KR20190109886A - 폐쇄 순환형 냉각 기로를 구비한 터보 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보 압축기에 관한 것으로서, 압축 기체 흡입구로부터 압축 기체 배출구까지 연결되어 있는 압축 기체 유로를 구비하는 압축 유닛; 임펠러를 회전시키기 위하여, 전단부가 상기 임펠러와 결합되어 있는 회전축을 구비하는 모터; 상기 모터를 수용하는 모터 수용 공간을 구비한 하우징; 상기 모터 수용 공간을 지나가도록 마련되며, 내부에 수용된 냉각용 기체가 기밀 가능하게 격리된 상태로 폐쇄적인 순환이 가능하게 형성되어 있는 냉각 기로; 냉각용 액체가 순환 가능하도록 형성된 냉각 수로;를 포함하며, 상기 냉각 수로는, 상기 냉각 기로의 내부에 수용되어 순환하는 상기 냉각용 기체와 열교환할 수 있도록 마련되며, 상기 냉각 기로를 통하여 흐르는 상기 냉각용 기체는, 상기 냉각 수로를 통하여 흐르는 상기 냉각용 액체에 의하여 냉각되며, 상기 압축 기체 유로는 상기 냉각 기로와 공간적으로 분리됨으로써, 상기 압축 기체 유로의 내부에 있는 기체가 상기 냉각 기로로 침투할 수 없으며, 상기 하우징의 외부로부터 기체나 액체 형태의 이물질이 상기 냉각 기로로 침투할 수 없는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 압축 유닛의 압력 손실 없이 상기 모터를 효율적으로 냉각할 수 있으며, 방수형 내지 방진형 터보 압축기를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

폐쇄 순환형 냉각 기로를 구비한 터보 압축기 {A turbo compressor with cooling paths of closed circulation}

본 발명은 터보 압축기에 관한 것으로서, 특히 압력 손실 없이 모터를 효율적으로 냉각할 수 있으며, 방수형 내지 방진형 터보 압축기에 관한 것이다.

터보 압축기(turbo compressor) 또는 터보 블로어(turbo blower)는, 임펠러(impeller)를 고속으로 회전시킴으로써 외부의 공기나 가스를 흡입하여 압축한 후 외부로 송풍하는 원심형 펌프로서, 분체(powder) 이송용이나 하수 처리장 등에서 폭기(爆氣)용으로 많이 사용되고 있으며, 최근에는 산업 공정용과 자동차 탑재용으로도 사용이 되고 있다.

이러한 터보 압축기에서는, 임펠러의 고속 회전으로 인하여 모터와 베어링에서 마찰에 의한 고열이 발생할 수밖에 없는 바, 주요 발열부(heat source)인 모터와 베어링에 대한 냉각이 필요하다.

종래의 터보 압축기의 일례가 한국특허(공개번호 10-2015-0007755)에 개시되어 있는데, 이 터보 압축기에서는, 임펠러가 생산하는 압축 공기의 일부를 활용하여, 상기 임펠러를 회전시키기 위한 모터 및 베어링을 냉각한 후에, 이를 모터의 회전축의 내부 구멍을 통하여 다시 임펠러 측으로 유입시키게 하는 구조로 되어 있다.

그러나, 종래의 터보 압축기의 경우에는, 냉각 시스템의 구성을 단순하게 할 수 있는 이점이 있지만, 임펠러에 의해서 압축된 공기의 일부를 냉각용 기체로 이용하게 되므로, 임펠러에 의하여 압축된 공기의 압력 손실이 발생하는 문제점이 있다.

