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KR102050810B1 - 냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계 - Google Patents

냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계 Download PDF

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KR102050810B1
KR102050810B1 KR1020190069845A KR20190069845A KR102050810B1 KR 102050810 B1 KR102050810 B1 KR 102050810B1 KR 1020190069845 A KR1020190069845 A KR 1020190069845A KR 20190069845 A KR20190069845 A KR 20190069845A KR 102050810 B1 KR102050810 B1 KR 102050810B1
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air
cooling
sucked
compression means
turbomachine
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Inventor
김민수
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터보윈 주식회사
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Abstract

본 발명은 냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계에 관한 것이다.
상세하게는, 냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계(1)에 있어서,
흡입된 외부공기가 특정 경로를 따라 이동되어 배출되도록 하고, 공기압축수단(200)을 외부로부터 보호하는 터보기계케이싱수단(100);과, 상기 터보기계케이싱수단(100) 내부에 안착, 결합되고, 터보기계케이싱수단(100) 내부로 외부공기가 흡입되도록 함과 동시에, 터보기계케이싱수단(100) 내부로 흡입된 외부공기를 압축하는 공기압축수단(200); 및 상기 터보기계케이싱수단(100)의 일측에 형성되고, 터보기계케이싱수단(100) 내부에 위치한 공기압축수단(200)을 최단경로로 냉각시키는 최단경로냉각구조시스템(300);으로 구성되되,
최단경로냉각구조시스템(300)은,
터보기계케이싱수단(100)의 일측에 관통 형성되어, 공기압축수단(200)을 냉각하기 위한 외부공기가 터보기계케이싱수단(100) 내부로 흡입되도록 하는 냉각공기흡입부(310);와, 상기 냉각공기흡입부(310)를 통해 터보기계케이싱수단(100) 내부로 흡입되어 공기압축수단(200)을 냉각시킨 외부공기가 외부로 배출되도록 하는 냉각공기배출부(320);와, 공기압축수단(200)의 일측에 결합되어, 공기압축수단(200)의 회전과 동시에 동일한 속도로 회전되고, 터보기계케이싱수단(100)의 내부공기 및 냉각공기흡입부(310)로 공기압축수단(200)을 냉각시키기 위해 흡입되는 외부공기를 빨아들여 외부로 배출시키는 냉각팬부(330); 및 공기압축수단(200)을 냉각시키기 위해 터보기계케이싱수단(100) 내부로 흡입되는 외부공기와 공기압축수단(200)과의 접촉 시간을 단축하여, 공기압축수단(200)이 안착된 터보기계케이싱수단(100) 내부의 공기 순환이 원활하게 이루어지도록 하는 최단경로생성부(340);로 구성되어,
최단경로냉각구조시스템(300)으로 인해 생성되는, 제 1최적유동경로(AF1) 및 제 2최적유동경로(AF2)를 따라 터보기계케이싱수단(100)의 내부공기와, 냉각공기흡입부(310)로 흡입되는 외부공기가 유동되도록 유도함으로서, 터보기계케이싱수단(100) 내부에 위치한 공기압축수단(200)을 냉각시키는 것을 특징으로 한다.
이로 인해, 본 발명은, 흡출(吸出) 공랭식 냉각방법을 이용하되, 터보기계를 냉각시키는 공기의 흐름을 특정 경로로 유도함으로서, 터보기계케이싱수단(100) 내부 및 공기압축수단(200)의 온도 상승을 방지하여, 터보기계의 효율성 및 내구성은 물론, 터보기계의 구조상의 단순화로 원가절감 및 유지, 보수의 용이성이 극대화되도록 한다는 이점이 있다.

Description

냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계{Turbo machine}
본 발명은 냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 터보기계 내부로 흡입되는 외부공기를 압축, 배출시키고, 공기압축수단을 흡출(吸出) 공랭식 냉각방법으로 냉각시키되, 터보기계 내부 및 공기압축수단을 냉각시키는 공기의 유동경로를 단축, 유동경로가 최적화되도록 함으로서, 터보기계의 냉각 효율을 극대화시키는 냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계에 관한 것이다.
일반적으로, 터보기계는 임펠러의 회전 구동에 의해 기체를 압축하는 장치이다.
이러한, 터보기계는 이미 다양한 기술이 공개되어, 산업 현장의 환경에 맞는 적합한 형상과 사양을 가진 여러 종류의 터보기계가 출시되고 있다.
이와 동반하여, 종래의 터보기계의 효율을 높이기 위해서, 임펠러의 형상 또는 냉각방법 및 냉각수단에 대한 복잡한 설계 변경 및 이를 토대로 한 제작으로 터보기계의 효율 및 냉각 성능을 향상시키는 기술들이 다양하게 제시되고 있다.
