KR20230101662A - 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 압축기는 유체를 흡입하여 압축하는 하나 이상의 임펠러, 상기 임펠러를 회전시키는 모터, 상기 임펠러와 상기 모터가 연결된 회전축, 상기 회전축을 상기 회전축의 축 방향과 교차되는 반경 방향에서 지지하는 자기베어링, 상기 회전축이 반경 방향에서 지지하는 보조 베어링 및 상기 보조 베어링과 상기 회전축 사이에 위치되는 슬리브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

압축기 {Compressor}

본 발명은 회전축의 손상을 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).

그 자기 베어링 장치는, 일반적으로, 회전체에 설치된 타겟을, 회전체의 주위에 설치된 복수의 전자석으로 흡인함으로써 회전체의 하중을 비접촉으로 지지하는 구성으로 되어 있다. 그 때문에, 회전체의 타겟에 대해 전자석이 적절한 흡인력(자력)으로 흡인을 하지 않으면, 베어링 정밀도가 저하되어 버릴 우려가 있다.

특허 문헌 1에는, 회전날개를 가지는 회전체의 중심에 로터축이 부착되고, 그 로터축의 경방향의 외측에 원환형 전자석을 배치시켜, 원환형 전자석에 의해 로터축을 공중에 부상 지지한 구조가 개시되어 있다.

종래 기술에 따르면, 자기 베어링이 작동을 정지하면, 공중에 부양된 회전축이 중력방향으로 이동하게 되고, 보조 베어링이 회전축과 직접 접촉하게 되는 데, 보조 베어링과 회전축은 모두 금속으로 제작되게 되므로, 회전축의 회전에 의해 회전축에 마찰열이 발생하게 되고, 회전축이 손상되는 문제가 생긴다. 회전축이 손상되게 되면 회전축 전부를 교체해야 하므로, 교체비용이 매우 증가되는 문제점도 존재한다.

일본국 특허공개 2006-83923호 공보

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 자기 베어링이 작동을 정지하면, 공중에 부양된 회전축이 중력방향으로 이동하게 되고, 회전축이 보조 베어링과 접촉으로 발생하는 마찰열과 회전축의 변형을 줄이는 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제는 보조 베어링과 회전축의 접촉을 방지하는 슬리브가 회전축에 결합과 제거가 용이한 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제는 제조 비용이 낮고, 제조가 간단하고, 마찰 계수가 낮고, 회전축에 결합력이 우수한 슬리브를 포함하는 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 유체를 흡입하여 압축하는 하나 이상의 임펠러, 상기 임펠러를 회전시키는 모터, 상기 임펠러와 상기 모터가 연결된 회전축, 상기 회전축을 상기 회전축의 축 방향과 교차되는 반경 방향에서 지지하는 자기베어링, 상기 회전축이 반경 방향에서 지지하는 보조 베어링 및 상기 보조 베어링과 상기 회전축 사이에 위치되는 슬리브를 포함한다.

상기 자기베어링이 작동되지 않을 때, 상기 보조 베어링과 상기 슬리브가 접촉될 수 있다.

상기 슬리브는 상기 회전축의 외주에 결합될 수 있다.

상기 슬리브는 상기 회전축 및 상기 보조 베어링 보다 작은 마찰계수를 가질 수 있다.

상기 슬리브는 상기 회전축 및 상기 보조 베어링 보다 작은 점착성을 가질 수 있다.

상기 자기베어링은, 상기 회전축의 외주에 결합된 베어링 로터 및 상기 베어링 로터를 감싸게 배치되어 상기 베어링 로터를 전자기력에 의해 지지하는 베어링 스테이터를 포함할 수 있다.

상기 베어링 스테이터와 상기 베어링 로터 사이의 제1 간격은 상기 슬리브와 상기 보조 베어링 사이의 제2 간극 보다 클 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 회전축의 반경반향 움직임을 측정하는 제1 갭센서를 더 포함하고, 상기 슬리브와 상기 보조 베어링 사이의 제2 간극은 상기 제1 갭센서와 상기 회전축 사이의 제3 간극 보다 작을 수 있다.

상기 회전축은 제1 부분과, 상기 제1 부분 보다 작은 외경을 가지는 제1 부분을 포함할 수 있다.

상기 자기베어링은 상기 제1 부분과 반경 방향에서 중첩되게 위치될 수 있다.

상기 슬리브의 일부는 상기 제1 부분에 결합되고, 상기 슬리브의 다른 일부는 상기 제2 부분에 결합될 수 있다.

상기 슬리브는, 중심축을 감싸게 배치되는 바디와, 상기 바디의 일단에서 중심축 방향으로 돌출되는 립을 포함할 수 있다.

상기 슬리브는, 상기 바디를 감싸게 배치되는 코팅층을 더 포함할 수 있다.

상기 코팅층은 상기 회전축, 상기 바디 및 상기 보조 베어링 보다 작은 마찰계수를 가질 수 있다.