그리고, 종래의 터보 압축기의 경우에는, 냉각용 기체가 모터 및 베어링에 의해 가열된 후에 다시 임펠러 측으로 유입이 되므로, 임펠러에 의하여 압축될 공기의 온도가 상승함으로써, 터보 압축기의 압축 효율이 추가적으로 감소하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 압력 손실 없이 모터를 효율적으로 냉각할 수 있으며, 방수형 내지 방진형 터보 압축기를 제공할 수 있도록 구조가 개선된 터보 압축기를 제공하기 위함이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 터보 압축기는, 공기 등의 기체를 압축하여 외부로 공급하는 터보 압축기로서, 상기 기체가 흡입되는 압축 기체 흡입구; 상기 압축 기체 흡입구를 통하여 유입된 기체를 압축하는 임펠러; 상기 임펠러에 의하여 압축된 상기 기체가 외부로 배출되는 압축 기체 배출구; 상기 압축 기체 흡입구로부터 상기 압축 기체 배출구까지 연결되어 있는 압축 기체 유로를 구비하는 압축 유닛; 상기 임펠러를 회전시키기 위하여, 전단부가 상기 임펠러와 결합되어 있는 회전축을 구비하는 모터; 상기 모터를 수용하는 모터 수용 공간을 구비한 하우징; 상기 모터 수용 공간을 지나가도록 마련되며, 내부에 수용된 냉각용 기체가 기밀 가능하게 격리된 상태로 폐쇄적인 순환이 가능하게 형성되어 있는 냉각 기로; 냉각용 액체가 순환 가능하도록 형성된 냉각 수로;를 포함하며, 상기 냉각 수로는, 상기 냉각 기로의 내부에 수용되어 순환하는 상기 냉각용 기체와 열교환할 수 있도록 마련되며, 상기 냉각 기로를 통하여 흐르는 상기 냉각용 기체는, 상기 냉각 수로를 통하여 흐르는 상기 냉각용 액체에 의하여 냉각되며, 상기 압축 기체 유로는 상기 냉각 기로와 공간적으로 분리됨으로써, 상기 압축 기체 유로의 내부에 있는 기체가 상기 냉각 기로로 침투할 수 없으며, 상기 하우징의 외부로부터 기체나 액체 형태의 이물질이 상기 냉각 기로로 침투할 수 없는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 냉각 기로는, 상기 하우징을 냉각할 수 있도록 상기 하우징을 관통하는 기로를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 냉각 기로의 내부에 수용된 냉각용 기체를 순환시키기 위한 냉각팬을 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 냉각팬은, 상기 회전축의 후단부에 배치되며, 상기 회전축의 회전력에 의하여 회전하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 냉각 수로는, 상기 하우징을 냉각할 수 있도록 상기 하우징을 관통하는 수로를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 냉각 기로는, 상기 하우징을 냉각할 수 있도록 상기 하우징을 관통하는 기로를 포함하며, 상기 하우징을 관통하는 기로와 상기 하우징을 관통하는 수로는, 상기 회전축의 길이 방향을 따라 연장되어 있으며, 상기 회전축의 원주 방향을 따라 교대로 배치되어 있는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 냉각 수로와 상기 냉각 기로 사이에는, 열교환 효율을 증가시킬 수 있는 냉각핀이 마련되어 있는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 하우징은, 상기 모터 수용 공간을 구비하는 내측 하우징; 상기 내측 하우징을 둘러감싸는 외측 하우징;을 구비하며, 상기 냉각 기로는, 상기 내측 하우징의 외부 표면과 상기 외측 하우징의 내부 표면 사이에 마련되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 압축 기체 흡입구로부터 압축 기체 배출구까지 연결되어 있는 압축 기체 유로를 구비하는 압축 유닛; 임펠러를 회전시키기 위하여, 전단부가 상기 임펠러와 결합되어 있는 회전축을 구비하는 모터; 상기 모터를 수용하는 모터 수용 공간을 구비한 하우징; 상기 모터 수용 공간을 지나가도록 마련되며, 내부에 수용된 냉각용 기체가 기밀 가능하게 격리된 상태로 폐쇄적인 순환이 가능하게 형성되어 있는 냉각 기로; 냉각용 액체가 순환 가능하도록 형성된 냉각 수로;를 포함하며, 상기 냉각 수로는, 상기 냉각 기로의 내부에 수용되어 순환하는 상기 냉각용 기체와 열교환할 수 있도록 마련되며, 상기 냉각 기로를 통하여 흐르는 상기 냉각용 기체는, 상기 냉각 수로를 통하여 흐르는 상기 냉각용 액체에 의하여 냉각되며, 상기 압축 기체 유로는 상기 냉각 기로와 공간적으로 분리됨으로써, 상기 압축 기체 유로의 내부에 있는 기체가 상기 냉각 기로로 침투할 수 없으며, 상기 하우징의 외부로부터 기체나 액체 형태의 이물질이 상기 냉각 기로로 침투할 수 없으므로, 상기 압축 유닛의 압력 손실 없이 상기 모터를 효율적으로 냉각할 수 있으며, 방수형 내지 방진형 터보 압축기를 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예인 터보 압축기의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 터보 압축기의 부분확대도이다.
도 3은 도 1에 도시된 터보 압축기의 A-A선 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 터보 압축기의 B-B선 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 터보 압축기의 C-C선 단면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 터보 압축기의 냉각용 액체 흐름을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예인 터보 압축기의 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 터보 압축기의 A-A선 단면도이다.
도 9는 도 7에 도시된 터보 압축기의 B-B선 단면도이다.
도 10은 도 7에 도시된 터보 압축기의 C-C선 단면도이다.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예인 터보 압축기의 단면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 터보 압축기의 부분확대도이다. 도 3은 도 1에 도시된 터보 압축기의 A-A선 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터보 압축기(100)는, 임펠러(impeller)를 고속으로 회전시킴으로써 외부의 기체를 흡입하여 압축한 후 외부로 송풍하는 원심형 펌프로서, 소위 터보 압축기(turbo compressor) 또는 터보 블로어(turbo blower)로도 불린다. 이 터보 압축기(100)는, 하우징(10)과 압축 유닛(20)과 모터(30)와 공냉 유닛(40)과 수냉 유닛(50)을 포함하여 구성된다. 이하에서 압축 대상인 상기 기체가 공기인 것을 전제로 한다.

