压缩机和具有该压缩机的涡轮冷却器的制作方法

本公开涉及一种具有制冷剂泄漏减少功能的压缩机。

背景技术：

通常，空调是冷却或加热室内空间的设备。

空调包括：压缩机，其被配置为压缩制冷剂；冷凝器，其被配置为对从压缩机排出的制冷剂进行冷凝；膨胀器，其被配置为使已经过冷凝器的制冷剂膨胀；以及蒸发器，其被配置为使已通过膨胀器膨胀的制冷剂蒸发。

涡轮冷却器包括被配置为吸入低压制冷剂并将制冷剂压缩为高压状态的压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，因此可执行制冷循环。

离心涡轮压缩机设置在涡轮冷却器中。

涡轮压缩机可被操作以在将从驱动马达生成的动能转换为静压的同时排出高压状态的气体，并且包括通过驱动马达的驱动力旋转以压缩制冷剂的一个或更多个叶轮以及被配置为容纳叶轮的外壳。

传统涡轮压缩机包括：壳体，其设置有制冷剂入口和制冷剂出口；马达，其被设置在壳体中；旋转轴，其被安装在壳体中并通过马达的驱动力旋转；以及动力传递构件，其将马达连接到旋转轴，因此将马达的驱动力传递到旋转轴。

压缩机还包括位于壳体中并被配置为可通过旋转轴旋转的叶轮。

叶轮包括联接到旋转轴的轮毂以及设置在轮毂的外周表面上并压缩制冷剂的多个叶片。

叶轮罩被设置在壳体内以围绕叶轮。

通过制冷剂入口进入压缩机的制冷剂流向叶轮的叶片与叶轮罩之间的分隔空间(或吸入空间)。

叶轮与旋转轴一起旋转。在叶轮旋转的同时，制冷剂被吸入到叶轮的吸入空间中并被压缩，压缩的制冷剂通过制冷剂出口排出到外部。

参照图10a，叶轮400的中心连接到旋转轴。叶轮400通过旋转轴的旋转而旋转。

叶轮400的外径在从叶轮400的前端到后端的方向上增加。制冷剂形成从叶轮400的前端到后端的流动路径。

第一支撑结构设置在叶轮400的前端。第一支撑结构可以是扩散器。扩散器将制冷剂引导到叶轮400的叶片。

第二支撑结构设置在叶轮400的后端。第二支撑结构可以是另一扩散器或压缩机主体的一部分。

叶轮400可设置在第一和第二支撑结构之间。在第一和第二支撑结构之间形成通过叶轮400的旋转而被压缩的制冷剂沿其排出的排出流动路径。

第一和第二支撑结构分别具有被配置为围绕叶轮400的后端的外周的阶梯部。

各个阶梯部与叶轮400的圆周间隔开指定的距离。即，阶梯部防止与旋转的叶轮400的摩擦。

叶轮400的前端的外周与形成在第一支撑结构中的孔的内周间隔开。

密封件500设置在叶轮400的前端的外周与孔的内周之间。密封件500的内周与叶轮400的前端的外周间隔开指定的距离。

通过上述配置，制冷剂通过其前端被引入到旋转的叶轮400中并沿着排出流动路径通过叶轮400的后端排出。这里，叶轮400的后端处的制冷剂的压力被设定为高于叶轮400的前端处的制冷剂的压力。

也就是说，在叶轮400的前端和后端之间存在压力差。

因此，沿着排出流动路径排出的指定量的制冷剂通过第一和第二支撑结构的阶梯部与叶轮400的后端的外周之间形成的间隙泄漏到叶轮400的前端。传统压缩机的冷却能力由于制冷剂的泄漏而降低。

技术实现要素：

因此，鉴于上述问题而做出本公开，并且本公开的目的是提供一种具有减少制冷剂泄漏的功能的压缩机以及具有该压缩机的涡轮冷却器，其可减小叶轮的两端的内周与被设置为围绕叶轮的端部的内周的支撑件之间的压力差，因此使排出的制冷剂的泄漏最小化。

