KR20200118737A - 터보 냉동기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 터보 냉동기는, 흡입되는 냉매가 선회류(swirl)를 형성하도록 구비되는 압축기를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 압축기는 원심식 터보 압축기를 포함할 수 있다. 또한, 상기 압축기는 내주면의 일측 상부와 타측 하부에서 각각 상대적으로 고압의 냉매가 토출되도록 개구되는 하우징을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 하우징의 전면에는 증발기의 출구측과 연통되는 흡입배관이 결합될 수 있다. 따라서, 상기 압축기로 유입되는 냉매는 선회류를 형성할 수 있다.

Description

터보 냉동기 {A turbo chiller}

본 발명은 터보 냉동기에 관한 것이다.

일반적으로 공기 조화장치는 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 하우징등이 포함될 수 있다.

상기 터보 압축기는, 미리 설계된 유량 및 압축비로 규정되는 정격 조건을 벗어나는 운전이 수행되면 압축 효율의 저하, 스톨(Stall), 서지(Surge), 초크(Choke) 등의 현상이 발생할 수 있다.

특히, 상기 터보 압축기는 압축 유량을 감소시키는 저부하 운전이 수행되는 경우 상기 서지가 발생할 위험이 높다. 그리고 상기 서지는 역류로 인하여 심각한 진동과 소음을 발생할 수 있다.

종래 터보 압축기는 회전 수를 조절하는 방식 또는 2단으로 구비되는 흡입 가이드 베인(Inlet Guide Vane, IGV)의 개도를 조절하는 방식을 이용하여 상술한 현상을 방지한다.

그러나 상기 저부하 운전에서 회전 수를 조절하는 방식은, 회전 수의 제곱에 비례하는 압축비(또는 양정)가 급격하게 줄어들어 사용자가 요구하는 압축 성능을 만족하지 못하는 문제가 있다,

또한, 흡입 가이드 베인(IGV)의 개도를 조절하는 방식은, 상기 흡입 가이드 베인의 개도를 조절하기 위한 구동 장치가 별도로 구비되어야 하는 문제가 있다. 일례로, 상기 구동 장치는 모터, 캠, 링크, 기어 등을 포함할 수 있다.

결국, 터보 압축기를 구성하는 부품 수가 상대적으로 많아지고, 구조가 복잡해지는 단점이 있다.

또한, 상기 흡입 가이드 베인에 연결되는 구동 장치는 누설 문제가 발생할 수 있으며, 기밀을 유지하기 위한 기밀 부재를 별도로 구비되어야 하는 문제가 있다. 또한, 상기 구동 장치는 마모 문제로 터보 냉동기의 고장을 일으킬 수 있는 단점이 있다.

이와 관련된 선행기술문헌 정보는 아래와 같다.

1. 선행문헌 1: KR 10-2011-0109090 A, 터보 압축기

본 발명은 상기한 문제를 해결할 수 있는 터보 냉동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기존 흡입 가이드 베인의 역할을 대체하는 장치가 구비되는 터보 냉동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 저부하 운전을 위해 압축기 내에서 냉매를 일부 회수하는 경우 유동 손실 및 소음을 최소화할 수 있는 터보 냉동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 저부하 운전시시 임펠러에서 발생할 수 있는 서지 현상을 제어할 수 있는 구조가 제안되는 터보 냉동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 터보 냉동기는, 냉매를 압축시키는 압축기; 상기 압축기의 토출 측에 제공되어 냉각수와 열교환하는 응축기; 상기 압축기의 흡입 측에 제공되어 냉수와 열교환하는 증발기를 포함하며, 상기 압축기는, 회전축을 구동시키는 모터; 상기 회전축에 결합되어 회전하는 임펠러; 상기 증발기로부터 유입된 냉매를 상기 임펠러로 가이드하는 하우징 및 상기 임펠러의 출구 측의 냉매를 바이패스하여 상기 하우징의 입구로 가이드하는 바이패스 배관을 포함할 수 있다.

또한, 상기 하우징은, 상기 증발기의 출구와 연통되는 냉매흡입구로부터 상기 임펠러의 입구를 향하여 내경이 작아지도록 형성할 수 있다.

또한, 상기 하우징은 끝이 잘린 원뿔 형상을 가질 수 있다.

또한, 상기 하우징은, 상기 증발기를 통과한 냉매가 유입되는 냉매 흡입구를 형성하는 유입하우징; 상기 유입하우징의 후단으로부터 상기 임펠러의 입구를 향하여 내경이 작아지도록 연장되는 스월하우징; 및 상기 스월하우징의 후단으로부터 반경 방향으로 연장되며, 상기 임펠러를 통과한 냉매의 유동을 가이드하는 채널을 형성하는 채널하우징을 포함할 수 있다.

또한, 상기 유입하우징은, 상기 임팰러로부터 토출된 냉매를 바이패스시키는 바이패스 배관과 결합할 수 있다.

또한, 상기 유입하우징은, 외관을 형성하는 외벽; 상기 외벽의 일 측에 형성되며, 상기 바이패스 배관이 결합되는 밸브 결합부; 상기 외벽으로부터 내측으로 이격 배치되어 상기 바이패스 배관을 통해 유입된 냉매가 유동하는 핫가스 유로를 형성하는 내벽을 포함할 수 있다.

또한, 상기 유입하우징은 내주면이 규정하며, 상기 냉매 흡입구로부터 후방으로 연장되는 내부 공간을 형성할 수 있다.

또한, 상기 내벽은, 상기 유입하우징의 일측 하부에 위치되며, 상기 핫가스 유로와 상기 유입하우징의 내부 공간을 연통시키도록 수평 방향으로 개방되는 제 1 핫가스 토출구 및 상기 유입하우징의 타측 상부에 위치되며, 상기 제 1 핫가스 토출구와 상기 유입하우징의 내부 공간을 연통시키도록 수평 방향으로 개방되는 제 2 핫가스 토출구를 포함할 수 있다.

즉, 상기 제 1 핫가스 토출구 및 제 2 핫가스 토출구는 서로 원점 대칭을 이루도록 수평 방향으로 개방되는 개구(유동 단면적을 형성)를 형성할 수 있다.

또한, 상기 제 2 핫가스 토출구의 유동 단면적와 상기 냉매 흡입구의 유동 단면적의 비율은 0.5~4 범위를 가지도록 형성할 수 있다.

여기서, 상기 제 1 핫가스 토출구 및 상기 제 2 핫가스 토출구로부터 토출되는 냉매는, 상기 유입하우징의 내부공간에서 선회류(또는 소용돌이 유동, Swirl)를 형성할 수 있다.

