KR100510591B1 - 압축펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로터에 베인이 출입되는 베인홈을 형성하고, 상기 베인홈에 일측 힌지돌부에 의해 일정각 회전가능하게 베인을 설치한 다음, 실린더의 실린더 힌지홈에 베인 타단의 실린더 힌지돌부를 결합시킴으로써 압축펌프의 크기를 최소화함은 물론이고, 고속회전에 따른 로터와 베인의 손상을 극소화하며, 상기 로터의 외주측에 로터 씰수단을 설치하여 압축행정시 로터와 베인 사이로 유체압력이 빠져 나가는 것을 방지할 수 있는 압축펌프에 관한 것으로서,

특히, 본 발명은 상기 실린더의 내부에 그 일부가 지름이하로 개구된 원형상의 실린더 힌지홈을 형성한 다음, 상기 실린더 힌지홈에 소정 형상을 한 베인 일단의 실린더 힌지돌부를 회동가능하게 결착하는 한편, 상기 로터에 베인과 같은 형상의 베인홈을 형성한 다음, 상기 베인홈 일측에 그 일부가 지름이하로 개구된 원형상의 로터 힌지홈을 형성하고, 상기 로터 힌지홈에 베인 타단의 로터 힌지돌부를 회동가능하게 결착한 것을 특징으로 한다.

Description

압축펌프{a compressor}

본 발명은 기체 또는 액체와 같은 유체를 강제적으로 압축 공급할 수 있는 압축펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압축펌프를 구성하고 있는 베인과 로터가 상호 결합된 상태에서 압축공정 및 흡입공정이 이루어지도록 함으로써 압축효율을 극대화하는 동시에 저압은 물론 고압펌프에서도 이의 사용이 가능하도록 한 압축펌프에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 압축기와 같은 압축펌프는 냉매와 같은 유체를 매개체로 하여 압축, 응측, 팽창, 과정이 연속적으로 수행되는 사이클에서 유체를 고온 고압으로 압축 공급하는 작용을 한다.

상기와 같은 압축펌프는 제 1 도와 같이 주축에 형성된 크랭크핀(110)에 삽입되어 같이 회전하는 로터(120)와, 상기 로터(120)가 실린더(130)내에서 회전함과 더불어 작동하면서 압축실(140)과 흡입실(150)이 구성되도록 실린더 슬롯(160)에 삽입되어 스프링에 의해 탄력적으로 지지된 베인(170)과, 상기 로터(120)의 회동에 따라 냉매가 흡입실(150)로 흡입되는 흡입구(180)와 또한 상기 흡입구(180)로 흡입되어 압축된 냉매가 토출되는 토출구(190)가 구성되었다.

이와 같이 구성된 상태에서 압축펌프를 가동시키기 위해서 주축이 모터에 의하여 회동되면 크랭크핀(110)이 회전하면서 로터(120)를 회전시키다.

이때 로터(120)가 회전하게 되면 베인(170)에 의하여 형성된 흡입실(150)에 흡입력이 발생되기 때문에 냉매가 흡입구(180)를 통하여 흡입실(150)로 흡입된다.

상기 흡입실(150)로 흡입된 냉매는 로터(120)의 회동에 따라 압축실(140)에서 압축되어 토출구(190)로 토출되는 것이다.

이와 같은 종래의 압축펌프는 압축시 제 2 도와 같이 흡입실(150)과 압축실(140) 사이의 압력 △P = P1-P2에 의해 베인(170)의 선단부가 힘(F)을 받으므로 베인(170)의 양 끝단부가 실린더 슬롯(160)과 국부적으로 접촉하여 집중하중을 받게 됨으로써 실린더 슬롯(160)과 베인(170)의 양 끝단이 심하게 마모되는 문제점이 발생하였다.

또한, 종래에는 압축실(140)에서 고압으로 압축된 유체가 베인(170)의 일측면을 도 1의 화살표와 같이 압박하게 됨으로써 실린더(130)의 실린더 슬롯(160)과, 이를 따라 슬라이드 출입되는 베인(170)과의 마찰력이 크게 증가하여 베인(170)의 마모에 따른 기계적 손상이 더욱 촉진될 뿐만 아니라, 실린더 슬롯(160)의 길이 만큼 실린더(130)의 두께가 두꺼워지기 때문에 결과적으로 압축펌프의 크기가 커지는 등의 많은 문제점이 있었다.

