特表 2024-512378 防爆機能を備えるターボ圧縮機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-19

(54)【発明の名称】防爆機能を備えるターボ圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/057 20060101AFI20240312BHJP

   F04D 29/58 20060101ALI20240312BHJP

【ＦＩ】

F04D29/057 A

F04D29/58 S

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023554909

(86)(22)【出願日】2022-01-21

(85)【翻訳文提出日】2023-09-07

(86)【国際出願番号】 KR2022001090

(87)【国際公開番号】W WO2022203178

(87)【国際公開日】2022-09-29

(31)【優先権主張番号】10-2021-0037627

(32)【優先日】2021-03-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518398925

【氏名又は名称】株式会社ティーエヌイーコリア

【氏名又は名称原語表記】ＴＮＥ ＫＯＲＥＡ ＣＯ．， ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001379

【氏名又は名称】弁理士法人大島特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】キム、キョンス

【テーマコード（参考）】

3H130

【Ｆターム（参考）】

3H130AA12

3H130AB12

3H130AB27

3H130AB42

3H130AC01

3H130AC07

3H130AC13

3H130BA22A

3H130BA24E

3H130BA31A

3H130BA87A

3H130CA02

3H130DA02Z

3H130DB06X

3H130DD01Z

3H130EB03E

(57)【要約】

本発明は、ターボ圧縮機に関するものであって、気体を圧縮して外部に供給することができるターボ圧縮機であって、圧縮気体吸入口を介して流入された気体を圧縮する羽根車を備える圧縮ユニットと、羽根車を回転させるために、一端部が羽根車と結合されている回転軸を備えるモータと、モータを収容するモータ収容空間を備えたハウジングと、モータ収容空間を通過するように設けられ、内部に収容された冷却用気体が続けて循環可能なように形成されている冷却気路と、回転軸の半径方向荷重または軸方向荷重を支持する軸受であって、少なくとも１つ以上の空気軸受を含む軸受と、ハウジングの内部空間で発生した火炎が通過しつつ冷却された後、外部に排出されるように設けられた通路であって、既定値以下の幅と既定値以上の長さを有する非接触式防爆ユニットと、を含み、圧縮気体流路は、冷却気路と空間的に分離されることにより、圧縮気体流路の内部にある気体が冷却気路に浸透することができないということを特徴とする。本発明によれば、空気軸受によって使用寿命が増加し、振動ノイズが減少すると共に、内部爆発が発生しても、それによる火炎が迅速に冷却された後、外部に排出されるように構造が改善された防爆型ターボ圧縮機を提供することができる効果がある。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

気体を圧縮して外部に供給することができるターボ圧縮機であって、
前記気体が吸入される圧縮気体吸入口；前記圧縮気体吸入口を介して流入された前記気体を圧縮する羽根車；前記羽根車によって圧縮された前記気体が外部に排出される圧縮気体排出口；及び前記圧縮気体吸入口から前記圧縮気体排出口まで連結されている圧縮気体流路；を備える圧縮ユニットと、
前記羽根車を回転させるために、一端部が前記羽根車と結合されている回転軸を備えるモータと、
前記モータを収容するモータ収容空間を備えたハウジングと、
前記モータ収容空間を通過するように設けられ、内部に収容された冷却用気体が継続して循環可能なように形成されている冷却気路と、
前記回転軸の半径方向荷重または軸方向荷重を支持する軸受であって、少なくとも１つ以上の空気軸受と、
前記ハウジングの内部空間で発生した火炎が通過しつつ冷却された後、外部に排出されるように設けられた通路であって、既定値以下の幅と既定値以上の長さを有する非接触式防爆ユニットと、を含み、
前記圧縮気体流路は、前記冷却気路と空間的に分離されることにより、前記圧縮気体流路の内部にある前記気体が前記冷却気路に浸透することができないことを特徴とするターボ圧縮機。

【請求項2】

前記非接触式防爆ユニットは、前記ハウジングの内部空間と前記圧縮気体流路とを互いに連通させていることを特徴とする、請求項１に記載のターボ圧縮機。

【請求項3】

前記非接触式防爆ユニットは、前記回転軸の一端部外周面に形成された第１面と前記ハウジングに形成された第２面が互いに協力して形成する円筒状空間部であることを特徴とする、請求項１に記載のターボ圧縮機。

【請求項4】

前記非接触式防爆ユニットは、
前記回転軸の一端部外周面に形成された第１面と前記ハウジングに形成された第２面が互いに協力して形成する円錐状空間部であり、
前記円錐状空間部は、前記羽根車と既定の距離以内に位置され、前記羽根車に向けて行くほど半径が小さくなる方向に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のターボ圧縮機。

【請求項5】

前記非接触式防爆ユニットは、
前記ハウジングの内部空間で発生した火炎が通過する距離を増加させうるように、階段状、波動形態を含む群から選択された１つの形状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機。

