KR102603139B1

KR102603139B1 - 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치

Info

Publication number: KR102603139B1
Application number: KR1020230045122A
Authority: KR
Inventors: 홍원석; 김경호; 이주성; 하병길; 류재일; 최경호; 신두철
Original assignee: 주식회사 성광이엔에프
Priority date: 2023-04-06
Filing date: 2023-04-06
Publication date: 2023-11-20

Abstract

본 발명은 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 히트파이프 결합형 냉각모듈에 의해 모터에서 발생되는 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치는 내부에 회전축(210)을 갖는 모터(200)가 설치되는 하우징(100), 상기 회전축(210)의 일측에 결합되어 회전을 통해 공기를 압축시키는 임펠러(300) 및 상기 임펠러(300)에 의해 압축된 공기의 이동을 안내하는 볼류트(400)를 포함하는 기계적 증기 재압축 장치에 있어서, 상기 하우징(100)의 내부에 형성되며, 그 내부에 냉매가 충전되는 차폐실(110); 상기 하우징(100)의 상부에 결합되어 상기 모터(200)에서 발생되는 열을 냉각시키는 냉각모듈(500);을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치{Mechanical Vapor Recompression System with heat pipe combined cooling module}

본 발명은 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 히트파이프 결합형 냉각모듈에 의해 모터에서 발생되는 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치에 관한 것이다.

일반적으로 증기 압축 분야로 개발되는 압축기는 냉매 시스템에 의해 개발이 이루어졌으며, 냉매 압축기에 의해서 압축되어 응축기로 보내는 냉매 가스를 포함할 수 있다. 응축기에서 냉매 가스는 다른 유체, 예를 들어 공기나 물과 열교환을 하여 액체로 응축된다. 응축기로부터 배출된 액체 냉매는 팽창장치를 통과하여 증발기로 보내지고, 증발기에서 액체 냉매는 다른 유체, 예를 들어 공기나 물과 열교환을 하여 기체로 증발된다. 냉매 가스는 증발기로부터 압축기로 복귀할 수 있고 이러한 사이클이 반복된다.

반면, 냉매가 아닌 수증기의 경우, 수증기를 열원으로 사용하기 용이하게 하기 위하여 기계식 압축기를 사용한다. 증기를 단열 압축하는 경우, 증기의 온도와 압력이 높아지고, 증기의 단위체적당 열량이 높아진다. 이로 인하여 압축 증기를 열원으로 사용할 경우 더 많은 열을 공급할 수 있다.

기계적 증기 재압축 시스템(Mechanical Vapor Recompression System, MVR)은 제품 생산공정에서 발생되는 저온 폐열의 자기 증발 증기나 간접 열교환에 의한 열매체 증발 증기를 모터 또는 터빈 구동방식의 압축기를 사용하여 흡입 및 압축하여 생산공정의 가열 열원으로 재사용하는 기술이다. 이러한 MVR은 증류수 생산, 담수화 및 폐수 증발 처리와 같은 환경산업 분야에서 사용되고 있다.

특히, MVR은 폐수에서 증발한 수증기를 압축하여 사용하고, 응축된 응축수는 폐수농축에 활용되므로 일반적인 열교환기에 비해 90% 이상 증발 에너지를 줄일 수 있다.

한편, 압축기는 체적을 점차 줄여가면서 압축하는 용적식과 고속으로 회전하는 임펠러에 의한 원심력을 이용하는 원심식으로 분류할 수 있다.

용적식은 다시 회전식과 왕복동식으로 분류되고, 압축비가 높은 경우에 적합하며, 냉매 가스를 압축하는데 널리 사용되는데, 초창기 폐수 증기를 적용하는데 용적식 방식의 적용이 되었으나, 폐수의 수분 증발량의 변동에 적절히 운전 제어가 수반되지 않을 경우 진동, 소음 등이 과다하게 발생되어 최근에는 원심식이 선호되고 있다.

원심식 압축기는 회전하는 임펠러에 8~24개의 날개가 후방으로 굽어져 있는 송풍기 방식을 이용하여 수증기의 압축기로 널리 이용되고 있으며, 용적식에 비해 소음이 적고 효율이 높으며, 고속 회전에 잘 견딘다.

