KR20110091388A - Refrigerating device - Google Patents

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KR20110091388A
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Abstract

PURPOSE: A cooling device is provided to minimize impact on efficiency since a cooling path is formed toward the impeller of a compressor and the rotor of a turbine from the inlet of the turbine. CONSTITUTION: A housing(110) comprises an internal space. A rotating shaft(140) is rotatably supported in the housing by a bearing. A compressor(120) is mounted on one side of the housing and compresses fluid according to rotation of the rotating shaft. A turbine is mounted on the other side of the housing, cools and discharges fluid flowing out of the compressor and provides driving force to the rotating shaft. A fluid-path forming unit(170) is formed on the housing and forms a cooling fluid path so that fluid flowing into the turbine can cool the bearing.

Description

냉각 장치{REFRIGERATING DEVICE}Cooling unit {REFRIGERATING DEVICE}

본 발명은 압축기와 터빈을 이용한 냉각 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling device using a compressor and a turbine.

냉각 장치는 대상체의 온도 또는 주변 온도를 감소시키기 위한 장치를 말한다. Cooling device refers to a device for reducing the temperature or ambient temperature of an object.

냉각 장치는 냉장고, 에어콘 등과 같이 건물의 온도 또는 저장된 물체의 온도를 감소시키거나, 차량 엔진용 냉각장치와 같이 특정 기기의 내부에 장착되어 해당 기기 내부의 부품의 과열을 방지하는데 사용되고 있다.The cooling device is used to reduce the temperature of a building or a stored object such as a refrigerator or an air conditioner, or to be mounted inside a specific device such as a vehicle engine cooling device to prevent overheating of components inside the device.

항공기에 적용되는 냉각 장치의 경우, 그 효율성을 최대화하면서도 냉각 장치의 크기를 소형화시키는 것이 요구된다. 이러한 냉각 장치의 일 예로서 압축기와 터빈이 모듈화된 형태의 냉각 장치가 제시되고 있으며, 이러한 냉각 장치의 구동시 냉각 장치 자체의 냉각 또한 중요한 문제로 대두되고 있다.In the case of a cooling device applied to an aircraft, it is required to reduce the size of the cooling device while maximizing its efficiency. As an example of such a cooling device, a cooling device in which a compressor and a turbine are modularized has been proposed, and cooling of the cooling device itself is also an important problem when the cooling device is driven.

본 발명은 냉각 장치의 구동에 의해 냉각 장치가 가열되는 것을 방지하기 위한 냉각 구조에 있어서, 종래와 다른 새로운 형태의 냉각 구조를 제시하기 위한 것이다. The present invention provides a cooling structure of a new type different from the conventional one in the cooling structure for preventing the cooling device from being heated by the driving of the cooling device.

또한, 본 발명은 냉각 장치 자체를 냉각시킴에 있어 냉각 장치의 효율에 대한 영향을 최소화할 수 있는 구조를 제안하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to propose a structure that can minimize the effect on the efficiency of the cooling device in cooling the cooling device itself.

상기한 과제를 실현하기 위하여, 본 발명은 내부 공간을 구비하는 하우징과, 베어링에 의해 상기 하우징의 내부에 회전 가능하게 지지되는 회전축과, 상기 하우징의 일측에 장착되며 상기 회전축의 회전에 따라 유입된 유체를 압축하는 압축기와, 상기 하우징의 타측에 장착되며 상기 압축기에서 유출된 유체를 냉각시켜 유출시킴과 아울러 상기 회전축에 구동력을 제공하는 터빈, 및 상기 하우징에 형성되며 상기 터빈으로 유입되는 유체가 상기 베어링을 냉각시킬 수 있도록 냉각 유로를 형성하는 유로 형성부를 포함하는 냉각 장치를 개시한다.In order to realize the above object, the present invention is a housing having an inner space, a rotating shaft rotatably supported inside the housing by a bearing, mounted on one side of the housing and introduced in accordance with the rotation of the rotating shaft A compressor for compressing the fluid, a turbine mounted on the other side of the housing and cooling and flowing out the fluid flowing out of the compressor and providing a driving force to the rotating shaft, and a fluid formed in the housing and the fluid flowing into the turbine is A cooling apparatus including a flow path forming portion for forming a cooling flow path to cool a bearing is disclosed.

상기 압축기는 상기 하우징의 일측에 장착되며 압축기 입구와 압축기 출구를 구비하는 압축기 케이스와, 상기 회전축의 일측에 장착되며 상기 회전축의 회전에 의해 회전하여 통과하는 유체의 압력을 증가시키는 임펠러를 포함할 수 있다.The compressor may include a compressor case mounted on one side of the housing and having a compressor inlet and a compressor outlet, and an impeller mounted on one side of the rotary shaft and increasing the pressure of the fluid passing through the rotation of the rotary shaft. have.

