KR20200043747A - 터보 압축기 및 이를 포함하는 터보 냉동기 - Google Patents

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    • F25B1/053—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with compressor of rotary type of turbine type

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기는, 내부공간을 형성하는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 설치되는 스테이터; 상기 스테이터의 내측에서 회전되도록 설치되는 로터; 상기 로터에 결합되어 회전하는 회전축; 상기 회전축에 결합되어 회전되며, 냉매를 압축시키기 위한 임펠러; 상기 로터의 외주면을 감싸도록, 상기 회전축의 외측에 결합되는 슬리브; 및 상기 슬리브 및 상기 회전축을 관통하여 삽입되는 적어도 하나 이상의 고정핀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

터보 압축기 및 이를 포함하는 터보 냉동기 {A turbo compressor and a turbo chiller including the same}
본 발명은 터보 압축기 및 이를 포함하는 터보 냉동기에 관한 것이다.
일반적으로 공기 조화기는 실내 공간을 냉방 또는 난방하는 기기이다. 상기 공기 조화기는 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기로부터 토출되는 냉매가 응축되는 응축기와, 상기 응축기를 통과한 냉매가 팽창되는 팽창기 및 상기 팽창기에서 팽창된 냉매가 증발되는 증발기를 포함한다.
터보 냉동기는 저압의 냉매를 흡입하여 고압의 냉매로 압축하는 압축기와, 응축기, 팽창밸브 및 증발기가 포함되어 냉동 사이클이 구동될 수 있다.
상기 터보 냉동기에는 원심식 터보 압축기(이하, 터보 압축기)가 구비된다. 상기 터보 압축기는 구동모터에서 발생되는 운동에너지를 정압으로 변환시키면서 가스를 고압 상태로 토출시키도록 작용하며, 구동모터의 구동력에 의하여 회전하여 냉매를 압축하는 하나 또는 그 이상의 임펠러, 디퓨저 및 상기 임펠러가 수용되는 하우징 등이 포함될 수 있다.
선행문헌 일본공개특허 특개2016-208724호(공개일:2016년12월8일)에는 터보 압축기와 관련된 기술이 개시된다.
상기 선행문헌에 개시된 터보 압축기는 회전축과 회전축의 외주면에 설치되는 원통자석을 포함하는 로터와, 상기 원통자석의 외주면을 덮도록 설치되는 슬리브 및 상기 로터의 둘레측에 배치되는 스테이터를 포함하는 구동모터를 포함한다. 이에 따라, 상기 구동모터가 고속으로 회전하더라도 상기 슬리브에 의해서 상기 회전축의 주위에 설치된 자석이 원심력에 의해 깨지거나 파손되는 것이 방지된다.
그러나, 상기 선행문헌에 개시된 터보 압축기에는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 종래의 터보 압축기 모터는 회전축의 외주면에 원통자석을 설치하고, 원통자석의 외주면에 열경화성 수지재질의 슬리브를 열 압입하여 원통자석을 고정하여 왔다. 이 경우, 원통자석을 견고히 고정하기 위하여 슬리브의 축 방향 길이를 길게 형성하였으므로, 이로 인해 모터의 축 방향 길이가 길어지는 문제가 있었다.
즉, 회전축의 축 방향 길이가 길어지면, 축 강성이 나빠지고 회전에 따른 진동 및 소음이 커져서 모터의 주파수 제어에 어려움이 있는 문제점이 있었다.
둘째, 모터의 고속 운전 시, 비자성체 재질의 슬리브 개입으로 인한 와류손실에 따른 로터의 발열로 인하여 회전축 또는 원통자석과 슬리브 간의 결합력(열 압입)이 약해져서, 슬리브가 원통자석의 내측에서 이탈되거나 헛도는 현상이 발생하는 문제점이 있었다.
일본공개특허 특개2016-208724호(공개일:2016년12월8일)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 회전축에 설치되는 슬리브의 축 방향 길이를 대폭 감소시킬 수 있는 터보 압축기 및 이를 포함하는 터보 냉동기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 모터의 고속 운전 시에도 원심력에 의하여 로터가 회전축의 내측에서 이탈되거나 헛도는 현상이 방지될 수 있는 터보 압축기 및 이를 포함하는 터보 냉동기를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 모터의 회전시 와류손실로 인한 로터의 발열을 효과적으로 완화할 수 있는 터보 압축기 및 이를 포함하는 터보 냉동기를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 회전축의 외경을 짧게 형성하더라도 종래에 비하여 모터의 성능을 유지시킬 수 있는 터보 압축기 및 이를 포함하는 터보 냉동기를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기에는, 케이싱, 스테이터, 로터, 회전축 및 임펠러를 포함한다.
이때, 상기 로터의 외주면을 감싸도록, 상기 회전축의 외측에 결합되는 슬리브와, 상기 슬리브 및 상기 회전축을 관통하여 삽입되는 적어도 하나 이상의 고정핀을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 로터와 회전축 간의 결합력이 향상되고, 상기 슬리브의 축 방향 길이가 최소화됨으로써, 회전축의 전체 길이를 대폭 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 슬리브 및 상기 회전축을 관통하여 삽입된 상기 고정핀의 양단부는, 상기 슬리브의 외측으로 돌출될 수 있다. 이때, 상기 스테이터의 내주면과 상기 슬리브의 외주면 사이에는 소정 간격(L)의 공극이 형성되고, 상기 고정핀의 양단부는 상기 공극의 내부에 위치됨으로써, 상기 모터의 외측은 고압이 형성되고, 상기 모터의 내측, 즉 상기 공극에는 저압이 형성되므로, 상기 모터의 외측의 유체가 상기 공극 내부로 흐르는 유체 흐름이 형성될 수 있다.
상기 회전축은, 제 1 축부와, 상기 제 1 축부로부터 축 방향으로 이격되는 제 2 축부를 포함하고, 상기 제 1 축부와 제 2 축부 사이에 상기 로터가 배치될 수 있다.
또한, 상기 로터의 전면은 상기 제 1 축부의 후면과 접촉되고, 상기 로터의 후면은 상기 제 2 축부의 전면과 접촉될 수 있다. 그리고 상기 제 1 축부와, 상기 로터 및 상기 제 2 축부의 중심축은 서로 일치함으로써, 상기 회전축의 외경 길이가 감소할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 회전축은, 상기 제 1 축부 및 제 2 축부의 각 외주면에서 반경방향 내측으로 함몰되는 안착부를 더 포함하고, 상기 슬리브는 상기 안착부에 삽입되어 상기 로터의 외주면을 감쌀 수 있다. 이때, 상기 슬리브는 상기 안착부의 내측면에 열 압입 방식으로 고정됨으로써, 상기 로터가 상기 회전축의 내측에서 이탈되거나 헛도는 현상이 방지될 수 있다.