즉, 상기 냉매 흡입구로 유입되는 냉매 및 핫가스 토출구로부터 선회류를 일으키도록 토출되는 바이패스 냉매는 서로 소용돌이 유동을 일으키며 혼합될 수 있다.

또한, 상기 핫가스 토출구는 2개 이상의 다수 개로 형성할 수 있다.

또한, 상기 혼합된 냉매는, 하류를 향하는 방향으로 내경이 작아지도록 형성되는 스월(Swirl)하우징을 통과할 수 있다. 이에 의하면, 상기 혼합된 냉매의 소용돌이 유동이 촉진 및 유지될 수 있다.

또한, 상기 임펠러는 상기 채널하우징의 후단 중심에 설치되는 제 1 임펠러; 및 상기 제 1 임펠러로부터 후방에 배치되는 제 2 임펠러를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 1 임펠러의 입구에는 상기 회전 방향 성분의 속도가 반경 방향을 향할수록 커지는 냉매의 유동이 형성될 수 있다.

또한, 상기 제 1 임펠러의 입구에서 유입되는 냉매의 유동은 상기 제 1 임펠러에 회전 가능하게 구비되는 블레이드의 연장선을 따라 유입될 수 있다.

또한, 상기 압축기는 저부하 운전을 위해 제 1 임펠러와 제 2 임팰러 사이를 유동하는 냉매를 상기 하우징의 흡입 측으로 바이패스하는 바이패스 배관을 더 포함할 수 있다. 이에 의하면, 서지를 발생시키는 임펠러의 경우에 따라 압축 냉매를 바이패스 시킬 수 있으므로 정상적인 운전범위에서 압축기가 운전될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 터보 냉동기는, 흡입되는 냉매가 선회류(swirl)를 형성하도록 구비되는 압축기를 포함할 수 있다.

상기 압축기는 원심식 터보 압축기를 포함할 수 있다.

상기 압축기는 내주면의 일측 상부와 타측 하부에서 각각 상대적으로 고압의 냉매가 토출되도록 개구되는 하우징을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 하우징의 전면에는 증발기의 출구측과 연통되는 흡입배관이 결합될 수 있다.

본 발명을 따르면, 아래와 같은 효과가 있다.

첫째, 종래의 흡입 가이드 베인(IGV) 및 상기 흡입 가이드 베인을 구동시키기 위한 구동 장치가 구비될 필요가 없으므로 부품 수를 절감하고, 제품의 제조 원가를 낮출 수 있는 장점이 있다. 즉, 제품의 경제성이 향상될 수 있다.

둘째, 다단의 임펠러에서 발생할 수 있는 서지 현상을 방지함으로써 터보 냉동기의 운전 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

셋째, 압축기의 흡입구로 유입되는 회수 냉매와 상기 회수 냉매가 발생시키는 선회류에 의하여, 냉매 유동 또는 유량 손실을 최소화할 수 있다.

넷째, 저부하 운전시 압축기로 유입되는 냉매 유량이 줄어드는 경우, 임펠러의 입구에서 냉매의 축 방향 속도성분의 크기가 작아짐으로써 임펠러의 블레이드로 유입되는 각도가 정격 운전일 때와 달라져 발생하는 냉매의 손실을 최소화할 수 있다.

다섯째, 선회류를 통하여 임펠러의 입구에서 냉매의 회전 방향 속도성분의 크기를 크게 함으로써, 임펠러로 유입되는 냉매의 유동 각도를 정격 운전에서의 각도와 근접하게 할 수 있다. 따라서, 저부하 운전에서도 터보 압축기의 압축 효율을 증가시킬 수 있다.

여섯째, 구조가 단순해지기 때문에 제품의 컴팩트화가 가능하며, 고장 위험이 줄어드는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터보 냉동기의 사시도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터보 냉동기의 구성을 보여주는 사이클 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기의 사시도
도 4는 도 3의 A-A' 확대 단면도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기의 일부 구성을 보여주는 분해 사시도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 디퓨저의 후방 사시도
도 7은 도 5의 B-B' 확대 단면도
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 핫가스 유로를 따라 유동하는 냉매의 유동 개념도
도 9는 본 발명의 실시예에 하우징으로 유입되는 냉매의 유동을 보여주는 실험 도면
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 하우징을 유동하는 냉매의 유선(Streamline)을 보여주는 실험 도면
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 임펠러 입구에서 반경에 따른 냉매의 회전방향 속도 분포를 보여주는 실험 그래프

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터보 냉동기의 사시도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터보 냉동기의 구성을 보여주는 사이클 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터보 냉동기(10)는, 냉매를 압축시키기 위한 압축기(100), 상기 압축기(100)에서 압축된 냉매를 응축시키기 위한 응축기(20), 상기 응축기(20)에서 응축된 냉매를 감압하기 위한 팽창밸브(30,50) 및 상기 팽창밸브(30,50)에서 감압된 냉매를 증발하기 위한 증발기(60)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 터보 냉동기(10)는 팽창밸브를 통과해 감압된 냉매 중 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하기 위한 이코노마이저(40)를 더 포함할 수 있다.

상기 이코노마이저(40)에서 분리된 기상 냉매는 인젝션 배관(45)을 통하여 상기 압축기(100)로 유입될 수 있다. 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.

그리고 상기 팽창밸브(30,50)는 상기 응축기(20)에서 응축된 냉매를 1차 감압하기 위한 제 1 팽창밸브(30) 및 상기 이코너마이저(40)에서 분리된 액상 냉매를 2차 감압하는 제 2 팽창장치(50)를 포함할 수 있다.

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)는, 원심식 터보 압축기(centrifugal turbo compressor)를 포함할 수 있다.

상기 압축기(100)의 입구 측에는, 상기 증발기(60)에서 증발된 냉매의 흡입을 가이드 하는 흡입배관(12)이 설치될 수 있다. 그리고 상기 압축기(100)의 출구 측에는, 상기 응축기(20)로 연장되는 토출배관(14)이 설치될 수 있다.

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 압축기(100)는, 구동력을 발생시키는 모터(110) 및 상기 모터(110)의 구동력을 임펠러(141,143)로 전달하는 동력전달 부재(115) 및 상기 동력전달 부재(115)와 임펠러(141,143)를 연결하는 회전축(120)이 포함된다.

상기 회전축(120)의 회전에 의하여, 제 1 임펠러(141) 및 제 2 임펠러(143)는 함께 회전될 수 있다.

상기 압축기(100)는, 상기 흡입배관(12)에 연통되는 냉매 흡입구(202, 도 3 참조)가 형성될 수 있다. 상기 냉매 흡입구(202)는 상기 흡입배관(12)의 출구 측과 결합할 수 있다.

