KR20210065676A - 회전전기기계 - Google Patents

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KR20210065676A
KR20210065676A KR1020190154708A KR20190154708A KR20210065676A KR 20210065676 A KR20210065676 A KR 20210065676A KR 1020190154708 A KR1020190154708 A KR 1020190154708A KR 20190154708 A KR20190154708 A KR 20190154708A KR 20210065676 A KR20210065676 A KR 20210065676A
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cooling water
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electric machine
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KR1020190154708A
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곽태희
문정욱
김종수
김민정
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 회전전기기계에 관한 것으로서, 적어도 일 측이 개방된 수용공간을 형성하는 하우징본체 및 상기 하우징본체의 개방영역을 차단하게 결합되는 하우징커버;를 구비하는 하우징; 상기 하우징의 내부에 수용되는 스테이터코어 및 상기 스테이터코어에 권선되는 스테이터코일을 구비한 스테이터; 상기 하우징의 내부에 상기 스테이터에 대해 회전가능하게 배치되는 로터; 및 상기 하우징의 내부에서 증발되고, 상기 스테이터 및 상기 로터와 직접 접촉되는 냉매;를 구비하여 구성된다. 이에 의해, 냉매의 잠열을 이용하여 스테이터 및 로터를 신속하게 냉각할 수 있다.

Description

회전전기기계{ROTATING ELECTRIC MACHINE}
본 발명은, 회전전기기계에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 냉매의 잠열을 이용하여 냉각할 수 있는 회전전기기계에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 회전전기기계는, 발전기 또는 전동기를 포함한다.
상기 회전전기기계는, 스테이터 및 상기 스테이터에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터를 구비한다.
상기 회전전기기계의 스테이터 및/또는 로터는 전기코일을 구비하여 구성된다.
한편, 상기 회전전기기계는, 운전 중 상기 전기코일의 전기저항에 기인한 발열로 온도가 상승하게 된다.
그런데, 이러한 종래의 회전전기기계에 있어서는, 운전 중 상기 온도가 과도하게 상승될 경우, 출력이 저하될 뿐만 아니라 운동부위의 마찰이 증가하게 되어 강제열화가 촉진되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 고려하여, 상기 회전전기기계에는 냉각수단이 구비된다.
상기 회전전기기계의 냉각수단으로는, 주지된 바와 같이, 상기 회전전기기계에 강제 송풍하여 냉각시키는 공냉식 수단이 있다.
그런데, 이러한 공냉식 수단은 공기의 특성 상 비열이 상대적으로 낮기 때문에 상기 회전전기기계의 온도를 낮추는 데 한계가 있다고 하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 고려하여 일부에서는 냉각수를 이용하여 상기 회전전기기계를 냉각하는 소위 수냉식 냉각수단이 구비된다.
그런데, 이러한 수냉식 수단은 냉각수 유로를 구비하여야 하므로, 회전전기기계의 크기 및 무게가 각각 증가하게 된다고 하는 문제점이 있다.
또한, 상기 냉각수에 의해 직접 냉각이 곤란한 영역은 온도가 국부적으로 상승하게 된다고 하는 문제점이 있다.
또 다른 일부에서는 냉매를 이용하여 냉각하는 냉매 냉각 방식이 이용되고 있다.
그런데, 이러한 냉매 냉각 수단을 구비한 회전전기기계에 있어서는, 회전전기기계의 내부로 냉매 배관을 설치하도록 되어 있어, 냉매는 냉매 배관을 따라서 이동하므로 스테이터 및 로터와 냉매의 직접 접촉이 곤란하여 스테이터 및 로터의 냉각에 한계가 발생된다고 하는 문제점이 있다.
또한, 하우징의 내부에 설치되는 냉매 배관은 회전전기기계의 진동 및 외부 충격에 기인하여 고정의 어려움이 있고, 연결 시 누설이 발생될 수 있다고 하는 문제점이 있다.
또한, 상기 냉매 배관의 내부에서 냉매의 증발이 발생되므로, 상기 냉매의 증발 시 압력 상승에 기인한 역류가 발생될 수 있고, 이러한 역류를 방지하기 위해 역류방지밸브를 추가 설치해야 하며, 비용이 상승된다고 하는 문제점이 있다. 또한, 상기 역류방지밸브의 설치에 기인하여 냉매의 유동 손실이 발생될 뿐만 아니라 냉매의 유량 확보가 곤란하게 된다고 하는 문제점이 있다.
JP 2006-158105 A JP 2007-028845 A
따라서, 본 발명은, 하우징의 내부에서 냉매가 증발될 수 있는 회전전기기계를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 상변환 가능한 냉매와 스테이터 및 로터가 직접 접촉 가능한 회전전기기계를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 하우징의 내부에서 냉매가 응축될 수 있는 회전전기기계를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 과제의 해결을 위한 본 발명에 따른 회전전기기계는, 하우징의 내부에서 냉매가 증발되는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 하우징의 내부에 스테이터 및 로터가 구비되고, 상기 하우징의 내부에 냉매가 증발되어 상기 스테이터 및 로터와 직접 접촉됨으로써, 상기 스테이터 및 로터가 신속하게 냉각될 수 있다.
상기 회전전기기계는, 내부에 수용공간을 형성하는 하우징; 상기 하우징의 내부에 배치되는 스테이터; 상기 스테이터에 대해 회전 가능하게 배치되는 로터; 및 상기 하우징의 내부에서 증발되고, 상기 스테이터 및 상기 로터와 직접 접촉되는 냉매;를 구비한다.
여기서, 상기 하우징, 스테이터 및 로터는 축방향이 수평으로 배치되게 구성될 수 있다.
상기 하우징은, 적어도 일 측이 개방된 수용공간을 형성하는 하우징본체; 및 상기 하우징본체의 개방영역을 차단하게 결합되는 하우징커버를 구비한다.
상기 스테이터는, 상기 하우징의 내부에 구비되는 스테이터코어; 및 상기 스테이터코어에 권선되는 스테이터코일을 구비한다.
상기 스테이터코어는, 복수의 티스 및 슬롯을 구비하고, 상기 스테이터코일은 상기 슬롯을 경유하여 권선된다. 상기 스테이터코일은 상기 스테이터코어의 양 단부로부터 축방향으로 각각 돌출되는 엔드턴을 각각 구비한다.
상기 회전전기기계는, 적어도 일 측이 개방된 수용공간을 형성하는 하우징본체 및 상기 하우징본체의 개방영역을 차단하게 결합되는 하우징커버;를 구비하는 하우징; 상기 하우징의 내부에 수용되는 스테이터코어 및 상기 스테이터코어에 권선되는 스테이터코일을 구비한 스테이터; 상기 하우징의 내부에 상기 스테이터에 대해 회전가능하게 배치되는 로터; 및 상기 하우징의 내부에서 증발되고, 상기 스테이터 및 상기 로터와 직접 접촉되는 냉매;를 구비하여 구성된다.
상기 하우징에는, 상기 냉매가 유입되는 유입부; 및 유출되는 유출부가 구비되고, 상기 유입부 및 유출부에는 상기 냉매가 상기 하우징의 내부를 경유하여 순환되는 냉매순환부;가 연결된다.
여기서, 상기 하우징의 내부에는 응축된 냉매가 상기 유입부를 통해 유입되고, 상기 유출부를 통해 증발된 냉매가 유출될 수 있다.
상기 냉매순환부는, 냉매의 순환경로를 형성하는 냉매관; 및 상기 냉매관에 연결되어 상기 냉매를 냉각시키는 냉각기;를 구비할 수 있다.
상기 냉각기는 상기 냉매가 냉각수와 열교환되게 구성될 수 있다.
상기 냉각기는, 상기 냉매가 수용되는 냉매열교환부; 및 상기 냉각수가 수용되고 상기 냉매열교환부와 열교환되는 냉각수수용부;를 구비하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 냉매열교환부는 상기 냉각수수용부의 내부에 구비될 수 있다.
상기 하우징의 내면은 상기 냉매의 응축온도 이하로 냉각되게 구성되고, 상기 하우징의 내부의 기체상태의 냉매는 상기 하우징과 열교환되어 응축되게 구성된다.
상기 하우징에는 냉각수가 유동될 수 있게 냉각수유로가 구비될 수 있다.
상기 냉각수유로는 상기 하우징본체를 경유하게 형성될 수 있다.
상기 냉각수유로는 상기 하우징본체 및 상기 하우징커버를 경유하게 구성될 수 있다.
상기 하우징본체는 양 측이 개방된 통 형상(실린더 형상)으로 구현될 수 있다.
상기 하우징커버는 상기 하우징본체의 양 단부를 차단하게 2개로 구성될 수 있다.
상기 냉각수유로는, 상기 2개의 하우징커버 중 어느 하나를 경유하고 상기 하우징본체를 경유한 후 상기 2개의 하우징커버 중 나머지 하나를 경유하고 다시 상기 하우징본체를 경유한 후 상기 2개의 하우징 커버 중 어느 하나를 경유하게 구성될 수 있다.
상기 하우징커버에는 상기 냉각수가 수용되는 냉각수자켓이 구비될 수 있다.
이에 의해, 상기 하우징의 내부의 냉매의 응축이 촉진될 수 있다.
상기 하우징의 내부에는 냉매를 펌핑하는 냉매펌프가 구비될 수 있다.
상기 냉매펌프는 상기 하우징의 내부 상부영역에 구비될 수 있다.
상기 냉매펌프는 상기 하우징의 내부 저부의 액상의 냉매를 상기 스테이터코일을 향해 펌핑할 수 있다.
상기 냉매펌프는 상기 냉매를 분사하는 냉매노즐이 구비된다.
상기 냉매노즐은 상기 냉매를 상기 스테이터코일을 향해 분사하게 구성될 수 있다.
상기 냉매노즐은 상기 냉매를 상기 스테이터코일의 엔드턴을 향해 분사할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 하우징의 내부의 온도를 감지하는 온도감지부; 및 상기 온도감지부의 감지결과에 기초하여 상기 냉매펌프를 제어하는 제어부;를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 온도감지부는, 예를 들면, 상기 스테이터코일의 온도를 감지하게 구성될 수 있다.
상기 온도감지부는, 예를 들면, 상기 스테이터코일의 엔드턴의 온도를 감지하게 구성될 수 있다.
상기 냉매순환부는 상기 냉매의 순환을 촉진시키는 냉매순환펌프를 구비할 수 있다.
상기 제어부는 상기 온도감지부의 감지결과에 기초하여 상기 냉매순환펌프를 제어할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 하우징에는 표면적이 증가될 수 있게 요철부가 구비될 수 있다.
상기 요철부는 상기 하우징본체에 형성될 수 있다.
이에 의해, 상기 하우징본체와 상기 하우징의 내부의 냉매의 열교환이 촉진될 수 있다.
또한, 상기 하우징본체와 상기 하우징의 외부의 공기의 열교환이 촉진될 수 있다.
상기 요철부는 상기 하우징커버에 형성될 수 있다.
이에 의해, 상기 하우징커버와 상기 하우징의 내부의 냉매의 열교환이 촉진될 수 있다.
또한, 상기 하우징커버와 상기 하우징의 외부의 공기의 열교환이 촉진될 수 있다.
상기 요철부는 상기 하우징본체의 내면에 형성될 수 있다.
상기 요철부는 상기 하우징커버의 내면에 형성될 수 있다.
상기 하우징의 내부에는, 내부에 냉각수가 유동되고 상기 하우징의 내부의 냉매와 직접 접촉되어 상기 냉매를 응축시키는 응축기가 구비된다.
이에 의해, 상기 하우징의 내부에서 증발된 냉매가 응축될 수 있다.
상기 응축기는, 상기 스테이터코일의 엔드턴의 상측에 배치되게 구성된다.
이에 의해, 상기 하우징의 내부 중 상대적으로 온도가 높은 상기 스테이터코일의 엔드턴을 신속하게 냉각시킬 수 있다.
상기 하우징의 내부에는, 내부에 냉각수가 유동되고 상기 하우징의 내부의 액상의 냉매와 직접 접촉되는 과냉각기;가 구비된다.
이에 의해, 상기 하우징의 내부가 상기 냉각수와 상기 냉매의 온도차 및 상기 냉매의 증발 잠열에 의해 더욱 신속하게 냉각될 수 있다.
상기 응축기 및 상기 과냉각기는 상기 냉각수가 순환될 수 있게 냉각수순환부에 각각 연결될 수 있다.
이에 의해, 상기 냉각수의 냉각이 촉진될 수 있다.
상기 냉각수순환부는, 상기 냉각수의 순환 경로를 형성하는 냉각수관; 및 상기 냉각수관에 연결되어 상기 냉가수를 냉각시키는 냉각수열교환기;를 구비한다.
이에 의해, 상기 냉각수의 냉각이 더욱 촉진될 수 있다.
상기 냉각수순환부는 상기 냉각수의 순환을 촉진시키는 냉각수순환펌프를 더 구비할 수 있다.
상기 제어부는 상기 온도감지부의 감지결과에 기초하여 상기 냉가수순환펌프를 제어할 수 있게 구성될 수 있다.
여기서, 상기 응축기 및 상기 과냉각기는 서로 병렬로 연결되게 구성될 수 있다.