상기 고정핀은 서로 이격되는 복수 개의 고정핀을 포함하고, 상기 복수 개의 고정핀 사이에 상기 로터가 위치될 수 있다. 이때, 상기 고정핀은 스테인리스 스틸 또는 알루미늄 재질 중 적어도 하나 이상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 고정핀에는 외주면을 따라 나선형으로 둘러지는 나사산을 포함함으로써, 상기 회전축과 슬리브 간의 결합력을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 로터의 외경(D1)은 상기 회전축의 외경(D2)보다 작게 형성되고, 상기 로터의 외경(D1)은 상기 슬리브의 외경보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 로터의 축 방향 길이(L1)는 상기 슬리브의 축 방향 길이(L2)보다 작게 형성되고, 상기 고정핀의 전체길이(L3)는 상기 로터의 외경(D1)보다 크게 형성될 수 있다. 그리고 상기 고정핀의 전체길이(L3)는 상기 회전축의 외경(D2)보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 터보 압축기를 포함하는 터보 냉동기를 제공할 수 있다.
상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기 및 이를 포함하는 터보 냉동기에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 모터의 회전축 및 슬리브를 관통하여 삽입되는 적어도 하나 이상의 고정핀을 제공함으로써, 회전축과 슬리브 간의 결합력이 향상된다. 이에 따라, 슬리브의 축 방향 길이를 줄일 수 있으므로, 회전축의 축 방향 길이가 전체적으로 감소될 수 있다. 회전축의 축 방향 길이가 짧아지면, 축 강성이 좋아지고 진동 및 소음이 최소화되어 모터의 주파수 제어가 용이해지는 장점이 있다.
둘째, 슬리브 및 회전축을 관통하여 삽입된 고정핀의 양단부가 스테이터의 내주면 및 상기 슬리브의 외주면 사이에 형성되는 공극에 노출되게 되므로, 모터의 외측공간은 고압이 형성되고 모터의 내측, 즉 상기 공극에는 저압이 형성될 수 있다. 따라서, 모터의 외측공간에서 공극 측으로 공기 유동이 쉽게 발생할 수 있으므로, 로터의 회전에 따른 발열을 효과적으로 완화할 수 있는 장점이 있다.
셋째, 회전축을 이루는 제 1 축부와 제 2 축부 사이에 로터가 개입되고, 제 1 축부 및 제 2 축부 외주면 각각에 슬리브가 안착되는 안착부가 함몰 형성됨으로써, 상기 로터가 안정적으로 고정될 수 있고 회전축의 외경 길이가 짧아질 수 있는 장점이 있다.
넷째, 또한 상기 슬리브가 상기 제 1 축부 및 제 2 축부 각각의 안착부에 열 압입 방식으로 고정됨으로써, 상기 로터가 상기 회전축의 내측에서 이탈되거나 헛도는 현상이 방지될 수 있는 장점이 있다.
다섯째, 상기 고정핀에는 외주면을 따라 나선형으로 둘러지는 나사산을 포함함으로써, 상기 회전축과 슬리브 간의 결합력이 극대화되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터보 냉동기의 구성을 보여주는 사이클 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터보 냉동기의 일부 구성을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기의 내부 구성을 보여주는 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기의 모터를 보여주는 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고정핀을 보여주는 사시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 회전축과 로터 및 슬리브가 조립되는 순서를 보여주는 분해도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 회전축에 고정핀이 체결되는 방법을 보여주는 단면도.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기 및 이를 포함하는 터보 냉동기에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터보 냉동기의 구성을 보여주는 사이클 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터보 냉동기의 일부 구성을 보여주는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터보 냉동기(10)에는, 냉매를 압축시키기 위한 압축기(100)와, 상기 압축기(100)에서 압축된 냉매를 응축시키기 위한 응축기(20)와, 상기 응축기(20)에서 응축된 냉매를 1차 감압하기 위한 제 1 팽창 밸브(30)와, 상기 제 1 팽창 밸브(30)에서 감압된 냉매 중 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하기 위한 이코노마이저(40)와, 상기 이코너마이저(40)에서 분리된 액상 냉매를 2차 감압하는 제 2 팽창장치(50) 및 상기 제 2 팽창장치(50)에서 감압된 냉매를 증발하기 위한 증발기(60)가 포함된다.
상기 이코노마이저(40)에서 분리된 기상 냉매는 인젝션 배관(45)을 통하여 상기 압축기(100)로 유입된다. 상기 인젝션 배관(45)은 상기 이코노마이저(40)로부터 상기 압축기(100)의 일측으로 연장되며, 상기 인젝션 배관(45)의 냉매는 상기 압축기(100)의 내부에서, 1단 압축된 냉매와 혼합될 수 있다.
상기 압축기(100)에는, 원심식 터보 압축기(centrifugal turbo compressor)가 포함될 수 있다. 상기 압축기(100)의 입구측에는, 상기 증발기(60)에서 증발된 냉매의 흡입을 가이드 하는 흡입 배관(115)이 제공된다. 그리고, 상기 압축기(100)의 출구측에는, 상기 응축기(20)로 연장되는 토출 배관(116)이 제공된다.
상기 응축기(20)에는 냉각수(W1)가 유입 및 토출되며, 상기 냉각수는 상기 응축기(20)를 통과하는 과정에서 냉매와 열교환 되어 가열된다. 그리고, 상기 증발기(60)에는 냉수(W2)가 유입 및 토출되며, 상기 냉수는 상기 증발기(60)를 통과하는 과정에서 냉매와 열교환 되어 냉각된다.
상기 제 1 팽창장치(30) 또는 제 2 팽창장치(50)에는, 개도 조절이 가능한 전자 팽창밸브(Electronic Expansion Valve, EEV)가 포함될 수 있다.
상기 압축기(100)에는, 구동력을 발생시키는 모터(120) 및 상기 모터(120)의 구동력을 제 1,2 임펠러(131,141)로 전달하는 회전축(125)이 포함된다. 상기 회전축(125)은 상기 제 1,2 임펠러(131,141)와 상기 모터(120)를 연결시킨다. 따라서, 상기 회전축(125)의 회전에 의하여, 상기 제 1 임펠러(131) 및 제 2 임펠러(141)가 함께 회전될 수 있다.
상기 압축기(100)에는, 상기 흡입 배관(115)에 연통되는 냉매 흡입부(미도시) 및 상기 냉매 흡입부의 일측에 제공되어 흡입 냉매의 유동을 가이드 하는 흡입 가이드 베인(106)이 더 포함된다.