상기 코팅층은 상기 회전축, 상기 바디 및 상기 보조 베어링 보다 작은 점착성을 가질 수 있다.

상기 코팅층은, 불소 탄화물을 포함할 수 있다.

상기 코팅층은 PTFE (Polytetrafluoroethylene), ETFE (Ethylene + Tetrafluoroethylene), PFA (Perfluoroalkoxy) 및 FEP (Fluorinated Ethylene Propylene Copolymer) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 바디와, 상기 립은 금속을 포함할 수 있다.

상기 코팅층의 반경방향 두께는 상기 바디의 반경 방향 두께 보다 작을 수 있다.

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

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

본 발명은 회전축에서 보조 베어링이 접촉하는 부분에 슬리브를 설치하여서, 자기 베어링이 작동을 정지하여도, 회전축이 보조 베어링과 접촉하지 못하고, 슬리브와 접촉되게 되고, 슬리브의 재료적 특성에 의해 회전축의 변형과 손상을 줄이는 이점이 존재한다.

또한, 본 발명은 슬리브와 보조 베어링의 간격을 자기 베어링의 미 작동 시에 자기 베어링과 갭 센서가 회전축에 먼저 접촉하지 않게 설정하므로, 자기 베어링의 작동 여부에 상관없이 갭 센서 및 자기 베어링의 손상을 방지하는 이점이 존재한다.

또한, 본 발명은 슬리브가 다단 구조를 가져서, 회전축의 일측에서 열박음으로 슬리브를 회전축에 결합할 때, 정확한 위치를 조절하기 용이하게 되고, 슬리브의 교체 시에 슬리브를 회전축에서 제거하기 용이한 이점이 존재한다.

또한, 본 발명은 슬리브가 금속재질의 바디의 외주에 코팅층으로 코팅하는 구조를 가져서, 슬리브의 강성을 유지하고, 슬리브가 회전축에 열박음으로 결합이 용이하고, 슬리브와 보조 베어링 사이의 마찰은 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 1는 본 발명의 일 실시예에 칠러 시스템을 나타낸 것이다
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 구조를 도시한 도면이다.
도 2b는 도 2의 A 부분을 확대한 확대도이다.
도 3은 제어부와 연결된 구성들의 관계를 도시한 블록도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기가 정상 작동의 경우를 도시한 것이다.
도 5은 도 2의 슬리브를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 슬리브의 단면도이다.

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.

도 1은 본 발명의 압축기(100)가 구비된 칠러 시스템을 도시한 것이다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기(100)는 칠러 시스템의 일부로써 기능할 뿐만 아니라 공기조화기에도 포함될 수 있으며 기체 상태의 물질을 압축하는 기기라면 어디에든 포함될 수 있을 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 칠러 시스템(1)은 냉매(또는 유체)를 압축하도록 형성된 압축기(100), 압축기(100)에서 압축된 냉매와 냉각수를 열 교환시켜 냉매를 응축시키는 응축기(200), 응축기(200)에서 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창기(300), 팽창기(300)에서 팽창된 냉매와 냉수를 열 교환시켜 냉매의 증발과 함께 냉수를 냉각하도록 형성된 증발기(400)를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 칠러 시스템(1)은 응축기(200)에서 압축된 냉매와 냉각수를 사이의 열교환을 통해 냉각수를 가열하는 냉각수유닛(600)과, 증발기(400)에서 팽창된 냉매와 냉수 사이의 열교환을 통해 냉수를 냉각하는 공기조화유닛(500)을 더 포함한다.

응축기(200)는 압축기(100)에서 압축된 고압의 냉매를 냉각수유닛(600)에서 유입되는 냉각수와 열교환하는 장소를 제공한다. 고압의 냉매는 냉각수와의 열교환을 통해 응축된다.

응축기(200)는 쉘-튜브 타입의 열교환기로 구성될 수 있다. 구체적으로, 압축기(100)에서 압축된 고압의 냉매는 토출유로(150)를 통해 응축기(200) 내부 공간에 해당하는 응축공간(230)으로 유입된다. 또한, 응축공간(230) 내부에는 냉각수유닛(600)으로부터 유입되는 냉각수가 흐를 수 있는 냉각수유로(210)를 포함한다.

냉각수유로(210)는 냉각수유닛(600)으로부터 냉각수가 유입되는 냉각수유입유로(211)와 냉각수유닛(600)으로 냉각수가 배출되는 냉각수토출유로(212)로 구성된다. 냉각수유입유로(211)로 유입된 냉각수는 응축공간(230) 내부에서 냉매와 열교환을 한 후 응축기(200) 내부 일단 또는 외부에 구비된 냉각수연결유로(240)를 지나 냉각수토출유로(212)로 유입된다.