상기 하우징(10)은, 금속 재질의 하우징(housing)으로서, 내측 하우징(11)과 외측 하우징(12)을 구비한다.

상기 내측 하우징(11)은, 모터 수용 공간(13)을 내부에 구비하는 원통형 부재로서, 제1 중심축(C1)을 원의 중심으로 하는 단면을 가지며, 상기 제1 중심축(C1)을 따라 연장되어 있다.

상기 모터 수용 공간(13)은, 후술할 상기 모터(30)를 수용할 수 있도록 상기 모터(30)와 대응되는 형상을 가진 공간이다.

상기 내측 하우징(11)은, 도 1에 도시된 바와 같이 좌측 단부는 개구되어 있으며, 우측 단부에는 냉각팬 장착공(111)이 형성되어 있다. 여기서 상기 내측 하우징(11)의 우측 단부는 상기 모터(30)의 장착을 위하여 몇 개의 구성품으로 분리 제작되어 있으나, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 외측 하우징(12)은, 상기 제1 중심축(C1)을 원의 중심으로 하는 단면을 가진 원통형 부재로서, 상기 제1 중심축(C1)을 따라 연장되어 있다.

상기 외측 하우징(12)은, 상기 내측 하우징(11)을 둘러감싼 상태로 수용할 수 있도록, 상기 내측 하우징(11)과 대응되는 형상을 가지고 있다.

상기 외측 하우징(12)의 내부 표면과 상기 내측 하우징(11)의 외부 표면은, 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 서로 마주하고 있다.

상기 압축 유닛(20)은, 외부의 공기를 흡입하여 압축하는 장치로서, 임펠러(21)와, 전방 커버(22)와, 후방 커버(23)를 구비한다.

상기 임펠러(21)는, 원심형 펌프의 주요 구성으로 곡면을 지닌 날개를 복수 개 구비한 바퀴로서, 고속 회전이 가능하도록 장착되어 있다.

상기 전방 커버(22)는, 상기 임펠러(21)의 전방에 배치되는 금속 부재로서, 외부의 공기를 흡입되는 압축 기체 흡입구(24)가 형성되어 있다.

상기 전방 커버(22)는, 상기 임펠러(21)를 거친 공기가 와선형으로 흐를 수 있도록 형성된 유로를 구비한 스크롤(scroll) 케이싱 형태로 마련된다.

상기 후방 커버(23)는, 상기 임펠러(21)의 후방에 배치되는 금속 부재로서, 볼트나 스크류에 의하여 상기 하우징(10)과 결합된다.

상기 임펠러(21)는 상기 압축 기체 흡입구(24)를 통하여 유입된 공기를 압축하며, 상기 임펠러(21)에 의하여 압축된 공기는 압축 기체 배출구(25)를 통하여 외부로 배출된다.

상기 압축 기체 흡입구(24)로 흡입된 공기는, 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 상기 압축 기체 배출구(25)까지 연결되어 있는 압축 기체 유로(26)를 따라 이동하면서 압축된다.

상기 모터(30)는, 회전력을 발생시키는 전기 모터로서, 상기 임펠러(21)에 고속 회전력을 공급하기 위한 장치이다. 이 모터(30)는 회전축(31)과 스테이터(32)와 로터(33)와 베어링(34)을 포함한다.

상기 회전축(31)은, 상기 제1 중심축(C1)을 따라 연장된 막대 부재로서, 상기 임펠러(21)를 회전시키기 위하여 전단부가 상기 임펠러(21)와 상대 회전 불가능하게 결합되어 있다.

상기 스테이터(32)는, 계자 코일(field coil)이 감겨지는 고정자(stator)로서, 상기 모터 수용 공간(13)에 고정된 상태로 장착된다.

상기 로터(33)는, 영구 자석을 포함하는 회전자(rotor)로서, 상기 회전축(31)의 중간부에 결합되어 있다.

상기 베어링(34)은, 고속 회전에 의하여 발생되는 마찰력을 감소시키기 위하여, 상기 회전축(31)을 회전 가능하게 지지하는 공기 베어링으로서, 상기 회전축(31)의 전단부와 후단부에 각각 마련되어 있다.

상기 스테이터(32)와 상기 로터(33) 사이, 상기 회전축(31)과 상기 스테이터(32)의 사이, 상기 회전축(31)과 상기 베어링(34)의 사이, 각각에는 미리 정한 간격이 존재한다.