상기 터빈은 상기 하우징의 타측에 장착되며 터빈 입구와 터빈 출구를 구비하는 터빈 케이스와, 상기 회전축의 타측에 장착되며 상기 터빈 입구 및 터빈 출구의 압력차에 의해 회전하는 로터를 포함할 수 있다.The turbine may include a turbine case mounted on the other side of the housing and having a turbine inlet and a turbine outlet, and a rotor mounted on the other side of the rotary shaft and rotating by a pressure difference between the turbine inlet and the turbine outlet.

상기 유로 형성부는 터빈 입구의 위치와 회전축의 위치가 연통될 수 있도록 상기 하우징을 관통하여 형성될 수 있으며, 상기 회전축 방향에 대해 경사지게 형성될 수 있다.The flow path forming portion may be formed through the housing so that the position of the turbine inlet and the position of the rotary shaft can communicate with each other, and may be inclined with respect to the direction of the rotary shaft.

상기 압축기 출구 및 터빈 입구는 상기 회전축의 반경 방향을 따라 형성되고, 상기 압축기 입구 및 터빈 출구는 상기 회전축의 축 방향을 따라 형성될 수 있다.The compressor outlet and the turbine inlet may be formed along the radial direction of the rotary shaft, the compressor inlet and the turbine outlet may be formed along the axial direction of the rotary shaft.

상기 냉각 유로는 상기 유로 형성부의 출구에서 상기 임펠러의 위치까지 연통되는 제1유로와, 상기 유로 형성부의 출구에서 상기 로터의 위치까지 연통되는 제2유로를 포함할 수 있다.The cooling passage may include a first passage communicating from the outlet of the passage forming part to the position of the impeller and a second passage communicating from the outlet of the passage forming part to the position of the rotor.

상기 베어링은 상기 제1유로 및 제2유로 상에 각각 배치되는 제1 및 제2베어링을 포함할 수 있으며, 상기 제1 및 제2베어링은 상기 하우징의 내벽과 상기 회전축의 외주면 사이에 설치되는 공기 베어링들로 구현 가능하다.The bearing may include first and second bearings disposed on the first channel and the second channel, respectively, wherein the first and second bearings are installed between an inner wall of the housing and an outer circumferential surface of the rotating shaft. It can be implemented with bearings.

상기 압축기 출구와 터빈 입구의 사이에는 상기 압축기 출구에서 유출된 유체의 온도를 감소시키기 위한 열교환기가 추가적으로 구비될 수 있다.A heat exchanger may be additionally provided between the compressor outlet and the turbine inlet to reduce the temperature of the fluid flowing out of the compressor outlet.

상기 회전축과 하우징의 사이에는 상기 냉각 유로로 유입되는 유량을 조절하기 위한 유량 조절부가 설치될 수 있다.A flow rate controller may be installed between the rotating shaft and the housing to adjust the flow rate flowing into the cooling passage.

상기 냉각 장치는 상기 회전축의 반경 방향을 향해 돌출되어 형성되는 지지부와, 상기 지지부의 양면에 장착되며 상기 회전축의 축방향 하중을 지지하는 축방향 베어링을 더 포함할 수 있다.The cooling device may further include a support part protruding in a radial direction of the rotation shaft, and an axial bearing mounted on both sides of the support part and supporting an axial load of the rotation shaft.

한편, 본 발명은 터빈 입구로 유입된 유체를 냉각시켜 터빈 출구로 유출시키는 터빈과, 상기 터빈으로부터 생성된 에너지를 이용하여 내부로 유입된 유체를 압축시켜 상기 터빈 입구로 공급하는 압축기와, 상기 터빈과 압축기를 지지하는 하우징의 내부에 장착되며 상기 압축기와 터빈을 연결하는 회전축과, 상기 회전축과 하우징의 사이에 배치되며 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 베어링, 및 상기 하우징에 형성되며 상기 터빈 입구로 유입되는 유체가 상기 베어링을 냉각시킬 수 있도록 냉각 유로를 형성하는 유로 형성부를 포함하는 냉각 장치를 개시한다.On the other hand, the present invention is a turbine for cooling the fluid flowing into the turbine inlet to the outlet of the turbine, a compressor for compressing the fluid introduced into the interior using the energy generated from the turbine to supply the turbine inlet, and the turbine And a rotary shaft mounted inside the housing for supporting the compressor, the rotary shaft connecting the compressor and the turbine, a bearing disposed between the rotary shaft and the housing and rotatably supporting the rotary shaft, and formed in the housing and the turbine inlet. Disclosed is a cooling apparatus including a flow path forming portion that forms a cooling flow path so that an incoming fluid cools the bearing.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 하우징에 유로 형성부를 형성하여 냉각 유로를 터빈 입구 쪽에서 압축기의 임펠러 쪽과 터빈의 로터 쪽으로 형성함으로써, 냉각 장치의 효율에 미치는 영향을 최소화하면서 베어링의 냉각이 가능한 구조를 구현할 수 있다.According to the present invention having the above configuration, by forming a flow path forming portion in the housing to form a cooling flow path from the turbine inlet side to the impeller side of the compressor and the rotor of the turbine, the bearing can be cooled while minimizing the influence on the efficiency of the cooling device. The structure can be implemented.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 냉각 장치를 보인 단면도.
도 2는 냉각 장치의 주 유로와 관련된 냉각 장치의 동작을 나타내는 도면.
도 3은 냉각 장치의 냉각 유로와 관련된 냉각 장치의 동작을 나타내는 도면.1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the present invention and a cooling device.
2 shows the operation of the cooling device in relation to the main flow path of the cooling device.
3 shows the operation of a cooling device in connection with a cooling passage of the cooling device.

