JP2020200832A - 冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ターボ機械の内部に吸入される外部空気を圧縮及び排出させ、空気の圧縮手段を吸出空冷式の冷却方法で冷却させるが、ターボ機械の内部及び空気の圧縮手段を冷却する空気の流路を短縮して、流動経路が最適化されるようにすることによって、ターボ機械の冷却効率を極大化させる冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械に関するものである。【解決手段】これにより、本発明は、吸出空冷式の冷却方法を利用するが、ターボ機械を冷却する空気の流れを特定のパスに誘導することによって、ターボ機械のケーシング手段１００の内部及び空気の圧縮手段２００の温度上昇を防止して、ターボ機械の効率と耐久性はもちろん、ターボ機械の構造上の簡素化によりコストの削減及び維持保守のしやすさを最大限にするという利点がある。【選択図】図２

Description

本発明は、冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械に関するものであり、より詳細には、ターボ機械の内部に吸入される外部空気を圧縮及び排出させ、空気の圧縮手段を吸出空冷式の冷却方法で冷却させるが、ターボ機械の内部および空気の圧縮手段を冷却する空気の流路を短縮して、流動経路が最適化されるようにすることによって、ターボ機械の冷却効率を極大化させる冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械に関するものである。

一般的に、ターボ機械は、インペラの回転駆動により気体を圧縮する装置である。

このようなターボ機械は、すでに様々な技術が公開され、産業現場の環境に合った適切な形状と仕様を持つ複数の種類のターボ機械が発売されている。

これに伴い、従来のターボ機械の効率を高めるために、インペラの形状や冷却方法および冷却手段の複雑な設計変更を基にした制作によりターボ機械の効率と冷却性能を向上させる技術が多様に提示されている。

しかしながら、ターボ機械の技術力の上昇は、ますますターボ機械の構造を複雑にするとともに、これにより、ターボ機械のコストを上昇させる。

これは、むしろ、ターボ機械の耐久性および効率が低下（ターボ機械の複雑な構造に起因するエネルギー損失）され、故障に起因するメンテナンスの管理が難しいという問題点が発生する。

ターボ機械は、効率はもちろん、耐久性、および管理性に優れるが、構造が簡単ながらも、冷却がうまく行われることが最も理想的である。

したがって、本発明は、従来の問題点を解決することができる、理想的なターボ機械を提供しようとする。

そこで、冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械に関する先行技術として、韓国登録特許第１０−１３７７０５７号公報「ターボブロワー装置」（以下、「特許文献１」）とするが開示されている。

前記ターボブロワー装置は、本体内部の一側に、前記本体の下部に形成された入口を介して流入された外部空気を吸入して送風するための駆動部が配置され、前記本体内部の他側に制御部が配置されたターボブロワー装置において、前記本体の下部空間には、両面にそれぞれ吸音材が付着された隔壁が互いに離隔された状態で設けられ、前記入口は、前記本体下部の向かい合う両側にそれぞれ設けられ、前記入口を介して流入した外部空気は、前記隔壁によって多数の流路方向が変更された後、前記駆動部側へ流入することを特徴とする。

本体内に多数の隔壁を設けて両側方向に空気の流入口を形成することによって、本体内の駆動部から発生して外部に伝達される騒音を一層低減することができるターボブロワー装置に関するものである。

別の先行技術として、韓国登録特許第１０−１５８０８７７号公報「直結駆動型のターボブロワー冷却構造」（以下、「特許文献２」とする）が開示されている。

前記特許文献２は、モータケーシングの外径に沿ってステータを冷却させるための多数の孔部と、コイル部、ベアリングハウジング、及びローターを冷却させるための多数の孔部とを形成してクーリングファンの動作時に前記多数の孔部を介して冷却効率を向上させて熱バランスを提供する直結駆動型のターボブロワーの冷却構造に関するものである。

前記特許文献１および前記特許文献２は、本発明と同一の技術分野であり、本発明と対比して、発明が解決しようとする課題および解決手段において、類似または同じ技術的な概念が存在するが、これは、同じ技術分野であれば、必須の構成要素を含む。

すなわち、インペラ、モーター、及び冷却手段などは、ターボ機械であれば、必ず設定する必要がある最も基本的な構成である。

しかしながら、前記特許文献１および前記特許文献２と、本発明とは、外部空気を圧縮し、ターボ機械を冷却する、その具体的な構成要素および冷却方法において違いがある。

したがって、本発明は、前記特許文献１および前記特許文献２を含む従来のターボ機械の関連技術とは異なる、本発明のみの発明の解決しようとする課題（発明の目的）、これを解決するための解決手段（構成要素）、及びそれを解決することに発揮される効果に基づいて、その技術的特徴を図りたい。