그러나, 터보기계에 대한 기술력의 상승은, 점점 터보기계의 구조를 복잡하게 함과 동시에, 이로 인해, 터보기계의 원가를 상승시킨다.
이는, 오히려, 터보기계의 내구성 및 효율이 저하(터보기계의 복잡한 구조로 인한 에너지 손실)되고, 고장으로 인한 유지, 보수의 관리가 어렵다는 문제점이 발생된다.
터보기계는, 효율은 물론, 내구성 및 관리성이 우수하되, 구조가 간단하면서도, 냉각이 잘 이루어지는 것이 가장 이상적이다.
따라서, 본 발명은, 종래의 문제점을 해결할 수 있는, 가장 이상적인 터보기계를 제공하고자 한다.
이에, 냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계에 관한 선행기술로서,
도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 대한민국 등록특허공보 제10-1377057호의 "터보 블로워장치"(이하, '선행기술 1'이라 함.)는,
본체의 내부 일측에 상기 본체의 하부에 형성된 유입구를 통해 유입된 외기를 흡입하여 송풍하기 위한 구동부가 배치되며, 상기 본체의 내부 타측에 제어부가 배치된 터보 블로워장치에 있어서,
상기 본체의 하부 공간에는 양면에 각각 흡음재가 부착된 격벽이 서로 이격된 상태로 마련되고, 상기 유입구는 상기 본체 하부의 마주보는 양측에 각각 마련되며, 상기 유입구를 통해 유입된 외기는 상기 격벽에 의해 다수외 유로 방향이 변경된 후 상기 구동부 측으로 유입되는 것을 특징으로 하여,
본체 내에 다수의 격벽을 마련하고 양측방향에 공기유입구를 형성함으로써, 본체 내의 구동부에서 발생하여 외부로 전달되는 소음을 한층 저감할 수 있는 터보 블로워장치에 관한 것이다.
또 다른 선행기술로는,
도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 대한민국 등록특허공보 제10-1580877호의 "직결 구동형 터보 블로워 냉각 구조"(이하, '선행기술 2'라 함.)로서,
모터케이싱의 외경을 따라 스테이터를 냉각시키기 위한 다수의 구멍부와 코일부, 베어링하우징 및 로터를 냉각시키기 위한 다수의 구멍부를 형성하여 쿨링팬 동작 시에 상기 다수의 구멍부들을 통해 냉각 효율을 향상시켜 열균형을 제공하는 직결 구동형 터보 블로워 냉각 구조에 관한 것이다.
살펴본 바와 같이, 상기 선행기술 1 내지 선행기술 2는 본 발명과 동일한 기술분야로서, 본 발명과 대비하여, 발명이 해결하고자 하는 과제 및 해결수단에 있어 일부 유사, 동일한 기술적 개념이 존재하지만, 이는, 응당, 동일한 기술분야라면 반드시 필요한 구성이다.
즉, 임펠러, 모터, 냉각수단 등은 터보기계라면 반드시 구성되어야 할 가장 기본적인 구성이다.
그러나, 상기 선행기술 1 내지 선행기술 2와 본 발명은, 외부공기를 압축하고, 터보기계를 냉각시키는 그 구체적인 구성요소 및 냉각방법에 있어 차이가 있다.
따라서, 본 발명은, 상기 선행기술 1 내지 선행기술 2를 포함한 종래의 터보기계 관련 기술과는 다른, 본 발명만의 발명의 해결하고자 하는 과제(발명의 목적), 이를 해결하기 위한 해결수단(구성요소) 및 이를 해결함으로서 발휘되는 효과를 기반으로, 그 기술적 특징을 꾀하고자 한다.
대한민국 등록특허공보 제10-1377057호 (2014.03.17.) 대한민국 등록특허공보 제10-1580877호 (2015.12.22.)
이에, 본 발명은 상기 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,
흡출(吸出) 공랭식 냉각방법을 이용하여 내부를 냉각시키되, 내부로 흡입되는 공기의 흐름을 최적화하여, 공기가 최단경로로 유동되도록 하는 터보기계를 제공하는 데에 목적이 있다.
