KR20220062293A

KR20220062293A - 최적화된 중간단 유동 유입구를 갖는 압축기

Info

Publication number: KR20220062293A
Application number: KR1020227008298A
Authority: KR
Inventors: 플로린 이안쿠
Original assignee: 존슨 컨트롤즈 타이코 아이피 홀딩스 엘엘피
Priority date: 2019-08-12
Filing date: 2020-08-11
Publication date: 2022-05-16
Also published as: US20220333602A1; JP2022545374A; EP4013966A1; WO2021030319A1; CN114375370A; JP2024023518A

Abstract

압축기가 제공된다. 압축기는 제1 임펠러 어셈블리 및 제1 디퓨저 어셈블리를 갖는 제1 단부, 제2 임펠러 어셈블리 및 제2 디퓨저 어셈블리를 갖는 제2 단부, 및 제1 단부 및 제2 단부 사이에 위치하는 중간단부를 포함한다. 상기 중간단부는 유도 베인 어셈블리, 상기 유도 베인 어셈블리를 둘러싸는 콜렉터 통로, 및 상기 콜렉터 통로를 상기 유도 베인 어셈블리에 유체적으로 결합시키는 원주방향 삽입 슬롯을 포함한다.

Description

최적화된 중간단 유동 유입구를 갖는 압축기

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2019년 8월 12일 출원된 미국 가특허출원 제62/885,563호에 대한 이익과 우선권을 주장하며, 그 전체 개시는 본 명세서에 참조로 포함된다.

기술 분야

건물에는 난방(heating), 환기(ventilation) 및 공조(air conditioning)(HVAC) 시스템이 포함될 수 있다.

적어도 하나의 양태는 압축기에 관한 것이다. 압축기는 제1 임펠러(impeller) 어셈블리(assembly) 및 제1 디퓨저(diffuser) 어셈블리를 갖는 제1 단부(first stage portion), 제2 임펠러 어셈블리 및 제2 디퓨저 어셈블리를 갖는 제2 단부(second stage portion), 및 제1 단부 및 제2 단부 사이에 위치된 중간단부(interstage portion)를 포함할 수 있다. 중간단부는 유도 베인(directing vane) 어셈블리, 유도 베인 어셈블리를 둘러싸는 콜렉터 통로(collector passage), 및 콜렉터 통로를 유도 베인 어셈블리와 유체적으로 결합시키는 원주방향 삽입 슬롯(circumferential insertion slot)을 포함할 수 있다.

도 1은 일부 실시예에 따른, 칠러(chiller) 어셈블리의 사시도이다.
도 2는 일부 실시예에 따른, 도 1의 칠러 어셈블리의 측면 입면도이다.
도 3은 일부 실시예에 따른, 도 1의 칠러 어셈블리와 함께 사용될 수 있는 다단(multistage) 압축기의 사시도이다.
도 4는 일부 실시예에 따른, 도 3의 다단 압축기의 평면 입면도이다.
도 5는 일부 실시예에 따른, 도 3의 다단 압축기의 측면 단면도이다.
도 6a 내지 도 6d는 일부 실시예에 따른, 도 3의 다단 압축기의 추가 측면 단면도들이다.
도 7은 일부 실시예에 따른, 도 3의 다단 압축기와 함께 이용될 수 있는 유도 베인 어셈블리의 사시도이다.
도 8은 일부 실시예에 따른, 도 7의 유도 밸브 어셈블리의 전방 단면도이다.
도 9는 일부 실시예에 따른, 도 3의 다단 압축기에서 사용될 수 있는 중간단 복귀 채널 어셈블리(interstage return channel assembly)의 다른 실시예의 사시 단면도이다.
도 10은 일부 실시예에 따른, 도 3의 다단 압축기의 원주방향 압력 분포 시험 데이터를 묘사하는 플롯이다.

일반적으로 도면들을 참조하여, 최적화된 중간단 유동 유입구를 갖는 다단 원심 압축기를 갖는 칠러 어셈블리가 도시된다. 원심 압축기는 칠러와 같이 압축될 유체를 필요로 하는 다양한 디바이스에서 유용하다. 이러한 압축에 영향을 주기 위해, 원심 압축기는 각운동량을 유체에서 정압 상승으로 변환하기 위해 회전 컴포넌트를 이용한다.