韓国登録特許第１０−１３７７０５７号公報 韓国登録特許第１０−１５８０８７７号公報

したがって、本発明は、前記のような問題点を解決するために提案された技術として、本発明の目的は、吸出空冷式の冷却方法を利用して、内部を冷却させるが、内部に吸入される空気の流れを最適化して、空気が最短経路で流動されるようにする冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械の提供にある。

特に、本発明の他の目的は、ターボ機械の内部に吸入されて空気の圧縮手段を冷却する外部空気が、特定のパスに沿って流動されるようにすることによって、ターボ機械の冷却効率を極大化させることができる冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械の提供にある。

前記目的を達成するための本発明による冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械は、吸入された外部空気が、特定のパスに沿って移動されて排出されるようにし、空気の圧縮手段を外部から保護するターボ機械のケーシング手段と、前記ターボ機械のケーシング手段の内部に安着及び結合され、ターボ機械のケーシング手段の内部に外部空気が吸入されるようにするとともに、ターボ機械のケーシング手段の内部に吸入された外部空気を圧縮する空気の圧縮手段と、前記ターボ機械のケーシング手段の一側に形成され、ターボ機械のケーシング手段の内部に位置する空気の圧縮手段を最短経路で冷却させる最短経路の冷却構造システムとで構成される。

前記最短経路の冷却構造システムは、ターボ機械のケーシング手段の一側に貫通形成され、空気の圧縮手段を冷却するための外部空気がターボ機械のケーシング手段の内部に吸入されるようにする冷却空気の吸入部；前記冷却空気の吸入部を介してターボ機械のケーシング手段の内部に吸入されて空気の圧縮手段を冷却した外部空気が外部に排出されるようにする冷却空気の排出部；空気の圧縮手段の一側に結合されて、空気の圧縮手段の回転と同時に同じ速度で回転され、ターボ機械のケーシング手段の内部空気及び冷却空気の吸入部に空気の圧縮手段を冷却するために吸入される外部空気を吸って外部に排出させる冷却ファン部；及び空気の圧縮手段を冷却するためにターボ機械のケーシング手段の内部に吸入される外部空気と空気の圧縮手段との接触時間を短縮して、空気の圧縮手段が装着されたターボ機械のケーシング手段の内部空気の循環が円滑に行われるようにする最短経路の生成部；で構成される。

前記冷却空気の吸入部は、ターボ機械のケーシング手段の動力発生室の端部側に形成され、動力発生室の内部及び空気の圧縮手段を冷却させる外部空気が動力発生室の内部に吸入されるようにする第１冷却空気吸入孔；及びターボ機械のケーシング手段の動力発生室の他端部側に形成され、動力発生室の内部及び空気の圧縮手段を冷却させる外部空気が動力発生室の内部に吸入されるようにする第２の冷却空気吸入孔；で構成されて、動力発生室の内部及び空気の圧縮手段を冷却させる外部空気が動力発生室の内部に吸入されるようにする。

前記最短経路の生成部は、ターボ機械のケーシング手段の動力発生室の他端部に密閉及び結合され、冷却ファン部によって吸入される空気の流動を案内する、一定の長さの弧（ａｒｃ）からなる冷却ファンカバープレート；前記冷却ファンカバープレートからターボ機械のケーシング手段の動力発生室側に一定の長さで延長及び突出して、動力発生室の内部空気が最短経路で冷却ファン部に吸い込まれるように案内する最短経路の確保カバープレート；前記最短経路の確保カバープレートに形成され、ターボ機械のケーシング手段の動力発生室の内部空気が最短経路で外部に排出されるため、最初吸い込まれる冷却後の空気吸入口；及び前記冷却後の空気吸入口から延長形成され、冷却後の空気吸入口に吸入される内部空気を冷却ファン部に案内する冷却ファン側の誘導通路；で構成されて、ターボ機械のケーシング手段の動力発生室の内部空気と、第１冷却空気吸入孔および第２の冷却空気吸入孔に吸入される外部空気が最短経路で動力発生室および空気の圧縮手段を冷却して外部に排出されるようにする。

