KR20240057580A

KR20240057580A - 모터의 전력 변환 장치를 냉각시킬 수 있는 터보 압축기

Info

Publication number: KR20240057580A
Application number: KR1020220137924A
Authority: KR
Inventors: 김경수
Original assignee: ㈜티앤이코리아
Priority date: 2022-10-25
Filing date: 2022-10-25
Publication date: 2024-05-03
Also published as: WO2024090931A1

Abstract

본 발명은 터보 압축기에 관한 것으로서, 임펠러를 회전시키기 위하여, 일단부가 상기 임펠러와 결합되어 있는 회전축을 구비하는 모터; 내부에 수용된 냉각용 기체가 유동 가능하도록 마련되어 있는 냉각 기로; 상기 모터를 제어하기 위한 장치로서, 내부에 발열 부품을 구비하는 전력 변환 장치; 상기 전력 변환 장치의 발열 부품을 냉각하기 위한 열전도성 부재로서, 일단부는 상기 발열 부품에 접촉하고 있으며, 타단부는 상기 모터 수용 공간에 노출되어 있는 냉각 부재;를 포함하며, 상기 압축 기체 흡입구는 하우징의 전단부에 배치되어 있고, 상기 임펠러는 상기 하우징의 후단부에 배치되어 있으며, 상기 모터는, 상기 압축 기체 흡입구와 상기 임펠러 사이에 배치되어 있으며, 상기 냉각 기로는, 상기 압축 기체 흡입구로부터 시작하여 상기 냉각 부재의 타단부를 거쳐서 상기 임펠러까지 도달하는 제4 냉각 기로;를 포함하며, 상기 임펠러의 흡입력에 의하여 상기 압축 기체 흡입구로부터 흡입되는 기체가, 상기 제4 냉각 기로를 거치면서 상기 전력 변환 장치의 발열 부품을 냉각시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 압축 기체 흡입구로부터 흡입되는 비교적 저온의 냉각용 기체를 이용하여 상기 전력 변환 장치의 발열 부품을 신속하게 냉각할 수 있는 효과가 있다.

Description

모터의 전력 변환 장치를 냉각시킬 수 있는 터보 압축기{Turbo compressor capable of cooling the power converter of the motor}

본 발명은 터보 압축기에 관한 것으로서, 특히 압축 기체 흡입구로부터 흡입되는 비교적 저온의 냉각용 기체를 이용하여 전력 변환 장치의 발열 부품을 신속하게 냉각할 수 있는 터보 압축기에 관한 것이다.

터보 압축기(turbo compressor) 또는 터보 블로어(turbo blower)는, 임펠러(impeller)를 고속으로 회전시킴으로써 외부의 공기나 가스를 흡입하여 압축한 후 외부로 송풍하는 원심형 펌프로서, 분체(powder) 이송용이나 하수 처리장 등에서 폭기(爆氣)용으로 많이 사용되고 있으며, 최근에는 산업 공정용과 자동차 탑재용으로도 사용이 되고 있다.

이러한 터보 압축기에서는, 임펠러의 고속 회전으로 인하여 모터와 베어링에서 마찰에 의한 고열이 발생하고, 상기 모터에 전력을 공급하는 전력 변환 장치에서도 고열이 발생할 수밖에 없는 바, 주요 발열부(heat source)인 모터와 베어링과 전력 변환 장치에 대한 냉각이 필요하다.

종래의 터보 압축기의 일례가 도 7에 개시되어 있는데, 이 터보 압축기(1)는 차량용 공기 블로워에 관한 것으로서, 볼루트하우징(200)과, 상기 볼루트하우징 내부에 장착되어 공기를 압축하는 임펠러(240)와, 상기 임펠러를 구동시키는 모터(300), 및 상기 볼루트하우징의 일측에 결합되고 상기 모터가 내부에 장착되며 일측에 인버터제어모듈(400)이 구비되며, 상기 모터하우징(500)의 일측에 냉각수가 선회하여 유동할 수 있는 냉각수커버(600)가 결합되어 있는 구성을 가집니다.

그러나 상기 종래의 터보 압축기(1)는 냉각수를 사용하여 인버터제어모듈(400) 및 모터(300)를 냉각하기 때문에, 별도의 냉각수 공급 시스템이 필요하며, 인버터제어모듈(400)을 수용하는 모듈수용부(520) 및 모터를 수용하는 모터수용부(510)는 누수 방지를 위한 밀폐 설계가 필요하다는 문제점이 있다.