1단 원심 압축기는 4개의 메인 컴포넌트를 포함할 수 있다: 유입구, 임펠러, 디퓨저, 및 컬렉터 또는 볼류트(volute). 유입구는 유체(예를 들어, 냉매)를 압축기 내로 끌어들여 유체를 임펠러로 전달하는 간단한 파이프를 포함할 수 있다. 임펠러는 임펠러의 중심(임펠러의 눈으로도 알려짐)으로부터 임펠러의 외부 원주방향 엣지(outer circumferential edges)(임펠러의 팁(tip)으로도 알려짐)로 이동할 때 유체의 에너지를 점진적으로 상승시키는 회전하는 베인 세트이다. 유체 경로 내의 임펠러의 하류는 유체를 감속시키도록 작용하여 유체의 운동 에너지를 정압 에너지로 변환하는 디퓨저 메커니즘이다. 디퓨저를 빠져나갈 때, 유체는 콜렉터 또는 볼류트로 들어가고, 여기서 컬렉터 또는 볼류트의 형상으로 인해, 운동 에너지의 정압으로의 추가 변환이 발생한다.

다단 원심 압축기는 다수의 유입구, 임펠러 및 디퓨저를 포함할 수 있다. 다단 압축기는, 1단 압축기와 비교하여, 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 더 높은 전체 압력비, 및 이코노마이저(economizer)의 존재로 인해 더 나은 냉동 사이클 성능을 달성할 수 있다. 2단 원심(two stage centrifugal) 압축기는 다음과 같이 작동할 수 있다: 유체의 메인 유동은 제1 유입구, 임펠러 및 디퓨저 어셈블리를 통해 유동할 수 있다. 제1 디퓨저 어셈블리를 빠져나올 때, 유체의 메인 유동은 제2 유입구를 통해 압축기로 들어가는 유체의 제2 유동과 조합할 수 있다. 조합된 메인 유동과 2차 유동은 그 후, 컬렉터 또는 볼류트를 통해 압축기를 빠져나가기 전에, 제2 임펠러 및 디퓨저 어셈블리를 통해 이동한다. 복귀 채널의 상부에서 2차 유동을 덤프(dumping)하거나 메인 유동의 개별 지점(이들 모두는 메인 유체 유동에 공기역학적으로 방해(disruptive)됨)에 이를 주입하기 보다는, 본 개시의 실시예는 2차 유동 유입구에 유체적으로 결합된 콜렉터 캐비티(collector cavity)를 포함한다. 콜렉터 캐비티는 2차 유동이 메인 유동 경로에 삽입되기 전에 균일하게 분배되도록 하여, 향상된 압축기 성능을 초래한다.

이제 도 1 내지 도 2를 참조하면, 칠러 어셈블리(100)의 예시적인 구현이 묘사된다. 칠러 어셈블리(100)는 모터(104), 응축기(106) 및 증발기(108)에 의해 구동되는 압축기(102)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 냉매는 증기 압축 사이클에서 칠러 어셈블리(100)를 통해 순환된다. 칠러 어셈블리(100)는 또한 칠러 어셈블리(100) 내의 증기 압축 사이클의 작동을 제어하기 위한 제어 패널(114)을 포함할 수 있다.

모터(104)는 가변 속도 드라이브(variable speed drive)(VSD)(110)에 의해 구동 될 수 있다. VSD(110)는 AC 전원(미도시)로부터 특정 고정 라인 전압 및 고정 라인 주파수를 갖는 교류(AC) 전력을 수신하고, 모터(104)에 가변 전압 및 주파수를 갖는 전력을 제공한다. 모터(104)는 VSD(110)에 의해 구동 될 수 있는 임의의 유형의 전기 모터일 수 있다. 예를 들어, 모터(104)는 고속 유도 모터일 수 있다. 압축기(102)는 흡입 라인(112)을 통해 증발기(108)로부터의 냉매 증기를 압축하고 배출 라인(124)을 통해 응축기(106)에 냉매 증기를 전달하도록 모터(104)에 의해 구동된다. 압축기(102)는 원심 압축기, 스크류 압축기, 스크롤 압축기, 터빈 압축기, 또는 임의의 다른 유형의 적합한 압축기일 수 있다. 본 명세서에서 고려되는 각각의 실시예에서, 압축기(102)는 다단 원심 압축기이다.

증발기(108)는 내부 튜브 번들(미도시), 공급 라인(120) 및 내부 튜브 번들에 공정 유체를 공급 및 제거하기 위한 복귀 라인(122)을 포함한다. 공급 라인(120) 및 복귀 라인(122)은 공정 유체를 순환시키는 도관들을 통해 HVAC 시스템 내의 컴포넌트(예를 들어, 공기 핸들러)와 유체 연통될 수 있다. 공정 유체는 건물을 냉각하기 위한 냉각된 액체이고, 물, 에틸렌 글리콜, 염화칼슘 염수, 염화나트륨 염수, 또는 임의의 다른 적합한 액체일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 증발기(108)는 공정 유체가 증발기(108)의 튜브 번들을 통과하고 냉매와 열을 교환함에 따라 공정 유체의 온도를 낮추도록 구성된다. 냉매 증기는 증발기(108)로 전달된 냉매 액체가 공정 유체와 열을 교환하고 냉매 증기로 상 변화를 겪음으로써 증발기(108)에서 형성된다.