이하, 본 발명과 관련된 냉각 장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the cooling device which concerns on this invention is demonstrated in detail with reference to drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 냉각 장치를 보인 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the present invention and a cooling device.

도 1을 참조하면, 냉각 장치는 하우징(110), 회전축(140), 압축기(120), 및 터빈(130)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the cooling device includes a housing 110, a rotation shaft 140, a compressor 120, and a turbine 130.

하우징(110)은 냉각 장치의 외관을 형성하며, 회전축(140)이 설치되기 위한 내부 공간을 구비한다.The housing 110 forms an exterior of the cooling device, and has an internal space for installing the rotation shaft 140.

회전축(140)은 하우징(110)의 내부 공간에 회전 가능하게 설치된다. 회전축(140)은 압축기(120)와 터빈(130)을 연결하는 기능을 한다. The rotating shaft 140 is rotatably installed in the inner space of the housing 110. The rotary shaft 140 functions to connect the compressor 120 and the turbine 130.

회전축(140)과 하우징(110)의 사이에는 베어링(150)이 설치된다. 회전축(140)은 베어링(150)에 의해 하우징(110)의 내벽에 회전 가능하게 지지되어 있다. 베어링(150)으로서 냉각 장치로 유입되는 유체의 일부를 이용하는 유체 베어링이 사용될 수 있다. The bearing 150 is installed between the rotation shaft 140 and the housing 110. The rotating shaft 140 is rotatably supported on the inner wall of the housing 110 by the bearing 150. As the bearing 150, a fluid bearing using a portion of the fluid flowing into the cooling device may be used.

압축기(120)는 하우징(110)의 일측에 장착되며, 회전축(140)의 회전에 따라 압축기(120)의 내부로 유입된 유체를 압축시키는 기능을 한다. 압축기(120)는 압축기 케이스(121)와, 임펠러(122)를 포함할 수 있다. The compressor 120 is mounted on one side of the housing 110 and functions to compress the fluid introduced into the compressor 120 according to the rotation of the rotary shaft 140. The compressor 120 may include a compressor case 121 and an impeller 122.

압축기 케이스(121)는 하우징(110)의 일측에 장착되며, 냉각 장치의 외관을 형성한다. 압축기 케이스(121)는 임펠러(122)를 수용하는 기능을 하며, 압축기 입구(123)와 압축기 출구(124)를 구비한다. 압축기 입구(123)는 회전축(140)의 축 방향을 향하도록 형성될 수 있으며, 압축기 출구(124)는 회전축(140)의 반경 방향을 향하도록 형성될 수 있다. The compressor case 121 is mounted on one side of the housing 110 and forms an appearance of the cooling device. The compressor case 121 functions to receive the impeller 122 and includes a compressor inlet 123 and a compressor outlet 124. The compressor inlet 123 may be formed to face the axial direction of the rotary shaft 140, and the compressor outlet 124 may be formed to face the radial direction of the rotary shaft 140.

임펠러(122)는 회전축(140)의 일측에 장착되며, 회전축(140)의 회전에 의해 회전하여 압축기(120)의 내부로 유입된 유체의 압력을 증가시킨다. 즉, 압축기 입구(123)을 통해 압축기(120)의 내부로 유입된 유체는 임펠러(122)를 통과하면서 그 압력이 증가하여 압축기 출구(124)로 유출된다.The impeller 122 is mounted on one side of the rotating shaft 140, and rotates by the rotation of the rotating shaft 140 to increase the pressure of the fluid introduced into the compressor 120. That is, the fluid introduced into the compressor 120 through the compressor inlet 123 increases through the impeller 122 and is discharged to the compressor outlet 124.

압축기 출구(124) 쪽에는 임펠러(122)를 통과한 유체의 유속을 감소시켜 압력을 증가시키기 위한 디퓨져(diffuser, 125)가 설치될 수 있다.At the compressor outlet 124, a diffuser 125 may be installed to increase the pressure by decreasing the flow rate of the fluid passing through the impeller 122.

터빈(130)은 하우징(110)의 타측에 장착되며, 압축기(120)에서 유출된 유체를 냉각시켜 유출시킴과 아울러 회전축(140)에 구동력을 제공하는 기능을 한다. 즉, 터빈(130)은 냉각된 유체를 배출시키는 기능을 함과 동시에 압축기(120)의 구동원으로서의 기능을 한다. 압축기(120)는 터빈(130)으로부터 생성된 에너지를 이용하여 압축기(120) 내부로 유입된 유체를 압축시켜 터빈 입구(132)로 공급한다.The turbine 130 is mounted on the other side of the housing 110 and functions to cool and discharge the fluid flowing out of the compressor 120 and to provide a driving force to the rotating shaft 140. That is, the turbine 130 functions to discharge the cooled fluid and at the same time serves as a driving source of the compressor 120. The compressor 120 compresses the fluid introduced into the compressor 120 using the energy generated from the turbine 130 and supplies it to the turbine inlet 132.

