KR20220065334A - 압축기 및 이를 갖는 터보 냉동기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 압축기는 블레이드를 구비한 임펠러, 상기 임펠러를 구동하는 구동부 및 상기 임펠러에서 나오는 반경 방향의 냉매의 유동을 접선 방향으로 변환하는 볼류트부와, 상기 볼류트부를 통과한 냉매가 유출되는 냉매 유출부를 포함하는 볼류트 케이싱을 포함하고, 상기 냉매 유출부의 출구의 폭은 상기 냉매 유출부의 입구의 폭 보다 큰 것을 특징으로 한다.

Description

압축기 및 이를 갖는 터보 냉동기{Compressor and turbo chiller having the same}

본 발명은 압축기에서 토출되는 냉매의 압력 손실을 줄이고, 효율을 향상시킨 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 공기 조화장치는 실내 공간을 냉방 또는 난방하는 기기이다.

상기 공기 조화기는 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기로부터 토출되는 냉매가 응축되는 응축기와, 상기 응축기를 통과한 냉매가 팽창되는 팽창 기 및 상기 팽창기에서 팽창된 냉매가 증발되는 증발기를 포함한다.

터보 냉동기는 저압의 냉매를 흡입하여 고압의 냉매로 압축하는 압축기와, 응축기, 팽창밸브 및 증발기가 포함 되어 냉동 사이클이 구동될 수 있다.

상기 터보 냉동기에는 원심식 터보 압축기가 구비된다.

상기 터보 압축기는 구동모터에서 발생되는 운동에너지를 정압으로 변환시키면서 가스를 고압 상태로 토출시키도록 작용하며, 구동모터의 구동력 에 의하여 회전하여 냉매를 압축하는 하나 또는 그 이상의 임펠러 및 상기 임펠러가 수용되는 하우징 등을 포함할 수 있다.

선행기술문헌 1의 종래의 터보 압축기는 냉매 유입구와 냉매 유출구가 형성되는 케이싱과, 상기 케이싱에 구비되는 모터와, 상기 케이싱의 내부에 설치되며 상기 모터의 구동력에 의하여 회전될 수 있는 회전축 및 상기 모터와 회전축을 연결하여 상기 모터의 구동력을 상기 회전축에 전달하는 동력전달 부재를 포함한다.

상기 압축기는 상기 케이싱의 내부에 위치되며 상기 회전축에 의하여 회전 가능하게 구비되는 임펠러를 포함한다.

상기 임펠러는 상기 회전축에 결합되는 허브 및 상기 허브의 외주면에 배치되어 냉매를 압축시키는 다수의 블레이드를 포함한다.

임펠러 커버는 상기 임펠러를 둘러싸도록 상기 케이싱의 내부에 배치된다.

상기 냉매 유입구를 통하여 유입된 냉매는 상기 임펠러의 블레이드와 임펠러 커버 사이의 이격 공간(또는 흡입 공간)으로 유동된다.

상기 임펠러는 상기 회전축과 함께 회전된다. 상기 임펠러가 회전되는 도중에, 냉매는 상기 임펠러의 흡입 공간으로 흡입되어 압축되고, 압축된 냉매는 상기 냉매 유출구를 통해 배출된다.

이때, 냉매 유출구룰 통해 압축기를 빠져나가는 기냉매의 정압이 회복되지 못하면 압축기의 효율은 저하되는 문제점이 발생된다.

한국공개공보 제10-2016-0122495

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 압축기에서 토출되는 냉매의 정압을 충분히 회복하여서, 압축기의 효율을 향상시키는 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 압축기는 블레이드를 구비한 임펠러, 상기 임펠러를 구동하는 구동부 및 상기 임펠러에서 나오는 반경 방향의 냉매의 유동을 접선 방향으로 변환하는 볼류트부와, 상기 볼류트부를 통과한 냉매가 유출되는 냉매 유출부를 포함하는 볼류트 케이싱을 포함하고, 상기 냉매 유출부의 출구의 폭은 상기 냉매 유출부의 입구의 폭 보다 큰 것을 특징으로 한다.

