 터보 압축기(100)의 작동으로 회전축(125)의 회전이 이루어지게 되면, 회전축(125)의 표면과 탑 포일(141b) 사이에는 냉매 가스층(141d)이 형성된다. 이러한 가스층에 의해 탑 포일(141b)은 회전축(125)의 반경 방향으로 가압되고, 이 가압력에 의해 요철 구조의 범프 포일(141c)은 요철 구조가 눌려 펴지는 방향으로 탄성 변형될 수 있게 된다.

터보 압축기가 고속으로 작동하게 되면, 구동유닛(120) 뿐만 아니라 가스 베어링의 구조로 이루어지는 저널 베어링(141, 142)에서도 온도가 증가되는 현상이 생기게 된다. 이에, 본 발명에 따르는 터보 압축기는, 각 저널 베어링(141, 142)과 회전축(125) 사이의 간극을 따라 이동하는 냉매에 의한 냉각 뿐만 아니라, 회전축(125)의 중심부에 형성되는 축관통유로(125a)를 따라 냉매가 이동하도록 구성됨으로써, 각 저널 베어링(141, 142)에서의 냉각이 추가적으로 이루어져 더욱 효과적인 냉각이 이루어지게 된다.

도 5는, 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 터보 압축기(200)의 단면도이다.

터보 압축기(200)는 임펠러(231)의 회전을 통해 냉매의 압축을 형성하는 것으로, 케이싱(210), 구동유닛(220), 회전축(225), 압축유닛(230), 제1, 2 저널 베어링(241, 242) 및 스러스트 베어링(250)을 포함하는 구조를 가진다. 각 구성에 대한 설명은 앞서 언급한 설명과 동일하므로 이를 대체하기로 한다. 터보 압축기(200)는 냉매의 유동을 이용하여 구동유닛(220) 뿐만 아니라, 각 베어링(241, 242, 250)의 냉각까지도 이루어지는 특징을 가진다.

다만, 본 실시예에 따르는 터보 압축기(200)는 스러스트 베어링(250)이 중간케이싱(210b)에 고정 결합될 수 있으며, 스러스트 베어링(250)에 후방케이싱(210c)이 결합되는 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 냉매 수용부(260)의 부피는 더 작아질 수 있으며, 냉매 수용부(260)에 수용된 냉매의 압력이 증가될 수 있어 축관통유로(225a)를 따라 냉매의 유동이 더욱 원활하게 이루어질 수 있을 것이다.

냉매 수용부(260)는 회전축(225)과 각 저널 베어링(241, 242), 구동유닛(220) 및 스러스트 베어링(250) 사이의 간극을 통해 이동하는 냉매가 수용되는 공간이다. 유입구(232)를 통해 유입되는 냉매가 임펠러(231)를 지나 이동 과정에서 터보 압축기의 구동에 따라 발생하는 열은, 냉매에 의해 흡수되어 냉각이 가능하게 된다. 이때, 냉매는 임펠러(231)의 구동에 따른 압력차에 따라 이동 가능하다.

또한, 회전축(225)의 중심부에는 축관통유로(225a)가 형성되며, 냉매 수용부에 수용된 냉매는 유입구를 향해 축관통유로(225a)를 따라 이동할 수 있게 된다. 축관통유로(225a)를 따라 냉매가 이동하면서 주 발열부인 로터(222)의 열을 낮출 수 있으며, 회전축(225)과 접하고 있는 각 저널 베어링(241, 242), 스러스트 베어링(250)의 온도를 낮출 수 있게 된다. 이에 따라, 터보 압축기의 효율적인 냉각이 이루어질 수 있게 된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 터보 압축기를 실시하기 위한 실시예들에 불과한 것으로서, 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 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.

100, 200: 터보 압축기 110, 210: 케이싱
110a, 210a: 전방케이싱 110b, 210b: 중간케이싱
110c, 210c: 후방케이싱 121, 221: 스테이터
122, 222: 로터 125, 225: 회전축
125a, 225a: 축관통유로 130, 130: 압축유닛
141, 241: 제1 저널베어링 142, 242: 제2 저널베어링
131, 231: 임펠러 160, 260: 냉매수용부

Claims (11)

1. 케이싱;
   상기 케이싱에 설치되고, 스테이터와 로터를 구비하여 회전력을 발생시키는 구동유닛;
   상기 케이싱을 관통하도록 설치되고, 상기 구동유닛에서 발생하는 회전력을 전달하는 회전축;
   상기 회전축과 함께 회전하여 유입되는 냉매를 압축하여 토출시키는 임펠러를 구비하는 압축유닛;
   상기 구동유닛을 사이에 두고 상기 회전축의 양 측에 각각 결합되는 저널 베어링;
   상기 케이싱에 설치되고, 상기 회전축의 일 측에 결합되는 스러스트 베어링; 및
   상기 케이싱에 결합되고, 상기 회전축의 외주면을 따라 이동하는 냉매가 수용되도록 공간을 형성하는 냉매 수용부를 포함하고,
   상기 회전축의 중심부에는 상기 회전축의 연장 방향으로 축관통유로가 형성되며, 상기 냉매 수용부에 수용된 냉매는 상기 축관통유로를 따라 이동하면서 열을 흡수하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 임펠러를 향해 흡입되는 냉매는, 상기 임펠러를 지나 상기 회전축의 외주면을 따라 이동하면서 상기 로터, 저널 베어링 및 스러스트 베어링을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 축관통유로는, 일정한 직경을 가지는 관통홀의 형상으로 이루어지고, 상기 회전축 중심부의 양 단을 연통시키는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 축관통유로는, 내주면에 상기 회전축이 연장되는 방향을 따라 나선형의 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 저널 베어링은, 상기 회전축의 일 측에 위치되는 제1 저널 베어링과, 상기 구동유닛을 사이에 두고 상기 제1 저널 베어링을 마주보도록 배치되는 제2 저널 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 저널 베어링은, 상기 회전축을 향해 돌출되도록 이루어지는 상기 케이싱의 일 측에 고정되며,
   상기 제2 저널 베어링은, 상기 스러스트 베어링에 고정되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 각 저널 베어링은, 가스 포일 베어링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 가스 포일 베어링은,
   프레임;
   상기 프레임의 일 측에 고정되고, 상기 회전축의 표면 일부를 감싸는 형상으로 이루어지는 탑 포일; 및
   상기 프레임의 내주면과 탑 포일의 사이에 복수 개의 요철을 가지도록 이루어지는 범프 포일을 포함하며,
   상기 회전축의 회전으로 상기 회전축의 외주면과 상기 범프 포일의 사이에 형성되는 냉매 가스층에 의해 무접촉 회전이 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 탑 포일은, 복수개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 수용부는, 상기 스러스트 베어링의 일 측에 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 케이싱과 상기 냉매 수용부는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
    

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