터빈(130)은 터빈 케이스(131)와 로터(132)를 포함할 수 있다.The turbine 130 may include a turbine case 131 and a rotor 132.

터빈 케이스(131)는 하우징(110)의 타측에 장착되며, 냉각 장치의 외관을 형성한다. 터빈 케이스(131)는 로터(132)를 수용하는 기능을 하며, 터빈 입구(133)와 터빈 출구(134)를 구비한다. 터빈 입구(133)는 회전축(140)의 반경 방향을 향하도록 형성되 수 있으며, 터빈 출구(134)는 회전축(140)의 축 방향을 향하도록 형성될 수 있다. The turbine case 131 is mounted on the other side of the housing 110 and forms an appearance of the cooling device. The turbine case 131 serves to receive the rotor 132 and has a turbine inlet 133 and a turbine outlet 134. The turbine inlet 133 may be formed to face the radial direction of the rotation shaft 140, the turbine outlet 134 may be formed to face the axial direction of the rotation shaft 140.

로터(132)는 회전축(140)의 타측에 장착되며, 터빈 입구(133)와 터빈 출구(134)의 압력차에 의해 회전 동작을 수행한다. 터빈 입구(133)를 통해 터빈(130)의 내부로 유입된 유체는 로터(132)를 회전시켜 에너지를 생성하며, 로터(132)를 통과한 유체는 냉각되어 터빈 출구(134)로 배출되게 된다. 터빈 입구(133)와 로터(132)의 사이에는 터빈 입구(133)를 통과한 유체의 유속을 증가시키기 위한 노즐(135)이 설치될 수 있다.The rotor 132 is mounted on the other side of the rotation shaft 140 and performs a rotation operation by the pressure difference between the turbine inlet 133 and the turbine outlet 134. Fluid introduced into the turbine 130 through the turbine inlet 133 rotates the rotor 132 to generate energy, and the fluid passing through the rotor 132 is cooled and discharged to the turbine outlet 134. . A nozzle 135 may be installed between the turbine inlet 133 and the rotor 132 to increase the flow rate of the fluid passing through the turbine inlet 133.

임펠러(122), 로터(132), 및 회전축(140)은 서로 고정되어 함께 회전하도록 구성된다. 본 실시예에 의하면, 이들은 볼트(161)와 너트(162)에 의해 서로 체결되어 있다. 볼트(161)는 임펠러(122) 쪽에서 회전축(140)을 관통하여 로터(132)의 외부로 연장되며, 볼트(161)의 단부에 너트(62)가 체결되어 임펠러(122), 로터(132), 및 회전축(140)의 체결이 이루어진다. 터빈 입구(133)를 통해 유입된 유체에 의해 로터(132)의 회전이 이루어지게 되며, 그에 따라 회전축(140)과 임펠러(122)의 회전이 이루어지게 된다.The impeller 122, the rotor 132, and the rotation shaft 140 are fixed to each other and configured to rotate together. According to this embodiment, they are fastened to each other by the bolt 161 and the nut 162. The bolt 161 penetrates the rotating shaft 140 from the impeller 122 side and extends to the outside of the rotor 132, and the nut 62 is fastened to the end of the bolt 161 to impeller 122 and the rotor 132. , And the rotation shaft 140 is fastened. The rotor 132 is rotated by the fluid introduced through the turbine inlet 133, and thus the rotation shaft 140 and the impeller 122 are rotated.

압축기 출구(124)와 터빈 입구(133)의 사이에는 이들을 연결하는 배관이 설치될 수 있으며, 압축기 출구(124)로 유출된 유체는 터빈 입구(133)를 통해 터빈(130)의 내부로 유입된다. 압축기 출구(124)와 터빈 입구(133)의 사이, 즉 이들을 연결하는 배관 상에는 압축기 출구(124)에서 유출된 유체의 온도를 감소시키기 위한 열교환기가 추가적으로 구비될 수 있다.Pipes connecting them may be installed between the compressor outlet 124 and the turbine inlet 133, and the fluid flowing into the compressor outlet 124 is introduced into the turbine 130 through the turbine inlet 133. . A heat exchanger may be additionally provided between the compressor outlet 124 and the turbine inlet 133, ie, on a pipe connecting them, to reduce the temperature of the fluid flowing out of the compressor outlet 124.