根据本公开的一方面，以上和其它目的可通过提供一种具有制冷剂泄漏减少功能的压缩机来实现，该压缩机包括：压缩机主体，其被配置为具有形成在其一端的制冷剂入口和形成在其剩余端的制冷剂出口；驱动器，其包括安装在压缩机主体中的驱动轴；支撑件，其沿着驱动轴设置并且被配置为具有形成在其中的中空部、连接到制冷剂入口的流入路径以及连接到制冷剂出口的流出路径；转子，其连接到驱动轴，设置在中空部中，并且被配置为具有连接到流入路径和流出路径的压缩流动路径；以及密封件，其被安装在中空部的前端的内周上，被配置为围绕转子的前端的外周，其中，转子的后端的外周与中空部的后端的内周形成间隙，并且密封件的内周和转子的前端的外周形成为彼此对应的不平形状，从而能够减小用作转子的叶轮的两端的内周与被设置为围绕叶轮的端部的内周的支撑件之间的压力差，因此使压缩并排出的制冷剂的泄漏最小化。

根据本公开的另一方面，提供了一种包括该压缩机的涡轮冷却器。

附图说明

本公开的以上和其它目的、特征和其它优点将从以下结合附图进行的详细描述更清楚地理解，附图中：

图1是示出根据本公开的冷却器的立体图；

图2是示出根据本公开的压缩机的立体图；

图3是根据本公开的压缩机的横截面图；

图4是图3的部分a的放大横截面图；

图5是图3的部分b的放大横截面图；

图6是图3的部分c的放大横截面图；

图7是示出根据本公开的密封件与转子之间的联接的横截面图；

图8是图7的部分d的放大横截面图；

图9是示出根据本公开的第一和第二突起之间的设置关系的图；

图10a是示出传统压缩机的转子与支撑件之间的制冷剂流动的图；

图10b是示出根据本公开的转子与支撑件之间的制冷剂流动的图；

图11a是示出传统压缩机的转子与密封件之间的关系的示意图；

图11b是示出根据本公开的转子与密封件之间的关系的示意图；

图12是示出通过图11a和图11b的配置测量制冷剂的排出系数的结果的曲线图。

具体实施方式

本公开的优点和特征及其实现方式将参考下面结合附图描述的实施方式变得显而易见，提供这些实施方式以使得本公开的描述彻底并向本领域技术人员充分传达本公开的范围。在本公开的以下描述中，包含在本文中的已知功能和配置的详细描述在可能使本公开的主题不清楚时将被省略。以下，现在将详细参考本公开的示例性实施方式，其示例示出于附图中。只要可能，贯穿附图将使用相同的标号来表示相同或相似的部分。

在实施方式的以下描述中，诸如“第一”和“第二”的术语可用于描述各种元件，而非限制元件。这些术语仅用于将一个元件与其它元件相区分。例如，在不脱离本公开的范围和精神的情况下，第一元件可被称为第二元件，并且类似地，第二元件可被称为第一元件。

在实施方式的以下描述中，将理解，当提及部件在另一部件“上”或“下方”时，该部件可“直接在”另一部分“上”或“下方”，或者其它部件可被插置在两个部件之间。

另外，将理解，当元件或层被称为“接合到”、“连接到”或“联接到”另一元件或层时，元件或层可直接接合、连接或联接到另一元件或层，或者元件或层可通过其它元件或层“接合到”、“连接到”或“联接到”另一元件或层，或者可在两个元件或层之间存在中间元件或层。

贯穿实施方式的以下描述，除非上下文清楚地另外指示，否则各个元件的单数形式也可包括复数形式。

在实施方式的以下描述中，单数表达可涵盖复数表达，除非它们具有明显不同的上下文含义。在实施方式的以下描述中，诸如“包括”、“包含”和“具有”的术语将被解释为指示存在说明书中所述的特性、数量、步骤、操作、元件或部件或其组合，并且不排除一个或更多个其它特性、数量、步骤、操作、元件、部件或其组合的存在或添加其的可能性。