냉각수유닛(600)과 응축기(200)는 냉각수튜브(220)를 매개로 하여 연결이 된다. 냉각수튜브(220)는 냉각수유닛 (600)과 응축기(200) 사이에 냉각수가 흐르는 통로가 될 뿐만 아니라 외부로 새어나가지 않도록 고무 등의 재질로 구성될 수 있다.

냉각수튜브(220)는 냉각수유입유로(211)와 연결되는 냉각수유입튜브(221)와 냉각수토출유로(212)와 연결되는 냉각수토출튜브(222)로 구성된다. 냉각수의 흐름을 전체적으로 살펴보면, 냉각수유닛(600)에서 공기 또는 액체와 열교환을 마친 냉각수는 냉각수유입튜브(221)를 통해 응축기(200) 내부로 유입된다. 응축기(200) 내부로 유입된 냉각수는 응축기(200) 내부에 구비된 냉각수유입유로(211), 냉각수연결유로(240), 냉각수토출유로(212)를 차례로 지나면서 응축기(200) 내부로 유입된 냉매와 열교환을 한 후 다시 냉각수토출튜브(222)를 지나 냉각수유닛(600)으로 유입된다.

한편, 응축기(200)에서 열교환을 통해 냉매의 열을 흡수한 냉각수는 냉각수유닛(600)에서 공냉시킬 수 있다. 냉각수유닛(600)은 본체부(630)와 냉각수토출튜브(222)를 통해 열을 흡수한 냉각수가 유입되는 입구인 냉각수유입관(610)과 냉각수유닛(600) 내부에서 냉각된 후 냉각수가 배출되는 출구인 냉각수토출관(620)으로 구성된다.

냉각수유닛(600)은 본체부(630) 내부로 유입된 냉각수를 냉각시키기 위해 공기를 이용할 수 있다. 구체적으로 본체부(630)는 공기의 흐름을 발생시키는 팬이 구비되고 공기가 토출되는 공기토출구(631)와 본체부(630) 내부로 공기를 유입되는 입구에 해당하는 공기흡입구(632)로 구성된다.

공기토출구(631)에서 열교환을 마치고 토출되는 공기는 난방에 이용될 수 있다. 응축기(200)에서 열교환을 마친 냉매는 응축되어 응축공간(230) 하부에 고이게 된다. 고인 냉매는 응축공간(230) 내부에 구비된 냉매박스(250)로 유입된 후 팽창기(300)로 흘러간다.

냉매박스(250)는 냉매유입구(251)로 유입되며, 유입된 냉매는 증발기연결유로(260)로 토출된다. 증발기연결유로(260)는 증발기연결유로유입구(261)를 포함하며, 증발기연결유로유입구(261)는 냉매박스(250)의 하부에 위치할 수 있다.

증발기(400)는 팽창기(300)에서 팽창된 냉매와 냉수 사이에 열교환이 일어나는 증발공간(430)을 포함한다. 증발기연결유로(260)에서 팽창기(300)를 통과한 냉매는 증발기(400) 내부에 구비된 냉매분사장치(450)와 연결되며, 냉매분사장치(450)에 구비된 냉매분사홀(451)을 지나 증발기(400) 내부로 골고루 퍼지게 된다.

또한 증발기(400) 내부에는 증발기(400) 내부로 냉수가 유입되는 냉수유입유로(411)와 증발기(400) 외부로 냉수가 토출되는 냉수토출유로(412)를 포함하는 냉수유로(410)가 구비된다.

냉수는 증발기(400) 외부에 구비된 공기조화유닛(500)과 연통된 냉수튜브(420)를 통해 유입되거나 토출된다. 냉수튜브(420)는 공기조화유닛(500) 내부의 냉수가 증발기(400)로 향하는 통로인 냉수유입튜브(421)와 증발기(400)에서 열교환을 마친 냉수가 공기조화유닛(500)으로 향하는 통로인 냉수토출튜브(422)로 구성된다. 즉, 냉수유입튜브(421)는 냉수유입유로(411)와 연통되고 냉수토출튜브(422)는 냉수토출유로(412)와 연통된다.

냉수의 흐름을 살펴보면, 공기조화유닛(500), 냉수유입튜브(421), 냉수유입유로(411)를 거쳐 증발기(400)의 내부 일단 또는 증발기(400)의 외부에 구비된 냉수연결유로(440)를 통과한 후, 냉수토출유로(412), 냉수토출튜브(422)를 거쳐 공기조화유닛(500)으로 다시 유입된다.

공기조화유닛(500)은 냉매를 통해 냉수를 냉각시킨다. 냉각된 냉수는 공기조화유닛(500) 내에서 공기의 열을 흡수하여 실내 냉방을 가능하게 한다. 공기조화유닛(500)은 냉수유입튜브(421)과 연통되는 냉수토출관(520)과 냉수토출튜브(422)와 연통되는 냉수유입관(510)을 포함한다. 증발기(400)에서 열교환을 마친 냉매는 압축기(100)연결유로(460)를 통해 압축기(100)로 다시 유입된다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 구조를 도시한 도면이고, 도 2b는 도 2의 A 부분을 확대한 확대도이다.

