KR20230101661A - 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 압축기는 일단에 냉매 유입구가 형성되고, 타단에 냉매 유출구가 형성되는 압축기 몸체부, 상기 압축기 몸체부에 설치되는 구동축을 갖는 구동부, 상기 구동축을 따라 배치되며, 중공이 형성되고 상기 냉매 유입구와 연결되는 유입 유로와, 상기 냉매 유출구와 연결되는 유출 유로가 형성되는 지지부, 상기 구동축에 연결되고, 상기 중공에 배치되며, 상기 유입 유로와 상기 유출 유로와 연결되는 압축 유로가 형성되는 회전부, 상기 회전부의 외주의 적어도 일부를 감싸게 배치되는 기밀부 및 상기 기밀부와 상기 회전부의 외주 사이에 형성되는 기밀 유로를 포함하고, 상기 기밀 유로에서 상기 유입 유로와 연결되는 부분은 상기 구동축 방향과 상기 구동축과 직교하는 외주 방향 사이로 연장되는 것을 특징으로 한다.

Description

압축기 {Compressor}

본 발명은 임펠러에서 발생하는 누설에 의해 의한 손실을 줄이는 압축기에 관한 것이다.

일반적으로, 칠러 시스템은 냉수를 냉수 수요처로 공급하는 것으로서, 냉동 시스템을 순환하는 냉매와, 냉수 수요처와 냉동 시스템의 사이를 순환하는 냉수간에 열교환이 이루어져 냉수를 냉각시키는 것을 특징으로 한다. 이러한 칠러 시스템은 대용량 설비로서, 규모가 큰 건물 등에 설치될 수 있다.

칠러 시스템에는 냉매를 압축하는 압축기가 사용되는 데, 이러한 압축기에는 베어링 장치로서 비접촉으로 회전체를 지지하는 자기 베어링 장치가 많이 이용되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

상기 터보 압축기는 구동모터에서 발생되는 운동에너지를 정압으로 변환시키면서 가스를 고압 상태로 토출시키도록 작용하며, 구동모터의 구동력에 의하여 회전하여 냉매를 압축하는 하나 또는 그 이상의 임펠러 및 상기 임펠러가 수용되는 하우징 등을 포함할 수 있다.

종래의 터보 압축기는 냉매 유입구와 냉매 유출구가 형성되는 케이싱과, 상기 케이싱에 구비되는 모터와, 상기 케이싱의 내부에 설치되며 상기 모터의 구동력에 의하여 회전될 수 있는 회전축 및 상기 모터와 회전축을 연결하여 상기 모터의 구동력을 상기 회전축에 전달하는 동력전달 부재를 포함한다.

상기 압축기는 상기 케이싱의 내부에 위치되며 상기 회전축에 의하여 회전 가능하게 구비되는 임펠러를 포함한다.

상기 임펠러는 상기 회전축(30)에 결합되는 허브 및 상기 허브의 외주면에 배치되어 냉매를 압축시키는 다수의 블레이드를 포함한다.

임펠러 커버는 상기 임펠러를 둘러싸도록 상기 케이싱의 내부에 배치된다.

상기 냉매 유입구를 통하여 유입된 냉매는 상기 임펠러의 블레이드와 임펠러 커버 사이의 이격 공간(또는 흡입공간)으로 유동된다.

상기 임펠러는 상기 회전축과 함께 회전된다. 상기 임펠러가 회전되는 도중에, 냉매는 상기 임펠러의 흡입 공간으로 흡입되어 압축되고, 압축된 냉매는 상기 냉매 유출구를 통해 배출된다.

임펠러의 전단과 후단의 사이에는 압력차가 발생되고, 임펠러와 지지체 사이에 누설이 발생되고, 이러한 누설이 유입유로로 유입되어 주유동과 혼합되게 되면, 혼합으로 인한 혼합 손실이 발생되게 되고, 압축기의 효율이 저하되는 문제점이 존재한다.

일본국 특허공개 2006-83923호 공보

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 임펠러에서 발생하는 누설에 의해 의한 손실을 줄이는 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제는 임펠러에서 발생하는 냉매의 누설 방향을 변환하는 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 압축기는 일단에 냉매 유입구가 형성되고, 타단에 냉매 유출구가 형성되는 압축기 몸체부, 상기 압축기 몸체부에 설치되는 구동축을 갖는 구동부, 상기 구동축을 따라 배치되며, 중공이 형성되고 상기 냉매 유입구와 연결되는 유입 유로와, 상기 냉매 유출구와 연결되는 유출 유로가 형성되는 지지부, 상기 구동축에 연결되고, 상기 중공에 배치되며, 상기 유입 유로와 상기 유출 유로와 연결되는 압축 유로가 형성되는 회전부, 상기 회전부의 외주의 적어도 일부를 감싸게 배치되는 기밀부 및 상기 기밀부와 상기 회전부의 외주 사이에 형성되는 기밀 유로를 포함하고, 상기 기밀 유로에서 상기 유입 유로와 연결되는 부분은 상기 구동축 방향과 상기 구동축과 직교하는 외주 방향 사이로 연장되는 것을 특징으로 한다.