前記冷却ファン部は、インペラと対称にされてシャフトの他端部に結合されるが、インペラと反対方向に結合されて、動力発生室の内部空気と、第１冷却空気吸入孔および第２の冷却空気吸入孔に吸入される外部空気が特定のパスに沿って吸い込まれるようにするが、前記の特定のパスは、ターボ機械のケーシング手段、空気の圧縮手段、および最短経路の冷却構造システムのそれぞれの構成要素の有機的な結合関係により生成されて、ターボ機械の冷却効率の効果が最大限になるようにする経路として、外部空気が第１の冷却空気吸入孔に吸入されて空気の圧縮手段と接触し、空気の圧縮手段から熱を奪って、すぐに、冷却後の空気吸入口に流入し、冷却ファン側の誘導通路を通って冷却ファンカバープレートの案内で冷却ファン部に吸入されて、冷却空気の排出部を介して外部に排出されるようにする第１の最適流路；及び外部空気が第２の冷却空気吸入孔に吸入されて空気の圧縮手段と接触し、空気の圧縮手段から熱を奪って、すぐに、冷却後の空気吸入口に流入し、冷却ファン側の誘導通路を通って冷却ファンカバープレートの案内で冷却ファン部に吸入されて、冷却空気の排出部を介して外部に排出されるようにする第２の最適流路；で構成されて、最短経路の冷却構造システムにより生成される、第１の最適流路及び第２の最適流路に沿ってターボ機械のケーシング手段の内部空気と、冷却空気の吸入部に吸入される外部空気が流動するように誘導することによって、ターボ機械のケーシング手段の内部に位置する空気の圧縮手段を冷却することを特徴とする。

一方、これに先立ち、本明細書は、特許登録請求の範囲に使用された用語や単語は通常的であるか、辞典的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は、彼自身の発明を最善の方法で説明するために、用語の概念を適切に定義することができる原則に立脚して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念に解釈されるべきである。

したがって、本明細書に記載された実施例と図面に図示された構成は、本発明の最も望ましい一実施例にすぎず、本発明の技術的思想をすべて代弁するものではないので、本出願時点においてこれらを代替することができる様々な均等物と変形例があることを理解しなければならない。

以上の構成及び作用で、前記説明したように、本発明によれば、吸出空冷式の冷却方法を利用して、ターボ機械のケーシング手段の内部及び空気の圧縮手段を冷却させるが、内部に吸入されて冷却させる空気の流れを最適化して、空気が最短経路で流動されるようにする。

特に、ターボ機械のケーシング手段の内部に吸入されて空気の圧縮手段を冷却する外部空気が、特定のパス（ｐａｔｈ）に沿って流動されるようにすることによって、冷却効率を極大化させる。

即ち、ターボ機械のケーシング手段内部空気及びターボ機械のケーシング手段の内部に吸入されて空気の圧縮手段を冷却した外部空気が外部に排出される経路を短縮及び最適化して、最短経路に沿って外部に排出されるようすることによって、ターボ機械のケーシング手段内の空気の流れが速く、スムーズに交換されるようにして、冷却効率に起因するエネルギーの効率が向上されるようにする。

また、最短経路でターボ機械のケーシング手段内部空気の流れが急速に交換されるようにすることによって、冷却効率が最大化され、同時に、吸出空冷式の冷却方法を利用することによって、ターボ機械の全体的な構造が簡素化される。

これは、さらに、ターボ機械のコスト削減はもちろん、装置の寿命、耐久性、効率性、およびメンテナンスのしやすさを最大限にする非常に効果的な発明といえる。

本発明の冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械の構成図を示したものである。 本発明の冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械の概略図を示したものである。 本発明の冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械の正面図を示したものである。 本発明の冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械の断面図を示したものである。 本発明の冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械の動作及び吸入と、排出される空気の流れを簡単にフローチャートで示したものである。 本発明の冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械の構成要素の中で、最短経路の冷却構造システムによって生成された第１の最適流路及び第２の最適流路の実施例を示したものである。

以下、添付図面を参照して本発明である冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械の機能、構成および作用を詳しく説明する。

図１は、本発明の冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械の構成図を示したものであり、図２は、本発明の冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械の概略図を、図３は、本発明の冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械の正面図を、図４は、本発明の冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械の断面図を示したものである。

図１ないし図４に示すように、本発明は、冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械１において、吸入された外部空気が、特定のパス（ｐａｔｈ）に沿って移動されて排出されるようにし、空気の圧縮手段２００を外部から保護するターボ機械のケーシング手段１００；前記ターボ機械のケーシング手段１００の内部に安着及び結合され、ターボ機械のケーシング手段１００の内部に外部空気が吸入されるようにするとともに、ターボ機械のケーシング手段１００の内部に吸入された外部空気を圧縮する空気の圧縮手段２００；前記ターボ機械のケーシング手段１００の一側に形成され、ターボ機械のケーシング手段１００の内部に位置する空気の圧縮手段２００を最短経路で冷却させる最短経路の冷却構造システム３００；で構成される。