도 2a를 참조하며, 압축기(100)는, 냉매를 축방향(Ax)으로 흡입하여 원심방향으로 압축하는 하나 이상의 임펠러(120), 임펠러(120) 및 임펠러(120)를 회전시키는 모터(130)가 연결된 회전축(110), 회전축(110)을 공중에서 회전 가능하도록 지지하는 다수개의 자기베어링(141)과 자기베어링(141)을 지지하는 베어링하우징(142)을 포함하는 베어링부(140), 회전축(110)과의 거리를 감지하는 진동측정 센서(72) 및 회전축(110)이 축방향(Ax)으로 진동하는 것을 제한하는 트러스트 베어링(160)을 포함한다. 또한, 본 발명의 압축기(100)는 토출유로(150)의 진동 주파수를 측정하는 진동측정 센서(72)를 더 포함할 수 있다.

임펠러(120)는 1단 또는 2단으로 이루어진 것이 일반적이며 다수개의 단으로 이루어져도 무방하다. 회전축(110)에 의해 회전을 하며, 축방향(Ax)으로 유입된 냉매를 원심방향으로 회전에 의해 압축을 함으로써 냉매를 고압으로 만드는 역할을 한다.

모터(130)는 회전축(110)과 별도의 회전축(110)을 가지고 벨트(미도시)에 의해 회전력을 회전축(110)으로 전달하는 구조를 가질 수도 있으나, 본 발명의 일 실시예의 경우, 모터(130)는 스테이터(미도시) 및 로터(112)로 구성되어 회전축(110)을 회전시킨다.

회전축(110)은 임펠러(120) 및 모터(130)와 연결된다. 회전축(110)은 도 2의 좌우 방향으로 연장된다. 이하, 회전축(110)의 축방향(Ax)은 좌우 방향을 의미한다. 회전축(110)은 자기베어링(141) 및 트러스트 베어링(160)의 자기력에 의해 움직일 수 있도록 금속을 포함하는 것이 바람직하다.

트러스트 베어링(160)은 회전축(110)의 축방향(Ax)(좌우방향)의 진동을 방지하기 위해, 회전축(110)이 축방향(Ax)과 수직한 면에서 일정한 면적을 가지는 것이 바람직하다. 구체적으로, 회전축(110)은 트러스트 베어링(160)의 자기력에 의해 회전축(110)을 이동시킬 수 있는 충분한 자기력을 제공하는 회전축(110)날개(111)를 더 포함할 수 있다. 회전축 날개(111)는 축방향(Ax)에 수직한 면에서 회전축(110)의 단면적 보다 넓은 면적을 가질 수 있다. 회전축(110)날개(111)는 회전축(110)의 반경 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.

트러스트 베어링(160)은 도체로 구성되며 코일이 권선되어 있다. 권선된 코일에 흐르는 전류에 의해 자석과 같은 역할을 한다. 트러스트 베어링(160)은 회전축(110)의 회전 반경 방향으로 연장되어 구비되는 회전축(110)날개(111)에 인접하도록 구비된다.

자기베어링(141)은 회전축(110)의 축 방향과 교차되는 반경 방향에서 회전축(110)을 지지한다. 자기베어링(141)은 도체로 구성되며 코일이 권선되어 있다. 권선된 코일에 흐르는 전류에 의해 자석과 같은 역할을 한다.

자기베어링(141)은 회전축(110)이 공중에 부양된 상태에서 마찰 없이 회전할 수 있도록 한다. 이를 위해 자기베어링(141)은 회전축(110)을 중심으로 적어도 3개 이상이 코일이 구비되어야 하며, 각각의 코일은 회전축(110)을 중심으로 균형을 이루어 설치되어야 한다.

각각의 코일에 의해 생성된 자기력에 의해 회전축(110)이 공중에 부양하게 된다. 공중에 회전축(110)이 부양되어 회전함으로 인해, 기존에 베어링이 구비된 종래 발명과 달리 마찰로 인해 손실되는 에너지가 줄어들게 된다.

한편, 압축기(100)는 자기베어링(141)을 지지하는 베어링하우징(142)을 더 구비할 수 있다.

냉매의 흐름을 살펴보면, 압축기(100)연결유로(460)를 통해 압축기(100) 내부로 유입된 냉매가 임펠러(120)의 작용으로 원주 방면으로 압축된 후 토출유로(150)로 토출된다. 압축기(100)연결유로(460)는 임펠러(120)의 회전 방향 과 수직인 방향으로 냉매가 유입될 수 있도록 압축기(100)와 연결된다.

