WO2018236154A1 - 스러스트 베어링 냉각장치 - Google Patents

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WO2018236154A1
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fluid
fluid reservoir
thrust bearing
heat exchange
fin
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PCT/KR2018/006992
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문성현
한광진
조남욱
Original Assignee
현대일렉트릭앤에너지시스템(주)
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    • F16C2380/00—Electrical apparatus
    • F16C2380/26—Dynamo-electric machines or combinations therewith, e.g. electro-motors and generators

Definitions

  • the present invention relates to a thrust bearing cooling apparatus, and more particularly, to a thrust bearing cooling apparatus in which a thrust bearing is firstly cooled by circulating lubricating and cooling fluid, and secondarily cooled by heat exchange between fluid and air.
  • Thrust bearings are applied to the rotary shaft of the electric motor to reduce the friction of the rotary shaft of the electric motor while supporting the thrust load.
  • Such a thrust bearing receives a high thrust load, resulting in a friction loss, and the energy lost by the friction loss is converted into heat energy and acts as a heat source for raising the temperature of the thrust bearing.
  • a thrust bearing cooling device equipped with an oil bath is disclosed in Laid-Open Publication No. 10-2012-0003205.
  • the thrust bearing cooling device including the oil tank circulates the lubricating oil that performs the lubrication and cooling function in the oil bath using the suction force generated when the thrust bearing rotates to cool the thrust bearing, Thereby cooling the lubricating oil.
  • the thrust bearing cooling apparatus has a disadvantage in that the heat exchange efficiency between the lubricating oil and the oil tank is low and the thermal efficiency ratio between the oil tank and the outside air is low because the oil tank is formed in a simple box shape, have.
  • the present invention provides a fluid storage apparatus comprising: a fluid reservoir in which a thrust bearing is installed, a fluid is stored, and an outer surface is exposed to outside air; And at least one heat exchange pin provided inside the fluid reservoir.
  • a fluid storage apparatus comprising: a fluid reservoir in which a thrust bearing is installed, a fluid is stored, and an outer surface of the fluid reservoir is exposed to outside air; And at least one under-radiating fin provided on a bottom surface of the bottom of the fluid reservoir.
  • a fluid storage apparatus comprising: a fluid reservoir in which a thrust bearing is installed, a fluid is stored, and an outer surface of the fluid reservoir is exposed to outside air; At least one heat exchange fin provided on the inner surface of the bottom of the fluid reservoir; And at least one under-radiating fin provided on a bottom surface of the bottom of the fluid reservoir.
  • the cooling efficiency of the thrust bearing is improved, and the life of the thrust bearing and the maximum allowable supporting load are increased.
  • FIG. 1 is a cross-sectional perspective view of a thrust bearing cooling apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view in which the heat exchanging fin, the fluid guide, the underfiring heat sink, and the side heat sink fin included in the thrust bearing cooling device shown in FIG. 1 are separated one by one.
  • FIG. 3 is a side cross-sectional view of the thrust bearing cooling apparatus shown in FIG. 1 in a state where the cooling function is inactivated.
  • FIG. 4 is a side sectional view of the thrust bearing cooling device shown in Fig. 1 in a state in which the cooling function is activated.
  • FIG. 1 a specific configuration of the thrust bearing cooling apparatus 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 1 a specific configuration of the thrust bearing cooling apparatus 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 1 a specific configuration of the thrust bearing cooling apparatus 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 1 a specific configuration of the thrust bearing cooling apparatus 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • a thrust bearing cooling apparatus 100 includes a fluid reservoir 110, a bearing seat 120, a bearing runner 130, a cooling fan 140, A fan guide 142, a side radiating fin 150, a heat exchanging fin 160, a fluid guide 170, and an underheating fin 180.
  • FIG 1 and 2 show a structure in which the thrust bearing 20 is installed on the upper portion of the rotary shaft 10 of the vertical type electric motor.
  • the present invention is not limited thereto, (Not shown).
  • the fluid reservoir 110 is a box-shaped member in which a fluid is stored, and the outer surface may be exposed to the outside air.
  • a thrust bearing 20 may be installed so as to be immersed in the fluid stored in the fluid reservoir 110.
  • the rotary shaft 10 of the vertical electric motor coupled to the thrust bearing 20 may be arranged to penetrate through the center of the fluid reservoir 110.
  • the fluid may be a lubricant of the thrust bearing 20.
  • This fluid is sucked toward the inner ring side of the thrust bearing 20 by the suction force of the bearing roller 22 generated when the bearing roller 22 of the thrust bearing 20 rotates by the rotation of the rotary shaft 10, So that the fluid can be circulated in the fluid reservoir 110 via the thrust bearing 20.