또한 상기 종래의 터보 압축기(1)는, 냉각수커버(600)에 복잡한 형상의 냉각수유로(611)가 형성되어야 하므로, 제작 공정이 어려워지고 전체적인 제작 비용이 상승하는 문제점도 있다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 압축 기체 흡입구로부터 흡입되는 비교적 저온의 냉각용 기체를 이용하여 전력 변환 장치의 발열 부품을 신속하게 냉각할 수 있도록 구조가 개선된 터보 압축기를 제공하기 위함이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 터보 압축기는, 기체를 압축하여 외부로 공급할 수 있는 터보 압축기로서, 상기 기체가 흡입되는 압축 기체 흡입구; 상기 압축 기체 흡입구를 통하여 유입된 기체를 압축하는 임펠러; 상기 임펠러에 의하여 압축된 상기 기체가 외부로 배출되는 압축 기체 배출구; 상기 압축 기체 흡입구로부터 상기 압축 기체 배출구까지 연결되어 있는 압축 기체 유로를 구비하는 압축 유닛; 상기 임펠러를 회전시키기 위하여, 일단부가 상기 임펠러와 결합되어 있는 회전축을 구비하는 모터; 상기 모터를 수용하는 모터 수용 공간을 구비한 하우징; 내부에 수용된 냉각용 기체가 유동 가능하도록 마련되어 있는 냉각 기로; 상기 모터를 제어하기 위한 장치로서, 내부에 발열 부품을 구비하는 전력 변환 장치; 상기 전력 변환 장치의 발열 부품을 냉각하기 위한 열전도성 부재로서, 일단부는 상기 발열 부품에 접촉하고 있으며, 타단부는 상기 모터 수용 공간에 노출되어 있는 냉각 부재;를 포함하며, 상기 압축 기체 흡입구는 상기 하우징의 전단부에 배치되어 있고, 상기 임펠러는 상기 하우징의 후단부에 배치되어 있으며, 상기 모터는, 상기 압축 기체 흡입구와 상기 임펠러 사이에 배치되어 있으며, 상기 냉각 기로는, 상기 압축 기체 흡입구로부터 시작하여 상기 냉각 부재의 타단부를 거쳐서 상기 임펠러까지 도달하는 제4 냉각 기로;를 포함하며, 상기 임펠러의 흡입력에 의하여 상기 압축 기체 흡입구로부터 흡입되는 기체가, 상기 제4 냉각 기로를 거치면서 상기 전력 변환 장치의 발열 부품을 냉각시키는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 전력 변환 장치는, 내부 공간에 발열 부품을 수용할 수 있는 케이스를 구비하며, 상기 냉각 기로는, 상기 압축 기체 흡입구로부터 시작하여 상기 케이스의 내부 공간을 거쳐서 상기 임펠러까지 도달하는 제5 냉각 기로;를 포함하며, 상기 임펠러의 흡입력에 의하여 상기 압축 기체 흡입구로부터 흡입되는 기체가, 상기 제5 냉각 기로를 거치면서 상기 전력 변환 장치의 발열 부품을 냉각시키는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 하우징의 전단부에는, 상기 압축 기체 흡입구로부터 흡입되는 기체가 상기 모터 수용 공간으로 유입될 수 있도록 마련되어 있는 제1 관통공이 적어도 하나 이상 형성되어 있으며, 상기 하우징의 후단부에는, 상기 모터 수용 공간에 수용된 기체가 상기 임펠러로 유입될 수 있도록 마련되어 있는 제2 관통공이 적어도 하나 이상 형성되어 있는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 제1 관통공과 상기 제2 관통공 중 적어도 하나는, 상기 회전축의 원주 방향을 따라 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 복수 개 나열되어 있는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 제4 냉각 기로는, 상기 압축 기체 흡입구로부터 시작하여, 상기 제1 관통공, 상기 냉각 부재의 타단부, 상기 제2 관통공을 순차적으로 거쳐서 상기 임펠러까지 도달하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 제5 냉각 기로는, 상기 압축 기체 흡입구로부터 시작하여, 상기 제1 관통공, 상기 케이스의 내부 공간, 상기 제2 관통공을 순차적으로 거쳐서 상기 임펠러까지 도달하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 냉각 부재의 타단부에는 다수 개의 냉각핀이 마련되어 있는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 냉각핀은, 상기 회전축을 향하여 돌출된 상태로, 상기 회전축의 길이 방향을 따라 연장되어 있으며, 서로 이격된 상태로 상기 회전축의 원주 방향을 따라 나열되어 있는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 냉각핀의 말단부 중 적어도 일부는, 상기 모터의 고정자의 외부 표면에 접촉하거나 미리 정한 거리 이내로 밀접하게 배치될 수 있게 마련되어 있는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 전력 변환 장치는, 내부의 발열 부품을 수용할 수 있는 케이스를 구비하며, 상기 케이스는, 금속 재질을 포함하며, 상기 냉각 부재와 열교환할 수 있도록 상기 냉각 부재의 일단부와 결합되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 기체가 흡입되는 압축 기체 흡입구; 상기 압축 기체 흡입구를 통하여 유입된 기체를 압축하는 임펠러; 상기 임펠러에 의하여 압축된 상기 기체가 외부로 배출되는 압축 기체 배출구; 상기 압축 기체 흡입구로부터 상기 압축 기체 배출구까지 연결되어 있는 압축 기체 유로를 구비하는 압축 유닛; 상기 임펠러를 회전시키기 위하여, 일단부가 상기 임펠러와 결합되어 있는 회전축을 구비하는 모터; 상기 모터를 수용하는 모터 수용 공간을 구비한 하우징; 내부에 수용된 냉각용 기체가 유동 가능하도록 마련되어 있는 냉각 기로;를 포함하며, 상기 모터를 제어하기 위한 장치로서, 내부에 발열 부품을 구비하는 전력 변환 장치; 상기 전력 변환 장치의 발열 부품을 냉각하기 위한 열전도성 부재로서, 일단부는 상기 발열 부품에 접촉하고 있으며, 타단부는 상기 모터 수용 공간에 노출되어 있는 냉각 부재;를 포함하며, 상기 압축 기체 흡입구는 상기 하우징의 전단부에 배치되어 있고, 상기 임펠러는 상기 하우징의 후단부에 배치되어 있으며, 상기 모터는, 상기 압축 기체 흡입구와 상기 임펠러 사이에 배치되어 있으며, 상기 냉각 기로는, 상기 압축 기체 흡입구로부터 시작하여 상기 냉각 부재의 타단부를 거쳐서 상기 임펠러까지 도달하는 제4 냉각 기로;를 포함하며, 상기 임펠러의 흡입력에 의하여 상기 압축 기체 흡입구로부터 흡입되는 기체가, 상기 제4 냉각 기로를 거치면서 상기 전력 변환 장치의 발열 부품을 냉각시키므로, 상기 압축 기체 흡입구로부터 흡입되는 비교적 저온의 냉각용 기체를 이용하여 상기 전력 변환 장치의 발열 부품을 신속하게 냉각할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예인 터보 압축기의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 터보 압축기의 부분확대도이다.
도 3은 도 2에 도시된 터보 압축기의 전단부 부분확대도이다.
도 4는 도 2에 도시된 터보 압축기의 후단부 부분확대도이다.
도 5는 도 1에 도시된 회전축 및 그 주변의 단면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 VI-VI선 단면도이다.
도 7은 종래의 터보 압축기의 단면도이다.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예인 터보 압축기의 단면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 터보 압축기의 부분확대도이다. 도 3은 도 2에 도시된 터보 압축기의 전단부 부분확대도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터보 압축기(100)는, 임펠러(impeller)를 고속으로 회전시킴으로써 외부의 기체를 흡입하여 압축한 후 외부로 송풍하는 원심형 펌프로서, 소위 터보 압축기(turbo compressor) 또는 터보 블로어(turbo blower)로도 불린다. 이 터보 압축기(100)는, 하우징(10)과 압축 유닛(20)과 모터(30)와 냉각 기로와 냉각 부재(50)와 전력 변환 장치(60)를 포함하여 구성된다. 이하에서 압축 대상인 기체가 공기인 것을 전제로 한다.

상기 하우징(10)은, 금속 재질의 하우징(housing)으로서, 모터 수용 공간(13)을 내부에 구비하는 통형 부재로서, 제1 중심축(C1)을 원의 중심으로 하는 단면을 가지며, 상기 제1 중심축(C1)을 따라 연장되어 있다.

상기 모터 수용 공간(13)은, 후술할 상기 모터(30)를 수용할 수 있도록 상기 모터(30)와 대응되는 형상을 가진 공간이다.

상기 하우징(10)의 후단부에는, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 압축 유닛(20)의 임펠러(21)가 배치되어 있다.

상기 하우징(10)은, 상기 모터(30)의 장착을 위하여 복수 개의 구성품으로 분리 제작되어 있는데, 본 실시예에서는 제1 하우징(10a)과, 제2 하우징(10b)과, 제3 하우징(10c)과, 제4 하우징(10d)을 포함한다.

상기 제1 하우징(10a)은, 제1 중심축(C1)을 원의 중심으로 하는 단면을 가지는 원통형 부재이다.

상기 제1 하우징(10a)의 후단부에는, 상기 모터 수용 공간(13)에 수용된 기체가 상기 임펠러(21)로 유입될 수 있도록 마련되어 있는 제2 관통공(12)이 적어도 하나 이상 형성되어 있다.

