JP2019507280A - 遠心吸入式ハイブリッドベーン流体機械 - Google Patents
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Abstract
本発明は遠心吸入式ハイブリッドベーン流体機械に関するもので、より詳しくは、圧縮機の内部で回転されるカムリングに複数の最終吸入口を内周縁から外周縁に貫通して形成されて、回転時に流体の流入が円滑になるようにし、内部にオイル通路を形成して複数の内部構成のシーリング効果がベーンの背圧を加える役割を果たし、それにより、流体の漏洩防止とともに摩擦を減少させ、流体の最初吐出口をベーンまたは流体室の個数だけ形成することにより圧縮機の効率を上昇させ、カムリングは偏心して設置されて回転接触力が増加されるようにすることで、既存の圧縮機の長所を全部備えながらも圧縮機の効率は上昇される遠心吸入式ハイブリッドベーン流体機械に関するものである。
Description
本発明は圧縮機、液体ポンプ、真空ポンプ、ブロワーなどの流体機械に関するものである。
自動車等の圧縮流体機械として広く用いられる圧縮機にはロータリーベーン圧縮機及びロータリー圧縮機がある。
その中、ロータリーベーン圧縮機はベーンが挿入された円筒状のローターとローター外部のシリンダーとの間にベーンで分離される圧縮空間を形成し、ローターの回転によって圧縮空間が縮小されながら吐出する構成を有する。
このようなロータリーベーン圧縮機の場合、図6の(a)のように、複数のベーンが設置されていることから、トーク変動と脈動は小さいが、ベーンが回転するため回転速度が早くなるほどベーンの遠心力も大きくなってベーンとシリンダーとの間の摺動部の荷重及び摩擦損失が大きくなり、特に高速回転時に効率が低いという短所があった。
また、ロータリー圧縮機(ローリングピストン)の場合には円形のシリンダーと、その内部で回転中心周りを偏心回転するクランク軸に挿入されて回転するローラーと、スプリングによってローラーの表面に押されて吸入側と吐出側を区切るベーンと、ガスが吸入される吸入管と、弾性材料からなるバルブ板によって遮断される吐出穴を備えて構成される。
しかしながら、このような従来のロータリー圧縮機(ローリングピストン)は、図6の(b)のように、ベーンは回転しないで往復運動のみしてベーンに遠心力が加えられないが、1回転当たり一度の圧縮過程を経るためトーク変動と脈動が大きいという短所があった。
本発明は前述したような問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は圧縮機を構成する構成の中で内部のカムリングに吸入口を一つ以上形成し、別途のオイル通路を形成してオイルを通じてシーリング(sealing)効果とともにベーンの背圧を加える用途で用いられることができるようにし、流体排出口を流体室またはベーンの個数だけ形成することにより圧縮機の効率を上昇させ、カムリングを偏心結合して回転されるようにすることにより、回転密着性がよくなって流体の漏洩が小さくなるようにしたもので、トーク変動と脈動が小さく、ベーンに遠心力が加えられないようにしてベーンとシリンダーの摺動部との摩擦損失を減小した遠心吸入式ハイブリッドベーン流体機械を提供することにある。
本発明の他の目的及び長所は以下で説明され、本発明の実施例によって明らかになり得る。また本発明の目的及び長所は特許請求範囲に記載された手段及び組み合わせによって実現されることができる。
本発明では前述したような問題点を解決するための手段として、回転手段によって回転可能に設置された回転軸20と、前記回転軸20に固定締結されて共に回転されるカムリング30と、前記回転軸20に締結されたカムリング30が内設され、内設されたカムリング30を向けて切開されたベーン溝41を複数形成し、カムリング30の外周縁が1ヶ所以上接触される内周縁が形成されたシリンダー40と、前記シリンダー40の複数のベーン溝41に対応して挿入され、前記カムリング30の外周縁に一端が対応して接触されてカムリング30とシリンダー40との間の空間に複数の流体室αを区画形成するベーン50と、前記シリンダー40の両端に対応して締結されて、シリンダー40の内周縁とカムリング30の外周縁と複数の流体室αを区画形成したベーン50とともに流体室αを形成する主フランジ60及び副フランジ64と、回転軸20、カムリング30、シリンダー40、ベーン50、主フランジ60が内設され、それぞれの流体室αで排出された流体が外部に吐出されるようにする主ケーシング70と、を含み、前記カムリング30の外周縁に流体室αに流体が吸入されることができるようにする吸入口が設置されて、回転する吸入口を有することを特徴とする。
