KR100419803B1 - 회전 왕복운동 피스톤을 사용한 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타원형상의 고정타원체의 내부에 다수의 피스톤을 설치하여 피스톤에 부착된 로울러가 고정타원체의 내벽에 접해져 회전하는 과정에 왕복운동하도록 함으로서 흡입 압축, 폭발 배기 행정을 수행하도록 한 압축기에 관한 것이다. 본 발명은 회전운동을 직진운동으로 왕복운동되도록 함으로서 피스톤의 편마모를 방지할 수 있고, 또한 흡입부와 압출부가 넓어 유체의 흐름이 자유로우며, 회전식 압축기로 경량이면서도, 고속회전하는 압축기를 제공할 수 있다.

Description

회전 왕복운동 피스톤을 사용한 압축기{Compressor with Rotary Reciprocating Piston}

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전운동을 통해 피스톤이 왕복운동을 하여 흡입, 압축 폭발 및 배기 행정을 수행하는 압축기에 관한 것이다.

본 발명은 왕복운동 압축기의 피스톤의 편마모를 방지하기 위해서는 피스톤이 커넥팅 로드에 의한 직진운동시 좌우운동 없이 왕복운동을 하게 하거나 피스톤의 회전운동이 되도록하여 흡입, 압축 폭발 및 배기 행정을 수행하도록 하기 위한 것으로, 또한 순연의 행정을 만족하기 위해서 피스톤은 회전운동을 하면서 행정운동이 반복되도록 한 것이다. 타원봉의 회전시 피스톤이 피봇축을 중심으로 회동할 수 있는 피스톤의 로울러가 타원봉의 고저(단축과 장축)면에 접해진 피스톤은 피봇축을 중심으로 왕복운동하여 실린더 속으로 혹은 속에서 외부로 유체를 흡입·압출한다. 따라서, 타원봉의 회전에 의해 피스톤은 직진운동을 하므로 편마모를 없애고 회전식 압축기로서 하우징의 구조를 완만히 만족시키고 피스톤이 한정된 각도에서 왕복운동하게 함으로 오일의 윤활을 할 수 있게 하는 것이다. 하중의 이동으로 인한 피스톤 편마모 방지와 흡입, 압축, 폭발 및 배기 행정이 가능한 왕복운동 압축기를 제공할 수 있다.왕복운동 압축기는 고압의 압축을 하는데 적당하나 회전운동을 왕복운동으로 바꾸고 커넥팅로드가 상하 좌우운동을 하므로 피스톤의 편마모가 생기고 밸브가 있기 때문에 원활한 흡입·압출을 하지 못하고 진동과 소음이 크다. 방켈기관의 경우 하우징의 구조로 인하여 연료와 오일을 섞어 사용한다.

본 발명은 타원형상의 고정타원체의 내부에 다수의 피스톤을 설치하여 피스톤에 부착된 롤러가 고정타원체의 내벽에 접해져 회전하는 과정에 왕복운동하도록 함으로서 흡입 압축, 폭발 배기 행정을 수행하도록 하되 편마모 방지와 흡입밸브와 배출밸브가 없으며 경량이면서도 고속으로 회전하는 압축기를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 압축기를 예시적으로 도시한 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 압축기의 횡단면도로서, 실린더, 피스톤, 고정타원체을 도시한 흡입·압출 압축기의 횡단면도,

도 3은 본 발명에 따른 압축기의 횡단면도로서, 고정 마개판이 있는 흡입, 압축, 압출하는 도2와 유사한 횡단면도,

도 4는 본 발명에 따른 압축기의 횡단면도로서, 흡입, 압축, 폭발, 배기행정을 하는 도2와 유사한 횡단면도,

도 5는 본 발명에 따른 회전축, 실린더, 피봇축, 고정타원체, 유체압축기 등을 에시하는 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 고정부와 회전부를 예시한 단면도,