압축기(102)에 의해 응축기(106)로 전달된 냉매 증기는 유체에 열을 전달한다. 냉매 증기는 유체와의 열 전달의 결과로서 응축기(106)에서 냉매 액체로 응축된다. 응축기(106)로부터의 냉매 액체는 팽창 디바이스를 통해 유동하고 증발기(108)로 복귀되어 칠러 어셈블리(100)의 냉매 사이클을 완성한다. 응축기(106)는 응축기(106)와 HVAC 시스템의 외부 컴포넌트(예를 들어, 냉각 타워) 사이에서 유체를 순환시키기 위한 공급 라인(116) 및 복귀 라인(118)을 포함한다. 복귀 라인(118)을 통해 응축기(106)에 공급된 유체는 응축기(106) 내의 냉매와 열을 교환하고 공급 라인(116)을 통해 응축기(106)로부터 제거되어 사이클을 완성한다. 응축기(106)를 통해 순환하는 유체는 물 또는 임의의 다른 적합한 액체일 수 있다.

냉매는 예를 들어 400 kPa 미만 또는 대략 58 psi의 작동 압력을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 냉매는 R1233zd이다. R1233zd는 상업용 칠러 어셈블리에서 사용되는 다른 냉매에 비해 낮은 GWP(Global Warming Potential)를 갖는 불연성 불소화 가스(non-flammable fluorinated gas)이다. GWP는 1t의 이산화탄소 배출량에 비해 1t의 가스 배출량이 주어진 기간에 걸쳐 얼마나 많은 에너지를 흡수할 것인지를 정량화하여 다른 가스의 지구 온난화 영향을 비교하도록 개발된 메트릭이다.

이제 도 3 및 도 4를 참조하면, 일부 실시예에 따른 다단 압축기(102)의 사시도 및 평면 입면도가 각각 묘사된다. 다단 압축기(102)는 메인 유입구 통로 하우징(305), 2차 유입구 콜렉터 하우징(310), 전이 영역 하우징(315), 및 볼류트 출구 하우징(320)을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다수의 구조적 컴포넌트를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 메인 유입구 통로 하우징(305), 2차 유입구 콜렉터 하우징(310), 전이 영역 하우징(315), 및 볼류트 출구 하우징(320)의 결합은 임의의 적합한 방법(예를 들어, 기계적 체결구, 용접)을 사용하여 달성될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 하나 이상의 하우징 컴포넌트들(305-320)은 서로 비분리가능(inseparably)하게 또는 분리가능하게 결합되는 하나 이상의 서브컴포넌트들로부터 제조될 수 있다.

메인 유입구 통로 하우징(305)은 증발기(예를 들어, 증발기(108))로부터 다단 압축기(102)로 냉매 증기의 메인 공급을 전달하는 흡입 유입구 파이프(예를 들어, 흡입 라인(112))에 결합되는 유입구(325)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 유입구(325)는 다수의 유동 유도 베인을 갖는 유동 직선화 컴포넌트(미도시)를 포함하거나 이에 결합된다. 유동 직선화 컴포넌트는 제1단 임펠러 유입구에서의 축방향 유동을 보장하도록 메인 유입구 통로 하우징(305) 내에 위치된 제1단 임펠러(도 5 및 도 6을 참조하여 이하에서 더 상세히 설명됨)의 상류에 위치될 수 있고, 이에 의해 압축기(102)의 성능을 증가시킨다.

메인 유입구 통로 하우징(305)은 2차 유입구 콜렉터 하우징(310)에 결합된 것으로 도시되어 있다. 2차 유입구 콜렉터 하우징(310)은 이코노마이저(미도시)에 결합되어 다단 압축기(102)에 냉매 증기의 2차 공급을 전달하는 유입구(330)를 포함할 수 있다. 이코노마이저는 증가된 용량, 효율 및 성능 계수(coefficient of performance)(COP)를 칠러 어셈블리(100)에 제공할 수 있는 일종의 서브-냉각기(sub-cooler)이다. 이코노마이저 회로는 플래시 탱크, 응축기(예를 들어, 응축기(106)) 또는 응축기의 하류의 메인 냉매 라인에 연결된 플래시 탱크로의 유입구 라인, 유입구 라인 내에 내장된 팽창 디바이스, 팽창 디바이스의 상류의 메인 냉매 라인에 연결된 플래시 탱크로부터의 제1 배출 라인, 및 압축기(102)의 유입구(330)에 연결된 플래시 탱크로부터의 제 2 배출 라인을 포함할 수 있다. 작동시, 이코노마이저 회로는 유입구(330)를 통해 중간 압력에서 냉매 증기를 제공함으로써, 압축기(102)에 의해 수행되는 작업량을 감소시키고 압축기(102)의 효율을 증가시킴으로써 시스템 효율을 향상시킬 수 있다. 도 3 및 도 4에 묘사된 바와 같이, 일부 실시예에서, 유입구(330)는 압축기(102)의 상부에 위치되고, 메인 유입구(325) 및 보조 유입구(330)는 서로에 대해 수직으로 배향된다. 그러나, 메인 유입구(325) 및 보조 유입구(330)는 의도된 용도에 따라 서로에 대해 다양한 방향으로 배향될 수 있어서, 메인 유입구(325) 및 보조 유입구(330)는 서로에 대해 수직이 아닐 수 있다.