원심식은 고속으로 회전하는 임펠러의 회전수를 인버터에 의하여 조절함으로써 폐수의 수분 증발량에 맞추어 제어가 가능하며, 압축 효율이 좋고, 부하특성이 좋으며, 진동 및 소음이 낮은 장점을 갖고 있다. 하지만, 고온의 스팀에 의한 축부분의 과열, 오일 베어링의 주유에 의한 윤활/냉각이 필요하며, 윤활유의 냉각유닛 구성 등 부수적인 설비가 설치되어야 하는 문제점이 있다.

이에 따라 습증기 주입에 따라 온도부하가 높게 형성되어 원심 스팀 재압축기의 정상운전에 악영향을 주게 되어 비정상 운전을 유발하여 정상적인 스팀 재압축 시스템의 운영에 어려움이 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 기술의 일예가 하기 문헌 1에 개시되어 있다.

특허문헌 1에는 MVR 시스템에 사용되는 하이브리드 터보 블로워에 있어서, 상기 터보 블로워는 지지대로 고정되는 하우징, 상기 하우징 내측에 설치되어 인가되는 전원에 의해 내측의 삽입되는 축을 회전시키는 스테이터, 상기 스테이터 내측에 삽입되어 회전하는 샤프트, 상기 샤프트 양단에 설치되되, 동압 공기베어링이 설치되는 저널, 상기 저널 일측에 형성되되, 정압 공기베어링이 설치되는 스러스트, 상기 스러스트 일측에 설치되어 임펠러가 장착되는 디스크 패드, 상기 디스크 패드에 장착되되, 상기 스테이터의 작동에 따라 회전하여 증기를 압축하는 임펠러, 상기 임펠러 측에 설치되어 공기를 흡기 및 배기하는 케이싱을 설치하되, 상기 케이싱은 증기를 흡기하는 흡기구, 상기 흡기구에서 유입된 증기가 상기 임펠러의 회전에 따라 압축되어 이송되는 와류실 및 상기 와류실을 따라 이동하며 압축된 증기를 배기하는 배기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 MVR 시스템에 사용되는 하이브리드 터보 블로워에 대해 개시되어 있다.

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 기술은 공기 순환 계통의 공랭식으로서, 임펠러의 회전력을 이용하여 외부의 공기를 유입시켜 모터에 공급하게 되는데, 이때 모터의 열을 공기와 함께 외부로 배출하기 때문에 베어링의 열적 불균형이 발생하고, 이로 인하여 수명을 단축시키는 문제점이 있다.