트러스트 베어링(160)은 회전축(110)이 축방향(Ax)의 진동으로 이동하는 것을 제한하고, 서지 발생시에 회전축(110)이 임펠러(120) 방향으로 이동하면서, 압축기(100)의 다른 구성과 회전축(110)의 출동하게 되는 것을 방지한다.

구체적으로, 트러스트 베어링(160)은, 제1트러스트베어링(161)과 제2트러스트베어링(162)으로 구성되며 회전축 날개(111)를 회전축(110)의 축방향(Ax)으로 감싸도록 배치된다. 즉, 회전축(110)의 축방향(Ax)으로 제1트러스트베어링(161), 회전축(110)날개(111), 제2트러스트베어링(162)의 순서로 배치된다.

더욱 구체적으로, 제2 트러스트 베어링(162)은 제1 트러스트 베어링(161) 보다 임펠러(120)에 인접하게 위치되고, 제1 트러스트 베어링(161)은 제2 트러스트 베어링 보다 임펠러(120)에서 멀게 위치되고, 제1 트러스트 베어링(161)과 제2 트러스트 베어링(162) 사이에 회전축(110)의 적어도 일부가 위치된다. 바람직하게는, 제1 트러스트 베어링(161)과 제2 트러스트 베어링(162) 사이에 회전축(110)날개(111)가 위치된다.

따라서 제1트러스트베어링(161)과 제2트러스트베어링(162)은 넓은 면적을 가지는 회전축 날개(111)와 자기력의 작동에 의해 회전축(110)이 회전축(110) 방향으로 진동하는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

진동측정 센서(72)는 회전축(110)의 축방향(Ax)(좌우방향) 움직임을 측정한다. 물론, 진동측정 센서(72)는 회전축(110)의 상하방향(축방향(Ax)과 직교하는 방향) 움직임을 측정할 수 있다. 물론, 진동측정 센서(72)는 다수의 진동측정 센서(72)를 포함할 수 있다.

예를 들면, 진동측정 센서(72)는 회전축(110)의 상하 방향 움직임을 측정하는 제1 갭센서(710)와 회전축(110)의 좌우 방향 움직임을 측정하는 제2갭센서(720)로 구성된다. 제2 갭센서(720)는 회전축(110)의 축방향(Ax)의 일단에서 축방향(Ax)으로 이격되어 배치될 수 있다.

토출유로(150)는 임펠러에서 압축된 냉매가 토출된다. 진동측정 센서(72)는 토출유로(150)의 진동 주파수를 측정하고, 진동 주파수 값을 제어부(700) 또는 저장부(740)에 제공한다. 진동측정 센서(72)는 토출유로(150)에 인접하게 설치될 수 있다. 진동측정 센서(72)는 가속도계를 이용하여 토출유로(150)의 진동을 계측하거나 기타 다양한 방법을 사용하여 토출유로(150)의 진동을 계측한다.

본 발명은 서지가 발생하는 경우, 이미 압축기(100)에 손상이 가해지므로, 압축기(100)의 서지가 발생 전에 미리 이를 파악하고, 서지 발생 전 단계에서 서지를 예방하는 것이다.

토출유로(150)의 진동수를 감지하면, 회전축(110)의 진동을 감지하는 것 보다 계측이 유리하고, 장비의 추가 설치가 편한 이점이 존재한다.

보조 베어링(170)은 회전축(110)이 반경 방향에서 지지하다. 구체적으로, 보조 베어링(170)은 자기 베어링이 작동 중이지 않을 때, 회전축(110)과 자기 베어링의 접촉을 방지한다. 따라서, 보조 베어링(170)은 자기 베어링이 작동 중이지 않을 때, 회전축(110)을 지지한다.

보조 베어링(170)은 물리적인 베어링을 포함할 수 있다. 즉, 2개의 링 부재의 사이에 다수의 볼을 포함할 수 있다.

보조 베어링(170)이 회전축(110)이 직접 접촉하게 되면, 보조 베어링(170)과 회전축(110)은 모두 금속으로 제작되게 되는데, 회전축(110)의 회전에 의해 회전축(110)에 마찰열이 발생하게 되고, 회전축(110)이 손상되는 문제가 생긴다. 회전축(110)이 손상되게 되면 회전축(110) 전부를 교체해야 하므로, 교체비용이 매우 증가되는 문제점도 존재한다.

따라서, 본 발명은 보조 베어링(170)과 접촉에 의해 회전축(110)의 손상을 방지하기 위해 슬리브(180)를 사용한다.

슬리브(180)는 보조 베어링(170)과 회전축(110) 사이에 되어서, 보조 베어링(170)과 회전축(110)의 접촉을 제한한다. 슬리브(180)는 회전축(110)의 슬리브(180)는 회전축(110)의 외주에 결합될 수 있다.

구체적으로, 슬리브(180)는 링 형상으로 회전축(110)의 축방향(Ax)의 일단에서 열박음 공법을 이용해 끼움된다.