이에 의해, 상기 하우징의 내부 상부의 응축기 및 상기 과냉각기로 각각 유입되는 냉각수의 온도가 거의 동일하므로, 상기 하우징의 내부 상부영역을 보다 신속하게 냉각할 수 있다.
상기 응축기 및 상기 과냉각기는 서로 직렬로 연결되게 구성될 수 있다.
이에 의해, 냉각수의 전체 유동 경로가 단축되므로 냉각수의 전체 순환속도 및 냉각속도를 증가시킬 수 있다.
상기 응축기 및 상기 과냉각기는 상기 하우징커버에 구비될 수 있다.
이에 의해, 상기 응축기 및 상기 과냉각기의 설치 및 점검을 용이하게 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하우징의 내부에서 냉매가 증발됨으로써, 냉매의 증발 잠열에 의해 스테이터 및 로터가 신속하게 냉각될 수 있다.
또한, 스테이터 및 로터가 냉매와 직접 접촉됨으로써, 스테이터 및 로터의 국부 온도 상승 발생이 억제될 수 있다.
또한, 스테이터 및 로터의 표면과 냉매가 골고루 접촉됨으로써, 스테이터 및 로터의 표면이 골고루 냉각될 수 있다.
또한, 냉매를 스테이터코어의 엔드턴에 분사함으로써, 상대적으로 냉각이 곤란한 스테이터코일의 엔드턴을 용이하게 냉각시킬 수 있다.
또한, 하우징의 내부에 냉매를 냉각시키는 냉각기가 구비됨으로써, 하우징의 외부에 냉매의 응축을 위한 응축기 및 냉매의 순환을 위한 냉매펌프의 사용을 배제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시에에 따른 회전전기기계의 단면도,
도 2는 도 1의 하우징본체의 정면도,
도 3은 도 1의 제1하우징커버의 내면을 도시한 도면,
도 4는 도 1의 제2하우징커버의 내면을 도시한 도면,
도 5는 도 1의 요부확대도,
도 6은 도 1의 제어블록도,
도 7은 도 1의 하우징의 변형례,
도 8은 도 1의 하우징의 다른 변형례의 단면도,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전전기기계의 단면도,
도 10은 도 9의 제1하우징커버의 단면도,
도 11은 도 9의 제2하우징커버의 단면도,
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전전기기계의 단면도,
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전전기기계의 단면도,
도 14는 도 13의 응축기 및 과냉각기 영역의 단면도,
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전전기기계의 단면도,
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전전기기계의 단면도,
도 17은 도 16의 제1하우징커버의 내면을 도시한 도면,
도 18은 도 16의 좌측면도,
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전전기기계의 단면도,
도 20은 도 19의 제어블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명한다. 본 명세서는, 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 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. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전전기기계의 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 회전전기기계(100)는, 하우징(110), 스테이터(210), 로터(250) 및 냉매(194)를 구비한다.
상기 하우징(110)은, 예를 들면, 통 형상의 외관을 형성한다. 상기 하우징(110)은 적어도 일 측이 개방된 수용공간을 구비한다. 본 실시예에서, 상기 하우징(110)이 양 측이 개방된 원통 형상으로 구현된 경우를 예시하고 있으나, 이는 예시일 뿐이고, 일 측이 개방되게 형성될 수도 있다.
상기 하우징(110)은, 양 측이 개방된 하우징본체(120); 및 상기 하우징본체(120)의 개방영역을 차단하는 하우징커버(140)를 구비한다. 상기 하우징커버(140)는, 상기 하우징본체(120)의 일 단(도면상 좌측 단부)에 결합되는 제1하우징커버(141) 및 타 단(도면상 우측 단부)에 결합되는 제2하우징커버(171)를 구비한다. 상기 하우징(110)은 설치 바닥면에 대해 수평방향으로 배치된다.
상기 하우징(110)은 내부에 밀폐된 수용공간이 형성된다. 상기 하우징본체(120) 및 상기 하우징커버(140)의 상호 접촉영역에는 실링부재(147,177)가 각각 구비된다. 상기 실링부재(147,177)는 상기 하우징본체(120) 및 상기 하우징커버(140)의 상호 접촉면 형상에 대응되게 원형 고리 형상으로 구현될 수 있다. 상기 실링부재(147,177)는 가압 시 탄성변형이 가능한 탄성부재로 형성된다. 상기 실링부재(147,177)는, 예를 들면, 탄성을 구비한 고무부재로 형성된다. 이에 의해, 상기 하우징본체(120) 및 상기 하우징커버(140)의 결합시 상기 실링부재가 탄성변형되면서 상기 하우징본체(120) 및 상기 하우징커버(140)의 접촉면 사이의 틈새가 기밀적으로 차단된다. 이에 의해, 상기 하우징(110)의 내부의 냉매(194)의 외부 누설이 억제될 수 있다.
상기 하우징(110)의 내부에는 스테이터(210)가 구비된다. 상기 스테이터(210)는, 상기 하우징(110)의 내부에 고정되는 스테이터코어(211) 및 상기 스테이터코어(211)에 권선되는 스테이터코일(221)을 구비한다. 상기 스테이터코어(211)는 상기 하우징(110)의 내면에 의해 지지될 수 있다. 상기 스테이터코어(211)는, 예를 들면, 상기 하우징(110)의 내부에 압입 결합될 수 있다. 상기 스테이터코어(211)는 복수의 전기강판(213)을 절연 적층하여 형성될 수 있다. 상기 스테이터코어(211)의 내부에는 상기 로터(250)가 회전가능하게 수용될 수 있게 로터수용공(215)이 구비된다. 상기 스테이터코어(211)는 상기 로터수용공(215)의 둘레에 교호적으로 형성되는 복수의 슬롯(217) 및 티스(218)를 구비한다. 상기 복수의 슬롯(217)에는 미리 설정된 패턴으로 상기 스테이터코일(221)이 권선된다. 상기 스테이터코일(221)은 상기 스테이터코어(211)의 양 단부에서 축방향으로 각각 돌출되는 엔드턴(223)을 각각 구비한다. 상기 스테이터(210)의 내부에는 상기 로터(250)가 미리 설정된 공극(G: air gap)을 두고 회전 가능하게 수용된다.
상기 로터(250)는, 예를 들면, 회전축(251) 및 상기 회전축(251)을 중심으로 회전하는 로터코어(253)를 구비한다. 상기 회전축(251)은 양 측이 회전 가능하게 지지될 수 있다. 상기 회전축(251)의 양 단부에는 베어링(265)이 각각 구비될 수 있다. 상기 각 베어링(265)은 상기 하우징커버(140)에 각각 구비된 베어링결합부(135)에 삽입 결합될 수 있다.
상기 로터코어(253)는, 예를 들면, 복수의 전기강판(254)을 절연 적층하여 형성될 수 있다. 상기 로터코어(253)의 중앙에는 상기 회전축(251)이 삽입될 수 있게 회전축공이 관통 형성된다. 상기 로터(250)는, 예를 들면, 상기 로터코어(253)에 결합되는 영구자석(260)을 구비하여 구성된다. 상기 로터코어(253)에는 상기 영구자석(260)이 삽입될 수 있게 영구자석삽입부(256)가 축방향을 따라 관통 형성된다. 상기 영구자석(260)은 상기 로터(250)의 원주방향을 따라 이격된 복수 개로 구성된다. 상기 영구자석(260)은 상기 로터코어(253)에 축방향을 따라 삽입되게 구성될 수 있다. 상기 영구자석(260)은 복수 개로 구성되고, 상기 로터코어(253)의 원주방향을 따라 이격 배치될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 영구자석(260)이 상기 로터코어(253)의 축방향을 따라 결합된 경우를 예시하고 있으나, 로터코어의 외면에 영구자석이 결합되게 구성될 수도 있다.
본 실시예에서, 상기 로터(250)가 영구자석(260)을 구비하여 구성된 경우를 예시하고 있으나, 이는 예시일 뿐이고, 복수의 도체바 및 단락환을 구비한 로터(250)로 구현되거나, 또는 원주방향을 따라 서로 이격되어 자기저항 차를 형성시키는 복수의 플러스 배리어를 구비한 로터로 구현될 수도 있다. 또한, 본 실시예에서, 상기 스테이터(210)의 내부에 상기 로터(250)가 회전 가능하게 배치된 전동기로 구현된 경우를 예시하고 있으나, 이는 예시일 뿐이고, 상기 스테이터(210) 및 로터(250)는 발전기 또는 발전기 겸용 전동기로 구현될 수도 있다.
상기 하우징(110)의 내부에는 냉매(194)가 주입될 수 있다. 상기 냉매(194)는 상변환이 가능한 냉매(194)로 구현될 수 있다. 상기 냉매(194)는 상기 하우징(110)의 내부에서 증발될 수 있게 구성될 수 있다. 상기 하우징(110)의 내부는 상기 냉매(194)의 증발을 위한 잠열 흡수에 의해 냉각될 수 있다. 상기 냉매(194)는, 예를 들면, 상기 회전전기기계(100)의 구동 중지 시, 상기 하우징(110)의 내부 저부로부터 상기 로터(250)와 접촉될 수 있는 유면 높이를 가지게 상기 하우징(110)의 내부에 충전(주입)될 수 있다.
한편, 상기 하우징(110)에는 냉각수가 유동될 수 있게 냉각수유로(125)가 구비될 수 있다. 상기 하우징(110)에는 냉각수가 상기 냉각수유로(125)를 경유하여 순환될 수 있게 냉각수순환부(270)가 연결된다. 이에 의해, 상기 하우징(110)은 상기 냉각수에 의해 냉각될 수 있다. 상기 하우징(110)의 내부에서 증발된 냉매(194)는 상기 냉각수에 의해 냉각된 상기 하우징(110)과 접촉되어 응축될 수 있다. 상기 냉매(194)는 상기 하우징(110)의 내부에서 증발 및 응축될 수 있다. 상기 냉매(194)는, 예를 들면, 상기 회전전기기계(100)의 운전 시 상기 스테이터(210) 및 로터(250)의 온도(예를 들면, 130 내지 180 ℃)에 비해 상대적으로 낮은 증발온도(예를 들면, 90 내지 110℃)를 가지며, 상기 냉각수의 온도(예를 들면, 60 내지 70 ℃)에 비해 높은 응축온도(예를 들면, 90 내지 110℃)를 가진다. 이에 의해, 상기 냉매(194)는 상기 스테이터(210) 및 로터(250)에 의해 증발되고, 상기 하우징(110)에 의해 응축될 수 있다.
상기 하우징(110)의 냉각수유로(125)는, 예를 들면, 상기 하우징본체(120) 및 상기 하우징커버(140)에 형성될 수 있다. 상기 하우징(110)에는 상기 냉각수가 상기 하우징(110)의 냉각수유로(125)를 경유하여 순환될 수 있게 냉각수순환부(270)가 연결된다.
상기 냉각수순환부(270)는, 예를 들면, 상기 냉각수의 유동경로를 형성하는 냉각수관(272) 및 상기 냉각수관(272)에 연결되어 상기 냉각수를 냉각시키는 냉각수열교환기(274)를 구비한다. 상기 냉각수열교환기(274)의 일 측에는, 예를 들면, 상기 냉각수열교환기(274)와 접촉되는 공기의 이동을 촉진시키는 냉각팬(278)이 구비될 수 있다. 상기 냉각팬(278)은, 예를 들면, 복수의 날개부를 구비한 팬부(278a) 및 전원 인가 시 상기 팬부(278a)를 회전 구동시키는 구동모터(278b)를 구비하여 구성될 수 있다. 상기 냉각수순환부(270)는 상기 냉각수관(272)에 연결되어 냉각수의 이동을 촉진시키는 냉각수순환펌프(276)를 구비할 수 있다. 상기 냉각수순환펌프(276)는 회전수의 조절이 가능하게 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 냉각수순환펌프(276)의 회전수를 제어하여 상기 냉각수의 순환량을 조절할 수 있다.
도 2는 도 1의 하우징본체의 정면도이고, 도 3은 도 1의 제1하우징커버의 내면을 도시한 도면이며, 도 4는 도 1의 제2하우징커버의 내면을 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 하우징본체(120)는 원통 형상을 구비한다. 상기 하우징본체(120)에는 상기 하우징커버(140)와 체결될 수 있게 복수의 체결부(122)가 형성된다. 상기 복수의 체결부(122)는 상기 하우징본체(120)로부터 반경방향을 따라 외측으로 돌출되고 원주방향을 따라 이격되게 형성된다. 상기 복수의 체결부(122)에는 상기 하우징커버(140)와 상기 하우징본체(120)를 체결하는 체결부재(129)가 결합될 수 있게 삽입공(124)이 각각 관통 형성된다.
상기 하우징본체(120)에는 축방향으로 관통된 복수의 냉각수유로(126)가 구비된다. 상기 복수의 냉각수유로(126)는 상기 하우징본체(120)의 원주방향을 따라 서로 이격되게 형성된다. 상기 복수의 냉각수유로(126)는, 예를 들면, 제1유로(126a) 내지 제10유로(126j)를 구비한다. 본 실시예에서, 상기 복수의 냉각수유로가 상기 하우징본체(120)의 원주방향을 따라 이격된 10개로 구현된 경우를 예시하고 있으나, 이는 예시일 뿐이고, 냉각수유로의 개수는 적절히 조절될 수 있다.