상기 흡입 가이드 베인(106)을 통과한 냉매는 상기 제 1 임펠러(131)를 거치면서 1차 압축된다. 상기 압축기(100)에는, 상기 제 1 임펠러(131)를 통과한 1차 압축냉매를 상기 제 2 임펠러(141) 측으로 가이드 하는 리턴 채널(180)이 더 포함된다.
따라서, 상기 제 1 임펠러(131)에서 압축된 냉매는 상기 리턴 채널(180)을 경유하여, 상기 제 2 임펠러(141)로 유입될 수 있다. 그리고, 상기 제 2 임펠러(141)에서 추가 압축된 냉매는 상기 토출 배관(116)을 통하여 상기 응축기(20)로 유입될 수 있다.
상기 터보 냉동기(10)에는, 상기 응축기(20)에서 응축된 냉매를 상기 압축기(100)로 공급하는 액적 공급배관(70)이 더 포함된다. 상기 액적 공급배관(70)을 통하여 공급되는 냉매는 응축된 상태로서, 액상(liquid)을 가질 수 있다. 그리고, 상기 액적 공급배관(70)을 통하여 공급되는 액적 냉매의 압력(P1)은 상기 리턴 채널(180)을 유동하는 1차 압축냉매의 압력(P2)보다 클 수 있다.
따라서, 상기 P1과 P2의 압력 차이에 의하여, 상기 액적 공급배관(70)의 냉매는 상기 리턴 채널(180)로 용이하게 공급될 수 있다.
상기 액적 공급배관(70)은 상기 응축기(20)의 하부(22)로부터 상기 압축기(100)의 하우징(190)으로 연장될 수 있다. 상기 하우징(190)은 상기 압축기(100)의 냉매 흡입측 외관을 형성한다. 상기 하우징(190)에는, 상기 액적 공급배관(70)이 결합되는 결합부(190a)가 형성된다.
상기 압축기(100)에서 압축된 고압의 기상 냉매는 상기 응축기(20)에서 응축되는 과정에서 액상으로 상변화 되며, 액상의 냉매는 상기 응축기(20)의 하부(22)로 모이게 된다.
그리고, 액상의 냉매는 상기 액적 공급배관(70)을 유동하며 상기 하우징(190)을 통하여 상기 압축기(100)로 공급될 수 있다. 이와 같이, 상기 액적 공급배관(70)이 상기 응축기(20)의 하부(22)로부터 연장되므로, 액상 냉매가 상기 액적 공급배관(70)으로 용이하게 유입될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기의 내부 구성을 보여주는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 터보 압축기(100)는, 내부공간을 형성하는 케이싱(110)과, 상기 케이싱(110)의 내부공간에 설치되는 모터(120)와, 상기 케이싱(110)의 외부에 설치되는 제 1 압축유닛(130) 및 제 2 압축유닛(140)을 포함할 수 있다. 상기 제 1,2 압축유닛(130,140)과 상기 모터(120)는 후술될 회전축(125)에 의하여 연결될 수 있다.
상세히, 상기 케이싱(110)은, 양단이 개방된 원통 형상으로 형성되는 쉘(111)과, 상기 쉘(111)의 개방된 양단에 각각 결합되어, 상기 케이싱(110)의 내부공간을 차폐하는 전방 프레임(112)과 후방 프레임(113)을 포함할 수 있다.
상기 쉘(111)의 내주면에는 후술할 모터(120)의 스테이터(121)가 고정 결합되고, 상기 전방 프레임(112)과 후방 프레임(113)의 중심부에는 후술할 회전축(125)이 관통되도록 축구멍(112a, 113a)이 각각 형성된다.
상기 전방 프레임(112)의 축구멍(112a)과 후방 프레임(113)의 축구멍(113a)에는, 회전축(125)을 반경방향으로 지지하는 레이디얼 베어링(151,152)이 각각 설치될 수 있다.
그리고 상기 전방 프레임(112)의 내측면에는 제 1 스러스트 베어링(153)이 결합되고, 상기 후방측 프레임(113)의 내측면에는 제 2 스러스트 베어링(154)이 결합될 수 있다.
미 도시되었으나, 상기 회전축(125)에는 상기 제 1 스러스트 베어링(153)과 상기 제 2 스러스트 베어링(154)에 각각 대향하도록 제 1 축방향 지지판(미도시)과 제 2 축방향 지지판(미도시)이 각각 고정 결합될 수 있다.
한편, 상기 모터(120)는 냉매의 압축을 위한 동력을 발생시키는 역할을 한다. 상기 모터(120)는 인가된 전원에 의하여 자력을 발생시키는 스테이터(121)와, 상기 스테이터(121)와의 상호 작용을 통해 유도 기전력을 발생시키는 로터(122)를 포함할 수 있다.
상기 스테이터(121)는, 상기 케이싱(110)의 내주면에 압입되어 고정되거나 상기 케이싱(110)에 용접되어 고정될 수 있다. 상기 스테이터(121)의 외주면은 D자형으로 디컷지게 형성되어, 상기 케이싱(110)의 내주면과의 사이에 유체가 이동할 수 있는 통로가 형성될 수 있다.
상기 로터(122)는, 상기 스테이터(121)의 내측에 위치되며 상기 스테이터(121)와 이격 배치된다. 상기 로터(122)는 상기 회전축(125)에 결합되어, 상기 회전축(125)과 함께 회전될 수 있다. 상기 로터(122)는 전자석 또는 영구자석을 포함할 수 있다.
상기 로터(122)의 축 방향 양단에는 후술할 제 1 임펠러(131)와 제 2 임펠러(141)에 의해 발생되는 편심하중을 상쇄시키기 위한 밸런스 웨이트(미도시)가 결합될 수 있다. 그러나 상기 밸런스 웨이트는 상기 로터(122)에 설치되지 않고 상기 회전축(125)에 결합될 수도 있다.
또한, 상기 모터(120)는 상기 로터(122)의 회전력을 후술될 제 1 임펠러(131) 및 제 2 임펠러(141)로 전달하기 위한 회전축(125)을 더 포함할 수 있다.
상기 회전축(125)은, 상기 로터(122)의 양단에 결합되어 고정될 수 있다. 따라서, 상기 회전축(125)은 상기 스테이터(121)와 로터(122)의 상호작용에 의해 발생하는 회전력을 전달받아 상기 로터(122)와 함께 회전하고, 이 회전력은 상기 제 1 임펠러(131)와 제 2 임펠러(141)에 전달되어 냉매를 흡입 및 압축하여 토출하게 된다.
그러나 이와는 다르게, 상기 회전축(125)은 상기 로터(122)의 중심을 관통하여 압입 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 로터(122)는 상기 회전축(125)의 외주면에 결합되어 고정될 수 있다.