以上で説明したように、本発明は複数の流体室の形成が容易で、トーク変動と脈動が少ないロータリーベーン圧縮機の長所を備えながらも、ベーンに遠心力が加えられないのでベーンとシリンダーとの摩擦損失が少ないロータリー圧縮機の長所を全部備えて、従来の圧縮機より相対的に高い効率を有するという効果を奏する。
また、本発明は高速回転時の遠心力によるベーンの摩擦損失が大きくなる問題点がないので、高速回転が可能であり、製作費用が低く、高速で、且つ小型の流体機械の製作に有利な効果を奏する。
また、本発明は流体の吸入時に発生する吸入抵抗が発生しない構造であるので効率が良いという効果を奏する。
本発明の多様な実施例を詳しく説明する前に、次の詳細な説明に記載されたり図面に示された構成要素の構成及び配列の詳細によりその応用が制限されるのではない。本発明は他の実施例で具現されて実施されることができ、多様な方法で実行されることができる。また、装置または要素方向(例えば「前(front)」、「後(back)」、「上(up)」、「下(down)」、「トップ(top)」、「底(bottom)」、「左(left)」、「右(right)」、「横(lateral)」などのような用語に関して本発明に用いられた表現及び述語はただ本発明の説明を単純化するために用いられ、係わる装置または要素が単純に特定方向を有するべきであることを示したり意味しない。また、「第1(first)」、「第2(second)」のような用語は説明のために本発明及び特許請求範囲に用いられ、相対的な重要性または主旨を現わしたり意味することを意図しない。
本発明は前記目的を達するために以下の特徴を有する。
以下添付された図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳しく説明する。これに先たち、本明細書及び請求範囲に用いられた用語や単語は通常的または辞典的意味に限定して解釈されてはならなく、発明者はその自分の発明を最も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という原則に即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。
従って、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は本発明の最も好ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想を全部代弁するのではないので、本出願時点においてこれらを代替することができる多様な均等物と変形例があり得ることを理解すべきである。
本発明による一実施例によれば、回転手段によって回転可能に設置された回転軸20と、前記回転軸20に固定締結されて共に回転されるカムリング30と、前記回転軸20に締結されたカムリング30が内設され、内設されたカムリング30を向けて切開されたベーン溝41を複数形成し、カムリング30の外周縁が1ヶ所以上接触される内周縁が形成されたシリンダー40と、前記シリンダー40の複数のベーン溝41に対応して挿入され、前記カムリング30の外周縁に一端が対応して接触されて、カムリング30とシリンダー40との間の空間に複数の流体室αを区画形成するベーン50と、前記シリンダー40の両端に対応して締結されて、シリンダー40の内周縁とカムリング30の外周縁と複数の流体室αを区画形成したベーン50と一緒に流体室αを形成する主フランジ60及び副フランジ64と、回転軸20、カムリング30、シリンダー40、ベーン50、主フランジ60が内設され、それぞれの流体室αで排出された流体が外部に吐出されるようにする主ケーシング70とを含み、前記カムリング30の外周縁に流体室αに流体が吸入されることができるようにする吸入口が設置されて、回転する吸入口を有することを特徴とする。