더욱 구체적으로, 슬리브(180)는 회전축(110)에 외주에서 보조 베어링(170)과 축방향(Ax)과 교차되는 반경방향에서 중첩되게 위치될 수 있다.

슬리브(180)는 자기베어링이 작동되지 않을 때, 보조 베어링(170)과 접촉된다.

슬리브(180)는 회전축(110)의 충격을 줄이고, 마찰열이 작고, 작은 점착성을 가지는 물질이 선택될 수 있다.

예를 들면, 슬리브(180)는 단일 재질 또는 2개 이상의 재질이 혼합된 재질을 포함할 수 있다. 또한, 슬리브(180)는 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다.

구체적으로, 슬리브(180)는 회전축(110) 및 보조 베어링(170) 보다 작은 마찰계수를 가질 수 있다. 따라서, 슬리브(180)에 의해 마찰열이 적게 발생하고, 회전축(110)의 손상을 줄일 수 있다.

또한, 슬리브(180)는 회전축(110) 및 보조 베어링(170) 보다 작은 점착성을 가질 수 있다. 슬리브(180)가 작은 점착성을 가지면, 슬리브(180)와 회전축(110) 사이에 마찰을 줄일 수 있어서, 슬리브(180) 및 슬리브(180)와 접촉되는 회전축(110)에서 발생하는 열을 줄일 수 있다.

예를 들면, 슬리브(180)는 불소 탄화물을 포함할 수 있다. 또한, 슬리브(180)는 PTFE (Polytetrafluoroethylene), ETFE (Ethylene + Tetrafluoroethylene), PFA (Perfluoroalkoxy) 및 FEP (Fluorinated Ethylene Propylene Copolymer) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

슬리브(180)와 보조 베어링(170)의 간격은 자기 베어링과 제1 갭센서(710)의 손상을 방지하기 위해 조정될 수 있다.

자기베어링은, 회전축(110)의 외주에 결합된 베어링 로터(143)와, 베어링 로터(143)를 감싸게 배치되어 베어링 로터(143)를 전자기력에 의해 지지하는 베어링 스테이터(144)를 포함한다.

베어링 스테이터(144)와 베어링 로터(143) 사이의 제1 간격(G1)은 슬리브(180)와 보조 베어링(170) 사이의 제2 간극(G2) 보다 클 수 있다. 베어링 스테이터(144)와 베어링 로터(143) 사이의 제1 간격(G1)이 슬리브(180)와 보조 베어링(170) 사이의 제2 간극(G2) 보다 크게 되면, 자기 베어링의 작동이 정지되어서, 회전축(110)이 중력에 의해 하방으로 이동될 때, 슬리브(180)와 보조 베어링(170)이 접촉하게 되고 회전축(110)의 하중을 슬리브(180)와 보조 베어링(170)이 담당하게 된다.

슬리브(180)와 보조 베어링(170) 사이의 제2 간극(G2)은 제1 갭센서(710)와 회전축(110) 사이의 제3 간극G3) 보다 작을 수 있다. 슬리브(180)와 보조 베어링(170) 사이의 제2 간극(G2)이 제1 갭센서(710)와 회전축(110) 사이의 제3 간극G3) 보다 작으면, 자기 베어링의 작동이 정지되어서, 회전축(110)이 중력에 의해 하방으로 이동될 때, 슬리브(180)와 보조 베어링(170)이 접촉하게 되고 회전축(110)의 하중을 슬리브(180)와 보조 베어링(170)이 담당하게 된다.

물론, 회전축(110)의 외주에 제1 갭 센서와 반경 방향에서 중첩되는 타켓링(719)이 설치될 수 있다. 타켓링(719)은 제1 갭 센서와 상호 작용이 용이한 재질이 선택된다. 타켓링(719)이 있는 경우, 제3 간극G3)은 타켓링(719)과 회전축(110) 사이의 거리로 정의된다.

따라서, 슬리브(180)에 의해 제1 갭센서(710)와, 자기 베어링 및 회전축(110)이 보호되게 된다.

도 3을 참조하면, 본 발명은 진동측정 센서(72)에서 측정된 진동 주파수를 바탕으로 서지회피 운전을 실행하는 제어부(700)를 더 포함할 수 있다.

제어부(700)는 진동측정 센서(72)와 자기베어링(141), 모터(130) 및 트러스트 베어링(160)에 인가되는 전류의 크기를 증폭시키는 전력증폭기(730)을 제어한다.

전력증폭기(730)를 제어하여 자기베어링(141), 모터(130) 및 트러스트 베어링(160)에 인가되는 전류의 크기를 조절하고, 진동측정 센서(72)를 이용하여 전류의 크기 변화에 따라 회전축(110)의 위치 변화를 파악할 수 있다.