상기 공냉 유닛(40)은, 상기 하우징(10) 및 모터(30)를 냉각용 기체를 사용하여 냉각하기 위한 장치로서, 냉각 기로(41)와 냉각팬(42)을 구비한다. 여기서, 상기 냉각용 기체로는 공기 또는 불활성 기체가 사용된다.

상기 냉각 기로(41)는, 상기 냉각용 기체를 수용하는 통로로서, 내부에 수용된 상기 냉각용 기체가 기밀 또는/및 수밀 가능하게 격리된 상태로 폐쇄적인 순환(closed circulation)이 계속적으로 가능하게 형성되어 있다.

상기 냉각 기로(41)는, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 모터 수용 공간(13) 및 하우징(10)을 거쳐서 지나가도록 마련되어 있는데, 후단 기로(41a)와, 외측 기로(41b)와, 전단 기로(41c)와, 중간 기로(41d)와, 내측 기로(41e)를 포함한다.

상기 후단 기로(41a)는, 냉각용 기체가 상기 내측 하우징(11)의 후단부 중심으로부터 상기 내측 하우징(11)의 반경 방향으로 향하여 유동할 수 있도록 마련된 기로이다.

상기 후단 기로(41a)는, 상기 내측 하우징(11)의 후단부 외부 표면과 상기 외측 하우징(12)의 후단부 내부 표면 사이에 마련되는 원판형 공간이다.

상기 외측 기로(41b)는, 상기 하우징(10)을 냉각할 수 있도록 상기 하우징(10)을 관통하는 기로로서, 상기 제1 중심축(C1)을 중심으로 연장되어 있다.

상기 외측 기로(41b)는, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 내측 하우징(11)의 외주면과, 상기 외측 하우징(12)의 내주면과, 후술할 냉각핀(52)의 표면에 의하여 형성된다.

상기 외측 기로(41b)는, 상기 제1 중심축(C1)의 원주 방향을 따라 다수 개 나열되어 있으며, 상기 후단 기로(41a)와 연통되어 있다.

상기 전단 기로(41c)는, 상기 내측 하우징(11)의 전단부 외곽으로부터 상기 내측 하우징(11)의 중심 방향을 향하여 냉각용 기체가 유동할 수 있도록 마련된 기로이다.

상기 전단 기로(41c)는, 상기 외측 기로(41b)의 전단부로부터 상기 모터 수용 공간(13)까지 연장되며, 상기 내측 하우징(11)을 관통하는 다수 개의 구멍(41c)을 포함한다.

상기 중간 기로(41d)는, 상기 외측 기로(41b)의 중간부로부터 상기 모터 수용 공간(13)까지 연장되며, 상기 내측 하우징(11)을 관통하는 다수 개의 구멍(41d)을 포함하는 기로이다.

상기 내측 기로(41e)는, 상기 회전축(31)과 상기 스테이터(32) 사이의 공간을 지나가는 기로이다.

상기 내측 기로(41e)는, 상기 전단 기로(41c), 상기 후단 기로(41a), 및 중간 기로(41d)와 각각 연통되어 있다.

상기 내측 기로(41e)는, 냉각용 기체가 상기 스테이터(32)의 계자 코일과, 상기 회전축(31)과, 상기 로터(33)와, 상기 베어링(34)을 거쳐 지나갈 수 있도록 마련된다.

상기 냉각 기로(41)는, 상기 제1 중심축(C1)을 중심으로 회전 대칭 내지 축 대칭으로 배열되는 것이 바람직하다.

본 실시예에서 상기 냉각 기로(41)는, 상기 압축 기체 유로(26)와 기밀 가능하게 공간적으로 분리되어 있다. 따라서, 상기 압축 기체 유로(26)의 내부에 있는 공기가, 압축되는 과정에서 상기 압축 기체 유로(26)로부터 누설되어 상기 냉각 기로(41)로 침투할 수 없으며, 상기 냉각 기로(41)의 내부에 있는 냉각용 기체가 상기 압축 기체 유로(26)로 침투할 수도 없는 구조이다.

또한, 상기 냉각 기로(41)는, 상기 하우징(10)의 외부와도 기밀 가능하게 공간적으로 분리되어 있다. 따라서 상기 하우징(10)의 외부로부터 기체나 액체 형태의 이물질이 상기 냉각 기로(41)로 침투할 수 없으며, 상기 냉각 기로(41)의 내부에 있는 냉각용 기체가 상기 하우징(10)의 외부로 누설될 수도 없는 구조이다.

즉, 본 실시예에서 상기 냉각 기로(41)는, 방수형 내지 방진형 순환 기로로서, 내부에 있는 냉각용 기체가 외부와 격리되어 밀폐(수밀 또는/및 기밀)된 상태로 계속적으로 내부 순환 가능한 기로이다.

상기 냉각팬(42)은, 상기 냉각 기로(41)의 내부에 수용된 냉각용 기체를 강제 순환시키기 위한 냉각팬(cooling fan)으로서, 상기 내측 하우징(11)의 냉각팬 장착공(111)에 장착되어 있다.