하우징(110)에는 터빈(130)으로 유입되는 유체가 베어링(150)를 냉각시킬 수 있도록 냉각 유로를 형성하는 유로 형성부(170)가 형성된다. 유로 형성부(170)는 터빈 입구(133)에 해당하는 위치와 회전축(140)의 위치가 연통될 수 있도록 하우징(110)을 관통하여 형성된다. 터빈 입구(133)로 유입된 유체는 유로 형성부(170)를 통하여 하우징(110)의 내부로 유입되게 된다. 베어링(150)을 냉각시키기 위한 냉각 유로에 대해서는 추후 상세히 설명하기로 한다.The housing 110 is formed with a flow path forming unit 170 that forms a cooling flow path so that the fluid flowing into the turbine 130 cools the bearing 150. The flow path forming unit 170 is formed through the housing 110 so that the position corresponding to the turbine inlet 133 and the position of the rotating shaft 140 can communicate with each other. Fluid introduced into the turbine inlet 133 is introduced into the housing 110 through the flow path forming unit 170. A cooling passage for cooling the bearing 150 will be described later in detail.

한편, 베어링(150)은 유로 형성부(170)의 출구를 기준으로 양측에 각각 배치된 제1 및 제2베어링(151,152)를 포함한다. 제1 및 제2베어링(151,152)는 하우징(110)의 내벽과 회전축(140)의 외주면 사이에 설치된다. 제1베어링(151)은 유로 형성부(170)의 출구를 기준으로 압축기(120)가 위치한 쪽에 장착되며, 제2베어링(152)은 유로 형성부(170)의 출구를 기준으로 터빈(130)이 위치한 쪽에 장착된다. 제1 및 제2베어링(151,152)으로서 유체 베어링이 사용될 수 있으며, 작동 유체가 공기인 경우 공기 베어링이 사용될 수 있다.Meanwhile, the bearing 150 includes first and second bearings 151 and 152 disposed at both sides with respect to the outlet of the flow path forming unit 170, respectively. The first and second bearings 151 and 152 are installed between the inner wall of the housing 110 and the outer circumferential surface of the rotating shaft 140. The first bearing 151 is mounted on the side where the compressor 120 is located based on the outlet of the flow path forming unit 170, and the second bearing 152 is based on the outlet of the flow path forming unit 170. It is mounted on the side where it is located. Fluid bearings may be used as the first and second bearings 151, 152, and air bearings may be used when the working fluid is air.

제1베어링(151)의 일측에는 회전축(140)의 반경 방향을 향해 돌출되는 지지부(180)가 구비될 수 있다. 하우징(110)의 내벽에는 회전축(140)의 반경 방향으로 리세스된 리세스부(111)가 형성되며, 지지부(180)는 리세스부(111)의 내부에 위치한다. 지지부(180)는 회전축(140) 상에 고정되어 형성 가능하다. One side of the first bearing 151 may be provided with a support 180 to protrude in the radial direction of the rotation shaft 140. The inner wall of the housing 110 is formed with a recess 111 recessed in the radial direction of the rotation shaft 140, the support 180 is located inside the recess 111. The support unit 180 may be fixedly formed on the rotation shaft 140.

지지부(180)의 양면에는 회전축(140)의 축방향 하중을 지지하는 축방향 베어링들(181,182)이 장착될 수 있다. 축방향 베어링들(181,182)은 리세스부(111)의 벽면과 지지부(180)의 사이에 설치된다. 축방향 베어링들(181,182) 또한 제1 및 제2베어링(151,152)와 마찬 가지로 유체 베어링(예를 들어, 공기 베어링)의 형태를 가질 수 있다. Both sides of the support 180 may be equipped with axial bearings 181 and 182 that support the axial load of the rotation shaft 140. The axial bearings 181, 182 are installed between the wall of the recess 111 and the support 180. Axial bearings 181, 182 may also have the form of a fluid bearing (eg, air bearing), like the first and second bearings 151, 152.

회전축(140)과 하우징(110)의 사이에는 냉각 유로로 유입되는 유량, 즉, 유량 형성부(150)를 통해 하우징(110)의 내부로 유입되는 유량을 조절하기 위한 유량 조절부(190)가 설치된다. 유량 조절부(190)는 그 외주면에 요철들이 형성되어 있는 링 형태를 가지며, 유체가 이러한 요철들을 통과함에 따라 유속이 감소되게 된다. 이러한 요철의 갯수, 유량 조절부(190)와 하우징(110)의 접촉 정도 등에 따라 냉각 유로로 유입되는 유량이 조절될 수 있다.Between the rotating shaft 140 and the housing 110, a flow rate adjusting unit 190 for adjusting the flow rate flowing into the cooling flow path, that is, the flow rate flowing into the housing 110 through the flow rate forming unit 150 is Is installed. The flow rate control unit 190 has a ring shape in which the irregularities are formed on the outer circumferential surface thereof, and the flow rate is reduced as the fluid passes through the irregularities. The flow rate flowing into the cooling flow path may be adjusted according to the number of such irregularities, the degree of contact between the flow rate controller 190 and the housing 110, and the like.