  • fluid reservoir 110 includes a cylindrical sidewall 112, a ceiling 114 for sealing the top of sidewall 112, a bottom 116 for sealing the bottom of sidewall 112, And may include a sleeve 118 extending upwardly to surround the rotating shaft 10 in the portion 116.
  • the bearing seat 120 is provided inside the fluid reservoir 110 and may fix the thrust bearing 20 to the bottom portion 116 of the fluid reservoir 110.
  • the bearing seat 120 may be configured in the form of a cylinder in which the thrust bearing 20 is coupled to the top.
  • a space may be formed between the inner surface of the bearing seat 120 and the sleeve 118 of the fluid reservoir 110.
  • the bearing seat 120 may have fluid flow holes 122 formed radially through the bearing seat 120 from the outer side to the inner side.
  • the fluid flow holes 122 may be formed with a plurality of intervals along the circumferential direction of the bearing sheet 120.
  • the fluid flow holes 122 may be formed horizontally with respect to the ground so that the fluid can flow smoothly, but are not limited thereto.
  • the bearing runner 130 is provided inside the fluid reservoir 110 and rotatably supports the rotating wheel of the thrust bearing 20 to the ceiling portion 114 of the fluid reservoir 110.
  • the bearing runner 130 may mediate coupling between the rotary wheel of the thrust bearing 20 and the rotary shaft 10 of the vertical electric motor.
  • the cooling fan 140 is disposed above the fluid reservoir 110 and may be fastened to the rotary shaft 10 of the vertical motor.
  • the cooling fan 140 is rotated by the rotation of the rotary shaft 10 to generate an air flow rubbing against the outer surface of the fluid reservoir 110.
  • the fan guide 142 may guide the air flowing by the suction force of the cooling fan 140 to the cooling fan 140 so as to surround the fluid storage tank 110 and the side radiating fins 150 to be described later.
  • the fan guide 142 is configured in the form of a cover that covers the fluid reservoir 110, and the lower end extends downward to concentrate air on the outer surface of the fluid reservoir 110 and the side radiating fins 150 .
  • the side radiating fins 150 are provided on the outer surface of the sidewall 112 of the fluid reservoir 110 and can exchange heat with the outside air.
  • the side radiating fins 150 may be formed in a vertical direction along the flow direction of the air flowing by the cooling fan 140. In addition, the side radiating fins 150 may be provided at a plurality of intervals along the circumference of the fluid reservoir 110.
  • the heat exchange fin 160 is provided inside the fluid reservoir 110 and can exchange heat with the fluid stored in the fluid reservoir 110 and transfer heat to the fluid reservoir 110. This heat exchange fin 160 can increase the heat exchange area between the fluid and the fluid reservoir 110.
  • the heat exchange fins 160 are coupled to the bottom 116 of the fluid reservoir 110 and may be spaced a plurality of along the circumferential direction of the thrust bearing 20.
  • the plurality of heat exchange fins 160 may be provided radially with respect to the thrust bearing 20 along the flow direction of the fluid circulating inside the fluid reservoir 110.
  • the plurality of heat exchange fins 160 may be disposed such that the inner end thereof faces the fluid flow hole 122 formed in the bearing seat 120. Through this, the fluid is heat-exchanged with the heat exchange fin 160 and is guided to the fluid flow hole 122 by the heat exchange fin 160, so that the circulation flow of the fluid can be smoother.
  • the flow path through which the fluid flows into the fluid flow hole 122 of the bearing seat 120 is a plurality of
  • the flow of the fluid flowing into the fluid flow hole 122 may not be smooth because the heat exchange fin 160 is divided into a plurality of sections.
  • the inner end of the heat exchange fin 160 may be spaced apart from the bearing sheet 120.
  • the heat exchange fin 160 may extend to a location where the outer end is close to the sidewall 112 of the fluid reservoir 110 to increase the heat exchange area. However, in order not to divide the flow path of the fluid into a plurality of sections, the heat exchange fins 160 may be spaced from the sidewalls 112 of the fluid reservoir 110 at the outer ends thereof.
  • the fluid guide 170 is a plate-like member covering the upper portions of the plurality of heat exchange fins 160.
  • the fluid guide 170 guides the fluid discharged from the thrust bearing 20 to the outside of the heat exchange fin 160,
  • the heat exchange efficiency between the heat exchanging fin 160 and the fluid can be increased by maximizing the heat exchanging time and the heat exchanging area.
  • the fluid guide 170 may extend toward the outer end of the heat exchange fin 160 to flow the fluid discharged from the thrust bearing 20 to the outer end of the heat exchange fin 160 .
  • such a fluid guide 170 may be configured in the form of a donut extending radially from the outer surface of the bearing seat 120, but is not limited thereto.
  • the fluid guide 170 may be coupled to the upper end of a part of the heat exchange fins 160 of the plurality of heat exchange fins 160 to prevent sagging, .