본 실시예에서 상기 냉각팬(42)은, 상기 회전축(31)의 후단부에 상대 회전 불가능하게 결합되어 있으므로, 상기 회전축(31)의 회전력에 의하여 함께 회전한다.

상기 수냉 유닛(50)은, 상기 하우징(10)을 냉각용 액체를 사용하여 냉각하기 위한 장치로서, 냉각 수로(51)와, 냉각핀(52)과, 냉각용 액체 유입구(53)와, 냉각용 액체 유출구(54)를 구비한다. 여기서, 상기 냉각용 액체로는 물이 사용된다.

상기 냉각 수로(51)는, 냉각용 액체를 수용하는 통로로서, 내부에 수용된 상기 냉각용 액체의 계속적 순환이 가능하도록 형성되어 있다.

상기 냉각 수로(51)는, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 내측 하우징(11)을 관통하도록 마련되어 있는데, 단위 수로(51a)와, 후단 수로(51b)와, 전단 수로(51c)를 포함한다.

상기 단위 수로(51a)는, 상기 내측 하우징(11)을 관통하는 원형 수로로서, 상기 제1 중심축(C1)을 중심으로 연장되어 있다.

상기 단위 수로(51a)는, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제1 중심축(C1)의 원주 방향을 따라 서로 이격된 상태로 다수 개 나열되어 있다.

상기 후단 수로(51b)는, 상기 단위 수로(51a)의 후단부를 서로 연결하는 수로로서, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 내측 하우징(11)의 후단부를 관통하도록 형성되어 있다.

상기 전단 수로(51c)는, 상기 단위 수로(51a)의 전단부를 서로 연결하는 수로로서, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 내측 하우징(11)의 전단부를 관통하도록 형성되어 있다.

따라서, 상기 냉각 수로(51)는, 도 6에 도시된 바와 같이 지그재그 형상으로 상기 내측 하우징(11)의 원주 방향을 따라 형성되며, 상기 내측 하우징(11)의 측벽 전체를 둘러 감싸도록 배치된다.

상기 냉각 수로(51)는, 상기 제1 중심축(C1)을 중심으로 회전 대칭 내지 축 대칭으로 배열되는 것이 바람직하다.

상기 냉각핀(52)은, 상기 냉각 수로(51)를 따라 흐르는 냉각용 액체와 상기 냉각 기로(41)를 따라 흐르는 냉각용 기체 사이의 열교환 효율을 증가시키기 위한 냉각핀이다.

상기 냉각핀(52)은, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 내측 하우징(11)의 외주면으로부터 상기 내측 하우징(11)의 반경 방향으로 돌출되어 있으며, 상기 제1 중심축(C1)을 따라 연장되어 있다.

상기 냉각핀(52)은, 서로 이격된 상태로 상기 내측 하우징(11)의 원주 방향을 따라 다수 개 나열되어 있다.

상기 냉각핀(52)의 말단부는, 상기 외측 하우징(12)의 내부 표면과 접촉한 상태를 유지하고 있다.

상기 냉각용 액체 유입구(53)는, 냉각용 액체가 외부로부터 유입되는 입구로서, 상기 냉각 수로(51)의 일 말단부와 연통되어 있으며, 상기 외측 하우징(12)에 마련되어 있다.

상기 냉각용 액체 유입구(53)는, 외부에 마련된 펌프(미도시)와 연결되어 있으므로, 상기 펌프에 의하여 물을 공급받는다.

상기 냉각용 액체 유출구(54)는, 냉각용 액체가 외부로 유출되는 출구로서, 상기 냉각 수로(51)의 타 말단부와 연통되어 있으며, 상기 외측 하우징(12)에 마련되어 있다.

상기 냉각용 액체 유출구(54)로부터 배출된 냉각용 액체는, 외부에서 냉각된 후 다시 상기 냉각용 액체 유입구(53)를 통하여 유입될 수도 있다.

이하에서는, 상술한 구성의 터보 압축기(100)가 작동하는 방법의 일례를 설명하기로 한다.

상기 모터(30)의 회전축(31)이 회전하면, 상기 임펠러(21)와 상기 냉각팬(42)가 회전하게 되고, 상기 압축 기체 흡입구(24)를 통하여 유입된 공기는 상기 압축 유닛(20)의 압축 기체 유로(26)를 따라 흐르면서 압축되어 상기 압축 기체 배출구(25)를 통하여 외부로 배출된다. 이때, 상기 압축 기체 유로(26)는 상기 냉각 기로(41)와 공간적으로 분리되어 있으므로, 상기 압축 기체 유로(26)의 내부에서 흐르는 공기가 압축되는 과정에서 누설되어 상기 냉각 기로(41)로 침투할 수 없다. 즉 상기 압축 기체 유로(26)를 따라 흐르는 공기의 흐름과 상기 냉각 기로(41)를 따라 흐르는 냉각용 기체 흐름(G)은 서로 혼합되지 않는다.

