(57)【要約】開示されるターボ圧縮システムは、第１吸入口と第１吐出口を有し、前記第１吸入口に流入される流体を回転運動により圧縮して前記第１吐出口に排出する第１インペラ、第２吸入口と第２吐出口を有し、前記第２吸入口に流入される流体を回転運動により圧縮して前記第２吐出口に排出する第２インペラ、前記第２吐出口に接続され、備えられる第２吐出流路、前記第２吐出流路と前記第１吐出口を連通させる第１吐出流路、前記第１吐出流路に備えられ、流体の流動を制御する第１バルブ、前記第２吸入口に接続され、前記第２インペラに流体を選択的に流入させる第２流入流路、前記第２流入流路の末端に備えられる第２バルブ、及び前記第１バルブに一端が接続され、前記第２流入流路に他端が接続される圧縮流路、を含み、複数の設計点、すなわち２段ターボ圧縮システムの特性と１段両吸入ターボ圧縮システムの特性をいずれも有し、選択的に転換することができるターボ圧縮システムが提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１吸入口と第１吐出口を有し、前記第１吸入口に流入される流体を回転運動により圧縮して前記第１吐出口に排出させる第１インペラ、
第２吸入口と第２吐出口を有し、前記第２吸入口に流入される流体を回転運動により圧縮して前記第２吐出口に排出させる第２インペラ、
前記第２吐出口に接続され備えられる第２吐出流路、
前記第２吐出流路と前記第１吐出口を連通させる第１吐出流路、
前記第１吐出流路に備えられ、流体の流動を制御する第１バルブ、
前記第２吸入口に接続され、前記第２インペラに流体を選択的に流入させる第２流入流路、
前記第２流入流路の末端に備えられる第２バルブ、及び
前記第１バルブに一端が接続され、前記第２流入流路に他端が接続される圧縮流路、を含むことを特徴とするターボ圧縮システム。
【請求項２】
一側と他側にそれぞれ回転軸を有するモーターであり、前記第１インペラと第２インペラが前記回転軸にそれぞれ接続され回転するモーター、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮システム。
【請求項３】
前記第１バルブは、前記第１吸入口に流入された流体が前記第１インペラ及び第２インペラを順次通り、圧縮され、吐出される２段圧縮経路と、前記第１吐出口と第２吐出口から排出される流体が合流し、吐出される１段圧縮経路を選択的に制御することを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮システム。
【請求項４】
前記２段圧縮経路に沿って流体が流動するように制御される場合、前記第２バルブは遮断され、前記１段圧縮経路に沿って流体が流動するように制御される場合、前記第２バルブは開放されることを特徴とする請求項３に記載のターボ圧縮システム。
【請求項５】
前記第１バルブは、選択的に開閉され、２段ターボ圧縮システムと１段ターボ圧縮システムの内のいずれか１つのシステムで作動するように制御することを特徴とする請求項３に記載のターボ圧縮システム。
【請求項６】
前記第１インペラと第２インペラは、同一の直径を有することを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮システム。
【請求項７】
前記第１インペラに接続され、前記第１インペラを回転させる第１モーター、及び
前記第１モーターとは別に備えられ、前記第２インペラに接続され、前記第２インペラを回転させる第２モーター、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮システム。
【請求項８】
前記第１バルブは、前記第２吐出流路又は前記圧縮流路の内のいずれか１つを前記第１吐出流路に連通させる三方バルブによって備えられ、
前記第２バルブは、前記第２吸入口から前記圧縮流路と前記第２流入流路の合流の位置より遠くに位置して備えられ、前記第２流入流路を開閉するソレノイドバルブによって備えられることを特徴とする請求項３に記載のターボ圧縮システム。
