KR100273369B1 - 터보압축기의 구동축 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보압축기의 구동축 구조에 관한 것으로, 선출원의 구동축은 속이 찬 봉형이므로, 그 구동축과 결합된 구동모터에 과중한 부하를 부과하게 됨은 물론, 제조단가가 비싸고 제어가 용이하지 못하며 많은 열이 발생되는 마그네트 베어링을 사용하고 있었던 바, 본 발명에서는 밀폐용기의 각 압축실에 삽입되도록 모터에 결합되어 회전하는 구동축을 그 양단이 막힌 중공형으로 성형함으로써, 모터에 가해지는 부하의 크기를 감소시켜 구동모터의 효율을 향상시키는 것은 물론, 제조단가가 낮으면서도 제어가 용이하며 열발생율이 낮은 가스베어링으로 구동축의 반경방향을 지지할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

터보압축기의 구동축 구조

본 발명은 터보압축기의 구동축에 관한 것으로, 특히 구동축의 무게를 가볍게 하기 위한 터보압축기의 구동축 구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 날개차나 로터의 회전운동 또는 피스톤의 왕복운동으로 공기나 냉매가스등의 기체를 압축하는 기계로서, 날개차나 로터 및 피스톤을 구동시키기 위한 동력발생부 및 그 동력발생부에서 전달된 구동력에 의해 기체를 흡입하여 압축하는 압축기구부로 구성된다.

이러한 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, 최근 들어서는 모터의 구동력으로 임펠러를 회전시키고 그 임펠러의 회전시 발생되는 원심력을 이용하여 기체를 흡입,압축시키는 터보압축기(혹은, 원심압축기)가 새롭게 소개되고 있다.

제1도는 본 발명자가 특허번호 제97-64567호로 선출원한 바 있는 2단 압축식 터보압축기의 구성을 개략적으로 보인 종단면도로서 이에 도시된 바와 같이, 선출원의 2단 압축식 터보압축기는 통상 어큐뮬레이터(A)와 연통되는 제1압축실(11) 및 통상 응축기(미도시)와 연통되는 제2압축실(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, 제2압축실(11,12) 및 모터실(13)은 가스유로(14)에 의해 서로 연통되고, 상기 모터(20)에 결합되어 회전하는 구동축(30)의 양단은 제1, 제2압축실(11,12)에 각각 삽입되어 그 단부에는 각 압축실(11,12)에서 회전하면서 흡입되는 가스를 2단으로 압축하기 위한 제1, 제2임펠러(40,50)가 결합되어 있다.

또한, 상기 구동축(30)의 양측, 즉 모터(20)의 양측에는 그 구동축(30)에 대해 반경방향으로 지지하기 위한 레이디얼 베어링(60)이 각각 결합되어 있고, 그 레이디얼 베어링(60)의 양측 외곽에는 구동축(30)을 축방향으로 지지하기 위한 스러스트 베어링(70)이 각각 결합되어 있다.

도면중 미설명 부호인 10a는 흡입구, l0b는 토출구, 11a,12a는 디퓨져, l1b,12b는 볼텍스, 13a,13b는 유입,유출통공, 14는 가스유로이다.

상기와 같이 구성된 선출원의 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, 제2임펠러(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 거천 각 볼류트(11b,12b)로 유입되는 과정에서 냉매가스는 압력수두의 상승으로 압축가스로 변환되어 토출구(10b)를 통해 응축기(미도시 )로 토출되었다.

여기서, 상기 구동축(30)의 회전시에는 그 구동축(30)의 자체 하중에 의한 반경방향으로의 힘이 발생되는데, 이 반경방향으로의 힘은 밀폐용기(10)에 결합되는 구동축(30)의 양측 외주면과 베어링면을 이루는 각 레이디얼 베어링(60)에 의해 지지되는 것으로, 이러한 레이디얼 베어링(60)은 구동축(30)의 하중에 의한 힘이 비교적 크기 때문에 전자석의 자력으로 구동축을 지지하는 마그네틱 베어링이 통상적으로 사용되고 있다.

한편 상기 제1, 제2압축실(11,12)간에는 일정정도의 압력차가 발생되고, 그 압력차에 의해 구동축(30)은 어느 하나의 축방향 또는 양쪽 축방향으로 밀리는 힘이 발생되나, 이 축방향으로의 힘은 구동축(30) 양측에 압입되어 밀폐용기(보다 정확하게는 모터실)(10)의 양측벽면에 접촉되어 베어링면을 이루는 스러스트 베어링(70)에 의해 지지되는 것으로, 이러한 스러스트 베어링(70)은 구동축(30)의 축방향으로의 힘이 비교적 크지 않기 때문에 가스베어링이 통상적으로 사용되고 있다.

그러나, 상기와 같은 선출원의 터보압축기에 있어서의 구동축(30)은 속이 찬 봉형임은 물론, 그 구동축(30)의 양측에 스러스트 베어링(70) 및 제1, 제2임펠러(40,50)가 각각 결합되어 있어 이러한 각 부재의 하중과 구동축(30)의 하중이 합쳐지므로, 그 구동축(30)과 결합되는 구동모터(20)가 과중한 부하를 받게 되어 결국 모터 대비 압축기 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 구동축(30)에 집중되는 하중을 모두 레이디얼 베어링(60)에서 받기 때문에, 그 레이디얼 베어링(60)에 걸리는 힘이 과도하여 통상 마그네트 베어링을 사용하고 있으나, 이 마그네트 베어링은 제조단가가 비싸다는 단점뿐만이 아니라 제어가 용이하지 못하고, 많은 열이 발생되어 모터에 악영향을 줄 우려가 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 선출원의 터보압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 구동축의 하중을 감소시킬 수 있는 터보압축기의 구동축 구조를 제공하려는데 그 목적이 있다.

