KR100253246B1 - 터보압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보압축기에 관한 것으로, 종래에는 구동축이 강도가 상대적으로 약한 알루미늄 재질로 성형되는데 비해 그 구동축에는 모터의 회전자 및 양쪽 임펠러가 장착되어 알루미늄의 강도에 비해 큰 하중을 받게 되므로, 결국 구동축의 직경을 크게 하여야 하게 되나, 이는 회전자의 직경이 비대하게 되어 풍손(Windage Loss) 역시 증가되는 문제점이 있었던 바, 본 발명에서는 중앙부에 구동모터의 회전자가 일체됨과 아울러 양단에 각각 냉매가스를 원심 압축하기 위한 임펠러가 장착되는 강 재질의 구동축과 ; 그 구동축의 양측에 알루미늄 재질의 부시가 각각 압입되고, 그 각 부시가 알루미늄 재질의 베어링하우징에 일정공차를 두고 내삽되며, 그 베어링하우징은 신축성있는 지지부재에 의해 밀폐용기에 고정되는 레이디얼 베어링을 포함하여 구성함으로써, 구동축을 강성이 높은 재질로 하여 그 직경을 작게 함과 아울러 회전자의 직경도 작게 하여 풍손을 감소시킬 수 있게 되고, 이를 통해 모터의 효율은 물론 압축기의 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

터보압축기

본 발명은 원심력을 이용하여 냉매를 압축하는 터보압축기에 관한 것으로, 특히 구동축을 가는 강 재질로 성형하여 풍손을 저감시키도록 한 터보압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 동력발생부와 압축기구부의 배치형태에 따라 밀폐형 또는 분리형으로 구분되는데, 그 중에서 밀폐형은 소정의 밀폐용기 내에 동력발생부 및 압축기구부가 함께 설치되는 형태이고, 분리형은 밀폐용기의 외부에 동력발생부가 설치되어 그 동력발생부에서 발생되는 구동력이 밀폐용기 내의 압축기구부로 전달되는 형태이다.

상기 밀폐형 압축기는 기체를 압축하는 구조에 따라 회전식, 왕복동식, 리니어 그리고 스크롤 압축기 등이 있는데, 최근들어서는 모터의 구동력으로 임펠러를 회전시키고, 그 임펠러의 회전시 발생되는 원심력을 이용하여 기체를 흡입,압축시키는 터보압축기(혹은, 원심압축기)가 새롭게 소개되고 있다.

도 1은 종래 2단 압축식 터보압축기의 구성을 개략적으로 보인 종단면도로서 이에 도시된 바와 같이, 종래의 2단 압축식 터보압축기는 통상 어큐뮬레이터(A)와 연통되는 제1 압축실(11) 및 통상 응축기(미도시)와 연통되는 제2 압축실(12)이 밀폐용기(10)의 양측에 각각 형성되고, 그 밀폐용기(10)의 내측 중앙에는 엑시얼타입의 비엘디시모터(Brushless DC MOTOR)(20)가 장착되는 모터실(13)이 형성되며, 상기 제1,제2 압축실(11,12) 및 모터실(13)은 가스유로(14)에 의해 서로 연통되고, 상기 모터(20)에 결합되어 회전하는 구동축(30)의 양단은 각각 제1,제2 압축실(11,12)에 삽입되어 그 단부에는 각각 제1,제2 압축실(11,12)에서 회전하면서 흡입되는 가스를 2단으로 압축하기 위한 제1,제2 임펠러(40,50)가 결합되어 있다.

또한, 상기 구동축(30)의 양측, 즉 모터(20)의 양측에는 그 구동축(30)의 수직방향 진동을 저지하기 위한 레이디얼 베어링(60)이 결합되어 있고, 그 레이디얼 베어링(60)의 양측 외곽에는 구동축(30)의 축방향을 지지하기 위한 스러스트 베어링(70)이 결합되어 있다.

여기서, 상기 레이디얼 베어링(60)은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 저널베어링으로서, 구동축(30)은 알루미늄 재질로 성형되고, 그 구동축(30)과 함께 베어링면(60a)을 이루는 베어링부재(61)도 알루미늄 재질로 성형되며, 그 베어링부재(61)는 신축성 있는 지지부재(62)에 의해 밀폐용기(정확하게는, 모터실)(10)의 내주면에 지지되어 있다.

또한, 상기 베어링면(60a)에는 구동축(30)과 베어링부개(61)간의 공차가 통상 수 μm로 유지되고, 접촉시 마멸을 방지하기 위하여 산화알루미늄(Al₂O₃)으로 코팅면(미부호)이 형성되어 있다.

도면중 미설명 부호인 10a는 흡입구, 10b는 토출구, 11a,12a는 디퓨져, 11b,12b는 볼텍스, 13a,13b는 유입,유출통공, 14는 가스유로이다.