상기 기밀 유로는, 일단이 상기 유입 유로와 연결되는 제1 유로 부분과, 상기 제1 유로 부분의 타단과 연결되는 제2 유로 부분을 포함할 수 있다.

상기 제1 유로 부분의 일단은 상기 제1 유로 부분의 타단 보다 축방향을 기준으로 후방에 위치될 수 있다.

상기 제1 유로 부분은 축방향의 전방으로 갈수록 상향 경사지게 형성될 수 있다.

상기 제1 유로 부분은 곡률을 가질 수 있다.

상기 기밀부는, 다수의 제1 홈을 이루는 제1 요철 돌기들을 포함하고, 상기 회전부는 상기 다수의 제1 홈과 축방향과 직교하는 반경 방향에서 중첩되고, 상기 회전부에서 돌출되는 제2 요철 돌기들과, 상기 제2 요철 돌기 들 사이에 위치되는 다수의 제2 홈을 포함할 수 있다.

상기 제1 요철 돌기는 상기 기밀부에서 상기 구동축의 중심 방향으로 연장될 수 있다.

상기 제2 요철 돌기는 상기 회전부에서 상기 구동축의 반경방향으로 연장될 수 있다.

상기 다수의 제1 요철 돌기는 다수의 제2 홈과 축방향과 직교하는 반경 방향에서 중첩되게 위치될 수 있다.

상기 제1 요철 돌기들의 끝단과 상기 제2 요철 돌기들의 끝단은 서로 동일 선 상에 배치될 수 있다.

상기 제1 요철 돌기는 상기 제2 홈의 내부에 위치될 수 있다.

상기 제2 요철 돌기는 상기 제1 홈의 내부에 위치될 수 있다.

상기 제2 요철 돌기 들의 길이는 상기 제1 요철 돌기 들의 길이 보다 길 수 있다.

상기 제2 요철 돌기 들의 폭은 상기 제1 요철 돌기 들의 폭 보다 넓을 수 있다.

상기 제1 요철 돌기, 상기 제1 홈, 상기 제2 요철 돌기 및 상기 제2 홈들은 상기 제2 유로 부분에 위치될 수 있다.

상기 제1 유로 부분의 폭은 상기 구동축의 반경 방향으로 갈수록 확장될 수 있다.

상기 제1 유로 부분은 상기 회전부에 형성되는 제1 면과, 상기 기밀부에 형성되는 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면과 상기 제2 면은 반경 방향으로 갈수록 전방으로 기울어진 경사를 가질 수 있다.

상기 제1 면의 내측단은 상기 제1 면의 외측단 보다 후방에 위치되고, 상기 제2 면의 내측단은 상기 제2 면의 내측단 보다 후방에 위치될 수 있다.

상기 제1 면의 내측단과 상기 제2 면의 내측단 사이의 거리는 상기 제1 면의 외측단과 상기 제2 면의 외측단 사이의 거리 보다 좁을 수 있다.

상기 제2 면의 내측단은 상기 제1 면의 내측단 보다 상기 구동축에서 멀게 위치되고, 제2 면의 외측단은 상기 제1 면의 외측단 보다 상기 구동축에서 멀게 위치될 수 있다.

상기 제1 면과 상기 제2 면은 상기 구동축 방향으로 볼록한 형상을 가질 수 있다.

기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 압축기에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

임펠러의 전단과 후단의 사이에는 압력차가 발생되고, 임펠러와 지지체 사이에 누설이 발생되고, 이러한 누설이 유입유로로 유입되어 주유동과 혼합되게 되면, 혼합으로 인한 혼합 손실이 발생되게 되고, 압축기의 효율이 저하되는데, 본 발명은 기밀 유로의 출구단을 경사지게 설계하여서, 주유동과 혼합손실을 줄이는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 기밀유로 부분이 곡률을 가져서, 한정된 공간에서 기밀 유로의 출구단의 경사를 주유동과 거의 나란하게 배치하여서, 혼합손실을 더욱 줄일 수 있는 이점이 존재한다.

도한, 본 발명은 기밀 유로 내의 다수의 홈과 돌기를 배치하여서, 기밀 유로의 형상이 지그 재그 형상을 가지게 하므로, 기밀 유로를 통해 누설되는 냉매를 줄일 수 있는 이점이 존재한다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 냉동기를 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 압축기를 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 압축기의 단면을 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 3의 A를 보여주는 확대 단면도이다.
도 5는 도 4의 일부를 보여주는 확대 단면도이다.
도 6은 도 5의 일부를 보여주는 확대 단면도이다.
도 7은 도 5의 일부를 보여주는 확대 단면도이다.
도 8은 비교예에 따른 기밀부에서의 공기 유동을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기밀부에서의 공기 유동을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 제 1,2요철 돌기들 간의 배치 관계를 보여주는 구성도이다.
도 10은 비교예와 본 발명의 일 실시예의 폴리트로픽 효율을 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소들과 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 구성요소의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도면에서 각 구성요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.