상기 하우징(110)의 냉각수유로는 상기 제1하우징커버(141), 상기 하우징본체(120) 및 상기 제2하우징커버(171)를 경유하게 형성될 수 있다.
보다 구체적으로 예를 들면, 상기 하우징(110)의 냉각수유로는, 상기 냉각수가 상기 제1하우징커버(141), 상기 하우징본체(120), 상기 제2하우징커버(171), 상기 하우징본체(120) 및 상기 제1하우징커버(141)를 경유할 수 있게 구성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1하우징커버(141)는 대략 원반형상을 구비한다. 상기 제1하우징커버(141)는 상기 하우징본체(120)에 결합될 수 있게 복수의 체결부재결합부(143)가 형성된다. 상기 복수의 체결부재결합부(143)에는 상기 하우징본체(120)의 체결부(122)와 각각 연통될 수 있게 삽입공(144)이 각각 관통 형성된다.
상기 제1하우징커버(141)에는 상기 하우징본체(120)의 복수의 냉각수유로(126)와 연통될 수 있게 복수의 냉각수유로(150)가 각각 형성된다.
상기 제1하우징커버(141)는, 상기 냉각수순환부(270)와 연결되고 냉각수가 유입되는 냉각수유입부(151) 및 상기 냉각수순환부(270)와 연결되고 냉각수가 유출되는 냉각수유출부(153)를 구비한다. 상기 제1하우징커버(141)는, 상기 하우징본체(120)의 냉각수유로(126)를 서로 연통되게 연결하는 복수의 연결유로(152a,152b,152c,152d)를 구비한다. 상기 제1하우징커버(141)는, 예를 들면, 제1연결유로(152a) 내지 제4연결유로(152d)를 구비한다. 도 3을 참조하면, 상기 냉각수유입부(151)로부터 시계방향을 따라 상기 제1연결유로(152a) 내지 제4연결유로(152d)가 각각 형성된다. 상기 냉각수유입부(151)는 상기 하우징본체(120)의 제1유로(126a)와 연통된다. 상기 냉각수유출부(153)는 상기 하우징본체(120)의 제10유로(126j)와 연통된다.
상기 제1하우징커버(141)의 복수의 연결유로(152a,152b,152c,152d)는 상기 제1하우징커버(141)의 내면으로부터 두께방향(축방향)으로 함몰되고, 원주방향을 따라 연장되게 각각 형성된다. 보다 구체적으로 상기 제1하우징커버(141)의 제1연결유로(152a)는, 예를 들면, 상기 하우징본체(120)의 제2유로(126b) 및 제3유로(126c)를 연통되게 연결시키게 구성될 수 있다. 상기 제2연결유로(152b)는 상기 하우징본체(120)의 제4유로(126d) 및 상기 제5유로(126e)를 연통시키게 구성될 수 있다. 상기 제3연결유로(152c)는 상기 하우징본체(120)의 제6유로(126f) 및 제7유로(126g)를 연통시키게 구성될 수 있다. 상기 제4연결유로(152d)는 상기 하우징본체(120)의 제8유로(126h) 및 제9유로(126i)를 연통시키게 구성될 수 있다.
상기 냉각수유입부(151) 및 냉각수유출부(153)의 둘레에는 냉각수의 누설을 억제할 수 있게 실링부재(149)가 각각 구비된다. 상기 냉각수유입부(151) 및 상기 냉각수유출부(153)의 둘레의 실링부재(149)는 원형 고리 형상으로 각각 구현될 수 있다.
상기 제1하우징커버(141)의 제1연결유로(152a) 내지 제4연결유로(152d)의 둘레에는 냉각수의 누설이 억제될 수 있게 실링부재(149)가 각각 구비된다. 상기 제1연결유로(152a) 내지 제4연결유로(152d)의 각 실링부재(149)는 상기 제1연결유로(152a) 내지 제4연결유로(152d)를 감쌀수 있게 대략 원호 형상을 구비하게 각각 구성될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2하우징커버(171)는 대략 원반형상을 구비한다. 상기 제2하우징커버(171)에는 상기 하우징본체(120)와 체결되는 체결부재(129)가 삽입될 수 있게 복수의 체결부재삽입부(173)가 형성된다. 상기 제2하우징커버(171)의 체결부재삽입부(173)는 상기 하우징본체(120)의 체결부(122)와 각각 연통가능하게 형성된다.
상기 제2하우징커버(171)에는 상기 하우징본체(120)의 복수의 냉각수유로(126)를 연통시킬 수 있게 복수의 연결유로(180)가 형성된다. 상기 제2하우징커버(171)의 복수의 연결유로(180)는, 제1연결유로(182a) 내지 제5연결유로(182e)를 구비한다. 상기 제1연결유로(182a) 내지 제5연결유로(182e)는 상기 제2하우징커버(171)의 내면으로부터 함몰되고 원주방향을 따라 연장되게 구성된다. 상기 제2하우징커버(171)의 제1연결유로(182a)는, 예를 들면, 상기 하우징본체(120)의 제1유로(126a) 및 제2유로(126b)를 상호 연통시킬 수 있게 구성될 수 있다. 상기 제2하우징커버(171)의 제2연결유로(182b)는 상기 하우징본체(120)의 제3유로(126c) 및 제4유로(126d)를 연통시키게 구성된다. 상기 제2하우징커버(171)의 제3연결유로(182c)는 상기 하우징본체(120)의 제5유로(126e) 및 제6유로(126f)를 연통시킨다. 상기 제2하우징커버(171)의 제4연결유로(182d)는 상기 하우징본체(120)의 제7유로(126g) 및 제8유로(126h)를 연통시킨다. 상기 제2하우징커버(171)의 제5연결유로(182e)는 상기 하우징본체(120)의 제9유로(126i) 및 제10유로(126j)를 연통시킬 수 있게 구성될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 하우징(110)의 냉각수유로(125)가 상기 제1하우징커버(141), 상기 하우징본체(120) 및 상기 제2하우징커버(171)를 경유하게 구성된 경우를 예시하고 있으나, 이는 예시일 뿐이고, 상기 하우징(110)의 냉각수유로는 상기 하우징본체(120)에만 형성될 수도 있다. 또한, 상기 하우징(110)의 냉각수유로는, 상기 하우징본체(120), 그리고, 상기 제1하우징커버(141) 및 제2하우징커버(171) 중 어느 하나에 형성될 수도 있다.
상기 제2하우징커버(171)의 제1연결유로(182a) 내지 제5연결유로(182e) 각각의 둘레에는 냉각수의 누설을 억제할 수 있게 실링부재(179)가 각각 구비된다.
상기 제2하우징커버(171)에는 냉매(194)의 누설을 억제하는 실링부재(177)가 구비된다. 상기 제2하우징커버(171)의 실링부재(177)는 상기 제2하우징커버(171)의 테두리(원주)를 따라 배치되는 원형 고리형상으로 구현될 수 있다.
한편, 상기 하우징(110)의 내부에는 상기 냉매(194)를 펌핑하는 냉매펌프(195)가 구비된다. 상기 냉매펌프(195)는, 예를 들면, 상기 하우징(110)의 내부의 저부의 액체상태의 냉매(194)를 상기 하우징(110)의 내부 상부영역으로 펌핑할 수 있게 구성될 수 있다. 상기 냉매펌프(195)는 상기 하우징(110)의 내부 상부영역에 구비될 수 있다.
상기 냉매펌프(195)는, 예를 들면, 상기 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)에 상기 냉매(194)를 분사할 수 있게 구성될 수 있다. 상기 냉매펌프(195)는 복수 개로 구성될 수 있다. 상기 복수 개의 냉매펌프(195)는, 예를 들면, 상기 제1하우징커버(141) 및 제2하우징커버(171)의 내면에 구비될 수 있다. 상기 냉매펌프(195)는 상기 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)의 상부영역으로 상기 액체상태의 냉매(194)를 분사할 수 있다.
도 5는 도 1의 요부확대도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1하우징커버(141)에는 상기 냉매펌프(195)가 구비될 수 있다. 상기 냉매펌프(195)는, 예를 들면, 상기 하우징(110)의 내부의 저부의 액체 상태의 냉매(194)를 펌핑하여 상기 스테이터(210)를 향해 분사하게 구성될 수 있다. 상기 냉매펌프(195)는, 전원 인가 시 상기 액체 상태의 냉매(194)를 펌핑하는 냉매펌프본체(195a) 및 일 단부는 상기 냉매펌프본체(195a)에 연결되고 타 단부는 상기 하우징(110)의 내부 액체 상태의 냉매(194)에 잠기게 하향 연장되는 흡입관(195b)을 구비한다. 상기 냉매펌프(195)는 상기 액체 상태의 냉매(194)를 분사할 수 있게 형성되는 냉매노즐(195c)을 구비한다. 상기 냉매펌프본체(195a)의 유출측에는 상기 냉매노즐(195c)이 구비된다.
본 실시예의 회전전기기계(100)는 상기 하우징(110)의 내부의 온도를 감지하여 상기 하우징(110)의 저부의 냉매(194)가 상기 하우징(110)의 상부로 분사되게 구성될 수 있다.
상기 제1하우징커버(141)의 내면에는 상기 냉각수유입부(151), 상기 냉각수유출부(153) 및 상기 제1연결유로(152a) 내지 제4연결유로(152d)의 각 실링부재(149)가 일부 수용 결합될 수 있게 실링부재홈(148)이 각각 함몰 형성된다.
상기 제1하우징커버(141)의 내면에는 상기 하우징본체(120)와 사이 틈새로 냉매(194)의 누설을 억제하는 실링부재(147)가 일부 수용 결합될 수 있게 두께방향을 따라 함몰되고 원주방향을 따라 연장된 실링부재홈(146)이 형성된다.
도 6은 도 1의 제어블록도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 회전전기기계(100)는, 제어프로그램이 구비된 마이크로프로세서로 구현되는 제어부(310)를 구비하여 구성될 수 있다. 상기 제어부(310)는, 예를 들면, 상기 하우징(110)의 내부의 온도를 감지하여 감지온도가 설정온도에 도달하면 상기 하우징(110)의 저부의 액체상태의 냉매(194)를 상기 하우징(110)의 내부 상부영역으로 펌핑되게 상기 냉매펌프(195)를 제어할 수 있게 구성된다. 상기 제어부(310)에는 상기 하우징(110)의 내부 온도를 감지하는 온도감지부(315)가 통신 가능하게 연결된다. 상기 온도감지부(315)는, 예를 들면, 상기 하우징(110)의 내부 상부영역의 온도를 감지하게 구성될 수 있다. 상기 온도감지부(315)는, 예를 들면, 상기 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)의 상부영역의 온도를 감지하게 구성될 수 있다.
상기 제어부(310)에는 상기 냉매펌프(195)가 제어가능하게 연결된다. 상기 제어부(310)는, 예를 들면, 상기 온도감지부(315)에 의해 감지된 온도가 설정온도에 도달하면 상기 냉각수의 순환이 촉진될 수 있게 상기 냉각수순환펌프(276)의 회전수를 제어할 수 있게 구성될 수 있다. 상기 제어부(310)는 상기 냉각수의 순환을 촉진시키고자 할 경우 상기 냉각수순환펌프(276)의 회전수가 증가되게 상기 냉각수순환펌프(276)를 제어하게 구성될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 운전이 개시되고, 상기 스테이터코일(221)에 전원이 인가된다. 상기 로터(250)는, 상기 스테이터코일(221)에 의해 형성된 자계와 상기 로터(250)의 자계의 상호 작용으로 상기 회전축(251)을 중심으로 회전된다. 이 때, 상기 하우징(110)의 내부의 액체상태의 냉매(194) 중 일부는 상기 로터(250)에 의해 상기 스테이터(210) 및/또는 상기 하우징(110)의 내부로 비산될 수 있다.
운전이 계속되면 상기 하우징(110)의 내부는 온도가 상승하게 되며 상기 하우징(110)의 내부의 액체상태의 냉매(194)는 주위의 잠열을 흡수하여 증발된다. 이에 의해, 상기 하우징(110)의 내부가 냉각될 수 있다. 상기 하우징(110)의 내부의 냉매(194)는 상기 로터(250) 및 스테이터(210)와 접촉되고 상기 스테이터(210) 및 로터(250)로부터 잠열을 흡수하여 증발됨으로써, 상기 로터(250) 및 스테이터(210)의 냉각이 촉진될 수 있다. 증발된 냉매(194)는 상기 하우징(110)의 상측으로 이동하는 과정에서 상기 스테이터(210) 및 로터(250)와 접촉되어 상기 스테이터(210) 및 로터(250)를 냉각시킬 수 있다.