이하, 도 2 및 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예와 관련된 냉각 장치의 작동 방식에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of operating a cooling device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

도 2는 냉각 장치의 주 유로와 관련된 냉각 장치의 동작을 나타내는 도면이고, 도 3은 냉각 장치의 냉각 유로와 관련된 냉각 장치의 동작을 나타내는 도면이다. 도 2 및 도 3에 도시된 화살표는 냉각 장치에서 유체가 이동하는 방향을 나타내고 있다.2 is a view showing the operation of the cooling device associated with the main flow path of the cooling device, and FIG. 3 is a view showing the operation of the cooling device associated with the cooling flow path of the cooling device. The arrows shown in FIGS. 2 and 3 indicate the direction in which the fluid moves in the cooling device.

도 2를 참조하면, 화살표를 따르는 유로는 주 유로(또는, 1차 유로)로 지칭될 수 있다. 압축기 입구(123)로 유입된 유체는 임펠러(122)의 회전 및 디퓨저(125)에 의해 그 압력이 상승하고, 압력이 상승한 상태에서 압축기 출구(124)로 유출되게 된다.Referring to FIG. 2, the flow path following the arrow may be referred to as a main flow path (or a primary flow path). The fluid flowing into the compressor inlet 123 is increased by the rotation of the impeller 122 and the diffuser 125, and is discharged to the compressor outlet 124 while the pressure is increased.

압축기 출구(124)로부터 나온 유체는 열교환기를 통과하여 냉각되게 되며, 터빈 입구(133)로 유입되게 된다. 터빈 입구(133)의 유체는 노즐(135)를 통과하면서 유속이 증가(압력이 감소)하게 되며, 터빈(130)의 로터(132)를 회전시킨다.The fluid from the compressor outlet 124 is cooled through the heat exchanger and enters the turbine inlet 133. The fluid at the turbine inlet 133 increases in flow velocity (pressure decreases) as it passes through the nozzle 135, and rotates the rotor 132 of the turbine 130.

로터(132)를 통과한 유체는 그 온도가 감소하여 터빈 출구(134)로 유출되게 되며, 터빈 출구(134)에 연결된 배관에 의해 냉각 대상으로 흐르게 된다.The fluid passing through the rotor 132 decreases in temperature and flows out to the turbine outlet 134 and flows to the cooling object by a pipe connected to the turbine outlet 134.

로터(132)의 회전에 의해 회전축(140)이 회전하게 되며, 그에 따라 회전축(140)에 고정된 임펠러(122)가 회전되게 되어 압축기 입구(123)로 유입된 유체를 압축하게 된다.The rotation shaft 140 is rotated by the rotation of the rotor 132, so that the impeller 122 fixed to the rotation shaft 140 is rotated to compress the fluid introduced into the compressor inlet 123.

도 3을 참조하면, 화살표를 따르는 유로는 냉각 유로(또는 2차 유로)로 지칭될 수 있다.Referring to FIG. 3, the passage along the arrow may be referred to as a cooling passage (or a secondary passage).

터빈 입구(133)로 유입된 유체는 유로 형성부(170)를 통해 하우징(110)의 내부로 유입되어 냉각 유로를 흐르게 된다.The fluid introduced into the turbine inlet 133 is introduced into the housing 110 through the flow path forming unit 170 to flow through the cooling flow path.

냉각 유로는 유로 형성부(170)의 출구에서 임펠러(122)의 위치까지 연통되는 제1유로(171)와, 유로 형성부(170)의 출구에서 로터(132)의 위치까지 연통되는 제2유로(172)를 포함한다.The cooling passage is the first passage 171 communicating with the position of the impeller 122 at the outlet of the passage forming part 170 and the second passage communicating with the position of the rotor 132 at the outlet of the passage forming part 170. 172.

유로 형성부(170)를 통과한 유체는 유로 형성부(170)의 출구에서 분기되어 제1유로(171)와 제2유로(172)를 각각 흐르게 된다. 유로 형성부(170)는 제1유로(171) 또는 제2유로(172)로 유입되는 유량을 조절할 수 있도록 회전축(140)의 축 방향에 대해 경사지게 형성 가능하다. 유로 형성부(170)의 기울기에 따라 제1유로(171)와 제2유로(172)를 흐르는 유체의 상대적인 유량을 조절할 수 있다.The fluid passing through the flow path forming unit 170 branches at the outlet of the flow path forming unit 170 to flow through the first flow path 171 and the second flow path 172, respectively. The flow path forming unit 170 may be formed to be inclined with respect to the axial direction of the rotation shaft 140 to adjust the flow rate flowing into the first flow path 171 or the second flow path 172. The relative flow rate of the fluid flowing through the first passage 171 and the second passage 172 may be adjusted according to the inclination of the passage forming unit 170.

제1베어링(151)과 축방향 베어링들(181,182)은 제1유로(171) 상에 배치되고, 제2베어링(152)은 제2유로(172) 상에 배치된다. The first bearing 151 and the axial bearings 181, 182 are disposed on the first flow path 171, and the second bearing 152 is disposed on the second flow path 172.