특히, 터보기계 내부로 흡입되어 공기압축수단을 냉각시키는 외부공기가 특정 경로를 따라 유동되도록 함으로서, 터보기계의 냉각 효율을 극대화시키는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명은 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위해 안출된 것으로서,
냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계에 있어서,
흡입된 외부공기가 특정 경로를 따라 이동되어 배출되도록 하고, 공기압축수단을 외부로부터 보호하는 터보기계케이싱수단;
상기 터보기계케이싱수단 내부에 안착, 결합되고, 터보기계케이싱수단 내부로 외부공기가 흡입되도록 함과 동시에, 터보기계케이싱수단 내부로 흡입된 외부공기를 압축하는 공기압축수단;
상기 터보기계케이싱수단의 일측에 형성되고, 터보기계케이싱수단 내부에 위치한 공기압축수단을 최단경로로 냉각시키는 최단경로냉각구조시스템;으로 구성되되,
최단경로냉각구조시스템은,
터보기계케이싱수단의 일측에 관통 형성되어, 공기압축수단을 냉각하기 위한 외부공기가 터보기계케이싱수단 내부로 흡입되도록 하는 냉각공기흡입부;
상기 냉각공기흡입부를 통해 터보기계케이싱수단 내부로 흡입되어 공기압축수단을 냉각시킨 외부공기가 외부로 배출되도록 하는 냉각공기배출부;
공기압축수단의 일측에 결합되어, 공기압축수단의 회전과 동시에 동일한 속도로 회전되고, 터보기계케이싱수단의 내부공기 및 냉각공기흡입부로 공기압축수단을 냉각시키기 위해 흡입되는 외부공기를 빨아들여 외부로 배출시키는 냉각팬부;
공기압축수단을 냉각시키기 위해 터보기계케이싱수단 내부로 흡입되는 외부공기와 공기압축수단과의 접촉 시간을 단축하여, 공기압축수단이 안착된 터보기계케이싱수단 내부의 공기 순환이 원활하게 이루어지도록 하는 최단경로생성부;로 구성되어,
최단경로냉각구조시스템으로 인해 생성되는, 제 1최적유동경로 및 제 2최적유동경로를 따라 터보기계케이싱수단의 내부공기와, 냉각공기흡입부로 흡입되는 외부공기가 유동되도록 유도함으로서, 터보기계케이싱수단 내부에 위치한 공기압축수단을 냉각시키는 것을 특징으로 한다.
한편, 이에 앞서 본 명세서는 특허등록청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이상의 구성 및 작용에서 상기 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면,
흡출(吸出) 공랭식 냉각방법을 이용하여 터보기계케이싱수단 내부 및 공기압축수단을 냉각시키되, 내부로 흡입되어 냉각시키는 공기의 흐름을 최적화하여, 공기가 최단경로로 유동되도록 한다.
특히, 터보기계케이싱수단 내부로 흡입되어 공기압축수단을 냉각시키는 외부공기가 특정 경로를 따라 유동되도록 함으로서, 냉각 효율을 극대화시킨다.
즉, 터보기계케이싱수단의 내부공기 및 터보기계케이싱수단 내부로 흡입되어 공기압축수단을 냉각시킨 외부공기가 외부로 배출되는 경로를 단축, 최적화하여, 최단경로를 따라 외부로 배출되도록 함으로서, 터보기계보케이싱수단 내부의 공기 흐름이 빠르고 원활하게 교환되도록 하여, 냉각 효율 및 냉각 효율로 인한 에너지 효율이 제고되도록 한다.
또한, 최단경로로 터보기계케이싱수단 내부의 공기 흐름이 빠르게 교환되도록 함으로서, 냉각 효율은 극대화되고, 동시에, 흡출(吸出) 공랭식 냉각방법을 이용함으로서, 터보기계의 전체적인 구조가 단순화된다.
이는, 나아가, 터보기계의 원가절감은 물론, 장비의 수명, 내구성, 효율성 및 유지, 보수의 용이성이 극대화되도록 하는 매우 효과적인 발명이라 하겠다.