도7은 본 발명에 따른 피스톤과 흡입압출구 및 흡입 압출부 씰을 도시하는 평면도이다.* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *1:고정타원체 1-1:고정타원체 장축1-2:중심고정원 2:회전축3:회전원통 4:오일펌프10:실린더 11:흡입 압출구13:고정마개판 14:오일 걷기 씰14-1:오일 걷기 줄 15:오일 분출구16:오일집정판 20:피스톤21:피봇축 22:몸통23:가동부 24:피스톤 씰25:피스톤 스프링 26:유체압축기27:점화플러그 70:고정부80:회전부

본 발명에 따른 회전 왕복운동 피스톤을 사용한 압축기를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다,

먼저 본 발명에서 정의하는 각 구성요소들의 정의하고 그에 따른 작용을 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 압축기를 예시적으로 도시한 사시도이고, 도 2내지 도 4는 본 발명에 따른 압축기의 횡단면도로서 회전원통의 회전에 따라 피스톤의 작용관계를 나타낸 횡단면도이며, 도 5와 도 6은 본 발명에 따른 압축기의 종단면도이다.

고정 타원홈(1)은 회전원통(3)외부에 있고 피스톤을 왕복운동시키는 작용을 하는 것으로 타원형상으로 구성되어 장축과 단축을 갖는다. 고정타원홈 장축(1-1)은 고정 타원체(1)의 장축방향의 끝단부를 의미하는 것이고, 중심 고정원(1-2)는 기본적으로 흡입부와 압출부로 구성되어 있으며, 흡입압출 폭발 배기부로 혹은 흡입압축 압출로 구성되어 있다. 회전축(2)은 회전원통(3)을 중심으로 파이프 축이 천공되고 중심 고정원(1-2)을 관통하도록 설치되어져 있다. 회전원통(3)은 중심 중심원(1-2)에 얻혀 포위하고 있으며, 그 내부에는 후술하는 다수의 실린더(10)가 설치되어 있다. 오일펌프(4)는 회전축(2)의 내경에 설치되어져 터빈에 의하여 오일을 펌핑하는 작용을 한다. 실린더(10)은 회전통내에 다수개로 마련되어 있으며, 피스톤(20)과 피스톤 회전축을 구비하고 있다. 흡입 압출구(11)는 실린더(10)의 개방된 출구로서 흡입과 압축작용을 하며 하나 혹은 별도로 분리설치가 가능하다.

흡입 압출구 씰(12)는 상기한 흡입 압출구(11)에 설치되어 있고, 돌출부와 마찰완화용 장축를 구비하고 있다. 고정마개판(13)은 중심 고정원 압축부로 실린더의 흡입 압출구를 밀봉한다. 오일걷기 실링(14)은 압출부 입구에서 흡입부 끝으로 연결되어 있고 흡입 압출구사이의 실링과 마찰 유무로 실링의 높낮이가 있다. 오일 걷기 줄(14-1)은 회전부(80) 또는 고정부(70)에 붙은 오일을 걷어 내리는 작용을 하는 것이고, 오일분출구(15)는 오일 입구쪽의 회전축이 천공되어 오일이 회전원판 통로를 지나 피스톤과 고정 타원체에 공급되는 것과 회전원통(3) 내경의 중심 고정원 사이로 오일을 공급한다.

오일집정판(16)은 회전원통(3)의 오일공급 반대쪽 축 원판, 터빈형태로 만들어져 고정부(70) 사이에서 구심력을 발생시켜 오일을 회전축 천공을 통해 집정 필터로 보내는 작용을 한다. 피스톤(20)은 퍼봇축(21)이 결합되는 머리부분과, 몸통(22) 그리고 가동부(23)로 구성되어 있어 축머리부분을 중심으로 가동부(23)가 왕복운동한다.