한편, 운전이 개시되면 상기 제어부(310)는 상기 하우징(110)의 냉각수유로(125)를 경유하여 냉각수가 순환될 수 있게 상기 냉각수순환펌프(276)가 구동되게 제어한다. 상기 냉각수순환펌프(276)에 의해 펌핑된 냉각수는 상기 제1하우징커버(141)의 냉각수유입부(151)를 통해 상기 하우징본체(120)의 제1유로(126a)로 유입된다. 상기 제1유로(126a)로 이동된 냉각수는 상기 제2하우징커버(171)의 제1연결유로(182a)를 따라 이동된 후 상기 제2유로(126b)로 이동된다. 상기 제2유로(126b)로 이동된 냉각수는 상기 제1하우징커버(141)의 제1연결유로(152a)를 따라 이동된 후 상기 하우징본체(120)의 제3유로(126c)로 이동된다. 이러한 방식으로 상기 냉각수는 상기 제1하우징커버(141), 상기 하우징본체(120) 및 상기 제2하우징커버(171)를 순차적으로 이동하여 상기 제10유로(126j)로 이동된다. 상기 제10유로(126j)를 경유한 냉각수는 상기 제1하우징커버(141)의 냉각수유출부(153)를 통해 상기 냉각수순환부(270)로 복귀한다.
상기 냉각수순환부(270)로 복귀한 냉각수는 상기 냉각수열교환기(274)에서 냉각되고 상기 냉각수순환펌프(276)에 의해 상기 하우징(110)의 냉각수유로(125)로 유입되는 과정을 반복하면서 상기 하우징(110)을 냉각시킨다.
상기 하우징(110)의 내부의 증발된 냉매(194)는 상기 하우징(110)과 접촉되어 응축온도 이하로 냉각됨으로써 응축되고, 응축된 냉매(194)는 상기 하우징(110)의 내부 저부로 이동되어 축적된다.
한편, 상기 제어부(310)는 상기 온도감지부(315)에 의해 감지된 상기 하우징(110)의 내부 온도와 설정온도를 비교하고, 상기 하우징(110)의 내부 온도가 상기 설정온도에 도달(또는 초과)하면 상기 냉매펌프(195)가 각각 구동되게 제어한다. 상기 냉매펌프(195)가 구동되면 상기 하우징(110)의 저부의 냉매(194)는 상기 흡입관(195b)을 통해 상기 냉매펌프본체(195a)로 이동된다. 상기 냉매펌프본체(195a)로부터 펌핑된 냉매(194)는 상기 냉매노즐(195c)을 통해 상기 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)으로 각각 분사될 수 있다. 상기 엔드턴(223)으로 분사된 냉매(194)는 주변의 잠열을 흡수하여 증발된다. 이에 의해, 상기 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)이 신속하게 냉각될 수 있다.
도 7은 도 1의 하우징의 변형례이고, 도 8은 도 1의 하우징의 다른 변형례이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 회전전기기계(100a)의 하우징(110a)은, 하우징본체(120) 및 하우징커버(140)를 구비한다. 상기 하우징본체(120)는 양 측이 개방된 원통 형상을 구비한다. 상기 하우징커버(140)는 상기 하우징본체(120)의 일 단에 결합되는 제1하우징커버(141) 및 타 단에 결합되는 제2하우징커버(171)를 구비한다.
상기 하우징(110a)은 표면적이 증가될 수 있게 요철부(115)를 구비하여 구성된다. 상기 요철부(115)는, 예를 들면, 상기 하우징본체(120)의 내면 및/또는 상기 하우징커버(140)의 내면에 형성될 수 있다. 이에 의해, 상기 하우징(110a)의 내부의 냉매(194)와 상기 하우징(110a)의 접촉면적이 증가될 수 있다. 또한, 상기 하우징(110a)의 내부의 열에너지가 상기 하우징(110a)을 경유하는 냉각수에 의해 외부로 더욱 신속하게 배출될 수 있다. 또한, 상기 하우징(110a)의 내부의 냉매(194)의 응축이 더욱 촉진될 수 있다.
상기 하우징본체(120)의 내면에는 상기 요철부(115)가 형성된다. 상기 요철부(115)는, 반경방향을 따라 함몰된 요부(116) 및 상기 하우징본체(120)의 중앙을 향해 돌출된 철부(117)를 구비하여 구성될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 하우징본체(120)의 내면에만 요철부(115)가 형성된 경우를 예시하고 있으나, 상기 하우징본체(120)의 내면 및 상기 하우징커버(140)의 내면에 모두 요철부가 형성될 수 있다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 하우징(110b)의 내면 및 외면에 모두에 요철부(115)가 형성될 수 있다. 상기 요철부(115)는, 상기 하우징(110b)의 내면에 형성되는 내부요철부(115a) 및 상기 하우징(110b)의 외면에 형성되는 외부요철부(115b)를 구비할 수 있다. 상기 내부요철부(115a) 및 외부요철부(115b)는 상기 하우징(110b)의 내면 및 외면으로부터 각각 함몰 형성되는 요부(116a,116b) 및 상기 하우징(110b)의 내면 및 외면으로부터 각각 돌출되는 철부(117a,117b)를 각각 구비하여 구성될 수 있다.
본 실시예의 하우징(110b)은, 상기 하우징(110b)과 상기 하우징(110b)의 내부의 냉매(194)의 열교환이 촉진될 뿐만 아니라, 상기 하우징(110b)과 상기 하우징(110b)의 외부의 공기의 열교환이 촉진될 수 있다. 이에 의해, 상기 하우징(110b)은 상기 냉각수유로(125)의 냉각수에 의해 냉각될 뿐만아니라 상기 외부요철부(115b)에 의해 외부 공기에 의해 냉각되므로 상기 하우징(110b)의 냉각(속도)이 더욱 촉진될 수 있다. 또한, 상기 내부요철부(115a)에 의해 상기 하우징(110b)과 상기 하우징(110b)의 내부의 냉매(194)의 열교환이 더욱 촉진됨으로써, 상기 하우징(110b)의 내부의 열에너지가 상기 하우징(110b)의 외부로 보다 신속하게 전달될 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전전기기계의 단면도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 회전전기기계(100b)는, 하우징(110), 스테이터(210), 로터(250) 및 냉매(194)를 구비한다.
상기 하우징(110)은, 내부에 양 측이 개방된 수용공간이 형성되는 하우징본체(120) 및 상기 하우징본체(120)의 개방 영역을 차단하는 하우징커버(140a)를 구비한다. 상기 하우징커버(140a)는, 상기 하우징본체(120)의 일 단에 결합되는 제1하우징커버(141a) 및 타 단에 결합되는 제2하우징커버(171a)를 구비한다.
상기 하우징(110)의 내부에는 스테이터(210)가 구비된다. 상기 스테이터(210)는, 스테이터코어(211) 및 상기 스테이터코어(211)에 권선되는 스테이터코일(221)을 구비한다.
상기 스테이터(210)의 내부에는 상기 로터(250)가 미리 설정된 공극(G)을 두고 회전 가능하게 수용된다. 상기 로터(250)는, 회전축(251), 로터코어(253) 및 영구자석(260)을 구비한다.
상기 하우징(110)의 내부에는 상변환 가능한 냉매(194)가 수용된다. 상기 냉매(194)는 액체상태의 냉매(194)가 상기 로터(250)의 외주면과 접촉 가능한 정도로 주입된다. 상기 하우징(110)의 내부의 냉매(194)는 주위의 잠열을 흡수하여 증발된다. 이에 의해, 상기 스테이터(210) 및 로터(250)가 냉각될 수 있다.
상기 하우징(110)에는 냉각수가 유동될 수 있게 냉각수유로(125)가 구비된다. 상기 하우징(110)은 상기 냉각수유로(125)를 따라 이동되는 냉각수에 의해 상기 냉매(194)의 응축온도 이하로 냉각될 수 있다. 이에 의해, 상기 하우징(110)의 내부의 기체상태의 냉매(194)가 냉각되어 응축될 수 있다. 상기 냉각수유로(125)는, 예를 들면, 상기 제1하우징커버(141a), 상기 하우징본체(120) 및 상기 제2하우징커버(171a)를 각각 경유할 수 있게 형성된다.
상기 하우징(110)에는 냉각수가 상기 하우징(110)의 냉각수유로(125)를 경유하여 순환될 수 있게 냉각수순환부(270)가 연결된다. 상기 냉각수순환부(270)는, 예를 들면, 상기 냉각수의 이동 경로를 형성하는 냉각수관(272) 및 상기 냉각수관(272)에 연결되어 상기 냉각수를 냉각시키는 냉각수열교환기(274)를 구비하여 구성될 수 있다. 상기 냉각수열교환기(274)의 일 측에는 공기의 이동을 촉진시키는 냉각팬(278)이 구비될 수 있다. 상기 냉각팬(278)은, 복수의 날개부를 구비한 팬부(278a) 및 전원 인가 시 상기 팬부(278a)를 회전구동시키는 구동모터(278b)를 구비한다.
상기 냉각수유로(125)는, 상기 하우징본체(120)에 축방향으로 관통된 복수의 냉각수유로(126)를 구비한다. 상기 하우징본체(120)의 복수의 냉각수유로(126)는, 예를 들면, 원주방향을 따라 이격된 제1유로(126a) 내지 제10유로(126j)를 구비할 수 있다.
상기 냉각수유로(125)는, 상기 하우징본체(120)의 제1유로(126a) 내지 제10유로(126j)를 연통되게 연결하는 복수의 연결유로(150,180)를 구비한다. 상기 복수의 연결유로(150,180)는 상기 제1하우징커버(141a) 및 제2하우징커버(171a)에 각각 형성될 수 있다.
한편, 상기 하우징커버(140a)에는 상기 냉각수가 수용되는 냉각수자켓(160,190)이 구비될 수 있다. 이에 의해, 상기 하우징커버(140a)의 냉각이 촉진될 수 있다. 또한, 상기 하우징커버(140a)와 상기 냉매(194)의 열교환량이 증대되어 상기 냉매(194)의 냉각이 촉진될 수 있다. 또한, 상기 하우징(110)의 내부의 기체상태의 냉매(194)의 응축이 촉진될 수 있다.
도 10은 도 9의 제1하우징커버의 단면도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제1하우징커버(141a)에는 내부에 상기 냉각수가 저장되는 냉각수자켓(160)이 구비된다. 상기 제1하우징커버(141a)의 냉각수자켓(160)은 상기 제1하우징커버(141a)의 중앙에 형성될 수 있다. 상기 제1하우징커버(141a)에는 냉각수가 유동할 수 있게 냉각수유로(150)가 형성된다. 상기 제1하우징커버(141a)의 냉각수유로(150)는 상기 하우징본체(120)의 복수의 냉각수유로(126)와 연통되는 복수의 연결유로(152a,152b,152c,152d)를 구비한다. 상기 제1하우징커버(141a)에는 상기 냉각수가 유입되는 냉각수유입부(151)가 구비된다. 상기 제1하우징커버(141a)에는 상기 냉각수가 유출되는 냉각수유출부(153)가 구비된다.
상기 복수의 연결유로(152a,152b,152c,152d)는 상기 제2유로(126b) 내지 제9유로(126i)를 연통시키는 제1연결유로(152a) 내지 제4연결유로(152d)를 구비한다. 상기 제1연결유로(152a) 내지 제4연결유로(152d)는 상기 제1하우징커버(141a)의 테두리에 근접하게 각각 형성된다. 상기 제1하우징커버(141a)의 제1연결유로(152a) 내지 제4연결유로(152d)의 내측에 상기 제1하우징커버(141a)의 냉각수자켓(160)이 형성된다.
상기 제1하우징커버(141a)의 냉각수자켓(160)은 일 측이 상기 냉각수유입부(151)와 연통되게 형성된다. 상기 제1하우징커버(141a)의 냉각수자켓(160)은 다른 일 측이 상기 하우징본체(120)의 제1유로(126a)와 연통될 수 있다. 상기 냉각수순환부(270)의 냉각수는 상기 냉각수유입부(151)를 통해 상기 제1하우징커버(141a)의 냉각수자켓(160)의 내부로 유입된다. 이에 의해, 상기 제1하우징커버(141a)의 표면 온도가 상기 냉매(194)의 응축온도 이하로 저하될 수 있다. 또한, 상기 제1하우징커버(141a)와 접촉된 상기 하우징(110)의 내부의 기체 상태의 냉매(194)의 응축이 촉진될 수 있다. 상기 제1하우징커버(141a)의 냉각수는 상기 제1하우징커버(141a)의 냉각수자켓(160)을 경유하여 상기 하우징본체(120)의 제1유로(126a)로 유입될 수 있다.
도 11은 도 9의 제2하우징커버의 단면도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제2하우징커버(171a)에는 내부에 상기 냉각수가 저장되는 냉각수자켓(190)이 구비된다. 상기 냉각수자켓(190)은 상기 제2하우징커버(171a)의 중앙영역에 형성될 수 있다. 이에 의해, 상기 제2하우징커버(171a)는 상기 냉각수자켓(190)의 내부의 냉각수에 의해 표면이 더욱 신속하게 냉각될 수 있다. 또한, 상기 하우징(110)의 내부의 냉매(194)와 상기 제2하우징커버(171a)의 열교환이 더욱 촉진될 수 있다. 또한, 상기 하우징(110)의 내부의 기체 상태의 냉매(194)가 상기 제2하우징커버(171a)와 접촉되어 응축온도 이하로 신속하게 냉각됨으로써 더욱 신속하게 응축될 수 있다.