보다 상세히, 상기 압축기(100)는 상기 냉매 흡입구(202)를 형성하는 하우징(200)을 더 포함할 수 있다.

상기 하우징(130)은 상기 압축기(100)의 냉매 흡입 측 외관을 형성할 수 있다.

상기 냉매 흡입구(202)는 상기 하우징(200)의 입구(또는 전면)에는 형성될 수 있다. 그리고 상기 하우징(200)은 상기 냉매 흡입구(202)로부터 제 1 임펠러(141)까지 냉매의 유동을 가이드할 수 있다.

상기 하우징(200)은 상기 흡입배관(12)으로부터 유입되는 냉매와 후술할 바이패스 유로(310)로부터 유입되는 냉매가 선회류를 일으키도록 혼합되는 내부 공간을 제공할 수 있다. 이와 관련된 상세한 설명은 후술하도록 한다.

또한, 상기 하우징(200)은 "혼합 유입장치" 또는 "토출 가스 재순환 유닛"으로 이름할 수 있다.

한편, 상기 냉매 흡입구(202)로 흡입(또는 유입)된 냉매는, 상기 제 1 임펠러(141)를 거치면서 1차 압축된다. 상기 압축기(100)는, 상기 제 1 임펠러(141)를 통과한 1차 압축냉매를 상기 제 2 임펠러(143)측으로 가이드하는 채널(160)을 형성할 수 있다.

따라서, 상기 제 1 임펠러(141)에서 압축된 냉매는 상기 채널(160)을 경유하여, 상기 제 2 임펠러(143)로 유입될 수 있다. 그리고 상기 제 2 임펠러(143)에서 추가 압축된 냉매는 상기 토출배관(14)을 통하여 상기 응축기(20)로 유입될 수 있다.

상기 터보 냉동기(10)는, 상기 응축기(20)에서 응축된 냉매를 상기 압축기(100)로 공급하는 액적 공급배관(70)을 더 포함할 수 있다. 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(160)을 유동하는 1차 압축냉매의 압력(P2)보다 클 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기의 사시도이며, 도 4는 도 3의 A-A' 확대 단면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 터보 압축기의 일부 구성을 보여주는 분해 사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 디퓨저의 후방 사시도이다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 상기 압축기(100)는, 하우징(200)의 후단에 결합되는 케이싱(101)을 더 포함할 수 있다.

상기 케이싱(101)은 상기 토출배관(14)이 결합되는 토출배관 결합구(14a)가 형성될 수 있다.

그리고 상기 케이싱(101)은 상기 압축기(100)의 외관을 형성할 수 있다. 일례로, 상기 케이싱(101)은 상기 하우징(200)의 후단으로부터 후방으로 연장될 수 있다.

상기 케이싱(101)의 내부에는 모터(110)가 설치될 수 있다. 또한, 상기 케이싱(101)의 내부에는, 상기 모터(110)에 연결되어 동력을 전달하는 회전축(120)이 중심에 위치할 수 있다. 즉, 상기 회전축(120)은 상기 압축기(100)의 중심 축을 형성할 수 있다.

상기 회전축(120)은 상기 모터(110)의 구동력에 의하여 회전될 수 있다.

또한, 상기 모터(110)는, 구동력을 상기 회전축(120)에 전달하도록 구성되며, 하나 이상의 기어(gear)가 포함될 수 있다.

상기 하우징(200)의 전면에 전후 방향으로 개방되도록 형성되는 냉매 흡입구(202)는, 상기 흡입 배관(12)과 연결될 수 있다. 그리고 상기 압축 냉매가 토출되는 냉매 토출구(104)는 상기 토출 배관(14)에 연결될 수 있다.

상기 압축기(100)는, 상기 케이싱(101)의 내부에 위치되며 상기 회전축(120)에 의하여 회전 가능하게 연결되는 복수의 임펠러(141,143)를 더 포함할 수 있다.

상기 복수의 임펠러(141,143)에는, 상기 회전축(120)의 단부 측에 결합되는 제 1 임펠러(141) 및 상기 회전축(120)의 대략 중앙부에 결합되는 제 2 임펠러(143)를 포함할 수 있다.

상기 제 1 임펠러(141)는 상기 냉매 흡입구(202)를 향하여 위치할 수 있다. 그리고 상기 제 2 임펠러(143)는 상기 제 1 임펠러(141)의 뒤에 위치할 수 있다.

또한, 상기 제 1 임펠러(141)는 상기 하우징(200)의 후단 중심에 설치될 수 있다.

그리고 상기 제 1 임펠러(141)에는 상기 하우징(200)의 내부 공간에서 소용돌이 형상으로 유동하는 냉매를 유입될 수 있다. 여기서, 상기 제 1 임펠러(141)의 전단이 형성하는 유입구는 "임펠러 입구(235)"라고 이름할 수 있다.

한편, 상기 임펠러 입구(235)는 후술할 채널하우징(230)의 중심 개구로 이해할 수도 있다.

상기 제 1 임펠러(141)의 입구(235)에는, 회전 방향의 속도 성분의 크기가 상대적으로 주류를 이루는 냉매가 유입될 수 있다.

상기 제 1 임펠러(141)는 하우징(200)의 후단에 의해 커버될 수 있다.

한편, 제 2 임펠러(143)는 후술할 디퓨저(180)의 후단 중심에 배치되며, 상기 디퓨저(180)의 후단과 케이싱(101)에 의해 커버될 수 있다.

상기 제 1 임펠러(141)의 일측에는, 상기 제 1 임펠러(141)에서 압축된 냉매를 상기 제 2 임펠러(143)의 흡입측으로 가이드 하는 채널(160)이 제공될 수 있다. 일례로, 상기 채널(160)은 상기 제 1 임펠러(141)의 반경 방향 외측에 형성될 수 있다.

한편, 상기 채널(160)은, 상기 하우징(200)의 후단에 함몰 형성되는 채널 면(233)과, 리턴채널 형성부(150)의 전면과 후면과, 디퓨저(180)의 전면에 의해 규정될 수 있다.

상기 채널 면(233)과 상기 리턴채널 형성부(150)의 전면의 이격 공간으로 규정하는 채널(160)을 "제 1 유동공간" 또는 "제 1 리턴채널"이라 이름할 수 있다.

그리고 상기 제 1 리턴채널로부터 연장되며, 상기 리턴채널 형성부(150)의 후면과 상기 디퓨저(180)의 전면의 이격 공간으로 규정하는 채널을 "제 2 유동공간" 또는 "제 2 리턴채널"이라 이름할 수 있다.