그래서, 근자에는 도 3에 도시된 바와 같은 압축펌프(일본국 특개평6-50273)가 개발되었던 바, 상기 압축펌프는 실린더(230)의 내부 적소에 베인홈(231)을 형성한 다음, 상기 베인홈(231)에 일측 힌지(221)를 중심으로 일정각 회전 압축되는 베인(220)을 출입가능하게 설치하여 상기 베인(220)이 로터(240)와 대응토록 하되, 상기 로터(240)의 외주연 적소에 결합돌기부(241) 또는, 결합돌기홈부를 돌출시켜 베인(230)의 첨단부에 결합한 구조였던바, 상기와 같이 구성된 종래의 압축펌프는 앞서 전술한 도 1의 실린더의 크기는 다소 줄일 수 있으나, 고속으로 회전하는 로터(240)의 외주연에 결합돌기부(241)가 돌출되어 있기 때문에 결국 상기 결합돌기부(241)에 응력이 집중되는 현상이 발생함으로써 상기 결합돌기부(241)의 손상을 초래하는 등의 문제점이 제기되었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 연구 개발한 것으로서, 로터에 베인홈을 형성하고, 상기 베인홈에 일측 힌지돌부에 의해 일정각 회전가능하게 베인을 설치한 다음, 실린더의 실린더 힌지홈에 베인 타단의 힌지돌부를 결합시킴으로써 압축펌프의 크기를 최소화함은 물론이고, 고속회전에 따른 로터와 베인의 손상을 극소화 한 압축펌프를 제공함에 그 목적이 있다.

실린더와, 상기 실린더 내의 주축에 설치된 크랭크핀에 삽입되어 같이 편심회전하는 로터와, 상기 로터가 실린더내에서 회전함과 더불어 작동하면서 압축실과 흡입실이 구성되게 하는 베인과, 상기 로터의 회동에 따라 냉매가 흡입실로 흡입되는 흡입구와, 또한 상기 흡입구로 흡입되어 압축된 냉매가 토출되는 토출구 등을 포함하여 구성된 압축펌프에 있어서, 상기 실린더의 내부에 그 일부가 지름이하로 개구된 원형상의 실린더 힌지홈을 형성한 다음, 상기 실린더 힌지홈에 소정 형상을 한 베인 일단의 실린더 힌지돌부를 회동가능하게 결착하는 한편, 상기 로터에 베인과 같은 형상의 베인홈을 형성한 다음, 상기 베인홈 일측에 그 일부가 지름이하로 개구된 원형상의 로터 힌지홈을 형성하고, 상기 로터 힌지홈에 베인 타단의 로터 힌지돌부를 회동가능하게 결착한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 베인에는 힌지축과 동심원상을 이루는 압축면이 형성되어 고압의 유체압력이 균일하게 분포되게 하는 동시에 그 압축면에 전달되는 압축력이 힌지축부분에 전달되도록 한 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 상기 로터의 외주측에 씰홈이 길이방향으로 형성된 다음, 상기 씰홈에 그 단부가 로터의 외주방향으로 약간 돌출되게 씰부재가 설치되는 로터 씰수단을 설치한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한, 상기 로터의 외주측에 씰홈이 길이방향으로 형성되어지되, 상기 씰홈의 일측으로 이와 거의 직각을 이루는 지지홈부를 형성하여 상기 씰홈과 지지홈부에 니은자 형상의 씰부재를 설치한 다음, 상기 지지홈부에 위치한 씰부재에 탄성수단을 탄설한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 압축펌프의 분해사시도이고, 도 5의 (a),(b),(c)는 본 발명에 따른 압축펌프의 작동상태를 순차적으로 보인 단면도이다.

실린더(10)와, 상기 실린더(10) 내의 주축(S)에 설치된 크랭크핀에 삽입되어 같이 회전하는 로터(20)와, 상기 로터(20)가 실린더(10)내에서 회전함과 더불어 작동하면서 로터(20)내에 압축실(21)과 흡입실(22)이 구성되게 하는 베인(30)과, 상기 로터(20)의 회동에 따라 냉매가 흡입실(22)로 흡입되는 흡입구(40)와, 또한 상기 흡입구(40)로 흡입되어 압축된 냉매가 토출되게 체크밸브(51)가 구비된 토출구(50) 등을 포함하여 구성된 압축펌프에 있어서,

먼저, 상기 실린더(10)의 내부에 그 일부가 지름이하로 개구된 원형상의 실린더 힌지홈(11)을 형성한 다음, 상기 실린더 힌지홈(11)에 소정 형상을 한 베인(30) 일단의 실린더 힌지돌부(31)를 일측방에서 결착하여 베인(30)이 소정각 회동가능하게 한다.