피봇축(21)은 피스톤의 머리부분으로, 피스톤이 압착 왕복운동하도록 회동하는 지지하는 축이다. 피스톤 몸통(22)은 피스톤의 머리부분과 가동부(23)의 사이를 의미한다. 피스톤 가동부(23)는 고정된 타원축을 돌 때 왕복운동을 하여 압축 및 배기작용을 위한 피스톤이 이동한다. 피스톤 씰(24)은 유체의 압축과 압출시 기밀상태로 밀봉하는 작용을 한다. 피스톤 스프링(25)는 흡입시 피스톤을 상사점에서 하사점으로 복귀되어지도록 탄성력을 부여하는 것으로 유체를 실린더속으로 충전시킨다. 점화플러그(27)는 혼합가스를 점화시키는 점화장치로, 디젤의 경우 연료분사구로 대신한다. 고정부(70)는 고정 타원체와 흡입부(30), 압출부(60)가 기본적으로 압축부(40)폭발부(50)가 포함될 수 있다.흡입구(30-1)와마개판(13)과압출구(60-1)를포함한다.회전부(80)는회전축과실린더가 내장된 회전원통(3)과 유체 압축기(26)로 구성되어 있다.도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 압축기는 고정 중심원(1-2)를 중심을 관통되도록 회전축(2)이 설치되어 있고, 회전원통(3)내에 다수의 실린더(10)가 설치되어 있다.도7에 도시된 바와 같이 실린더(10)내에는 각각 피스톤(20)이 피봇축을 통해 회동가능하게 결합되어져 있고 몸통(22)과 로울러가 부착된 가동부(23)로 구성되어 있다.상기한 고정 타원체(1)는 그 형상이 타원형상으로 이루어져 장축과 단축을 지니고 있는데, 상기한 고정 타원체(1)의 내벽에 상기한 피스톤(20)의 로울러가 접해져 회전시 장축과 단축의 길이변화에 따라 피스톤이 왕복운동하게 되고 이러한 작용을 통해 흡입과 압출동작을 수행하게 된다.고정부(70)에는 중심에 고정 중심원(1-2)에 있고 회전부(80)의 회전원통(3)이 둘러싸고 있다. 고정원은 흡입부(30)와 압출부(60) 또는 흡입부(30) 압축부(40) 폭발부(50) 배기부(60) 또는 흡입부(30) 압축부(40) 압출부(60)가 있다. 흡입부(30)에는 흡입구(30-1)가 있고 압출부(60)에는 배출구(60-1)가 설치되어 있다.정유된 오일은 회전축(2) 내공 터빈에 의해 압출되고 회전축(2)의 천공을 통해 베어링에 공급되고 회전원통(3) 외경 피스톤과 고정타원과 필요에 따라 회전원통(3) 내경에 공급되며 반대쪽 회전축(2) 오일집정판(16)에 의해 회전축(2) 내공을 통해 배출되고 필터를 거쳐 정유된다.피스톤에 회전축(2)에 유체 압축기(26)가 마련되어 있고, 피스톤을 씰을 하며 필요에 따라 회전부 실린더 흡입 압출구와 고정부(70)인 흡입부(30)와 압출부(60) 그리고 경계에 실링을 하여 배기부(60) 배기구(60-1)과 흡입부(30)의 흡입구(30-1)에 오일이 흘러 들어가지 않도록 한다.고정부(70)의 씰은 흡입부(30)와 압출부(60)에, 회전부(80) 씰은 피스톤(20)과 흡입 압출구(11)에 하고, 흡입 압출구(11)는 돌출된 흡입 압출구 씰과 압출부와 흡입부 씰과의 마찰을 부드럽게 하여 마모를 고려하여 흡 압출구 실링(12)과 압출부와 흡입부의 씰을 전두(앞부분)에는 낮고 후두(뒷부분)는 씰과 같은 높이로 하여 실링(12)앞에 장축를 만들되 필요에 따라 실링의 두께를 가감한다.원활한 작동과 냉각을 위해 오일은 회전축(2) 한쪽 축 내공에서 공급되어 회전축(2) 천공을 통해 회전부(80)와 고정부(70)를 거쳐 반대편 축(2) 내공으로 배출되도록 한다.오일 공급은 베어링과 회전원통(3) 내부와 회전원통 외부와 접촉되는 곳을 거친다. 고정부(70) 냉각 오일과 같이 필터를 거쳐 냉각기로 가도록하여 윤활과 냉각을 이룬다.흡입·압출하는 압축기의 원리로 흡입 압출하는 압축기와 흡입, 압축, 폭발 배기하는 압축기와 흡입·압축후 배출하는 압축기로 나누면유체를 흡입 압출만 하는 압축기는 회전부(80)와 고정부(70)중 고정부(70) 고정 중심원(1-2)은 흡입부(30) 흡입구(30-1)와 압출부(60) 압출구(60-1)만 있다.