본 실시예에서 상기 제2 관통공(12)은, 복수 개 마련되어, 후술할 회전축(31)의 원주 방향을 따라 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 나열되어 있다.

상기 제2 관통공(12)은, 원형 구멍, 상기 회전축(31)의 반경 방향을 따라 연장된 슬릿(slit)형 구멍, 상기 회전축(31)으로 근접할 수록 폭이 좁아지도록 형성된 부채꼴형 구멍등 다양한 형태로 형성될 수 있다.

본 실시예에서 상기 제2 관통공(12)은, 후술할 기체 유도 부재(22)의 내부와 연통되어 있다.

상기 제1 하우징(10a)의 상단부에는, 도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이 후술할 상기 냉각 부재(50)의 냉각핀(52)이 관통할 수 있는 개구부(16)가 형성되어 있다.

상기 제2 하우징(10b)은, 상기 제1 하우징(10a)의 전단부에 탈착 가능하게 부착되는 원판형 부재로서, 도 3에 도시된 바와 같이 후술할 저널 베어링(34)과 스러스트 베어링(35)과 회전축(31)의 장착을 가능하게 해주는 형상으로 마련되어 있다.

상기 제2 하우징(10b)은, 상기 제1 하우징(10a)의 전단부를 폐쇄 가능한 형상으로 마련되어 있다.

상기 제3 하우징(10c)은, 상기 제2 하우징(10b)의 전단부에 탈착 가능하게 부착되는 원판형 부재로서, 도 3에 도시된 바와 같이 후술할 스러스트 베어링(35)과 회전축(31)의 장착을 가능하게 해주는 형상으로 마련되어 있다.

상기 제3 하우징(10c)은, 후술할 스러스트 베어링 러너(311) 및 스러스트 베어링(35)이 전방으로 이탈하지 않도록 구속 가능하게 마련되어 있다.

상기 제3 하우징(10c)의 중심부에는, 상기 회전축(31)이 삽입될 수 있을 정도의 직경을 가진 원형 구멍(14)이 형성되어 있다.

상기 제2 하우징(10b) 및 제3 하우징(10c)에는, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 흡입되는 기체가 상기 모터 수용 공간(13)으로 유입될 수 있도록 마련되어 있는 제1 관통공(11)이 적어도 하나 이상 형성되어 있다.

본 실시예에서 상기 제1 관통공(11)은, 복 수개 마련되어 상기 회전축(31)의 원주 방향을 따라 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 나열되어 있다.

상기 제1 관통공(11)은, 원형 구멍, 상기 회전축(31)의 반경 방향을 따라 연장된 슬릿(slit)형 구멍, 상기 회전축(31)으로 근접할 수록 폭이 좁아지도록 형성된 부채꼴형 구멍등 다양한 형태로 형성될 수 있다.

상기 제3 하우징(10c)에는, 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 흡입되는 기체가 상기 스러스트 베어링(35)으로 유입될 수 있도록 마련되어 있는 제3 관통공(15)이 적어도 하나 이상 형성되어 있다.

본 실시예에서 상기 제3 관통공(15)은, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제3 하우징(10c)에 형성된 원형 구멍(14)과 상기 원형 구멍(14)에 배치된 후술할 회전축(31)의 전단부가 서로 협력하여 형성되는 원형 고리 형상의 구멍(15)을 포함한다.

상기 제4 하우징(10d)은, 도 1에 도시된 바와 같은 원판형 부재로서, 후술할 기체 유도 부재(22)의 후단부를 폐쇄하는 부재이다.

상기 압축 유닛(20)은, 외부의 공기를 흡입하여 압축하는 장치로서, 임펠러(21)와, 기체 유도 부재(22)를 구비한다.

상기 임펠러(21)는, 원심형 펌프의 주요 구성으로 곡면을 지닌 날개를 복수 개 구비한 바퀴로서, 고속 회전이 가능하도록 장착되어 있다.

상기 기체 유도 부재(22)는, 상기 임펠러(21)의 전방에 배치되는 금속 부재로서, 상기 임펠러(21)로 유입되어 압축될 공기와 상기 임펠러(21)에 의하여 압축된 공기를 가이드하는 부재이다.

상기 기체 유도 부재(22)는, 상기 제1 하우징(10a)의 후단부를 폐쇄할 수 있도록 마련되어 있다.

본 실시예에서 상기 기체 유도 부재(22)는, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 임펠러(21)를 거친 공기가 와선형으로 흐를 수 있도록 형성된 유로를 구비한 스크롤(scroll) 케이싱 형태로 마련된다.

상기 임펠러(21)는 후술할 압축 기체 흡입구(24)를 통하여 유입된 공기를 압축하며, 상기 임펠러(21)에 의하여 압축된 공기는 압축 기체 배출구(25)를 통하여 외부로 배출된다.

상기 압축 기체 흡입구(24)는, 압축 대상인 외부의 공기를 흡입되는 부재로서, 상기 하우징(10)의 전단부에 배치되어 있는데, 본 실시예에서는 상기 제2 하우징(10b)의 전단부에 탈착 가능하게 결합되어 있다.

상기 압축 기체 흡입구(24)로 흡입된 공기는, 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 상기 압축 기체 배출구(25)까지 연결되어 있는 압축 기체 유로(26)를 따라 이동하면서 압축된다.

상기 모터(30)는, 회전력을 발생시키는 전기 모터로서, 상기 임펠러(21)에 고속 회전력을 공급하기 위한 장치이다. 이 모터(30)는 회전축(31)과 고정자(32)와 회전자(33)와 저널 베어링(34)과 스러스트 베어링(35)을 포함한다.

상기 회전축(31)은, 상기 제1 중심축(C1)을 따라 연장된 막대 부재로서, 상기 임펠러(21)를 회전시키기 위하여 후단부가 상기 임펠러(21)와 상대 회전 불가능하게 결합되어 있다.

상기 회전축(31)은, 상기 회전축(31)의 길이 방향인 상기 제1 중심축(C1)을 따라 연장되어 있는 중공(H)을 포함하고 있다.

상기 회전축(31)의 전단부에는, 상기 스러스트 베어링(35)과 대응되는 위치 및 형상을 가지는 스러스트 베어링 러너(311)가 마련되어 있다.

본 실시예에서 상기 스러스트 베어링 러너(311)는 일반적인 원판형 러너(runner)이다.

상기 회전축(31)의 전단부에는, 상기 회전축(31)의 중공(H)과 연통되어 있는 기체 유입공(312)이 형성되어 있다.

상기 기체 유입공(312)은, 상기 압축 기체 흡입구(24)로 유입되는 공기가 상기 중공(H)으로 유입될 수 있도록 유도하는 구멍이다.

본 실시예에서 상기 기체 유입공(312)은 상기 제3 하우징(10c)의 원형 구멍(14)의 내부에 위치한다.