【請求項９】
前記第１バルブは、前記第２吐出流路又は前記圧縮流路の内のいずれか１つを前記第１吐出流路に連通させる三方バルブによって備えられ、
前記第２バルブは、前記圧縮流路と前記第２流入流路が合流する位置に備えられ、選択的に前記圧縮流路と前記第２流入流路を連通させる三方バルブによって備えられることを特徴とする請求項３に記載のターボ圧縮システム。
【請求項１０】
第１吸入口と第１吐出口を有し、前記第１吸入口に流入される流体を回転運動により圧縮して前記第１吐出口に排出する第１インペラ、
前記第１インペラを回転駆動させる第１モーター、
第２吸入口と第２吐出口を有し、前記第２吸入口に流入される流体を回転運動により圧縮して前記第２吐出口に排出する第２インペラ、
前記第１モーターとは別に備えられ、前記第２インペラを回転駆動させる第２モーター、
前記第１吐出口に接続され、備えられる第１吐出流路、
前記第１吐出流路とは別に前記第２吐出口に接続され、備えられる第２吐出流路、
前記第１吐出流路の末端に備えられる第１バルブ、
前記第１バルブと前記第２吐出流路を連通させる第１圧縮流路、
前記第１バルブを経由して前記第１吐出流路に連通される第２圧縮流路、
前記第２圧縮流路の末端に備えられる第２バルブ、
前記第２バルブと前記第２吸入口を連通させる第２流入流路、及び
前記第２圧縮流路とは別に前記第２バルブに接続され、選択的に前記第２流入流路に連通される吸入流路、を含むことを特徴とするターボ圧縮システム。
【請求項１１】
前記第１バルブは、前記第１吸入口に流入された流体が前記第１インペラ及び第２インペラを順次通り、圧縮され、吐出される２段圧縮経路と、前記第１吐出口と第２吐出口から排出される流体が合流され、吐出される１段圧縮経路を選択的に制御することを特徴とする請求項１０に記載のターボ圧縮システム。
【請求項１２】
前記２段圧縮経路に沿って流体が流動するように制御される場合、前記第２バルブは、前記第２流入流路が前記第２圧縮流路に連通されるように制御され、前記１段圧縮経路に沿って流体が流動するように制御される場合、前記第２バルブは、前記第２流入流路が前記吸入流路と連通されるように制御されることを特徴とする請求項１１に記載のターボ圧縮システム。
【請求項１３】
前記第１バルブと第２バルブは、三方バルブによって備えられることを特徴とする請求項１０に記載のターボ圧縮システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ圧縮システムに係り、より詳しくは、複数の設計点、すなわち２段ターボ圧縮システムの特性と１段両吸入ターボ圧縮システムの特性のいずれをも有し、選択的に転換することができるターボ圧縮システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ここでは、本発明に関する背景技術を提供するが、これらは必ずしも公知技術を意味するものではない。
【０００３】
ターボ圧縮システムは、ターボ圧縮機に含まれたインペラの回転駆動により流体、冷媒ガス等の気体を吸入して圧縮した後、吐出するシステムであり、比較的吐出圧力が高く設定されることを特徴とする。
【０００４】
従来のターボ圧縮システムは、定速回転するモーターに増速ギアを用いて高速回転を具現する方式であったが、最近ベアリングとインバータＩｎｖｅｒｔｏｒ技術等が発展したため直接モータに接続する直結式の高速回転技術が適用されている。
【０００５】
一方、ターボ圧縮システムに関連して、大韓民国登録特許第０２７３４３３号は、モーター内部に流入する冷媒の流動を活発にしてモーターの冷却の効率を向上させる２つの圧縮装置を有するターボ圧縮システムを開示しており、大韓民国登録特許第０３０４５６２号は、半径方向支持手段の加工及び組立が容易であるターボ圧縮システムを開示している。
【０００６】
しかし、従来のターボ圧縮システムは、通常１つの設計点（Ｄｅｓｉｇｎ  Ｐｏｉｎｔ）すなわち特定の１つの設計流量及び特定の１つの設計圧力において最高の効率の特性を表すように設計され、該当設計点で高い圧縮比の特性を有する状態になる。