상기 냉매 유출부의 단면적은 상기 입구에서 상기 출구 방향으로 선형적 증가할 수 있다.

상기 냉매 유출부의 토출각도는 15도 내지 17도일 수 있다.

상기 냉매 유출부는 단면 상에서 서로 마주보게 배치되는 제1 유출면과, 제2 유출면을 포함하고, 상기 제1 유출면과 상기 제2 유출면은 토출기준선을 기준으로 대칭되게 배치될 수 있다.

상기 제1 유출면과 상기 토출기준선이 이루는 각도는 7,5도 내지 8.5도일 수 있다.

상기 제2 유출면과 상기 토출기준선이 이루는 각도는 7,5도 내지 8.5도일 수 있다.

상기 볼류트부는, 제1 볼류트부와, 상기 제1 볼류트부 보다 큰 단면적을 가지고 일단이 상기 제1 볼류트부와 연결되고, 타단이 상기 냉매 유출부와 연결되는 제2 볼류트부를 포함할 수 있다.

상기 볼류트부의 내벽에는 상기 임펠러에서 나오는 반경방향의 상기 유체의 유동을 접선 방향으로 변환시켜주는 복수개의 가이드 베인이 설치될 수 있다.

상기 복수개의 가이드 베인들 중 어느 하나의 가이드 베인은 냉매가 상기 볼류트부를 통과하는 방향인 제1 방향으로 단면적의 크기가 증가하도록 설치될 수 있다.

상기 냉매 유출부의 출구의 단면적은 상기 볼류트부의 단면적 보다 클 수 있다.

상기 볼류트 케이싱은 상기 임펠러가 삽입되는 개구부를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 블레이는 구비한 임펠러 및 상기 임펠러에서 나오는 반경 방향의 냉매의 유동을 접선 방향으로 변환하는 볼류트부와, 상기 볼류트부를 통과한 냉매가 유출되는 냉매 유출부를 포함하는 볼류트 케이싱을 포함하고, 상기 냉매 유출부는 단면 상에서 서로 마주보게 배치되는 제1 유출면과, 제2 유출면을 포함하고, 상기 제1 유출면과 상기 제2 유출면 사이의 각도는 15도 내지 17도일 수 있다.

상기의 해결 수단에 의해 본 발명은 볼류트의 토출각도를 조절하여서, 압축기에서 반경방향으로 토출되는 냉매를 접선방향을 변환하면서, 냉매의 정압을 충분히 회복하고, 압축기의 효율을 향상시키는 이점이 존재한다.

또한 본 발명은 단순하고, 제조 비용이 저렴하게 구조를 변경하면서 압축기의 효율을 상승시킬 수 있는 이점이 존재한다.

또한, 본 발명은 가이드 베인의 크기가 변화하는 유체의 유량에 대응하도록 배치하여 유동손실을 최소화할 수 있는 이점이 존재한다.

또한, 본 발명은 압축 효율을 상승시켜 냉동기의 냉동 능력의 저하를 효율적으로 방지할 수 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명에 따른 냉동기를 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 압축기를 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 압축기의 단면을 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 3의 A를 보여주는 확대 단면도이다.
도 5은 도 1의 볼류트 케이싱을 보여주는 사시도이다.
도 6은 도 5의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 취한 단면도이다.
도 7는 도 5의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 취한 단면도이다.
도 8은 냉매 유출부의 토출각도에 따른 압축기의 효율을 보여주는 그래프이다.
도 9는 냉매 유출부의 토출각도에 따른 압축기를 빠져나가는 냉매의 압력 회복 계수를 보여주는 그래프이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.

또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.

명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

이하에서는 첨부되는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 냉매 누설 저감 기능을 갖는 압축기 및 이를 갖는 터보 냉동기를 설명한다.