한편, 압축유닛은 단일 압축을 진행하도록 한 개의 압축유닛으로 형성될 수도 있지만, 본 실시예와 같이 다단압축을 진행하도록 복수 개의 압축유닛으로 형성될 수 있다.
또한, 다단 압축의 경우, 복수 개의 압축유닛(130,140)이 상기 모터(120)를 기준으로 상기 케이싱(110)의 양측에 설치될 수도 있지만, 본 실시예와 같이 복수 개의 압축유닛(130,140)은 상기 모터(120)를 기준으로 한쪽에 모두 형성될 수 있다.
이하에서는 복수 개의 압축유닛이 구비되어 다단으로 냉매를 압축하는 경우, 냉매를 압축하는 순서에 따라 제 1, 제 2 압축유닛으로 각각 구분하여 설명하기로 한다.
상기 제 1 압축유닛(130)과 제 2 압축유닛(140)은, 상기 케이싱(110)의 일측에서 축 방향을 따라 연이어 설치된다. 상기 제 1 압축유닛(130)은 제 1 임펠러(131)와 제 1 임펠러 하우징(132)을 포함하고, 상기 제 2 압축유닛(140)은 제 2 임펠러(141)와 제 2 임펠러 하우징(142)을 포함한다.
상기 제 1 압축유닛(130)과 제 2 압축유닛(140)은 각각의 임펠러(131,141)가 각각의 임펠러 하우징(132,142)에 수용되어 결합될 수 있다. 즉, 상기 제 1 압축유닛(130)은 상기 제 1 임펠러(131)가 상기 제 1 임펠러 하우징(132)에 수용되어 상기 회전축(125)에 결합되고, 상기 제 2 압축유닛(140)은 상기 제 2 임펠러(141)가 상기 제 2 임펠러 하우징(142)에 수용되어 상기 회전축(125)에 결합될 수 있다.
그러나, 경우에 따라서는 상기 제 1 임펠러(131)와 제 2 임펠러(141)가 한 개의 임펠러 하우징에 연속으로 배치되어 회전축에 결합될 수 있다.
상기 제 1 임펠러 하우징(132)의 내부에는, 상기 제 1 임펠러(131)가 수용되는 제 1 임펠러 수용공간(132a)이 형성된다. 상기 제 1 임펠러 하우징(132)의 일단에는 상기 흡입 배관(115)이 연결되어 상기 증발기(60)로부터 냉매가 흡입되는 제 1 입구(132b)가 형성되고, 상기 제 1 임펠러 하우징(132)의 타단에는 1단 압축된 냉매를 상기 제 2 임펠러 하우징(142)으로 안내하는 제 1 출구(132c)가 형성된다.
상기 제 1 임펠러 수용공간(132a)은, 상기 제 1 임펠러(131)를 완전히 수용할 수 있도록 상기 제 1 입구(132b)와 제 1 출구(132c)를 제외한 밀폐형상으로 형성될 수 있다.
그러나 이에 한정되지는 않으며, 상기 제 1 임펠러(131)의 배면측이 개방되고 그 개방된 면이 상기 제 2 임펠러 하우징(142)의 전방측면에 밀폐되는 반 밀폐형상으로 형성될 수도 있다.
상기 제 1 입구(132b)와 제 1 출구(132c)의 사이에는, 상기 제 1 임펠러(131)의 날개부(131b) 외주면과 일정 간격만큼 이격되어 제 1 디퓨져(diffuser,133)가 형성되고, 상기 제 1 디퓨져(133)의 하류측에는 제 1 볼류트(volute,134)가 형성된다.
그리고 상기 제1 디퓨져(133)의 축 방향 일단의 중심에 상기 제 1 입구(132b)가 형성되고, 상기 제 1 볼류트(134)의 하류측에 상기 제 1 출구(132c)가 형성될 수 있다.
상기 제 1 임펠러(131)는, 상기 회전축(125)에 결합되는 제 1 원판부(131a)와, 상기 제 1 원판부(131a)의 전방에 형성되는 복수 개의 제 1 날개부(131b)로 이루어진다. 상기 제1 원판부(131a)는, 그 전방면에는 복수 개의 제 1 날개부(131b)가 원추형상으로 형성되지만, 그 후방면은 배압을 받도록 평판모양으로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제 1 원판부(131a)의 후방에는 상기 회전축(125)에 결합된 제 1 배압플레이트(미도시)가 소정 간격만큼 이격되어 구비되고, 제 1 배압플레이트에는 환형으로 된 제 1 실링부재(미도시)가 구비될 수 있다. 이로써, 상기 제 1 원판부의 후방에는 상기 제 2 임펠러 하우징(142)의 전방면과 제 1 배압플레이트의 사이에 소정의 냉매가 채워지는 제 1 배압공간(미도시)이 형성될 수 있다.
한편, 상기 제 2 임펠러 하우징(142)의 내부에는, 상기 제 2 임펠러(141)가 수용되는 제 2 임펠러 수용공간(142a)이 형성된다. 상기 제 2 임펠러 하우징(142)의 일단에는 상기 제 1 임펠러 하우징(132)의 제 1 출구(132c)에 연결되어 1단 압축된 냉매가 흡입되는 제 2 입구(142b)가 형성되고, 상기 제 2 임펠러 하우징(142)의 타단에는 상기 토출 배관(116)이 연결되어 2단 압축된 냉매를 상기 응축기(20)로 안내하는 제 2 출구(142c)가 형성된다.
상기 제 2 입구(142b)와 제 2 출구(142c)의 사이에는, 상기 제 2 임펠러(141)의 날개부(141b) 외주면과 일정 간격만큼 이격되어 제 2 디퓨져(143)가 형성되고, 상기 제 2 디퓨져(143)의 하류측에는 제 2 볼류트(144)가 형성된다. 그리고, 상기 제 2 디퓨져(143)의 축 방향 일단의 중심에 상기 제 2 입구(142b)가 형성되고, 상기 제2 볼류트(144)의 하류측에 상기 제 2 출구(142c)가 형성될 수 있다.
상기 제 2 임펠러(141)는, 상기 회전축(125)에 결합되는 제 2 원판부(141a)와, 상기 제2 원판부(141a)의 전방에 형성되는 복수 개의 제 2 날개부(141b)로 이루어진다. 상기 제 2 원판부(141a)는, 그 전방면에는 복수 개의 제 2 날개부(141b)가 원추형상으로 형성되지만, 그 후방면은 배압을 받도록 평판모양으로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제 2 원판부(141a)의 후방에는 상기 회전축(125)에 결합된 제2 배압플레이트(145)가 소정 간격만큼 이격되어 구비되고, 상기 제 2 배압플레이트(145)에는 환형으로 된 제 2 실링홈(145a)이 형성되어 상기 제 2 실링홈(145a)에 제 2 실링부재(146)가 삽입될 수 있다.