도 1은 본 발명인 냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계에 대한 구성도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명인 냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계에 대한 개략도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명인 냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계에 대한 정면도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명인 냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계에 대한 단면도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명인 냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계의 작동 및 흡입, 배출되는 공기의 흐름을 간략하게 순서도로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명인 냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계의 구성요소 중, 최단경로냉각구조시스템에 의해 생성되는 제 1최적유동경로 및 제 2최적유동경로에 대한 실시 예를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명인 냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계에 대한 선행기술의 대표도를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계에 대한 기능, 구성 및 작용을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명인 냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계에 대한 구성도를 나타낸 것이며, 도 2는 본 발명인 냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계에 대한 개략도를, 도 3은 본 발명인 냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계에 대한 정면도를, 도 4는 본 발명인 냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계에 대한 단면도를 나타낸 것이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명은,
냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계(1)에 있어서,
흡입된 외부공기가 특정 경로를 따라 이동되어 배출되도록 하고, 공기압축수단(200)을 외부로부터 보호하는 터보기계케이싱수단(100);
상기 터보기계케이싱수단(100) 내부에 안착, 결합되고, 터보기계케이싱수단(100) 내부로 외부공기가 흡입되도록 함과 동시에, 터보기계케이싱수단(100) 내부로 흡입된 외부공기를 압축하는 공기압축수단(200);
상기 터보기계케이싱수단(100)의 일측에 형성되고, 터보기계케이싱수단(100) 내부에 위치한 공기압축수단(200)을 최단경로로 냉각시키는 최단경로냉각구조시스템(300);으로 구성되되,
최단경로냉각구조시스템(300)은,
터보기계케이싱수단(100)의 일측에 관통 형성되어, 공기압축수단(200)을 냉각하기 위한 외부공기가 터보기계케이싱수단(100) 내부로 흡입되도록 하는 냉각공기흡입부(310);
상기 냉각공기흡입부(310)를 통해 터보기계케이싱수단(100) 내부로 흡입되어 공기압축수단(200)을 냉각시킨 외부공기가 외부로 배출되도록 하는 냉각공기배출부(320);
공기압축수단(200)의 일측에 결합되어, 공기압축수단(200)의 회전과 동시에 동일한 속도로 회전되고, 터보기계케이싱수단(100)의 내부공기 및 냉각공기흡입부(310)로 공기압축수단(200)을 냉각시키기 위해 흡입되는 외부공기를 빨아들여 외부로 배출시키는 냉각팬부(330);
공기압축수단(200)을 냉각시키기 위해 터보기계케이싱수단(100) 내부로 흡입되는 외부공기와 공기압축수단(200)과의 접촉 시간을 단축하여, 공기압축수단(200)이 안착된 터보기계케이싱수단(100) 내부의 공기 순환이 원활하게 이루어지도록 하는 최단경로생성부(340);로 구성되어,
최단경로냉각구조시스템(300)으로 인해 생성되는, 제 1최적유동경로(AF1) 및 제 2최적유동경로(AF2)를 따라 터보기계케이싱수단(100)의 내부공기와, 냉각공기흡입부(310)로 흡입되는 외부공기가 유동되도록 유도함으로서, 터보기계케이싱수단(100) 내부에 위치한 공기압축수단(200)을 냉각시키는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명은, 공기압축수단(200)의 회전에 의해 터보기계케이싱수단(100)의 단부 측으로 외부공기가 흡입, 흡입된 외부공기가 압축, 배출되도록 하고,
터보기계케이싱수단(100)의 내부공기 및 냉각공기흡입부(310)로 흡입되는 외부공기를 냉각팬부(330)로 빨아들여, 터보기계케이싱수단(100)의 내부와 공기압축수단(200)의 온도를 빼앗은 공기가 외부로 배출되도록 하되,
온도를 빼앗은 공기가 최단경로로 외부로 배출되도록 유도하여, 터보기계케이싱수단(100)의 내부의 공기가 빠르게 순환, 교환되도록 도모함으로서, 냉각 효율을 극대화시킨 터보기계에 관한 것이다.
본 발명을 구성적인 측면에서 좀 더 구체적으로 설명하면,
공기압축수단(200)을 외부로부터 보호하고, 공기압축수단(200)의 회전에 의해 내부로 흡입된 외부공기의 유동 및 배출을 안내하는 터보기계케이싱수단(100)은,
내부로 흡입된 외부공기가 압축되는 외부공기압축실(110);
상기 외부공기압축실(110)로 흡입된 외부공기를 압축시킬 동력이 생산되는 동력발생실(120);
상기 외부공기압축실(110)의 단부에 형성되어, 외부공기가 흡입되도록 하는 외부공기흡입덕트(130);
상기 외부공기압축실(110)의 일측에 형성되어, 압축공기가 배출되도록 하는 압축공기배출덕트(140);로 구성되어,
외부공기압축실(110) 및 동력발생실(120)에 공기압축수단(200)이 안착, 결합되고, 공기압축수단(200)에 의해 생성되는 동력으로 외부공기를 외부공기흡입덕트(130)로 흡입, 외부공기압축실(110)에서 흡입된 외부공기를 압축시켜, 압축공기배출덕트(140)를 통해 압축된 공기가 외부로 배출되도록 한다.
또한, 터보기계케이싱수단(100)의 외부공기압축실(110) 내부로 외부공기가 흡입되도록 하고, 흡입된 외부공기가 압축, 배출되도록, 동력을 생성시키는, 터보기계케이싱수단(100)의 동력발생실(120)에 위치되는 공기압축수단(200)은,
고정자인 스테이터(210);
회전자인 로터(220);
상기 로터(220)와 결합되고, 외부공기압축실(110)과 동력발생실(120)에 걸쳐 위치되는 샤프트(230);
상기 샤프트(230)의 단부에 결합되고, 외부공기압축실(110)에 위치되어, 외부공기를 흡입, 압축, 배출시키는 임펠러(240);로 구성되어,
고속으로 회전하는 임펠러(240)에 의해 외부공기가 외부공기압축실(110)로 흡입되어, 압축, 배출되도록 한다.