상기 냉각 기로(41)의 내부에 수용된 냉각용 기체는, 상기 냉각팬(42)에 의하여 강제 순환됨으로써, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 스테이터(32)의 계자 코일과, 상기 회전축(31)과, 상기 로터(33)와, 상기 베어링(34)을 거쳐 지나가게 된다.

또한, 상기 냉각 수로(51)의 내부에 수용된 냉각용 액체는, 상기 냉각용 액체 유입구(53)으로부터 유입된 후, 도 6에 도시된 바와 같이 지그재그 형상으로 상기 내측 하우징(11)의 원주 방향을 따라 흐르는 냉각용 액체 흐름(W)을 형성하게 되며, 상기 내측 하우징(11) 및 상기 외측 하우징(12)을 전체적으로 냉각시킨 후 상기 냉각용 액체 유출구(54)를 통하여 배출된다.

즉, 상기 냉각 수로(51)는, 상기 하우징(10)을 기준으로 개방적인 순환(open circulation)이 계속적으로 가능하게 형성되어 있다.

이때, 상기 외측 기로(41b)를 통하여 흐르는 냉각용 기체는, 상기 외측 기로(41b)에 인접한 상기 단위 수로(51a)를 통하여 흐르는 냉각용 액체에 의하여 신속히 냉각된다. 특히 상기 냉각핀(52)에 의하여, 상기 단위 수로(51a)를 흐르는 냉각용 액체와 상기 외측 기로(41b)를 흐르는 냉각용 기체 간의 열교환 효율이 매우 높다.

상술한 구성의 터보 압축기(100)는, 기체가 흡입되는 압축 기체 흡입구(24); 상기 압축 기체 흡입구(24)를 통하여 유입된 기체를 압축하는 임펠러(21); 상기 임펠러(21)에 의하여 압축된 상기 기체가 외부로 배출되는 압축 기체 배출구(25); 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 상기 압축 기체 배출구(25)까지 연결되어 있는 압축 기체 유로(26)를 구비하는 압축 유닛(20); 상기 임펠러(21)를 회전시키기 위하여, 전단부가 상기 임펠러(21)와 결합되어 있는 회전축(31)을 구비하는 모터(30); 상기 모터(30)를 수용하는 모터 수용 공간(13)을 구비한 하우징(10); 상기 모터 수용 공간(13)을 지나가도록 마련되며, 내부에 수용된 냉각용 기체가 기밀 가능하게 격리된 상태로 폐쇄적인 순환이 가능하게 형성되어 있는 냉각 기로(41); 냉각용 액체가 순환 가능하도록 형성된 냉각 수로(51);를 포함하며, 상기 냉각 수로(51)는, 상기 냉각 기로(41)의 내부에 수용되어 순환하는 상기 냉각용 기체와 열교환할 수 있도록 마련되며, 상기 냉각 기로(41)를 통하여 흐르는 상기 냉각용 기체는, 상기 냉각 수로(51)를 통하여 흐르는 상기 냉각용 액체에 의하여 냉각되며, 상기 압축 기체 유로(26)는 상기 냉각 기로(41)와 공간적으로 분리됨으로써, 상기 압축 기체 유로(26)의 내부에 있는 기체가 상기 냉각 기로(41)로 침투할 수 없으며, 상기 하우징(10)의 외부로부터 기체나 액체 형태의 이물질이 상기 냉각 기로(41)로 침투할 수 없으므로, 상기 압축 유닛(20)의 압력 손실 없이 상기 모터(30)를 효율적으로 냉각할 수 있으며, 방수형 내지 방진형 터보 압축기(100)를 제공할 수 있는 장점이 있다.

그리고 상기 터보 압축기(100)는, 상기 냉각 기로(41)가 상기 하우징(10)을 냉각할 수 있도록 상기 하우징(10)을 관통하는 기로(41a, 41b, 41c, 41d)를 포함하므로, 냉각용 기체를 사용하여 신속하게 상기 하우징(10)을 냉각할 수 있는 장점이 있다.

또한 상기 터보 압축기(100)는, 상기 냉각 기로(41)의 내부에 수용된 냉각용 기체를 순환시키기 위한 냉각팬(42)을 포함하므로, 상기 냉각 기로(41)의 내부에 수용된 냉각용 기체를 강제 순환시킬 수 있는 장점이 있다.

그리고 상기 터보 압축기(100)는, 상기 냉각팬(42)이 상기 회전축(31)의 후단부에 배치되며, 상기 회전축(31)의 회전력에 의하여 회전하므로, 상기 냉각팬(42)을 회전시키기 위한 별도의 모터가 필요가 없다는 장점이 있다.