이하, 첨부도면은 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다름과 같다.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 압축기를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

여기서 본 발명에 따른 압축기는 냉동기에 포함되는 구성이다. 상기 압축기의 설명은 냉동기의 설명에 포함하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 냉동기를 보여주는 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 냉동기는 압축기(1)와, 응축기(2)와, 이코노마이저(4)와, 증발기(5)를 갖는다. 본 발명의 냉동기는 다단 압축을 이룬다.

압축기(1)는 제 1,2압축기(1a, 1b)로 구성된다. 제 1,2압축기(1a, 1b)는 각각 관(1c)을 통해 연결된다.

제 2압축기(1b)의 후단은 응축기(2)와 연결된다. 제 1압축기(1a)의 전단은 증발기(5)와 연결된다. 응축기(2)는 이코노마이저(4)와 연결된다. 이코노마이저(4)는 제 1,2압축기(1a,1b)를 연결하는 관과 연결된다. 또한 이코노마이저(4)는 증발기(5)와 연결된다.

이코노마이저(4)는 응축된 냉매에서 기체 상태의 냉매와 액체 상태의 냉매를 분리한다. 기체 상태의 냉매는 제 1,2압축기(1a,1b)를 연결하는 관으로 공급된다. 액체 상태의 냉매는 증발기(5)로 공급된다.

응축기(2)와 이코노마이저(4)와 증발기(2)는 상술한 바와 동일할 수 있기 때문에 설명을 생략한다. 이에 본 발명에 따른 제 1,2압축기(1a,1b)는 직렬로 연결된다. 제 1,2압축기(1a,1b)의 구성은 동일하다.

이하 제 1,2압축기(1a,1b)는 압축기(1)로 구성의 명칭을 통일하여 기술한다.

도 2는 본 발명에 따른 압축기를 보여주는 사시도이다.

도 2를 참조하면 본 발명에 따른 압축기(1)는 압축기 몸체부(100)를 갖는다. 압축기 몸체부(100)의 전단에는 냉매 유입구(101)가 형성된다. 압축기 몸체부(100)의 중앙부에는 냉매 유출구(102)가 형성된다. 증발된 냉매는 냉매 유입구(101)를 통해 압축기(100)의 내부로 유입된다. 압축기(100)에 의해 일정 압력으로 압축된 냉매는 냉매 유출구(102)를 통해 응축기(2)로 공급된다.

본 발명에 따른 압축기(100)는 다단의 압축을 이룬다. 이에 압축기(100)는 적어도 1개의 회전부(400)를 갖는다.

도 3은 본 발명에 따른 압축기의 단면을 보여주는 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면 본 발명에 따른 압축기(1)는 상술한 압축기 몸체부(100)를 갖는다. 압축기 몸체부(100)의 내부에는 제 1공간(a1)과 제 2공간(a2)이 형성된다.

제 1공간(a1)에는 구동부(200)가 배치된다. 제 2공간(a1)에는 지지부(300)와, 회전부(400)가 배치된다.

압축기(1)는 구동부(200)를 갖는다. 구동부(200)는 구동 모터(210)와 구동축(220)을 갖는다. 구동 모터(210)는 압축기 몸체부(100)의 후단에 배치된다. 구동축(220)은 구동 모터(210)와 축 방식으로 연결된다. 구동축(220)은 제 2공간(a2)에 배치되도록 연장된다.

지지부(300)는 제 1지지부(301)와 제 2지지부(302)와 제 3지지부(303)를 갖는다. 제 1,2,3지지부(301, 302, 303)는 구동축(220)을 따라 순차적으로 배치된다.

구동축(220)은 제 1,2,3지지부(301, 302, 303)의 중앙을 관통한다. 제 1,2,3지지부(301, 302, 303)는 서로 동일한 기능을 갖는 구조를 가질 수 있다.

대표적으로 제 2지지부(302)의 구성을 설명한다.

제 2지지부(302)는 중공(311)이 형성된 지지부 몸체(310)를 갖는다. 중공(311)의 내경은 지지부 몸체(310)의 전단에서 후단을 따라 점진적으로 확장되도록 형성된다.

지지부 몸체(310)의 전단에는 중공(311)과 연결되는 유입 유로(312)가 형성된다. 지지부 몸체(310)의 타단에는 중공(311)과 연결되는 유출 유로(313)가 형성된다. 중공은 유입 유로(312)와 유출 유로(313)와 일체를 이루어 연결된다.