상기 회전축(31)의 후단부에는, 상기 회전축(31)의 중공(H)과 연통되어 있는 기체 유출공(313)이 형성되어 있다.

상기 기체 유출공(313)은, 상기 회전축(31)의 중공(H)으로 유입된 공기가 상기 임펠러(21)에 도달할 수 있도록 유도하는 구멍이다.

본 실시예에서 상기 기체 유출공(313)은, 복 수개 마련되어 상기 회전축(31)의 원주 방향을 따라 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 나열되어 있다.

본 실시예에서 상기 기체 유출공(313)은, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 모터(30)의 고정자(32)와 상기 임펠러(21)의 사이에 위치하며, 상기 기체 유도 부재(22)의 내부에 배치되어 있다.

상기 고정자(32)는, 계자 코일(field coil)이 감겨지는 스테이터(stator)로서, 상기 모터 수용 공간(13)에 고정된 상태로 장착된다.

상기 회전자(33)는, 영구 자석을 포함하는 로터(rotor)로서, 상기 회전축(31)의 중간부에 결합되어 있다.

상기 저널 베어링(34)은, 고속 회전에 의하여 발생되는 마찰력을 감소시키기 위하여, 상기 회전축(31)을 회전 가능하게 지지하는 저널 포일 공기 베어링 (Journal foil air bearing)으로서, 상기 회전축(31)의 전단부와 후단부에 각각 마련되어 있다.

상기 저널 베어링(34) 중 상기 회전축(31)의 전단부에 배치된 저널 베어링(34)은, 상기 스러스트 베어링(35)의 후방에 배치되어 있다.

상기 스러스트 베어링(35)은, 스러스트 포일 공기 베어링 (Thrust foil air bearing)으로서, 한 쌍이 마련되어 상기 스러스트 베어링 러너(311)의 양면에 각각 배치되어 있다.

본 실시예에서 상기 스러스트 베어링(35)은, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 하우징(10)의 가장 앞쪽에 배치되어 있다.

상기 고정자(32)와 상기 회전자(33) 사이, 상기 회전축(31)과 상기 고정자(32)의 사이, 상기 회전축(31)과 상기 저널 베어링(34)의 사이, 상기 스러스트 베어링(35)과 상기 스러스트 베어링 러너(311)의 사이, 각각에는 미리 정한 간격이 존재한다.

결국 본 실시예에서 상기 모터(30)는, 상기 압축 기체 흡입구(24)와 상기 임펠러(21) 사이에 배치되어 있다.

상기 냉각 기로는, 내부에 수용된 냉각용 기체가 유동 가능하도록 형성된 기로로서, 제1 냉각 기로(41)와 제2 냉각 기로(42)와 제3 냉각 기로(43)와 제4 냉각 기로(44)와 제5 냉각 기로(45)를 포함한다.

여기서, 상기 냉각용 기체는 상기 임펠러(51)의 흡입력에 의하여 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 흡입되는 압축 대상 기체로서의 공기이다.

상기 제1 냉각 기로(41)는, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 시작하여 상기 회전축(31)의 외주면을 거쳐서 상기 임펠러(21)까지 도달하는 냉각 기로이다.

본 실시예에서 상기 제1 냉각 기로(41)는, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 시작하여, 상기 제1 관통공(11), 상기 모터 수용 공간(13)의 전단부, 상기 고정자(32)와 상기 회전축(31)의 외주면과의 사이 공간, 상기 제2 관통공(12)을 순차적으로 거쳐서 상기 임펠러(21)까지 도달한다.

따라서, 상기 제1 냉각 기로(41)는, 상기 모터(30)의 고정자(32)를 신속히 냉각시킬 수 있다.

본 실시예에서 상기 제1 냉각 기로(41)는, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제1 관통공(11)을 관통하는 과정에서 상기 스러스트 베어링 러너(311)가 수용된 공간을 거쳐감으로써, 상기 스러스트 베어링(35)을 냉각할 수 있도록 마련되어 있다.

상기 제2 냉각 기로(42)는, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 시작하여, 상기 회전축(31)의 중공(H)을 거쳐서 상기 임펠러(21)까지 도달하는 냉각 기로이다.

본 실시예에서 상기 제2 냉각 기로(42)는, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 시작하여, 상기 기체 유입공(312), 상기 회전축(31)의 중공(H), 상기 기체 유출공(313)을 순차적으로 거쳐서 상기 임펠러(21)까지 도달한다.

따라서, 상기 제2 냉각 기로(42)는, 상기 모터(30)의 회전자(33)를 신속히 냉각시킬 수 있다.

상기 제3 냉각 기로(43)는, 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 시작하여 상기 스러스트 베어링(35)을 거쳐서 상기 임펠러(21)까지 도달하는 냉각 기로이다.

본 실시예에서 상기 제3 냉각 기로(43)는, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 시작하여, 상기 스러스트 베어링(35), 상기 저널 베어링(34), 상기 모터 수용 공간(13)의 전단부, 상기 고정자(32)와 상기 회전축(31)의 외주면과의 사이 공간, 상기 제2 관통공(12)을 순차적으로 거쳐서 상기 임펠러(21)까지 도달한다.

따라서, 상기 제3 냉각 기로(43)는, 상기 스러스트 베어링(35) 및 저널 베어링(34)를 신속히 냉각시킬 수 있다.

본 실시예에서 상기 제3 냉각 기로(43)는, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 모터 수용 공간(13)이 후단부에서 상기 제1 냉각 기로(41)와 합류한다.

상기 제4 냉각 기로(44)는, 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 시작하여 상기 냉각 부재(50)의 타단부를 거쳐서 상기 임펠러(21)까지 도달하는 냉각 기로이다.

본 실시예에서 상기 제4 냉각 기로(44)는, 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 시작하여, 상기 제1 관통공(11), 상기 냉각 부재(50)의 냉각핀(52), 상기 제2 관통공(12)을 순차적으로 거쳐서 상기 임펠러(21)까지 도달한다.

상기 제4 냉각 기로(44)는, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 냉각핀(52)의 표면과 상기 고정자(32)의 외부 표면과 상기 개구부(16)의 내부 표면이 서로 협력하여 생성되는 다수 개의 냉각 기로를 포함한다.

따라서, 상기 제4 냉각 기로(44)는, 상기 냉각핀(52)을 냉각함으로써, 상기 전력 변환 장치(60)를 신속히 냉각시킬 수 있다.

본 실시예에서 상기 제4 냉각 기로(44)는, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 모터 수용 공간(13)의 후단부에서 상기 제1 냉각 기로(41) 및 제3 냉각 기로(43)와 합류한다.

상기 제5 냉각 기로(45)는, 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 시작하여 후술할 전력 변환 장치(60)의 케이스(61)의 내부 공간을 거쳐서 상기 임펠러(21)까지 도달하는 냉각 기로이다.

본 실시예에서 상기 제5 냉각 기로(45)는, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 시작하여, 상기 제1 관통공(11), 상기 케이스(61)의 내부 공간, 상기 제2 관통공(12)을 순차적으로 거쳐서 상기 임펠러(21)까지 도달한다.