2차 유입구 콜렉터 하우징(310)은 전이 영역 하우징(315)에 결합되는 것으로 도시되어 있다. 이코노마이저에 의해 제공된 2차 냉매 유동은 전이 영역 하우징(315)에 2차 유입구 콜렉터 하우징(310)의 결합에 의해 형성된 삽입 슬롯을 통해 이동하기 전에 압축기 둘레로 원주방향으로 유동할 수 있다. 메인 냉매 유동과 합쳐지면, 조합된 메인 및 2차 냉매 유동은 전이 영역 하우징(315) 내에 수용된 제2 단 임펠러(도 5 및 도 6을 참조하여 이하에서 더 상세히 설명됨)를 통해 이동한다. 전이 영역 하우징(315)은 또한 볼류트 출구 하우징(320)에 결합되는 것으로 도시되어 있다. 볼류트 출구 하우징(320)은 압축기 주위로 원주방향으로 연장되고 출구(335)에서 종단되는 유동 통로를 포함할 수 있다. 출구(335)는 냉매 증기를 응축기(예를 들어, 응축기(106))에 전달하는 배출 통로(예를 들어, 배출 라인(124))에 결합될 수 있다. 도 3 및 도 4에서 별개의 컴포넌트로서 묘사되었지만, 다른 실시예에서, 2차 유입구 콜렉터 하우징(310), 전이 영역 하우징(315), 및 볼류트 출구 하우징(320) 중 2개 이상은 단일 컴포넌트로서 주조되거나 기계 가공(machined)될 수 있다.

다단 압축기(102)는 제1 디퓨저 작동 어셈블리(340) 및 제2 디퓨저 작동 어셈블리(345)를 포함하도록 더 도시되어 있다. 제1 디퓨저 작동 어셈블리(340)는 제1 임펠러의 하류에 제1 디퓨저 어셈블리를 작동시키도록 구성될 수 있고, 제2 디퓨저 작동 어셈블리(345)는 제2 임펠러의 하류에 제2 디퓨저 어셈블리를 작동시키도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 디퓨저 어셈블리 중 하나 또는 둘 다는, 디퓨저 갭을 통한 유동이 방해되지 않는 제1 후퇴 위치와 디퓨저 링이 디퓨저 갭을 통해 유체 유동을 변경시키기 위해 디퓨저 갭 내로 연장되는 제2 연장 위치 사이에서 작동 어셈블리(340 또는 345)에 의해 이동가능한 디퓨저 링을 갖는 가변 기하학적 구조 디퓨저(variable geometry diffuser)(VGD) 메카니즘일 수 있다. 다른 실시예에서, 다단 압축기(102)는 단지 단일 디퓨저 작동 어셈블리를 포함한다. 단일 디퓨저 작동 어셈블리는 압축기(102)의 제1 단, 압축기(102)의 제2 단만을 제어할 수 있으며, 또는 제1 단과 제2단 모두를 동시에 제어할 수 있다.

이제 도 5 및 도 6a 내지 6d를 참조하면, 일부 실시예에 따른 다단 압축기(102)의 단면도가 묘사된다. 도시된 바와 같이, 흡입 라인으로부터의 냉매 증기는 메인 유입구 통로 하우징(305) 내의 유입구(325)를 통해 이동하고 제1 임펠러 어셈블리(500)에 접근한다. 도 6에 구체적으로 묘사된 바와 같이, 흡입 라인으로부터 시작(originating)하는 냉매 증기는 메인 냉매 유동(615)으로 지정될 수 있다. 회전하는 동안, 임펠러 어셈블리(500)는 메인 냉매 유동(615)을 압축하고 이를 디퓨저 어셈블리에 대해 반경 방향 및 접선 방향 외측으로 유도하기(directing) 전에 접선 속도를 부여한다. 디퓨저 어셈블리는 메인 냉매 유동(615)의 반경방향 및 접선 속도를 감소시키고 그 정압을 증가시킨다. 디퓨젼(diffusion) 공정은 제1 디퓨저 작동 어셈블리(340)에 의해 제1 디퓨저 링(620)의 작동을 통해 제어된다. 다양한 실시예에서, 디퓨저는 베인을 포함할 수 있거나, 포함하지 않을 수 있다. 유입구(325)로부터 제1 디퓨저 링(620)의 출구를 통해 연장되는 영역은 다단 압축기(102)의 제1 단부(600)을 포함한다.