상기 제2하우징커버(171a)에는 상기 하우징본체(120)의 복수의 냉각수유로(126)를 연결시키는 복수의 연결유로(180)가 구비된다. 상기 제2하우징커버(171a)의 복수의 연결유로(180)는 상기 제2하우징커버(171a)의 내면으로부터 두께방향을 따라 함몰되고 원주방향을 따라 연장되게 형성된다. 상기 복수의 연결유로(180)는, 제1연결유로(182b1) 내지 제4연결유로(182e1)를 구비하여 구성된다. 상기 제2하우징커버(171a)의 제1연결유로(182b1) 내지 제4연결유로(182e1)는 상기 제2하우징커버(171a)의 테두리에 근접하게 형성되고 원주방향을 따라 서로 이격되게 형성된다. 상기 제1연결유로(182b1) 내지 제4연결유로(182e1)는 원호 형상을 각각 구비한다. 상기 제2하우징커버(171a)의 냉각수자켓(190)은 상기 제2하우징커버(171a)의 제1연결유로(182b1) 내지 제4연결유로(182e1)의 내측에 형성된다.
상기 제2하우징커버(171a)의 냉각수자켓(190)은, 예를 들면, 상기 하우징본체(120)의 복수의 냉각수유로(126)와 연통되게 형성될 수 있다. 상기 제2하우징커버(171a)의 냉각수자켓(190)의 일 측은, 예를 들면, 상기 하우징본체(120)의 제1유로(126a)와 연통되게 구성될 수 있다. 상기 제2하우징커버(171a)의 냉각수자켓(190)은 다른 일 측이 상기 하우징본체(120)의 제2유로(126b)와 연통되게 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 제2하우징커버(171a)의 냉각수자켓(190)에는 상기 제1유로(126a)와 연통된 입구(182a1)를 통해 냉각수가 유입되고, 상기 제2유로(126b)와 연통된 출구(182a2)를 통해 냉각수가 유출될 수 있다.
상기 제2하우징커버(171a)의 제1연결유로(182b1)는, 예를 들면, 상기 하우징본체(120)의 제3유로(126c) 및 제4유로(126d)와 연통되게 구성될 수 있다. 이에 의해 상기 제3유로(126c)를 따라 이동된 냉각수는 상기 제1연결유로(182b1)를 따라 이동된 후 상기 제3유로(126c)로 이동된다.
상기 제2하우징커버(171a)의 제2연결유로(182c1)는 상기 하우징본체(120)의 제5유로(126e) 및 제6유로(126f)를 연통시키게 구성될 수 있다. 상기 제2하우징커버(171a)의 제3연결유로(182d1)는 상기 하우징본체(120)의 제7유로(126g) 및 제8유로(126h)를 연통시키게 구성될 수 있다. 상기 제2하우징커버(171a)의 제4연결유로(182e1)는 상기 하우징본체(120)의 제9유로(126i) 및 제10유로(126j)를 연통시키게 구성될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 운전이 개시되고, 상기 스테이터코일(221)에 전원이 인가되면 상기 로터(250)는 상기 스테이터(210)와 상호 작용에 의해 상기 회전축(251)을 중심으로 회전된다. 상기 하우징(110)의 내부는 상기 스테이터(210) 및 로터(250)의 발열 작용에 의해 내부 온도가 상승된다. 상기 하우징(110)의 내부의 냉매(194)는 주위의 잠열을 흡수하여 증발되고, 이에 의해 상기 하우징(110)의 내부가 냉각된다. 상기 하우징(110)의 내부에서 증발된 냉매(194)는 비중 차에 의해 상기 하우징(110)의 내부 상부영역으로 이동된다.
운전이 개시되면 상기 냉각수순환부(270)의 냉각수순환펌프(276)가 구동되어 냉각수가 상기 하우징(110)의 냉각수유로(125)를 경유하여 순환된다. 보다 구체적으로, 상기 냉각수관(272)을 따라 이동된 냉각수는 상기 제1하우징커버(141a)의 냉각수유입부(151)를 통해 상기 제1하우징커버(141a)의 냉각수자켓(160)의 내부로 유입된다.
상기 제1하우징커버(141a)의 냉각수자켓(160)을 경유한 냉각수는 상기 하우징본체(120)의 제1유로(126a)를 따라 이동된다. 상기 제1유로(126a)를 따라 이동된 냉각수는 상기 제2하우징커버(171a)의 입구(182a1)를 통해 상기 제2하우징커버(171a)의 냉각수자켓(190)의 내부로 유입된다.
상기 제2하우징커버(171a)의 냉각수자켓(190)을 경유한 냉각수는 출구(182a2)를 통해 상기 하우징본체(120)의 제2유로(126b)를 따라 이동된다. 상기 제2유로(126b)를 따라 이동된 냉각수는 상기 제1하우징커버(141a)의 제1연결유로(152a)를 통해 상기 하우징본체(120)의 제3유로(126c)로 이동된다. 상기 제3유로(126c)를 따라 이동된 냉각수는 상기 제2하우징커버(171a)의 제1연결유로(182b1)를 통해 제4유로(126d)로 이동된다. 이후 냉각수는 상기 제1하우징커버(141a), 상기 하우징본체(120) 및 상기 제2하우징커버(171a)를 순차적으로 경유한 후, 상기 하우징본체(120)의 제10유로(126j)로 유입된다.
상기 제10유로(126j)를 경유한 냉각수는 상기 제1하우징커버(141a)의 냉각수유출부(153)를 통해 상기 냉각수순환부(270)로 복귀된다. 상기 냉각수순환부(270)로 복귀된 냉각수는 상기 냉각수열교환기(274)를 경유하면서 냉각되고, 다시 상기 하우징(110)의 냉각수유로(125)를 따라 이동되는 과정을 반복하면서 상기 하우징(110)을 상기 냉매(194)의 응축온도 이하로 냉각시킨다.
한편, 상기 냉각수순환부(270)로부터 상기 하우징(110)의 냉각수유로(125)로 유입된 냉각수는 상기 제1하우징커버(141a), 상기 하우징본체(120) 및 상기 제2하우징커버(171a)를 각각 냉각시킨다. 이에 의해 상기 제1하우징커버(141a), 상기 하우징본체(120) 및 상기 제2하우징커버(171a)는 상기 냉매(194)의 응축온도 이하로 냉각될 수 있다. 상기 하우징(110)의 내면과 접촉된 기체상태의 냉매(194)는 상기 하우징(110)의 내면에 응결된다. 응결된 냉매(194)는 상기 하우징(110)의 내부 저부로 이동된다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전전기기계의 단면도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 회전전기기계(100c)는, 하우징(110), 스테이터(210), 로터(250) 및 냉매(194)를 구비한다.
상기 하우징(110)은, 내부에 양 측이 개방된 수용공간을 형성하는 하우징본체(120) 및 상기 하우징본체(120)의 개방 영역을 차단하는 제1하우징커버(141) 및 제2하우징커버(171)를 구비한다.
상기 스테이터(210)는, 상기 하우징(110)의 내부에 고정되는 스테이터코어(211) 및 상기 스테이터코어(211)에 권선되는 스테이터코일(221)을 구비한다. 상기 스테이터코어(211)의 내부에는 상기 로터(250)가 공극(G)을 두고 회전 가능하게 수용된다.
상기 로터(250)는, 회전축(251), 상기 회전축(251)에 결합되는 로터코어(253) 및 상기 로터코어(253)에 결합되는 영구자석(260)을 구비한다.
한편, 상기 하우징(110)의 내부에는 냉매(194)가 주입될 수 있다. 상기 냉매(194)는 상기 하우징(110)의 내부에서 증발가능하게 구성될 수 있다. 상기 냉매(194)는, 예를 들면, 상기 로터(250)의 정지 시, 액체상태의 냉매(194)가 상기 로터(250)와 접촉될 수 있는 유면 높이를 유지할 수 있게 주입될 수 있다.
상기 하우징(110)에는 상기 냉매(194)가 유입되는 유입부(131)가 구비될 수 있다. 상기 하우징(110)에는 내부의 냉매(194)가 유출되는 유출부(132)가 형성될 수 있다. 상기 유입부(131)는, 예를 들면, 상기 하우징(110)의 하부에 형성될 수 있다. 상기 유출부(132)는, 예를 들면, 상기 하우징(110)의 상부에 형성될 수 있다. 상기 유출부(132)는, 예를 들면, 상기 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)의 상측에 각각 형성될 수 있다. 이에 의해, 상기 하우징(110)의 내부에서 증발된 냉매(194)가 상기 유출부(132)로 이동되는 과정에서 상기 엔드턴(223)과 접촉이 증가되어 상기 엔드턴(223)의 냉각이 촉진될 수 있다. 상기 유입부(131)는 상기 하우징(110)의 저부 일 영역에 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 유출부(132)는 상기 하우징(110)의 상부에 형성되고, 상기 유입부(131)는 상기 하우징(110)의 저부에 형성된 경우를 예시하고 있지만, 이는 일 실시예일 뿐이고, 상기 유입부(131) 및 유출부(132)는 상기 하우징(110)의 다른 영역에 각각 형성될 수도 있다. 즉, 상기 유입부(131)가 상기 하우징(110)의 상부영역에 형성되고, 상기 유출부(132)가 상기 하우징(110)의 하부에 형성되게 구성될 수도 있다.
상기 하우징(110)에는 상기 냉매(194)가 상기 하우징(110)의 내부를 경유하여 순환될 수 있게 냉매순환부(350)가 연결될 수 있다. 상기 냉매순환부(350)는, 예를 들면, 냉매(194)의 이동 경로를 형성하는 냉매관(352) 및 상기 냉매관(352)에 연결되어 상기 냉매(194)가 방열되어 냉각되는 냉각기(354)를 구비할 수 있다. 상기 냉각기(354)는, 예를 들면, 냉각수와 열교환되게 구성될 수 있다.
상기 냉매순환부(350)는 상기 냉매관(352)에 연결되고 냉매(194)를 펌핑하는 냉매순환펌프(358)를 구비할 수 있다. 상기 냉매순환펌프(358)는 상기 냉각기(354)의 냉매(194)가 유출되는 유출측에 구비될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 냉매순환펌프(358)가 상기 냉각기(354)의 냉매(194)의 유출측에 구비되게 구성된 경우를 예시하고 있으나, 이는 예시일 뿐이고, 상기 냉매순환펌프(358)는 상기 냉각기(354)의 냉매(194)의 유입측에 구비되게 구성될 수도 있다.
상기 냉각기(354)는, 예를 들면, 상기 냉매(194)가 냉각수와 열교환되는 냉매열교환부(355) 및 내부에 냉각수가 수용되는 냉각수열교환부(356)를 구비하여 구성될 수 있다. 상기 냉각수열교환부(356)는, 예를 들면, 내부에 상기 냉매열교환부(355)가 수용되게 구성될 수 있다.
상기 냉각수열교환부(356)에는 냉각수가 상기 냉각수열교환부(356)를 경유하여 순환될 수 있게 냉각수순환부(270)가 연결될 수 있다. 상기 냉각수순환부(270)는, 예를 들면, 냉각수의 이동 경로를 형성하는 냉각수관(272) 및 상기 냉각수관(272)에 연결되어 상기 냉각수가 냉각되는 냉각수열교환기(274)를 구비하여 구성될 수 있다. 상기 냉각수열교환기(274)의 일 측에는, 공기의 이동을 촉진시키는 냉각팬(278)이 구비될 수 있다. 상기 냉각팬(278)은, 예를 들면, 복수의 날개부를 구비한 팬부(278a) 및 전원 인가 시 상기 팬부(278a)를 회전 구동시키는 구동모터(278b)를 구비하여 구성될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 운전이 개시되면 상기 로터(250)는 상기 스테이터(210)와 상호 작용하여 상기 회전축(251)을 중심으로 회전될 수 있다. 운전이 개시되면 상기 냉매순환펌프(358)가 구동되고 상기 하우징(110)의 내부를 경유하여 냉매(194)가 순환될 수 있다.
운전이 개시되면 상기 스테이터(210) 및 로터(250)의 발열작용으로 상기 하우징(110)의 내부 온도가 상승된다. 상기 하우징(110)의 내부의 온도가 상승되면 상기 냉매(194)의 증발 작용이 촉진될 수 있다. 이에 의해, 상기 하우징(110)의 내부가 냉각될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 하우징(110)의 내부로 유입된 냉매(194)는 주변의 잠열을 흡수하여 증발되고, 이에 의해 상기 스테이터(210) 및 로터(250)가 냉각된다. 이때, 상기 하우징(110)의 내부에서 증발된 기체 상태의 냉매(194)는 상기 스테이터코어(211), 상기 스테이터코일(221) 및 상기 로터(250)와의 접촉이 용이하므로 상기 스테이터코어(211), 상기 스테이터코일(221) 및 상기 로터(250)를 골고루 냉각시키게 된다. 상기 하우징(110)의 내부 상부로 이동된 증발된 냉매(194)는 상기 유출부(132)를 통해 상기 냉매순환부(350)로 이동된다. 상기 냉매순환부(350)로 이동된 냉매(194)는 상기 냉매열교환부(355)에서 상기 냉각수열교환부(356)의 냉각수와 열교환되어 냉각된다. 냉각된 냉매(194)는 상기 냉매순환펌프(358)에 의해 펌핑되어 상기 하우징(110)의 유입부(131)를 통해 상기 하우징(110)의 내부로 유입되는 과정을 반복하면서 상기 하우징(110)의 내부를 냉각시킨다.