열교환기에 의해 냉각된 유체는 터빈 입구(133)를 통해 하우징(110) 내부로 유입디어 제1 및 제2유로(171,172) 상을 흐르게 되며, 이 과정에서 제1 및 제2베어링(151,152)과 축방향 베어링들(181,182)들이 냉각되게 된다. 따라서, 회전축(140)과 하우징(110)의 사이의 마찰에 의해 발생하는 열에 의해 베어링(150)과 축방향 베어링(182,182)이 그 기능을 상실하거나 이로 인해 냉각 장치에 고장이 발생하는 것을 방지할 수 있다. The fluid cooled by the heat exchanger flows into the housing 110 through the turbine inlet 133 and flows on the first and second flow paths 171 and 172. In this process, the first and second bearings 151 and 152 and the shaft The directional bearings 181, 182 are allowed to cool. Accordingly, the bearing 150 and the axial bearings 182 and 182 lose their function due to the heat generated by the friction between the rotation shaft 140 and the housing 110, or prevent the failure of the cooling device. Can be.

터빈 입구(133)로 유입되는 유체의 압력이 임펠러(122) 또는 로터(133) 쪽의 압력보다 높기 때문에 유로 형성부(170)를 통과하는 유체는 압력차로 인해 제1 및 제2유로(171,172) 상을 흐르게 된다.Since the pressure of the fluid flowing into the turbine inlet 133 is higher than the pressure of the impeller 122 or the rotor 133, the fluid passing through the flow path forming unit 170 may have the first and second flow paths 171 and 172 due to the pressure difference. The phase will flow.

제1유로(171)를 통과한 유체는 임펠러(122)의 위치까지 진행하여 압축기 입구(123)로부터 유입된 유체들과 혼합되며, 혼합된 유체들은 임펠러(122)의 회전에 의해 압축되어 디퓨저(125)를 통과하게 된다.The fluid passing through the first passage 171 proceeds to the position of the impeller 122 and is mixed with the fluids introduced from the compressor inlet 123, and the mixed fluids are compressed by the rotation of the impeller 122 to be diffused. 125).

제2유로(172)를 통과한 유체는 로터(133)의 위치까지 진행하여 노즐(135)을 통과한 유체와 혼합되게 되며, 혼합된 유체들은 로터(133)를 통과하여 터빈 출구(134)로 배출되게 된다.The fluid passing through the second flow path 172 proceeds to the position of the rotor 133 to be mixed with the fluid passing through the nozzle 135, and the mixed fluids pass through the rotor 133 to the turbine outlet 134. Will be discharged.

이와 같이, 냉각 유로를 터빈 입구 쪽에서 압축기(120)의 임펠러(122) 쪽과 터빈(130)의 로터(132) 쪽으로 형성함으로써, 냉각 장치의 효율에 미치는 영향을 최소화하면서 베어링(151,152), 축방향 베어링(181,182)의 냉각이 가능한 구조를 구현할 수 있다.As such, the cooling passages are formed at the inlet side of the compressor toward the impeller 122 of the compressor 120 and toward the rotor 132 of the turbine 130, thereby minimizing the influence on the efficiency of the cooling device. A structure capable of cooling the bearings 181 and 182 may be implemented.

이상에서 설명한 냉각 장치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The cooling device described above is not limited to the configuration and method of the embodiments described above, but the embodiments may be configured by selectively combining all or some of the embodiments so that various modifications can be made.

Claims (13)