이때, 스테이터(210)는,
도 4에 도시된 실시 예와 같이,
분할식 드럼으로 구성된 스테이터(210)일 경우에,
본 발명의 냉각 효율의 효과를 극대화시킬 수 있다.
또한, 터보기계케이싱수단(100)의 동력발생실(120) 일측에 형성되어, 동력발생실(120) 내부의 온도 상승을 방지하여, 냉각 효율 및 에너지 효율을 극대화시키는 최단경로냉각구조시스템(300)은,
상술한 바와 같이,
터보기계케이싱수단(100)의 일측에 관통 형성되어, 공기압축수단(200)을 냉각하기 위한 외부공기가 터보기계케이싱수단(100) 내부로 흡입되도록 하는 냉각공기흡입부(310);
상기 냉각공기흡입부(310)를 통해 터보기계케이싱수단(100) 내부로 흡입되어 공기압축수단(200)을 냉각시킨 외부공기가 외부로 배출되도록 하는 냉각공기배출부(320);
공기압축수단(200)의 일측에 결합되어, 공기압축수단(200)의 회전과 동시에 동일한 속도로 회전되고, 터보기계케이싱수단(100)의 내부공기 및 냉각공기흡입부(310)로 공기압축수단(200)을 냉각시키기 위해 흡입되는 외부공기를 빨아들여 외부로 배출시키는 냉각팬부(330);
공기압축수단(200)을 냉각시키기 위해 터보기계케이싱수단(100) 내부로 흡입되는 외부공기와 공기압축수단(200)과의 접촉 시간을 단축하여, 공기압축수단(200)이 안착된 터보기계케이싱수단(100) 내부의 공기 순환이 원활하게 이루어지도록 하는 최단경로생성부(340);로 구성되되,
냉각공기흡입부(310)는,
터보기계케이싱수단(100)의 동력발생실(120)의 단부 측에 형성되어, 동력발생실(120)의 내부 및 공기압축수단(200)을 냉각시킬 외부공기가 동력발생실(120) 내부로 흡입되도록 하는 제 1냉각공기흡입공(311);
터보기계케이싱수단(100)의 동력발생실(120)의 타단부 측에 형성되어, 동력발생실(120)의 내부 및 공기압축수단(200)을 냉각시킬 외부공기가 동력발생실(120) 내부로 흡입되도록 하는 제 2냉각공기흡입공(312);으로 구성되어,
동력발생실(120)의 내부 및 공기압축수단(200)을 냉각시킬 외부공기가 충분하게 동력발생실(120) 내부에 흡입되도록 하고,
최단경로생성부(340)는,
터보기계케이싱수단(100)의 동력발생실(120)의 타단부에 밀폐, 결합되고, 냉각팬부(330)에 의해 빨려들어오는 공기의 유동이 원활하도록 안내하는, 일정길이의 호(arc)로 이루어진 냉각팬커버플레이트(341);
상기 냉각팬커버플레이트(341)로부터 터보기계케이싱수단(100)의 동력발생실(120) 측으로 일정길이 연장, 돌출되어, 동력발생실(120)의 내부공기가 최단경로로 냉각팬부(330)로 빨려들어가도록 안내하는 최단경로확보커버플레이트(342);
상기 최단경로확보커버플레이트(342)에 형성되고, 터보기계케이싱수단(100)의 동력발생실(120)의 내부공기가 최단경로로 외부로 배출되기 위해 최초로 빨려들어가는 냉각후공기흡입구(343);
상기 냉각후공기흡입구(343)로부터 연장, 형성되어, 냉각후공기흡입구(343)로 빨려들어오는 내부공기를 냉각팬부(330)로 안내하는 냉각팬측유도통로(344);로 구성되어,
터보기계케이싱수단(100)의 동력발생실(120)의 내부공기 및 제 1냉각공기흡입공(311)과 제 2냉각공기흡입공(312)으로 흡입되는 외부공기가 최단경로로 동력발생실(120) 및 공기압축수단(200)을 냉각하여 외부로 배출되도록 한다.
이때, 냉각팬부(330)는,
임펠러(240)와 대칭되어 샤프트(230)의 타단부에 결합되되, 임펠러(240)와 반대 방향으로 결합되어,
동력발생실(120)의 내부공기 및 제 1냉각공기흡입공(311)과 제 2냉각공기흡입공(312)으로 흡입되는 외부공기가 특정 경로를 따라 빨려들어오도록 한다.
즉, 특정 경로라 함은, 본 발명에서 설명하는 최단경로와 동일한 것으로,
본 발명의 터보기계케이싱수단(100)과, 공기압축수단(200), 최단경로냉각구조시스템(300)의 각각의 구성요소들의 유기적인 결합관계로 인해 생성되어, 터보기계의 냉각 효율의 효과가 극대화되도록 하는 경로를 말한다.