상기 냉각수열교환부(356)에서 상기 냉매(194)와 열교환되어 온도가 상승된 냉각수는 상기 냉각수관(272)을 따라 상기 냉각수열교환기(274)로 이동된다. 상기 냉각수열교환기(274)로 이동된 냉각수는 방열되어 온도가 저하되어 냉각되고, 냉각된 냉각수는 상기 냉각수열교환부(356)로 이동되는 과정을 반복하면서 상기 냉매(194)를 냉각시킨다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전전기기계의 단면도이고, 도 14는 도 13의 응축기 및 과냉각기 영역의 단면도이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 회전전기기계(100d)는, 하우징(110), 스테이터(210), 로터(250) 및 응축기(370)를 구비한다.
상기 하우징(110)은, 내부에 수용공간이 형성된 하우징본체(120), 상기 하우징본체(120)의 일 단에 결합되는 제1하우징커버(141) 및 타 단에 결합되는 제2하우징커버(171)를 구비한다. 상기 하우징(110)은 바닥면에 대해 수평으로 배치된다.
상기 하우징(110)의 내부에는 스테이터(210) 및 로터(250)가 구비된다.
상기 스테이터(210)는, 상기 하우징본체(120)의 내부에 구비되는 스테이터코어(211) 및 상기 스테이터코어(211)에 권선되는 스테이터코일(221)을 구비한다.
상기 로터(250)는, 회전축(251), 상기 회전축(251)에 결합되는 로터코어(253) 및 상기 로터코어(253)에 결합되는 영구자석(260)을 구비한다. 상기 회전축(251)은 바닥면에 대해 수평으로 배치된다.
상기 하우징(110)은 내부에 밀폐된 공간이 형성된다. 상기 하우징(110)의 내부에는 냉매(194)가 주입된다. 상기 냉매(194)는 상기 하우징(110)의 내부에서 상변환되게 구성된다. 상기 냉매(194)는 상기 하우징(110)의 내부에서 잠열을 흡수하여 증발되게 구성된다. 상기 냉매(194)는 액체상태의 냉매(194)가 상기 로터(250)의 저부와 접촉될 수 있는 높이로 상기 하우징(110)의 내부에 충전될 수 있다.
한편, 상기 하우징(110)의 내부에는 응축기(370)가 구비된다. 상기 응축기(370)는 내부에 냉각수가 이동될 수 있게 구성된다. 상기 응축기(370)는, 예를 들면, 상기 하우징(110)의 내부 상부영역에 구비된다. 이에 의해, 상기 하우징(110)의 내부의 상부영역의 기체상태의 냉매(194)의 응축이 촉진될 수 있다. 상기 응축기(370)는, 예를 들면, 냉각수관(272)을 수회 절곡하여 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들면, 상기 응축기(370)는, 축방향으로 미리 설정된 길이로 형성되는 축방향구간(370a) 및 원주방향을 따라 배치되는 원주방향구간(370a)을 구비하여 구성된다. 상기 응축기(370)는 긴 길이를 가지는 냉각수관(272)을 축방향 및 원주방향을 따라 배치될 수 있게 수회 절곡하여 형성될 수 있다. 상기 응축기(370)는, 예를 들면, 상기 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)의 상측에 구비된다.
도 14에 도시된 바와 같이, 상기 응축기(370)는 원호 형상으로 구현될 수 있다. 상기 응축기(370)는 상기 하우징(110)의 내면과 상기 스테이터코일(221)의 엔드턴(223) 사이에 배치될 수 있다. 상기 응축기(370)는, 예를 들면, 2개로 구성되고, 상기 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)의 상측에 각각 구비될 수 있다. 이에 의해, 상기 하우징(110)의 내부 중 대류에 의해 상대적으로 온도가 높은 영역이 상기 응축기(370)에 의해 신속하게 냉각될 수 있다. 또한, 상기 응축기(370)에 의해 응축되어 낙하되는 액체상태의 냉매(194)에 의해 상기 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)이 다시 냉각됨으로써, 상대적으로 발열이 큰 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)을 보다 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
상기 하우징(110)의 내부에는 상기 하우징(110)의 내부 액체상태의 냉매(194)와 직접 접촉되는 과냉각기(390)가 구비된다. 상기 과냉각기(390)는 내부에 냉각수가 이동될 수 있게 구성된다. 상기 과냉각기(390)는, 예를 들면, 축방향을 따라 배치되는 축방향구간(390a) 및 원주방향을 따라 배치되는 원주방향구간(390b)을 구비하여 구성된다. 상기 과냉각기(390)의 내부의 냉각수의 온도는 상기 냉매(194)의 응축온도 보다 미리 설정된 온도차를 가지게 냉각 및 유지됨으로써, 상기 하우징(110)의 내부 액체상태의 냉매(194)는 그만큼 과냉각될 수 있다. 이에 의해, 상기 스테이터(210) 및 로터(250)는 상기 냉매(194)와 온도차에 의한 현열 냉각 및 상기 냉매(194)의 증발 시 잠열 흡수에 의한 잠열 냉각에 의해 보다 신속하게 냉각될 수 있다.
도 14를 참조하면, 상기 과냉각기(390)는 원호 형상으로 구현될 수 있다. 상기 과냉각기(390)는 상기 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)과 상기 하우징(110)의 내면 사이에 구비될 수 있다. 상기 과냉각기(390)는, 예를 들면, 2개로 구성될 수 있다. 상기 과냉각기(390)는, 예를 들면, 대부분이 상기 하우징(110)의 내부의 액체상태의 냉매(194)에 잠기게 구성될 수 있다.
상기 하우징(110)의 외부에는 냉각수가 상기 응축기(370) 및 과냉각기(390)를 경유하여 순환될 수 있게 냉각수순환부(270)가 구비된다. 상기 냉각수순환부(270)는, 냉각수의 이동경로를 형성하는 냉각수관(272) 및 상기 냉각수관(272)에 연결되고 상기 냉각수가 열교환되어 냉각되는 냉각수열교환기(274)를 구비한다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 상기 냉각수관(272)은 상기 하우징(110)을 관통하여 상기 응축기(370) 및 상기 과냉각기(390)에 각각 연결될 수 있다. 도면에는 구체적으로 도시하지 아니하였으나, 상기 하우징(110)에는 상기 냉각수관(272)이 인입 및 인출될 수 있게 인입부 및 인출부가 구비된다. 상기 인입부 및 인출부는 상기 하우징(110)의 내부의 냉매(194)의 누설이 억제될 수 있게 실링부재에 의해 기밀적으로 차단될 수 있게 각각 구성될 수 있다.
상기 응축기(370) 및 상기 과냉각기(390)는, 예를 들면, 서로 병렬로 연결될 수 있다. 이에 의해, 상기 응축기(370) 및 과냉각기(390)에는 거의 동일한 온도의 냉각수가 유입될 수 있다. 본 실시예에서, 상기
상기 냉각수순환부(270)는, 예를 들면, 상기 냉각수의 이동을 촉진시키는 냉각수순환펌프(276)를 구비하여 구성될 수 있다. 상기 냉각수열교환기(274)의 일 측에는 냉각팬(278)이 구비될 수 있다. 상기 냉각팬(278)은, 예를 들면, 복수의 날개부를 구비한 팬부(278a) 및 전원 인가 시 상기 팬부(278a)를 회전 구동시키는 구동모터(278b)를 구비한다.
이러한 구성에 의하여, 운전이 개시되면 상기 로터(250)는 상기 스테이터(210)와 상호 작용함으로써 상기 회전축(251)을 중심으로 회전된다. 상기 하우징(110)의 내부는 상기 스테이터(210) 및 로터(250)의 발열작용으로 온도가 상승된다. 상기 하우징(110)의 내부의 냉매(194)는 상기 하우징(110)의 내부로부터 잠열을 흡수하여 증발된다. 이에 의해, 상기 하우징(110)의 내부, 스테이터(210) 및 로터(250)가 신속하게 냉각될 수 있다. 또한, 상기 하우징(110)의 내부에서 증발된 기체상태의 냉매는 상기 스테이터(210) 및 로터(250)의 표면에 골고루 접촉될 수 있어 상기 스테이터(210) 및 로터(250)의 표면이 골고루 냉각될 수 있다.
운전이 개시되면 상기 냉각수순환펌프(276)가 구동되고 상기 냉각수순환펌프(276)에 의해 펌핑된 냉각수는 분기되어 상기 응축기(370) 및 과냉각기(390)로 각각 유입된다. 이에 의해, 상기 응축기(370)의 표면 및 상기 과냉각기(390)의 표면이 각각 냉각되고, 상기 응축기(370)의 표면에 접촉된 상부영역의 기체상태의 냉매(194)는 냉각되어 응결된다. 상기 응축기(370)와 접촉되어 응결된 냉매(194) 중 일부는 상기 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)과 접촉되어 상기 엔드턴(223)을 냉각시키고, 다른 일부는 상기 하우징(110)의 저부로 낙하된다. 상기 하우징(110)의 내부의 액체상태의 냉매(194)는 주변의 잠열을 흡수하여 증발하고, 증발된 냉매(194)는 상기 응축기(370)와 열교환되어 응축되고, 상기 과냉각기(390)에 의해 과냉각되는 과정을 반복하면서 상기 하우징(110)의 내부, 스테이터(210) 및 로터(250)를 냉각시킨다. 상기 응축기(370) 및 과냉각기(390)를 경유하면서 온도가 상승된 냉각수는 상기 냉각수관(272)을 따라 이동되고, 상기 냉각수열교환기(274)에서 냉각된 후 다시 상기 응축기(370) 및 과냉각기(390)를 유입되는 과정을 반복하면서 상기 냉매(194)의 온도를 저하시킨다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전전기기계의 단면도이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 회전전기기계(100e)는, 하우징(110), 스테이터(210), 로터(250), 응축기(370), 냉매(194) 및 냉매펌프(195)를 구비한다.
상기 하우징(110)은, 상기 하우징본체(120), 상기 하우징본체(120)의 일 단에 결합되는 제1하우징커버(141) 및 타 단에 결합되는 제2하우징커버(171)를 구비한다.
상기 하우징(110)의 내부에는 상기 스테이터(210) 및 로터(250)가 구비된다. 상기 스테이터(210)는, 스테이터코어(211) 및 상기 스테이터코어(211)에 권선되는 스테이터코일(221)을 구비한다. 상기 스테이터코일(221)은, 상기 스테이터코어(211)의 양 단부로부터 축방향을 따라 각각 돌출되는 엔드턴(223)을 각각 구비한다. 상기 로터(250)는, 회전축(251), 상기 회전축(251)에 결합되는 로터코어(253) 및 상기 로터코어(253)에 결합되는 영구자석(260)을 구비한다.
상기 하우징(110)은 내부에 밀폐된 수용공간을 형성한다. 상기 하우징(110)의 내부에는 상기 하우징(110)의 내부에서 증발가능한 냉매(194)가 주입된다. 상기 냉매(194)는 상기 하우징(110)의 내부에서 잠열을 흡수하여 증발되게 구성된다.
상기 하우징(110)의 내부에는 기체상태의 냉매(194)와 열교환되어 응축시키는 응축기(370)가 구비된다. 상기 응축기(370)는 상기 하우징(110)의 내부 상부영역에 구비된다. 상기 응축기(370)는, 예를 들면, 상기 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)과 상기 하우징(110) 사이에 배치될 수 있다. 이에 의해, 상기 엔드턴(223)이 효과적으로 냉각될 수 있다.
상기 하우징(110)의 내부에는 액체상태의 냉매(194)와 열교환가능한 과냉각기(390)가 구비된다. 이에 의해, 상기 하우징(110)의 내부 액체상태의 냉매(194)가 과냉각될 수 있다. 상기 과냉각기(390)는, 예를 들면, 적어도 일부가 상기 하우징(110)의 내부 액체상태의 냉매(194)에 잠기게 구성될 수 있다.
상기 응축기(370) 및 과냉각기(390)는 상호 직렬 연결되게 구성될 수 있다. 상기 응축기(370)와 상기 과냉각기(390)는 연결관(380)에 의해 상호 연통되게 연결될 수 있다. 여기서, 상기 응축기(370) 및 과냉각기(390)는 상기 과냉각기(390)를 경유한 냉각수가 상기 응축기(370)를 경유하게 구성될 수 있다.
한편, 상기 하우징(110)의 내부에는 상기 냉매(194)를 펌핑하는 냉매펌프(195)가 구비될 수 있다. 상기 냉매펌프(195)는, 예를 들면, 상기 하우징(110)의 내부 상부영역에 구비될 수 있다. 상기 냉매펌프(195)는, 예를 들면, 상기 제1하우징커버(141) 및 제2하우징커버(171)의 내면에 각각 배치될 수 있다. 상기 냉매펌프(195)는, 냉매펌프본체(195a), 상기 냉매펌프본체(195a)의 흡입측에 연결되는 흡입관(195b) 및 상기 냉매펌프본체(195a)의 토출측에 구비되는 냉매노즐(195c)을 가진다. 상기 흡입관(195b)은 상기 하우징(110)의 내부 액체상태의 냉매(194)에 잠길 수 있게 하향 연장된다. 상기 냉매노즐(195c)은 상기 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)에 냉매(194)를 분사할 수 있게 구성될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 운전이 개시되어 상기 스테이터(210)에 전원이 인가되면 상기 로터(250)는 상기 스테이터(210)와 상호 작용하여 상기 회전축(251)을 중심으로 회전된다. 상기 하우징(110)의 내부는 상기 스테이터(210) 및 로터(250)의 발열 작용으로 온도가 상승된다. 상기 하우징(110)의 내부의 온도가 상승되면 상기 하우징(110)의 내부의 액체상태의 냉매(194)는 주변의 잠열을 흡수하여 증발될 수 있다. 이에 의해, 상기 하우징(110)의 내부, 상기 스테이터(210) 및 상기 로터(250)가 각각 냉각될 수 있다.