【０００７】
したがって、圧縮比が低い領域においては、設計点に比して圧縮比が低い、２つの圧縮装置を有する両吸入１段ターボ圧縮機より圧縮の効率が低下し、低圧で最大流量が小さくなる問題を抱える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、従来のターボ圧縮システムの上述した問題を解決するためのものであり、高圧の２段ターボ圧縮システムの設計点と低圧の１段両吸入ターボ圧縮システムの設計点を選択的に転換できるターボ圧縮システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述のような目的を達成するための本発明の一例によるターボ圧縮システムは、第１吸入口と第１吐出口を有し、前記第１吸入口に流入する流体を回転運動により圧縮して前記第１吐出口に排出させる第１インペラ、第２吸入口と第２吐出口を有し、前記第２吸入口に流入する流体を回転運動により圧縮して前記第２吐出口に排出する第２インペラ、前記第２吐出口に接続され、備えられる第２吐出流路、前記第２吐出流路と前記第１吐出口を連通させる第１吐出流路、前記第１吐出流路に備われ、流体の流動を制御する第１バルブ、前記第２吸入口に接続され、前記第２インペラに流体を選択的に流入させる第２流入流路、前記第２流入流路の末端に備えられる第２バルブ、及び前記第１バルブ一端が接続され、前記第２流入流路に他端が接続される圧縮流路、を含むことを特徴とする。
【００１０】
ここで、一側と他側にそれぞれ回転軸を有するモーター、として、前記第１インペラと第２インペラが前記回転軸にそれぞれ接続されて回転するモーター、をさらに含むことを特徴とする。
【００１１】
また、前記第１バルブは、前記第１吸入口に流入した流体が前記第１インペラ及び第２インペラを順次通り、圧縮されて吐出される２段圧縮経路と、前記第１吐出口と第２吐出口から排出される流体が合流し吐出される１段圧縮経路を選択的に制御するように備えることを特徴とする。
【００１２】
また、前記２段圧縮経路に沿って流体が流動するように制御する場合、前記第２バルブは、遮断され、前記１段圧縮経路に沿って流体が流動するように制御する場合、前記第２バルブは、開放されるように備えることを特徴とする。
【００１３】
また、前記第１バルブは、選択的に開閉され、２段ターボ圧縮システムと１段ターボ圧縮システムの内のいずれか１つのシステムで作動するように制御するように備えることを特徴とする。
【００１４】
また、前記第１インペラと第２インペラは、同一の直径を有することとして備えることを特徴とする。
【００１５】
また、前記第１インペラに接続され、前記第１インペラを回転させる第１モーター、及び前記第１モーターとは別に備えられ、前記第２インペラに接続され、前記第２インペラを回転させる第２モーター、をさらに含むことを特徴とする。
【００１６】
また、前記第１バルブは、前記第２吐出流路又は前記圧縮流路の内のいずれか１つを前記第１吐出流路に連通させる三方バルブによって備えられ、前記第２バルブは、前記第２吸入口から前記圧縮流路と前記第２流入流路の合流位置より遠くに位置して備えられ、前記第２流入流路を開閉するソレノイドバルブによって備えられることを特徴とする。
【００１７】
また、前記第１バルブは、前記第２吐出流路又は前記圧縮流路の内のいずれか１つを前記第１吐出流路に連通させる三方バルブで備えられ、前記第２バルブは、前記圧縮流路と前記第２流入流路が合流される位置に備えられ、選択的に前記圧縮流路と前記第２流入流路を連通させる三方バルブで備えることを特徴とする。
【００１８】