以下，将参照附图描述根据本公开的多个实施方式的具有制冷剂泄漏减少功能的压缩机以及具有该压缩机的涡轮冷却器。

这里，根据本公开的压缩机包括在冷却器中。因此，将理解，压缩机的描述包括在冷却器的以下描述中。

图1是示出根据本公开的冷却器的立体图。

参照图1，根据本公开的冷却器包括压缩机1、冷凝器2、节能器4和蒸发器5。根据本公开的冷却器执行多级压缩。

压缩机1包括第一压缩机1a和第二压缩机1b。第一压缩机1a和第二压缩机1b通过管道1c连接。

第二压缩机1b的后端连接到冷凝器2。第一压缩机1a的前端连接到蒸发器5。冷凝器2连接到节能器4。节能器4连接到管道1c，管道1c将第一压缩机1a和第二压缩机1b连接。此外，节能器4连接到蒸发器5。

节能器4将冷凝的制冷剂分离为气态的制冷剂和液态的制冷剂。气态的制冷剂被供应到管道1c，管道1c将第一压缩机1a和第二压缩机1b连接。液态的制冷剂被供应到蒸发器5。

冷凝器2、节能器4和蒸发器5是本领域中熟知的，因此将省略其详细描述。

根据本公开的第一压缩机1a和第二压缩机1b串联连接。第一压缩机1a和第二压缩机1b具有相同的配置。以下，第一压缩机1a和第二压缩机1b将被统称为压缩机1。

图2是示出根据本公开的压缩机的立体图。

参照图2，根据本公开的各个压缩机1包括压缩机主体100。制冷剂入口101形成在压缩机主体100的前端。制冷剂出口102形成在压缩机主体100的中心处。蒸发的制冷剂通过制冷剂入口101流到压缩机1中。通过压缩机1以指定的压力压缩的制冷剂通过制冷剂出口102被供应到冷凝器2。

根据本公开的压缩机1执行多级压缩。因此，压缩机1具有三个转子400。

图3是根据本公开的压缩机的横截面图。

参照图2和图3，根据本公开的压缩机1包括上述压缩机主体100。第一空间a1和第二空间a2形成在压缩机主体100内部。

驱动器200被设置在第一空间a1中。支撑件300和转子400被设置在第二空间a2中。

压缩机1包括驱动器200。驱动器20包括驱动马达210和驱动轴220。驱动马达210被设置在压缩机主体100的后端。驱动轴220以轴联接方式连接到驱动马达210。驱动轴220延伸以设置在第二空间a2中。

支撑件300包括第一支撑件301、第二支撑件302和第三支撑件303。第一支撑件301、第二支撑件302和第三支撑件303沿着驱动轴220顺序地设置。

驱动轴220穿过第一支撑件301、第二支撑件302和第三支撑件303的中心。第一支撑件301、第二支撑件302和第三支撑件303可具有功能相同的结构。

现在，作为示例将描述第一支撑件301的配置。

第一支撑件301包括支撑件主体310，在支撑件主体310中形成有中空部311。中空部311的内径形成为在从支撑件主体310的前端到后端的方向上逐渐扩大。

连接到中空部311的流入路径312形成在支撑件主体310的前端中。连接到中空部311的流出路径313形成在支撑件主体310的后端中。中空部311连接到流入路径312和流出路径313以形成一体。

流入路径312形成具有笔直形状的流动路径。流出路径313在与驱动轴220正交的方向上形成流动路径。

中空部311具有在与驱动轴200正交的方向上形成在支撑件主体310的一端的第一平面311a、在与驱动轴200平行的方向上形成在支撑件主体310的另一端的第二平面311b以及倾斜以将第一平面311a连接到第二平面311b的第三平面311c。

第三平面311c倾斜以在从中空部311的一端到另一端的方向上扩大。

中空部311在支撑件主体310的中心处形成空间。

转子400设置在具有上述配置的支撑件300中。转子400是在其外周上形成有多个叶片的叶轮。

转子400被设置在支撑件300的中空部311中。转子400的直径在从转子400的前端到后端的方向上逐渐增大。

转子400的外周在从转子400的前端到后端的方向上向内凹入。

在转子400的外周与中空部311的内壁之间形成具有指定的体积的空置空间b。

此外，转子400的前端被设置在中空部311的前端中以旋转。转子400的前端的外周与支撑件主体310的中空部311的前端的内周间隔开。转子400的前端形成为与第一平面311a共线。