상기와 같이 구성된 종래의 2단 압축식 터보압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 인가된 전원에 의해 모터부(20)에 유도자기가 발생되면, 그 유도자기에 의해 구동축(30)이 고속으로 회전을 개시하게 되어 그 구동축(30)의 양단에 고정된 제1,제2 임펠러(40,50)가 회전을 하게 되고, 그 각 임펠러(40,50)의 회전에 의해 냉매가스가 순차적으로 각 압축실(11,12)로 흡입되었다가 각 임펠러(40,50)의 원심력에 의해 스크류형태로 뿌려져 각 디퓨져(11a,12a)를 거쳐 각 볼류트(11b,12b)로 유입되는데, 이때 각 디퓨져(11a,12a)를 거쳐 각 볼류트(11b,12b)로 유입되는 과정에서 냉매가스는 압력수두의 상승으로 압축가스로 변환되어 토출구(10b)를 통해 응축기(미도시)로 토출되었다.

여기서, 상기 모터(20)의 정지시 구동축(30)은 하방으로 하중을 전달하고 있다가 모터(20)의 구동과 함께 약간 들려지면서 편심 회전을 시작하게 되고, 이어서 소정시간이 흐른 뒤에는 점차 편심폭이 작아지면서 구동축(30)의 회전운동이 안정화되는데, 이때 상기 구동축(30) 및 베어링부재(61)가 모두 알루미늄 재질로 성형되고, 그 베어링면(60a)에는 산화알루미늄의 코팅면(미부호)이 형성되므로, 초기기동시 상기 구동축(30)이 베어링면(60a)과 접촉하더라도 그 베어링면(60a)이 마모되지 않게 되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래의 터보압축기에 있어서는, 구동축(30)이 강도가 상대적으로 약한 알루미늄 재질로 성형되는데 비해 그 구동축(30)에는 모터(20)의 회전자(22) 및 양쪽 임펠러(40,50)가 장착되어 알루미늄의 강도에 비해 큰 하중을 받게 되므로, 결국 구동축(30)의 직경을 크게 하여야 하게 되나, 이는 회전자(22)의 직경이 커지면 회전자(22)의 직경도 커지게 되어 모터(20)의 풍손(Windage Loss)이 증가하게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 터보압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 구동축을 강성이 높은 재질로 하여 그 직경을 작게 함과 아울러 회전자의 직경도 작게 하여 풍손을 감소시킴으로써, 모터의 효율은 물론 압축기의 성능을 향상시킬 수 있는 터보압축기를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 터보압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2a는 종래 터보압축기의 레이디얼 베어링을 보인 종단면도.

도 2b는 종래 터보압축기의 레이디얼 베어링을 보인 정면도.

도 3a는 본 발명에 의한 터보압축기의 레이디얼 베어링을 보인 종단면도.

도 3b는 본 발명에 의한 터보압축기의 레이디얼 베어링을 보인 정면도.

도 4는 본 발명에 의한 터보압축기의 레이디얼 베어링이 동작되는 과정을 보인 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 구동축 200 : 레이디얼 베어링

200a : 베어링면 210 : 부시

220 : 베어링하우징 230 : 지지부재

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 중앙부에 구동모터의 회전자가 일체됨과 아울러 양단에 각각 냉매가스를 원심 압축하기 위한 임펠러가 장착되는 강 재질의 구동축과 ; 그 구동축의 양측에 알루미늄 재질의 부시가 각각 압입되고, 그 각 부시가 알루미늄 재질의 베어링하우징에 일정공차를 두고 내삽되며, 그 베어링하우징은 신축성있는 지지부재에 의해 밀폐용기에 고정되는 레이디얼 베어링을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 터보압축기가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 터보압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3a는 본 발명에 의한 터보압축기의 레이디얼 베어링을 보인 종단면도이고, 도 3b는 본 발명에 의한 터보압축기의 레이디얼 베어링을 보인 정면도이며, 도 4는 본 발명에 의한 터보압축기의 레이디얼 베어링이 동작되는 과정을 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 터보압축기는 통상 밀폐용기(도 1에 도시)(10)의 양측에는 제1,제2 압축실(도 1에 도시)(11,12)이 가스유로(도 1에 도시)(14)에 의해 연통되도록 각각 형성되고, 그 밀폐용기(10)의 내측 중앙에는 엑시얼타입의 비엘디시모터(Brushless DC MOTOR)(도 1에 도시)(20)가 장착되는 모터실(도 1에 도시)(13)이 상기 가스유로(14)와 연통되도록 형성되며, 상기 모터(20)에 결합되어 회전하는 강(Steel)재질의 구동축(100)의 양단에는 흡입되는 가스를 2단으로 압축하기 위한 제1,제2 임펠러(도 1에 도시)(40,50)가 결합되고, 상기 구동축(100)의 양측, 즉 모터(20)의 양측에는 그 구동축(100)의 반경방향을 지지하기 위한 레이디얼 베어링(200)이 결합되며, 그 레이디얼 베어링(200)의 양측 외곽에는 구동축(100)의 축방향을 지지하기 위한 스러스트 베어링(도 1에 도시)(70)이 결합된다.