一方、本発明の他の一例によるターボ圧縮システムは、第１吸入口と第１吐出口を有し、前記第１吸入口に流入する流体を回転運動により圧縮して前記第１吐出口に排出させる第１インペラ、前記第１インペラを回転駆動させる第１モーター、第２吸入口と第２吐出口を有し、前記第２吸入口に流入する流体を回転運動により圧縮して前記第２吐出口に排出させる第２インペラ、前記第１モーターとは別に備えられ、前記第２インペラを回転駆動させる第２モーター、前記第１吐出口に接続して備えられる第１吐出流路、前記第１吐出流路とは別に前記第２吐出口に接続して備えられる第２吐出流路、前記第１１吐出流路の末端に備えられる第１バルブ、前記第１バルブと前記第２吐出流路を連通させる第１圧縮流路、前記第１バルブを経由して前記第１吐出流路に連通される第２圧縮流路、前記第２圧縮流路の末端に備えられる第２バルブ、前記第２バルブと前記第２吸入口を連通させる第２流入流路、及び前記第２圧縮流路とは別に前記第２バルブに接続され、選択的に前記第２流入流路に連通される吸入流路、を含むことを特徴とする。
【００１９】
ここで、前記第１バルブは、前記第１吸入口に流入した流体が前記第１インペラ及び第２インペラを順次通り、圧縮されて吐出される２段圧縮経路と、前記第１吐出口と第２吐出口から排出される流体が合流し吐出される１段圧縮経路を選択的に制御するように備えることを特徴とする。
【００２０】
また、前記２段圧縮経路に沿って流体が流動するように制御する場合、前記第２バルブは、前記第２流入流路が前記第２圧縮流路に連通されるように制御され、前記１段圧縮経路に沿って流体が流動するように制御する場合、前記第２バルブは、前記第２流入流路が前記吸入流路に連通されるように制御することを特徴とする。
【００２１】
また、前記第１バルブと第２バルブは三方バルブによって備えられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の一例によるターボ圧縮システムによれば、従来の同容量２段ターボ圧縮システムに比べ低圧で運転できる最大流量が増加するメリットを有する。
【００２３】
また、本発明の一例によるターボ圧縮システムによると、低圧で最小流量を要求する場合、高圧の２段ターボ圧縮システムの設計点で駆動するようにして、低圧で最小流量のための運転範囲が増加するメリットを有する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施例によるターボ圧縮システムの概略的な構成図である。
【図２】図１において高圧の２段ターボ圧縮システムに対応する設計点Ｄ２における駆動状態を示す図面である。
【図３】図１において低圧の１段両吸入ターボ圧縮システムに対応する設計点Ｄ１における駆動状態を示す図面である。
【図４】図１において高圧の２段ターボ圧縮システムの設計点Ｄ２と１段両吸入ターボ圧縮システムの設計点Ｄ１における圧力Ｐ、流量Ｑ特性を示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施例によるターボ圧縮システムの概略的な構成図である。
【図６】図２において高圧の２段ターボ圧縮システムに対応する設計点Ｄ２における駆動状態を示す図面である。
【図７】図３において低圧の１段両吸入ターボ圧縮システムに対応する設計点Ｄ１における駆動状態を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付した図面を参照し、本発明によるターボ圧縮システムの多様な実施例を詳細に説明する。
【００２６】
始めに、発明者は、該自分の発明を最善の方法で説明するために用語概念を適切に定義することができるので、本明細書及び請求範囲に用いられた用語や単語は、通常の、或いは辞書的な意味に限定して解析されてはならず、本発明の技術的な線上に則った意味或いは概念として解釈されるべきである。
【００２７】
また、以下で説明する多様な実施例は、本発明の実施のための例示として示したに過ぎず、本発明の権利範囲は、説明する実施例に限定されることはなく、本発明の技術的な範囲内でこの分野の当業者によって多様な変更、変形又は置換が可能であり、そのような実施例は、本発明の範囲に属するものとして理解されるべきである。
【００２８】
まず、本発明の第１実施例によるターボ圧縮システムに対して説明する。