  • the fluid guide 170 may increase the efficiency of heat exchange between the fluid within the fluid reservoir 110 and the fluid by flowing the fluid discharged from the thrust bearing 20 to the inner wall of the fluid reservoir 110 . At this time, the inner wall of the fluid reservoir 110 may be cooled by transmitting heat to the side radiating fins 150.
  • the fluid guide 170 may extend, for example, to an outer diameter of 50% to 95% of the inner diameter of the fluid reservoir 110, but is not limited thereto.
  • the fluid guide 170 may include a plurality of fluid passageways (not shown) to facilitate fluid flow in the radial direction and at the same time to increase the flow rate of fluid flowing to the outer ends of the heat exchange fins 160 Lt; / RTI >
  • the fluid guide 170 when the fluid guide 170 is tilted upward as it goes outward, the fluid can not pass over the fluid guide 170, and may stay inside the fluid guide 170, so that circulation of the fluid may not be smooth.
  • the fluid guide 170 is not excessively spaced away from the heat exchange fin 160 to maximize the heat exchange efficiency between the fluid and the heat exchange fin 160.
  • the fluid guide 170 may be disposed between the upper end of the fluid flow hole 122 and the 50% position of the height of the bearing seat 120, but is not limited thereto, But may be of different sizes depending on height.
  • the under radiating fins 180 are provided on the bottom of the bottom portion 116 of the fluid reservoir 110 and can exchange heat with the outside air.
  • the underfirings 180 may receive heat from the bottom portion 116 of the fluid reservoir 110 and discharge the heat to the outside.
  • the heat of the fluid transferred to the heat exchange fin 160 can be transferred to the under-radiating fin 180 through the bottom portion 116 of the fluid reservoir 110, and the under-radiating fin 180 is heat-exchanged with the outside air It is possible to discharge the transferred heat to the outside.
  • the under-radiating fins 180 may be radially provided with respect to the center of the fluid reservoir 110 with a plurality of spaced apart from each other.
  • the under-heat dissipating fin 180 may be configured to correspond to the heat exchanging fin 160 in a one-to-one correspondence with the number and position, but the present invention is not limited thereto.
  • the under-radiating fin 180 has a protruding portion 182 protruding radially from the bottom portion 116 of the fluid reservoir 110 at the outer end thereof and disposed below the side radiating fin 150 .
  • the lower end of the fan guide 142 may be disposed at the upper end of the under-radiating fin 180.
  • the fan guide 142 having such a structure can be guided by the cooling fan 140 to guide the heat exchanged air with the under radiating fins 180 to the side radiating fins 150.
  • the flow rate of the air flowing directly to the side radiating fin 150 without passing through the under radiating fin 180 is increased
  • the heat exchange efficiency of the under-radiating fin 180 may be lowered.
  • the height of the under radiating fins 180 is excessively high, it is not easy to pull the working tool at a distance between the plurality of under radiating fins 180. Therefore, The workability of the work of joining to the bottom surface of the base plate 116 may be deteriorated.
  • the under radiating fin 180 is formed at a low height for the assembling workability.
  • the height of the underfirings 180 is low, there is a disadvantage that the heat exchange area becomes narrow.
  • underfiring fins 180 may be positioned in portions coupled to the bottom portion 116 of fluid reservoir 110, as shown in Figures 1 and 2, And the area of the protrusion 182 increases toward the protrusion 182.
  • the air flowing into the side radiating fin 150 can most actively exchange heat at the protruding portion 182 of the under radiating fin 180.
  • FIG. 3 shows a state in which the cooling function of the thrust bearing cooling apparatus 100 according to an embodiment of the present invention is inactivated.
  • FIG. 4 illustrates a thrust bearing cooling apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. In which the cooling function of the cooling fan is activated.
  • the cooling function of the thrust bearing 20 is activated in conjunction with the rotation of the rotary shaft 10 of the vertical electric motor.
  • the fluid can be stored in the fluid reservoir 110 at a level about the height of the portion where the fluid of the thrust bearing 20 is discharged.
  • the fluid stored in the fluid reservoir 110 is circulated via the thrust bearing 20 as shown in FIG. 4, And may flow along the side at the lower end of the fluid reservoir 110 by the fluid passage 140.
  • the fluid circulating inside the fluid reservoir 110 may cool the thrust bearing 20 and transfer heat to the fluid reservoir 110 and the heat exchange fin 160.
  • the heat transferred to the heat exchange fin 160 can be transferred to the under heat dissipation fin 180 through the bottom portion 116 of the fluid reservoir 110 and the under heat dissipation fin 180 is heat exchanged with the air, Can be released.
  • the present invention has an advantage that the cooling performance of the fluid is remarkably improved through the heat dissipating fin 180 and the heat exchanging fin 160 transmitting heat to the under-heat dissipating fin 180.