내부 공간을 구비하는 하우징;
베어링에 의해 상기 하우징의 내부에 회전 가능하게 지지되는 회전축;
상기 하우징의 일측에 장착되며, 상기 회전축의 회전에 따라 유입된 유체를 압축하는 압축기;
상기 하우징의 타측에 장착되며, 상기 압축기에서 유출된 유체를 냉각시켜 유출시킴과 아울러 상기 회전축에 구동력을 제공하는 터빈; 및
상기 하우징에 형성되며, 상기 터빈으로 유입되는 유체가 상기 베어링을 냉각시킬 수 있도록 냉각 유로를 형성하는 유로 형성부를 포함하는 냉각 장치.A housing having an inner space;
A rotating shaft rotatably supported inside the housing by a bearing;
A compressor mounted on one side of the housing and compressing the fluid introduced according to the rotation of the rotary shaft;
A turbine mounted on the other side of the housing to cool and discharge the fluid flowing out of the compressor and to provide a driving force to the rotating shaft; And
And a flow path forming portion formed in the housing and forming a cooling flow path to allow the fluid flowing into the turbine to cool the bearing. 제1항에 있어서, 상기 압축기는,
상기 하우징의 일측에 장착되며, 압축기 입구와 압축기 출구를 구비하는 압축기 케이스; 및
상기 회전축의 일측에 장착되며, 상기 회전축의 회전에 의해 회전하여 통과하는 유체의 압력을 증가시키는 임펠러를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.The method of claim 1, wherein the compressor,
A compressor case mounted on one side of the housing and having a compressor inlet and a compressor outlet; And
And an impeller mounted on one side of the rotating shaft to increase the pressure of the fluid passing through the rotating shaft. 제2항에 있어서, 상기 터빈은,
상기 하우징의 타측에 장착되며, 터빈 입구와 터빈 출구를 구비하는 터빈 케이스; 및
상기 회전축의 타측에 장착되며, 상기 터빈 입구 및 터빈 출구의 압력차에 의해 회전하는 로터를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.The method of claim 2, wherein the turbine,
A turbine case mounted on the other side of the housing and having a turbine inlet and a turbine outlet; And
And a rotor mounted on the other side of the rotary shaft and rotating by the pressure difference between the turbine inlet and the turbine outlet. 제3항에 있어서,
상기 유로 형성부는 터빈 입구의 위치와 회전축의 위치가 연통될 수 있도록 상기 하우징을 관통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.The method of claim 3,
And the flow path forming portion is formed through the housing so that the position of the turbine inlet and the position of the rotating shaft can communicate with each other. 제3항에 있어서,
상기 유로 형성부는 상기 회전축 방향에 대해 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.The method of claim 3,
And the flow path forming portion is formed to be inclined with respect to the rotation axis direction. 제3항에 있어서,
상기 압축기 출구 및 터빈 입구는 상기 회전축의 반경 방향을 따라 형성되고,
상기 압축기 입구 및 터빈 출구는 상기 회전축의 축 방향을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.The method of claim 3,
The compressor outlet and the turbine inlet is formed along the radial direction of the rotation axis,
The compressor inlet and the turbine outlet is formed along the axial direction of the rotary shaft. 제3항에 있어서, 상기 냉각 유로는,
상기 유로 형성부의 출구에서 상기 임펠러의 위치까지 연통되는 제1유로; 및
상기 유로 형성부의 출구에서 상기 로터의 위치까지 연통되는 제2유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.The method of claim 3, wherein the cooling passage,
A first passage communicating from an outlet of the passage forming portion to a position of the impeller; And
And a second flow passage communicating with the position of the rotor at the outlet of the flow passage forming portion. 제7항에 있어서, 상기 베어링은,
상기 제1유로 및 제2유로 상에 각각 배치되는 제1 및 제2베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.The method of claim 7, wherein the bearing,
And first and second bearings disposed on the first flow passage and the second flow passage, respectively. 제8항에 있어서,
상기 제1 및 제2베어링은 상기 하우징의 내벽과 상기 회전축의 외주면 사이에 설치되는 공기 베어링들인 것을 특징으로 하는 냉각 장치.The method of claim 8,
And the first and second bearings are air bearings installed between an inner wall of the housing and an outer circumferential surface of the rotating shaft. 제3항에 있어서,
상기 압축기 출구와 터빈 입구의 사이에 배치되며, 상기 압축기 출구에서 유출된 유체의 온도를 감소시키기 위한 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.The method of claim 3,
And a heat exchanger disposed between the compressor outlet and the turbine inlet, the heat exchanger for reducing the temperature of the fluid flowing out of the compressor outlet. 제1항에 있어서,
상기 회전축과 하우징의 사이에는 상기 냉각 유로로 유입되는 유량을 조절하기 위한 유량 조절부가 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.The method of claim 1,
Cooling apparatus, characterized in that the flow rate adjusting unit for adjusting the flow rate flowing into the cooling passage between the rotating shaft and the housing. 제1항에 있어서,
상기 회전축의 반경 방향을 향해 돌출되어 형성되는 지지부; 및
상기 지지부의 양면에 장착되며, 상기 회전축의 축방향 하중을 지지하는 축방향 베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.The method of claim 1,
A support part protruding in a radial direction of the rotation shaft; And
Cooling apparatus further comprises an axial bearing mounted on both sides of the support, the axial bearing for supporting the axial load of the rotating shaft. 터빈 입구로 유입된 유체를 냉각시켜 터빈 출구로 유출시키는 터빈;
상기 터빈으로부터 생성된 에너지를 이용하여 내부로 유입된 유체를 압축시켜 상기 터빈 입구로 공급하는 압축기;
상기 터빈과 압축기를 지지하는 하우징의 내부에 장착되며, 상기 압축기와 터빈을 연결하는 회전축;
상기 회전축과 하우징의 사이에 배치되며, 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 베어링; 및
상기 하우징에 형성되며, 상기 터빈 입구로 유입되는 유체가 상기 베어링을 냉각시킬 수 있도록 냉각 유로를 형성하는 유로 형성부를 포함하는 냉각 장치.A turbine for cooling the fluid introduced at the turbine inlet and exiting the turbine outlet;
A compressor for compressing the fluid introduced into the turbine using the energy generated from the turbine and supplying the fluid to the turbine inlet;
A rotating shaft mounted inside the housing supporting the turbine and the compressor, the rotating shaft connecting the compressor and the turbine;
A bearing disposed between the rotating shaft and the housing and rotatably supporting the rotating shaft; And
And a flow path forming portion formed in the housing and forming a cooling flow path to allow the fluid flowing into the turbine inlet to cool the bearing.
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