즉, 상기 제 1 리턴채널 및 상기 제 2 리턴채널은, 결합 구조에 의하여, 상기 제 1 임펠러(141)의 외측으로 형성되는 ∩ 형상의 유로를 형성할 수 있다. 그리고 상기 채널(160)의 일측 단부는 상기 제 1 임펠러(141)의 토출 측에 위치되며, 타측 단부는 상기 제 2 임펠러(143)의 흡입 측에 위치될 수 있다.

상기 냉매 흡입구(202)에서 흡입된 냉매는 상기 제 1 임펠러(141)의 흡입 측으로 흡입되어 1단 압축된다. 이때, 냉매는 상기 리턴채널(flow 화살표 참고)로 유동할 수 있다.

그리고 상기 1단 압축된 냉매는 상기 리턴채널에 의하여 상기 제 2 임펠러(143)의 흡입 측으로 흡입되어 2단 압축된다. 이때, 냉매는 상기 제 2 임펠러(143)와 디퓨저(180)의 사이 공간으로 흡입될 수 있다. 그리고 상기 제 2 임펠러(143)에서 압축된 냉매는 상기 냉매 토출구(104)를 통하여 상기 토출 배관(14)으로 유동할 수 있다.

상기 압축기(100)는, 상기 제 1 임펠러(141)의 후측에 위치하는 리턴채널 형성부(150) 및 상기 리턴채널 형성부(150)의 후측에 위치하는 디퓨저(180)를 더 포함할 수 있다.

상기 리턴채널 형성부(150)는 상기 하우징(200)의 후면으로부터 후방으로 이격되어 위치할 수 있다. 그리고 상기 리턴채널 형성부(150)의 중심에는 상기 회전축(120)이 삽입될 수 있다.

또한, 상기 리턴채널 형성부(150)의 전면 중심부는, 상기 제 1 임펠러(141)의 후면을 지지할 수 있다.

상술한 바와 같이 상기 리턴채널 형성부(150)는 상기 채널(160)을 형성하기 위해 구비될 수 있다. 일례로, 상기 리턴채널 형성부(150)는 후술할 채널하우징(230)의 후단이 형성하는 직경 보다 작은 직경을 가지는 원판 형상으로 형성할 수 있다.

상기 리턴채널 형성부(150)는 상기 제 1 임펠러(141)를 통과하는 냉매를 가이드 및 압축시킬 수 있는 리턴채널 베인(153)을 포함할 수 있다.

상기 리턴채널 베인(153)은 상기 리턴채널 형성부(150)의 전면에 원주 방향을 따라 다수 개로 배치될 수 있다.

그리고 상기 다수 개의 리턴채널 베인(153)은, 서로 원주 방향을 따라 이격 배치되며, 외측을 향하여 호 또는 곡선을 이루도록 연장될 수 있다. 일례로, 상기 다수 개의 리턴채널 베인(153)은 상기 반경 방향으로 갈퀴 형상을 가지도록 연장될 수 있다.

그리고 상기 리턴채널 베인(153)은, 상기 리턴채널 형성부(150)의 전면으로부터 전방으로 돌출될 수 있다. 즉, 상기 리턴채널 베인(153)은 상기 리턴채널 형성부(150)와 일체로 제조 또는 형성될 수 있다.

상기 리턴채널 형성부(150)는, 후면으로부터 후방으로 돌출되며, 중심으로부터 반경 방향으로 연장되는 스크롤 가이드(155)를 더 포함할 수 있다.

상기 스크롤 가이드(155)는 상기 제 1 리턴채널을 통과한 냉매를 상기 제 2 임펠러(143) 또는 디퓨저(180)의 내부에 형성되는 내부유로(182)로 가이드할 수 있다.

상기 디퓨저(180)는 전면이 상기 스크롤 가이드(155)의 후단과 접하도록 위치할 수 있다. 그리고 상기 디퓨저(180)는 내부에 중공이 형성되는 원판 형상으로 형성할 수 있다.

상기 디퓨저(180)는 상기 제 2 리턴채널을 유동하는 1단 압축 냉매를 바이패스 시키기 위해 형성되는 내부 유입구(181)를 포함할 수 있다.

상기 내부 유입구(181)는 상기 디퓨저(180)의 전면에 원주 방향을 따라 다수 개로 형성될 수 있다. 그리고 상기 내부 유입구(181)는 상기 디퓨저(180)의 전면을 전후 방향으로 관통하도록 형성할 수 있다.

상기 디퓨저(180)는 회전축(120)이 중심을 관통하며, 후면 중심에 상기 제 2 임펠러(143)가 배치되도록 구비될 수 있다. 그리고 상기 디퓨저(180)는 후면으로부터 후방으로 돌출되어 원주 방향을 따라 다수 개로 구비되는 디퓨저 베인(187)을 포함할 수 있다.

상기 디퓨저 베인(187)은 상기 리턴채널 베인(153)과 유사하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 디퓨저 베인(187)은 반경 방향을 따라 갈퀴 형상을 가지도록 연장될 수 있다. 그리고 상기 디퓨저 베인(187)은 상기 제 2 임펠러(143)를 통과하는 냉매를 압축 및 가이드할 수 있다.

즉, 상기 제 2 임펠러(143) 및 상기 디퓨저 베인(182)을 통과한 2단 압축냉매는 상기 냉매 배출구(104)로 유동할 수 있다.

상기 디퓨저(180)는 상기 내부 유입구(181)와 연통되는 내부 유로(182)를 더 포함할 수 있다.

상기 내부 유로(182)는 상기 디퓨저(180)의 전면과 후면 사이로 원주 방향을 따라 형성되는 공간으로 규정될 수 있다. 그리고 상기 내부 유로(182)는 상기 내부 유입구(181)를 통해 유입된 압축 냉매를 외주면 일 측으로 토출시킬 수 있다.

즉, 상기 디퓨저(180)는 외주면 일 측에 반경 방향으로 개방되도록 개구되는 내부 토출구(183)를 더 포함할 수 있다.

일례로, 상기 내부 토출구(183)는 상기 디퓨저(180)의 둘레 면의 일 영역이 개방되도록 형성할 수 있다.

상기 내부 토출구(183)는 상기 내부 유로(182)와 연통될 수 있다. 그리고 상기 내부 토출구(183)는 바이패스 유로(310)와 연통될 수 있다. 즉, 상기 내부 유입구(181), 상기 내부 유로(182) 및 상기 내부 토출구(183)는, 제 1 리턴채널을 통과한 압축 냉매를 바이패스 시키기 위해 형성되는 구성으로 이해할 수 있다.