또한, 종래의 기술은 동손과 철손으로 발생하는 열이 스테이터를 통해 모터의 하우징에 전도되어 방열되는 구조를 갖게 되는데, 권선(코일)의 저항에 의해 발생되는 동손으로 인한 권선의 온도 상승은 저항이 높고 전류가 많을수록 높게 발생하고, 온도가 높을수록 권선의 저항이 높아짐에 따라 동손이 증가하고 이에 따라 온도가 더욱 상승하여 MVR 시스템의 효율이 저하되고, 수명이 단축되는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2022-0155556호(2022.11.23. 공개)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 냉각채널, 히트파이프 및 방열핀을 포함하는 냉각모듈에 의해 모터의 과열을 냉각하는 동시에 증기가 모터로 침투하지 못하도록 하여 안정적으로 증기를 재압축시킬 수 있는 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 코일과 스테이터를 냉매에 침지시키고, 코일과 스테이터에서 발생하는 열이 냉매로 직접 전도되게 하여 냉각시킬 수 있는 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치는 내부에 회전축(210)을 갖는 모터(200)가 설치되는 하우징(100), 상기 회전축(210)의 일측에 결합되어 회전을 통해 공기를 압축시키는 임펠러(300) 및 상기 임펠러(300)에 의해 압축된 공기의 이동을 안내하는 볼류트(400)를 포함하는 기계적 증기 재압축 장치에 있어서, 상기 하우징(100)의 내부에 형성되며, 그 내부에 냉매가 충전되는 차폐실(110); 상기 하우징(100)의 상부에 결합되어 상기 모터(200)에서 발생되는 열을 냉각시키는 냉각모듈(500);을 더 포함하며, 상기 차폐실(110)은 상기 모터(200)의 로터(220)에 관통 삽입되는 차폐수단(800)에 의해 형성되고, 상기 차폐수단(800)은, 외주면에 원주 방향을 따라 복수의 슬릿(811)이 형성되며, 그 외주면에 모터(200)의 스테이터(230)가 삽입되는 원통형의 고정튜브(810); 상기 고정튜브(810)의 일측에 삽입되어 스테이터(230)를 고정하는 고정링(820); 및 상기 고정튜브(810)의 양단에 각각 결합되어 스테이터(230)의 양단을 차폐하는 한 쌍의 차폐 플랜지(830);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전축(210)의 타단에는 냉각팬(600)이 결합되고, 상기 하우징(100)의 타측에는 상기 냉각팬(600)을 커버하기 위한 캡(120)이 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하우징(100)에는 베어링(700)의 냉각을 위하여 압축공기가 주입되는 압축공기 주입구(130)와 압축공기를 배출하는 압축공기 배출구(140)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각모듈(500)은, 상기 모터(200)의 열을 전달받은 냉매가 증발하여 방열핀(520)으로 열을 내보내기 위하여 상승하고, 냉각된 냉매가 중력에 의해 하강하는 영역을 갖는 냉각채널(510); 상기 냉각채널(510)에 연결되어 상기 모터(200)에서 발생된 열을 흡수하여 방열핀(530)에 전달하는 히트파이프(520); 및 상기 히트파이프(520)에 다수 설치되며, 상기 히트파이프(520)를 통해 흡수된 열을 방출하는 방열핀(530);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

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또한, 상기 하우징(100)의 외측에는 일단이 냉각모듈(500)에 연결되고, 타단이 모터(200)의 하부에 연결되는 냉각라인(910)이 설치되며, 상기 냉각라인(910)을 통해 하우징(100) 외부를 경유한 냉각된 가스가 모터(200)의 하부로 유동되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하우징(100)의 외측에는 일단이 캡(120)에 연결되고, 타단이 냉각모듈(500)의 방열핀(530)을 내부에 수용하도록 연장되는 에어덕트(920)가 설치되며, 상기 에어덕트(920)를 통해 냉각팬(600)의 구동에 의해 유동되는 공기를 냉각모듈(500)의 방열핀(530)으로 안내하여 방열핀(530)을 냉각시키는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치는 하우징 상부에 결합되는 냉각모듈에 의해 모터의 과열을 냉각하는 동시에 증기가 모터로 침투하지 못하도록 하여 안정적으로 증기를 재압축시키는 효과가 있다.

또한, 코일과 스테이터를 냉매에 침지시키고, 코일과 스테이터에서 발생하는 열이 냉매로 직접 전도되게 하여 냉각시킴으로써 방열 효율을 크게 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치를 도시한 정단면도.
도 3은 도 2에 따른 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치의 일부를 확대하여 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치를 도시한 측단면도.
도 5는 본 발명에 따른 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치의 차폐수단을 도시한 도면.
도 6은 도 5에 따른 차폐수단을 도시한 단면도.
도 7은 도 5에 따른 차폐수단을 도시한 분해 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치의 냉각모듈을 도시한 사시도.
도 9는 본 발명에 따른 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치의 냉각모듈의 다른 실시예를 도시한 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치의 다른 실시예를 도시한 도면.
도 11은 본 발명에 따른 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치의 또 다른 실시예를 도시한 사시도.
도 12는 도 11에 따른 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치를 도시한 정단면도.
도 13은 도 11에 따른 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치의 냉각 흐름을 도시한 예시도.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치는 내부에 회전축(210)을 갖는 모터(200)가 설치되는 하우징(100), 상기 회전축(210)의 일측에 결합되어 회전을 통해 공기를 압축시키는 임펠러(300) 및 상기 임펠러(300)에 의해 압축된 공기의 이동을 안내하는 볼류트(400)를 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 하우징(100)의 내부에 형성되며, 그 내부에 냉매가 충전되는 차폐실(110)과, 상기 하우징(100)의 상부에 결합되어 상기 모터(200)에서 발생되는 열을 냉각시키는 냉각모듈(500)을 더 포함한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(100)은 내부가 원통형으로 이루어지는 중공의 구조로서, 내부에 회전축(210), 로터(220) 및 스테이터(230)를 포함하는 모터(200)가 설치된다.