여기서, 전방은 구동축의 축방향의 일 방향으로 도 3 내지 7에서 우측 방향을 의미하고, 후방은 전방의 반대방향을 의미한다.

유입 유로(312)는 구동측 방향과 나란한 방향을 따르는 유로를 형성한다. 유출 유로(313)는 구동축(220)을 기준으로 직교를 이루는 방향의 유로를 형성한다.

한편 중공(311)은 지지부 몸체(310)의 일단에서 구동축(220)을 기준으로 직교를 이루는 방향을 따르는 제1면(311a)과, 지지부 몸체(310)의 타단에서 구동축(220)을 기준으로 수평을 이루는 제 2면(311b)과, 제 1면(311a)과 제 2면(311b)을 연결하는 경사진 제 3면(311c)을 가진다.

여기서, 구동축(220)을 기준으로 직교하는 방향은 도 4 내지 도 7에서 상하 방향이다. 구동축(220)을 기준으로 직교하는 방향에서 구동축(220)에서 멀어지는 방향을 반경 방향 또는 외측 방향으로 정의하고, 구동축(220)에 가까워지는 방향을 중심방향 또는 내측 방향으로 정의한다.

또한, 도 4 내지 도 7을 기준으로 반경 방향 또는 외측 방향은 도면 상 상부 방향이고, 중심방향 또는 내측 방향은 도면 상 하부 방향이다.

제 3면(311c)은 중공의 일단에서 타단을 따라 확장되는 경사를 이룬다. 이에 중공(311)은 지지부 몸체(310)의 중앙에 공간을 형성한다.

상기와 같이 구성되는 지지부(300)는 회전부(400)를 구비한다. 회전부(400)는 외주에 다수의 블레이드가 형성된 임펠러이다.

회전부(400)는 지지부(300)의 중공에 배치된다. 회전부(400)의 직경은 회전부(400)의 전단에서 후단을 따라 점진적으로 확장된다.

회전부(400)의 외주는 회전부(400)의 전단에서 후단을 따라 내측으로 오목한 경사를 이룬다. 즉, 회전부(400)의 외주는 회전부(400)의 전단에서 후단으로 갈수록 그 경사가 증가되는 구조를 가진다.

회전부(400)의 외주와 중공의 내벽 사이에는 일정 부피의 빈 공간(b)이 형성된다. 그리고 회전부(400)의 전단은 중공(311)의 전단에 회전되도록 배치된다. 회전부(400)의 전단 외주와 지지부 몸체(310)의 중공(311) 전단 내주는 서로 이격된다. 회전부(400)의 전단은 제 1면(311a)과 동일선 상을 따르는 형상으로 형성된다.

회전부(400)의 후단은 중공(311)의 후단에 회전되도록 배치된다. 회전부(400)의 후단은 제 2면(311b)과 동일선 상을 따르도록 배치된다. 회전부(400)의 후단 상면과 제 2면(311b)은 일정 갭(G)을 이루도록 이격된다.

회전부(400)는 압축 유로(410)를 갖는다. 압축 유로(410)는 회전부(400)의 전단과 타단을 연결한다. 압축 유로(410)는 회전부(400)의 회전에 따라 유입되는 냉매를 압축하여 유출 유로(313)로 배출한다. 압축 유로(410)는 ‘a’를 따른다.

압축 유로(410)의 입구는 유입 유로(312)와 연결된다. 압축 유로(410)의 출구는 유출 유로(313)와 연결된다.

본 발명에 따른 기밀부(500)는 회전부(400)의 적어도 일부를 감싸게 설치된다. 구체적으로, 기밀부(500)는 회전부(400) 전단 외주를 감싸는 중공(311)의 전단 내주에 설치된다. 기밀부(500)의 내주는 회전부(400)의 전단 외주와 이격된다.

도 4는 도 3의 A를 보여주는 확대 단면도, 도 5는 도 4의 일부를 보여주는 확대 단면도, 도 6은 도 5의 일부를 보여주는 확대 단면도, 도 7은 도 5의 일부를 보여주는 확대 단면도이다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 기밀부(500)는 기밀부 몸체(501)와, 기밀부 몸체(501)의 내주로부터 돌출되는 제 1요철 돌기들(510)을 갖는다. 제 1요철 돌기들(510)은 기밀부 몸체(501)의 전후방을 따라 간격을 이루어 형성된다. 제 1요철 돌기들(510)은 지지부 몸체(310)의 반경 방향을 따라 돌출 형성된다. 기밀부 몸체(501)는 지지부 몸체(310)의 중공 내주에 끼워져 결합된다.

제 1요철 돌기들(510)의 사이에는 제 1홈들(511)이 형성된다. 제 1요철 돌기들(510)은 직사각 형상으로 형성된다. 제 1홈들(511)은 직사각 형상으로 형성된다.