여기서 본 발명에 따른 압축기는 냉동기에 포함되는 구성이다. 상기 압축기의 설명은 냉동기의 설명에 포함하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 냉동기를 보여주는 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 냉동기는 압축기(1)와, 응축기(2)와, 이코노마이저(4)와, 증발기(5)를 갖는다. 본 발명의 냉동기는 일단 또는 다단 압축을 이룬다.

압축기(1)는 제 1,2압축기(1a, 1b)로 구성된다. 제 1,2압축기(1a, 1b)는 각각 관(1c)을 통해 연결된다.

제 2압축기(1b)의 후단은 응축기(2)와 연결된다. 제 1압축기(1a)의 전단은 증발기(5)와 연결된다. 응축기(2)는 이코노마이저(4)와 연결된다. 이코노마이저(4)는 제 1,2압축기(1a,1b)를 연결하는 관과 연결된다. 또한 이코노마이저(4)는 증발기(5)와 연결된다.

이코노마이저(4)는 응축된 냉매에서 기체 상태의 냉매와 액체 상태의 냉매를 분리한다. 기체 상태의 냉매는 제 1,2압축기(1a,1b)를 연결하는 관으로 공급된다. 액체 상태의 냉매는 증발기(5)로 공급된다.

응축기(2)와 이코노마이저(4)와 증발기(2)는 상술한 바와 동일할 수 있기 때문에 설명을 생략한다.

이에 본 발명에 따른 제 1,2압축기(1a,1b)는 직렬로 연결된다. 제 1,2압축기(1a,1b)의 구성은 동일하다. 이하 제 1,2압축기(1a,1b)는 압축기(1)로 구성의 명칭을 통일하여 기술한다.

도 2는 본 발명에 따른 압축기를 보여주는 사시도이다.

도 2를 참조 하면 본 발명에 따른 압축기(1)는 하우징(100)를 갖는다. 하우징(100)의 전단에는 냉매 유입구(101)가 형성된다. 하우징(100)의 중앙부에는 냉매 유출부(32)가 형성된다. 증발된 냉매는 냉매 유입구(101)를 통해 압축기(100)의 내부로 유입된다. 압축기(100)에 의해 일정 압력으로 압축된 냉매는 냉매 유출부(32)를 통해 응축기(2)로 공급된다.

본 발명에 따른 압축기(100)는 다단의 압축을 이룬다. 이에 압축기(100)는 3개의 임펠러(400)를 갖는다.

도 3은 본 발명에 따른 압축기의 단면을 보여주는 단면도이다. 도 4는 도 3의 A를 보여주는 확대 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 압축기(1)는 상술한 하우징(100)를 갖는다. 하우징(100)의 내부에는 제 1공간(a1)과 제 2공간(a2)이 형성된다.

제 1공간(a1)에는 구동부(200)가 배치된다. 제 2공간(a1)에는 지지부(300)와, 임펠러(400)가 배치된다.

압축기(1)는 구동부(200)를 갖는다. 구동부(200)는 구동 모터(210)와 구동축(220)을 갖는다. 구동 모터(210)는 하우징(100)의 후단에 배치된다. 구동축(220)은 구동 모터(210)와 축 방식으로 연결된다. 구동축(220)은 제 2공간(a2)에 배치되도록 연장된다.

지지부(300)는 제 1지지부(301)와 제 2지지부(302)와 제 3지지부(303)를 갖는다. 제 1,2,3지지부(301, 302, 303)는 구동축(220)을 따라 순차적으로 배치된다.

구동축(220)은 제 1,2,3지지부(301, 302, 303)의 중앙을 관통한다. 제 1,2,3지지부(301, 302, 303)는 서로 동일한 기능을 갖는 구조를 가질 수 있다.

대표적으로 제 1지지부(301)의 구성을 설명한다.

제 1지지부(301)는 중공(311)이 형성된 지지부 몸체(310)를 갖는다. 중공(311)의 내경은 지지부 몸체(310)의 전단에서 후단을 따라 점진적으로 확장되도록 형성된다.