상기 회전축(210)의 타단에는 냉각팬(600)이 결합된다.

그리고, 상기 하우징(100)의 타측에는 상기 냉각팬(600)을 커버하기 위한 캡(120)이 결합된다.

상기 냉각팬(600)은 하우징(100)의 외측에 배치되어, 회전축(210)의 타단에 결합된다. 이 경우, 냉각팬(600)은 캡(120)에 의해 보호될 수 있다.

특히, 상기 냉각팬(600)의 구동에 의해 유동되는 공기를 냉각모듈(500)의 방열핀(530)에 공급하여 강제 냉각시킴으로써 방열핀(530)의 냉각 효율을 향상시킨다.

한편, 상기 하우징(100)에는 베어링(700)의 냉각을 위하여 압축공기가 주입되는 압축공기 주입구(130)와 압축공기를 배출하는 압축공기 배출구(140)가 형성된다.

또한, 상기 하우징(100)에는 차폐실(110)과 분리되되 압축공기 주입구(130) 및 압축공기 배출구(140)와 연통되어 압축공기에 의한 냉각이 이루어지는 베어링 냉각유로(150)가 형성된다.

상기 베어링(700)은 회전축(210)의 양측 외주면에 각각 결합된다. 상기 베어링(700)은 회전축(210)과 접촉하여 회전축(210)을 소정 위치에 고정시키고, 회전축(210)에 걸리는 하중을 지지하면서 회전축(210)을 회전시키는 역할을 한다.

부연하면, 상기 베어링(700)은 상기 회전축(210)의 일측에 결합되는 정압 베어링(710)과, 상기 회전축(210)의 일측 및 타측에 결합되는 동압 베어링(720)을 포함한다. 상기 정압 베어링(710)은 외부에서 유체의 압력으로 공간을 확보하는 에어 베어링으로 구동하지 않아도 간격을 유지한다. 또한, 상기 동압 베어링(720)은 외부의 압력 공급없이 자체 회전에 의해 발생한 에어 포일의 압력에 의하여 간격을 유지한다.

특히, 상기 정압 베어링(710)에는 압축공기를 주입하지만, 동압 베어링(720)에는 압축공기를 주입하지 않기 때문에 냉각이 되지 않는다. 따라서, 베어링의 외부에서 압축된 고압의 공기를 주입하여 베어링을 냉각시켜야 한다.

이에 상기 하우징(100)의 압축공기 주입구(130)를 통해 압축공기를 주입하고, 압축공기 배출구(140)를 통해 압축공기를 배출되도록 함으로써 동압 베어링(720)의 발생 열을 냉각시킬 수 있다.

또한, 동압 베어링(720)과 정압 베어링(710)을 이웃하게 배치하여 동압 베어링(720)에서 발생하는 열이 정압 베어링(710)의 압축공기 공급에 의해 냉각되는 방식이 적용될 수도 있다.

한편, 상기 차폐실(110)을 구성하기 위해서는 모터(200)의 스테이터(230)를 외부와 차단해야 하며, 특히 스테이터의 외곽이 하우징에 고정되는 일반 모터와 달리, 스테이터의 외곽이 스테이터와 분리됨에 따라 스테이터를 고정하는 별도의 구조로 이루어져야 한다.

도 3 및 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 차폐실(110)은 상기 모터(200)의 로터(220)에 관통 삽입되는 차폐수단(800)에 의해 형성될 수 있다.

이에 상기 차폐수단(800)은 고정튜브(810), 고정링(820) 및 한 쌍의 차폐 플랜지(830)를 포함하여 구성된다.