また、前記カムリング30は最終吸入口31が一つ以上穿孔され、最終吸入口31が外周縁に穿孔されることによって、カムリング30の回転により、吸入される流体も回転し、回転する流体に発生される遠心力によって、流体室αに吸入される吸入効率が上昇されることを特徴とする。
また、前記主ケーシング70とシリンダー40との間に背圧通路82が形成され、オイル分離タンク72で分離されたオイルがオイル通路80に沿って背圧通路82に移動することによって、背圧通路82に移動されたオイルがベーン50が挿入された部位に潤滑機能を果たし、流体が流体室α以外の他の部分に漏洩されないようにシーリング機能を果たしながら、ベーン50がカムリング30に常に接触されるように、カムリング30の外周縁にベーン50を常に予め設定された所定圧力でプッシングすることができるように背圧を加える背圧通路82がさらに備えられることを特徴とする。
また、前記主フランジ60に複数の最初吐出口62と、それぞれ吐出バルブ63が設置され、前記最初吐出口62と吐出バルブ63は流体室αまたはベーン50の個数だけ形成されることを特徴とする。
また、前記カムリング30は前記回転軸20と同心中心軸で設置されるか、または
前記回転軸20に偏心されて設置されることによって、カムリング30に複数の最初吸入口11が対向して形成されている場合、各最初吸入口11側に形成される流体室αの容積が異なることにより、カムリング30の外周縁とシリンダー40の内周縁との密着性がよくなって流体の漏洩が小さくなるようにすることを特徴とする。
以下、図1〜図5を参照して本発明の好ましい実施例による遠心吸入式ハイブリッドベーン流体機械を詳しく説明する。
本発明による遠心吸入式ハイブリッドベーン流体機械は、副ケーシング10、回転軸20、カムリング30、シリンダー40、ベーン50、主フランジ60、主ケーシング70を含むもので、
回転軸20と、回転軸20に固定されて回転するカムリング30と、カムリング30の外周縁に接触する複数のベーン50と、カムリング30の外周縁と1ヶ所以上接触し、複数のベーン溝41にベーン50が挿入されるシリンダー40と、シリンダー40の横面と主ケーシング70の中に固定されて複数の最初吐出口62が形成され、最初吐出口62ごとに吐出バルブ63が設置される主フランジ60と、シリンダー40の他の横面に固定される副フランジ64とを有し、カムリング30の外周縁とシリンダー40の内周縁、ベーン50、主フランジ60、副フランジによって流体室αが形成される。カムリング30が回転しながら流体室αの容積が増減する。
前記副ケーシング10は主ケーシング70と共に内部が空いている管体を成し、一つの圧縮機の形状を形成する。
このような副ケーシング10と主ケーシング70は相互対応して締結され、内部に後述される回転軸20、カムリング30、シリンダー40、ベーン50、主フランジ60などが内設される形態になる。
前記副ケーシング10の外周縁には流体が最初に流入される最初吸入口11が形成され、主ケーシング70には副ケーシング10から流入されて内部の構成を経た後流体を吐出させる最終吐出口71が形成される。
また、このような副ケーシング10は内部の回転軸20を回転させるためのローター12とステータ13がそれぞれ設置され、副ケーシング10の一端には副ベアリング14が、主ケーシング70の内部に設置される主フランジ60には主ベアリング61が設置されて、本発明の装置内部で回転される回転軸20の両端が締結されることができるようにする。
前記回転軸20は、前述したように、相互締結される副ケーシング10及び主ケーシング70の内部に垂直に回転可能に設置される。
前記カムリング30は回転軸20の外周縁に一体に設置されて、カムリング30と共に回転されるもので、回転軸20が挿入されるための孔が中央を貫通して形成され、内周縁で外周縁を向けて最終吸入口31が穿孔して形成されて、前述した副ケーシング10の最初吸入口11を通じて流入される流体がこのようなカムリング30の内側に流入された後最初吸入口11を通じて内部から外部に移動される形態になるようにする。