지지부 몸체(310)의 전단에는 중공(311)과 연결되는 유입 유로(312)가 형성된다. 지지부 몸체(310)의 타단에는 중공(311)과 연결되는 유출 유로(313)가 형성된다. 중공은 유입 유로와 유출 유로(313)와 일체를 이루어 연결된다.

유입 유로(312)는 구동축(220)과 나란한 방향을 따르는 유로를 형성한다. 유출 유로(313)는 구동축(220)을 기준으로 직교를 이루는 방향의 유로를 형성한다.

한편 중공(311)은 지지부 몸체(310)의 일단에서 구동축(220)을 기준으로 직교를 이루는 방향을 따르는 제 1면(311a)과, 지지부 몸체(310)의 타단에서 구동축(220)을 기준으로 수평을 이루는 제 2면(311b)과, 제 1면(311a)과 제 2면(311b)을 연결하는 경사진 제 3면(311c)을 가진다.

제 3면(311c)은 중공의 일단에서 타단을 따라 확장되는 경사를 이룬다. 이에 중공(311)은 지지부 몸체(310)의 중앙에 공간을 형성한다.

상기와 같이 구성되는 지지부(300)는 임펠러(400)를 구비한다. 임펠러(400)는 외주에 다수의 블레이드가 형성된다.

임펠러(400)는 지지부(300)의 중공에 배치된다. 임펠러(400)의 직경은 임펠러(400)의 전단에서 후단을 따라 점진적으로 확장된다.

임펠러(400)의 외주는 임펠러(400)의 전단에서 후단을 따라 내측으로 오목한 경사를 이룬다. 임펠러(400)의 외주와 중공의 내벽 사이에는 일정 부피의 빈 공간(b)이 형성된다.

그리고 임펠러(400)의 전단은 중공(311)의 전단에 회전되도록 배치된다. 임펠러(400)의 전단 외주와 지지부 몸체(310)의 중공 전단 내주는 서로 이격된다. 임펠러(400)의 전단은 제 1면(311a)과 동일선상을 따르는 형상으로 형성된다.

임펠러(400)의 후단은 중공(311)의 후단에 회전되도록 배치된다. 임펠러(400)의 후단은 제 2면(311b)과 동일선 상을 따르도록 배치된다. 임펠러(400)의 후단 상면과 제 2면(311b)은 일정 갭(G)을 이루도록 이격된다.

임펠러(400)는 압축 유로(410)를 갖는다. 압축 유로(410)는 임펠러(400)의 전단과 타단을 연결한다. 압축 유로(410)는 임펠러(400)의 회전에 따라 유입되는 냉매를 압축하여 유출 유로(313)로 배출한다. 압축 유로(410)는 'a'를 따른다. 압축 유로(410)의 입구는 유입 유로(312)와 연결된다. 압축 유로(410)의 출구는 유출 유로(313)와 연결된다.

이하, 엠펠러(400), 압축 유로(410) 및 유입 유로(312)를 통과한 냉매의 정압을 회복하기 위한, 볼류트 케이싱(30)에 대해 상술한다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 볼류트 케이싱(30)은 임펠러(400)에서 유출된 냉매의 정압을 회복하고 냉매의 유출방향을 변환하여 응축기(2)로 제공한다. 볼류트 케이싱(30)은 하우징(100)과 일체로 형성될 수도 있고, 별개로 형성될 수도 있다. 실시예에 따라서는 임펠러(400)와 볼류트 케이싱(30) 사이에 임펠러(400)에서 토출된 냉매의 압력을 올리는 디퓨져부(미도시)가 설치될 수도 있다.

볼류트 케이싱(30)은 디퓨져부(20)를 통과한 고압의 유체를 냉매 유출부(32)로 배출할 수 있다. 예를 들면, 볼류트 케이싱(30)은 임펠러(400)에서 나오는 반경 방향의 냉매의 유동을 접선 방향으로 변환하는 볼류트부(31)와, 볼류트부(31)를 통과한 냉매가 유출되는 냉매 유출부(32)를 포함할 수 있다.