다른 실시예로, 상기 내부 유입구(181)는 상기 디퓨저(180)의 후면에 형성할 수도 있다. 이 경우, 상기 바이패스 유로(310)로 유입되는 냉매는 상기 제 2 임펠러(143)를 통과한 압축 냉매일 수 있다.

또 다른 실시예로, 상기 냉매 토출구(104)에는 상기 바이패스 유로(310)와 연통되는 홀이 형성될 수 있다. 그리고 상기 홀에는 개폐장치(미도시)가 설치될 수 있다. 이에 의하면, 1단 압축 냉매 또는 2단 압축 냉매를 선택적으로 하우징(200)의 흡입 측으로 바이패스 시킬 수 있다. 따라서, 서지를 방지하기 위해 제 1 임펠러 또는 제 2 임펠러(143)를 통과한 압축 냉매를 선택적으로 바이패스시킬 수 있는 장점이 있다.

상기 압축기(100)는 상기 제 1 임펠러(141) 또는 제 2 임펠러(143)를 통과한 냉매를 상기 하우징(200)의 흡입 측으로 가이드하는 바이패스 배관(300) 및 상기 바이패스 배관(300)에 설치되는 바이패스 밸브(350)를 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 바이패스 배관(300)은 상기 내부 토출구(183)와 연통되도록 상기 케이싱(101)에 결합될 수 있다.

상세히, 상기 케이싱(101)에는 상기 바이패스 배관(300)이 결합되는 바이패스 연결부와, 상기 바이패스 배관(300)으로 유동하는 냉매의 유로로 규정되는 바이패스 유로(310)와 연통되도록 형성되는 바이패스 연결구(102)를 포함할 수 있다.

상기 바이패스 연결구(102)는 상기 바이패스 연결부(미도시)의 중심에 상하 방향으로 개방되도록 형성되는 홀(Hole)로 이해할 수 있다.

그리고 상기 바이패스 연결구(102)는 상기 내부 토출구(183)와 연결되도록 개방 공간을 연장할 수 있다. 즉, 상기 바이패스 연결구(102)는 일 측에 상기 바이패스 유로(350)가 연통되며, 타 측에 상기 내부 유로(182)가 연통되도록 형성할 수 있다.

즉, 상기 바이패스 배관(300)은 상기 임펠러(141,143)를 통과한 냉매를 상기 냉매 흡입구(202)가 형성되는 하우징(200)의 내부 공간에 토출되도록 가이드할 수 있다.

그리고 상기 바이패스 배관(300)은 상기 바이패스 연결구(104)가 형성된 케이싱(101)으로부터 상기 하우징(200)으로 연장될 수 있다.

그리고 상기 바이패스 배관(300)에는 상기 바이패스 유로(310)로 냉매의 유동을 조절하도록 개폐되는 바이패스 밸브(350)가 설치될 수 있다. 일례로, 상기 바이패스 밸브(350)는 상기 하우징(200)과 상기 바이패스 배관(300)이 결합되는 위치에 설치될 수 있다.

그리고 상기 하우징(200)의 외면에는 상기 바이패스 배관(300) 또는 상기 바이패스 밸브(350)가 결합되는 밸브결합부(211)가 형성될 수 있다.

한편, 상기 하우징(200)은 상기 케이싱(101)의 전방에 결합되며, 상기 제 1 임펠러 커버(150)의 전방을 차폐하도록 배치될 수 있다.

상기 하우징(200)은 상기 바이패스 배관(300)으로부터 유입되는 냉매가 내주면의 외곽을 따라 유동하도록 가이드하는 핫가스 유로(215)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 하우징(200)은 내주면은 상기 냉매 흡입구(202)로부터 후방으로 연장되는 내부 공간을 규정할 수 있다.

또한, 상기 하우징(200)은 상기 핫가스 유로(215)를 유동하는 냉매가 분지되어 상기 내부 공간으로 토출되도록 형성할 수 있다. 즉, 상기 하우징(200)은 상기 핫가스 유로(215)로 유입되는 바이패스 냉매를 분지시켜 각각 서로 다른 지점에서 상기 내부 공간으로 토출시킬 수 있다.

그리고 상기 바이패스 냉매가 토출되는 지점은, 상기 내부 공간에서 스월(Swirl) 또는 소용돌이 형상의 냉매 유동을 발생시키는 위치일 수 있다.

상세히, 상기 하우징(200)은 상기 분지된 냉매가 서로 대칭을 이루는 지점에서 토출되도록 다수의 핫가스 토출구(215,216)를 형성할 수 있다. 일례로, 상기 다수의 핫가스 토출구(215,216)는 서로 유동면에서 원점 대칭을 이루도록 위치할 수 있다.

구체적으로, 상기 하우징(200)은 전면에 냉매 흡입구(202)를 형성하는 유입하우징(210), 상기 유입하우징(210)의 후단으로부터 후방으로 내경이 작아지도록 연장되는 스월하우징(220) 및 상기 스월하우징의 후단으로부터 반경 방향으로 확장되도록 연장되는 채널하우징(230)을 포함할 수 있다.

상기 유입하우징(210)의 상기 냉매 흡입구(202)로부터 후방으로 연장되는 내부 공간을 형성할 수 있다. 상기 내부 공간은 상기 스월하우징(220) 및 상기 채널하우징(230)의 내부 공간과 연통되어, 상기 제 1 임펠러(141)의 유입 측에 연결될 수 있다.

상기 유입하우징(210)은 상기 바이패스 배관(300)의 결합되는 밸브결합부(211)를 포함할 수 있다.

상기 밸브결합부(211)는 상기 유입하우징(210)의 외주면 일측에 형성될 수 있다. 그리고 상기 밸브결합부(211)의 중심에는 상기 바이패스 유로(310)와 연통되는 회수구(211a)가 형성될 수 있다.

상기 유입하우징(210)은 상기 핫가스 유로(213)를 형성할 수 있다.

그리고 상기 회수구(211a)는 상기 핫가스 유로(213)의 입구로 이해할 수 있다. 일례로, 상기 회수구(211a)는 상기 밸브결합부(211)의 중심에 홀(Hole)을 형성할 수 있다. 또한, 상기 회수구(211a)에는 상기 바이패스 배관(300)의 하단이 결합되어 바이패스된 냉매가 핫가스 유로(213)로 제공될 수 있다.

상기 유입하우징(210)의 내주면에는 상기 바이패스된 냉매가 내부 공간으로 토출되는 제 1 핫가스 토출구(215) 및 제 2 핫가스 토출구(216)가 형성될 수 있다.