【請求項6】

前記冷却気路の内部に収容された前記冷却用気体を強制流動させるための冷却ファンを含むことを特徴とする、請求項１に記載のターボ圧縮機。

【請求項7】

前記冷却ファンは、前記回転軸の後端部に配置され、前記回転軸の回転力によって回転することを特徴とする、請求項６に記載のターボ圧縮機。

【請求項8】

前記圧縮気体流路と前記冷却気路との間には、熱交換効率を増加させうる冷却フィンが設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のターボ圧縮機。

【請求項9】

前記モータを制御するための電気変換装置を含み、
前記電気変換装置は、内部の発熱部品を気密に収容可能な金属材質のケースを含み、
前記ケースは、前記ハウジングと熱交換可能に接触状態を保持していることを特徴とする、請求項１に記載のターボ圧縮機。

【請求項10】

前記圧縮気体流路と前記冷却気路との間には、熱交換効率を増加させうる冷却フィンが設けられており、
前記ケースは、前記冷却フィンと熱交換可能な位置に配置されていることを特徴とする、請求項９に記載のターボ圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ターボ圧縮機に係り、特に、空気軸受によって使用寿命が増加し、振動ノイズが減少すると共に、内部爆発が発生しても、それによる火炎が迅速に冷却された後、外部に排出されうる防爆型ターボ圧縮機に関する。

【背景技術】

【0002】

ターボ圧縮機(turbo compressor)またはターボブロワ(turbo blower)は、羽根車(impeller)を高速で回転させることで、外気やガスを吸い込んで圧縮した後、外部に送風する遠心型ポンプであって、粉体(powder)移送用であるか、下水処理場などで曝気用として多用されており、最近には、産業工程用と自動車搭載用としても使用されている。

【0003】

そのようなターボ圧縮機では、羽根車の高速回転によってモータと軸受において摩擦による高熱発生の問題があるところ、主要発熱部(heat source)であるモータと軸受に対する冷却が必要である。

【0004】

従来のターボ圧縮機の一例が韓国公開特許第１０－２０１５－０００７７５５号公報に開示されているが、該ターボ圧縮機では、羽根車が生産する圧縮空気の一部を活用し、羽根車を回転させるためのモータ及び軸受を冷却した後、それをモータの回転軸の内部穴を介して再び羽根車側に流入させる構造からなっている。

【0005】

しかし、従来のターボ圧縮機の場合には、羽根車によって圧縮された空気の一部を冷却用気体として利用することになるので、羽根車によって圧縮された空気の圧力損失が発生する問題点がある。そして、従来のターボ圧縮機の場合には、冷却用気体がモータ及び軸受によって加熱された後、再び羽根車側に流入されるので、羽根車によって圧縮される空気の温度が上昇することにより、ターボ圧縮機の圧縮効率がさらに減少する問題点もある。

【0006】

そのような問題点を解決するために、羽根車が生産する圧縮空気が通る圧縮気体流路と、冷却用気体が通る冷却気路を空間的に分離させることにより、前記圧縮気体流路の内部にある気体が、前記冷却気路に浸透することができないターボ圧縮機も導入された。

【0007】

一方、爆発性ガスが周辺に存在するか、爆発性ガスがターボ圧縮機の内部に存在する場合には、ターボ圧縮機の内部に存在するモータステータの焼損または軸受の摩擦などによって発生する火炎による爆発を防止する必要があり、そのような目的で防爆機能を備えるターボ圧縮機が必要である。

【0008】

そのような防爆型ターボ圧縮機は、ターボ圧縮機の内部で存在する多様な火炎源から火炎が発生しても、爆発性ガスに伝播されて爆発が発生してはならない設計要求条件を満足させる必要があるが、従来の防爆型ターボ圧縮機は、一般的に転がり軸受(rolling bearing)を使用して回転軸を支持し、内部で発生する火炎の外部への伝播を防止する完全密閉式防爆シーリング(Explosion proof Sealing)を使用した。

【0009】

従来の完全密閉式防爆シーリング(Explosion proof Sealing)は、回転軸及び／またはモータハウジングに接触した状態で内部空間を密閉する「接触式」シーリングであったが、そのような「接触式」シーリングは、密閉力が優秀ではあるが、回転軸の回転による振動が軸受に伝達されうるところ、フォイル空気軸受(Foil air bearing)のような空気軸受には適用することができないという問題点があった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、前記問題を解決するために案出されたものであって、その目的は、空気軸受によって使用寿命が増加し、振動ノイズが減少すると共に、内部爆発が発生しても、それによる火炎が迅速に冷却された後、外部に排出されるようにその構造が改善された防爆型ターボ圧縮機を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