물론, 볼류트 케이싱(30)은 임펠러(400)가 삽입되는 개구부(33)가 형성되고 볼류트부(31)의 일단과 연결된 플레이트(34) 및 볼류트부(31)에 설치되는 가이드 베인(35)을 더 포함할 수도 있다.

볼류트부(31)는 임펠러(400)에서 유출된 냉매가 유입된다. 구체적으로, 볼류트부(31)의 일단은 유출 유로(313)와 연결되고, 볼류트부(31)의 타단은 냉매 유출부(32)와 연결된다. 유체는 볼류트부(31)의 내부공간을 통과하여 냉매 유출부(32)를 향하여 이동한다. 이하, 유체가 냉매 유출부(32)를 향하여 이동하는 방향을 제1 방향으로 정의한다.

볼류트부(31)는 제1 방향으로 크기가 증가하도록 형성될 수 있다. 임펠러(400)에서 토출된 유체는 볼류트부(31)에서 합류하므로, 제1 방향으로 볼류트부(31)의 크기가 점진적으로 크게 형성될 수 있다.

구체적으로, 볼류트부(31)에서 크기가 큰 단이 냉매 유출부(32)와 연결되고, 볼류트부(31)에서 크기가 작은 단이 유출 유로(313)와 연결된다. 볼류트부(31)는 제1 볼류트부(31a)와, 제1 볼류트부(31a) 보다 큰 단면적을 가지고 일단이 제1 볼류트부(31a)와 연결되고, 타단이 냉매 유출부(32)와 연결되는 제2 볼류트부(31b)를 포함한다. 제1 볼류트부(31a)는 유출 유로(313)와 연결된다.

개구부(33)는 볼류트부(31)에서 일측으로 연장되어 형성되고, 임펠러(400)가 삽입될 수 있다. 개구부(33)는 볼류트부(31)의 상측으로 연장되어 형성되어 임펠러(400)를 설치할 수 있다.

볼류트부(31)는 임펠러(400)의 회전축을 감싸는 형태를 가질 수 있다. 볼류트부(31)는 임펠러(400)의 회전축을 중심으로 하는 임의의 원주의 일부 또는 전부에 배치될 수 있고, 제1 방향으로 갈수록 회전축의 중심과 멀어질 수 있다.

플레이트(34)는 개구부(33)과 대향하도록 설치된다. 플레이트(34)는 볼류트부(31)와 연결되고, 볼류트 케이싱(30)을 타 부품에 고정할 수 있다.

가이드 베인(35)은 볼류트부(31)를 통과하는 유체의 유동방향을 변경할 수 있다. 가이드 베인(35)은 볼류트부(31)의 내벽에 설치되어, 볼류트부(31)를 통과하는 유체와 접촉할 수 있다. 가이드 베인(35)은 적어도 일부가 만곡된 삼각뿔의 형상으로 형성될 수 있다.

가이드 베인(35)은 복수개로 구비되고, 볼류트부(31)의 내벽에 방사형으로 설치될 수 있다. 복수개의 가이드 베인(35)은 제1 방향으로 크기가 증가하도록 설치될 수 있다.

복수 개의 가이드 베인(35) 중 이웃하도록 배치된 제1 가이드 베인(35a), 제2 가이드 베인(35b) 및 제3 가이드 베인(35c)은 제1 방향을 따라 크기가 증가하도록 형성될 수 있다. 제1 가이드 베인(35a)의 크기는 제2 가이드 베인(35b)의 크기보다 작으며, 제2 가이드 베인(35b)의 크기는 제3 가이드 베인(35c)의 크기보다 작게 형성될 수 있다.