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Abstract

본 발명은 스러스트 베어링의 냉각효율이 향상되는 스러스트 베어링 냉각장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스트 베어링 냉각장치는 내부에 스러스트 베어링이 설치되고 유체가 저장되며, 외면이 외기에 노출되는 유체저장조; 및 상기 유체저장조의 내부에 구비되는 적어도 하나의 열교환핀;을 포함한다.

Description

스러스트 베어링 냉각장치
본 발명은 스러스트 베어링 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스러스트 베어링을 윤활 겸 냉각 유체를 순환시켜서 1차 냉각시키고 유체와 공기를 열교환시켜서 2차 냉각시키는 스러스트 베어링 냉각장치에 관한 것이다.
펌프 등의 부하장치에 회전력을 제공하는 수직형 전동기는 부하장치에서 발생하는 높은 스러스트(Thrust, 추력) 하중을 지지해야 한다.
스러스트 하중을 지지하는 동시에 전동기의 회전축의 마찰을 저감시키기 위해 전동기의 회전축에는 스러스트 베어링이 적용된다.
이러한 스러스트 베어링은 높은 스러스트 하중을 받기 때문에 마찰손실이 발생하고, 마찰손실에 의해 손실된 에너지가 열에너지로 전환되어 스러스트 베어링의 온도를 높이는 열원으로 작용하게 된다.
또한, 스러스트 베어링의 온도가 높아지면 부품이 열화되어 손상되는 문제가 발생하게 되고, 이로 인해 베어링 자체의 최대허용 지지하중이 저감되는 문제가 발생한다.
따라서, 스러스트 베어링을 윤활 겸 냉각시키기 위한 기술로서, 스러스트 베어링을 오일조에 저장된 오일에 침지시키는 구조의 냉각장치가 있다.
오일조를 구비하는 스러스트 베어링 냉각장치는 공개특허공보 제10-2012-0003205호에 개시되어 있다.
이러한 오일조를 구비하는 스러스트 베어링 냉각장치는 윤활 겸 냉각 기능을 수행하는 윤활유를 스러스트 베어링의 회전시 발생하는 흡인력을 이용하여 오일조 내부에 순환시켜서 스러스트 베어링을 냉각시키고, 오일조를 외부 공기와 열교환시켜서 윤활유를 냉각시킨다.
그러나, 종래의 기술에 의한 스러스트 베어링 냉각장치는 오일조가 단순한 박스형태로 구성되므로, 윤활유와 오일조 간의 열교환율이 낮고 오일조와 외부 공기 간의 열효관율이 낮아서, 스러스트 베어링의 냉각효율이 높지 않다는 단점이 있다.
(특허문헌) KR 10-2012-0003205 A (2012.01.10)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 일 측면으로서, 스러스트 베어링의 냉각효율이 향상되는 스러스트 베어링 냉각장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적 중 적어도 일부를 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 내부에 스러스트 베어링이 설치되고 유체가 저장되며, 외면이 외기에 노출되는 유체저장조; 및 상기 유체저장조의 내부에 구비되는 적어도 하나의 열교환핀;을 포함하는 스러스트 베어링 냉각장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 다른 일 측면으로서, 내부에 스러스트 베어링이 설치되고 유체가 저장되며, 외면이 외기에 노출되는 유체저장조; 및 상기 유체저장조의 바닥부의 저면에 구비되는 적어도 하나의 언더방열핀;을 포함하는 스러스트 베어링 냉각장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 다른 일 측면으로서, 내부에 스러스트 베어링이 설치되고 유체가 저장되며, 외면이 외기에 노출되는 유체저장조; 상기 유체저장조의 바닥부의 내측면에 구비되는 적어도 하나의 열교환핀; 및 상기 유체저장조의 바닥부의 저면에 구비되는 적어도 하나의 언더방열핀;을 포함하는 스러스트 베어링 냉각장치를 제공한다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 스러스트 베어링의 냉각효율이 향상되어 스러스트 베어링의 수명 및 최대허용 지지하중이 증대된다는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스트 베어링 냉각장치의 단면 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 스러스트 베어링 냉각장치에 포함되는 열교환핀, 유체가이드, 언더방열핀 및 사이드방열핀이 하나씩 분리된 분해사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 스러스트 베어링 냉각장치의 냉각기능이 비활성화된 상태의 측단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 스러스트 베어링 냉각장치의 냉각기능이 활성화된 상태의 측단면도이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스트 베어링 냉각장치(100)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스트 베어링 냉각장치(100)는 유체저장조(110), 베어링시트(120), 베어링러너(130), 냉각팬(140), 팬가이드(142), 사이드방열핀(150), 열교환핀(160), 유체가이드(170) 및 언더방열핀(180)을 포함할 수 있다.