前記目的を達成するために本発明によるターボ圧縮機は、気体を圧縮して外部に供給することができるターボ圧縮機であって、前記気体が吸入される圧縮気体吸入口；前記圧縮気体吸入口を介して流入された気体を圧縮する羽根車；前記羽根車によって圧縮された前記気体が外部に排出される圧縮気体排出口；前記圧縮気体吸入口から前記圧縮気体排出口まで連結されている圧縮気体流路；を備える圧縮ユニットと、前記羽根車を回転させるために、一端部が前記羽根車と結合されている回転軸を備えるモータと、前記モータを収容するモータ収容空間を備えたハウジングと、前記モータ収容空間を通過するように設けられ、内部に収容された冷却用気体が継続して循環可能なように形成されている冷却気路と、前記回転軸の半径方向荷重または軸方向荷重を支持する軸受であって、少なくとも１つ以上の空気軸受を含む軸受と、前記ハウジングの内部空間で発生した火炎が通過しつつ冷却された後、外部に排出されるように設けられた通路であって、既定値以下の幅と既定値以上の長さを有する非接触式防爆ユニットと、を含み、前記圧縮気体流路は、前記冷却気路と空間的に分離されることにより、前記圧縮気体流路の内部にある気体が前記冷却気路に浸透することができないことを特徴とする。

【0012】

ここで、前記非接触式防爆ユニットは、前記ハウジングの内部空間と前記圧縮気体流路とを互いに連通させることが望ましい。

【0013】

ここで、前記非接触式防爆ユニットは、前記回転軸の一端部外周面に形成された第１面と前記ハウジングに形成された第２面とが互いに協力して形成する円筒状空間部でもある。

【0014】

ここで、前記非接触式防爆ユニットは、前記回転軸の一端部外周面に形成された第１面と前記ハウジングに形成された第２面とが互いに協力して形成する円錐状空間部であり、前記円錐状空間部は、前記羽根車と既定の距離以内に位置され、前記羽根車に向けて行くほど半径が小さくなる方向に配置されていることが望ましい。

【0015】

ここで、前記非接触式防爆ユニットは、前記ハウジングの内部空間で発生した火炎が通過する距離を増加させうるように、階段状、波動形態を含む群から選択された１つの形状を有するものでもある。

【0016】

ここで、前記冷却気路の内部に収容された冷却用気体を強制流動させるための冷却ファンを含むことが望ましい。

【0017】

ここで、前記冷却ファンは、前記回転軸の後端部に配置され、前記回転軸の回転力によって回転することが望ましい。

【0018】

ここで、前記圧縮気体流路と前記冷却気路との間には、熱交換効率を増加させうる冷却フィンが設けられていることが望ましい。

【0019】

ここで、前記モータを制御するための電気変換装置を含み、前記電気変換装置は、内部の発熱部品を気密に収容可能な金属材質のケースを含み、前記ケースは、前記ハウジングと熱交換可能に接触状態を保持することが望ましい。

【0020】

ここで、前記圧縮気体流路と前記冷却気路との間には、熱交換効率を増加させうる冷却フィンが設けられており、前記ケースは、前記冷却フィンと熱交換可能な位置に配置されていることが望ましい。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、気体を圧縮して外部に供給することができるターボ圧縮機であって、圧縮気体吸入口を介して流入された気体を圧縮する羽根車を備える圧縮ユニットと、前記羽根車を回転させるために、一端部が前記羽根車と結合されている回転軸を備えるモータと、前記モータを収容するモータ収容空間を備えたハウジングと、前記モータ収容空間を通過するように設けられ、内部に収容された冷却用気体が継続して循環可能なように形成されている冷却気路と、前記回転軸の半径方向荷重または軸方向荷重を支持する軸受であって、少なくとも１つ以上の空気軸受を含む軸受と、前記ハウジングの内部空間で発生した火炎が通過しつつ冷却された後、外部に排出されるように設けられた通路であって、既定値以下の幅と既定値以上の長さを有する非接触式防爆ユニットと、を含み、前記圧縮気体流路は、前記冷却気路と空間的に分離されることにより、前記圧縮気体流路の内部にある気体が前記冷却気路に浸透することができないので、前記空気軸受によって使用寿命が増加し、振動ノイズが減少すると共に、前記内部ハウジングの内部に存在するモータステータの焼損または軸受の摩擦などによって発生する火炎による内部爆発が発生しても、それによる火炎流が前記非接触式防爆ユニットを通過しつつ冷却された後、外部に排出されるので、前記圧縮気体が爆発する事故を防止することができる効果がある。

【0022】

すなわち、本発明によれば、空気軸受が有する肯定的効果と防爆型ターボ圧縮機が有する肯定的効果を同時に備える防爆型ターボ圧縮機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の一実施例であるターボ圧縮機の断面図である。