前記最短経路の冷却構造システム３００は、ターボ機械のケーシング手段１００の一側に貫通形成され、空気の圧縮手段２００を冷却するための外部空気がターボ機械のケーシング手段１００の内部に吸入されるようにする冷却空気の吸入部３１０；前記冷却空気の吸入部３１０を介してターボ機械のケーシング手段１００の内部に吸入されて空気の圧縮手段２００を冷却した外部空気が外部に排出されるようにする冷却空気の排出部３２０；空気の圧縮手段２００の一側に結合されて、空気の圧縮手段２００の回転と同時に同じ速度で回転され、ターボ機械のケーシング手段１００の内部空気及び冷却空気の吸入部３１０に空気の圧縮手段２００を冷却するために吸入される外部空気を吸って外部に排出させる冷却ファン部３３０；空気の圧縮手段２００を冷却するためにターボ機械のケーシング手段１００の内部に吸入される外部空気と空気の圧縮手段２００との接触時間を短縮して、空気の圧縮手段２００が装着されたターボ機械のケーシング手段１００の内部空気の循環が円滑に行われるようにする最短経路の生成部３４０；で構成される。

最短経路の冷却構造システム３００により生成される、第１の最適流路ＡＦ１及び第２の最適流路ＡＦ２に沿ってターボ機械のケーシング手段１００の内部空気と、冷却空気の吸入部３１０へ吸入される外部空気が流動するように誘導することによって、ターボ機械のケーシング手段１００の内部に位置する空気の圧縮手段２００を冷却させることを特徴とする。

すなわち、本発明は、空気の圧縮手段２００の回転によりターボ機械のケーシング手段１００の端部側に外部空気が吸入され、吸入された外部空気が圧縮及び排出されるようにする。

また、ターボ機械のケーシング手段１００の内部空気及び冷却空気の吸入部３１０に吸入される外部空気を冷却ファン部３３０で吸って、ターボ機械のケーシング手段１００の内部及び空気の圧縮手段２００の温度（熱）を奪った空気が外部に排出されるようするが、温度（熱）を奪った空気が最短経路で外部に排出されるように誘導して、ターボ機械のケーシング手段１００の内部空気が急速に循環、交換されるように図ることで、冷却効率を極大化させたターボ機械に関するものである。

本発明の構成的な面で、より具体的に説明することになる。

空気の圧縮手段２００を外部から保護し、空気の圧縮手段２００の回転により内部に吸入された外部空気の流れ及び排出を案内するターボ機械のケーシング手段１００は、内部に吸入された外部空気が圧縮される外部空気の圧縮室１１０；前記外部空気の圧縮室１１０に吸入された外部空気を圧縮させる動力が生産される動力発生室１２０；前記外部空気の圧縮室１１０の端部に形成され、外部空気が吸入されるようにする外部空気の吸入ダクト１３０；前記外部空気の圧縮室１１０の一側に形成され、圧縮空気が排出されるようにする圧縮空気の排出ダクト１４０；で構成される。

外部空気の圧縮室１１０と動力発生室１２０に空気の圧縮手段２００が安着及び結合され、空気の圧縮手段２００によって生成される動力により外部空気を外部空気の吸入ダクト１３０に吸入し、外部空気の圧縮室１１０で前記吸入された外部空気を圧縮させ、圧縮空気の排出ダクト１４０を介して圧縮された空気が外部に排出されるようにする。

また、ターボ機械のケーシング手段１００の外部空気の圧縮室１１０の内部に外部空気が吸入されるようにして、吸入された外部空気が圧縮及び排出されるように、動力を生成させる、ターボ機械のケーシング手段１００の動力発生室１２０に位置されている空気の圧縮手段２００は、固定子であるステータ２１０；回転子であるローター２２０；前記ローター２２０と結合され、外部空気の圧縮室１１０と動力発生室１２０にかけて配置されたシャフト２３０；前記シャフト２３０の端部に結合され、外部空気の圧縮室１１０に配置されて、外部空気を吸入、圧縮及び排出させるインペラ２４０；で構成される。