【００２９】
図１は、本発明の第１実施例によるターボ圧縮システムの概略的な構成図、図２は、図１において高圧の２段ターボ圧縮システムに対応する設計点Ｄ２における駆動状態を示す図面、図３は、図１において低圧の１段両吸入ターボ圧縮システムに対応する設計点Ｄ１における駆動状態を示す図面である。
【００３０】
図１乃至図３を参照すると、本例によるターボ圧縮システム１００は、吐出口側で第１バルブ１３０を含み、第２吐出流路１７０と接続する第１吐出流路１２１が形成される第１インペラ１２０と、第２バルブ１５０を備え、流体を選択的に流入させる第２流入流路１５１と吐出口側が前記第２吐出流路１７０と接続する第２インペラ１６０と、前記第１インペラ１２０と第２インペラ１６０を駆動させるモーター１１０と、一端は、前記第１バルブ１３０と接続され、他端は前記第２バルブ１５０の下流で第２流入流路１５１に結合する圧縮流路１４１を含んで構成される。
【００３１】
ここで、前記第１バルブ１３０は、三方バルブとして備えられ、前記第２バルブ１５０は、ソレノイドバルブによって備えられることが好ましい。
【００３２】
前記第１バルブ１３０及び前記第２バルブ１５０は、高圧の２段ターボ圧縮システムの設計点Ｄ２の駆動又は低圧の１段両吸入ターボ圧縮システムの設計点Ｄ１の駆動を選択できるようにオン／オフ制御可能であるように構成される。詳細な内容は、図４を参照して後述する。
【００３３】
このような構成により前記第１バルブ１３０及び前記第２バルブ１５０の適切な操作により吸入、吐出流体の流路を制御することによって、低圧の１段両吸入圧縮又は高圧の最大流量を吐出する２段圧縮、低圧の最小流量を吐出する２段圧縮を同時に具現する。
【００３４】
具体的に、本例による２段ターボ圧縮システム１００は、図２のように、前記第２バルブ１５０を遮断し、前記第１バルブ１３０を前記第１吐出流路１２１と前記第２圧縮流路１４１を接続するように制御する場合、高圧の最大流量運転又は低圧の最小流量運転を可能にする２段ターボ圧縮システムの設計点Ｄ２の圧力Ｐ及び流量Ｑの流体を吐出するように駆動される。
【００３５】
この場合、第１流入流路ｉを介して流入された流体が第１インペラ１２０により１段圧縮された後、第１吐出流路１２１、第１バルブ１３０、圧縮流路１４１及び第２流入流路１５１を経由して第２インペラ１６に流入することにより２段圧縮され吐出される。
【００３６】
これとは異なり、図３のように、前記第２バルブ１５０を開放し、前記第１バルブ１３０を前記第１吐出流路１２１と第２吐出流路１７０が接続され、前記圧縮流路１４１側を遮断するように制御する場合は、低圧運転領域で吸入流体を１段圧縮して吐出する低圧の１段両吸入ターボ圧縮機設計点Ｄ１の圧力Ｐ及び風量Ｑを有するように駆動される。
【００３７】
この場合、第１流入流路ｉを介して流入された流体は、第１インペラ１２０により１段圧縮された後、第２吐出流路１７０に吐出され、第２バルブ１５０を介して流入された流体は、第２インペラ１６０に流入され、１段圧縮された後、第２吐出流路１７０を介して吐出される。
【００３８】
また、低圧運転領域において、より少ない最小風量を要求する場合には、２段圧縮する前記２段ターボ圧縮機設計点Ｄ２で駆動させることにより、低圧の場合、従来技術の１段両吸入ターボ圧縮機に比べて最小流量がさらに少なくなり、最小流量の運転範囲が拡張される。
【００３９】
具体的に、図４を参照すると次の通りである。
【００４０】
図４は、図１において高圧の２段ターボ圧縮システムの設計点Ｄ２と１段両吸入ターボ圧縮システムの設計点Ｄ１における圧力Ｐ、流量Ｑ特性を示すグラフである。
【００４１】
図４を参照すると、本例によるターボ圧縮システム１００は、バルブ等の流路開放を選択的に制御することにより高圧又は低圧最小流量の２段ターボ圧縮システムの設計点Ｄ２における駆動と低圧の１段両吸入ターボ圧縮システムの設計点Ｄ１における駆動を同時に行うことができるということが分かる。
【００４２】