【図2】図１に図示されたターボ圧縮機の部分拡大図である。

【図3】図１に図示されたターボ圧縮機の羽根車付近の拡大図である。

【図4】図１に図示された非接触式防爆ユニットの拡大図である。

【図5】非接触式防爆ユニットの第２実施例を示す拡大図である。

【図6】非接触式防爆ユニットの第３実施例を示す拡大図である。

【図7】本発明の図３に図示されたターボ圧縮機のＶＩＩ－ＶＩＩ線の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。

【0025】

図１は、本発明の一実施例であるターボ圧縮機の断面図であり、図２は、図１に図示されたターボ圧縮機の部分拡大図である。図３は、図１に図示されたターボ圧縮機の羽根車付近の拡大図である。

【0026】

図１ないし図３を参照すれば、本発明の望ましい実施例によるターボ圧縮機１００は、羽根車(impeller)を高速回転させることで、外気を吸い込んで圧縮した後、外部に送風する遠心型ポンプであって、いわゆるターボ圧縮機(turbo compressor)またはターボブロワ(turbo blower)とも称される。該ターボ圧縮機１００は、ハウジング１０、圧縮ユニット２０、モータ３０、空冷ユニット４０、非接触式防爆ユニット５０、及び電気変換装置６０を含んで構成される。以下、圧縮対象である前記気体が爆発可能物質が含有された空気であることを前提とする。

【0027】

前記ハウジング１０は、金属材質のハウジング(housing)であって、外部ハウジング１１と内部ハウジング１２とを備える。

【0028】

前記外部ハウジング１１は、第１中心軸Ｃ１を円の中心とする断面を有する円筒状部材であって、前記第１中心軸Ｃ１に沿って延びている。

【0029】

前記内部ハウジング１２は、モータ収容空間１３を内部に備える円筒状部材であって、前記第１中心軸Ｃ１を円の中心とする断面を有し、前記第１中心軸Ｃ１に沿って延びている。

【0030】

前記モータ収容空間１３は、後述する前記モータ３０を収容するように前記モータ３０と対応する形状を有する空間である。

【0031】

前記外部ハウジング１１は、前記内部ハウジング１２を取り囲んでいる状態で収容するように、前記内部ハウジング１２と対応する形状を有している。

【0032】

前記外部ハウジング１１は、図１に図示されたように左側端部は、開口されており、右側端部は、後述する前記圧縮ユニット２０の後方カバー２３が結合されている。

【0033】

前記外部ハウジング１１の内部表面と前記内部ハウジング１２の外部表面は、既定の間隔ほど離隔された状態で互いに対向している。

【0034】

本実施例では、図１に図示されたように前記外部ハウジング１１の内部表面と前記内部ハウジング１２の外部表面との間に、後述する圧縮気体流路２６が形成されている。

【0035】

前記外部ハウジング１１の左端部には、外気が前記圧縮気体流路２６の内部に吸入されうるように、圧縮気体吸入口２４が形成されている。

【0036】

前記圧縮気体吸入口２４は、前記外部ハウジング１１の内部表面と前記内部ハウジング１２の外部表面が互いに協力して形成される円環状の穴である。

【0037】

前記内部ハウジング１２の外周面には、熱交換効率を増加させうる冷却フィン１２１が形成されている。

【0038】

前記冷却フィン１２１は、前記内部ハウジング１２の内部に設けられた冷却気路４１に沿って流れる冷却用気体流Ｇと圧縮気体流路２６に沿って流れる圧縮気体流Ｆとの熱交換効率を増加させるための冷却フィンである。

【0039】

前記冷却フィン１２１は、前記内部ハウジング１２の外周面から前記内部ハウジング１２の半径方向に突出しており、前記第１中心軸Ｃ１に沿って延びている。

【0040】

前記冷却フィン１２１は、複数個設けられて互いに離隔された状態で前記内部ハウジング１２の円周方向に沿って多数個羅列されている。

【0041】

前記冷却フィン１２１の末端部の一部は、図１に図示されたように前記外部ハウジング１１の内部表面と接触した状態を保持している。

【0042】

したがって、前記圧縮気体流路２６は、前記冷却フィン１２１によって、前記第１中心軸Ｃ１の円周方向に沿って多数個空間的に分離された状態で羅列されている。

【0043】

前記モータ収容空間１３には、後述するジャーナル軸受３４とスラスト軸受３５とが装着されるように設けられた軸受取付部１２２が少なくとも１つ以上設けられている。

【0044】

本実施例において前記内部ハウジング１２は、後述する回転軸３１が貫通する部分と前記非接触式防爆ユニット５０が設けられた部分を除き、内部の気体が外部に流出されない実質的な気密構造を備える。