진동측정 센서(72)에서 측정된 값은 저장부(740)에 저장된다. 기준 위치(C0), 정상 위치 범위(-C1~+C1), 편심 위치 등의 데이터를 미리 저장부(740)에 저장시켜 놓을 수 있다. 향후 서지 발생 조건을 판단할 때 측정된 값과 저장부(740)에 저장된 값을 서로 비교하여 서지회피 운전을 할지 여부를 판단할 수 있다.

구체적으로, 제어부(700)는 진동 주파수가 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단되는 경우 서지회피 운전을 실행한다.

압축기(100)에서 발생하는 서지는 대부분 유동박리가 성장하여 발생하는 로테이션 스톨에 의한 것이다. 마그네틱 베어링은 축을 위치를 제어하기 때문에 시스템에 영향이 없을 정도의 극부의 기간 동안 축을 흔들 수 있고, 인버터 제품은 압축기(100)의 회전수를 제어하는 방식으로 로테이션 스톨이 발생하기 전에 유동박리를 관리할 수 있다면 서지를 회피하면서 운전이 가능하다.

유동박리는 냉매 유로를 막는 방향으로 성장하기 때문에 토출유로(150)의 진동성분을 분석하면 BPF(Blade Passing Frequency) 값의 변화로 유동박리가 성장하는지 확인이 가능하다. 본 발명은 유동박리의 성장을 관측하고 제어를 통해 유동박리를 털어냄으로써 서지를 회피한다. BPF는 블레이드 날개 수와 현재 모터(130)의 운전 주파수의 곱으로 정의될 수 있다.

여기서, 정상 진동 주파수는 실험적으로 정해진 값일 수 있다. 다른 예로, 제어부(700)는 토출유로(150)의 진동 주파수가 BPF 값 보다 낮은 경우, 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단할 수 있다. 또 다른 예로, 제어부(700)는 토출유로(150)의 진동 주파수가 BPF 값 보다 낮은 상태가 일정 시간 계속되는 경우, 정상 진동 주파수 범위를 벗어났다고 판단할 수 있다.

이하, 압축기(100)의 정상 운전을 설명한다.

도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기(100)가 정상 작동의 경우를 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 제어부(700)는 정상 운전 시에, 모터(130)의 운전 주파수를 정상 주파수로 유지하고, 회전축(110)을 정상 위치 범위 내에 있도록 제어한다. 구체적으로, 제어부(700)는 자기베어링(141)을 제어하여, 회전축(110)의 반경방향 위치를 제어하고, 트러스트 베어링을 제어하여, 회전축(110)의 축 방향(Ax) 위치를 제어한다.

도 5은 도 2의 슬리브(180)를 도시한 사시도, 도 6은 도 5의 슬리브(180)의 단면도이다.

도 2b, 도 5 및 도 6을 참조하여, 슬리브(180)가 다층구조를 가지는 것과, 슬리브(180)의 형상에 대해 상술한다.

먼저, 회전축(110)은 제1 부분(110a)과, 제1 부분(110a) 보다 작은 외경을 가지는 제1 부분(110a)을 포함할 수 있다.

자기베어링은 제1 부분(110a)과 반경 방향에서 중첩되게 위치된다. 슬리브(180)의 일부는 제1 부분(110a)에 결합되고, 슬리브(180)의 다른 일부는 제2 부분(110b)에 결합될 수 있다.

회전축(110)의 제1 부분(110a)과 제2 부분(110b) 사이의 단차로 인해, 슬리브(180)가 회전축(110)에 결합될 때, 위치가 결정되게 된다.

예를 들면, 슬리브(180)는 제1 부분(110a)과 제2 부분(110b)과 형합되는 형상을 가질 수 있다. 구체적으로, 슬리브(180)는 중심축을 감싸게 배치되는 바디(182)와, 바디(182)의 일단에서 중심축 방향으로 돌출되는 립(183)을 포함할 수 있다. 바디(182)와 립(183)은 모두 링 형상이다.

바디(182)는 회전축(110)의 제1 부분(110a)의 외주에 삽입되고, 립(183)은 회전축(110)의 제2 부분(110b)에 삽입된다. 바디(182)의 내경은 제1 부분(110a)에 대응되고, 립(183)은 내경은 제2 부분(110b)에 대응된다.

슬리브(180)가 바디(182)와 립(183) 구조를 가지면, 회전축(110)의 일측에서 열박음으로 슬리브(180)를 회전축(110)에 결합할 때, 정확한 위치를 조절하기 용이하게 된다. 또한, 슬리브(180)의 교체 시에 슬리브(180)를 회전축(110)에서 제거하기 용이하다.

슬리브(180)는 바디(182)를 감싸게 배치되는 코팅층(181)을 더 포함할 수 있다. 코팅층(181)은 바디(182)의 외주에 위치된다. 코팅층(181)의 반경방향 두께는 바디(182)의 반경 방향 두께 보다 작을 수 있다.