또 한편 본 발명에 따른 회전부(400)의 후단 상면은 상술한 유출 유로(313)를 형성하는 중공(311)의 내주와 일정 거리 이격된다. 이에 회전부(400)에 형성된 압축 유로(410)의 타단은 유출 유로(313)와 연결되는 유로를 형성한다. 여기서 유로는 갭(G)을 통해 회전부(400)와 지지부 몸체(310)의 중공(311) 내벽 사이공간(b)으로 노출된다.

상술한 지지부(300)와 회전부(400)의 구성은 압축기 몸체부(100)의 전단에 배치되는 제 1지지부(301)와 제 1회전부(400)(401)의 구성일 수 있다.

제 1,2,3지지부(301, 302, 303)는 각각의 제 1,2,3회전부(400)(401, 402, 403)를 포함하여 구동축(220) 방향을 따라 순차적으로 배치된다. 또한 제 1,2,3지지부(301, 302, 303)는 비 회전되는 구성이고, 제1,2,3회전부(400)(401, 402, 403)는 구동축(220)에 중심이 연결되어 회전되는 구성이다. 이에 제 2,3지지부(300)(302, 303) 및 제 2,3회전부(400)(402, 403)의 구성 설명은 생략하기로 한다.

기밀부(500)의 내주는 다수의 제 1홈(511)을 이루는 제 1요철 돌기들(510)을 갖는다. 회전부(400)의 전단 외주는 다수의 제 1홈(511) 내부에 위치되도록 돌출되는 제 2요철 돌기들(420)을 갖는다.

제 2요철 돌기들(420)의 사이에는 제 1요철 돌기들(510)이 위치되는 다수의 제 2홈(421)이 형성된다. 제 1요철 돌기들(510)과 제 2요철 돌기(420)는 직사각 형상으로 형성된다.

제 1요철 돌기들(510)은 제 1간격(W1)과, 제 1돌출길이(d1)를 형성한다. 제 1홈들(511)은 제 1깊이(d1)를 형성한다.

한편 회전부(400)의 전단은 기밀부(500)의 중공에 배치된다. 회전부(400)의 전단 외주는 기밀 부재(500)의 중공 내주로부터 이격된다.

회전부(400)의 전단 외주에는 제 2요철 돌기들(420)이 형성된다. 제 2요철 돌기들(420)의 사이에는 제 2홈들(421)이 형성된다.

제 2요철 돌기들(420)은 제 2간격(W2)과, 제 2돌출길이(d2)를 형성한다. 제 2홈들(421)은 제 2깊이(d2)를 형성한다.

제 1요철 돌기들(510)은 제 2요철 돌기들(420) 사이의 제 2홈들(421) 각각을 향하도록 배치된다. 제 2요철 돌기들(420)은 제 1요철 돌기들(510) 사이의 제 1홈들(511) 각각을 향하도록 배치된다. 즉, 제 1요철 돌기들(510)은 기밀부에서 구동축의 중심 방향으로 연장되고, 제 2요철 돌기들(420)은 회전부(400)에서 반경 방향으로 연장된다.

제 1요철 돌기들(510)은 기밀부 몸체(501)의 폭 방향을 따라 등간격을 이루어 형성된다. 물론 제 1요철 돌기들(510)의 간격은 기밀부 몸체(501)의 후단에서 전단을 따라 점진적으로 조밀하게 형성될 수도 있다.

제 2요철 돌기들(420)은 회전부(400)의 폭 방향을 따라 등간격을 이루어 형성된다. 물론 제 2요철 돌기들(420)의 간격은 회전부(400)의 후단에서 전단을 따라 점진적으로 조밀하게 형성될 수도 있다.

한편 본 발명에 따른 회전부(400)의 타단 상면은 중공(311)의 후단 즉, 유출 유로(313) 근방의 지지부 몸체(310)의 중공(311) 내벽과 일정의 갭(G)을 이루어 배치된다. 여기서 회전부(400) 타단의 상면은 중공(311)의 제 2면(311b)과 수평을 이룬다.

도 7을 참조하면, 제 1요철 돌기들(510)의 제 1길이(d1)는 제 2요철 돌기들(420)의 제 2길이(d2) 보다 더 짧게 형성된다.

제 1요철 돌기들(510)의 끝단과 제 2요철 돌기들(420)의 끝단은 서로 동일 선 상에 배치될 수 있다. 또는, 제1 요철 돌기(510)는 제2 홈(421)의 내부에 위치되고, 제2 요철 돌기(420)는 제1 홈(511)의 내부에 위치될 수 있다.

다수의 제1 요철 돌기(510)는 다수의 제2 홈(421)과 축방향과 직교하는 반경 방향에서 중첩되게 위치될 수 있다.

다수의 제 1홈(511)과 다수의 제 2홈(421) 각각의 폭(W)은 서로 동일하게 형성된다.

다수의 제 1홈(511) 각각의 제1폭(W1)은 제 2요철 돌기들(420) 각각의 제2폭(W2) 보다 좁게 형성된다.