운전이 개시되면 상기 냉각수순환펌프(276)가 구동되고, 냉각수는 상기 하우징(110)의 내부의 상기 과냉각기(390) 및 응축기(370)를 경유하여 순환된다. 상기 냉각수관(272)을 따라 이동된 냉각수는 상기 과냉각기(390)로 유입되고, 상기 과냉각기(390)의 내부로 유입된 냉각수는 상기 과냉각기(390)의 표면을 냉각시킨다. 상기 과냉각기(390)와 접촉된 냉매(194)(기체상태의 냉매(194) 및 액체상태의 냉매(194))는 더욱 냉각될 수 있다. 이에 의해, 상기 하우징(110)의 내부의 열에너지가 상기 과냉각기(390)의 내부의 냉각수로 전달될 수 있다. 상기 과냉각기(390)를 경유한 냉각수는 상기 응축기(370)로 유입될 수 있다.
상기 응축기(370)로 유입된 냉각수는 상기 응축기(370)의 표면을 냉각시키고, 상기 하우징(110)의 내부의 기체상태의 냉매(194)는 상기 응축기(370)와 접촉되어 응결된다. 이에 의해 상기 하우징(110)의 내부의 열에너지는 상기 응축기(370)의 내부의 냉각수로 전달되어 상기 하우징(110)의 외부로 유출될 수 있다. 상기 과냉각기(390) 및 상기 응축기(370)를 경유하여 온도가 각각 상승된 냉각수는 상기 냉각수열교환기(274)를 경유하면서 냉각되어 온도가 하강하게 된다. 온도가 저하된 냉각수는 다시 상기 과냉각기(390) 및 상기 응축기(370)를 차례로 경유하면서 상기 하우징(110)의 내부 열에너지를 흡수하는 과정을 반복하면서 상기 하우징(110)의 내부를 냉각시킨다.
한편, 운전이 개시되면 상기 냉매펌프(195)가 구동될 수 있다. 상기 냉매펌프(195)가 구동되면 상기 하우징(110)의 내부 저부의 액체상태의 냉매(194)는 상향 이동되고, 상기 냉매노즐(195c)에 의해 상기 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)으로 각각 분사될 수 있다. 상기 엔드턴(223)을 향해 분사된 냉매(194)는 주변의 잠열을 흡수하여 증발될 수 있다. 이에 의해, 상대적으로 발열량이 크고 냉각이 용이하지 아니한 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)이 신속하게 냉각될 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전전기기계의 단면도이고, 도 17은 도 16의 제1하우징커버의 내면을 도시한 도면이며, 도 18은 도 16의 좌측면도이다. 도 16에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 회전전기기계(100f)는, 하우징(110), 스테이터(210), 로터(250), 냉매(194) 및 응축기(370)를 구비한다.
상기 하우징(110)은 내부에 밀폐된 수용공간을 형성한다. 상기 하우징(110)은, 상기 하우징본체(120) 및 하우징커버(140b)를 구비한다. 상기 하우징커버(140b)는, 예를 들면, 상기 하우징본체(120)의 양 단에 각각 결합되는 제1하우징커버(141b) 및 제2하우징커버(171b)를 구비하여 구성된다. 상기 하우징(110)의 내부에는 상기 스테이터(210) 및 로터(250)가 구비된다. 상기 스테이터(210)는, 상기 스테이터코어(211) 및 상기 스테이터코어(211)에 권선되는 스테이터코일(221)을 구비한다. 상기 스테이터코일(221)은 상기 스테이터코어(211)의 양 단부에 돌출된 엔드턴(223)을 각각 구비한다.
상기 하우징(110)의 내부에는 냉매(194)가 구비된다. 상기 냉매(194)는, 상기 로터(250)의 정지시, 액체상태의 냉매(194)가 상기 로터(250)와 접촉될 수 있는 높이로 상기 하우징(110)의 내부에 주입된다.
한편, 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(110)의 내부에는 기체상태의 냉매(194)를 응축시키는 응축기(370)가 구비된다. 상기 응축기(370)는, 예를 들면, 상기 하우징커버(140b)에 구비될 수 있다. 상기 응축기(370)는 상기 하우징커버(140b)의 내면 상부영역에 구비될 수 있다. 상기 응축기(370)는, 상기 제1하우징커버(141b) 및 제2하우징커버(171b)에 각각 구비된다. 상기 응축기(370)는, 상기 로터(250)의 축방향을 따라 배치되는 축방향구간(370a) 및 상기 로터(250)의 원주방향을 따라 배치되는 원주방향구간(370b)을 구비하여 구성된다. 상기 응축기(370)는, 예를 들면, 대략 원호 형상으로 구성된다. 보다 구체적으로, 상기 응축기(370)는 상기 하우징본체(120)의 내경 또는 상기 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)의 외경 사이에 배치될 수 있는 곡률반경을 구비하게 중앙영역이 상측으로 볼록한 형상으로 구현될 수 있다. 상기 응축기(370)는, 예를 들면, 상기 하우징커버(140b)로부터 축방향을 따라 돌출되어 상기 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)과 상기 하우징(110) 사이에 각각 배치된다.
상기 하우징(110)의 내부에는 액체상태의 냉매(194)를 냉각시키는 과냉각기(390)가 구비된다. 상기 과냉각기(390)는 상기 하우징커버(140b)에 구비될 수 있다. 상기 과냉각기(390)는 상기 하우징커버(140b)의 내면 하부영역에 구비될 수 있다. 상기 과냉각기(390)는 상기 응축기(370)의 하측에 구비될 수 있다. 상기 과냉각기(390)는 상기 제1하우징커버(141b) 및 제2하우징커버(171b)에 각각 구비될 수 있다. 상기 과냉각기(390)는, 대략 상기 하우징본체(120)의 내경 또는 상기 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)의 외경 사이에 배치될 수 있게 원호 형상으로 구성될 수 있다. 상기 과냉각기(390)는, 상기 로터(250)의 축방향을 따라 배치되는 축방향구간(390a) 및 상기 로터(250)의 원주방향을 따라 배치되는 원주방향구간(390b을 구비하여 구성된다. 상기 과냉각기(390)는, 예를 들면, 상기 하우징커버(140b)의 내면으로부터 축방향을 따라 돌출되어 상기 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)과 상기 하우징(110) 사이에 각각 배치된다.
상기 하우징(110)의 일 측에는 냉각수가 순환되는 냉각수순환부(270)가 구비된다. 상기 냉각수순환부(270)는 상기 응축기(370) 및 과냉각기(390)와 연통되게 연결된다. 이에 의해, 상기 하우징(110)의 내부의 열에너지가 상기 응축기(370) 및 과냉각기(390)를 통해 흡수되어 상기 하우징(110)의 외부로 전달(방출)될 수 있다.
도 18에 도시된 바와 같이, 상기 응축기(370) 및 과냉각기(390)는 서로 병렬로 연결될 수 있다. 상기 냉각수순환부(270)는, 예를 들면, 냉각수의 이동경로를 형성하는 냉각수관(272) 및 상기 냉각수관(272)에 연결되고 냉각수가 냉각되는 냉각수열교환기(274)를 구비하여 구성된다. 상기 냉각수열교환기(274)의 일 측에는 상기 냉각수열교환기(274)와 접촉되는 공기의 이동을 촉진시키는 냉각팬(278)이 구비될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 제1하우징커버(141b) 및 제2하우징커버(171b)의 각 내면에 상기 응축기(370) 및 과냉각기(390)각 각각 결합될 수 있다. 상기 하우징본체(120)의 내부에 상기 스테이터(210)가 결합되고, 상기 하우징본체(120)에 상기 제1하우징커버(141b) 및 제2하우징커버(171b)가 각각 결합될 수 있다. 상기 하우징본체(120)에 상기 제1하우징커버(141b) 및 제2하우징커버(171b)가 각각 결합되면 상기 응축기(370)는 상기 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)의 상부영역과 상기 하우징본체(120)의 상부 영역 사이에 각각 배치된다. 또한, 상기 과냉각기(390)는 상기 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)의 하부영역과 상기 하우징본체(120)의 저부영역 사이에 각각 배치된다.
한편, 운전이 개시되면 상기 로터(250)는 상기 스테이터(210)와 상호 작용하여 상기 회전축(251)을 중심으로 회전된다. 상기 하우징(110)의 내부의 냉매(194)는 주변의 잠열을 흡수하여 증발된다. 이때, 상기 하우징(110)의 내부의 열에너지가 흡수됨으로써, 상기 스테이터(210) 및 로터(250)가 냉각될 수 있다. 증발된 냉매(194)는 상기 응축기(370)와 접촉되어 응결되고, 응결된 냉매(194)는 상기 하우징(110)의 내부 저부로 이동된다. 상기 하우징(110)의 내부의 저부의 액체상태의 냉매(194)는 상기 과냉각기(390)와 접촉되어 더욱 냉각될 수 있다.
상기 응축기(370) 및 과냉각기(390)의 내부의 냉각수는 상기 기체상태의 냉매(194) 및 상기 액체상태의 냉매(194)와 각각 열교환되어 열에너지를 흡수하여 온도가 상승된다. 온도가 상승된 냉각수는 상기 냉각수열교환기(274)로 이동되어 방열되어 냉각된다. 냉각된 냉각수는 다시 상기 응축기(370) 및 과냉각기(390)로 유입되어 상기 냉매(194)로부터 열에너지를 흡수하는 과정을 반복함으로써, 상기 하우징(110)의 내면을 상기 냉매(194)의 응축온도 이하로 냉각시킨다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전전기기계의 단면도이다. 도 19에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 회전전기기계(100g)는, 하우징(110), 스테이터(210), 로터(250) 및 냉매(194)를 구비하여 구성된다.
상기 하우징(110)은 내부에 밀폐된 수용공간을 형성한다. 상기 하우징(110)은, 적어도 일 측이 개방된 통 형상을 구비한 하우징본체(120); 및 상기 하우징본체(120)의 개방 영역을 차단하게 결합되는 하우징커버(140)를 구비한다. 상기 하우징본체(120)는, 예를 들면, 양 측이 개방된 원통 형상으로 구현될 수 있다. 상기 하우징커버(140)는, 예를 들면, 상기 하우징본체(120)의 일 단에 결합되는 제1하우징커버(141) 및 타 단에 결합되는 제2하우징커버(171)를 구비한다.
상기 하우징(110)의 내부에는 스테이터(210) 및 로터(250)가 각각 구비된다. 상기 스테이터(210)는, 예를 들면, 상기 하우징(110)의 내부에 고정된다. 상기 스테이터(210)는, 상기 하우징(110)의 내부에 고정되는 스테이터코어(211) 및 상기 스테이터코어(211)에 권선되는 스테이터코일(221)을 구비한다. 상기 스테이터코일(221)은, 상기 스테이터코어(211)의 양 단부에 축방향을 따라 돌출 형성되는 엔드턴(223)을 각각 구비한다.
상기 하우징(110)의 내부에는 냉매(194)가 주입된다. 상기 냉매(194)는 상기 하우징(110)의 내부에서 증발되게 구성된다. 상기 냉매(194)는 냉각수에 의해 냉각될 수 있게 구성된다. 보다 구체적으로, 상기 냉매(194)는 상기 하우징(110)의 내부에서 잠열을 흡수하여 증발되고, 상기 냉각수에 의해 응축온도 이하로 냉각되어 응축되게 구성될 수 있다.
한편, 상기 하우징(110)에는 상기 냉매(194)가 유입되는 유입부(131)가 형성될 수 있다. 상기 하우징(110)에는 상기 냉매(194)가 유출되는 유출부(132)가 형성될 수 있다. 상기 하우징(110)의 외부에는 상기 냉매(194)가 상기 하우징(110)을 경유하여 순환될 수 있게 냉매순환부(350)가 구비된다. 상기 유입부(131)는, 예를 들면, 상기 하우징(110)의 하부영역에 형성될 수 있다. 상기 유출부(132)는, 예를 들면, 상기 하우징(110)의 상부영역에 형성될 수 있다. 상기 유출부(132)는, 예를 들면, 상기 하우징(110)의 상부에 서로 이격되게 복수 개로 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 유입부(131)가 상기 하우징(110)의 저부에 형성되고 상기 유출부(132)가 상기 하우징(110)의 상부영역에 형성된 경우를 예시하고 있으나, 이는 예시일 뿐이고, 상기 유입부(131)가 상기 하우징(110)의 상부에 형성되고 상기 유출부(132)가 상기 하우징(110)의 저부에 형성될 수도 있다.