【0045】

前記圧縮ユニット２０は、外気を吸い込んで圧縮する装置であって、羽根車２１、前方カバー２２、及び後方カバー２３を備える。

【0046】

前記羽根車２１は、遠心型ポンプの主要構成として曲面を有する羽根を複数個備えたホイールであって、高速回転が可能なように装着されている。

【0047】

前記前方カバー２２は、前記羽根車２１の前方に配置される金属部材であって、後述する回転軸３１の前端部をカバーすることができるように設けられる。

【0048】

前記後方カバー２３は、前記羽根車２１の後方に配置される金属部材であって、ボルトやスクリューによって前記ハウジング１０と締結される。本実施例において、前記後方カバー２３は、前記外部ハウジング１１と結合されている。

【0049】

前記後方カバー２３は、前記羽根車２１を経た空気が渦旋形に流れるように形成された流路を備えたスクロール(scroll)ケーシング形態に設けられる。

【0050】

前記羽根車２１は、前記圧縮気体吸入口２４を介して流入された空気を圧縮し、前記羽根車２１によって圧縮された空気は、図１に図示されたように圧縮気体排出口２５を介して外部に排出される。

【0051】

前記圧縮気体吸入口２４に吸入された空気は、前記圧縮気体吸入口２４から前記圧縮気体排出口２５まで連結されている圧縮気体流路２６に沿って移動しつつ圧縮される。

【0052】

前記モータ３０は、回転力を発生させる電気モータであって、前記羽根車２１に高速回転力を供給するための装置である。該モータ３０は、回転軸３１、ステータ３２、ロータ３、及び軸受３４を含む。

【0053】

前記回転軸３１は、前記第１中心軸Ｃ１に沿って延びた棒部材であって、前記羽根車２１を回転させるために、前端部が前記羽根車２１と相対回転不可能に結合されている。

【0054】

前記回転軸３１の後端部には、後述するスラスト軸受３５が結合されるスラスト軸受ランナー（図示せず）が設けられている。

【0055】

前記ステータ３２は、界磁コイル(field coil)が巻き取られる固定子(stator)であって、前記モータ収容空間１３に固定された状態で装着される。

【0056】

前記ロータ３３は、永久磁石を含む回転子(rotor)であって、前記回転軸３１の中間部に結合されている。

【0057】

前記ジャーナル軸受３４は、高速回転によって発生する摩擦力を減少させるために、前記回転軸３１を回転可能に支持するジャーナルフォイル空気軸受(Journal foil air bearing)である。

【0058】

前記ジャーナル軸受３４は、前記回転軸３１の半径方向荷重を支持し、前記回転軸３１の前端部と後端部にそれぞれ設けられている。

【0059】

前記回転軸３１の後端部には、１対のスラスト軸受３５が装着されている。本実施例において、前記スラスト軸受３５は、スラストフォイル空気軸受(Thrust foil air bearing)が使用されている。

【0060】

前記スラスト軸受３５は、前記回転軸３１の軸方向荷重を支持するための軸受であって、本実施例において前記スラスト軸受３５は、図１に図示されたように、１対が設けられて前記スラスト軸受ランナー（図示せず）の両面にそれぞれ配置されている。

【0061】

前記ステータ３２と前記ロータ３３との間、前記回転軸３１と前記ステータ３２との間、前記回転軸３１と前記ジャーナル軸受３４との間、前記スラスト軸受３５と前記回転軸３１のスラスト軸受ランナー（図示せず）との間のそれぞれには、既定の間隔が存在する。

【0062】

前記空冷ユニット４０は、前記内部ハウジング１２及びモータ３０を冷却用気体を使用して冷却するための装置であって、冷却気路４１と冷却ファン４２を備える。ここで、前記冷却用気体としては、空気または不活性気体が使用される。

【0063】

前記冷却気路４１は、前記冷却用気体を収容する通路であって、内部に収容された前記冷却用気体流Ｇが循環し続けるように形成されている。

【0064】

前記冷却気路４１は、図２に図示されたように、前記モータ収容空間１３の全体空間を循環し続けるように設けられている。

【0065】

前記冷却気路４１は、前記第１中心軸Ｃ１を中心に回転対称ないし軸対称に配列されることが望ましい。

【0066】

本実施例において、前記冷却気路４１は、前記圧縮気体流路２６と空間的に分離されている。したがって、前記圧縮気体流路２６の内部にある圧縮気体が圧縮される過程で前記圧縮気体流路２６から漏れて前記冷却気路４１に浸透することができない構造である。

【0067】

前記冷却ファン４２は、前記冷却気路４１の内部に収容された冷却用気体を強制循環流動させるための冷却ファン(cooling fan)であって、前記モータ収容空間１３の後端部に装着されている。

【0068】

本実施例において、前記冷却ファン４２は、前記回転軸３１の後端部に相対回転不可能に結合されているので、前記回転軸３１の回転力によって共に回転する。

【0069】

前記非接触式防爆ユニット５０は、図４に図示されたように、前記内部ハウジング１２の内部空間で発生した火炎ｇ１が通過しつつ冷却された後、外部に排出されるように設けられた装置である。