제 1요철 돌기들(510) 각각은 다수의 제 2홈(421) 각각의 중앙에 배치된다. 제 2요철 돌기들(420) 각각은 다수의 제 1홈(511) 각각의 중앙에 배치된다.

다수의 제 2홈들(421) 제 2깊이(d2)는 다수의 제 1홈들(511) 각각의 제 1깊이(d1) 보다 깊은 깊이를 형성한다. 제 1,2요철 돌기들(510, 420) 및 제 1,2홈들(511, 421)은 직사각 형상으로 형성된다.

이의 구성에 따라 제 1요철 돌기들(510)과 제 2요철 돌기들(420)의 사이에는 지그 재그 형상의 유로가 형성된다.

지그 재그 형상으로 형성되는 유로는 냉매와의 마찰력을 증가시켜 냉매가 유동되는 것을 방지하는 역할을 한다.

특히, 도 6을 참조하면, 기밀부(500)와 회전부(400)의 외주 사이에 형성되는 유로를 기밀 유로(600)로 정의할 수 있다. 기밀 유로(600)는 제 1,2요철 돌기들(510, 420) 및 제 1,2홈들(511, 421)에 의해 축방향에 대해 지그 재그 형상의 유로를 형성하게 되어 냉매가 유동되는 것을 방지한다.

그러나, 기밀 유로(600)의 내부에는 미세하지만, 냉매가 유동하게 되고, 이러한 냉매의 유동이 주 유동 (Mainstream Flow)과 혼합되어 혼합 손실이 발생하는 문제점이 존재한다.

따라서, 본 발명은 기밀 유로(600)의 출구 부분이 주유동과 혼합 손실을 최소화하는 구조를 가진다.

기밀 유로(600)에서 유입 유로(312)와 연결되는 부분은 구동축 방향과 구동축과 직교하는 외주 방향 사이로 연장된다. 따라서, 기일 유로에서 유출되는 냉매가 주유동과 혼합될 때 발생하는 혼합 손실을 줄일 수 있다.

구체적으로, 기밀 유로(600)에서 유입 유로(312)와 연결되는 부분은 반경 방향과 전방 사이의 방향으로 연장된다.

예를 들면, 기밀 유로(600)는 일단이 유입 유로(312)와 연결되는 제1 유로 부분(610)과, 제1 유로 부분(610)의 타단과 연결되는 제2 유로 부분(620)을 포함할 수 있다.

제2 유로 부분(620)은 제1 유로 부분(610)의 타단과 연결되고, 제 1,2요철 돌기들(510, 420) 및 제 1,2홈들(511, 421)이 위치된다. 따라서, 제2 유로 부분(620)은 지그 재그 유로를 형성한다.

제2 유로 부분(620)에서 제1 유로 부분(610)이 연결되는 제2 유로 부분(620)의 전단은 전후방과 나란한 유로를 형성할 수 있다.

제1 유로 부분(610)의 일단은 제1 유로 부분(610)의 타단 보다 축방향을 기준으로 후방에 위치될 수 있다. 여기서, 제1 유로 부분(610)의 일단은 제1 유로 부분(610)의 중심 방향 단이고, 제1 유로 부분(610)의 타단은 제1 유로 부분(610)의 반경 방향 단이다.

제1 유로 부분(610)은 축방향의 전방으로 갈수록 상향(외측 방향) 경사지게 형성될 수 있다. 즉, 제1 유로 부분(610)의 일단은 반경 방향과 제1 경사각(a1)를 가지고, 제1 유로 부분(610)의 타단은 반경 방향과 나란하거나, 제1 경사각 보다 작은 경사를 가질 수 있다.

제1 유로 부분(610)이 반경 방향과 이루는 경사각은 제1 유로 부분(610)의 내측에서 외측으로 갈수록 작아질 수 있다.

제1 유로 부분(610)은 직선 또는 곡률을 가질 수 있다. 구체적으로, 제1 유로 부분(610)은 곡률을 가지고, 제1 유로 부분(610)의 곡률 반경은 중심은 제1 유로 부분(610) 보다 후방에 위치되고, 제1 유로 부분(610)의 내측단 보다 외측에 위치될 수 있다. 따라서, 제1 유로 부분(610)은 전방과 내측 방향으로 볼록한 곡선형상을 가진다.

제1 유로 부분(610)의 폭은 일정할 수도 있으나, 제1 유로 부분(610)의 폭은 구동축의 반경 방향으로 갈수록 확장될 수 있다.

제1 유로 부분(610)은 회전부(400)에 형성되는 제1 면(611)과, 기밀부에 형성되는 제2 면(612)을 포함하고, 제1 면(611)과 제2 면(612)은 반경 방향으로 갈수록 전방으로 기울어진 경사를 가질 수 있다.