このように、本発明ではカムリング30の内周縁と外周縁を貫通する吸入口(最終吸入口31)を一つ以上形成するように(本発明では一実施例として相互間対向させて複数形成される)するが、これは流体が回転するカムリング30の内周縁方向から外周縁方向に吸入され、カムリング30が回転すれば吸入される流体も回転して遠心力が発生されながら、吸入される流体は遠心力だけ吸入圧力が高くなるので流体室αへの吸入がより容易になる構造を有する。また、液体ポンプと一緒に用いられる流体が液体である場合、吸入抵抗によって発生する流体室内のキャビテーション問題も効果的に抑制することができる。
流体の吸入抵抗はすべての流体機の効率を低下させるが、本発明では吸入口を前記のように大きくしやすい構造であるので、流体が流体室αに吸入される時発生する吸入抵抗が発生しにくい構造を有する。
前記シリンダー40は所定の幅と厚さを有するリング断面の構成で、このようなシリンダー40は内周縁方向に沿ってベーン溝41を形成するために、内周縁方向に向かって等間隔で切開される切開溝、即ちベーン溝41を複数形成する構造を有する。
勿論、このようなシリンダー40は両端に後述する主フランジ60と副フランジ64がそれぞれ固定手段(ボルトなど)Bによって締結されて主ケーシング70の内部に設置される構造を有する。
また、このような構造のシリンダー40の内部には前述したようにピン32と回転軸20が挿入されて回転されるカムリング30が内設され、カムリング30が回転しながら複数の最終吸入口31で吸入される流体はシリンダー40の内周縁とカムリング30の外周縁との間で、ベーン溝41のそれぞれに対応して挿入されて、カムリング30に接触される複数のベーン50とベーン50との間の流体室αに移動するようになる。
前記シリンダー40に形成されたベーン溝41が6つである場合、それぞれのベーン溝41に対応して挿入されるベーン50も6つになり、それにより、ベーン50がシリンダー40の内周縁側に突出されて、カムリング30の外周縁に接触されることによって、ベーン50とベーン50との間に形成される空間である流体室αの個数も6つになる。
前記ベーン50は、前述したように、シリンダー40に形成された複数のベーン溝41にそれぞれ締結されるが、一端には弾性部材(例えば:スプリング)51が締結された状態で挿入され、主ケーシング70の内周縁に固定された弾性部材51の弾性力によって、ベーン溝41内でカムリング30の外周縁を向けてプッシングされて、複数のベーン50が常にカムリング30の外周縁に接触されている構造を有する。
前記主フランジ60はシリンダー40が安着される一面中央に回転軸20の一端が挿入される主ベアリング61が形成され、主ベアリング61が形成された一面円周面に沿って前述したベーン50とベーン50との間の空間である流体室αに対応する最初吐出口62が複数(例えば:6つ)穿孔されている。
そこで、ベーン50とベーン50との間の流体室αに移動した流体は、主フランジ60の複数の最初吐出口62の中の該当流体室αと連通されている最初吐出口62を通過する。
勿論、主フランジ60の他面には最初吐出口62ごとに吐出バルブ63が個別的に設置され、言い換えれば、最初吐出口62と吐出バルブ63は主フランジに設置され、流体室αの個数(ベーン50の個数)だけ形成される。(シリンダー40の一側端部に副フランジ64と他側端部に主ベアリング61が挿入された主フランジ60がそれぞれの吐出バルブ63とともにそれぞれ固定手段Bで固定される)。
このような本発明の構造によって、本発明は最初吐出口62と吐出バルブ63の設置が容易であり、各流体室αごとに最初吐出口62と吐出バルブ63があるので、過圧縮(流体室αで圧縮される圧力が最終吐出圧力より高く圧縮される場合)現象が発生しなくて圧縮機の効率を向上させ、負荷の増加による摩耗を低減することができ、液圧縮現象(冷媒圧縮機で冷媒が液化された状態で流体室に吸入される場合流体室で液体を圧縮させようとする現象で、圧縮機の故障原因になる虞がある)も防止することができる。
前記主ケーシング70は、前述したように、シリンダー40と主フランジ60が内設されられるもので、このような主ケーシング70は主フランジ60の下端部に別途の空間を形成し、オイル分離タンク72を形成する。
それにより、主フランジ60の最初吐出口62を通過した流体はこのようなオイル分離タンク72内でオイルが分離された後、最終吐出口71を通じて外部に吐出される。