이로써, 상기 제 2 원판부(141a)의 후방에는 상기 제 2 배압플레이트(145)와 상기 케이싱(110)의 전방면 사이에 소정의 냉매가 채워지는 제 2 배압공간(147)이 형성된다. 그리고, 상기 제 2 배압공간(147)으로 유입되는 냉매의 일부가 상기 제 2 실링홈(145a)으로 유입되어 상기 제 2 실링부재(146)를 밀어올림에 따라, 상기 제 2 실링부재(146)는 상기 전방 프레임(112)의 전방에 밀착되어 상기 제 2 배압공간(147)을 밀봉하게 된다.
또한, 상기 제 2 배압공간(147)은 후술될 배압유로(171)와 연결되고, 상기 배압유로(171)에는 상기 제 2 배압공간(147)의 압력이 압축기의 운전속도(즉, 압축비)에 따라 상기 제 2 배압공간(147)의 압력을 가변시킬 수 있도록 배압유로(171)를 선택적으로 개폐하는 배압조절밸브(173)가 설치될 수 있다.
예를 들어, 상기 배압유로(171)는 상기 제 2 임펠러 하우징(142)과 상기 케이싱(110)의 내부를 관통하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 2 임펠러 하우징(142)의 벽체를 이루는 하우징의 내부에 상기 제 1 배압유로(171a)가 형성되고, 상기 케이싱(110)의 전방 프레임(112)의 내부에는 상기 제 1 배압유로(171a)와 연통되는 제 2 배압유로(171b)가 형성될 수 있다.
그러나, 경우에 따라서는 상기 배압유로(171)는 상기 배압유로(171)가 구비된 별도의 밸브프레임을 상기 케이싱(110)의 전방에 조립하여 형성할 수도 있다.
한편, 상기 케이싱(110)의 전방 프레임(112)에는 반경방향으로 소정의 깊이를 가지는 밸브공간(172)이 형성되고, 상기 밸브공간(172)에는 상기 밸브공간(172)에서 미끄러지면서 후술될 제 1 배압구멍(172a)과 제 2 배압구멍(172b)을 선택적으로 개폐하는 배압조절밸브(173)가 삽입되며, 상기 밸브공간(172)과 상기 배압조절밸브(173)의 사이에는 상기 배압조절밸브(173)를 탄력지지하는 밸브스프링(174)이 설치될 수 있다.
상기 밸브공간(172)은 상기 케이싱(110)의 전방 프레임(112)의 외주면에서 내주면 방향으로 소정의 깊이만큼 함몰지게 형성되고, 상기 밸브공간(172)의 중간에는 상기 밸브공간(172)을 상기 배압공간(147)에 연통시키는 제 1 배압구멍(172a)이 형성된다. 상기 제 1 배압구멍(172a)은 상기 밸브공간(172)의 내경보다 작거나 같게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 배압구멍(172a)의 일측에는 상기 밸브공간(172)을 상기 케이싱(110)의 내부공간과 연통시키는 제 2 배압구멍(172b)이 형성될 수 있다.
상기 제2 배압구멍(172b)은 상기 제 1 배압구멍(172a)보다 안쪽, 즉 상기 배압조절밸브(173)가 압력에 의해 개방되는 경우 상기 제 1 배압구멍(172a)보다 더 높은 압력을 받았을 때 열릴 수 있도록 상기 제 1 배압구멍(172a)보다 더 중심쪽에 위치하도록 형성될 수 있다.
그러나, 경우에 따라서는 상기 제 2 배압구멍(172b)은 상기 제 1 배압구멍(172a)과 동일한 위치, 즉 상기 제1 배압구멍(172a)과 제 2 배압구멍(172b)이 동시에 개폐되는 위치에 형성될 수도 있고, 상기 제 1 배압구멍(172a)보다 더 바깥쪽에 형성될 수도 있다.
상기 배압조절밸브(173)는, 볼 밸브 또는 피스톤 밸브로 이루어질 수 있다. 이러한 배압조절밸브(173)는 상기 배압유로(171)를 통해 유입되는 냉매의 압력에 의한 힘과 탄성부재의 탄성력에 의한 힘의 차이에 따라 3개의 위치를 가질 수 있다.
즉, 상기 배압조절밸브(173)는 상기 제 1 배압구멍(172a)과 제 2 배압구멍(172b)이 모두 닫히는 제 1 위치, 제 1 배압구멍(172a)이 열리고 제 2 배압구멍(172b)은 닫히는 제 2 위치, 그리고 제 1 배압구멍(172a)과 제 2 배압구멍(172b)이 모두 열리는 제 3 위치를 가지도록 형성될 수 있다.
이를 위해, 상기 밸브스프링(174)은 압축코일스프링으로 이루어져 그 배압조절밸브(173)의 안쪽면과 상기 밸브공간(172) 사이에 설치될 수도 있고, 경우에 따라서는 상기 밸브스프링(174)이 인장코일스프링으로 이루어져 상기 배압조절밸브(173)의 바깥쪽과 상기 밸브공간(172) 사이에 설치될 수도 있다.
상기와 같은 본 실시예에 의한 터보 압축기(100)는 다음과 같이 동작될 수 있다.
먼저, 상기 모터(120)에 전원이 인가되면, 상기 스테이터(121)와 상기 로터(122) 사이의 유도 전류에 의해 회전력이 발생되고, 이 회전력에 의해 상기 회전축(125)이 상기 로터(122)와 함께 회전을 한다. 상기 회전축(125)에 의해 상기 제 1 임펠러(131)와 제 2 임펠러(141)에 회전력이 전달되고, 상기 제 1 임펠러(131)와 제 2 임펠러(141)가 각각의 임펠러 수용공간(132a,142a)에서 동시에 회전을 하게 된다.
그러면, 상기 증발기(60)를 통과한 냉매가 상기 흡입 배관(115)과 제 1 입구(132b)를 통해 상기 제 1 임펠러 수용공간(132a)으로 유입되고, 이 냉매는 상기 제 1 임펠러(131)의 날개부(131b)를 따라 이동하면서 정압이 상승하며 동시에 원심력을 가지고 상기 제 1 디퓨져(133)를 통과하게 된다.
그리고, 상기 제 1 디퓨져(133)를 통과한 냉매는 상기 제 1 디퓨져(133)에서 원심력에 의해 운동에너지가 압력에너지로 전환되고, 원심 압축된 고온고압의 냉매는 상기 제 1 볼류트(134)에서 모아져 상기 제 1 출구(132c)를 통해 토출된다.