【0070】

本実施例において、前記非接触式防爆ユニット５０は、図４に図示されたように、既定値以下の幅ｄと既定値以上の長さＬを有する間隙ないし通路の形態に設けられる。

【0071】

前記非接触式防爆ユニット５０は、前記回転軸３１の回転運動を干渉しないように、軸対称ないし回転対称の形状を有するように設けられる。

【0072】

本実施例において、前記非接触式防爆ユニット５０は、図４及び図７に図示されたように前記回転軸３１の一端部外周面に形成された第１面３１１と前記内部ハウジング１２に形成された第２面１２３とが互いに協力して形成する円錐状空間部として設けられている。

【0073】

前記回転軸３１の第１面３１１と前記内部ハウジング１２の第２面１２３は、既定の間隔ｄだけ互いに離隔されているので、前記回転軸３１が回転しても、常に前記第１面３１１と第２面１２３は、「非接触」状態を保持する。

【0074】

本実施例において、前記回転軸３１の第１面３１１は、前記回転軸３１の前端部に位置し、前記羽根車２１に向けて行くほど半径が小さくなるテーパー状曲面である。そして、前記内部ハウジング１２の第２面１２３は、前記第１面３１１と対応する形状のテーパー状曲面である。

【0075】

したがって、前記非接触式防爆ユニット５０の円錐状空間部は、前記羽根車２１と既定の距離以内に位置され、前記羽根車２１に向けて行くほど半径が小さくなる方向に配置されている。

【0076】

前記非接触式防爆ユニット５０の一端部は、前記ジャーナル軸受３４のうち前記モータ収容空間１３の前端部に配置されたジャーナル軸受３４が装着された軸受取付部１２２に連通されており、前記非接触式防爆ユニット５０の他端部は、前記圧縮気体流路２６の下流と連通されている。ここで、前記圧縮気体流路２６の下流は、圧縮気体流Ｆが前記羽根車２１に進入する直前の近傍の位置である。

【0077】

したがって、本実施例において、前記非接触式防爆ユニット５０は、前記内部ハウジング１２の内部空間と前記圧縮気体流路２６とを互いに連通させている。

【0078】

前記電気変換装置６０は、前記モータ３０を制御するために電気を変換する装置であって、直流（ＤＣ）成分を交流（ＡＣ）成分に変換するか、逆に、交流（ＡＣ）成分を直流（ＤＣ）に変換して前記モータ３０に供給する装置である。

【0079】

本実施例において、前記電気変換装置６０は、直流（ＤＣ）成分を交流（ＡＣ）成分に変換するインバータ(inverter)を含んでいる。ここで、前記インバータは、パワーインバータ(power inverter)とも称され、適切な変換方法やスイッチング素子、制御回路を介して所望の電圧と周波数出力値を得る。

【0080】

前記電気変換装置６０は、各種の発熱部品を内部に収容する金属材質のケース６１を含む。

【0081】

前記ケース６１は、内部の各種の発熱部品が焼損されて火炎が発生しても、その火炎が外部に流出されないように、気密可能な構造を有する。

【0082】

本実施例において、前記ケース６１は、前記外部ハウジング１１の下端部に配置され、前記ハウジング１０と熱交換可能なように、図１に図示されたように、前記外部ハウジング１１の外周面に接触された状態を保持している。

【0083】

本実施例では、前記ケース６１は、図１に図示されたように、前記外部ハウジング１１を経て前記冷却フィン１２１の末端部と熱交換可能な位置に配置されている。

【0084】

前記ケース６１の内部上端には、スイッチングモジュール６２が配置されており、前記ケース６１の内部下端には、制御機６３が配置されている。

【0085】

前記スイッチングモジュール６２は、前記電気変換装置６０の主要発熱部品であって、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT、Insulated/Isolated Gate bi-polar Transistor)を含んでいる。

【0086】

前記制御機６３は、前記モータ３０の回転速度を調節するなど、前記モータ３０の作動全般を制御する装置である。

【0087】

以下、上述した構成のターボ圧縮機１００が作動する方法の一例を説明する。

【0088】

前記モータ３０の回転軸３１が回転すれば、前記羽根車２１と前記冷却ファン４２とが回転し、前記圧縮気体吸入口２４を介して流入された空気Ｆは、前記圧縮ユニット２０の圧縮気体流路２６に沿って流れつつ、圧縮されて前記圧縮気体排出口２５を介して外部に排出される。この際、前記圧縮気体流路２６は、前記冷却気路４１と空間的に分離されているので、前記圧縮気体流路２６の内部で流れる空気が圧縮される過程で漏れて前記冷却気路４１に浸透することができない。すなわち、前記圧縮気体流路２６に沿って流れる空気のフローＦと前記冷却気路４１に沿って流れる冷却用気体流Ｇは、互いに混合されない。