상기 고정튜브(810)는 원통형으로 이루어지며, 외주면에 원주 방향을 따라 복수의 슬릿(811)이 형성된다. 상기 고정튜브(810)의 외주면에는 모터(200)의 스테이터(230)가 삽입된다. 상기 고정튜브(810)는 로터(220)와 간섭이 일어나지 않도록 로터(220)와 일정한 공극을 둔다.

상기 고정튜브(810)는 스테이터(230)의 양단으로 흔들림이 발생하지 않고, 일정한 위치에 고정되도록 스테이터(230)가 결합되는 슬릿(8110)을 제외한 나머지 부분은 슬릿을 형성하지 않는다. 상기 고정튜브(810)의 슬릿이 형성되지 않은 부분에는 고정링(820)이 삽입된다.

상기 고정링(820)은 상기 고정튜브(810)의 일측에 삽입되어 스테이터(230)를 고정한다.

상기 차폐 플랜지(830)는 상기 고정튜브(810)의 양단에 각각 결합되어 스테이터(230)의 양단을 차폐한다. 상기 차폐 플랜지(830)는 고정튜브(810)의 단부에 용접 등에 의해 접합 고정된다.

이와 같이 구성되는 차폐수단(800)은 스테이터(230)와 로터(220) 사이의 공극을 일정하게 하고, 이와 동시에 스테이터(230) 내경을 차폐하기 위하여 스테이터(230) 내부에 고정튜브(810)를 삽입한다. 이때, 고정튜브(810)의 슬릿(811)에 스테이터(230)의 슬롯이 맞물리게 삽입하여 고정한다.

이어서, 고정튜브(810)의 슬릿이 형성되지 않은 부분으로 고정링(820)을 삽입하여 스테이터(230)의 이동을 방지한다.

그리고, 고정튜브(810)의 양단에 차폐 플랜지(830)를 각각 결합하여 스테이터(230)의 외부를 차폐한다.

상기 스테이터(230)의 외경 차폐는 하우징(100)에 의하여 이루어진다.

이처럼, 본 발명은 차폐수단(800)에 의해 냉매가 충전되는 차폐실(110)이 형성됨으로써 차폐실(110)의 형성 작업이 단순하고, 차폐 효과를 높이는 장점이 있다. 또한, 코일과 스테이터(230)를 냉매에 침지시키고, 코일과 스테이터(230)에서 발생하는 열이 냉매로 직접 전도되게 하여 냉각시킴으로써 방열 효율을 크게 향상시키는 효과가 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 모터(200)는 회전축(210), 로터(220) 및 스테이터(230)를 포함한다.

상기 회전축(210)의 일측은 볼류트(400)의 내부로 연장되고, 타측은 캡(120)의 내부로 연장될 수 있다.

또한, 상기 회전축(210)의 양측에는 베어링(700)이 각각 결합된다. 또한, 상기 회전축(210)의 일단에는 임펠러(300)가 결합되고, 타단에는 냉각팬(600)이 결합된다.

상기 로터(220)는 회전축(210)의 외주면에 배치될 수 있고, 회전축(210)과 함께 회전될 수 있다. 스테이터(230)는 로터(220)의 외측 둘레를 감싸도록 하우징(100)의 내부에 배치될 수 있다. 부연하면, 상기 로터(220)는 회전축(210)을 중심으로 회전하는 회전자 역할을 하고, 상기 스테이터(230)는 코일이 감겨져 있어 전류가 흘러 자력을 발생시켜 회전자를 회전시켜주는 고정자 역할을 한다.

상기 임펠러(300)는 상기 회전축(210)의 일단에 결합되어 회전을 통해 공기를 압축시키는 역할을 한다. 따라서, 상기 임펠러(300)의 회전으로 인해 흡입된 공기는 볼류트(400)를 통하여 토출된다.

이러한 구조에 의해 상기 모터(200)의 로터(220)가 회전함과 동시에 임펠러(300)가 회전하면, 공기가 유입되어 임펠러(300)를 통과하면서 압력이 높아져 볼류트(400)를 따라 외부로 토출된다. 또한, 상기 로터(220)의 회전에 따라 상기 냉각팬(600)이 회전하여 냉각모듈(500)의 방열핀(530)을 냉각시킨다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 볼류트(400)는 외부 공기가 유입되는 유입구와 공기가 배출되는 배출구가 형성되며, 상기 하우징(100)에 볼트나 스크류를 이용하여 결합된다.