이는, 도 6에 도시된 바와 같이,
외부공기가 제 1냉각공기흡입공(311)으로 흡입되어 공기압축수단(200)과 접촉, 공기압축수단(200)으로부터 열을 빼앗고, 즉시, 냉각후공기흡입구(343)로 유입, 냉각팬측유도통로(344)를 지나 냉각팬커버플레이트(341)의 안내로 냉각팬부(330)로 흡입되어 냉각공기배출부(320)를 통해 외부로 배출되도록 하는 제 1최적유동경로(AF1);와,
외부공기가 제 2냉각공기흡입공(312)으로 흡입되어 공기압축수단(200)과 접촉, 공기압축수단(200)으로부터 열을 빼앗고, 즉시, 냉각후공기흡입구(343)로 유입, 냉각팬측유도통로(344)를 지나 냉각팬커버플레이트(341)의 안내로 냉각팬부(330)로 흡입되어 냉각공기배출부(320)를 통해 외부로 배출되도록 하는 제 2최적유동경로(AF2);에 대응된다.
즉, 본 발명은,
공랭(空冷)식 냉각방법, 흡출(吸出)식 냉각방법, 분할식 드럼구조의 스테이터(210)의 장점을 살려, 그 장점이 최단경로냉각구조시스템(300)과 조화롭게 유기적으로 결합되도록 함으로서, 최대의 냉각 효율의 효과가 발휘되도록 하는 것이다.
이때, '공랭(空冷)식 냉각방법'의 가장 핵심적인 장점은,
공기가 특정 경로를 따라 유동하면서, 스테이터(210), 로터(220), 샤프트(230)와 골고루 접촉하여 열을 빼앗아, 스테이터(210), 로터(220), 샤프트(230)의 온도 상승을 방지, 냉각되도록 하는 것이며,
'흡출(吸出)식 냉각방법'의 가장 핵심적인 장점은,
동력발생실(120)로 다량의 외부공기를 불어넣어 동력발생실(120)을 냉각시키는 방법이 아닌, 이미 외부공기보다 온도가 상승되어 있거나 외부공기보다 온도가 저하되어 있는 동력발생실(120)의 내부공기를 고속으로 빨아들여 외부로 배출시키므로, 동력발생실(120)의 내부 온도를 저하시키기가 용이하다는 점과, 이로 인한 동력발생실(120)과 외부와의 압력차에 의해 동력발생실(120) 내부로 흡입되는 외부공기 또한, 동력발생실(120)의 내부공기와 함께 빠르게 빨려들어가면서, 동력발생실(120)을 냉각시킨다는 것이다.
또한, '분할식 드럼구조의 스테이터(210)'의 장점은,
본 발명의 최단경로냉각구조시스템(300)으로 인한 효과가 극대화되도록 한다는 점이다.
즉, 최단경로냉각구조시스템(300)으로 인해 생성되는 제 1최적유동경로(AF1)와, 제 2최적유동경로(AF2)가 생성되도록 하여,
동력발생실(120)과 공기압축수단(200)이 전체적으로 빠르게 고루 냉각되도록 한다.
한편, 본 발명인 냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계(1)의 작동 및 흡입, 배출되는 공기의 흐름을 도 5를 참조하여 간략하게 설명하면,
공기압축수단(200)에 전원이 공급되면,(◀ S100, 전원 공급단계)
로터(220)가 고속 회전되어,(◀ S200, 공기압축수단 작동단계)
외부공기압축실(110)에 위치한 임펠러(240)가 고속으로 회전,(◀ S300, 임펠러 회전단계)
임펠러(240)의 회전에 의해 외부공기압축실(110)로 외부공기가 흡입되고,(◀ S400, 외부공기 흡입단계)
외부공기압축실(110)로 흡입된 외부공기가 임펠러(240)에 의해 압축되어,(◀ S500, 외부공기 압축단계)
압축공기가 압축공기배출덕트(140)로 배출된다.(◀ S600, 압축공기 배출단계)
이때, 동력발생실(120) 내부에 위치한 냉각팬부(330)는 임펠러(240)의 회전과 동시에 함께 회전되어, 동력발생실(120)의 내부공기 및 냉각공기흡입부(310)를 통해 유입되는 외부공기를 흡입,(◀ S700, S800, S900, 냉각팬 회전단계, 내부공기 흡입단계, 냉각공기 흡입단계)
동력발생실(120) 내부에 생성되는 최단경로를 따라,(◀ S1000, 최단경로 생성단계)
냉각공기배출부(320)를 통해 동력발생실(120) 및 공기압축수단(200)으로부터 열을 빼앗은 공기를 배출하여,(◀ S1100, 공기 배출단계)
외부공기를 흡입, 흡입된 외부공기를 압축, 압축된 압축공기가 배출되도록 동력을 생성시키는 공기압축수단(200) 및 동력발생실(120)의 온도가 상승되는 것을 방지, 냉각되도록 한다.