그리고, 상기 제 1 출구(132c)에서 토출되는 냉매는 상기 제 2 임펠러 하우징(142)의 제 2 입구(142b)를 통해 상기 제 2 임펠러(141)로 전달되면서, 상기 제 2 임펠러(141)의 내부에서 다시 정압이 상승하며 동시에 원심력을 가지고 상기 제 2 디퓨져(143)를 통과하게 된다.
그러면, 상기 제 2 디퓨져(143)를 통과한 냉매는 원심력에 의해 원하는 압력까지 압축되고, 이 2단 압축된 고온고압의 냉매는 상기 제 2 볼류트(144)에서 모아져 상기 제 2 출구(142c)와 토출 배관(116)을 통해 상기 응축기(20)로 토출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.
이때, 상기 제 1 임펠러(131)와 제 2 임펠러(141)는 각 임펠러 하우징(132,142)의 제 1 입구(132b)와 제 2 입구(142b)를 통해 흡입되는 냉매에 의해 후방쪽으로 밀리는 추력을 받게 된다. 특히, 상기 제 2 임펠러(141)의 경우, 상기 제 1 임펠러(131)에 의해 1단 압축된 냉매가 상기 제 2 입구(142b)를 통해 유입됨에 따라 상당히 큰 후방향 추력을 받게 된다.
이러한 후방향 추력은 상기 케이싱(110)의 내부에 구비되는 상기 제 1 스러스트 베어링(153)과 제 2 스러스트 베어링(154)에 의해 저지되어 상기 제 1 임펠러(131)와 제 2 임펠러(141)가 상기 회전축(125)과 함께 후방쪽으로 밀리는 것이 억제된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기의 모터를 보여주는 단면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고정핀을 보여주는 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터(120)는 인가된 전원에 의하여 자력을 발생시키는 스테이터(121)와, 상기 스테이터(121)와의 상호 작용을 통해 유도 기전력을 발생시키는 로터(122)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 모터(120)는 상기 로터(122)의 회전에 따라 회전되는 회전축(125)을 더 포함할 수 있다.
상세히, 상기 스테이터(121)는 내부가 비어있는 원통 형상으로 형성될 수 있다. 상기 스테이터(121)는 상기 케이싱(110)의 내주면에 압입되어 고정되거나 상기 케이싱(110)에 용접되어 고정될 수 있다.
그리고 상기 스테이터(121)의 내부에는 상기 로터(122) 및 회전축(125)이 배치될 수 있다. 상기 로터(122)는 상기 회전축(125)과 결합되어, 상기 회전축(125)과 함께 회전될 수 있다. 상기 스테이터(121)의 일측에는 코일이 감겨지는 코일 권취부가 형성될 수 있다.
상기 로터(122)는, 상기 스테이터(121)의 내측에 위치되며 상기 스테이터(121)와 이격 배치된다. 상기 로터(122)는 상기 회전축(125)에 결합되어 상기 회전축(125)과 함께 회전될 수 있다.
일례로, 상기 로터(122)는 원통 형상으로 형성되는 전자석 또는 영구자석을 포함할 수 있다. 이때, 상기 로터(122)의 외경(D1)은, 상기 회전축(D2)의 외경보다 작게 형성될 수 있다. 그리고 상기 로터(122)의 중심축은 상기 회전축(125)의 중심축(C)과 일치할 수 있다.
상기 회전축(125)은, 상기 로터(122)에 결합되어 상기 로터(122)와 함께 회전된다. 상기 회전축(125)의 일측에는 상기 제 1 임펠러(131) 및 제 2 임펠러(141)의 중심축이 결합될 수 있다. 따라서, 상기 회전축(125)은 상기 로터(122)에 의해 전달되는 회전력을 상기 제 1 임펠러(131) 및 제 2 임펠러(141)로 전달할 수 있다.
특히, 본 실시예에서 상기 회전축(125)은 제 1 축부(125a)와 제 2 축부(125b)로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 회전축(125)은 축 방향을 기준으로, 상기 로터(122)의 전방에 위치되는 제 1 축부(125a)와, 후방에 위치되는 제 2 축부(125b)로 구성될 수 있다. 그리고 상기 제 1 축부(125a)와 제 2 축부(125b)의 사이에는 상기 로터(122)가 배치될 수 있다.
이때, 상기 로터(122)의 전면(122a)은, 상기 제 1 축부(125a)의 후면(후단부)와 접촉되고, 상기 로터(122)의 후면(122b)은, 상기 제 2 축부(125b)의 전면(전단부)과 접촉될 수 있다. 즉, 상기 로터(122)는 상기 제 1 축부(125a)와 제 2 축부(125b)를 연결시킬 수 있다. 그리고 후술될 슬리브(127)에 의해 상기 제 1 축부(125a), 제 2 축부(125b) 및 로터(122)가 함께 고정될 수 있다.
상기 제 1 축부(125a) 및 제 2 축부(125b)에는, 후술될 슬리브(127)가 안착되는 안착홈(126a,126b)이 각각 형성될 수 있다.
상기 안착홈(126a,126b)은 상기 제 1 축부(125a)의 외주면에서 반경방향 내측으로 함몰되는 제 1 안착홈(126a)과, 상기 제 2 축부(125b)의 외주면에서 반경방향 내측으로 함몰되는 제 2 안착홈(126b)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 안착홈(126a)은 상기 제 1 축부(125a)의 후단부 가장자리에서 함몰되어 형성되고, 상기 제 2 안착홈(126b)은 상기 제 2 축부(125b)의 전단부 가장자리에서 함몰되어 형성될 수 있다. 이때, 상기 제 1 안착홈(126a)과 제 2 안착홈(126b)은 서로 대칭되는 형상을 가질 수 있다. 그리고 상기 제 1 안착홈(126a) 및 제 2 안착홈(126b)에는 후술될 슬리브(127)가 삽입될 수 있다.
상기 터보 압축기(100)는, 상기 회전축(125)의 외주면에 설치되는 슬리브(127)를 더 포함할 수 있다.
상기 슬리브(127)는, 내부가 비어있는 원통 형상으로 형성되어 상기 회전축(125)의 둘레를 덮도록 배치된다. 이때, 상기 슬리브(127)는 상기 회전축(125)의 내측에 구비된 로터(122)의 외주면을 둘러쌀 수 있다. 즉, 상기 슬리브(127)의 내측에 상기 로터(122)가 위치된다.