제1 임펠러 어셈블리(500) 및 제1 디퓨저 링(620)을 지나 유동한 후, 메인 냉매 유동(615)은 축방향으로 돌고 2차 냉매 유동(625)과 혼합된다. 2차 냉매 유동(625)은 이코노마이저에 의해 공급될 수 있고, 유입구(330)를 통해 다단 압축기(102)로 진입할 수 있다. 2차 냉매 유동(625)은 메인 냉매 유동(615)과 합류되기 전에 2차 유입구 콜렉터 하우징(310)에 형성된 원주방향 콜렉터 통로(515)를 통해 유동할 수 있다. 원주방향 콜렉터 통로(515)를 통해 이동함으로써, 2차 냉매 유동(625)은 압축기(102)의 원주 둘레에 더 균일하게 분포되고, 이는 2차 냉매 유동(625)이 메인 냉매 유동(615)과 합류할 때 최소한의 교란을 초래한다. 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 콜렉터 통로(515)는 압축기(102)의 전체 원주 둘레에 실질적으로 균일한(일정한) 단면적을 갖는다. 다른 실시예에서, 콜렉터 통로(515)의 단면적은 압축기(102)의 원주 둘레에 균일하지 않을 수 있다. 예를 들어, 통로의 단면적은 냉매가 압축기(102)의 원주 둘레에 이동함에 따라 선형적으로 또는 비선형적으로 증가 또는 감소할 수 있다. 또한, 통로의 단면적은 다양한 상이한 기하학적 형상을 사용하여 구현될 수 있다.

2차 유동 삽입 슬롯(530)은 콜렉터 통로(515)를 유도 베인 어셈블리(505)에 유체적으로 결합시킨다. 2차 냉매 유동(625)이 콜렉터 통로(515) 둘레에 분포된 후에, 이는 메인 냉매 유동(615)과 합류하도록 압축기(102)의 전체 원주 둘레로 연장되는 2차 유동 삽입 슬롯(530)을 통해 유동한다. 2차 유동 삽입 슬롯(530)이 2차 유입구 콜렉터 하우징(310)이 전이 영역 하우징(315)에 결합되는 영역에 위치하므로, 2차 유동 삽입 슬롯(530)의 기하학적 형상(즉, 다른 유동 통로에 대한 길이, 폭, 삽입 각도)은 2차 유입구 콜렉터 하우징(310) 및 전이 영역 하우징(315)의 기하학적 형상뿐만 아니라, 하우징 컴포넌트들(310 및 315)의 합류 특성에 의해 결정된다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 2차 유동 삽입 슬롯(530)은 2차 유입구(330)의 유동 경로에 대해 실질적으로(즉, ± 10°) 평행하고, 메인 유입구(325)의 유동 경로에 대해 수직이다.

조합 시에, 메인 및 2차 유동들(615 및 625)은 유도 베인 어셈블리(505)를 통과한다. 도 7 및 도 8을 참조하여 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 유도 베인 어셈블리(505)는 조합된 냉매 유동들(615 및 625)의 컴포넌트의 접선 속도를 직선화 및 감소시키도록 구성될 수 있다. 도 6a에 구체적으로 묘사된 바와 같이, 제1 디퓨저 링(620)의 출구로부터 시작하여, 원주방향 콜렉터 통로(515)를 둘러싸고, 유도 베인 어셈블리(505)의 출구를 통해 연장되는 영역은 다단 압축기(102)의 중간단 복귀 채널부(605)를 포함한다.

유도 베인 어셈블리(505)를 빠져나온 후에, 조합된 메인 유동(615) 및 2차 유동(625)은 제2 임펠러 어셈블리(510)에 접근한다. 제1 임펠러 어셈블리(500)와 유사하게, 제2 임펠러 어셈블리(510)는 조합된 메인 유동(615) 및 2차 유동(625)에 접선 속도를 압축하고 부여하는 회전하는 베인 세트를 포함한다. 제1 임펠러 어셈블리(500) 및 제2 임펠러 어셈블리(510)의 회전은 모터(예를 들어, 모터(104))에 대한 구동 연결부(525)에 의해 구동된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 구동 연결부(525)는 직접 구동 연결(direct drive connection)이다. 다른 실시예에서, 구동 연결부(525)는 기어박스(gearbox) 또는 다른 트랜스미션 시스템을 포함할 수 있다.