즉, 본 발명은, 흡출(吸出) 공랭식 냉각방법과, 최단경로냉각구조시스템(300)을 이용하여 동력발생실(120) 및 공기압축수단(200)에 발생되는 열을 빨아들여, 외부로 배출시킴으로서, 구조의 단순화는 물론, 냉각 효율 및 에너지 효율성, 내구성의 효과가 극대화되도록 한 터보기계에 관한 것이다.
도 6은 본 발명인 냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계의 구성요소 중, 최단경로냉각구조시스템(300)에 의해 생성되는 제 1최적유동경로(AF1) 및 제 2최적유동경로(AF2)를 가시화하여 실시 예로 나타낸 것이다.
참고하여, 본 발명에서의 '흡출(吸出) 공랭식 냉각방법'이란,
순수 공랭(空冷)식 냉각방법으로,
공기압축수단(200)이 위치한 터보기계케이싱수단(100)의 동력발생실(120)의 내부공기를 빨아들여, 외부로 배출시키는 방법을 말한다.
즉, 동력발생실(120)의 내부공기와, 냉각공기흡입부(310)를 통해 동력발생실(120) 내부로 흡입된 외부공기를 빨아들여 외부로 배출시키는 방식이다.
이상에서와 같이, 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
따라서, 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있으므로, 본 발명의 실시 예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 아니되며 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
본 발명은 냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계에 관한 것으로서, 이를 제작하는 제작업 및 판매업, 특히, 압축공기가 필요한 전반적인 산업현장 등, 터보기계가 이용되는 다양한 산업분야 증진에 기여하는 데에 적용할 수 있다.
1: 냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계
100: 터보기계케이싱수단 110: 외부공기압축실
120: 동력발생실 130: 외부공기흡입덕트
140: 압축공기배출덕트
200: 공기압축수단 210: 스테이터
220: 로터 230: 샤프트
240: 임펠러
300: 최단경로냉각구조시스템 310: 냉각공기흡입부
311: 제 1냉각공기흡입공 312: 제 2냉각공기흡입공
320: 냉각공기배출부 330: 냉각팬부
340: 최단경로생성부 341: 냉각팬커버플레이트
342: 최단경로확보커버플레이트 343: 냉각후공기흡입구
344: 냉각팬측유도통로
S100: 전원 공급단계 S200: 공기압축수단 작동단계
S300: 임펠러 회전단계 S400: 외부공기 흡입단계
S500: 외부공기 압축단계 S600: 압축공기 배출단계
S700: 냉각팬 회전단계 S800: 내부공기 흡입단계
S900: 냉각공기 흡입단계 S1000: 최단경로 생성단계
S1100: 공기 배출단계
AF1: 제 1최적유동경로 AF2: 제 2최적유동경로

Claims (1)

  1. 흡입된 외부공기가 특정 경로를 따라 이동되어 배출되도록 하고, 공기압축수단(200)을 외부로부터 보호하는 터보기계케이싱수단(100),
    상기 터보기계케이싱수단(100) 내부에 안착, 결합되고, 터보기계케이싱수단(100) 내부로 외부공기가 흡입되도록 함과 동시에, 터보기계케이싱수단(100) 내부로 흡입된 외부공기를 압축하는 공기압축수단(200),
    상기 터보기계케이싱수단(100)의 일측에 형성되고, 터보기계케이싱수단(100) 내부에 위치한 공기압축수단(200)을 최단경로로 냉각시키는 최단경로냉각구조시스템(300)으로 이루어진,
    냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계(1)에 있어서,
    최단경로냉각구조시스템(300)은,
    터보기계케이싱수단(100)의 일측에 관통 형성되어, 공기압축수단(200)을 냉각하기 위한 외부공기가 터보기계케이싱수단(100) 내부로 흡입되도록 하는 냉각공기흡입부(310);
    상기 냉각공기흡입부(310)를 통해 터보기계케이싱수단(100) 내부로 흡입되어 공기압축수단(200)을 냉각시킨 외부공기가 외부로 배출되도록 하는 냉각공기배출부(320);