또한, 상기 슬리브(127)는 상기 제 1 안착홈(126a) 및 제 2 안착홈(126b)에 삽입될 수 있다. 이때, 상기 슬리브(127)의 양단부는, 상기 제 1 안착홈(126a) 및 제 2 안착홈(126b)에 의해 각각 지지될 수 있다. 그리고 상기 슬리브(127)는 상기 안착홈(126)에 안착된 상태에서, 상기 안착홈(126)의 내측면에 열박음될 수 있다.
따라서, 상기 슬리브(127), 제 1 축부(125a) 및 제 2 축부(125b)가 고정될 수 있다. 그리고 상기 슬리브(127)의 내측에 위치된 상기 로터(122) 또한 고정되게 되므로, 상기 로터(122)가 상기 회전축(125)의 내측에서 이탈되거나 헛도는 현상이 방지될 수 있다.
상기 슬리브(127)의 외경은, 상기 회전축(125)의 외경(D2)과 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 슬리브(127)가 상기 안착홈(126)에 삽입되면, 상기 슬리브(127)의 외주면과, 상기 회전축(125)의 외주면이 단차없이 매끄럽게 연결될 수 있다.
그러나, 이에 한정되지는 않으며, 상기 슬리브(127)의 외경은, 상기 회전축(125)의 외경(D2)보다 작거나 크게 형성될 수도 있다.
또한, 상기 터보 압축기(100)는, 상기 회전축(125)을 관통하는 고정핀(128)을 더 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 고정핀(128)은 막대 또는 봉 형상으로 길게 형성되어, 상기 회전축(125)에 관통 삽입된다. 상기 고정핀(128)은 상기 회전축(125)의 반경방향으로 관통 삽입될 수 있다. 이때, 상기 고정핀(128)의 연장방향의 길이 즉 전체길이(D3)는, 상기 회전축(125)의 외경(D2)의 길이보다 길게 형성될 수 있다.
또한, 상기 고정핀(128)의 전체길이(L3)는, 상기 회전축(125)에 결합된 상기 슬리브(127)의 외경의 길이보다 길게 형성될 수 있다. 따라서, 상기 고정핀(128)이 상기 회전축(125)에 삽입되면, 상기 고정핀(128)의 양단부가 상기 회전축(125)의 외측으로 노출될 수 있다.
특히, 상기 고정핀(128)은 상기 회전축(125)의 외주면에 배치된 슬리브(127)를 함께 관통한다. 즉, 상기 고정핀(128)은 상기 슬리브(127)의 외주면 일측을 관통하여, 상기 슬리브(127)의 외주면 타측까지 관통할 수 있다.
다만, 상기 고정핀(128)은 상기 회전축(125)의 내측에 위치된 로터(122)를 회피하여 관통된다. 이러한 이유는, 상기 고정핀(128)에 의하여 상기 로터(122)의 자속 밀도에 영향을 최소로 주기 위함이다.
상기 고정핀(128)은 상기 로터(122)의 자속 밀도에 영향을 최소로 줄 수 있는 비자성체 재질로 형성될 수 있다. 일례로, 상기 고정핀(128)은 스테인리스 스틸 또는 알루미늄 재질 중 적어도 하나 이상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 고정핀(128)은 복수 개로 이루어질 수 있다.
일례로, 상기 고정핀(128)은 한 쌍으로 이루어져서, 상기 제 1 축부(125a) 및 제 2 축부(125b)에 각각 결합될 수 있다. 이 경우, 하나의 고정핀(128)은 상기 제 1 축부(125a)의 후단부에 가까운 지점에 삽입되고, 다른 하나의 고정핀(128)은 상기 제 2 축부(125a)의 전단부에 가까운 지점에 삽입될 수 있다.
이때, 상기 한 쌍의 고정핀(128)의 사이에는 상기 로터(122)가 배치될 수 있다. 그리고 상기 한 쌍의 고정핀(128)은 상기 제 1 축부(125a) 및 제 2 축부(125b)에 각각 대응되도록 설치될 수 있다.
상기 고정핀(128)의 구성에 의하여, 상기 회전축(125)과 슬리브(127) 간의 결합력이 향상되고, 이에 따라 상기 슬리브(127)가 상기 회전축(125)의 내측에서 이탈되거나 헛도는 것이 방지될 수 있다. 또한, 상기 슬리브(127)가 상기 회전축(125)의 내측에 열 압입되어 밀착된 상태를 유지하기 때문에, 상기 로터(122)가 상기 회전축(125)의 내측에서 이탈되거나 헛도는 것이 방지될 수 있다.
따라서, 모터(120)의 고속 회전시에도 상기 로터(122) 및 슬리브(127)가 상기 회전축(125)으로부터 비산되거나 흔들리는 현상이 방지될 수 있다.
한편, 상기 고정핀(128)은 원통 형상의 바디부(128a)와 상기 바디부(128a)의 외주면을 따라 나선형으로 형성되는 나사산(128b)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 고정핀(128)의 외주면에 나사산(128b)이 추가로 구비됨으로써, 상기 회전축(125)과 슬리브(128) 간의 체결력을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 고정핀(128)이 상기 회전축(125)에 삽입되면, 상기 고정핀(128)의 양단부가 상기 회전축(125)의 외측으로 노출될 수 있다.
상세히, 상기 고정핀(128)의 전체길이(D3)는 상기 회전축(125)의 외경(D2)에 비하여 길게 형성되므로, 상기 고정핀(128)이 상기 회전축(125)과 상기 슬리브(127)에 체결되면, 상기 고정핀(128)의 양단부는 상기 스테이터(121)와 상기 회전축(125) 사이에 형성된 공극(129)으로 노출될 수 있다.
여기서, 상기 스테이터(121)의 내주면과, 상기 회전축(125) 또는 상기 슬리브(127)의 외주면 사이의 간격을 "L"이라고 가정하면, 상기 공극(129)으로 노출되는 상기 고정핀(128)의 단부 길이(또는 거리)는 "L/2"로 정의될 수 있다. 즉, 상기 고정핀(128)은 상기 공극(129) 간격(L)에 대하여 적어도 절반 이상에 해당하는 거리(L/2)만큼 노출될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 상기 스테이터(121)와 상기 슬리브(127) 사이의 공극(129)으로 상기 고정핀(128)이 개입되므로, 상기 공극(129)의 양측 입구가 상대적으로 좁아질 수 있다.