참고로, 도 1 및 도 2에는 스러스트 베어링(20)이 수직형 전동기의 회전축(10)의 상부에 설치된 구조가 개시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 스러스트 베어링(20)은 수직형 전동기의 회전축(10)의 하부에 설치될 수도 있다.
상기 유체저장조(110)는 내부에 유체가 저장되는 박스형태의 부재로서 외면이 외기에 노출될 수 있다.
이러한 유체저장조(110)의 내부의 중앙에는 스러스트 베어링(20)이 유체저장조(110)에 저장된 유체에 침지되도록 설치될 수 있다. 또한, 스러스트 베어링(20)에 결합되는 수직형 전동기의 회전축(10)은 유체저장조(110)의 중앙을 관통하는 형태로 배치될 수 있다.
여기서, 상기 유체는 스러스트 베어링(20)의 윤활유일 수 있다. 또한, 이러한 유체는 회전축(10)의 회전에 의해 스러스트 베어링(20)의 베어링롤러(22)가 회전할 때 발생하는 베어링롤러(22)의 흡인력에 의해 스러스트 베어링(20)의 내륜 측으로 흡인되어 외륜 측으로 토출됨으로써, 유체저장조(110)의 내부에서 스러스트 베어링(20)을 경유하여 순환할 수 있다.
한편, 일 실시예에서, 유체저장조(110)는 원통형상의 측벽(112), 측벽(112)의 상단을 밀페하는 천장부(114), 측벽(112)의 하단을 밀폐하는 바닥부(116) 및 바닥부(116)에서 회전축(10)을 감싸도록 상향 연장된 슬리브(118)를 포함할 수 있다.
상기 베어링시트(120)는 유체저장조(110)의 내부에 구비되며 스러스트 베어링(20)을 유체저장조(110)의 바닥부(116)에 고정시킬 수 있다.
일 실시예에서, 베어링시트(120)는 상부에 스러스트 베어링(20)이 결합되는 원통형태로 구성될 수 있다. 여기서, 베어링시트(120)의 내측면과 유체저장조(110)의 슬리브(118) 사이에는 공간이 형성될 수 있다.
또한, 베어링시트(120)는 외측면에서 내측면까지 베어링시트(120)의 반경방향으로 관통 형성된 유체유동홀(122)을 구비할 수 있다. 여기서, 유체유동홀(122)은 베어링시트(120)의 원주방향을 따라 복수개가 간격을 가지고 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 유체유동홀(122)은 유체가 원활하게 유동할 수 있도록 지면에 대해 수평하게 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 베어링러너(130)는 유체저장조(110)의 내부에 구비되며 스러스트 베어링(20)의 회전륜을 유체저장조(110)의 천장부(114)에 회전 가능하게 지지시킬 수 있다. 이러한 베어링러너(130)는 스러스트 베어링(20)의 회전륜과 수직형 전동기의 회전축(10) 간의 결합을 매개할 수 있다.
상기 냉각팬(140)은 유체저장조(110)의 상방에 배치되며 수직형 전동기의 회전축(10)에 체결될 수 있다. 이러한 냉각팬(140)은 회전축(10)의 회전에 의해 회전되어 유체저장조(110)의 외면에 마찰하는 공기유동을 발생시킬 수 있다.
상기 팬가이드(142)는 유체저장조(110) 및 후술할 사이드방열핀(150)을 둘러싸고 냉각팬(140)의 흡인력에 의해 유동하는 공기를 냉각팬(140)으로 가이드할 수 있다. 일 실시예에서, 팬가이드(142)는 유체저장조(110)를 덮는 커버형태로 구성되고, 공기를 상기 유체저장조(110)의 외면 및 사이드방열핀(150)으로 집중시키도록 하단이 하방으로 연장될 수 있다.
상기 사이드방열핀(150)은 유체저장조(110)의 측벽(112)의 외면에 구비되며, 외기와 열교환할 수 있다.
일 실시예에서, 사이드방열핀(150)은 냉각팬(140)에 의해 유동하는 공기의 유동방향을 따라 수직방향으로 형성될 수 있다. 또한, 사이드방열핀(150)은 유체저장조(110)의 둘레를 따라 복수개가 서로 간격을 가지고 구비될 수 있다.
상기 열교환핀(160)은 유체저장조(110)의 내부에 구비되며, 유체저장조(110)에 저장된 유체와 열교환하고 유체저장조(110)에 열을 전달할 수 있다. 이러한 열교환핀(160)은 유체와 유체저장조(110) 간의 열교환 면적을 증대시킬 수 있다.
일 실시예에서, 열교환핀(160)은 유체저장조(110)의 바닥부(116)에 결합되며 스러스트 베어링(20)의 원주방향을 따라 복수개가 간격을 가지고 배치될 수 있다.