증가된 유량에 대응하여 유체의 이동방향을 변환하기 위해서 복수개의 가이드 베인(35)은 제1 방향 크기가 증가하도록 설치된다. 유체가 제1 방향으로 이동할수록, 볼류트부(31)를 통과하는 단위면적당 유량이 증가한다. 증가된 단위면적당 유량으로 인해 볼류트부(31)에서는 접선방향(F2)의 힘과 반경방향(F1)의 유동에 의해 교란이 발생할 수 있다. 따라서, 증가된 단위면적당 유량에 대응하여 유체의 이동방향을 변환하기 위해서 냉매 유출부(32)에 인접한 가이드 베인(35)의 크기가 커지도록 가이드 베인(35)을 배치할 수 있다.

복수개의 가이드 베인(35) 중 어느 하나의 가이드 베인(35)은 제1 방향으로 크기가 증가할 수 있다. 어느 하나의 가이드 베인(35)은 유체의 이동방향인 제1 방향으로 단면적의 크기가 증가하도록 설치될 수 있다.

볼류트부(31)를 통과하는 유체는 제1 방향으로 이동하면서 가이드 베인(35)의 표면과 접촉하고, 이웃하는 다른 가이드 베인으로 이동 할 수 있다. 제1 방향으로 가이드 베인(35)의 단면적을 증가하여, 유체의 유동방향을 반경방향(F1)에서 접선방향(F2)으로의 변경할 수 있다.

가이드 베인(35)은 적어도 일부가 만곡되도록 형성될 수 있다. 가이드 베인(35)은 유체의 이동을 안내하는 제1 만곡면(36)과, 제1 만곡면(36)에 대응하는 제2 만곡면(37), 제1 만곡면(36)과 제2 만곡면(37)이 만나서 형성하는 단부(38)를 구비할 수 있다. 이때, 제1 만곡면(36) 또는 제2 만곡면(37)은 오목하게 형성될 수 있다.

임펠러(400)에서 토출된 유체는 제1 만곡면(36) 또는 제2 만곡면(37)을 따라 이동할 수 있다. 유체는 오목하게 형성된 면을 따라 이동하므로, 유체의 이동을 예측하고, 제어할 수 있다. 또한, 가이드 베인(35)이 만곡지도록 형성되어 반경방향(F1)의 유동이 접선방향(F2)로 용이하게 변경할 수 있다.

단부(38)는 임펠러(400)를 향하도록 배치될 수 있다. 단부(38)는 임펠러(400)가 설치되는 개구부(33)를 향하도록 설치된다. 임펠러(400)를 통과하는 유체는 반경방향(F1)으로 이동한다. 단부(38)가 상측을 향하도록 배치되면, 접선방향으로 유체의 유동을 가이드 할 수 있다.

임펠러(400)을 통과한 유체는 제1 만곡면(36)나 제2 만곡면(37)와 접촉한다. 단부(38)가 상측으로 향하면, 제1 만곡면(36) 또는 제2 만곡면(37)은 소정의 경사각이 형성된다. 임펠러(400)를 통과하는 유체는 경사각과 부딪히게 되어 유체를 접선방향(F2)으로 효과적으로 안내 할 수 있다.

가이드 베인(35)은 볼류트부(31)의 내벽에서 디퓨져부(20)에서 나오는 반경방향(F1)의 유체의 유동을 접선방향(F2)으로 변환시킬 수 있다. 그리하여, 볼류트부(31)를 통과하는 유체는 반경방향(F1)으로 에너지 손실을 최소화 하면서 F3의 궤적을 따라 이동할 수 있다.

임펠러(400)를 통과하는 유체의 속도는 반경방향(F1)과 접선방향(F2)을 가진다. 반경방향(F1)의 유동은 볼류트부(31)와 부딪치거나, 접선방향(F2)의 유동에 합쳐져 냉매 유출부(32)로 토출된다. 이때, 유체는 볼류트부(31) 내부에서 교란 또는 마찰이 발생하여 에너지 손실이 발생할 수 있다.