상기 볼류트(400)의 내부에는 유입된 공기를 압축하는 임펠러(300)가 회전 가능하게 배치되며, 임펠러(300)의 회전은 모터(200)의 구동에 의해 이루어진다. 상기 임펠러(300)에 의해 압축된 공기는 토출구를 통해 배출된다.

도 2 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 냉각모듈(500)은 상기 하우징(100)의 상부에 결합되며, 냉각채널(510), 히트파이프(520) 및 방열핀(530)을 포함한다.

상기 냉각채널(510)은 상부 및 하부에 사각 형태의 블록(511)이 각각 구성되고, 상기 블록(511)들 사이에 복수의 냉매 유동관(512)이 연결되는 구조로 이루어진다.

한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 냉각채널(510)은 사각 함체 형태로 구성될 수도 있다.

이러한 냉각채널(510)은 상기 모터(200)의 열을 전달받은 냉매가 증발하여 방열핀(520)으로 열을 내보내기 위하여 상승하고, 냉각된 냉매가 중력에 의해 하강하는 영역을 갖는다.

상기 히트파이프(520)는 대략 'U'자 형태로 이루어지며, 일단이 상기 냉각채널(510)에 연결되어 상기 모터(200)에서 발생된 열을 흡수하여 방열핀(530)에 전달한다.

상기 히트파이프(520)는 모터(200)에서 발생된 열을 흡수하여 저온 부분으로 빠르게 전달하는 매개체 역할을 한다. 따라서, 상기 히트파이프(520)의 내부에는 비등점이 낮은 냉매가 충전되는 것이 바람직하다.

상기 냉매는 대략 70℃ 이하에서 증발하는 유체로 이루어지는 것이 바람직하며, 일예로 물, 아세톤, 메탄올, 에탄올, 프레온, 암모니아 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 냉매는 단독으로 사용하는 것이 방열에 효과적이며, 냉매가 코일, 스테이터 등에 유해할 경우에는 절연유와 냉매를 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 방열핀(530)은 상기 히트파이프(520)에 다수 설치되며, 상기 히트파이프(520)를 통해 흡수된 열을 방출한다.

이와 같이 구성된 냉각모듈(500)에 의하면, 모터(200)에서 발생된 열이 냉각채널(510)을 통해 히트파이프(520)에 전달되면 상기 히트파이프(520)의 내부에 충전된 냉매가 열에 의해 기화한다. 상기 히트파이프(520) 내의 기화한 냉매는 방열핀(530)에 열을 전달하고, 방열핀(530)을 통해 열을 방출하여 액화한다. 액화된 냉매가 다시 하강하여 하우징(100)의 차폐실(110)로 이동하며, 이러한 과정을 반복하여 모터(200)를 냉각시킨다.

이처럼, 본 발명은 냉각채널(510), 히트파이프(520) 및 방열핀(530)을 포함하는 냉각모듈(500)에 의해 모터(200)의 과열을 냉각하는 동시에 증기가 모터(200)로 침투하지 못하도록 하여 안정적으로 증기를 재압축시킨다.

도 10에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(100)의 외측에는 일단이 냉각모듈(500)에 연결되고, 타단이 모터(200)의 하부에 연결되는 냉각라인(910)이 설치될 수 있다.

따라서, 상기 냉각라인(910)을 통해 하우징(100) 외부를 경유한 냉각된 가스가 모터(200)의 하부로 유동되도록 하여 모터(200)를 냉각시킬 수 있다.

도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(100)의 외측에는 일단이 캡(120)에 연결되고, 타단이 냉각모듈(500)의 방열핀(530)을 내부에 수용하도록 연장되는 에어덕트(920)가 설치될 수 있다.

부연하면, 상기 에어덕트(920)의 일단은 캡(120)의 상부에 연통되고, 타단은 냉각모듈(500)의 방열핀(530)을 수용하되 외측을 향해 개방된 구조를 갖는다.