제1 면(611)의 내측단(611a)은 제1 면(611)의 외측단(611b) 보다 후방에 위치되고, 제2 면(612)의 내측단(612a)은 제2 면(612)의 내측단(612a) 보다 후방에 위치될 수 있다.

제1 면(611)의 내측단(611a)과 제2 면(612)의 내측단(612a) 사이의 거리는 제1 면(611)의 외측단(611b)과 제2 면(612)의 외측단(612b) 사이의 거리 보다 좁을 수 있다.

제2 면(612)의 내측단(612a)은 제1 면(611)의 내측단(611a) 보다 구동축에서 멀게 위치되고, 제2 면(612)의 외측단(612b)은 제1 면(611)의 외측단(611b) 보다 구동축에서 멀게 위치될 수 있다.

제1 면(611)과 제2 면(612)은 구동축 방향으로 볼록한 형상을 가질 수 있다.

따라서, 제1 유로 부분(610)과, 제1면 및 제2 면(612)이 상술한 구조를 가져서, 기밀 유로(600)를 통해 불가피하게 발생되는 누설이 주유동과 혼합되어 발생되는 혼합 손실을 줄일 수 있다.

다음은 상기와 같은 구성을 갖는 압축기의 작용을 설명한다.

증발기(5) 또는 이코노마이저(4)로부터 유동되는 냉매는 냉매 유입구(101)를 통해 유입된다.

구동부(200)는 구동축(220)을 회전시킨다. 구동축(220)의 회전에 따라 제 1,2,3회전부(400)(401, 402, 403)는 일정 회전속도로 회전된다. 여기서 제 1,2,3회전부(400)(401, 402, 403)를 에워싸도록 배치되는 제 1,2,3지지부(301, 302, 303)는 비 회전되는 구성이다.

도 8은 종래의 회전부(400)와 지지부(300) 사이에서의 냉매 흐름을 보여주는 도면이다. 도 9는 본 발명에 따는 회전부(400)와 지지부(300) 사이에서의 냉매 흐름을 보여주는 도면이다.

냉매는 제 1지지부(301)의 유입 유로(312)를 통해 회전되는 회전부(400)의 압축 유로(410)의 입구로 유입된다. 압축 유로(410)로 유입된 냉매는 회전되는 회전부(400)의 원심력에 의해 일정 압력으로 압축된다. 냉매는 압축되면서 압축 유로(410)를 따라 유동된다. 유동되는 냉매는 압축 유로(410)의 출구를 통해 지지부 몸체(310)의 중공(311) 후단에 형성된 유출 유로(313)로 유출된다.

이때 압축 유로(410)의 출구 및 유출 유로(313)에는 압축된 냉매의 유출로 인해 제 1압력이 형성된다. 그리고 회전부(400)의 외주와 지지부 몸체(310)의 중공(311) 내부 공간(b)의 사이 공간의 압력은 제 1압력 보다 낮은 압력이 형성될 수 있다.

즉 유출 유로(313)의 입구 부분과 중공(311)의 내부 공간(b)[0131] 은 서로 압력차가 발생될 수 있다.

이에 도 8에서 보여지는 바와 같이 회전되는 회전부(400)의 후단 상면과 유출 유로(313)를 형성하는 지지부 몸체(310)의 중공(311)을 이루는 제 2면(311b)의 사이에 형성된 갭(G)을 통해 중공(311) 내부 공간(b)으로 일정량 누설될 수 있다.

여기서 종래의 기밀유로의 출구단은 반경방향과 나란한 방향으로 형성되어서, 주유동과 누설되는 유동 사이에 혼합 유동이 발생하게 되고, 혼합영역의 두께가 약 0.75mm로 측정되어서, 혼합 손실이 상당하였다.

한편 도 9에서 보여지는 바와 같이 본 발명에 따른 회전부(400)의 전단 외주와 기밀부 몸체(310)의 내주는 제1,2요철 돌기들(510, 420)을 통해 지그 재그 형상의 유로를 형성하고, 기밀 유로(600)의 출구단이 경사를 가져서, 주유동과 누설되는 유동 사이에 혼합 유동이 발생하게 되어도, 혼합영역의 두께가 약 0.50mm로 종래 기술에 비해 33% 줄어든 것을 볼 수 있다.

따라서, 본 발명은 종래 다수의 홈과 돌기만 가진 구조 보다 33% 줄어든 혼합 영역의 두께를 가지게 되어서 혼합 손실을 줄일 수 있다.