제2 임펠러 어셈블리는 조합된 메인 유동(615) 및 2차 유동(625)을 디퓨저 어셈블리로 유도(direct)시킨다. 디퓨저 어셈블리는 조합된 유동의 반경 방향 및 접선 속도를 감소시키고 그것의 정압을 증가시킨다. 다양한 실시예에서, 디퓨저 어셈블리는 적용에 따라, 베인형(vaned) 또는 베인리스형(vaneless) 일 수 있다. 디퓨전 공정은 제2 디퓨저 작동 어셈블리(345)에 의해 제2 디퓨저 링(630)의 작동을 통해 제어된다. 제2 디퓨저 링(630)에 의해 변조된 디퓨저 갭 영역을 통과한 후, 조합된 유동(615 및 625)은 볼류트 통로(520)에 들어간다. 다양한 실시예에서, 볼류트 통로(520)의 단면적은 냉매 증기가 디퓨저 링(630)의 출구로부터 볼류트 출구(335)(도 3 및 도 4를 참조하여 전술된)로 이동함에 따라 선형적으로 또는 비선형적으로 증가 또는 감소할 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, 볼류트 통로(520)의 단면적은 냉매 증기가 볼류트 출구(335)를 향해 이동함에 따라 비선형적으로 증가한다. 볼류트 통로(520)를 통해 제2 임펠러 어셈블리(510)로부터 연장되는 영역은, 도 6a에 구체적으로 묘사된 바와 같이, 다단 압축기(102)의 제2 단부(610)을 포함한다.

콜렉터 통로(515)의 단면 형상이 도 6a에 대해 원형으로 도시되고 설명되지만, 콜렉터 통로(515)의 단면 형상은 기계적 및 패키징 요건을 만족시킬 임의의 형상을 사용하여 구현될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 사용될 수 있는 대안적인 단면 형상들의 몇 가지 예들이, 예를 들어 도 6b-6d에 예시되어 있다. 특히 도 6b를 참조하면, 콜렉터 통로(515)를 위한 직사각형 형상이 유입구(330) 내에 도시되어 있다. 특히 도 6c를 참조하면, 콜렉터 통로(515)를 위한 삼각형 형상이 유입구(330) 내에 도시되어 있다. 특히 도 6d를 참조하면, 콜렉터 통로(515)를 위한 타원형 형상이 유입구(330) 내에 도시되어 있다. 콜렉터 통로(515)는 또한 2차 삽입 슬롯(530)에 대해 오프셋(offset) 또는 대칭되도록 위치될 수 있다.

이제 도 7 및 도 8을 참조하면, 일부 실시예에 따른 유도 베인 어셈블리(505)의 사시도 및 전방 단면도가 각각 묘사된다. 어셈블리(505)는 대안적으로 "디스월(deswirl)" 베인 어셈블리로 지칭될 수 있다. 어셈블리(505)는 상류 플레이트(705)와 하류 플레이트(710) 사이에 위치된 다수의 유도 베인(700)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 상류 플레이트(705)의 외주는 둥근 외부 립(715)을 포함하는 것으로 도시되어 있는 반면, 상류 플레이트(705)의 내주는 원추형부(conical portion)(720)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 작동 시에, 메인 냉매 유동(예를 들어, 메인 유동(615)) 및 2차 냉매 유동(예를 들어, 2차 유동(625))의 혼합물은 제2 임펠러 (예를 들어, 제2 임펠러 어셈블리(510))에 접근하기 전에, 둥근 외부 립(715)을 둘러싸는 영역으로부터 유도 베인(700)을 지나, 원추형 부분(720)을 따라, 하류 플레이트(710) 내의 중앙 개구(730)를 통해 조합 및 유동한다. 2차 유동(625)이 메인 유동(615)과 조합되기 전에 콜렉터 통로(515)(도 5에 묘사됨) 둘레에 분포되기 때문에, 메인 유동(615)에 대한 불안정 방해(destabilizing disruptions)가 최소화된다.

도 8에 구체적으로 묘사된 바와 같이, 유도 베인(700)은 실질적으로 에어포일(airfoil) 형상을 갖는 것으로 도시되어 있다. 유도 베인 어셈블리(505)가 17개의 유도 베인(700)을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 베인 어셈블리(505)는 다단 압축기(102)의 작동 특성(예를 들어, 압축기 작동 압력)에 기초하여, 임의의 원하는 베인 형상 또는 기하학적 형상을 갖는 임의의 수의 유도 베인을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 유도 베인(700)의 배향은 상류 플레이트(705) 및 하류 플레이트(710)에 대해 고정될 수 있다. 다른 실시예에서, 유도 베인 어셈블리(505)는 유도 베인(700)의 배향을 수정하는데 사용되는 작동 어셈블리를 포함할 수 있다.