따라서, 상기 제5 냉각 기로(45)는, 상기 압축 기체 흡입구(24)를 통하여 유입된 공기가 상기 케이스(61)의 내부 공간에 직접 진입하여, 상기 전력 변환 장치(60)의 발열 부품들을 신속히 냉각시킬 수 있는 구조를 가진다.

본 실시예에서 상기 제5 냉각 기로(45)는, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 모터 수용 공간(13)의 후단부에서 상기 제1 냉각 기로(41)와 제3 냉각 기로(43) 및 제4 냉각 기로(44)와 합류한다.

결과적으로 상기 냉각 기로(41, 42, 43, 44, 45)는 상기 압축 기체 유로(26)의 전단부에 배치되어 있으며, 상기 임펠러(21)의 상류로부터 상기 임펠러(21)를 향하여 상기 압축 기체 유로(26)를 따라 흐르는 압축 대상인 공기가 냉각용 기체로 기능하게 된다.

상기 냉각 부재(50)는, 상기 전력 변환 장치(60)의 발열 부품을 냉각하기 위한 열전도성 냉각 부재(Heat Sink)로서, 본체(51)와 냉각핀(52)을 포함한다.

상기 본체(51)는, 도 2에 도시된 바와 같이 사각 판 형상의 금속 부재로서 상기 냉각 부재(50)의 일단부에 마련되어 있다.

상기 본체(51)는, 상기 전력 변환 장치(60)의 발열 부품에 접촉된 상태로, 상기 케이스(61)의 내부 공간에 배치되어 있다.

상기 냉각핀(52)은, 상기 제4 냉각 기로(44)를 흐르는 냉각용 기체와의 열교환 효율을 증가시키기 위한 부재로서, 상기 냉각 부재(50)의 타단부에 배치되어 있다.

상기 냉각핀(52)은, 다수 개가 마련되어 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제1 하우징(10a)의 개구부(16)를 통하여 상기 모터 수용 공간(13)에 삽입된 상태로 배치되어 있다.

본 실시예에서 상기 냉각핀(52)은, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 회전축(31)을 향하여 돌출된 상태로, 상기 회전축(31)의 길이 방향(C1)을 따라 연장되어 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이 서로 이격된 상태로 상기 회전축(31)의 원주 방향을 따라 나열되어 있다.

상기 냉각핀(52)의 말단부 중 적어도 일부는, 상기 모터(30)의 고정자(32)의 외부 표면에 접촉하거나 미리 정한 거리 이내로 밀접하게 배치될 수 있게 마련되는 것이 바람직하다.

본 실시예에서는 상기 냉각핀(52)의 말단부 모두가 도 6에 도시된 바와 같이 상기 모터(30)의 고정자(32)의 외부 표면에 접촉하고 있다.

상기 전력 변환 장치(60)는, 상기 모터(30)를 제어하기 위하여 전기를 변환하는 장치로서, 직류(DC) 성분을 교류(AC) 성분으로 바꾸거나 반대로 교류(AC) 성분을 직류(DC)로 변환하여 상기 모터(30)에 공급하는 장치이다. 이 전력 변환 장치(60)는, 케이스(61)와 스위칭 모듈(62)과 덮개(63)와 관통공(64)을 포함하고 있다.

상기 케이스(61)는, 내부 공간에 각종 발열 부품을 수용할 수 있는 금속 재질의 용기로서, 내부의 각종 발열 부품이 소손되어 화염이 발생하더라도, 그 화염이 외부로 유출되지 않도록 기밀 가능한 구조를 가지는 것이 바람직하다.

본 실시예에서 상기 케이스(61)는, 상기 제1 하우징(10a)의 상단부에 배치되며, 상기 하우징(10)과 열교환할 수 있도록 도 1에 도시된 바와 같이 상기 제1 하우징(10a)의 외주면에 접촉된 상태를 유지하고 있다.

본 실시예에서 상기 케이스(61)는, 상기 냉각 부재(50)의 본체(51)와 열교환할 수 있도록, 상기 본체(51)와 접촉한 상태로 결합되어 있다.

상기 케이스(61)의 바닥면에는, 상기 제5 냉각 기로(45)를 따라 흐르는 공기가 유입된 후 유출될 수 있도록 적어도 하나 이상의 기공(미도시)이 형성되어 있다. 본 실시예에서 상기 기공(미도시)은, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 냉각 부재(50)의 전방과 후방에 각각 하나 이상이 마련되어 있으며, 상기 제1 하우징(10a)의 개구부(16)와 상기 케이스(61)의 내부 공간을 서로 연통시킨다.

상기 스위칭 모듈(62)은, 상기 전력 변환 장치(60)의 주요 발열 부품으로서, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT, Insulated/Isolated Gate bi-polar Transistor)를 포함하고 있다.

상기 전력 변환 장치(60)는, 주요 발열 부품인 상기 스위칭 모듈(62) 이외에도, 상기 모터(30)의 회전 속도를 조절하는 등 상기 모터(30)의 작동 전반을 제어하는 제어기 등 각종 발열 부품을 포함하고 있다.

본 실시예에서 상기 스위칭 모듈(62)은, 상기 케이스(61)의 바닥면 근처에 배치되며, 상기 냉각 부재(50)의 본체(51)의 상면에 밀착된 상태로 결합되어 있다.

상기 스위칭 모듈(62)은, 직류(DC) 성분을 교류(AC) 성분으로 바꾸는 인버터(inverter)의 핵심 구성이다.

상기 인버터는 파워 인버터(power inverter)로도 불리며, 적절한 변환 방법이나 스위칭 소자, 제어 회로를 통해 원하는 전압과 주파수 출력값을 얻는다.

상기 덮개(63)는, 금속 판재형 부재로서, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 케이스(61)의 개구된 상단부를 탈착 가능하게 폐쇄하기 위한 부재이다.

상기 관통공(64)은, 상기 케이스(61)의 바닥면에 형성되어 있는 사각형 구멍으로서, 상기 냉각 부재(50)이 냉각핀(52)이 관통할 수 있는 형상으로 마련되어 있다.

본 실시예에서 상기 관통공(64)은, 상기 냉각 부재(50)의 본체(51)가 관통할 수 없는 크기와 형상을 가진다.

이하에서는, 상술한 구성의 터보 압축기(100)가 작동하는 방법의 일례를 설명하기로 한다.

상기 모터(30)의 회전축(31)이 회전하면, 상기 임펠러(21)가 회전하게 되고, 상기 임펠러(21)의 흡입력에 의하여 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 흡입되는 공기가, 상기 제1 냉각 기로(41)와 제2 냉각 기로(42)와 제3 냉각 기로(43)와 제4 냉각 기로(44)와 제5 냉각 기로(45)를 통하여 흐르면서, 상기 모터(30)를 냉각시키게 된다.