(言い換えれば、カムリング30の外周縁、シリンダー40の内周縁、主フランジ60、副フランジ64、それぞれのベーン50によって形成されたのが流体室αであるが、ローター12が回転すれば回転軸20を通じてカムリング30が回転して流体室αの容積が増減する。
即ち、流体室αの容積が増加すれば最初吸入口11を通じて吸入された流体が副フランジ64と回転軸20との間の空いた空間を経てカムリング30の内側を通じてカムリング30に穿孔されている最終吸入口31を通じて流体室αの中に吸入され、吸入された流体は流体室αの容積が減少するにつれて圧縮(または昇圧)され、圧縮された流体は最初吐出口62と吐出バルブ63(逆流防止バルブ)を通じてオイル分離タンク72に送られ、オイルが分離されて最終吐出口71を通じて本発明の流体機械の外に吐出される)。
また、主ケーシング70には内周縁にオイル分離タンク72から長さ方向にオイル通路80を陷沒形成するが、このようなオイル通路80を通じてオイル分離タンク72のオイルがシリンダー40と主ケーシング70との間を移動するようにすることで、ベーン50が挿入された部位にシーリング(sealing)機能を果たして流体が流体室α以外の他の部分に漏洩されないようにしながら、ベーン50がカムリング30に常に接触されるように、カムリング30の外周縁にベーン50を常に予め設定された所定圧力でプッシングすることができるように背圧を加える機能を果たすことができる。
勿論、このようなオイル分離タンク72の一端にはフィルター81が設置されて、オイルの異物が濾過された後移動されることができるようにし、オイル分離タンク72で分離されたオイルはフィルター81とオイル通路80を通じて背圧通路82に移動して、前記のように、ベーン50の摺動部(接触部)に摩擦減少及びシーリング機能とともにベーン50の背圧をかけるようになる。
また、背圧通路82で分岐された少量のオイルは給油通路83を通じて主ベアリング61に給油され、主ベアリング61に給油されたオイルは回転軸20のオイル通路80を通じて副ベアリング14に給油された後落下して一部はカムリング30とフランジ(主フランジ60と副フランジ64)が摺動する面に給油され、また一部は最終吸入口31に吸入された後流体とともに最初吐出口62を通じてオイル分離タンク72に吐出されて圧縮機内で循環される。
さらに説明すれば、シリンダー40の外周縁と主ケーシング70との間にベーン溝41と連結されたオイル通路80が形成され、主ケーシング70のオイル分離タンク72で分離された高圧のオイルがオイル通路80を通じて背圧通路82に移動してベーン50に背圧を加え、ベーン50に背圧を加えると同時に、摺動部(シリンダー40のベーン溝41とベーン50、主フランジ60及び副フランジ64とベーン50)に給油が容易に行われるので、摺動部(接触面)で発生する摩擦を減少することができ、摺動部の隙間をシール(Seal)して流体の内部漏洩を減少することができる。
また、本発明の場合、内部で回転される前記カムリング30の場合、回転軸20と同一軸線上に位置されるように設置されることができることに対して、回転軸20またはシリンダー40に偏心されるように設置することもできるが、カムリング30が回転軸20に対して偏心されて設置されればカムリング30の中心線を基準として両方の流体室αの容積が変わり、両方流体室αの圧力の差が発生して圧力が高い方から低い方にカムリング30を押すので、カムリング30の外周縁とシリンダー40の内周縁との密着性がよくなって流体の漏洩が少なくなり、図3のように吐出が両側で同時に行われないので、脈動がさらに小さくなるという効果を奏する。
以上のように、本発明は限定された実施例と図面によって説明されたが、本発明はこれによって限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者によって本発明の技術思想と特許請求範囲の均等な範囲内で多様な修正及び変更が可能であることは勿論である。
10:副ケーシング 11:最初吸入口
12:ローター 13:ステータ
14:副ベアリング 20:回転軸
30:カムリング 31:最終吸入口
32:ピン 40:シリンダー
41:ベーン溝 50:ベーン