转子400的后端被设置在中空部311的后端中以旋转。转子400的后端被设置为与第二平面311b共线。

转子400的后端的上表面通过指定的间隙g与第二平面311b间隔开。

转子400具有压缩流动路径410。压缩流动路径410将转子400的前端和后端连接。由于转子400的旋转而流到转子400中的制冷剂在压缩流动路径410中被压缩，并且被排出到流出路径313。压缩流动路径410形成在箭头a的方向上。

压缩流动路径410的入口连接到流入路径312。压缩流动路径410的出口连接到流出路径313。

根据本公开的密封件500被安装在围绕转子400的前端的外周的中空部311的前端的内周上。

密封件500的内周与转子400的前端的外周间隔开。

图4是图3的部分a的放大横截面图。图5是图3的部分b的放大横截面图。图6是图3的部分c的放大横截面图。

即，这些图是示出密封件500的安装状态的放大横截面图。

参照图4至图6，根据本公开的密封件500包括密封件主体501以及从密封件主体501的内周突出的第一突起510。第一突起510在密封件主体501的宽度方向上以指定的间隔设置。第一突起510在支撑件主体310的径向方向上突出。

密封件主体501被插入到支撑件主体310的中空部311中以联接到中空部310的内周。

第一凹槽511形成在第一突起510之间。第一突起510形成为矩形形状。第一凹槽511形成为矩形形状。

第一突起510具有在两个邻近第一突起510之间的第一间隔s1以及第一突出高度l1。第一凹槽511具有第一深度d1。

转子400的前端被设置在密封件500的中空部中。

转子400的前端的外周与密封件500的中空部的内周间隔开。

第二突起420形成在转子400的前端的外周上。第二凹槽421形成在第二突起420之间。第二突起420形成为矩形形状。第二凹槽421形成为矩形形状。

第二突起420具有两个邻近第二突起420之间的第二间隔s2以及第二突出高度l2。第二凹槽421具有第二深度d2。

第一突起510被设置为与第二突起420之间的各个第二凹槽421对应。

第二突起420被设置为与第一突起510之间的各个第一凹槽511对应。

因此，在转子400的前端的外周与密封件主体501的内周之间形成之字形流动路径。

此外，转子400的另一端的上表面与形成流出路径313的中空部311的内周间隔开指定的距离。因此，形成在转子400中的压缩流动路径的另一端形成连接到流出路径313的流动路径。这里，流动路径通过间隙g暴露于转子400与支撑件主体310的中空部311的内壁之间的空间b。

支撑件300和转子400的上述配置可以是设置在压缩机主体100的前端的第一支撑件301和第一转子401的配置。

根据本公开的第二支撑件302和第二转子402可具有与第一支撑件301和第一转子401的上述配置相同的配置。此外，根据本公开的第三支撑件303和第三转子403可具有与第一支撑件301和第一转子401的上述配置相同的配置。这里，第一支撑件301、第二支撑件302和第三支撑件303包括第一转子401、第二转子402和第三转子403，并且沿着驱动轴220顺序地设置。此外，第一支撑件301、第二支撑件302和第三支撑件303是不旋转的元件，第一转子401、第二转子402和第三转子403是中心连接到驱动轴220以旋转的元件。因此，将省略第二支撑件302和第三支撑件303以及第二转子402和第三转子403的配置的描述。