이렇게 상기 모터(30)를 냉각한 공기는, 상기 기체 유도 부재(22)의 내부로 유입된 후, 상기 임펠러(21)에 의하여 압축된 후 상기 압축 기체 배출구(25)를 통하여 외부로 배출된다.

이때, 상기 제1 냉각 기로(41)와 상기 제2 냉각 기로(42) 및 제3 냉각 기로(43)와 제4 냉각 기로(44)와 제5 냉각 기로(45)를 흐르는 공기는, 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 시작하여 상기 임펠러(21)까지 일방향으로 유동하게 되며, 상기 압축 기체 흡입구(24) 쪽으로 재순환하지 않는다.

상기 제1 냉각 기로(41)를 따라 유동하는 공기는, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 시작하여, 상기 제1 관통공(11), 상기 모터 수용 공간(13)의 전단부, 상기 고정자(32)와 상기 회전축(31)의 외주면과의 사이 공간, 상기 제2 관통공(12)을 순차적으로 거쳐서 상기 임펠러(21)까지 도달함으로써, 상기 고정자(32)와 상기 회전축(31)의 외주면을 신속하게 냉각시킬 수 있다.

상기 제2 냉각 기로(42)를 따라 유동하는 공기는, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 시작하여, 상기 기체 유입공(312), 상기 회전축(31)의 중공(H), 상기 기체 유출공(313)을 순차적으로 거쳐서 상기 임펠러(21)까지 도달함으로써, 상기 회전자(33)와 상기 회전축(31)의 중공(H)을 신속하게 냉각시킬 수 있다.

상기 제3 냉각 기로(43)를 따라 유동하는 공기는, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 시작하여, 상기 스러스트 베어링(35), 상기 저널 베어링(34), 상기 모터 수용 공간(13)의 전단부, 상기 고정자(32)와 상기 회전축(31)의 외주면과의 사이 공간, 상기 제2 관통공(12)을 순차적으로 거쳐서 상기 임펠러(21)까지 도달함으로써, 상기 스러스트 베어링(35)과 저널 베어링(34) 등을 신속하게 냉각시킬 수 있다.

상기 제4 냉각 기로(44)를 따라 유동하는 공기는, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 시작하여, 상기 제1 관통공(11), 상기 냉각 부재(50)의 냉각핀(52), 상기 제2 관통공(12)을 순차적으로 거쳐서 상기 임펠러(21)까지 도달함으로써, 상기 냉각 부재(50)의 냉각핀(52)을 신속하게 냉각시킬 수 있다.

상기 제5 냉각 기로(45)를 따라 유동하는 공기는, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 시작하여, 상기 제1 관통공(11), 상기 케이스(61)의 내부 공간, 상기 제2 관통공(12)을 순차적으로 거쳐서 상기 임펠러(21)까지 도달함으로써, 상기 전력 변환 장치(60)의 발열 부품들을 직접적으로 신속하게 냉각시킬 수 있다.

상술한 구성의 터보 압축기(100)는, 기체를 압축하여 외부로 공급할 수 있는 터보 압축기로서, 상기 기체가 흡입되는 압축 기체 흡입구(24); 상기 압축 기체 흡입구(24)를 통하여 유입된 기체를 압축하는 임펠러(21); 상기 임펠러(21)에 의하여 압축된 상기 기체가 외부로 배출되는 압축 기체 배출구(25); 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 상기 압축 기체 배출구(25)까지 연결되어 있는 압축 기체 유로(26)를 구비하는 압축 유닛(20); 상기 임펠러(21)를 회전시키기 위하여, 일단부가 상기 임펠러(21)와 결합되어 있는 회전축(31)을 구비하는 모터(30); 상기 모터(30)를 수용하는 모터 수용 공간(13)을 구비한 하우징(10); 내부에 수용된 냉각용 기체가 유동 가능하도록 마련되어 있는 냉각 기로;를 포함하며, 상기 모터(30)를 제어하기 위한 장치로서, 내부에 발열 부품을 구비하는 전력 변환 장치(60); 상기 전력 변환 장치(60)의 발열 부품을 냉각하기 위한 열전도성 부재로서, 일단부는 상기 발열 부품에 접촉하고 있으며, 타단부는 상기 모터 수용 공간(13)에 노출되어 있는 냉각 부재(50);를 포함하며, 상기 압축 기체 흡입구(24)는 상기 하우징(10)의 전단부에 배치되어 있고, 상기 임펠러(21)는 상기 하우징(10)의 후단부에 배치되어 있으며, 상기 모터(30)는, 상기 압축 기체 흡입구(24)와 상기 임펠러(21) 사이에 배치되어 있으며, 상기 냉각 기로는, 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 시작하여 상기 냉각 부재(50)의 타단부를 거쳐서 상기 임펠러(21)까지 도달하는 제4 냉각 기로(44);를 포함하며, 상기 임펠러(21)의 흡입력에 의하여 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 흡입되는 기체가, 상기 제4 냉각 기로(44)를 거치면서 상기 전력 변환 장치(60)의 발열 부품을 냉각시키므로, 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 흡입되는 비교적 저온의 냉각용 기체를 이용하여 상기 전력 변환 장치(60)의 발열 부품을 신속하게 냉각할 수 있는 장점이 있다.

그리고 상기 터보 압축기(100)는, 상기 전력 변환 장치(60)가, 내부 공간에 발열 부품을 수용할 수 있는 케이스(61)를 구비하며, 상기 냉각 기로는, 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 시작하여 상기 케이스(61)의 내부 공간을 거쳐서 상기 임펠러(21)까지 도달하는 제5 냉각 기로(45);를 포함하며, 상기 임펠러(21)의 흡입력에 의하여 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 흡입되는 기체가, 상기 제5 냉각 기로(45)를 거치면서 상기 전력 변환 장치(60)의 발열 부품을 냉각시키므로, 상기 압축 기체 흡입구(24)를 통하여 유입된 공기가 상기 케이스(61)의 내부 공간에 직접 진입하여, 상기 전력 변환 장치(60)의 발열 부품들을 냉각시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한 상기 터보 압축기(100)는, 상기 하우징(10)의 전단부에는, 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 흡입되는 기체가 상기 모터 수용 공간(13)으로 유입될 수 있도록 마련되어 있는 제1 관통공(11)이 적어도 하나 이상 형성되어 있으며, 상기 하우징(10)의 후단부에는, 상기 모터 수용 공간(13)에 수용된 기체가 상기 임펠러(21)로 유입될 수 있도록 마련되어 있는 제2 관통공(12)이 적어도 하나 이상 형성되어 있으므로, 냉각용 기체가 상기 모터 수용 공간(13)에 유입된 후 유출되는 구조를 마련하기 용이하다는 장점이 있다.

그리고 상기 터보 압축기(100)는, 상기 제1 관통공(11)과 상기 제2 관통공(12) 중 적어도 하나가, 상기 회전축(31)의 원주 방향을 따라 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 복수 개 나열되어 있으므로, 상기 모터 수용 공간(13)의 내부로 진입하는 공기의 유량 및 유선 형태를 쉽게 조절할 수 있는 장점이 있다.