51:弾性部材 60:主フランジ
61:主ベアリング 62:最初吐出口
63:吐出バルブ 64:副フランジ
70:主ケーシング 71:最終吐出口
72:オイル分離タンク 80、84:オイル通路
81:フィルター 82:背圧通路
83:給油通路
B:固定手段 α:流体室
12:ローター 13:ステータ
14:副ベアリング 20:回転軸
30:カムリング 31:最終吸入口
32:ピン 40:シリンダー
41:ベーン溝 50:ベーン
51:弾性部材 60:主フランジ
61:主ベアリング 62:最初吐出口
63:吐出バルブ 64:副フランジ
70:主ケーシング 71:最終吐出口
72:オイル分離タンク 80、84:オイル通路
81:フィルター 82:背圧通路
83:給油通路
B:固定手段 α:流体室
Claims (5)
- 回転手段によって回転可能に設置された回転軸(20)と、
前記回転軸(20)に固定締結されて共に回転されるカムリング(30)と、
前記回転軸(20)に締結されたカムリング(30)が内設され、内設されたカムリング(30)を向けて切開されたベーン溝(41)を複数形成し、カムリング(30)の外周縁が1ヶ所以上接触される内周縁が形成されたシリンダー(40)と、
前記シリンダー(40)の複数のベーン溝(41)に対応して挿入され、前記カムリング(30)の外周縁に一端が対応して接触されてカムリング(30)とシリンダー(40)との間の空間に複数の流体室(α)を区画形成するベーン(50)と、
前記シリンダー(40)の両端に対応して締結されて、シリンダー(40)の内周縁とカムリング(30)の外周縁と複数の流体室(α)を区画形成したベーン(50)と一緒に流体室(α)を形成する主フランジ(60)及び副フランジ(64)と、
回転軸(20)、カムリング(30)、シリンダー(40)、ベーン(50)、主フランジ(60)が内設され、それぞれの流体室(α)で排出された流体が外部に吐出されるようにする主ケーシング(70)とを含み、
前記カムリング(30)の外周縁に流体室(α)に流体が吸入されることができるようにする吸入口が設置され、回転する吸入口を有することを特徴とする遠心吸入式ハイブリッドベーン流体機械。 - 前記カムリング(30)は最終吸入口(31)が一つ以上穿孔され、最終吸入口(31)が外周縁に穿孔されることによって、カムリング(30)の回転により、吸入される流体も回転し、回転する流体に発生される遠心力により、流体室(α)に吸入される吸入効率が上昇されることを特徴とする請求項1に記載の遠心吸入式ハイブリッドベーン流体機械。
- 前記主ケーシング(70)とシリンダー(40)との間に背圧通路(82)が形成され、オイル分離タンク(72)で分離されたオイルがオイル通路(80)に沿って背圧通路(82)に移動することにより、背圧通路(82)に移動されたオイルがベーン(50)が挿入された部位に潤滑機能を果たし、流体が流体室(α)以外の他の部分に漏洩されないようにシーリング機能を果たしながら、ベーン(50)がカムリング(30)に常に接触されるように、カムリング(30)の外周縁にベーン(50)を常に予め設定された所定圧力でプッシングすることができるように背圧を加える背圧通路(82)がさらに備えられることを特徴とする請求項1に記載の遠心吸入式ハイブリッドベーン流体機械。
- 前記主フランジ(60)に複数の最初吐出口(62)と、それぞれ吐出バルブ(63)が設置され、前記最初吐出口(62)と吐出バルブ(63)は流体室(α)またはベーン(50)の個数だけ形成されることを特徴とする請求項1に記載の遠心吸入式ハイブリッドベーン流体機械。
- 前記カムリング(30)は前記回転軸(20)と同心中心軸で設置されるか、または前記回転軸(20)に偏心されて設置されることにより、カムリング(30)に複数の最初吸入口(11)が対向して形成されている場合、各最初吸入口(11)側に形成される流体室(α)の容積が異なることによって、カムリング(30)の外周縁とシリンダー(40)の内周縁との密着性がよくなって流体の漏洩が小さくなるようにすることを特徴とする請求項1に記載の遠心吸入式ハイブリッドベーン流体機械。
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