图7是示出根据本公开的密封件与转子之间的联接的横截面图。图8是图7的部分d的放大横截面图。

参照图7和图8，密封件500的内周上形成有第一突起510，使得多个第一凹槽511形成在第一突起510之间。

转子400的前端的外周上形成有第二突起420并位于第一凹槽511内。

在第二突起420之间形成与相应第一突起510对应设置的多个第二凹槽421。

第一突起510和第二突起420形成为矩形形状。

密封件500的内周上形成有第一阶梯平面530。

第一阶梯平面530的内径形成在从密封件主体501的后端到前端的方向上下降的台阶。

转子400的前端的外周上与第一阶梯平面530对应形成有第二阶梯平面430。因此，第二阶梯平面430的内径形成在从转子400的后端到前端的方向上下降的台阶。

第一阶梯平面530和第二阶梯平面430之间形成指定的间隙。

因此，根据本公开的第一突起510形成在第一阶梯平面530上。第一突起510可在密封件主体501的宽度方向上以相同的间隔形成。当然，第一突起510之间的间隔可在从密封件主体501的后端到前端的方向上逐渐减小。

根据本公开的第二突起420形成在第二阶梯平面430上。第二突起420可在转子400的宽度方向上以相同的间隔形成。当然，第二突起420之间的间隔可在从转子400的后端到前端的方向上逐渐减小。

此外，转子400的另一端的上表面与中空部311的后端(即，支撑件主体310的中空部311的靠近流出路径311的内壁)间隔开指定的间隙g。这里，转子400的另一端的上表面平行于中空部311的第二平面311b。

图9是示出根据本公开的第一和第二突起之间的设置关系的图。

参照图9，第一突起510的第一高度l1被设定为比第二突起420的第二高度l2大指定的高度。

第一突起510的尖端和第二突起420的尖端共线地设置。

第一凹槽511的宽度w和第二凹槽421的宽度w相同。

第一凹槽511的宽度w被设定为大于第二突起420的宽度。

第一突起510被分别设置为位于第二凹槽421的中心处。

第二突起420被分别设置为位于第一凹槽511的中心处。

第一凹槽511的第一深度d1被设定为比第二凹槽421的第二深度d2大指定的深度。

第一突起510和第二突起420以及第一凹槽511和第二凹槽421形成为矩形形状。

通过上述配置，在第一突起510和第二突起420之间形成之字形流动路径。

之字形流动路径用于增加与制冷剂的摩擦力，因此阻碍制冷剂的流动。

以下，将描述具有上述配置的压缩机1的功能。在以下描述中，参考图1至图9以便理解压缩机1的配置。

参照图2，从蒸发器5或节能器4流出的制冷剂通过制冷剂入口101流到压缩机1中。

驱动器200使驱动轴220旋转。由于驱动轴220的旋转，第一转子401、第二转子402和第三转子403以指定的速度旋转。这里，被设置为围绕第一转子401、第二转子402和第三转子403的第一支撑件301、第二支撑件302和第三支撑件303不旋转。

图10a是示出传统压缩机的转子与支撑件之间的制冷剂流动的图，图10b是示出根据本公开的转子与支撑件之间的制冷剂流动的图。

制冷剂通过第一支撑件301的流入路径312流到正在旋转的转子400的压缩流动路径410的入口中。流到压缩流动路径410中的制冷剂通过转子400的离心力以指定的压力被压缩。制冷剂在被压缩的同时沿着压缩流动路径410流动。流动的制冷剂通过压缩流动路径410的出口被排出到形成在支撑件主体310的中空部311的后端的流出路径313。

这里，由于压缩的制冷剂的流出，在压缩流动路径410的出口和流出路径313处形成第一压力。此外，作为转子400的外周与支撑件主体310的中空部311的内部空间b之间的压力，可形成比第一压力低的压力。

即，在流出路径313的入口与中空部311的内部空间b之间可存在压力差。

因此，如图10a所示，指定量的制冷剂可通过形成在旋转的转子400的后端的上表面与形成流出路径313的支撑件主体310的中空部311的第二平面311b之间的间隙g泄漏到中空部311的内部空间b。

这里，传统转子400的外周形成平坦表面。泄漏到中空部311的内部的制冷剂通过转子400的前端与安装在支撑件300的中空部311的前端的密封件500之间的空间泄漏到外部。

相比之下，如图10b所示，根据本公开的转子400的前端的外周和密封件主体310的内周通过第一突起510和第二突起420形成之字形流动路径。

因此，从中空部311的内部空间b流到之字形流动路径中的制冷剂在经过第一突起510和第二突起420的同时形成指定大小或更高的摩擦力。泄漏到外部的制冷剂的量可通过之字形流动路径减小至指定的量。