이제 도 9를 참조하면, 다단 압축기(102)에서 사용될 수 있는 중간단 복귀 채널 어셈블리(900)의 다른 실시예가 묘사된다. 어셈블리(900)는 전이 영역 하우징(915)에 결합된 2차 유입구 콜렉터 하우징(905)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 도 5 내지 도 6에 묘사된 실시예와 대조적으로, 어셈블리(900)는 이코노마이저로부터 제공된 유체(920)의 2차 유동을 위한 수정된 유동 경로를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 2차 유입구 콜렉터 하우징(905)과 전이 영역 하우징(915)의 합류에 의해 형성된 유동 통로를 통해 이동하는 대신에, 전이 영역 하우징(915)은 2차 유동 유출구(925) 및 2차 삽입 슬롯(935)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 2차 유동 유출구(925) 및 2차 삽입 슬롯(935) 둘 모두는 압축기(102)의 전체 원주 둘레로 연장될 수 있다.

유입구(910)를 통해 유입구 콜렉터 하우징(905)으로 들어갈 때, 유체(920)의 2차 유동은 콜렉터 통로(940)에 의해 다단 압축기(102) 둘레에 원주방향으로 분배된다. 이어서, 2차 유동(920)은 2차 삽입 슬롯(935)을 통해 유도 베인 어셈블리(930) 내로 유동하기 전에 2차 유동 유출구(925)를 통해 빠져나가며, 여기서 2차 유동(920)은 메인 유동(미도시)과 조합된다. 2차 삽입 슬롯(530)과 달리, 2차 삽입 슬롯(935)은 유입구(910)에 대해 평행하지 않다. 대신에, 2차 삽입 슬롯(935)은 유입구(910)에 대해 소정의 각도로 위치된다. 중간단 복귀 채널 어셈블리(900)에 의해 제공된 2차 냉매 증기 유동 경로가 메인 냉매 증기 유동에 대해 방해를 덜 야기하고, 따라서 도 5 내지 도 6에 묘사된 배열보다 더 양호한 공기역학적 성능을 초래하지만, 어셈블리(900)는 더 큰 축방향 유동 길이를 필요로 하고, 따라서 압축기(102)의 전체 축방향 길이가 구속되는 경우에는 바람직하지 않을 수 있다.

이제 도 10을 참조하면, 다단 압축기(102)를 위한 원주방향 압력 분포 시험 데이터를 묘사하는 플롯(1000)이 일부 실시예에 따라 도시된다. x-축(1002)은 도(degrees) 단위로 2차 유동 삽입 슬롯(530)에 위치된 압력 측정 디바이스의 위치를 나타낸다. 예를 들어, 0도 위치는 유입구(330)의 위치와 대응할 수 있는 반면, 180도 위치는 유입구(330)에 대향하여 위치될 수 있다. y-축(1004)은 절대 제곱 인치 당 파운드(pounds per square inch absolute)(psia)의 단위로 압력 측정치를 나타낸다. 플롯(1000)의 라인들 각각은 독립적인 테스트 실행의 결과들을 묘사한다(즉, 플롯(1000)은 여러 독립적인 테스트 실행들의 결과들을 묘사한다). 도시된 바와 같이, 테스트 데이터는 각각의 테스트 실행에 대한 최대 압력 측정치와 최소 압력 측정 사이의 원주방향 압력 불일치는 평균 압력 값의 0.2% 미만임을 입증한다. 이에 반해, 본 개시의 최적화된 중간단 유입구를 활용하지 않는 다단 압축기는 1% 이상의 범위에서 압력 분포의 불균일이 있다. 2차 유동에서 더 큰 원주방향 균일성은 개선된 칠러 성능을 가져온다.

다양한 예시적인 실시예들에 도시된 시스템들 및 방법들의 구성 및 배열은 단지 예시적이다. 본 개시에서 단지 예시적인 실시예들이 상세히 설명되었지만, 많은 수정들(예를 들어, 다양한 엘리먼트들의 크기, 치수, 구조, 형상들 및 비율들의 변화들, 파라미터들의 값들, 장착 배열들, 재료들의 사용, 컬러들, 배향들 등)이 가능하다. 예를 들어, 엘리먼트들의 위치는 반전되거나 달리 변형될 수 있고, 개별 엘리먼트들 또는 위치들의 특성 또는 개수는 변경되거나 변형될 수 있다. 따라서, 이러한 수정들은 본 개시의 범위 내에 포함되도록 의도된다. 임의의 공정 또는 방법 단계들의 순서 또는 시퀀스는 대안적인 실시예들에 따라 변형되거나 재-시퀀스 될 수 있다. 다른 치환, 수정, 변화 및 생략은 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 제공된 예의 설계, 작동 조건 및 배열에서 이루어질 수 있다.