흡입은 실린더(10) 상사점에서 시작되며, 피스톤 가동부(23)가 실린더(10) 상사점에서 고정타원(1)을 따라 돌아 고정타원체(1)의 장축(1-1)인 고점(장축)으로 가면 피스톤 가동부(23)가 하사점에 도달하여 유체가 충전된다. 회전원통(3)의 회전에 따라 피스톤 가동부(23)는 밀착된 고정타원의 고점에서 저점(단축)을 향하여 돌아가면 압축작용이 발생되어진다.즉, 실린더(10) 흡입 압출구(11)가 압출부(60)에 도착하여 흡입부(30)를 향하여 회전하는 것으로 피스톤(20) 압축에 의해 유체를 압출하면서 피스톤(20)은 상사점(장축)에 도달하는 것이다.피스톤 가동부(23)가 고정타원체(1)의 저점(단축)에 도달하는 것인 실린더(10)상사점에 도달하면 다시 흡입이 시작된다. 동력 발생 장치로서의 압축기는 고정 중심원(1-2)을 흡입부(30) 흡입구(30-1) 압축부(40) 폭발부(50) 배기부(60) 배기구(60-1)로나누고 실린더 피스톤 가동부(23)가 고정 타원체(1)의 내벽을 타고 돌 때 피스톤 가동부(23) 일 회전에 흡입 압출이 이 회 일어나므로 압출 흡입을 못하도록 고정부(70) 고정 중심원(1-2)의 압축부(40)와 폭발부(50)의 구조인 고정마개판(13)으로 실린더(10)의 흡입 압출구(11)를 막으면 흡입, 압축, 폭발, 배기의 행정이 이루어진다.유체를 흡입 압축후 압출하여야 하는 압축기는 고정부(70)에 흡입부(30) 압축부(40) 압출부(60)를 구비하고 있다. 왕복운동 압축기는 흡입과 압출작용만 지니고 있기 때문에 압축후 압출하는 압축개시는 실린더(10)의 상사점 전에 개시된다.상기한 압축부(40)의 구조로는 고정마개판(13)이다. 실린더 흡입 압출구(11)가 압축부(40)에 도달하면 고정 중심원(1-2)의 고정마개판(13)에 의해 밀봉되고 피스톤 가동부(23)는 고정타원체(1)의 저점으로 향하여 회전하는데 실린더(10) 상사점에 도달하면 흡입의 시작이기 때문에 상사점에 도착하기 전에 압축된 유체를 압출부(60) 압출구(60-1)를 통하여 피스톤 가동부(23)가 고정 타원 홈(1)의 저점에 도착할 때 까지 압출시킨다.그리고 상사점인 저점에 도착한 피스톤 가동부(23)가 피스톤(20)이 하사점인 장축(1-1)에 이를 때 까지 유체압과 원심력에 의해 고정 타원체(1)을 따라 고점인 장축(1-1)까지 회전하여 밀려 가며 유체를 다시 흡입 충전한다.본 발명에서는 피스톤의 편마모를 없애기 위해 피스톤은 커넥팅로드에 의한 직진운동만 하도록 하여 흡입·압출 행정을 수행하게 한 것으로 실린더(10) 내에서 피봇축(21)에 연결된 피스톤(20)의 피스톤 가동부(23)가 고정 타원체(1)에 접속하여 회전하면 고정 타원체(1)의 고저(장축과 단축)의 길이변화에 의해 주어진 각도 내에서 회전에 의한 피스톤의 왕복운동을 겸하여 작동한다.실린더의 흡입·배출 밸브의 역할은 실린더(10)의 개방된 흡입 압출구(11)가 개방된 압출부(60) 압출구(60-1)과 흡입부(30) 흡입구(30-1)에 회전하여 두 개체가 만나 열리게 되고 압축부(40)에 도달하면 개방된 흡입 압출구(11)를 막아주는 고정 마개판(13)에 의해 닫히게 하는 역할을 담당한다.실린더(10) 내 피봇축(21) 피스톤 가동부(23)가 고정타원 홈을 압착하여 회전하므로 고저에 의해 피스톤(20)을 한정된 각도범위에서 왕복운동을 가능하게 하고 회전운동시 편마모를 없애고 회전식 압축기로서 하우징의 구조를 완만히 만족시키고 피스톤(20)이 한정된 각도에서 왕복운동을 하게 함으로 오일의 윤활을 할 수 있게 되는 것 이다.본 발명에 따른 회전축(2)을 중심으로 실린더(10)를 둘 이상 회전원통(3)에 회전방향으로 길게 와재 시키고 실린더(10) 내에서 피스톤(20)이 피봇축(21)에 의해서 유체를 흡입·압출 할 수 있도록 한계각 내에서 회전 왕복하는 피스톤(20)이 있다. 