그러면, 상기 모터(120)의 회전 시, 상기 모터(120)의 외측공간은 고압이 형성되고, 상기 모터(120)의 내측공간 즉 상기 공극(129)에는 저압이 형성되므로, 압력차에 의해서 상기 모터(120)의 외부로부터 내부(공극)로 유입되는 공기 유동이 발생할 수 있다. 공기 유동이 발생되면, 상기 모터(120)의 회전에 따른 발열이 효과적으로 완화될 수 있다. 이에 따라, 상기 모터(120)가 고속으로 회전하더라도, 상기 로터(122)의 온도가 급격히 증가하는 것이 방지될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 회전축과 로터 및 슬리브가 조립되는 방법에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 회전축과 로터 및 슬리브가 조립되는 순서를 보여주는 분해도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 회전축에 고정핀이 체결되는 방법을 보여주는 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 회전축(125)의 일부를 이루는 제 1 축부(125a)와 상기 로터(122)를 서로 맞댄 상태에서, 상기 제 1 축부(125a)에 형성된 안착홈(126)에 상기 슬리브(127)를 삽입시킨다.
구체적으로, 상기 제 1 축부(125a)의 후면 중심과, 상기 로터(122)의 전면(122a) 중심을 일치시켜 맞댄 이후, 상기 슬리브(127)를 상기 안착홈(126)의 내측에 삽입시킨다. 그리고, 상기 로터(122)의 후면(122b)에 상기 제 2 축부(125b)의 전면을 삽입시킨다.
그러면, 상기 로터(122)의 전단 및 후단이 상기 제 1 축부(125a) 및 제 2 축부(125b)에 의해 고정되고, 상기 로터(122)의 둘레는 상기 슬리브(127)에 의해 덮여진다.
이 상태에서 상기 슬리브(127)를 상기 안착홈(126)의 내측면에 열 압입시킨다. 즉, 상기 슬리브(127)가 조립된 상태에서 열을 가하면 상기 슬리브(127)의 내측이 상기 제 1 축부(125a) 및 제 2 축부(125b)에 열 접합될 수 있다.
그리고 한 쌍의 고정핀(128)의 각 외주면에 나사산을 가공한 후, 한 쌍의 고정핀(128)을 상기 회전축(125)의 반경방향으로 관통 체결한다.
상세히, 하나의 고정핀(128)이 상기 제 1 축부(125a)에 해당하는 슬리브(127)의 외주면을 관통하도록 체결한다. 이때, 상기 고정핀(128)이 상기 로터(122)를 관통하지 않도록 상기 로터(122)를 회피하여 체결시킨다.
그리고 다른 하나의 고정핀(128)이 상기 제 2 축부(125b)에 해당하는 슬리브(127)의 외주면을 관통하도록 체결한다. 이때, 상기 고정핀(128)이 상기 로터(122)를 관통하지 않도록 상기 로터(122)를 회피하여 체결시킨다.
상기 한 쌍의 고정핀(128)이 상기 슬리브(127) 및 회전축(125)에 모두 체결되면, 상기 고정핀(128)의 체결력에 의하여 상기 슬리브(127)와 회전축(125)이 견고하게 고정될 수 있다. 그러면, 상기 모터(120)의 고속 회전시에도, 상기 로터(122) 또는 슬리브(127)가 상기 회전축(125)의 내측에서 이탈되거나 헛도는 것이 방지될 수 있다.
또한, 상기 고정핀(128)이 상기 회전축(125)에 삽입된 상태에서, 상기 고정핀(128)의 양단부가 상기 회전축(125)의 외측으로 노출되도록 한다.
상세히, 상기 고정핀(128)의 전체길이(D3)는 상기 회전축(125)의 외경(D2)에 비하여 길게 형성되므로, 상기 고정핀(128)이 상기 회전축(125)과 상기 슬리브(127)에 체결되면, 상기 고정핀(128)의 양단부는 상기 스테이터(121)와 상기 회전축(125) 사이에 형성된 공극(129)으로 노출될 수 있다.
즉, 상기 고정핀(128)의 양단부가 상기 스테이터(121)의 내주면과, 상기 슬리브(127)의 외주면 사이의 간격의 절반 이상에 해당하는 길이만큼 노출되도록 한다.

Claims (17)

  1. 내부공간을 형성하는 케이싱;
    상기 케이싱의 내부공간에 설치되는 스테이터;
    상기 스테이터의 내측에서 회전되도록 설치되는 로터;
    상기 로터에 결합되어 회전하는 회전축;
    상기 회전축에 결합되어 회전되며, 냉매를 압축시키기 위한 임펠러;
    상기 로터의 외주면을 감싸도록, 상기 회전축의 외측에 결합되는 슬리브; 및
    상기 슬리브 및 상기 회전축을 관통하여 삽입되는 적어도 하나 이상의 고정핀을 포함하는 터보 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬리브 및 상기 회전축을 관통하여 삽입된 상기 고정핀의 양단부는, 상기 슬리브의 외측으로 돌출되는 터보 압축기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스테이터의 내주면과 상기 슬리브의 외주면 사이에는 소정 간격(L)의 공극이 형성되고,
    상기 고정핀의 양단부는, 상기 공극의 내부에 위치되는 터보 압축기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 회전축은, 제 1 축부와, 상기 제 1 축부로부터 축 방향으로 이격되는 제 2 축부를 포함하고,
    상기 제 1 축부와 제 2 축부 사이에 상기 로터가 배치되는 터보 압축기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 로터의 전면은, 상기 제 1 축부의 후면과 접촉되고,
    상기 로터의 후면은, 상기 제 2 축부의 전면과 접촉되는 터보 압축기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 축부와, 상기 로터 및 상기 제 2 축부의 중심축은 서로 일치하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 회전축은, 상기 제 1 축부 및 제 2 축부의 각 외주면에서 반경방향 내측으로 함몰되는 안착부를 더 포함하고,
    상기 슬리브는, 상기 안착부에 삽입되어 상기 로터의 외주면을 감싸는 터보 압축기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 슬리브는, 상기 안착부의 내측면에 열 압입 방식으로 고정되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정핀은 서로 이격되는 복수 개의 고정핀을 포함하고,
    상기 복수 개의 고정핀 사이에 상기 로터가 위치되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정핀은, 스테인리스 스틸 또는 알루미늄 재질 중 적어도 하나 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정핀에는, 외주면을 따라 나선형으로 둘러지는 나사산을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 로터의 외경(D1)은, 상기 회전축의 외경(D2)보다 작게 형성되는 터보 압축기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 로터의 외경(D1)은, 상기 슬리브의 외경보다 작게 형성되는 터보 압축기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 로터의 축 방향 길이(L1)는, 상기 슬리브의 축 방향 길이(L2)보다 작게 형성되는 터보 압축기.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정핀의 전체길이(L3)는, 상기 로터의 외경(D1)보다 크게 형성되는 터보 압축기.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정핀의 전체길이(L3)는, 상기 회전축의 외경(D2)보다 크게 형성되는 터보 압축기.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 터보 압축기를 포함하는 터보 냉동기.
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