    공기압축수단(200)의 일측에 결합되어, 공기압축수단(200)의 회전과 동시에 동일한 속도로 회전되고, 터보기계케이싱수단(100)의 내부공기 및 냉각공기흡입부(310)로 공기압축수단(200)을 냉각시키기 위해 흡입되는 외부공기를 빨아들여 외부로 배출시키는 냉각팬부(330);
    공기압축수단(200)을 냉각시키기 위해 터보기계케이싱수단(100) 내부로 흡입되는 외부공기와 공기압축수단(200)과의 접촉 시간을 단축하여, 공기압축수단(200)이 안착된 터보기계케이싱수단(100) 내부의 공기 순환이 원활하게 이루어지도록 하는 최단경로생성부(340);로 구성되되,
    냉각공기흡입부(310)는,
    터보기계케이싱수단(100)의 동력발생실(120)의 단부 측에 형성되어, 동력발생실(120)의 내부 및 공기압축수단(200)을 냉각시킬 외부공기가 동력발생실(120) 내부로 흡입되도록 하는 제 1냉각공기흡입공(311);
    터보기계케이싱수단(100)의 동력발생실(120)의 타단부 측에 형성되어, 동력발생실(120)의 내부 및 공기압축수단(200)을 냉각시킬 외부공기가 동력발생실(120) 내부로 흡입되도록 하는 제 2냉각공기흡입공(312);으로 구성되어,
    동력발생실(120)의 내부 및 공기압축수단(200)을 냉각시킬 외부공기가 동력발생실(120) 내부에 흡입되도록 하고,
    최단경로생성부(340)는,
    터보기계케이싱수단(100)의 동력발생실(120)의 타단부에 밀폐, 결합되고, 냉각팬부(330)에 의해 빨려들어오는 공기의 유동을 안내하는, 일정길이의 호(arc)로 이루어진 냉각팬커버플레이트(341);
    상기 냉각팬커버플레이트(341)로부터 터보기계케이싱수단(100)의 동력발생실(120) 측으로 일정길이 연장, 돌출되어, 동력발생실(120)의 내부공기가 최단경로로 냉각팬부(330)로 빨려들어가도록 안내하는 최단경로확보커버플레이트(342);
    상기 최단경로확보커버플레이트(342)에 형성되고, 터보기계케이싱수단(100)의 동력발생실(120)의 내부공기가 최단경로로 외부로 배출되기 위해 최초로 빨려들어가는 냉각후공기흡입구(343);
    상기 냉각후공기흡입구(343)로부터 연장, 형성되어, 냉각후공기흡입구(343)로 빨려들어오는 내부공기를 냉각팬부(330)로 안내하는 냉각팬측유도통로(344);로 구성되어,
    터보기계케이싱수단(100)의 동력발생실(120)의 내부공기 및 제 1냉각공기흡입공(311)과 제 2냉각공기흡입공(312)으로 흡입되는 외부공기가 최단경로로 동력발생실(120) 및 공기압축수단(200)을 냉각하여 외부로 배출되도록 하고,
    냉각팬부(330)는,
    임펠러(240)와 대칭되어 샤프트(230)의 타단부에 결합되되, 임펠러(240)와 반대 방향으로 결합되어,
    동력발생실(120)의 내부공기 및 제 1냉각공기흡입공(311)과 제 2냉각공기흡입공(312)으로 흡입되는 외부공기가 특정 경로를 따라 빨려들어오도록 하되,
    상기 특정 경로는,
    터보기계케이싱수단(100)과, 공기압축수단(200), 최단경로냉각구조시스템(300)의 각각의 구성요소들의 유기적인 결합관계로 인해 생성되어, 터보기계의 냉각 효율의 효과가 극대화되도록 하는 경로로서,
    외부공기가 제 1냉각공기흡입공(311)으로 흡입되어 공기압축수단(200)과 접촉, 공기압축수단(200)으로부터 열을 빼앗고, 즉시, 냉각후공기흡입구(343)로 유입, 냉각팬측유도통로(344)를 지나 냉각팬커버플레이트(341)의 안내로 냉각팬부(330)로 흡입되어 냉각공기배출부(320)를 통해 외부로 배출되도록 하는 제 1최적유동경로(AF1);
    외부공기가 제 2냉각공기흡입공(312)으로 흡입되어 공기압축수단(200)과 접촉, 공기압축수단(200)으로부터 열을 빼앗고, 즉시, 냉각후공기흡입구(343)로 유입, 냉각팬측유도통로(344)를 지나 냉각팬커버플레이트(341)의 안내로 냉각팬부(330)로 흡입되어 냉각공기배출부(320)를 통해 외부로 배출되도록 하는 제 2최적유동경로(AF2);로 구성되어,
    최단경로냉각구조시스템(300)으로 인해 생성되는, 제 1최적유동경로(AF1) 및 제 2최적유동경로(AF2)를 따라 터보기계케이싱수단(100)의 내부공기와, 냉각공기흡입부(310)로 흡입되는 외부공기가 유동되도록 유도함으로서, 터보기계케이싱수단(100) 내부에 위치한 공기압축수단(200)을 냉각시키는 것을 특징으로 하는,
    냉각 열평형이 가능한 고속 터보기계.
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