제1도는 선출원된 터보압축기의 구성을 보인 종단면도.

제2도는 선출원된 터보압축기에 있어서, 구동축의 구조를 설명하기 위해 보인 부분 파단면도.

제3도는 본 발명 터보압축기에 있어서, 구동축의 구조를 설명하기 위해 보인 부분파단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 구동축 200 : 레이디얼 베이링

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 구동모터의 회전자에 일체로 결합되고 레이디얼 베어링 및 스러스트 베어링에 반경방향 및 축방향으로 지지되도록 결합되어 회전하는 구동축의 양단에 유체를 순차적으로 원심 압축시키기 위한 임펠러가 각각 결합되는 터보압축기에 있어서, 상기 구동축은 그 양단이 막힌 중공형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 터보압축기의 구동축 구조가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 터보압축기의 구동축 구조를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

제3도는 본 발명 터보압축기에 있어서, 구동축의 구조를 설명하기 위해 보인 부분파단면도이다.

제1도 및 제3도에 도시된 바와 같이, 통상 어큐뮬레이터(A)와 연통되는 제1압축실(11) 및 통상 응축기(미도시)와 연통되는 제2압축실(12)이 밀폐용기(10)의 양측에 각각 형성되고, 그 밀폐용기(10)의 내측 중앙에는 엑시얼타입의 비엘디시 모터(20)가 장착되는 모터실(13)이 형성되며, 상기 제1, 제2압축실(11,12) 및 모터실(13)은 가스유로(14)에 의해 서로 연통되고, 상기 모터(20)에 결합되어 회전하는 구동축(100)의 양단은 각각 제1, 제2압축실(11,12)에 삽입되어 그 단부에는 각각 제1, 제2압축실(11,12)에서 회전하면서 흡입되는 가스를 2단으로 압축하기 위한 제1, 제2임펠러(40,50)가 결합된다.

또한, 상기 구동축(100)의 양측, 즉 모터(20)의 양측에는 그 구동축(100)에 대해 반경방향으로 지지하기 위하여 능동가스제어형 레이디얼 베어링(200)이 결합되고, 그 레이디얼 베어링(200)의 양측 외곽에는 구동축(100)을 축방향으로 지지하기 위한 스러스트 베어링(70)이 결합된다.

여기서, 상기 구동축(100)의 하중에 의해 모터(20)에 가해지는 부하를 작게 함은 물론, 상기 레이디얼 베어링(200)에 부과되는 하중을 적게 하기 위하여 그 양단은 막히나 내부가 빈 중공형으로 구동축(100)이 성형된다.

도면중 선출원에서와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같이 중공형의 구동축이 구비되는 터보압축기의 일반적인 동작은 선출원 발명과 동일하다.

즉, 인가된 전원에 의해 구동축(100) 및 각 임펠러(40,50)가 회전하게 됨과 함께 냉동사이클장치의 증발기 또는 어큐뮬레이터로부터 냉매가 제1압축실(11)로 유입되고, 그 제1압축실(11)로 유입되어 1단으로 압축된 냉매는 모터실의 내부로 유입되며, 그 모터실로 유입된 냉매는 모터(20)를 냉각한 다음 다시 가스유로(14)를 통해 제2압축실(12)로 흡입되어 2단으로 완전 압축되어 냉동사이클장치(정확하게는, 응축기)로 토출된다.

이때, 상기 구동축(100)은 그 양단은 막히나 내부가 텅 빈 중공형으로 형성되므로, 선출원 발명에 비해 자체 무게가 현저하게 감소되고, 이에 따라 그 구동축(100)을 회전시키는 구동모터(20)의 부하가 줄어들어 결국 동일한 압력비에 대한 모터의 용량을 저감시켜 이 모터 대비 압축기의 효율이 향상되는 것이다.

또한, 상기 구동축(100) 및 레이디얼 베어렁(200) 및 제1, 제2임펠러(40,50)의 모든 하중을 지지하는 레이디얼 베어링(200)은, 상기 구동축(100) 무게가 감소함에 따라 결국 지지하여야 하는 총하중이 줄어들게 되어 지지력이 약간 떨어지는 레이디얼 베어링(60)을 가스베어링으로 대체할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 설명만 바와 같이 본 발명에 의한 터보압축기의 구동축 구조는, 밀폐용기의 각 압축실에 삽입되도록 모터에 결합되어 회전하는 구동축을 그 양단이 막힌 중공형으로 성형함으로써, 모터에 가해지는 부하의 크기를 감소시켜 모터 대비 압축기의 효율을 향상시키는 것은 물론, 제조단가가 낮으면서도 제어가 용이하며 열발생율이 낮은 가스베어링으로 구동축의 반경방향을 지지할 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 구동모터의 회전자에 일체로 결합되고 레이디얼 베어링 및 스러스트 베어링에 반경방향 및 축방향으로 지지되도록 결합되어 회전하는 구동축의 양단에 유체를 순차적으로 원심 압축시키기 위한 임펠러가 각각 결합되는 터보압축기에 있어서, 상기 구동축은 그 양단이 막힌 중공형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 터보압축기의 구동축 구조.

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