또한 상기 터보 압축기(100)는, 상기 제4 냉각 기로(44)가, 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 시작하여, 상기 제1 관통공(11), 상기 냉각 부재(50)의 타단부, 상기 제2 관통공(12)을 순차적으로 거쳐서 상기 임펠러(21)까지 도달하므로, 상기 모터(30)와 상기 전력 변환 장치(60)를 동시에 냉각시킬 수 있는 장점이 있다.

그리고 상기 터보 압축기(100)는, 상기 제5 냉각 기로(45)가, 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 시작하여, 상기 제1 관통공(11), 상기 케이스(61)의 내부 공간, 상기 제2 관통공(12)을 순차적으로 거쳐서 상기 임펠러(21)까지 도달하므로, 상기 냉각 부재(50)를 통한 간접 냉각과 상기 케이스(61)의 내부 진입을 통한 직접 냉각을 동시에 구현할 수 있다는 장점이 있다.

또한 상기 터보 압축기(100)는, 상기 냉각 부재(50)의 타단부에는 다수 개의 냉각핀(52)이 마련되어 있으므로, 냉각용 기체와 상기 냉각 부재(50)와의 열교환 효율이 매우 증가하는 장점이 있다.

그리고 상기 터보 압축기(100)는, 상기 냉각핀(52)이, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 회전축(31)을 향하여 돌출된 상태로, 상기 회전축(31)의 길이 방향(C1)을 따라 연장되어 있으며, 서로 이격된 상태로 상기 회전축(31)의 원주 방향을 따라 나열되어 있으므로, 상기 제4 냉각 기로(44)를 따라 유동하는 공기의 흐름을 방해하지 않는 상황하에서 열교환 효율을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

또한 상기 터보 압축기(100)는, 상기 냉각핀(52)의 말단부 중 적어도 일부는, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 모터(30)의 고정자(32)의 외부 표면에 접촉하거나 미리 정한 거리 이내로 밀접하게 배치될 수 있게 마련되어 있으므로, 상기 냉각핀(52)의 돌출 길이를 최대한으로 확보할 수 있으며, 상기 고정자(32)에서 발생하는 열의 일부를 상기 냉각 부재(50)로 전도시킬 수 있는 장점도 있다.

그리고 상기 터보 압축기(100)는, 상기 전력 변환 장치(60)가, 내부의 발열 부품을 수용할 수 있는 케이스(61)를 구비하며, 상기 케이스(61)는, 금속 재질을 포함하며, 상기 냉각 부재(50)와 열교환할 수 있도록 상기 냉각 부재(50)의 일단부와 결합되어 있으므로, 상기 냉각 부재(50)로부터 상기 케이스(61)로의 열전달을 통하여, 상기 케이스(61)가 제2의 열전도성 냉각 부재(Heat Sink)로 기능하는 장점이 있다.

한편, 상기 터보 압축기(100)는, 상기 냉각 기로(41, 42, 43, 44, 45)가, 상기 냉각용 기체가 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 시작하여 상기 임펠러(21)까지 일방향으로 유동하여 재순환하지 않도록 형성되어 있으므로, 냉각에 사용된 공기가 가열된 이후에 다시 임펠러의 상류측으로 유입되어 재압축되는 "맴돌이 유동"을 가지지 않는 바, 임펠러(21)의 압축 효율이 우수하다는 장점이 있다.

그리고 상기 터보 압축기(100)는, 상기 제1 냉각 기로(41)가, 상기 모터(30)의 고정자(32)를 냉각시킬 수 있도록 형성되어 있으므로, 비교적 저온의 냉각용 기체를 이용하여 상기 고정자(32)를 신속하게 냉각할 수 있는 장점이 있다. 여기서, 상기 제1 관통공(11) 및 제2 관통공(12)의 크기나 개수를 조절하여 상기 제1 냉각 기로(41)를 흐르는 공기의 양을 용이하게 조절할 수 있다.

또한 상기 터보 압축기(100)는, 상기 제2 냉각 기로(42)가, 상기 모터(30)의 회전자(33)를 냉각시킬 수 있도록 형성되어 있으므로, 비교적 저온의 냉각용 기체를 이용하여 상기 회전자(33)를 신속하게 냉각할 수 있는 장점이 있다. 여기서, 상기 기체 유입공(312), 중공(H), 기체 유출공(313)의 크기나 개수를 조절하여 상기 제2 냉각 기로(42)를 흐르는 공기의 양을 용이하게 조절할 수 있다.

그리고 상기 터보 압축기(100)는, 상기 회전축(31)의 전단부에 배치되어 있는 스러스트 베어링(35)을 포함하며, 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 시작하여 상기 스러스트 베어링(35)을 거쳐서 상기 임펠러(21)까지 도달하는 제3 냉각 기로(43)를 포함하므로, 비교적 저온의 냉각용 기체를 이용하여 상기 스러스트 베어링(35)을 신속하게 냉각할 수 있는 장점이 있다.

또한 상기 터보 압축기(100)는, 상기 하우징(10)의 전단부에는, 상기 압축 기체 흡입구(24)로부터 흡입되는 기체가 상기 스러스트 베어링(35)으로 유입될 수 있도록 마련되어 있는 제3 관통공(15)이 적어도 하나 이상 형성되어 있으므로, 상기 제3 냉각 기로(43)를 따라 유동하는 공기의 유량 및 유선 형태를 쉽게 조절할 수 있는 장점이 있다.

그리고 상기 터보 압축기(100)는, 상기 제3 관통공(15)이, 상기 하우징(10)의 전단부에 형성된 원형 구멍(14)과 상기 원형 구멍(14)에 배치된 상기 회전축(31)의 전단부가 협력하여 형성되는 원형 고리 형상의 구멍(15)을 포함하므로, 복잡한 절삭 가공이 없어도 상기 제3 관통공(15)을 쉽게 형성할 수 있는 장점이 있다.

또한 상기 터보 압축기(100)는, 상기 회전축(31)이, 상기 회전축(31)의 중공(H)과 연통되어 있으며, 상기 회전축(31)의 전단부에 형성되어 있는 기체 유입공(312); 상기 회전축(31)의 중공(H)과 연통되어 있으며, 상기 회전축(31)의 후단부에 형성되어 있는 기체 유출공(313);을 포함하며, 상기 기체 유출공(313)은 상기 모터(30)의 고정자(32)와 상기 임펠러(21)의 사이에 배치되어 있으므로, 상기 제2 냉각 기로(42)를 따라 흐르는 공기가, 다른 냉각 기로(41, 43)를 따라 흐르는 공기와 혼합되지 않은 상태로, 곧바로 상기 임펠러(21)까지 도달할 수 있는 장점이 있다. 이렇게 하면, 상기 제2 냉각 기로(42)를 따라 흐르는 공기의 유량을 개별적으로 조절하기 매우 쉽다.