또한 상기 터보 압축기(100)는, 냉각용 액체가 순환 가능하도록 형성된 냉각 수로(51)를 포함하므로, 상기 냉각 기로(41)에 의한 공냉식 냉각과 함께 상기 냉각 수로(51)에 의한 수냉식 냉각이 동시에 이루어질 수 있는 장점이 있다.

그리고 상기 터보 압축기(100)는, 상기 냉각 수로(51)가, 상기 하우징(10)을 냉각할 수 있도록 상기 하우징(10)을 관통하는 수로(51a, 51b, 51c)를 포함하므로, 별도의 냉각 파이프를 사용하는 경우와 비교하여, 냉각 효율이 우수하고 누액의 가능성이 거의 없다는 장점이 있다.

또한 상기 터보 압축기(100)는, 상기 냉각 수로(51)가, 상기 냉각 기로(41)의 내부에 수용된 냉각용 기체와 열교환할 수 있도록 마련되어 있으므로, 상기 모터(30)에 의하여 가열된 냉각용 기체가 상기 냉각용 액체에 의하여 신속하게 냉각될 수 있는 2단계 냉각 구조를 가지는 장점이 있다.

그리고 상기 터보 압축기(100)는, 상기 냉각 수로(51)와 상기 냉각 기로(41) 사이에는 상기 냉각핀(52)이 마련되어 있으므로, 냉각용 기체와 냉각용 액체 간의 열교환 효율이 증가하는 장점이 있다.

또한 상기 터보 압축기(100)는, 상기 하우징(10)이, 상기 모터 수용 공간(13)을 구비하는 내측 하우징(11); 상기 내측 하우징(11)을 둘러감싸는 외측 하우징(12);을 구비하며, 상기 냉각 기로(41)는, 상기 내측 하우징(11)의 외부 표면과 상기 외측 하우징(12)의 내부 표면 사이에 마련되어 있으므로, 상기 냉각핀(52) 및 상기 냉각 기로(41)를 형성하기 용이하다는 장점이 있다.

본 실시예에서는, 상기 냉각핀(52)이 상기 내측 하우징(11)의 외주면에 일체로 형성되어 있으나, 상기 냉각핀(52)이 별도의 부재로 가공된 후 압입 등의 방법으로 결합될 수 있음은 물론이다.

한편, 도 7에는 본 발명의 제2 실시예인 터보 압축기(200)가 도시되어 있다. 상기 터보 압축기(200)는, 상술한 터보 압축기(100)와 대부분의 구성 및 효과가 동일하므로 이하에서는 양자의 차이점에 대해서만 기술하기로 한다.

상기 터보 압축기(200)는, 상기 내측 하우징(11) 및 외측 하우징(12)을 구비하는 대신에 1개의 하우징(110)을 구비하고 있다.

상기 터보 압축기(200)의 단위 수로(51a)는 상기 회전축(31)의 길이 방향(C1)을 따라 연장되어 있으며, 상기 터보 압축기(200)의 외측 기로(41b)는 상기 회전축(31)의 길이 방향(C1)을 따라 연장되어 있다.

상기 터보 압축기(200)의 단위 수로(51a)와 외측 기로(41b)는, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 회전축(31)의 원주 방향을 따라 상기 하우징(110)을 관통한 상태로, 교대로 배치되어 있다.

상기 터보 압축기(200)는, 1개의 하우징(110)을 구비하고 있으며, 상기 하우징(110)을 상기 냉각 기로(41) 및 냉각 수로(51)이 관통하므로, 냉각용 기체 및 냉각용 액체가 상기 하우징(110)으로부터 누설될 가능성이 작다는 장점이 있다.

상술한 실시예들에서는, 상기 냉각팬(42)이 상기 회전축(31)의 후단부에 직접 결합되어 있으나, 별도의 전기 모터에 의하여 구동될 수도 있음은 물론이다.

상술한 실시예들에서는, 상기 베어링(34)이 공기 베어링으로 마련되어 있으나, 다른 종류의 베어링이 사용될 수도 있음은 물론이다.

상술한 실시예들에서는, 기밀 또는 수밀을 위한 별도의 실링(sealing) 수단이 설명되어 있지 않지만, 다양한 종류의 실링 수단이 사용될 수도 있음은 물론이다.

상술한 실시예들에서는, 상기 냉각 기로(41)가 상기 회전축(31)의 길이 방향(C1)을 따라 직선적으로 연장되어 있는 외측 기로(41b)를 복수 개 포함하고 있으나, 상기 회전축(31)의 길이 방향(C1)을 회전 중심으로 하는 코일형 내지 나선형 냉각 기로(미도시)를 포함할 수도 있음은 물론이다.