임펠러(400)를 통과한 유체는 제1 만곡면(36) 또는 제2 만곡면(37)와 접촉하게 된다. 접선방향(F2)으로 이동하는 유체는 가이드 베인(35)을 통과하면서 냉매 유출부(32)로 토출되나, 반경방향(F1)으로 이동하는 유체는 오목한 표면을 따라 이동하게 되므로, 접선방향(F2)으로 방향이 전환될 수 있다. 즉, 반경방향(F1)의 유동을 손실 없이 접선방향(F2)으로 전환하여 유체는 F3과 같이 이동할 수 있다.

임펠러(400)를 통과한 유체는 볼류트부(31)로 합류하므로, 제1 방향으로 유체가 이동할수록 유량도 증가한다. 가이드 베인(35)은 유량의 증가에 대응하여 제1 방향으로 크기가 커지도록 배치된다. 즉, 가이드 베인(35)의 크기가 제1 방향으로 증가하도록 형성하여 접선방향(F2)으로의 유동과 반경방향(F1)으로의 유동 사이에서 발생하는 교란을 최소화 할 수 있다.

임펠러(400)를 통과한 유체는 디퓨져부(20)를 통과하여 볼류트부(31)로 진입할 수 있다. 임펠러(400)의 크기는 사용 목적 및 사용 압력에 의해서 정해지며, 볼류트부(31)의 크기는 유량에 의해서 결정된다.

특히, 도 7을 참조하면, 냉매 유출부(32)는 볼류트부(31)를 통과한 냉매가 유출되는 공간이다. 냉매 유출부(32)의 일단은 볼류트부(31)와 연결되고, 타단은 응축기(2)와 연결된다. 냉매 유출부(32)의 입구(32c)는 제2 볼류트부(31b)와 연결된다.

냉매 유출부(32)는 압축기를 통과한 냉매의 유속을 낮추고, 정압을 최대한 회복하기 위한 구조를 가진다. 특히, 비체적이 크고, 저압 냉매를 이용하는 터보 냉동기의 경우 압축기 출구 직경을 키워 증발기 출구에서의 유속을 낮추어야 한다.

예를 들면, 냉매 유출부(32)의 출구(32d)의 폭은 냉매 유출부(32)의 입구(32c)의 폭 보다 클 수 있다. 냉매 유출부(32)의 출구(32d)의 단면적은은 냉매 유출부(32)의 입구(32c)의 단면적 보다 클 수 있다. 여기서, 냉매 유출부(32)의 각 단면적은 임펠러(400)의 회전축과 수직인 제1면(x-y평면) 상에서 단면적을 의미한다.

냉매 유출부(32)의 단면적은 입구에서 출구 방향으로 선형적 증가할 수도 있고, 비 선형적으로 증가할 수도 있다. 압축기 출구에서 정압을 회복하기 위해서는 냉매 유출부(32)의 단면적은 입구에서 출구 방향으로 선형적 증가하는 것이 바람직하다. 냉매 유출부(32)의 단면 형상은 원형일 수 있다.

선형적으로 증가하는 정도의 제한은 없지만, 냉매 유출부(32)의 토출각도(A3)는 15도 내지 17도 인 것이 바람직하다. 여기서, 냉매 유출부(32)의 토출각도(A3)는 냉매 유출부(32)의 서로 마주보는 면들 사이의 각도를 의미한다. 후술하겠지만, 토출각도(A3)가 15도 보다 작건, 17도 보다 큰 경우, 압축기의 효율이 떨어지고 정압 회복율이 떨어지게 된다.

냉매 유출부(32)는 제2단면(z-x평면을 따라 절단한 단면) 상에서 서로 마주보게 배치되는 제1 유출면(32a)과, 제2 유출면(32b)을 포함할 수 있다. 제1 유출면(32a)과 제2 유출면(32b)은 토출기준선(L1)을 기준으로 대칭되게 배치될 수 있다. 토출기준선(L1)은 접선방향(F2)과 나란한 방향이다. 바람직하게는, 냉매 유출부(32)는 토출기준선(L1)을 중심으로 하는 원뿔 형상일 수 있다.