피스톤(20)은 피봇축(21)과 피스톤 몸통(22)과 피스톤 가동부(23)로서 피스톤 가동부(23)는 로울러가 부착되어 고정 타원체(1)의 표면을 따라 접촉된 상태로 돌아 간다.회전원통(3)이 회전하면 회전원통(3)내에 설치된 피스톤(20)의 가동부(23)는 고정타원체(1)의 표면에 밀착되어 회전하게 되는데, 이때 그 고저의 차이로 인해 피스톤(20)이 왕복운동을 하고, 이 운동에 의해 피봇축(21)에 연결되어 있는 피스톤(20)이 실린더(10)내 흡입과 압축을 하게 된다. 압축되는 유체는 중심 고정 중심원(1-2)의 배기부(60) 배기구(60-2)로 압출된다. 흡입은 유체 압축기에 의하여 고정 중심원(1-2)의 흡입부(30) 흡입구(30-1)에서 흡 배기구를 통해 실린더(10)에 충전된다. 유체의 흐름에 있어 실린더(10)의 흡입 압출구(11)는 하나로서 흡입·압출이 자유롭게 개방되어 있다. 고정부(70)의 흡입부(30) 흡입구(30-1)와 압출부(60) 압출구(60-1) 역시 유체의 흐름이 자유롭다.오일의 공급은 회전축(2) 내공 터빈인 오일펌프(4)가 필터를 거쳐 정제된 오일을 회전축(2) 파이프에 천공된 오일 분출구(15)를 통해 회전원통(3)내 피스톤 (20)및 고정타원(1)과, 필요에 따라 회전원통(3)의 외부에 분배되고 반대쪽 회전축(2) 천공과 오일 집정판(16)에 의해 회전축(2) 내공을 통해 고정부(70) 냉각 오일과 함께 배출되어 필터를 거쳐 냉각기로 들어간다. 냉각의 경우 공냉식 또는 수냉식으로 할 수도 있으나 액체식(수냉식)을 채용하였다.밀봉은 압축부(40)인 고정마개판(13)과 흡입 압출구(11)의 실링(12)에 의해 이루어진다. 고정부 씰은 압출부(60) 입구에서 흡입부(30) 끝 쪽으로 경계를 하고 연결되어 있다. 마찰과 마모를 고려하여 장축를 만든다. 흡입압출구 씰(12)의 흡입압출구 장축(12-1)이 있어 오일 걷기 씰(14)인 압출부 씰(14)과의 마찰과 마모를 고려하고 필요에 따라 가감한다.흡입·압출 압축기의 응용인 흡입, 압축, 폭발, 배기 할 수 있는 압축기(26)는 피스톤 가동부(23)가 고정타원체(1)을 한바퀴 돌면 흡입·압출이 2회 일어 나므로 압출과 흡입이 일어나지 않도록 고정마개 반원판(13)으로 막아 행정이 일어 나도록 한다. 고정 중심원(1-2)은 흡입부(30) 압축부(40) 폭발부(50) 배기부(60)로 나뉘어 흡입구(30-1) 고정마개 반원판(13) 배기구(60-2)가 구성된다.흡입 압축후 압출하는 압축기는 흡입·압출하는 압축기에 독립적으로 압축부(40)를 첨가하고 상사점 전에 압출되도록 고정반원판(13)을 설치한다.상사점 이후는 흡입행정이 된다. 고정 중심원(1-2)은 흡입부(30) 압축부(40)압출부(60)로 나뉜다.본 발명은 왕복동기관의 커넥팅로드가 왕복운동하는 것이 회전축(2)을 중심으로 실린더(10)가 회전하여 피스톤 가동부(23)가 고정 타원체(1)에 밀착 피스톤(20)이 흡입·압출 운동을 한다. 고정 마개판(13)의 유무에 따라 실린더(10)가 닫히거나 열리게 되어 압축과 압출동작을 하고, 피봇축(21)과 피스톤 가동부(23)의 왕복운동으로 인해 흡입·압출작용이 발생됨으로 피스톤(20)의 편마모가 없으며 흡입 배출밸브가 없다.또한 흡입 압출구(11) 및 흡입부(30) 압출부(60)가 넓어 유체의 흐름이 자유롭고 회전식 압축기로 경량 고속회전으로 독립적으로 윤활유사용을 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 회전운동을 직직운동으로 왕복운동시킴으로서 피스톤의 편마모를 방지할 수 있고 또한 흡입부와 압출부가 넙ㄹ어 유체의 흐름이 자유로우며 회전식 압축기로 경량 고속회전하는 압축기를 제공할 수 있다.