상기 레이디얼 베어링(200)은 도 3b에 도시된 바와 같이, 강 재질의 구동축(100) 양측에 각각 압입되는 알루미늄 재질의 부시(210)와, 그 각 부시(210)가 일정공차를 두고 내삽되는 알루미늄 재질의 베어링하우징(220)과, 그 베어링하우징(220)은 밀폐용기(10)의 모터실(13)에 고정되어 지지하는 신축성 재질의 지지부재(230)로 이루어진다.

상기 부시(210)의 외주면과 베어링하우징(220)의 내주면으로 이루어지는 베어링면(200a)에는 각각 산화알루미늄(Al₂O₃)으로 코팅면(미부호)이 형성된다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명에 의한 터보압축기의 일반적인 동작은 종래와 동일하다.

즉, 인가된 전원에 의해 구동축(100) 및 각 임펠러(도 1에 도시)(40,50)가 회전하게 됨과 함께 냉동사이클장치로부터 냉매가 흡입구(도 1에 도시)(10a)를 통해 제1 압축실(도 1에 도시)(11)로 유입되어 제1 임펠러(40)에 의해 제1 압축실(11)로 흩뿌려지면서 가(假)압축되고, 그 가압축된 냉매가스는 가스유로(도 1에 도시)(14)를 통해 제2 임펠러(50)로 흡입되어 제2 압축실(12)에서 2단으로 완전 압축되어 냉동사이클장치(정확하게는, 응축기)로 토출된다.

여기서, 상기 구동축(100)은 레이디얼 베어링(200)에 의해 반경방향이 지지되는데, 구동축(100)이 회전을 하게 되면서 모터실(13)내의 냉매가스가 부시(210)와 베어링하우징(220)간의 공차사이로 유입되고, 그 유입되는 냉매가스가 부시(210)의 외주면 및 베어링하우징(220)의 내주면을 모두 밀어 마찰이 일어나지 않도록 하면서 구동축(100)의 반경방향을 지지하게 되는 것이다.

이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 구동축(100)은 정적평형상태에서 회전을 시작하여 그 구동축(100), 즉 부시(210)의 중심이 베어링하우징(220)의 중심으로부터 약간 옆으로 편심되어 회전을 하게 되므로, 상기 부시(210)의 외주면과 베어링하우징(220)의 내주면 사이의 공차가 적정하지 못하게 되면, 구동축(100)이 과도하게 편심회전하게 되거나 또는 부시(210)와 베어링하우징(220)간의 베어링면(200a)에 마모가 발생되게 되나, 본 발명에서와 같이 상기 부시(210)와 베어링하우징(220)이 알루미늄으로 성형되므로, 그 각 베어링면(200a)에 산화알루미늄으로 코팅면(미부호)을 형성하여 부시(210)와 베어링하우징(220)간의 마찰 및 마모를 용이하게 줄일 수 있게 된다.

이와 같이, 상기 구동축(100)은 강도가 높은 강 재질로 성형되므로, 그 구동축(100)의 직경이 작더라도 구동모터(20)의 회전자(22) 및 각 임펠러(40,50)등의 하중을 충분히 견딜 수 있게 되고, 상기 구동축(100)의 직경이 작아지므로, 구동모터(20)의 회전자(22) 직경이 작아지게 되어 그 회전자(22)의 회전시 유로저항 및 그 유로저항에 따른 풍손이 현저하게 감소되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 터보압축기는, 중앙부에 구동모터의 회전자가 일체됨과 아울러 양단에 각각 냉매가스를 원심 압축하기 위한 임펠러가 장착되는 강 재질의 구동축과 ; 그 구동축의 양측에 알루미늄 재질의 부시가 각각 압입되고, 그 각 부시가 알루미늄 재질의 베어링하우징에 일정공차를 두고 내삽되며, 그 베어링하우징은 신축성있는 지지부재에 의해 밀폐용기에 고정되는 레이디얼 베어링을 포함하여 구성함으로써, 구동축을 강성이 높은 재질로 하여 그 직경을 작게 함과 아울러 회전자의 직경도 작게 하여 풍손을 감소시킬 수 있게 되고, 이를 통해 모터의 효율은 물론 압축기의 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 중앙부에 구동모터의 회전자가 일체됨과 아울러 양단에 각각 냉매가스를 원심 압축하기 위한 임펠러가 장착되는 강 재질의 구동축과 ; 그 구동축의 양측에 알루미늄 재질의 부시가 각각 압입되고, 그 각 부시가 알루미늄 재질의 베어링하우징에 일정공차를 두고 내삽되며, 그 베어링하우징은 신축성있는 지지부재에 의해 밀폐용기에 고정되는 레이디얼 베어링을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 터보압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 부시의 외주면과 베어링하우징의 내주면으로 이루어지는 베어링면에는 각각 산화알루미늄(Al₂O₃)의 코팅면이 형성되는 것을 특징으로 하는 터보압축기.