高速で回転する前記インペラ２４０によって外部空気が外部空気の圧縮室１１０に吸入されて、圧縮及び排出されるようにする。

このとき、ステータ２１０は、図４に示された実施例のように、分割式ドラムで構成されたステータ２１０の場合に、本発明の冷却効率の効果を極大化させることができる。

また、ターボ機械のケーシング手段１００の動力発生室１２０の一側に形成され、動力発生室１２０の内部の温度上昇を防止して、冷却効率及びエネルギー効率を極大化させる最短経路の冷却構造システム３００は、上述したように、ターボ機械のケーシング手段１００の一側に貫通形成され、空気の圧縮手段２００を冷却するための外部空気がターボ機械のケーシング手段１００の内部に吸入されるようにする冷却空気の吸入部３１０；前記冷却空気の吸入部３１０を介してターボ機械のケーシング手段１００の内部に吸入されて空気の圧縮手段２００を冷却した外部空気が外部に排出されるようにする冷却空気の排出部３２０；空気の圧縮手段２００の一側に結合されて、空気の圧縮手段２００の回転と同時に同じ速度で回転され、ターボ機械のケーシング手段１００の内部空気及び冷却空気の吸入部３１０に空気の圧縮手段２００を冷却するために吸入される外部空気を吸って外部に排出させる冷却ファン部３３０；空気の圧縮手段２００を冷却するためにターボ機械のケーシング手段１００の内部に吸入される外部空気と空気の圧縮手段２００との接触時間を短縮して、空気の圧縮手段２００が装着されたターボ機械のケーシング手段１００の内部空気の循環が円滑に行われるようにする最短経路の生成部３４０；で構成される。

前記冷却空気の吸入部３１０は、ターボ機械のケーシング手段１００の動力発生室１２０の端部側に形成され、動力発生室１２０の内部及び空気の圧縮手段２００を冷却させる外部空気が動力発生室１２０の内部に吸引されるようにする第１の冷却空気吸入孔３１１；ターボ機械のケーシング手段１００の動力発生室１２０の他端部側に形成され、動力発生室１２０の内部及び空気の圧縮手段２００を冷却させる外部空気が動力発生室１２０の内部に吸入されるようにする第２の冷却空気吸入孔３１２；で構成されて、動力発生室１２０の内部及び空気の圧縮手段２００を冷却させる外部空気が十分に動力発生室１２０の内部に吸入されるようにする。

前記最短経路の生成部３４０は、ターボ機械のケーシング手段１００の動力発生室１２０の他端部に密閉及び結合され、冷却ファン部３３０によって吸入される空気の流動が円滑に案内される、一定の長さの弧（ａｒｃ）からなる冷却ファンカバープレート３４１；前記冷却ファンカバープレート３４１からターボ機械のケーシング手段１００の動力発生室１２０側に一定の長さで延長及び突出して、動力発生室１２０の内部空気が最短経路で冷却ファン部３３０に吸い込まれるように案内する最短経路の確保カバープレート３４２；前記最短経路の確保カバープレート３４２に形成され、ターボ機械のケーシング手段１００の動力発生室１２０の内部空気が最短経路で外部に排出されるため、最初吸い込まれる冷却後の空気吸入口３４３；前記冷却後の空気吸入口３４３から延長形成され、冷却後の空気吸入口３４３に吸入される内部空気を冷却ファン部３３０に案内する冷却ファン側の誘導通路３４４；で構成されて、前記ターボ機械のケーシング手段１００の動力発生室１２０の内部空気と、第１冷却空気吸入孔３１１および第２の冷却空気吸入孔３１２に吸入される外部空気が最短経路で動力発生室１２０及び空気の圧縮手段２００を冷却して外部に排出されるようにする。

このとき、冷却ファン部３３０は、インペラ２４０と対称にされてシャフト２３０の他端部に結合されるが、インペラ２４０と反対方向に結合されて、動力発生室１２０の内部空気と、第１冷却空気吸入孔３１１および第２の冷却空気吸入孔３１２に吸入される外部空気が特定のパスに沿って吸い込まれるようにする。

すなわち、特定のパスというのは、本発明で説明する最短経路と同じものであり、本発明のターボ機械のケーシング手段１００、空気の圧縮手段２００、および最短経路の冷却構造システム３００のそれぞれの構成要素の有機的な結合関係により生成されて、ターボ機械の冷却効率の効果を最大化させるようにするパスをいう。

これは、図６に示すように、外部空気が第１の冷却空気吸入孔３１１に吸入されて空気の圧縮手段２００と接触し、空気の圧縮手段２００から熱を奪って、すぐに、冷却後の空気吸入口３４３に流入し、冷却ファン側の誘導通路３４４を通って冷却ファンカバープレート３４１の案内で冷却ファン部３３０に吸入されて、冷却空気の排出部３２０を介して外部に排出されるようにする第１の最適流路ＡＦ１、及び外部空気が第２の冷却空気吸入孔３１２に吸入されて空気の圧縮手段２００と接触し、空気の圧縮手段２００から熱を奪って、すぐに、冷却後の空気吸入口３４３に流入し、冷却ファン側の誘導通路３４４を通って冷却ファンカバープレート３４１の案内で冷却ファン部３３０に吸入されて、冷却空気の排出部３２０を介して外部に排出されるようにする第２の最適流路ＡＦ２に対応される。