그리고 상기 제 1 핫가스 토출구(215) 및 상기 제 2 핫가스 토출구(216)는 상기 내부 공간으로 토출되는 바이패스 냉매 및 상기 냉매 흡입구(202)로 유입되는 증발 냉매가 혼합되어 소용돌이 유동을 형성하도록 형성될 수 있다.

일례로, 상기 제 1 핫가스 토출구(215)는 상기 유입하우징(210)의 내주면 일 측 하부에 형성될 수 있다. 그리고 상기 제 1 핫가스 토출구(215)는 중심 방향이 아닌 수평한 직선 방향으로 개구를 형성할 수 있다. 따라서, 상기 제 1 핫가스 토출구(215)로부터 토출되는 냉매는, 상기 유입하우징(210)의 중심 방향이 아닌 중심 보다 아래에 위치하는 수평 방향으로 토출될 수 있다.

그리고 상기 제 2 핫가스 토출구(216)는 상기 유입하우징(210)의 내주면 타측 상부에 형성될 수 있다. 그리고 상기 제 2 핫가스 토출구(216)는 중심 방향이 아닌 수평한 직선 방향으로 개구를 형성할 수 있다. 따라서, 상기 제 2 핫가스 토출구(216)로부터 토출되는 냉매는, 상기 유입하우징(210)의 중심 방향이 아닌 중심보다 위에 위치하는 수평 방향으로 토출될 수 있다.

상세히, 상기 제 1 핫가스 토출구(215)의 개방 방향은 상기 제 2 핫가스 토출구(216)의 개방 방향과 마주보는 방향을 이루지 않는다. 즉, 소용돌이 유동을 형성하기 위하여, 상기 제 1 핫가스 토출구(215)가 상기 내부 공간의 상부에서 일측 직선 방향으로 냉매를 토출시키도록 형성되면, 상기 제 2 핫가스 토출구(216)는 상기 내부 공간의 하부에서 반대되는 타측 직선 방향으로 냉매를 토출시키도록 형성할 수 있다.

그리고 상기 제 1 핫가스 토출구(215)와 상기 제 2 핫가스 토출구(216)의 개방 방향을 따라 연장되는 가상의 직선은 평행을 이룰 수 있다.

상기 제 1 핫가스 토출구(215)와 상기 제 2 핫가스 토출구(215)는 냉매 흡입구(202)를 바라보는 방향의 평면에서 원점 대칭을 이루는 위치에 형성될 수 있다.

따라서, 상기 제 1 핫가스 토출구(215)로부터 토출되는 제 1 바이패스 냉매 및 상기 제 1 바이패스 냉매로부터 분지되어 상기 제 2 핫가스 토출구(216)로 토출되는 제 2 바이패스 냉매는, 상기 내부 공간으로 토출되어 상기 하우징(200)의 내주면을 따라 유동할 수 있다. 그리고 상기 하우징(200)의 내주면을 따라 유동하는 냉매는 반경 방향을 향할수록 속도의 회전 방향 성분 크기가 클 수 있다.

상기 스월하우징(220)은 상기 유입하우징(210)의 후단으로부터 후방으로 연장될 수 있다.

상기 스월하우징(220)의 내주면이 규정하는 내부 공간은 상기 유입하우징(210)의 내부 공간으로부터 후방으로 연장되는 공간으로 이해할 수 있다. 그리고 상기 스월하우징(220)의 내부 공간은 상류(전면)가 하류(후면)보다 큰 면적을 가지도록 형성할 수 있다.

상세히, 상기 스월하우징(220)은 후방을 향할수록 내경이 작아지도록 연장될 수 있다. 즉, 상기 하우징(200)의 내부 공간은 상기 제 1 임펠러(141)의 입구까지 직경이 작아지도록 연장될 수 있다.

이에 의하면, 상기 유입하우징(210)의 제 1 핫가스 토출구(215)와 제 2 핫가스 토출구(216)에서 토출되어 회전 성분이 상대적으로 큰 냉매가 축 방향(또는 후방)으로 유동할수록 유동 단면적이 작아지므로 보다 회전 방향의 속도성분 크기가 커져 소용돌이 유동이 효과적 및 용이하게 형성될 수 있다.

상기 채널하우징(230)은 상기 스월하우징(220)의 후단으로부터 반경 방향으로 연장될 수 있다. 그리고 확장된 직경을 가지는 후면에는 상술한 채널(160)을 형성하는 채널 면(233)이 형성될 수 있다.

상기 채널 면(233)은 전방으로 함몰된 면을 형성하며, 상기 함몰 면은 원주 방향을 따라 연장될 수 있다.

상기 채널하우징(230)의 후면 중심에는 제 1 임펠러(141)가 설치될 수 있다. 즉, 상기 채널하우징(230)의 후면 중심은 개구되어 임펠러 입구(235)를 규정할 수 있다.

도 7은 도 5의 B-B' 확대 단면도이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 핫가스 유로를 따라 유동하는 냉매의 유동 개념도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 유입하우징(210)은 외관 또는 외주면을 형성하는 외벽(212) 및 내부 공간을 규정하며, 상기 외벽(212)으로부터 내측으로 이격 되어 원주 방향으로 연장되는 내벽(214)을 포함할 수 있다.

상기 내벽(214)은 상기 외벽(213) 보다 작은 직경을 가지도록 원주 방향으로 연장될 수 있다.

그리고 상기 핫가스 유로(213)는 상기 유입하우징(210)의 외벽(212)과 내벽(214) 사이에 형성되는 공간으로 규정할 수 있다.

상세히, 상기 외벽(212)의 내면과 상기 내벽(214)의 외면을 상기 핫가스 유로(213)를 규정할 수 있다. 그리고 상기 외벽(212)과 내벽(214)은 어느 일 부분에서 연결되도록 연장될 수 있다.

상기 외벽(212)에는 상기 바이패스 배관(300)이 결합되는 밸브결합부(211)가 형성될 수 있다, 그리고 상기 밸브결합부(211)에 형성된 회수구(211a)는, 상기 핫가스 유로(213)를 연통되도록 상기 외벽(212)을 관통할 수 있다.

상기 내벽(214)에는 상기 핫가스 유로(213)로 유입된 바이패스 냉매를 분지시켜 상기 유입하우징(210)의 내부 공간으로 토출시키도록 제 1 핫가스 토출구(215)와 제 2 핫가스 토출구(216)가 형성될 수 있다.