상술한 실시예들에서는, 상기 냉각 수로(51)가 상기 회전축(31)의 길이 방향(C1)을 따라 직선적으로 연장되어 있는 단위 수로(51a)를 복수 개 포함하고 있으나, 상기 회전축(31)의 길이 방향(C1)을 회전 중심으로 하는 코일형 내지 나선형 냉각 수로(미도시)를 포함할 수도 있음은 물론이다.

이상으로 본 발명을 설명하였는데, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것임은 명백하다.

＊ 도면의 주요부위에 대한 부호의 설명 ＊
100, 200 : 터보 압축기
10: 하우징
11: 내측 하우징
12: 외측 하우징
13: 모터 수용 공간
20: 압축 유닛
21: 임펠러
22: 전방 커버
23: 후방 커버
24: 압축 기체 흡입구
25: 압축 기체 배출구
26: 압축 기체 유로
30: 모터
31: 회전축
32: 스테이터
33: 로터
34: 베어링
40: 공냉 유닛
41: 냉각 기로
41a: 후단 기로
41b: 외측 기로
41c: 전단 기로
41d: 중간 기로
41e: 내측 기로
42: 냉각팬
50: 수냉 유닛
51: 냉각 수로
51a: 단위 수로
51b: 후단 수로
51c: 전단 수로
52: 냉각핀
53: 냉각용 액체 유입구
54: 냉각용 액체 유출구
110: 하우징
111: 냉각팬 장착공
C1: 제1 중심축
G : 냉각용 기체 흐름
W : 냉각용 액체 흐름

Claims (8)

1. 공기 등의 기체를 압축하여 외부로 공급하는 터보 압축기로서,
   상기 기체가 흡입되는 압축 기체 흡입구; 상기 압축 기체 흡입구를 통하여 유입된 기체를 압축하는 임펠러; 상기 임펠러에 의하여 압축된 상기 기체가 외부로 배출되는 압축 기체 배출구; 상기 압축 기체 흡입구로부터 상기 압축 기체 배출구까지 연결되어 있는 압축 기체 유로를 구비하는 압축 유닛;
   상기 임펠러를 회전시키기 위하여, 전단부가 상기 임펠러와 결합되어 있는 회전축을 구비하는 모터;
   상기 모터를 수용하는 모터 수용 공간을 구비한 하우징;
   상기 모터 수용 공간을 지나가도록 마련되며, 내부에 수용된 냉각용 기체가 기밀 가능하게 격리된 상태로 폐쇄적인 순환이 가능하게 형성되어 있는 냉각 기로;
   냉각용 액체가 순환 가능하도록 형성된 냉각 수로;를 포함하며,
   상기 냉각 수로는, 상기 냉각 기로의 내부에 수용되어 순환하는 상기 냉각용 기체와 열교환할 수 있도록 마련되며,
   상기 냉각 기로를 통하여 흐르는 상기 냉각용 기체는, 상기 냉각 수로를 통하여 흐르는 상기 냉각용 액체에 의하여 냉각되며,
   상기 압축 기체 유로는 상기 냉각 기로와 공간적으로 분리됨으로써, 상기 압축 기체 유로의 내부에 있는 기체가 상기 냉각 기로로 침투할 수 없으며,
   상기 하우징의 외부로부터 기체나 액체 형태의 이물질이 상기 냉각 기로로 침투할 수 없는 것을 특징으로 하는 터보 압축기
2. 제 1항에 있어서,
   상기 냉각 기로는, 상기 하우징을 냉각할 수 있도록 상기 하우징을 관통하는 기로를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기
3. 제 1항에 있어서,
   상기 냉각 기로의 내부에 수용된 냉각용 기체를 순환시키기 위한 냉각팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기
4. 제 3항에 있어서,
   상기 냉각팬은, 상기 회전축의 후단부에 배치되며, 상기 회전축의 회전력에 의하여 회전하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기
5. 제 1항에 있어서,
   상기 냉각 수로는, 상기 하우징을 냉각할 수 있도록 상기 하우징을 관통하는 수로를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기
6. 제 5항에 있어서,
   상기 냉각 기로는, 상기 하우징을 냉각할 수 있도록 상기 하우징을 관통하는 기로를 포함하며,
   상기 하우징을 관통하는 기로와 상기 하우징을 관통하는 수로는, 상기 회전축의 길이 방향을 따라 연장되어 있으며, 상기 회전축의 원주 방향을 따라 교대로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 터보 압축기
7. 제 1항에 있어서,
   상기 냉각 수로와 상기 냉각 기로 사이에는, 열교환 효율을 증가시킬 수 있는 냉각핀이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 터보 압축기
8. 제 1항에 있어서,
   상기 하우징은, 상기 모터 수용 공간을 구비하는 내측 하우징; 상기 내측 하우징을 둘러감싸는 외측 하우징;을 구비하며,
   상기 냉각 기로는, 상기 내측 하우징의 외부 표면과 상기 외측 하우징의 내부 표면 사이에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 터보 압축기

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