도 10은 비교예와 본 발명의 일 실시예의 폴리트로픽 효율을 도시한 도면이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예의 폴리트로픽 효율은 비교예와 비교하여서 모든 영역에서 적어도 1% 이상의 개선이 확인되었다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

100 : 압축기 몸체부 101 : 냉매 유입구
102 : 냉매 유출구 200 : 구동부
210 : 구동 모터 220 : 구동축

Claims (20)

1. 일단에 냉매 유입구가 형성되고, 타단에 냉매 유출구가 형성되는 압축기 몸체부;
   상기 압축기 몸체부에 설치되는 구동축을 갖는 구동부;
   상기 구동축을 따라 배치되며, 중공이 형성되고 상기 냉매 유입구와 연결되는 유입 유로와, 상기 냉매 유출구와 연결되는 유출 유로가 형성되는 지지부;
   상기 구동축에 연결되고, 상기 중공에 배치되며, 상기 유입 유로와 상기 유출 유로와 연결되는 압축 유로가 형성되는 회전부;
   상기 회전부의 외주의 적어도 일부를 감싸게 배치되는 기밀부; 및
   상기 기밀부와 상기 회전부의 외주 사이에 형성되는 기밀 유로;를 포함하고,
   상기 기밀 유로에서 상기 유입 유로와 연결되는 부분은 상기 구동축 방향과 상기 구동축과 직교하는 외주 방향 사이로 연장되는 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 기밀 유로는,
   일단이 상기 유입 유로와 연결되는 제1 유로 부분과,
   상기 제1 유로 부분의 타단과 연결되는 제2 유로 부분을 포함하는 압축기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 유로 부분의 일단은 상기 제1 유로 부분의 타단 보다 축방향을 기준으로 후방에 위치되는 압축기.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제1 유로 부분은 축방향의 전방으로 갈수록 상향 경사지게 형성되는 압축기.
5. 제2항에 있어서,
   상기 제1 유로 부분은 곡률을 가지는 압축기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 기밀부는, 다수의 제1 홈을 이루는 제1 요철 돌기들을 포함하고,
   상기 회전부는 상기 다수의 제1 홈과 축방향과 직교하는 반경 방향에서 중첩되고, 상기 회전부에서 돌출되는 제2 요철 돌기들과, 상기 제2 요철 돌기 들 사이에 위치되는 다수의 제2 홈을 포함하는 압축기.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 요철 돌기는 상기 기밀부에서 상기 구동축의 중심 방향으로 연장되는 압축기.
8. 제6항에 있어서,
   상기 제2 요철 돌기는 상기 회전부에서 상기 구동축의 반경방향으로 연장되는 압축기.
9. 제1항에 있어서,
   상기 다수의 제1 요철 돌기는 다수의 제2 홈과 축방향과 직교하는 반경 방향에서 중첩되게 위치되는 압축기.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 요철 돌기들의 끝단과 상기 제2 요철 돌기들의 끝단은 서로 동일 선 상에 배치되는 압축기.
11. 제6항에 있어서,
    상기 제1 요철 돌기는 상기 제2 홈의 내부에 위치되고,
    상기 제2 요철 돌기는 상기 제1 홈의 내부에 위치되는 압축기.
12. 제6항에 있어서,
    상기 제2 요철 돌기 들의 길이는 상기 제1 요철 돌기 들의 길이 보다 긴 압축기.
13. 제6항에 있어서,
    상기 제2 요철 돌기 들의 폭은 상기 제1 요철 돌기 들의 폭 보다 넓은 압축기.
14. 제6항에 있어서,
    상기 기밀 유로는,
    일단이 상기 유입 유로와 연결되는 제1 유로 부분과,
    상기 제1 유로 부분의 타단과 연결되는 제2 유로 부분을 포함하고,
    상기 제1 요철 돌기, 상기 제1 홈, 상기 제2 요철 돌기 및 상기 제2 홈들은 상기 제2 유로 부분에 위치되는 압축기.
15. 제2항에 있어서,
    상기 제1 유로 부분의 폭은 상기 구동축의 반경 방향으로 갈수록 확장되는 압축기.
16. 제2항에 있어서,
    상기 제1 유로 부분은
    상기 회전부에 형성되는 제1 면과,
    상기 기밀부에 형성되는 제2 면을 포함하고,
    상기 제1 면과 상기 제2 면은 반경 방향으로 갈수록 전방으로 기울어진 경사를 가지는 압축기.
17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 면의 내측단은 상기 제1 면의 외측단 보다 후방에 위치되고,
    상기 제2 면의 내측단은 상기 제2 면의 내측단 보다 후방에 위치되는 압축기.
18. 제16항에 있어서,
    상기 제1 면의 내측단과 상기 제2 면의 내측단 사이의 거리는 상기 제1 면의 외측단과 상기 제2 면의 외측단 사이의 거리 보다 좁은 압축기.
19. 제16항에 있어서,
    상기 제2 면의 내측단은 상기 제1 면의 내측단 보다 상기 구동축에서 멀게 위치되고,
    제2 면의 외측단은 상기 제1 면의 외측단 보다 상기 구동축에서 멀게 위치되는 압축기.
20. 제16항에 있어서,
    상기 제1 면과 상기 제2 면은 상기 구동축 방향으로 볼록한 형상을 가지는 압축기.
    

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