즉, 상기 제 1 핫가스 토출구(215)는 상기 내벽(214)의 일측 하부에 형성되며, 상기 제 2 핫가스 토출구(216)는 상기 내벽(214)의 타측 상부에 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 하우징(200)으로 바이패스되는 냉매의 유동을 설명한다.

상기 바이패스 배관(300)으로 유입된 압축 냉매는, 상기 바이패스 유로(310)를 따라 상기 회수구(211a)로 유동할 수 있다.

그리고 상기 회수구(211a)로 유입된 상대적으로 고온 및 고압의 압축 냉매는 상기 핫가스 유로(213)를 따라 상기 내벽(214)과 외벽(212) 사이를 유동할 수 있다.

그리고 상기 압축 냉매는 상기 내벽(214)에 상기 유입하우징(210)의 내부 공간으로 개방되도록 형성된 제 1 핫가스 토출구(215)와 상기 제 2 핫가스 토출구(216)로 토출되어 서로 소용돌이 형상의 유동(Swirl)을 형성할 수 있다.

이때, 상기 냉매 흡입구(202)로 유입된 상대적으로 저온 및 저압의 냉매는 상기 바이패스된 냉매와 혼합되어 회전 성분을 가지는 유동을 함께할 수 있다.

그리고 상기 유입하우징(210)의 내부로 서로 다른 방향으로 토출된 냉매는, 상기 유입하우징(210)의 원형의 내주면을 따라 유동하게 되고, 축 방향(또는 후방)으로 유동하면서 스월하우징(220)을 통과하게 된다.,

상기 스월하루징(220)을 통과하는 냉매는, 상기 채널하우징(230)의 중심에 위치하는 제 1 임펠러(141)의 입구(235)까지 유동 단면적이 좁아지는 유로를 유동하게 된다. 따라서, 상기 스월하우징(220)의 내주면에 의하여, 상기 냉매는 소용돌이 형상이 더욱 용이하고 효과적으로 발생할 수 있다.

그리고 상기 입펠러 입구(235)로 유입된 냉매는, 상대적으로 회전 방향의 속도성분 크기가 크기 때문에, 전체 유량을 감소시키는 저부하 운전시, 압축 효율을 향상시킬 수 있다.

구체적으로, 저부하 운전시, 축 방향의 속도 성분 크기는 작아지므로 정격 운전에서의 경우보다 상기 제 1 임펠러(141)로 유입되는 냉매의 유입 방향, 속도 등은, 임펠러의 블레이드 면에 저항이 되도록 형성된다. 그러나, 상기 제 1 핫가스 토출구(215) 및 상기 제 2 핫가스 토출구(216)를 통해 배출되어 선회류를 형성하는 냉매는 회전 방향의 성분이 커져, 상기 축 방향 성분의 작아진 크기를 보완해줄 수 있다.

따라서, 상기 제 1 입펠러(141)로 유입되는 냉매의 유입 방향, 속도 등은, 상기 정격 운전의 경우와 같도록 형성되기 때문에, 유동 저항 및 유동 손실을 최소화할 수 있다.

도 8을 참조하면, 상기 핫가스 토출구는 2개 이상의 다수 개로 형성할 수 있다.

즉, 상기 핫가스 토출구(217a,217b,217c)는 상기 하우징(200)의 내부 공간으로 선회류를 형성시킬 수 있도록 개방 방향과 개수를 다양하게 변형할 수 있을 것이다.

도 9는 본 발명의 실시예에 하우징으로 유입되는 냉매의 유동을 보여주는 실험 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 하우징을 유동하는 냉매의 유선(Streamline)을 보여주는 실험 도면이다.

상세히, 도 9A는 본 발명의 실시예에 따른 하우징(200)으로 유입되는 메인 냉매(Main stream, 증발기를 통과하여 냉매 흡입구(202)로 유입되는 냉매)과, 상기 바이패스 배관(300)을 통해 상기 하우징(200)으로 토출되는 바이패스 냉매(Bypass flow)의 유동 해석을 위한 기준 단면을 보여주는 도면이며, 도 9B는 상기 도 9A에 도시된 기준 단면에서 냉매의 회전 방향 속도를 보여주는 실험 도면이다.

상기 도 9 및 도 10에서 보여주는 실험은, 상기 바이패스 배관(300)으로 유입된 압축 냉매의 유량이 상기 압축기(100)로부터 흡입되는 냉매 유량의 50%인 것을 기준으로 한다.

도 9A를 참조하면, 상기 하우징(200)에서 냉매 흡입구(202)를 통과한 메인 냉매가 유입되는 최상류에 위치한 제 1 유동단면(1), 상기 제 1 유동단면으로부터 하류에 위치하며, 상기 바이패스 냉매가 유입된 직후 유동을 보여주는 제 2 유동단면(2), 상기 제 2 유동단면으로부터 하류에 위치하며, 상기 내부 공간이 내경이 작아지는 스월하우징(220)의 중간 단면인 제 3 유동단면(3) 및 상기 제 3 유동단면으로부터 하류에 위치하며, 가장 작은 내경을 가지는 상기 제 1 임펠러(141)의 입구(235) 단면인 제 4 유동단면(4)을 규정할 수 있다.

도 9B를 참조하면, 상기 제 1 유동단면(1)에서는 증발기를 통과한 상기 메인 냉매의 영향으로 상대적으로 매우 느린 회전 속도 분포를 확인할 수 있다.

상기 제 2 유동단면(2)에서는 상기 핫가스 토출구(215,216)을 통해 토출되는 고온, 고압의 압축 냉매에 의해 점차 속도 분포가 중심을 향하여 균일해지며 빨라지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 상기 핫가스 토출구(215,216)로부터 토출되는 바이패스 냉매가 선회류를 일으키는 것을 확인할 수 있다.

그리고 상기 바이패스 냉매는 상기 제 3 유동단면(3) 및 상기 제 4 유동단면(4)으로 갈수록 중심을 향하여 균일한 속도 분포를 가지도록 선회류가 형성되는 것을 확인할 수 있다. 여기서, 상기 하우징(200)의 내부 공간은 내경이 작아지므로 회전 속도의 크기가 하류를 향하여 상대적으로 커지는 것도 확인할 수 있다.

이에 의하면, 상기 제 1 임펠러(141)의 입구에서는 속도 분포가 균일하고, 상대적으로 큰 회전 속도 성분에 의하여 제 1 임펠러(141)의 유동 저항이 적어지는 냉매가 유입되므로, 종래 저부하 운전시 서지 방지 방식과 달리, 압축기(100)의 회전 수를 변경하지 않고도 압축 냉매를 하우징(200)의 흡입 측으로 바이패스 하여 서지를 방지하고, 압축비 및 압축 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 10을 참조하면, 상기 하우징(200)으로 유입되는 메인 냉매와 바이패스 냉매의 혼합된 유선(stream line)을 보여준다.