すなわち、本例によるターボ圧縮システム１００は、運転方式によって２段ターボ圧縮システムの特性と１段ターボ圧縮システムの特性を同時に有するようになり、これによって、低圧での最小流量の運転範囲を拡張できる。
【００４３】
本例において、１つのモーターにより駆動される前記第１インペラ１２０と第２インペラ１６０は、同一回転数で同一圧縮比の制御が可能であるように同じ直径を有することが好ましい。
【００４４】
しかしながら、お互い異なるモーターを使用して駆動する場合には前記インペラは、同一直径を有して使用することも、必要に応じて互い異なる直径を有して使用することもできる。これは、互い異なるモーターを使用する場合には、モーターを個別に制御することにより所望の圧縮比の制御が可能なためである。
【００４５】
以下では、本発明の第２実施例によるターボ圧縮システムについて説明する。
【００４６】
図５は、本発明の第２実施例によるターボ圧縮システムの概略的な構成図、図６は、図２において高圧の２段ターボ圧縮システムに対応する設計点Ｄ２における駆動状態を示す図面及び、図７は、図３において低圧の１段両吸入ターボ圧縮システムに対応する設計点Ｄ１における駆動状態を示す図面である。
【００４７】
図５乃至図７を参照すると、本例によるターボ圧縮システム２００は、吐出口側に第１吐出流路２３２、第１バルブ２３０と第１圧縮流路２３１を含み、第１吐出流路２３２と接続する第１インペラ２２０と、前記第１インペラ２２０を駆動する第１モーター２１０と、前記第１バルブ２３０で前記第１吐出流路２３２と分岐する第２圧縮流路２４１と外部から圧縮される流体の吸入のための吸入流路２４２を選択的に遮断する第２バルブ２４０が第２流入流路２４３により吸入口側に結合され、吐出口側には、前記第２吐出流路２７０が接続する第２インペラ２６０と、前記第２インペラ２６０を駆動させる第２モーター２５０を含めて構成されること特徴とする。
【００４８】
ここで、前記第１バルブ２３０と前記第２バルブ１５０は、いずれも三方バルブで備えられることが好ましい。
【００４９】
上述した構成の前記ターボ圧縮システム２００は、前記第１バルブ２３０を前記第２圧縮流路２４１に接続するようにし、前記第２バルブ２４０が吸入流路２４２を介した流体の吸入を遮断し、前記第１バルブ２３０を介して流入する流体を前記第２インペラ２６０に流入するように制御することにより高圧の２段圧縮又は低圧の最小流量圧縮を行う２段ターボ圧縮システムの設計点Ｄ２の圧力Ｐと流量Ｑを有するように駆動される。
【００５０】
この場合、第１流入流路２２１を介して流入された流体が第１インペラ２２０を介して１段圧縮された後、第２圧縮流路２４１を経由して第２インペラ２６０で２段圧縮された後第２吐出流路２７０を介して吐出される。
【００５１】
これとは異なり、前記第１バルブ２３０を前記第１圧縮流路２３１側に開放し、前記第２バルブ２４０は、第１バルブ２３０側を遮断し、吸入流路２４２と第２流入流路２４３を連通させ、外部から流体が流入するように制御する場合には、低圧の運転領域で動作する１段両吸入ターボ圧縮機設計点Ｄ１の圧力Ｐと流量Ｑを有する圧縮流体を吐出するように動作する。
【００５２】
この場合、第１流入流路２２１を介して流入された流体は、第１インペラ２２０を介して１段圧縮された後、第１圧縮流路２３１を介して第２吐出流路２７０に吐出され、第２バルブ２４０を介して流入された流体は、第２インペラ２６０で１段圧縮された後、第２吐出流路２７０を介して吐出される。
【図１】
2015518113.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2015518113.tif 000008
【図７】
2015518113.tif 000009
【国際調査報告】
2015518113.tif 000010
2015518113.tif 000011
2015518113.tif 000012
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