코팅층(181)은 회전축(110), 바디(182) 및 보조 베어링(170) 보다 작은 마찰계수를 가질 수 있다. 또한, 코팅층(181)은 회전축(110), 바디(182) 및 보조 베어링(170) 보다 작은 점착성을 가질 수 있다.

예를 들면, 코팅층(181)은 불소 탄화물을 포함할 수 있다. 다른 예를 들면, 코팅층(181)은 PTFE (Polytetrafluoroethylene), ETFE (Ethylene + Tetrafluoroethylene), PFA (Perfluoroalkoxy) 및 FEP (Fluorinated Ethylene Propylene Copolymer) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

바디(182)와, 립(183)은 금속을 포함할 수 있다.

따라서, 슬리브(180)가 금속재질의 바디(182)의 외주에 코팅층(181)으로 코팅하는 구조를 가져서, 슬리브(180)의 강성을 유지하고, 슬리브(180)가 회전축(110)에 열박음으로 결합이 용이하고, 슬리브(180)와 보조 베어링(170) 사이의 마찰은 줄일 수 있게 된다.

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 110: 회전축
120: 임펠러 141: 자기베어링
200: 응축기 300: 팽창밸브
400: 증발기 500: 공기조화유닛
600: 냉각수유닛

Claims (19)

1. 유체를 흡입하여 압축하는 하나 이상의 임펠러;
   상기 임펠러를 회전시키는 모터;
   상기 임펠러와 상기 모터가 연결된 회전축;
   상기 회전축을 상기 회전축의 축 방향과 교차되는 반경 방향에서 지지하는 자기베어링;
   상기 회전축이 반경 방향에서 지지하는 보조 베어링; 및
   상기 보조 베어링과 상기 회전축 사이에 위치되는 슬리브를 포함하는 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 자기베어링이 작동되지 않을 때, 상기 보조 베어링과 상기 슬리브가 접촉되는 압축기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 슬리브는 상기 회전축의 외주에 결합되는 압축기.
4. 제2항에 있어서,
   상기 슬리브는 상기 회전축 및 상기 보조 베어링 보다 작은 마찰계수를 가지는 압축기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 슬리브는 상기 회전축 및 상기 보조 베어링 보다 작은 점착성을 가지는 압축기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 자기베어링은,
   상기 회전축의 외주에 결합된 베어링 로터;
   상기 베어링 로터를 감싸게 배치되어 상기 베어링 로터를 전자기력에 의해 지지하는 베어링 스테이터를 포함하는 압축기.
7. 제6항에 있어서,
   상기 베어링 스테이터와 상기 베어링 로터 사이의 제1 간격은 상기 슬리브와 상기 보조 베어링 사이의 제2 간극 보다 큰 압축기.
8. 제1항에 있어서,
   상기 회전축의 반경반향 움직임을 측정하는 제1 갭센서를 더 포함하고,
   상기 슬리브와 상기 보조 베어링 사이의 제2 간극은 상기 제1 갭센서와 상기 회전축 사이의 제3 간극 보다 작은 압축기.
9. 제1항에 있어서,
   상기 회전축은,
   제1 부분과,
   상기 제1 부분 보다 작은 외경을 가지는 제1 부분을 포함하는 압축기.
10. 제9항에 있어서,
    상기 자기베어링은 상기 제1 부분과 반경 방향에서 중첩되게 위치되는 압축기.
11. 제9항에 있어서,
    상기 슬리브의 일부는 상기 제1 부분에 결합되고,
    상기 슬리브의 다른 일부는 상기 제2 부분에 결합되는 압축기.
12. 제1항에 있어서,
    상기 슬리브는,
    중심축을 감싸게 배치되는 바디와,
    상기 바디의 일단에서 중심축 방향으로 돌출되는 립을 포함하는 압축기.
13. 제12항에 있어서,
    상기 슬리브는,
    상기 바디를 감싸게 배치되는 코팅층을 더 포함하는 압축기.
14. 제12항에 있어서,
    상기 코팅층은 상기 회전축, 상기 바디 및 상기 보조 베어링 보다 작은 마찰계수를 가지는 압축기.
15. 제12항에 있어서,
    상기 코팅층은 상기 회전축, 상기 바디 및 상기 보조 베어링 보다 작은 점착성을 가지는 압축기.
16. 제12항에 있어서,
    상기 코팅층은,
    불소 탄화물을 포함하는 압축기.
17. 제12항에 있어서,
    상기 코팅층은,
    PTFE (Polytetrafluoroethylene), ETFE (Ethylene + Tetrafluoroethylene), PFA (Perfluoroalkoxy) 및 FEP (Fluorinated Ethylene Propylene Copolymer) 중 적어도 하나를 포함하는 압축기.
18. 제12항에 있어서,
    상기 바디와, 상기 립은 금속을 포함하는 압축기.
19. 제12항에 있어서,
    상기 코팅층의 반경방향 두께는 상기 바디의 반경 방향 두께 보다 작은 압축기.
    
    
    

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