그리고 상기 유선은 하류를 향할수록 회전 성분의 속도가 빨리지며, 상기 유입하우징(210)의 내부 공간으로 토출되는 바이패스 냉매에 의해 선회류가 형성되는 것을 확인할 수 있다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 임펠러 입구에서 반경에 따른 냉매의 회전방향 속도 분포를 보여주는 실험 그래프이다.

도 11을 참조하면, 바이패스 유량을 압축기(100)로 흡입되는 냉매 유량의 40% 또는 80%인 경우를 비교할 수 있다.

상기 바이패스 유량이 40% 및 80%인 경우, 상기 냉매의 회전 방향 성분에 대한 속도 크기가 반경 방향을 향할수록 커지는 것을 확인할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 하우징(200)의 구조에 의하면, 상기 바이패스 배관(300)을 통해 토출되는 바이패스 냉매가 선회류를 형성할 수 있음을 확인할 수 있다.

또한, 상기 바이패스 유량이 80%인 경우는, 상기 하우징(200)의 내부 공간에서 중심으로부터 반경 방향을 향할수록 회전 방향의 속도 성분 크기가 바이패스 유량이 40%인 경우보다 급격히 커지는 것을 확인할 수 있다.

이는 바이패스되는 압축 냉매의 유량이 클수록 상기 하우징(200)의 내부로 토출되는 냉매의 속도 크기가 더욱 커지는 것을 알 수 있다.

이는 만약, 상기 바이패스 배관(300)을 제 1 임펠러(141)와 제 2 임펠러(143)의 사이 유로에 연결시킨 경우, 바이패스되는 압축 냉매의 유량을 크게 할수록 상기한 냉매의 속도가 빠르기 때문에 혼합 및 유동 손실이 커지고 오히려 더욱 큰 소음을 발생시킬 수 있음을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예와 같이, 상기 바이패스 배관(300)은 상기 하우징(200)의 흡입 측, 즉 상기 유입하우징(210)에 결합하는 것이 상기 압축기(100)의 안전성 및 신뢰성을 유지하는데 적절하다는 것을 자명하게 알 수 있다.

10: 터보 냉동기
100: 압축기
200: 하우징
300: 바이패스 배관

Claims (15)

1. 냉매를 압축시키는 압축기;
   상기 압축기의 토출 측에 제공되어 냉각수와 열교환하는 응축기;
   상기 압축기의 흡입 측에 제공되어 냉수와 열교환하는 증발기를 포함하며,
   상기 압축기는,
   회전축을 구동시키는 모터;
   상기 회전축에 결합되어 회전하는 임펠러;
   상기 증발기로부터 유입된 냉매를 상기 임펠러로 가이드하는 하우징; 및
   상기 임펠러의 출구 측의 냉매를 바이패스하여 상기 하우징의 입구로 가이드하는 바이패스 배관을 포함하는 터보 냉동기.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 하우징은,
   상기 증발기의 출구와 연통되는 냉매흡입구로부터 상기 임펠러의 입구를 향하여 내경이 작아지도록 형성하는 터보 냉동기.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 하우징은 끝이 잘린 원뿔 형상을 가지는 터보 냉동기.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 하우징은,
   상기 증발기를 통과한 냉매가 유입되는 냉매 흡입구를 형성하는 유입하우징;
   상기 유입하우징의 후단으로부터 상기 임펠러의 입구를 향하여 내경이 작아지도록 연장되는 스월하우징; 및
   상기 스월하우징의 후단으로부터 반경 방향으로 연장되며, 상기 임펠러를 통과한 냉매의 유동을 가이드하는 채널을 형성하는 채널하우징을 포함하는 터보 냉동기.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 유입하우징은, 상기 바이패스 배관과 결합하는 터보 냉동기.
   
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 유입하우징은,
   외관을 형성하는 외벽;
   상기 외벽의 일 측에 형성되며, 상기 바이패스 배관이 결합되는 밸브 결합부; 및
   상기 외벽으로부터 내측으로 이격 배치되며, 상기 바이패스 배관을 통해 유입된 냉매가 유동하는 핫가스 유로를 형성하는 내벽을 포함하는 터보 냉동기.
   
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 유입하우징은,
   내주면으로 규정되며, 상기 냉매 흡입구로부터 후방으로 연장되는 내부 공간을 형성하는 터보 냉동기.
   
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 내벽은,
   상기 유입하우징의 일측 하부에 위치되며, 상기 핫가스 유로와 상기 유입하우징의 내부 공간을 연통시키도록 수평 방향으로 개방되는 제 1 핫가스 토출구; 및
   상기 유입하우징의 타측 상부에 위치되며, 상기 제 1 핫가스 토출구와 상기 유입하우징의 내부 공간을 연통시키도록 수평 방향으로 개방되는 제 2 핫가스 토출구를 포함하는 터보 냉동기.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 제 1 핫가스 토출구 및 제 2 핫가스 토출구는,
   서로 원점 대칭을 이루도록 수평 방향으로 개방되는 개구를 형성하는 터보 냉동기.
   
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 핫가스 토출구의 유동 단면적과 상기 냉매 흡입구의 유동 단면적의 비율은, 0.5 내지 4를 가지는 터보 냉동기.
    
11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 핫가스 토출구 및 상기 제 2 핫가스 토출구로부터 토출되는 냉매는, 상기 유입하우징의 내부공간에서 선회류를 형성하는 터보 냉동기.
    
12. 제 8 항에 있어서,
    상기 유입 하우징의 내부공간에서 혼합된 냉매는, 상기 스월하우징을 통과하는 터보 냉동기.
    
13. 제 4 항에 있어서,
    상기 임펠러는,
    상기 채널하우징의 후단 중심에 설치되는 제 1 임펠러; 및
    상기 제 1 임펠러로부터 후방에 배치되는 제 2 임펠러를 포함하는 터보 냉동기.
    
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 임펠러의 입구에는, 회전 방향 성분의 속도가 반경 방향을 향할수록 커지는 냉매의 유동이 형성되는 터보 냉동기.
    
15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 임펠러의 입구로 유입되는 냉매는, 상기 제 1 임펠러에 회전 가능하게 연결되는 블레이드의 연장선을 따라 유입되며,
    상기 제 1 임펠러와 상기 제 2 임펠러 사이를 유동하는 냉매는, 상기 바이패스 배관에 의해 상기 하우징의 흡입 측으로 바이패스되는 터보 냉동기.
    

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