すなわち、本発明は、空冷式の冷却方法、吸出式の冷却方法、分割式ドラム構造のステータ２１０の利点を生かし、その長所が、最短経路の冷却構造システム３００と調和及び有機的に結合されるようにすることによって、最大の冷却効率の効果が発揮されるようにするものである。

このとき、「空冷式の冷却方法」の最も重要な利点は、空気が特定のパスに沿って流動しつつ、ステータ２１０、ローター２２０、及びシャフト２３０と均一に接触して熱を奪って、ステータ２１０、ローター２２０、及びシャフト２３０の温度上昇を防止及び冷却されるようにするものである。

「吸出式の冷却方法」の最も重要な利点は、動力発生室１２０に多量の外部空気を吹き入れて動力発生室１２０を冷却する方法ではなく、すでに外部空気よりも温度が上昇しているか、外部空気よりも温度が低下している動力発生室１２０の内部空気を高速で吸って外部に排出させるので、動力発生室１２０の内部温度を低下させるのが容易であるという点と、これによる動力発生室１２０と外部との圧力差によって動力発生室１２０の内部に吸入される外部空気も、動力発生室１２０の内部空気と一緒に急速に吸入されながら、動力発生室１２０を冷却させるものである。

また、「分割式ドラム構造のステータ２１０」の利点は、本発明の最短経路の冷却構造システム３００による効果が最大化されるようにするという点である。

すなわち、最短経路の冷却構造システム３００により生成される第１の最適流路ＡＦ１及び第２の最適流路ＡＦ２が生成されるようにして、動力発生室１２０および空気の圧縮手段２００が、全体的に急速に等しく冷却されるようにする。

一方、本発明の冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械１の動作及び吸入と、排出される空気の流れを図５を参照して、簡単に説明することになる。

空気の圧縮手段２００に電源が供給される（Ｓ１００、電源の供給段階）。

ローター２２０が高速回転される（Ｓ２００、空気の圧縮手段の動作段階）。

外部空気の圧縮室１１０に位置するインペラ２４０が高速で回転する（Ｓ３００、インペラ回転段階）。

インペラ２４０の回転によって外部空気の圧縮室１１０に外部空気が吸入される（Ｓ４００、外部空気の吸入段階）。

外部空気の圧縮室１１０に吸入された外部空気が、インペラ２４０によって圧縮される（Ｓ５００、外部空気の圧縮段階）。

圧縮空気が圧縮空気の排出ダクト１４０に排出される（Ｓ６００、圧縮空気の排出段階）。

このとき、動力発生室１２０の内部に位置する冷却ファン部３３０は、インペラ２４０の回転と同時に回転されて、動力発生室１２０の内部空気及び冷却空気の吸入部３１０を介して流入される外部空気を吸入する（Ｓ７００、Ｓ８００、Ｓ９００、冷却ファンの回転段階、内部空気の吸入段階、及び冷却空気の吸入段階）。

動力発生室１２０の内部に生成される最短経路に沿って（Ｓ１０００、最短経路の生成段階）、冷却空気の排出部３２０を介して動力発生室１２０および空気の圧縮手段２００から熱を奪った空気を排出（Ｓ１１００、空気の排出段階）して、外部空気を吸入し、吸入された外部空気を圧縮し、圧縮された圧縮空気が排出されるように動力を生成させる空気の圧縮手段２００および動力発生室１２０の温度が上昇することを避けるように冷却させる。

すなわち、本発明は、吸出空冷式の冷却方法と、最短経路の冷却構造システム３００を利用して動力発生室１２０及び空気の圧縮手段２００から発生する熱を吸い取って、外部に排出させることによって、構造の簡素化はもちろん、冷却効率及びエネルギー効率、耐久性の効果が最大化されるようにしたターボ機械に関するものである。

図６は、本発明の冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械の構成要素の中で、最短経路の冷却構造システム３００によって生成された第１の最適流路ＡＦ１及び第２の最適流路ＡＦ２を可視化して実施例を示したものである。

参考にして、本発明での「吸出空冷式の冷却方法」とは、純粋な空冷式の冷却方法として、空気の圧縮手段２００が配置されたターボ機械のケーシング手段１００の動力発生室１２０の内部空気を吸って、外部に排出させる方法をいう。