또한, 복수의 열교환핀(160)은 유체저장조(110)의 내부에서 순환하는 유체의 유동방향을 따라 스러스트 베어링(20)을 기준으로 방사상으로 구비될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 복수의 열교환핀(160)은 내측 끝단이 베어링시트(120)에 형성된 유체유동홀(122)을 향하도록 배치될 수 있다. 이를 통해, 유체가 열교환핀(160)과 열교환하는 동시에 열교환핀(160)에 의해 유체유동홀(122)로 가이드되어, 유체의 순환유동이 더욱 원활할 수 있다.
한편, 이러한 구조에서, 열교환핀(160)이 내측 끝단이 베어링시트(120)에 근접하는 위치까지 연장된 경우, 베어링시트(120)의 유체유동홀(122)로 유체가 유입되는 유로가 복수의 열교환핀(160)에 의해 복수의 구간으로 분할되므로, 오히려 유체유동홀(122)로 유입되는 유체의 유동이 원활하지 않을 수 있다.
따라서, 베어링시트(120)의 외측면 부근의 유체의 유동을 원활하게 하기 위해, 열교환핀(160)은 내측 끝단이 베어링시트(120)와 이격될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 열교환핀(160)은 열교환 면적을 증대시키기 위해 외측 끝단이 유체저장조(110)의 측벽(112)에 근접하는 위치까지 연장될 수 있다. 다만, 유체의 유로를 복수의 구간으로 분할하지 않기 위해, 열교환핀(160)은 외측 끝단이 유체저장조(110)의 측벽(112)에서 이격될 수 있다.
상기 유체가이드(170)는 복수의 열교환핀(160)의 상부를 덮는 판상의 부재로서, 스러스트 베어링(20)에서 토출된 유체를 열교환핀(160)의 외측으로 가이드하여 열교환핀(160)과 유체 간의 열교환 시간 및 열교환 면적을 최대화시킴으로써, 열교환핀(160)과 유체 간의 열교환 효율을 증대시킬 수 있다.
이를 위해, 일 실시예에서, 유체가이드(170)는 스러스트 베어링(20)에서 토출되는 유체를 열교환핀(160)의 외측 끝단까지 유동시키도록 열교환핀(160)의 외측 끝단을 향해 연장될 수 있다.
일 실시예에서, 이러한 유체가이드(170)는 베어링시트(120)의 외측면에서 반경방향으로 연장된 도넛 형태로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 유체가이드(170)는 처짐을 방지하기 위해 복수의 열교환핀(160) 중에서 일부의 열교환핀(160)의 상단에 결합될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 베어링시트(120)의 외측면에 결합될 수도 있다.
또한, 일 실시예에서, 유체가이드(170)는 스러스트 베어링(20)에서 토출되는 유체를 유체저장조(110)의 내벽까지 유동시켜서 유체저장조(110)의 내벽과 유체 간의 열교환 효율을 증대시킬 수 있다. 이때, 유체저장조(110)의 내벽은 사이드방열핀(150)에 열을 전달하여 냉각될 수 있다.
이를 위해, 일 예로, 유체가이드(170)는 외경이 유체저장조(110)의 내경의 50% 내지 95% 위치까지 연장될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 일 실시예에서, 유체가이드(170)는 반경방향으로 유동하는 유체의 유동을 원활하게 하고, 동시에 열교환핀(160)의 외측 끝단으로 유동하는 유체의 유량을 증대시키기 위해, 지면에 대해 수평하게 구성될 수 있다.
이와 달리, 유체가이드(170)가 외측으로 갈수록 상향 경사진 경우에는 유체가 유체가이드(170)를 넘어가지 못하고 유체가이드(170)의 내측에 머무르게 되어 유체의 순환이 원활하지 않을 수 있다.
또한, 유체가이드(170)가 외측으로 갈수록 하향 경사진 경우에는 열교환핀(160)의 내측 상단과 유체가이드(170) 사이에 공간으로 유동하는 유량이 증가하게 되어 유체와 열교환핀(160) 간의 열교환 효율이 오히려 저감될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 유체가이드(170)는 유체와 열교환핀(160) 간의 열교환 효율을 최대화하기 위해 열교환핀(160)에서 과도하게 멀리 이격되지 않는 것이 바람직하다.
이를 위해, 일 예로, 유체가이드(170)는 유체유동홀(122)의 상단과 베어링시트(120) 높이의 50% 위치 사이에 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 열교환핀(160)의 높이에 따라 다른 크기로 구성될 수도 있다.
상기 언더방열핀(180)은 유체저장조(110)의 바닥부(116)의 저면에 구비되며, 외기와 열교환할 수 있다. 이러한 언더방열핀(180)은 유체저장조(110)의 바닥부(116)의 열을 전달받아서 외부로 방출시킬 수 있다.