제1 유출면(32a)과 토출기준선(L1)이 이루는 각도(A2)는 7,5도 내지 8.5도일 수 있다. 제2 유출면(32b)과 중심선이 이루는 각도(A1)는 7,5도 내지 8.5도일 수 있다. 제1 유출면(32a)과 제2 유출면(32b) 사이의 각도는 15도 내지 17이다.

냉매 유출부(32)의 토출각도(A3)가 15도 내지 17도이면, 도 8 및 도 9에서 도시하는 바와 같이, 압축기의 효율이 매우 향상되고, 냉매의 압력 회복 계수가 매우 향상됨을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

30 : 볼류트 케이싱 31 : 볼류트부
32 : 냉매 유출부 33 : 개구부
100 : 하우징 101 : 냉매 유입구
102 : 냉매 유출구 200 : 구동부
210 : 구동 모터 220 : 구동축
300 : 지지부 310 : 지지부 몸체

Claims (14)

1. 블레이드를 구비한 임펠러;
   상기 임펠러를 구동하는 구동부; 및
   상기 임펠러에서 나오는 반경 방향의 냉매의 유동을 접선 방향으로 변환하는 볼류트부와, 상기 볼류트부를 통과한 냉매가 유출되는 냉매 유출부를 포함하는 볼류트 케이싱을 포함하고,
   상기 냉매 유출부의 출구의 폭은 상기 냉매 유출부의 입구의 폭 보다 큰 압축기.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 냉매 유출부의 단면적은 상기 입구에서 상기 출구 방향으로 선형적 증가하는 압축기.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 냉매 유출부의 토출각도는 15도 내지 17도 인 압축기.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 냉매 유출부는 단면 상에서 서로 마주보게 배치되는 제1 유출면과, 제2 유출면을 포함하고,
   상기 제1 유출면과 상기 제2 유출면은 토출기준선을 기준으로 대칭되게 배치되는 압축기.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 제1 유출면과 상기 토출기준선이 이루는 각도는 7,5도 내지 8.5도인 압축기.
6. 제 4항에 있어서,
   상기 제2 유출면과 상기 토출기준선이 이루는 각도는 7,5도 내지 8.5도인 압축기.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 볼류트부는,
   제1 볼류트부와,
   상기 제1 볼류트부 보다 큰 단면적을 가지고 일단이 상기 제1 볼류트부와 연결되고, 타단이 상기 냉매 유출부와 연결되는 제2 볼류트부를 포함하는 압축기.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 볼류트부의 내벽에는 상기 임펠러에서 나오는 반경방향의 상기 유체의 유동을 접선 방향으로 변환시켜주는 복수개의 가이드 베인이 설치되는 압축기.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 복수개의 가이드 베인들 중 어느 하나의 가이드 베인은 냉매가 상기볼류트부를 통과하는 방향인 제1 방향으로 단면적의 크기가 증가하도록 설치되는,
10. 제 1항에 있어서,
    상기 냉매 유출부의 출구의 단면적은 상기 볼류트부의 단면적 보다 큰 압축기.
11. 제 1항에 있어서,
    상기 볼류트 케이싱은 상기 임펠러가 삽입되는 개구부를 더 포함하는 압축기.
12. 블레이드를 구비한 임펠러; 및
    상기 임펠러에서 나오는 반경 방향의 냉매의 유동을 접선 방향으로 변환하는 볼류트부와, 상기 볼류트부를 통과한 냉매가 유출되는 냉매 유출부를 포함하는 볼류트 케이싱을 포함하고,
    상기 냉매 유출부는 단면 상에서 서로 마주보게 배치되는 제1 유출면과, 제2 유출면을 포함하고,
    상기 제1 유출면과 상기 제2 유출면 사이의 각도는 15도 내지 17도 인 압축기.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 냉매 유출부의 출구의 폭은 상기 냉매 유출부의 입구의 폭 보다 큰 압축기.
14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 하나의 압축기를 포함하는 터보 냉동기.
    

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