본 실시예에서는, 상기 냉각 기로(41, 42, 43, 45)의 내부에 별도의 냉각핀이 없으나, 별도의 냉각핀이 상기 냉각 기로의 내부에 마련될 수 있음은 물론이다. 이때 냉각핀이 상기 하우징(10)에 일체로 형성될 수도 있고, 별도의 부재로 가공된 후 압입 등의 방법으로 결합될 수도 있다.

본 실시예에서는, 상기 베어링(34, 35)이 포일 공기 베어링으로 마련되어 있으나, 다른 종류의 공기 베어링이나 기타 다양한 베어링이 사용될 수도 있음은 물론이다.

본 실시예에서는, 기밀을 위한 별도의 실링(sealing) 수단이 설명되어 있지 않지만, 다양한 종류의 실링 수단이 사용될 수도 있음은 물론이다.

이상으로 본 발명을 설명하였는데, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것임은 명백하다.

＊ 도면의 주요부위에 대한 부호의 설명 ＊
100: 터보 압축기
10: 하우징
10a: 제1 하우징
10b: 제2 하우징
10c: 제3 하우징
10d: 제4 하우징
11: 제1 관통공
12: 제2 관통공
13: 모터 수용 공간
14: 원형 구멍
15: 제3 관통공
16: 개구부
20: 압축 유닛
21: 임펠러
22: 기체 유도 부재
23: 고정자
24: 압축 기체 흡입구
25: 압축 기체 배출구
26: 압축 기체 유로
30: 모터
31: 회전축
32: 고정자
33: 회전자
34: 저널 베어링
35: 스러스트 베어링
41: 제1 냉각 기로
42: 제2 냉각 기로
43: 제3 냉각 기로
44: 제4 냉각 기로
45: 제5 냉각 기로
50: 냉각 부재
51: 본체
52: 냉각핀
60: 전력 변환 장치
61: 케이스
62: 스위칭 모듈
63: 덮개
64: 관통공
311: 스러스트 베어링 러너
312: 기체 유입공
313: 기체 유출공

Claims

기체를 압축하여 외부로 공급할 수 있는 터보 압축기로서,
상기 기체가 흡입되는 압축 기체 흡입구; 상기 압축 기체 흡입구를 통하여 유입된 기체를 압축하는 임펠러; 상기 임펠러에 의하여 압축된 상기 기체가 외부로 배출되는 압축 기체 배출구; 상기 압축 기체 흡입구로부터 상기 압축 기체 배출구까지 연결되어 있는 압축 기체 유로를 구비하는 압축 유닛;
상기 임펠러를 회전시키기 위하여, 일단부가 상기 임펠러와 결합되어 있는 회전축을 구비하는 모터;
상기 모터를 수용하는 모터 수용 공간을 구비한 하우징;
내부에 수용된 냉각용 기체가 유동 가능하도록 마련되어 있는 냉각 기로;
상기 모터를 제어하기 위한 장치로서, 내부에 발열 부품을 구비하는 전력 변환 장치;
상기 전력 변환 장치의 발열 부품을 냉각하기 위한 열전도성 부재로서, 일단부는 상기 발열 부품에 접촉하고 있으며, 타단부는 상기 모터 수용 공간에 노출되어 있는 냉각 부재;를 포함하며,
상기 압축 기체 흡입구는 상기 하우징의 전단부에 배치되어 있고, 상기 임펠러는 상기 하우징의 후단부에 배치되어 있으며,
상기 모터는, 상기 압축 기체 흡입구와 상기 임펠러 사이에 배치되어 있으며,
상기 냉각 기로는,
상기 압축 기체 흡입구로부터 시작하여 상기 냉각 부재의 타단부를 거쳐서 상기 임펠러까지 도달하는 제4 냉각 기로;를 포함하며,
상기 임펠러의 흡입력에 의하여 상기 압축 기체 흡입구로부터 흡입되는 기체가, 상기 제4 냉각 기로를 거치면서 상기 전력 변환 장치의 발열 부품을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 터보 압축기
제 1항에 있어서,
상기 전력 변환 장치는, 내부 공간에 발열 부품을 수용할 수 있는 케이스를 구비하며,
상기 냉각 기로는,
상기 압축 기체 흡입구로부터 시작하여 상기 케이스의 내부 공간을 거쳐서 상기 임펠러까지 도달하는 제5 냉각 기로;를 포함하며,
상기 임펠러의 흡입력에 의하여 상기 압축 기체 흡입구로부터 흡입되는 기체가, 상기 제5 냉각 기로를 거치면서 상기 전력 변환 장치의 발열 부품을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 터보 압축기
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 하우징의 전단부에는, 상기 압축 기체 흡입구로부터 흡입되는 기체가 상기 모터 수용 공간으로 유입될 수 있도록 마련되어 있는 제1 관통공이 적어도 하나 이상 형성되어 있으며,
상기 하우징의 후단부에는, 상기 모터 수용 공간에 수용된 기체가 상기 임펠러로 유입될 수 있도록 마련되어 있는 제2 관통공이 적어도 하나 이상 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 터보 압축기
제 3항에 있어서,
상기 제1 관통공과 상기 제2 관통공 중 적어도 하나는, 상기 회전축의 원주 방향을 따라 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 복수 개 나열되어 있는 것을 특징으로 하는 터보 압축기
제 3항에 있어서,
상기 제4 냉각 기로는,
상기 압축 기체 흡입구로부터 시작하여, 상기 제1 관통공, 상기 냉각 부재의 타단부, 상기 제2 관통공을 순차적으로 거쳐서 상기 임펠러까지 도달하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기
제 3항에 있어서,
상기 제5 냉각 기로는,
상기 압축 기체 흡입구로부터 시작하여, 상기 제1 관통공, 상기 케이스의 내부 공간, 상기 제2 관통공을 순차적으로 거쳐서 상기 임펠러까지 도달하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기
제 1항에 있어서,
상기 냉각 부재의 타단부에는 다수 개의 냉각핀이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 터보 압축기
제 7항에 있어서,
상기 냉각핀은, 상기 회전축을 향하여 돌출된 상태로, 상기 회전축의 길이 방향을 따라 연장되어 있으며, 서로 이격된 상태로 상기 회전축의 원주 방향을 따라 나열되어 있는 것을 특징으로 하는 터보 압축기
제 7항에 있어서,
상기 냉각핀의 말단부 중 적어도 일부는, 상기 모터의 고정자의 외부 표면에 접촉하거나 미리 정한 거리 이내로 밀접하게 배치될 수 있게 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 터보 압축기
제 1항에 있어서,
상기 전력 변환 장치는, 내부의 발열 부품을 수용할 수 있는 케이스를 구비하며, 상기 케이스는, 금속 재질을 포함하며, 상기 냉각 부재와 열교환할 수 있도록 상기 냉각 부재의 일단부와 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 터보 압축기