이러한 구조에서, 열교환핀(160)에 전달된 유체의 열이 유체저장조(110)의 바닥부(116)를 통해 언더방열핀(180)으로 전달될 수 있고, 언더방열핀(180)은 외기와 열교환하여 전달받은 열을 외부로 방출시킬 수 있다.
일 실시예에서, 언더방열핀(180)은 복수개가 서로 간격을 가지고 유체저장조(110)의 중앙을 기준으로 방사상으로 구비될 수 있다.
일 예로, 언더방열핀(180)은 열교환핀(160)과 개수와 위치가 일대일로 대응하도록 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 일 실시예에서, 언더방열핀(180)은 외측 끝단에 유체저장조(110)의 바닥부(116)에서 반경방향으로 돌출되어 사이드방열핀(150)의 하방에 배치되는 돌출부(182)를 구비할 수 있다.
여기서, 상기 팬가이드(142)는 하단이 언더방열핀(180)의 상단에 배치될 수 있다. 이러한 구조를 가지는 팬가이드(142)는 냉각팬(140)에 의해 유동하여 언더방열핀(180)과 열교환된 공기를 사이드방열핀(150)로 가이드할 수 있다. 이와 달리, 팬가이드(142)의 하단이 언더방열핀(180)의 상단으로부터 과도하게 멀리 이격된 경우에는 언더방열핀(180)을 경유하지 않고 사이드방열핀(150)으로 곧바로 유동하는 공기의 유량이 증가하여 언더방열핀(180)의 열교환 효율이 저하될 수 있다.
한편, 언더방열핀(180)의 높이가 과도하게 높은 경우에는 복수의 언더방열핀(180) 사이의 간격으로 작업공구의 인입이 용이하지 않으므로, 언더방열핀(180)을 유체저장조(110)의 바닥부(116)의 저면에 접합하는 작업의 작업성이 떨어질 수 있다.
따라서, 언더방열핀(180)은 조립 작업성을 위해 낮은 높이로 구성되는 것이 바람직하다. 그러나, 언더방열핀(180)의 높이가 낮으면 열교환 면적이 좁아지는 단점이 있다.
따라서, 일 실시예에서, 언더방열핀(180)은 조립 작업성과 열교환 면적 증대를 만족시키기 위해, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 유체저장조(110)의 바닥부(116)에 결합된 부분에서 돌출부(182)로 갈수록 면적이 넓어지는 형태로 구성될 수 있다. 여기서, 사이드방열핀(150)으로 유동하는 공기는 언더방열핀(180)의 돌출부(182)에서 가장 활발하게 열교환할 수 있다.
한편, 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스트 베어링 냉각장치(100)의 냉각기능이 비활성화된 상태가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스트 베어링 냉각장치(100)의 냉각기능이 활성화된 상태가 도시되어 있다.
여기서, 스러스트 베어링(20)의 냉각기능은 수직형 전동기의 회전축(10)의 회전에 연동하여 활성화된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 유체저장조(110)에는 스러스트 베어링(20)의 유체가 토출되는 부위의 높이 정도의 수위로 유체가 저장될 수 있다.
그리고, 스러스트 베어링(20)에 결합된 회전축(10)이 회전하면, 도 4에 도시된 바와 같이 유체저장조(110)에 저장된 유체가 스러스트 베어링(20)을 경유하여 순환하게 되고, 외기가 냉각팬(140)에 의해 유체저장조(110)의 하단에서 측면을 따라 유동할 수 있다.
이때, 유체저장조(110)의 내부에서 순환하는 유체는 스러스트 베어링(20)을 냉각시키고, 유체저장조(110) 및 열교환핀(160)에 열을 전달할 수 있다.
그리고, 열교환핀(160)에 전달된 열은 유체저장조(110)의 바닥부(116)를 통해 언더방열핀(180)에 전달될 수 있고, 언더방열핀(180)은 공기와 열교환하여 열을 외부로 방출시킬 수 있다.
이때, 언더방열핀(180)은 다른 부품들과 열교환하지 않은 상태의 외기가 최초로 열교환하는 부분이기 때문에, 상대적으로 가장 낮은 온도의 외기와 열교환할 수 있다. 따라서, 본 발명은 언더방열핀(180)과 언더방열핀(180)에 열을 전달하는 열교환핀(160)을 통해 유체의 냉각성능이 현저히 향상된다는 장점을 가진다.
본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (20)

  1. 내부에 스러스트 베어링이 설치되고 유체가 저장되며, 외면이 외기에 노출되는 유체저장조; 및
    상기 유체저장조의 내부에 구비되는 적어도 하나의 열교환핀;
    을 포함하는 스러스트 베어링 냉각장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열교환핀은 상기 유체저장조의 바닥부에 결합되며 상기 스러스트 베어링의 원주방향을 따라 복수개가 간격을 가지고 배치되는 스러스트 베어링 냉각장치.