すなわち、動力発生室１２０の内部空気と、冷却空気の吸入部３１０を介して動力発生室１２０の内部に吸入された外部空気を吸って外部に排出させる方式である。

以上のように、本発明は、記載された実施例に限定されるものではなく、本発明の思想及び範囲を逸脱することなく様々な修正及び変形することができることは、この技術の分野における通常の知識を有する者にとって自明である。

したがって、技術的思想や主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができるので、本発明の実施例は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならず、様々に変形して実施することができる。

本発明は、冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械に関するものであり、これを製作する作製及び販売業、特に、圧縮空気が必要な全般的な産業現場など、ターボ機械が利用される様々な産業分野の増進に寄与することに適用することができる。

１ 冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械
１００ ターボ機械のケーシング手段
１１０ 外部空気の圧縮室
１２０ 動力発生室
１３０ 外部空気の吸入ダクト
１４０ 圧縮空気の排出ダクト
２００ 空気の圧縮手段
２１０ ステータ
２２０ ローター
２３０ シャフト
２４０ インペラ
３００ 最短経路の冷却構造システム
３１０ 冷却空気の吸入部
３１１ 第１の冷却空気吸入孔
３１２ 第２の冷却空気吸入孔
３２０ 冷却空気の排出部
３３０ 冷却ファン部
３４０ 最短経路の生成部
３４１ 冷却ファンカバープレート
３４２ 最短経路の確保カバープレート
３４３ 冷却後の空気吸入口
３４４ 冷却ファン側の誘導通路
Ｓ１００ 電源の供給段階
Ｓ２００ 空気の圧縮手段の動作段階
Ｓ３００ インペラの回転段階
Ｓ４００ 外部空気の吸入段階
Ｓ５００ 外部空気の圧縮段階
Ｓ６００ 圧縮空気の排出段階
Ｓ７００ 冷却ファンの回転段階
Ｓ８００ 内部空気の吸入段階
Ｓ９００ 冷却空気の吸入段階
Ｓ１０００ 最短経路の生成段階
Ｓ１１００ 空気の排出段階
ＡＦ１ 第１の最適流路
ＡＦ２ 第２の最適流路

Claims (1)