따라서, 상기 에어덕트(920)는 냉각팬(600)의 구동에 의해 유동되는 공기를 냉각모듈(500)의 방열핀(530)으로 안내하는 역할을 하여 방열핀(530)을 냉각시킬 수 있도록 한다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

100 : 하우징 110 : 차폐실
120 : 캡 130 : 압축공기 주입구
140 : 압축공기 배출구 150 : 베어링 냉각유로
200 : 모터 210 : 회전축
220 : 로터 230 : 스테이터
300 : 임펠러 400 : 볼류트
500 : 냉각모듈 510 : 냉각채널
511 : 블록 512 : 냉매 유동관
520 : 히트파이프 530 : 방열핀
600 : 냉각팬 700 : 베어링
710 : 정압 베어링 720 : 동압 베어링
800 : 차폐수단 810 : 고정튜브
811 : 슬릿 820 : 고정링
830 : 차폐 플랜지 910 : 냉각라인
920 : 에어덕트

Claims

내부에 회전축(210)을 갖는 모터(200)가 설치되는 하우징(100), 상기 회전축(210)의 일측에 결합되어 회전을 통해 공기를 압축시키는 임펠러(300) 및 상기 임펠러(300)에 의해 압축된 공기의 이동을 안내하는 볼류트(400)를 포함하는 기계적 증기 재압축 장치에 있어서,
상기 하우징(100)의 내부에 형성되며, 그 내부에 냉매가 충전되는 차폐실(110);
상기 하우징(100)의 상부에 결합되어 상기 모터(200)에서 발생되는 열을 냉각시키는 냉각모듈(500);을 더 포함하며,
상기 차폐실(110)은 상기 모터(200)의 로터(220)에 관통 삽입되는 차폐수단(800)에 의해 형성되고,
상기 차폐수단(800)은, 외주면에 원주 방향을 따라 복수의 슬릿(811)이 형성되며, 그 외주면에 모터(200)의 스테이터(230)가 삽입되는 원통형의 고정튜브(810);
상기 고정튜브(810)의 일측에 삽입되어 스테이터(230)를 고정하는 고정링(820); 및
상기 고정튜브(810)의 양단에 각각 결합되어 스테이터(230)의 양단을 차폐하는 한 쌍의 차폐 플랜지(830);를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 회전축(210)의 타단에는 냉각팬(600)이 결합되고,
상기 하우징(100)의 타측에는 상기 냉각팬(600)을 커버하기 위한 캡(120)이 결합되는 것을 특징으로 하는 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 하우징(100)에는 베어링(700)의 냉각을 위하여 압축공기가 주입되는 압축공기 주입구(130)와 압축공기를 배출하는 압축공기 배출구(140)가 형성되는 것을 특징으로 하는 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치.
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청구항 1에 있어서,
상기 냉각모듈(500)은, 상기 모터(200)의 열을 전달받은 냉매가 증발하여 방열핀(520)으로 열을 내보내기 위하여 상승하고, 냉각된 냉매가 중력에 의해 하강하는 영역을 갖는 냉각채널(510);
상기 냉각채널(510)에 연결되어 상기 모터(200)에서 발생된 열을 흡수하여 방열핀(530)에 전달하는 히트파이프(520); 및
상기 히트파이프(520)에 다수 설치되며, 상기 히트파이프(520)를 통해 흡수된 열을 방출하는 방열핀(530);을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 하우징(100)의 외측에는 일단이 냉각모듈(500)에 연결되고, 타단이 모터(200)의 하부에 연결되는 냉각라인(910)이 설치되며,
상기 냉각라인(910)을 통해 하우징(100) 외부를 경유한 냉각된 가스가 모터(200)의 하부로 유동되도록 하는 것을 특징으로 하는 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 하우징(100)의 외측에는 일단이 캡(120)에 연결되고, 타단이 냉각모듈(500)의 방열핀(530)을 내부에 수용하도록 연장되는 에어덕트(920)가 설치되며,
상기 에어덕트(920)를 통해 냉각팬(600)의 구동에 의해 유동되는 공기를 냉각모듈(500)의 방열핀(530)으로 안내하여 방열핀(530)을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 히트파이프 결합형 냉각모듈이 구비된 기계적 증기 재압축 장치.