상기 냉매순환부(350)는, 예를 들면, 냉매(194)의 이동 경로를 형성하는 냉매관(352); 및 상기 냉매관(352)에 연결되어 상기 냉매(194)를 냉각시키는 냉각기(354)를 구비하여 구성된다. 상기 냉매순환부(350)는, 예를 들면, 상기 냉매관(352)에 연결되어 상기 냉매(194)의 순환을 촉진시키는 냉매순환펌프(358)를 구비하여 구성된다.
상기 냉각기(354)는, 예를 들면, 냉각수와 열교환되게 구성될 수 있다. 상기 냉각기(354)는, 예를 들면, 상기 냉매(194)가 열교환되는 냉매열교환부(355) 및 상기 냉매열교환부(355)와 상기 냉각수가 열교환되는 냉각수열교환부(356)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 냉각수열교환부(356)는 상기 냉각수가 상기 냉각수열교환부(356)를 경유하여 순환될 수 있게 냉각수순환부(270)에 연결될 수 있다. 상기 냉각수순환부(270)는, 예를 들면, 냉각수의 이동경로를 형성하는 냉각수관(272) 및 상기 냉각수관(272)에 연결되고 상기 냉각수가 냉각되는 냉각수열교환기(274)를 구비하여 구성될 수 있다. 상기 냉각수순환부(270)는, 예를 들면, 상기 냉각수의 순환을 촉진시키는 냉각수순환펌프(276)를 구비하여 구성된다. 상기 냉각수열교환기(274)의 일 측에는 상기 냉각수열교환기(274)와 접촉되는 공기의 이동을 촉진시키는 냉각팬(278)이 구비될 수 있다. 상기 냉각팬(278)은, 복수의 날개부를 구비한 팬부(278a) 및 전원 인가 시 상기 팬부(278a)를 회전구동시키는 구동모터(278b)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 하우징(110)의 내부에는 냉매(194)를 펌핑하는 냉매펌프(195)가 구비될 수 있다. 상기 냉매펌프(195)는, 예를 들면, 상기 하우징(110)의 내부 상부영역에 구비될 수 있다. 상기 냉매펌프(195)는, 예를 들면, 상기 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)에 냉매(194)를 분사할 수 있게 구성될 수 있다. 상기 냉매펌프(195)는, 예를 들면, 냉매펌프본체(195a), 상기 냉매펌프본체(195a)에 연결되고 냉매(194)를 흡입하는 흡입관(195b) 및 상기 냉매펌프본체(195a)에 연결되어 냉매(194)를 분사하는 냉매노즐(195c)을 구비하여 구성될 수 있다. 상기 흡입관(195b)은 상기 하우징(110)의 내부 액체상태의 냉매(194)에 잠기게 구성될 수 있다.
도 20은 도 19의 제어블록도이다. 도 20에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 회전전기기계(100g)는, 제어프로그램을 구비한 마이크로프로세서로 구현되는 제어부(310)를 구비하여 구성될 수 있다. 상기 제어부(310)는, 예를 들면, 상기 하우징(110)의 내부 온도를 감지하여 내부 온도가 설정온도에 도달 또는 초과할 경우, 상기 냉매(194)가 미리 설정된 영역에 분사될 수 있도록 제어할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 제어부(310)는, 예를 들면, 상기 하우징(110)의 내부 온도를 감지하여 상기 냉매(194)의 순환량이 조절될 수 있게 구성될 수 있다.
상기 제어부(310)는, 예를 들면, 상기 하우징(110)의 내부 온도를 감지하여 상기 냉각수의 순환량이 조절될 수 있게 구성될 수 있다.
상기 제어부(310)에는 상기 하우징(110)의 내부 온도를 감지하는 온도감지부(315)가 통신 가능하게 연결될 수 있다.
상기 제어부(310)는, 예를 들면, 상기 스테이터코일(221)의 온도를 감지할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 제어부(310)는, 예를 들면, 상기 하우징(110)의 내부 온도를 감지하여 상기 냉각수의 열교환량을 제어할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 제어부(310)에는 상기 냉매펌프(195)가 제어 가능하게 연결될 수 있다.
상기 제어부(310)는 상기 냉매펌프(195)의 회전수를 증대 또는 감소되게 제어할 수 있게 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 냉매펌프(195)에 의해 분사되는 냉매량이 제어될 수 있다.
상기 제어부(310)에는 상기 냉매순환펌프(358)가 제어 가능하게 연결될 수 있다.
상기 제어부(310)는 상기 냉매순환펌프(358)의 회전수를 증대 또는 감소되게 제어할 수 있게 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 냉매의 순환량이 조절될 수 있다.
상기 제어부(310)에는 상기 냉각수순환펌프(276)가 제어가능하게 연결될 수 있다.
상기 제어부(310)는 상기 냉각수순환펌프(276)의 회전수를 증대 또는 감소시킬 수 있게 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 냉각수열교환부(356)를 경유하여 순환하는 냉각수의 유량이 제어될 수 있다.
상기 제어부(310)에는 냉각팬(278)이 제어가능하게 연결될 수 있다.
상기 제어부(310)는 상기 냉각팬(278)의 회전수를 증대 또는 감소되게 제어하게 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 냉각수열교환기(274)를 경유하는 냉각수의 열교환량이 제어될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 운전이 개시되면 상기 스테이터(210)와 상기 로터(250)의 상호 작용에 의해 상기 로터(250)는 회전축(251)을 중심으로 회전된다. 운전이 개시되면 상기 스테이터(210) 및 로터(250)의 발열작용으로 상기 하우징(110)의 내부의 온도가 상승된다. 상기 하우징(110)의 내부의 온도가 상승되면 상기 하우징(110)의 내부 액체상태의 냉매(194)의 증발이 촉진된다. 상기 하우징(110)의 내부에서 잠열을 흡수한 냉매(194)는 증발되고 상기 하우징(110)의 내부 상영역으로 이동될 수 있다. 이에 의해, 상기 하우징(110)의 내부가 냉각될 수 있다.
운전이 개시되면 상기 제어부(310)는 상기 냉매(194)가 순환되게 상기 냉매순환펌프(358)를 제어할 수 있다. 상기 냉매순환펌프(358)가 구동되면 상기 하우징(110)의 유출부(132)를 통해 상기 하우징(110)의 내부의 기체상태의 냉매(194)가 상기 하우징(110)의 외부로 유출되고, 상기 냉매관(352)을 따라 상기 냉각기(354)로 이동될 수 있다. 상기 냉각기(354)의 냉매열교환부(355)로 이동된 냉매(194)는 상기 냉각기(354)의 냉각수열교환부(356)의 냉각수와 열교환되어 냉각될 수 있다. 상기 냉매열교환부(355)에서 냉각된 냉매(194)는 상기 유입부(131)를 통해 상기 하우징(110)의 내부로 유입될 수 있다.
운전이 개시되면 상기 제어부(310)는 상기 냉각수가 순환되게 상기 냉각수순환펌프(276)를 제어할 수 있다. 상기 냉각수순환펌프(276)가 구동되면 상기 냉각수는 상기 냉각수열교환기(274)를 경유하여 냉각될 수 있다. 상기 제어부(310)는 상기 냉각팬(278)이 구동되게 제어할 수 있다. 상기 냉각수열교환기(274)에서 냉각수는 방열되어 온도가 하강되고, 온도가 저하된 냉각수는 상기 냉각수열교환부(356)로 이동될 수 있다.
한편, 상기 제어부(310)는 상기 온도감지부(315)를 통해 상기 하우징(110)의 내부 온도를 감지할 수 있다. 상기 제어부(310)는 감지된 상기 하우징(110)의 내부 온도(예를 들면, 상기 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)의 온도)가 미리 설정된 온도에 도달(또는 초과)하면, 상기 냉매펌프(195)가 구동되게 제어할 수 있다. 상기 냉매펌프(195)가 구동되면 상기 흡입관(195b)을 통해 상기 하우징(110)의 내부 액체상태의 냉매(194)가 흡입되고, 상기 냉매노즐(195c)을 통해 상기 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)으로 냉매(194)가 분사될 수 있다. 상기 냉매노즐(195c)을 통해 분사된 냉매(194)는 상기 엔드턴(223) 및/또는 주변의 잠열을 흡수하여 증발될 수 있다. 이에 의해, 상기 스테이터코일(221)의 엔드턴(223)의 냉각이 촉진될 수 있다.
상기 하우징(110)의 내부의 냉매(194) 중 비중이 상대적으로 작은 냉매(194)는 상기 하우징(110)의 상부영역으로 이동되고, 비중이 상대적으로 큰 냉매(194)는 상기 하우징(110)의 내부 저부영역으로 이동될 수 있다. 상기 하우징(110)의 내부에서 열에너지를 흡수하여 온도가 상승된 냉매(194)는 상기 유출부(132)를 통해 상기 하우징(110)의 외부로 유출됨으로써, 상기 하우징(110)의 내부의 열에너지가 상기 하우징(110)의 외부로 이동될 수 있다. 또한, 상기 냉각기(354)에 의해 냉각되어 온도가 하강된 냉매(194)는 상기 유입부(131)를 통해 상기 하우징(110)의 내부로 유입됨으로써 상기 하우징(110)의 내부에서 더 많은 열에너지를 흡수할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 그 사상 또는 본질적인 특징에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 실시될 수 있으므로, 위에서 설명된 실시예는 그 상세한 설명의 내용에 의해 제한되지 않아야 한다.
또한, 앞서 기술한 상세한 설명에서 일일이 나열되지 않은 실시예라 하더라도 첨부된 특허청구범위에서 정의된 그 기술 사상의 범위 내에서 넓게 해석되어야 할 것이다. 그리고, 상기 특허청구범위의 기술적 범위와 그 균등범위 내에 포함되는 모든 변경 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 포섭되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 적어도 일 측이 개방된 수용공간을 형성하는 하우징본체 및 상기 하우징본체의 개방영역을 차단하게 결합되는 하우징커버;를 구비하는 하우징;
    상기 하우징의 내부에 수용되는 스테이터코어 및 상기 스테이터코어에 권선되는 스테이터코일을 구비한 스테이터;
    상기 하우징의 내부에 상기 스테이터에 대해 회전가능하게 배치되는 로터; 및
    상기 하우징의 내부에서 증발되고, 상기 스테이터 및 상기 로터와 직접 접촉되는 냉매;를 포함하는 회전전기기계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징에는, 상기 냉매가 유입되는 유입부; 및 유출되는 유출부가 구비되고,
    상기 유입부 및 유출부에는 상기 냉매가 상기 하우징의 내부를 경유하여 순환되는 냉매순환부;가 연결되는 회전전기기계.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉매순환부는, 상기 냉매의 순환 경로를 형성하는 냉매관; 및 상기 냉매관에 연결되고 상기 냉매가 냉각되는 냉각기;를 구비하는 회전전기기계.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 냉각기는 냉각수와 열교환 가능하게 형성되는 회전전기기계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 내면은 상기 냉매의 응축온도 이하로 냉각되고,
    상기 하우징의 내부의 기체상태의 냉매는 상기 하우징과 열교환되어 응축되는 회전전기기계.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하우징에는 냉각수가 유동될 수 있게 냉각수유로가 구비되는 회전전기기계.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 냉각수유로는 상기 하우징본체를 경유하게 형성되는 회전전기기계.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 냉각수유로는, 상기 하우징커버 및 상기 하우징본체를 경유하게 형성되는 회전전기기계.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하우징커버에는 상기 냉각수가 수용되는 냉각수자켓이 구비되는 회전전기기계.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 내부의 액상의 냉매를 펌핑하는 냉매펌프를 더 포함하는 회전전기기계.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 냉매펌프는 상기 냉매를 분사하는 냉매노즐을 구비하고, 상기 냉매노즐은 상기 냉매를 상기 스테이터코일의 엔드턴을 향해 분사하는 회전전기기계.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 하우징의 내부의 온도를 감지하는 온도감지부; 및
    상기 온도감지부의 감지결과에 기초하여 상기 냉매펌프를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 회전전기기계.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 하우징본체의 내면 또는 상기 하우징커버의 내면에는 표면적이 증가될 수 있게 요철부가 구비되는 회전전기기계.
  14. 제1항에 있어서,
    내부에 냉각수가 유동되고, 상기 하우징의 내부에 상기 냉매와 직접 접촉되게 배치되는 응축기;를 더 포함하는 회전전기기계.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 응축기는 상기 스테이터코일의 엔드턴의 상측에 배치되는 회전전기기계.
  16. 제14항에 있어서,
    내부에 냉각수가 유동되고, 상기 하우징의 내부의 액상의 냉매와 직접 접촉되게 배치되는 과냉각기;를 더 포함하는 회전전기기계.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 응축기 및 상기 과냉각기는 냉각수가 순환될 수 있게 냉각수순환부에 연결되는 회전전기기계.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 응축기 및 상기 과냉각기는 서로 병렬로 연결되게 구성되는 회전전기기계.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 응축기 및 상기 과냉각기는 서로 직렬로 연결되게 구성되는 회전전기기계.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 응축기 및 상기 과냉각기는 상기 하우징커버에 구비되는 회전전기기계.
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