  3. 제2항에 있어서,
    복수의 상기 열교환핀은 상기 스러스트 베어링을 기준으로 방사상으로 구비되는 스러스트 베어링 냉각장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 유체저장조의 내부에 구비되며 상기 스러스트 베어링을 상기 유체저장조의 바닥부에 고정시키는 베어링시트;를 더 포함하고,
    상기 베어링시트는 외측면에서 내측면까지 반경방향으로 관통 형성된 유체유동홀을 구비하며,
    상기 유체유동홀은 상기 베어링시트의 원주방향을 따라 복수개가 간격을 가지고 형성되며,
    복수의 상기 열교환핀은 끝단이 상기 유체유동홀을 향하도록 배치된 스러스트 베어링 냉각장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열교환핀은 끝단이 상기 베어링시트와 이격된 스러스트 베어링 냉각장치.
  6. 제3항에 있어서,
    복수의 상기 열교환핀의 상부를 덮는 판상의 유체가이드를 더 포함하는 스러스트 베어링 냉각장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유체가이드는 상기 스러스트 베어링에서 토출되는 유체를 상기 열교환핀의 외측 끝단까지 유동시키도록 상기 열교환핀의 외측 끝단을 향해 연장된 스러스트 베어링 냉각장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 유체가이드는 상기 스러스트 베어링에서 토출되는 유체를 상기 유체저장조의 내벽으로 유동시키도록 외경이 상기 유체저장조의 내경의 50% 내지 95% 위치까지 연장된 스러스트 베어링 냉각장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 유체가이드는 지면에 대해 수평한 스러스트 베어링 냉각장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유체저장조의 내부에 구비되며 상기 스러스트 베어링을 상기 유체저장조의 바닥부에 고정시키는 베어링시트;를 더 포함하고,
    상기 베어링시트는 외측면에서 내측면까지 반경방향으로 관통 형성된 유체유동홀을 구비하며,
    상기 유체가이드는 상기 유체유동홀의 상단과 상기 베어링시트 높이의 50% 위치 사이에 배치되는 스러스트 베어링 냉각장치.
  11. 내부에 스러스트 베어링이 설치되고 유체가 저장되며, 외면이 외기에 노출되는 유체저장조; 및
    상기 유체저장조의 바닥부의 저면에 구비되는 적어도 하나의 언더방열핀;
    을 포함하는 스러스트 베어링 냉각장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 언더방열핀은 복수개가 서로 간격을 가지고 상기 유체저장조의 중앙을 기준으로 방사상으로 구비된 스러스트 베어링 냉각장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 유체저장조의 측벽의 외면에 구비되는 복수의 사이드방열핀을 더 포함하는 스러스트 베어링 냉각장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 언더방열핀은 상기 유체저장조의 바닥부에서 반경방향으로 돌출되어 상기 사이드방열핀의 하방에 배치되는 돌출부를 구비하는 스러스트 베어링 냉각장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 언더방열핀은 상기 유체저장조의 바닥부에 결합된 부분에서 상기 돌출부로 갈수록 면적이 넓어지는 스러스트 베어링 냉각장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 유체저장조의 상방에 배치되며 상기 스러스트 베어링에 결합된 회전축에 체결되는 냉각팬; 및
    상기 유체저장조 및 상기 사이드방열핀을 둘러싸고 상기 냉각팬의 흡입력에 의해 유동하는 공기를 상기 냉각팬으로 가이드하는 팬가이드;을 포함하고,
    상기 팬가이드는 하단이 상기 언더방열핀의 상단에 배치되는 스러스트 베어링 냉각장치.
  17. 내부에 스러스트 베어링이 설치되고 유체가 저장되며, 외면이 외기에 노출되는 유체저장조;
    상기 유체저장조의 바닥부의 내측면에 구비되는 적어도 하나의 열교환핀; 및
    상기 유체저장조의 바닥부의 저면에 구비되는 적어도 하나의 언더방열핀;
    을 포함하는 스러스트 베어링 냉각장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 열교환핀은 복수개가 서로 간격을 가지고 상기 스러스트 베어링을 기준으로 방사상으로 구비되고,
    상기 언더방열핀은 복수개가 서로 간격을 가지고 상기 유체저장조의 중앙을 기준으로 방사상으로 구비된 스러스트 베어링 냉각장치.
  19. 제18항에 있어서,
    복수의 상기 열교환핀의 상부를 덮는 판상의 유체가이드를 더 포함하는 스러스트 베어링 냉각장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 유체저장조의 측벽의 외면에 구비되는 복수의 사이드방열핀을 더 포함하는 스러스트 베어링 냉각장치.
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