【0089】

前記冷却気路４１の内部に収容された冷却用気体Ｇは、前記冷却ファン４２によって強制循環されることで、図２に図示されたように、前記ステータ３２の界磁コイル、前記回転軸３１、前記ロータ３３、前記ジャーナル軸受３４、及びスラスト軸受３５を経て通り過ぎる。

【0090】

この際、前記モータ収容空間１３の外郭を流れる冷却用気体Ｇは、前記外部ハウジング１１と前記内部ハウジング１２との間に流れる圧縮気体流Ｆによって迅速に冷却される。特に、前記冷却フィン１２１によって、前記モータ収容空間１３の外郭を流れる冷却用気体Ｇと前記圧縮気体流Ｆとの熱交換効率が非常に高くなる。

【0091】

一方、前記ターボ圧縮機１００の作動中に、前記内部ハウジング１２の内部に存在するモータステータ３２の焼損または軸受３４、３５の摩擦などによって発生する火炎によって内部爆発が発生すれば、それによる火炎流ｇ１が発生するが、図４に図示されたように、前記火炎流ｇ１は、前記非接触式防爆ユニット５０の一端部に流入された後、前記非接触式防爆ユニット５０を通過して前記非接触式防爆ユニット５０の他端部に排出される。

【0092】

この際、前記内部ハウジング１２の内部空間で発生した火炎ｇ１が前記非接触式防爆ユニット５０を通過しつつ冷却された後、外部に排出されるので、前記圧縮気体流Ｆに前記火炎流ｇ１が合流されても、前記圧縮気体Ｆが爆発する事故は発生しない。

【0093】

上述した構成のターボ圧縮機１００は、気体を圧縮して外部に供給するターボ圧縮機であって、前記気体が吸入される圧縮気体吸入口２４、前記圧縮気体吸入口２４を介して流入された気体を圧縮する羽根車２１、前記羽根車２１によって圧縮された前記気体が外部に排出される圧縮気体排出口２５、前記圧縮気体吸入口２４から前記圧縮気体排出口２５まで連結されている圧縮気体流路２６を備える圧縮ユニット２０；前記羽根車２１を回転させるために、一端部が前記羽根車２１と結合されている回転軸３１を備えるモータ３０、前記モータ３０を収容するモータ収容空間１３を備えたハウジング１０、前記モータ収容空間１３を通過するように設けられ、内部に収容された冷却用気体Ｇが続けて循環可能なように形成されている冷却気路４１、前記回転軸３１の半径方向荷重または軸方向荷重を支持する軸受であって、少なくとも１つ以上が設けられている空気軸受（ジャーナル軸受３４、スラスト軸受３５）、及び前記ハウジング１０の内部空間で発生した火炎が通過しつつ冷却された後、外部に排出されるように設けられた通路であって、既定値以下の幅ｄと既定値以上の長さＬを有する非接触式防爆ユニット５０を含み、前記圧縮気体流路２６は、前記冷却気路４１と空間的に分離されることにより、前記圧縮気体流路２６の内部にある気体が前記冷却気路４１に浸透することができないので、前記空気軸受（ジャーナル軸受３４、スラスト軸受３５）によって使用寿命が増加し、振動ノイズが減少すると共に、前記内部ハウジング１２の内部に存在するモータステータ３２の焼損または軸受３４、３５の摩擦などによって発生する火炎によって内部爆発が発生しても、それによる火炎流ｇ１が前記非接触式防爆ユニット５０を通過しつつ冷却された後、外部に排出されるので、前記圧縮気体Ｆが爆発する事故を防止することができる長所がある。

【0094】

そして、前記ターボ圧縮機１００は、前記非接触式防爆ユニット５０が、前記ハウジング１０の内部空間（モータ収容空間１３）と前記圧縮気体流路２６とを互いに連通させているので、前記圧縮気体流路２６を流動する圧縮気体流Ｆによって発生する負圧によって前記非接触式防爆ユニット５０を通過する火炎流ｇ１が加速される長所がある。

【0095】

また、前記ターボ圧縮機１００は、前記非接触式防爆ユニット５０が、前記回転軸３１の一端部外周面に形成された第１面３１１と前記ハウジング１０に形成された第２面１２３とが互いに協力して形成する円錐状空間部であり、前記円錐状空間部は、前記羽根車２１と既定の距離以内に位置され、前記羽根車２１に向けて行くほど半径が小さくなる方向に配置されているので、一般的に前記回転軸３１の前端部がテーパー状を有する点を考慮するとき、前記内部ハウジング１２の他の部分を機械加工する場合に比べて、前記非接触式防爆ユニット５０を形成するための機械加工を最小化することができる長所がある。