即，在本公开中，可在之字形流动路径中形成与上述第一压力相似的第二压力。

因此，由于第二压力被设定为与第一压力相似，所以第一压力与中空部的内部压力之间的差异可减小至指定差异或更小。

因此，通过转子400的压缩流动路径410的出口排出到流出路径313的指定量或更多的制冷剂可不通过上述间隙g泄漏到中空部311的内部空间b。

图11a是示出传统压缩机的转子与密封件之间的关系的示意图，图11b是示出根据本公开的转子与密封件之间的关系的示意图，图12是示出通过图11a和图11b的配置测量制冷剂的排出系数的结果的曲线图。

[式1]

上式1是用于在流动路径的入口和出口处的压力条件相同时计算排出系数的式。

这里，m是制冷剂泄漏量[kg/s]，cd是排出系数，a是转子(即，叶轮)与密封件之间的面积，p是压力，ρ是密度，n是第一和第二突起的数量。

图11a示出转子400的外周形成平坦表面并且在密封件主体501中形成凹槽511的情况。

在这种情况下，将理解，作为使用上式1计算的结果，制冷剂的排出系数cd为1.0至1.2，如图12所示。

相比之下，图11b示出第二突起420形成在转子400的外周上，第一突起510形成在密封件主体501的内周上，因此形成之字形流动路径的情况。

在这种情况下，将理解，作为使用上式1计算的结果，制冷剂的排出系数cd为0.6至0.8，如图12所示。

因此，在流动路径的入口和出口处的压力条件相同的状态下，作为基于通过流分析计算的流量和压力分布计算排出系数的结果，可确认上述之字形流动路径中的制冷剂的排出系数(cd)低于直线流动路径中的制冷剂的系数。

即，由于泄漏的制冷剂的量随着排出系数(cd)减小而减小，所以在本公开的一个实施方式中，通过各个转子压缩并排出，然后通过转子的前端泄漏到外部的制冷剂的量可减小至指定量或更小。

通过本公开的压缩机的上述配置和功能，叶轮的两端的内周与设置为围绕叶轮的端部的内周的支撑件之间的压力差可减小，因此，压缩并排出的制冷剂的泄漏可最小化。

尽管图中未示出，第二突起可成对形成。

成对的第二突起被设置为与一个第一凹槽对应。

由此，第一和第二突起与经过第一和第二突起的制冷剂之间的摩擦力可增大至指定大小或更大。

此外，被设置为位于一个第一凹槽的位置处的成对第二突起可具有不同的高度。此配置可进一步增大上述摩擦力。这可使得上述第一压力和第二压力彼此相似，差异为指定值或更小。

此外，根据本公开，可在各个第二突起上形成倾斜表面。

倾斜表面可形成为沿着转子的后端倾斜。

因此，第二突起的倾斜表面可物理地限制沿着第一和第二突起之间形成的流动路径泄漏到中空部的内表面的制冷剂的流动。

通过本公开的上述配置，叶轮的两端的内周与设置为围绕叶轮的端部的内周的支撑件之间的压力差可减小，因此，压缩并排出的制冷剂的泄漏可最小化。

由此，在本公开中，压缩机的压缩效率增加，因此，可有效地防止冷却器的冷却能力的减小。

从以上描述显而易见的是，根据本公开的具有制冷剂泄漏减少功能的压缩机以及具有该压缩机的涡轮冷却器减小了用作转子的叶轮的两端的内周与设置为围绕叶轮的端部的内周的支撑件之间的压力差，因此可使压缩并排出的制冷剂的泄漏最小化。

由此，压缩机的压缩效率增加，因此，可有效地防止冷却器的冷却容量的减小。

尽管出于例示性目的已公开了本公开的示例性实施方式，但是本领域技术人员将理解，在不脱离所附权利要求中公开的本公开的范围和精神的情况下，可进行各种修改、添加和替换。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年12月31日提交于韩国知识产权局的韩国专利申请no.10-2019-0179054的优先权，其公开整体通过引用并入本文。