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Claims

제 1 임펠러 어셈블리 및 제1 디퓨저 어셈블리를 포함하는 제1 단부;
제 2 임펠러 어셈블리 및 제2 디퓨저 어셈블리를 포함하는 제2 단부; 및
상기 제1 단부 및 상기 제2 단부 사이에 위치하는 중간단부를 포함하고,
상기 중간단부는,
유도 베인 어셈블리;
상기 유도 베인 어셈블리를 둘러싸는 컬렉터 통로; 및
상기 컬렉터 통로를 상기 유도 베인 어셈블리와 유체적으로 결합시키는 원주방향 삽입 슬록을 포함하는, 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제1 단부는 상기 제1 임펠러 어셈블리에 유체의 메인 유동을 전달하도록 구성된 메인 유입구를 더 포함하는, 압축기.
제 2 항에 있어서,
상기 중간단부는 상기 콜렉터 통로에 유체의 2차 유동을 전달하도록 구성된 2차 유입구를 더 포함하는, 압축기.
제3항에 있어서,
상기 메인 유입구와 상기 2차 유입구는 서로에 대해 수직으로 배향되어 있는, 압축기.
제3항에 있어서,
상기 압축기는 칠러 어셈블리의 일부로서 작동하며, 상기 메인 유입구는 증발기에 유체적으로 결합되고 상기 2차 유입구는 이코노마이저에 유체적으로 결합되는, 압축기.
제3항에 있어서,
상기 원주방향 삽입 슬롯 및 상기 2차 유입구는 서로에 대해 평행한, 압축기.
제3항에 있어서,
상기 원주방향 삽입 슬롯은 상기 2차 유입구에 대해 소정의 각도로 배향되는, 압축기.
제3항에 있어서,
유체의 상기 메인 유동과 유동 유체의 상기 2차 유동은 각각 냉매인, 압축기.
제8항에 있어서,
상기 냉매는 R1233zd인, 압축기.
제1항에 있어서,
상기 컬렉터 통로의 단면적은 상기 압축기의 원주 둘레에 대해 일정한, 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제1 디퓨저 어셈블리는 제1 작동 어셈블리에 의해 이동 가능한 제1 디퓨저 링을 포함하고, 상기 제2 디퓨저 어셈블리는 제2 작동 어셈블리에 의해 이동 가능한 제2 디퓨저 링을 포함하는, 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제2 디퓨저 어셈블리의 출구에 위치하는 볼류트 통로를 더 포함하는, 압축기.
압축기로서,
제 1 임펠러 어셈블리 및 제 1 디퓨저 어셈블리를 포함하는 제 1 단부;
제 2 임펠러 어셈블리 및 제 2 디퓨저 어셈블리를 포함하는 제 2 단부; 및
상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부 사이에 위치하는 중간단부를 포함하고,
상기 중간단부는,
유도 베인 어셈블리;
상기 유도 베인 어셈블리를 둘러싸는 컬렉터 통로; 및
상기 컬렉터 통로를 상기 유도 베인 어셈블리와 유체적으로 결합시키는 원주방향 삽입 슬롯; 및
상기 제 1 임펠러 어셈블리에 유체의 메인 유동을 전달하도록 구성된 메인 유입구를 포함하는, 압축기.
제13항에 있어서,
상기 중간단부는 유체의 2차 유동을 상기 콜렉터 통로에 전달하도록 구성된 2차 유입구를 더 포함하는, 압축기.
제14항에 있어서,
상기 메인 유입구 및 상기 2차 유입구는 서로에 대해 수직으로 배향되는, 압축기.
제14항에 있어서,
상기 원주방향 삽입 슬롯 및 상기 2차 유입구는 서로에 대해 평행한, 압축기.
제14항에 있어서,
상기 원주방향 삽입 슬롯은 상기 2차 유입구에 대해 소정의 각도로 배향되는, 압축기.
압축기로서,
제 1 임펠러 어셈블리 및 제 1 디퓨저 어셈블리를 포함하는 제 1 단부;
제 2 임펠러 어셈블리 및 제 2 디퓨저 어셈블리를 포함하는 제 2 단부; 및
상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부 사이에 위치하는 중간단부를 포함하고,
상기 중간단부는,
유도 베인 어셈블리;
상기 유도 메인 어셈블리를 둘러싸는 컬렉터 통로; 및
상기 컬렉터 통로를 상기 유도 베인 어셈블리와 유체적으로 결합시키는 원주방향 삽입 슬롯;
유체의 메인 유동을 상기 제 1 임펠러 어셈블리에 전달하도록 구성된 메인 유입구; 및
유체의 2차 유동을 상기 콜렉터 통로에 전달하도록 구성된 2차 유입구를 포함하는, 압축기.
제18항에 있어서,
상기 콜렉터 통로의 단면적은 상기 압축기의 원주 둘레에 대해 일정한, 압축기.
제18항에 있어서,
상기 제2 디퓨저 어셈블리의 출구에 위치하는 볼류트 통로를 더 포함하는, 압축기.