【0096】

そして、前記ターボ圧縮機１００は、前記冷却気路４１の内部に収容された冷却用気体Ｇを強制流動させるための冷却ファン４２を含むので、前記冷却気路４１の内部に収容された冷却用気体Ｇを強制循環させうる長所がある。

【0097】

また、前記ターボ圧縮機１００は、前記冷却ファン４２が前記回転軸３１の後端部に配置され、前記回転軸３１の回転力によって回転するので、前記冷却ファン４２を回転させるための別途のモータが不要であるという長所がある。

【0098】

そして、前記ターボ圧縮機１００は、前記圧縮気体流路２６と前記冷却気路４１との間に熱交換効率を増加させうる冷却フィン１２１が設けられているので、冷却用気体Ｇと圧縮気体Ｆとの熱交換効率が増加する長所がある。

【0099】

また、前記ターボ圧縮機１００は、前記モータ３０を制御するための電気変換装置６０を含み、前記電気変換装置６０は、内部の発熱部品を気密に収容可能な金属材質のケース６１を含み、前記ケース６１は、前記ハウジング１０と熱交換可能に接触状態を保持しているので、前記ケース６１の内部で焼損や爆発が発生しても、火炎が外部に漏れず、同時に前記ケース６１内部の発熱部品が迅速に冷却されうる長所がある。

【0100】

そして、前記ターボ圧縮機１００は、前記圧縮気体流路２６と前記冷却気路４１との間に熱交換効率を増加させうる冷却フィン１２１が設けられており、前記ケース６１は、前記冷却フィン１２１と熱交換可能な位置に配置されているので、前記冷却フィン１２１の間を流動する圧縮気体流Ｆによって前記電気変換装置６０がさらに迅速に冷却されうる長所がある。

【0101】

本実施例では、前記非接触式防爆ユニット５０が図４に図示されたように「直線的」に形成されているが、そのような形状の代わりに、前記ハウジング１０の内部空間で発生した火炎流ｇ１が通過する距離を実質的に増加させるように、図５に図示された階段状の非接触式防爆ユニット５０ａ、図６に図示された波動形態の非接触式防爆ユニット５０ｂのようなもののうち一形状を有するということはいうまでもない。ここで、前記非接触式防爆ユニット５０は、前記非接触式防爆ユニット５０ａ、５０ｂのような形状に限らず、火炎流ｇ１が通過する距離を実質的に増加させ、前記回転軸３１が回転しても、常に前記第１面３１１と第２面１２３とが「非接触」状態を保持可能であれば、どのような形状も可能である。

【0102】

本実施例では、前記非接触式防爆ユニット５０が、図４及び図７に図示されたように、前記回転軸３１の一端部外周面に形成された第１面３１１と前記内部ハウジング１２に形成された第２面１２３が互いに協力して形成する円錐状空間部として設けられているが、その代わりに、前記回転軸３１の一端部外周面に形成された第１面３１１と前記ハウジング１０に形成された第２面１２３が互いに協力して形成する円筒状空間部として設けられてもよいということはいうまでもない。

【0103】

本実施例では、前記非接触式防爆ユニット５０が前記内部ハウジング１２の内部空間と前記圧縮気体流路２６とを互いに連通させているが、前記非接触式防爆ユニット５０が前記内部ハウジング１２の内部空間と前記外部ハウジング１１の外部とを互いに連通させることも可能である。

【0104】

本実施例では、前記非接触式防爆ユニット５０が、前記モータ収容空間１３の前端部に配置されたジャーナル軸受３４の軸受取付部１２２と前記圧縮気体流路２６の下流を連通させているが、前記非接触式防爆ユニット５０が前記モータ収容空間１３の任意の地点と前記圧縮気体流路２６の任意の地点とを互いに連通させることもできる。

【0105】

本実施例では、前記非接触式防爆ユニット５０が、図７に図示されたように前記第１中心軸Ｃ１の円周方向に沿って３６０°全周にわたって形成される円錐状空間部として形成されているが、前記第１中心軸Ｃ１の円周方向に沿って一部は空間部が形成され、一部は空間部が形成されない方式で、交互にないしは間歇的に空間部が形成されうるということはいうまでもない。

【0106】

本実施例では、前記冷却ファン４２が前記回転軸３１の後端部に直接結合されているが、別途の電気モータによって駆動されうるということはいうまでもない。

【0107】

本実施例では、気密のための別途のシーリング(sealing)手段が説明されていないが、多様な種類のシーリング手段が使用されうるということはいうまでもない。

【0108】

以上、本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は、上述した実施例の記載内容に限定されず、当該技術分野の通常の知識を有する者によって修正または変更された等価の構成は、本発明の技術的思想の範囲を外れないということは明白である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】