Claims (3)

1. 회전축(2)에 유체 압축기(26)가 마련되어 있고, 회전원통(3) 내에 흡입부(30)와 압출부(60)를 지니는 다수의 실린더(10)를 구비하고 있으며, 상기 실린더속에 설치되는 피스톤(20)은 몸통(22)과, 로울러를 부착된 가동부(23)를 지니고, 피봇축(21)에 의해 상기 회전원통(30)에 회동가능하게 결합되어 있어 회전축이 회전하면 유체를 실린더에 충전시킴과 동시에 상기 가동부(23)의 로울러가 고정타원체(1)의 내면 접촉되어 그 표면을 따라 회전할 때 고정타원체(1)의 고저(장축과 단축)의 변화에 따라 피스톤이 피봇축(21)을 중심으로 왕복 운동하면서 실린더(10)에서 흡입과 압출작용이 이루어지도록 하되, 흡입은 회전축에 연결된 유체압축기(26)와 상기 가동부(23)의 유체압과 원심력에 의해 고정타원체(1) 최저점에서 최고점으로 밀착회전하는 과정에서 유체의 흡입이 이루어지도록 하고, 압출은 실린더(10) 피스톤(20) 가동부(23)가 고정 타원체(1) 장축(1-1)인 최고점에서 단축의 최저점에 이를 때 까지의 범위에서 압출이 이루어지고,

   상기 회전원통에 회전가능하게 상기 회전축상에 결합되는 고정 중심원(1-2), 고정타원체(1)를 구비하여 상기한 흡입부(30)와 압출부(60)를 구성하는 고정부(70)와, 윤활 및 냉각작용을 위해 한쪽 회전축(2) 내공에 있는 터빈에서 오일이 펌핑되어 천공을 통해 베어링과 피스톤(20)과 고정타원체(1)에 이루어지고 필요에 따라 상기 회전원통(3)의 내경과 고정 중심원(1-2)에도 이루어지며 피스톤(20) 씰과 필요에 따라 회전부(80)의 흡입부(11-1)와 압출구(11-2)로 분리할 수도 있는 압출구(11)의 실링과 고정부(70), 흡입부(30)와 압출부(60) 및 그 경계에 씰을 한 것을 특징으로 하는 회전 왕복 운동 피스톤을 사용한 압축기.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 피스톤의 압출전에 압축기능을 독립시켜 유체를 흡입 압축하여 배출하도록 하기 위해 압출부(60)에 고정마개 반원판(13)을 부분적으로 설치하여 압축부(40)와 압출부(60)를 분리한 것을 특징으로 하는 회전 왕복운동 피스톤을 사용한 압축기.