1. 吸入された外部空気が、特定のパスに沿って移動されて排出されるようにし、空気の圧縮手段（２００）を外部から保護するターボ機械のケーシング手段（１００）と、
   前記ターボ機械のケーシング手段（１００）の内部に安着及び結合され、前記ターボ機械のケーシング手段（１００）の内部に外部空気が吸入されるようにするとともに、前記ターボ機械のケーシング手段（１００）の内部に吸入された外部空気を圧縮する前記空気の圧縮手段（２００）と、
   前記ターボ機械のケーシング手段（１００）の一側に形成され、前記ターボ機械のケーシング手段（１００）の内部に位置する前記空気の圧縮手段（２００）を最短経路で冷却させる最短経路の冷却構造システム（３００）と
   でなる、冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械（１）において、
   前記最短経路の冷却構造システム（３００）は、
   前記ターボ機械のケーシング手段（１００）の一側に貫通形成され、前記空気の圧縮手段（２００）を冷却するための外部空気が前記ターボ機械のケーシング手段（１００）の内部に吸入されるようにする冷却空気の吸入部（３１０）；
   前記冷却空気の吸入部（３１０）を介して前記ターボ機械のケーシング手段（１００）の内部に吸入されて前記空気の圧縮手段（２００）を冷却した外部空気が外部に排出されるようにする冷却空気の排出部（３２０）；
   前記空気の圧縮手段（２００）の一側に結合されて、前記空気の圧縮手段（２００）の回転と同時に同じ速度で回転され、前記ターボ機械のケーシング手段（１００）の内部空気及び前記冷却空気の吸入部（３１０）に前記空気の圧縮手段（２００）を冷却するために吸入される外部空気を吸って外部に排出させる冷却ファン部（３３０）；及び
   前記空気の圧縮手段（２００）を冷却するために前記ターボ機械のケーシング手段（１００）の内部に吸入される外部空気と前記空気の圧縮手段（２００）との接触時間を短縮して、前記空気の圧縮手段（２００）が装着された前記ターボ機械のケーシング手段（１００）の内部空気の循環が円滑に行われるようにする最短経路の生成部（３４０）；
   で構成されるが、
   前記冷却空気の吸入部（３１０）は、
   前記ターボ機械のケーシング手段（１００）の動力発生室（１２０）の端部側に形成され、前記動力発生室（１２０）の内部及び前記空気の圧縮手段（２００）を冷却させる外部空気が前記動力発生室（１２０）の内部に吸入されるようにする第１冷却空気吸入孔（３１１）；及び
   前記ターボ機械のケーシング手段（１００）の前記動力発生室（１２０）の他端部側に形成され、前記動力発生室（１２０）の内部及び前記空気の圧縮手段（２００）を冷却させる外部空気が前記動力発生室（１２０）の内部に吸入されるようにする第２の冷却空気吸入孔（３１２）；
   で構成されて、
   前記動力発生室（１２０）の内部及び前記空気の圧縮手段（２００）を冷却させる外部空気が前記動力発生室（１２０）の内部に吸入されるようにし、
   前記最短経路の生成部（３４０）は、
   前記ターボ機械のケーシング手段（１００）の前記動力発生室（１２０）の他端部に密閉及び結合され、前記冷却ファン部（３３０）によって吸入される空気の流動を案内する、一定の長さの弧（ａｒｃ）からなる冷却ファンカバープレート（３４１）；
   前記冷却ファンカバープレート（３４１）から前記ターボ機械のケーシング手段（１００）の前記動力発生室（１２０）側に一定の長さで延長及び突出して、前記動力発生室（１２０）の内部空気が最短経路で前記冷却ファン部（３３０）に吸い込まれるように案内する最短経路の確保カバープレート（３４２）；
   前記最短経路の確保カバープレート（３４２）に形成され、前記ターボ機械のケーシング手段（１００）の前記動力発生室（１２０）の内部空気が最短経路で外部に排出されるため、最初吸い込まれる冷却後の空気吸入口（３４３）；及び
   前記冷却後の空気吸入口（３４３）から延長形成され、前記冷却後の空気吸入口（３４３）に吸入される内部空気を前記冷却ファン部（３３０）に案内する冷却ファン側の誘導通路（３４４）；
   で構成されて、
   前記ターボ機械のケーシング手段（１００）の前記動力発生室（１２０）の内部空気と、前記第１冷却空気吸入孔（３１１）および前記第２の冷却空気吸入孔（３１２）に吸入される外部空気が最短経路で前記動力発生室（１２０）および前記空気の圧縮手段（２００）を冷却して外部に排出されるようにし、
   前記冷却ファン部（３３０）は、
   インペラ（２４０）と対称にされてシャフト（２３０）の他端部に結合されるが、前記インペラ（２４０）と反対方向に結合されて、前記動力発生室（１２０）の内部空気と、前記第１冷却空気吸入孔（３１１）および前記第２の冷却空気吸入孔（３１２）に吸入される外部空気が特定のパスに沿って吸い込まれるようにするが、
   前記の特定のパスは、
   前記ターボ機械のケーシング手段（１００）、前記空気の圧縮手段（２００）、および前記最短経路の冷却構造システム（３００）のそれぞれの構成要素の有機的な結合関係により生成されて、ターボ機械の冷却効率の効果が最大限になるようにする経路として、
   外部空気が前記第１の冷却空気吸入孔（３１１）に吸入されて前記空気の圧縮手段（２００）と接触し、前記空気の圧縮手段（２００）から熱を奪って、すぐに、前記冷却後の空気吸入口（３４３）に流入し、前記冷却ファン側の誘導通路（３４４）を通って前記冷却ファンカバープレート（３４１）の案内で前記冷却ファン部（３３０）に吸入されて、前記冷却空気の排出部（３２０）を介して外部に排出されるようにする第１の最適流路（ＡＦ１）；及び
   外部空気が前記第２の冷却空気吸入孔（３１２）に吸入されて前記空気の圧縮手段（２００）と接触し、前記空気の圧縮手段（２００）から熱を奪って、すぐに、前記冷却後の空気吸入口（３４３）に流入し、前記冷却ファン側の誘導通路（３４４）を通って前記冷却ファンカバープレート（３４１）の案内で前記冷却ファン部（３３０）に吸入されて、前記冷却空気の排出部（３２０）を介して外部に排出されるようにする第２の最適流路（ＡＦ２）；
   で構成されて、
   前記最短経路の冷却構造システム（３００）により生成される、前記第１の最適流路（ＡＦ１）及び前記第２の最適流路（ＡＦ２）に沿って前記ターボ機械のケーシング手段（１００）の内部空気と、前記冷却空気の吸入部（３１０）に吸入される外部空気が流動するように誘導することによって、前記ターボ機械のケーシング手段（１００）の内部に位置する前記空気の圧縮手段（２００）を冷却することを特徴とする冷却熱平衡が可能な高速ターボ機械。