그런 다음, 상기 로터(20)에 베인(30)과 같은 형상의 베인홈(26)을 형성한 다음, 상기 베인홈(26) 일측에 그 일부가 지름이하로 개구된 원형상의 로터 힌지홈(27)을 형성하고, 상기 로터 힌지홈(27)에 베인(30) 타단의 로터 힌지돌부(32)를 회동가능하게 결착한다.

그리고, 상기 베인(30)에는 로터 힌지홈(27)과 결합된 로터 힌지돌부(32)와 동심원상을 이루는 압축면(33)이 형성되어 도 5 (b)의 화살표와 같이 고압의 유체압력이 균일하게 분포되게 하는 동시에 그 압축면(33)에 전달되는 압축력이 로터 힌지돌부(32) 부분에 전달되도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 베인(30)의 외측면을 따라 소정형상의 씰 삽입홈을 형성한 다음, 상기 씰 삽입홈에 씰부재(34)를 설치하여 베인(30)이 동작할 때 씰부재(34)도 베인홈(11)의 내벽에 밀착된 상태에서 함께 동작되게 함으로써 압축측과 흡입측 사이의 기밀을 효과적으로 유지한다.

그리고, 상기 베인(30)에는 도시되시 않았지만 외부로부터 윤활유가 공급되는 급유로(미도시)가 구비되어 압축실(21)과 흡입실(22)의 기밀을 유지하고 로터(20)와 베인(30)의 마찰을 최소화하게 된다.

한편, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이 상기 로터(20)의 외주측에 로터 씰수단(70)을 설치하게 되는데, 먼저 상기 로터(20)의 외주측에 씰홈(24)이 길이방향으로 형성되어지되, 상기 씰홈(24)의 일측으로 이와 거의 직각을 이루는 지지홈부(25)를 형성한다.

그런 다음, 상기 씰홈(24)과 지지홈부(25)에 니은자 형상의 씰부재(71)를 설치하는데, 상기 씰부재(71)는 씰홈(24)과 대응되는 씰부(72)와, 상기 지지홈부(25)와 대응되는 지지부(73)로 구분 형성되며, 상기 씰부(72)의 하단 일측방으로 개방된 삽입홈(72a)에는 지지부(73) 일단의 회전축부(73a)가 끼움 결합되며, 상기 지지부(73)의 또 다른 일단에는 회전축부(73a)보다 더 무거운 중량축부(73b)가 형성되고, 상기 회전축부(73a)과 중량축부(73b) 사이의 지지부(73)에 회전축부(73a)와 더 근접된 회전지지축(73c)이 형성되어 지지부(73)와 연결된 씰부(72)의 상단부가 로터(20)의 씰홈(24) 외측으로 돌출된 상태를 유지할 수 있게 된다.

또한, 상기 지지부(73)의 중량축부(73b)와 지지홈부(25) 사이에 스프링과 같은 탄성수단(74)을 탄설하여 씰부(72)의 상단부가 로터(20)의 씰홈(24) 외측으로 일정한 힘으로 돌출되게 함이 바람직하다.

상기의 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명이 이 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 다양한 수정 및 변형은 본 발명의 범위와 취지에 벗어남이 없이 당업자에게 명백히 인식될 것이며, 이러한 수정 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 정해진 본 발명의 사상 및 영역에 속한다.

상기와 같이 구성된 압축펌프의 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 압축펌프의 로터(20)와 베인(30)의 조립과정을 보면, 로터(20)의 베인홈(26) 일측으로 마련된 로터 힌지홈(27)에 상기 베인(30) 일단의 로터 힌지돌부(32)를 측방에서 결합시켜 소정각 회동가능하게 한 다음, 상기 베인(30) 타단의 실린더 힌지돌부(31)를 일측방에서 결착하여 베인(30)이 소정각 회동가능하게 한다. 이때, 상기 베인(30)과 로터(20)의 베인홈(26)은 동일한 형상을 가지고 있으므로 상기 베인(30)이 로터(20)의 베인홈(26) 내부에 완전히 삽입된다.

상기와 같이 로터(20)와 베인(30)이 상호 결합된 상태에서 상기 압축펌프의 구동순서를 설명하면, 도 5의 (a)와 같이 체크밸브(51)는 닫혀 있는 상태에서 주축(S)이 회전하여 로터(20)를 편심회전시킴으로써 압축실(21)내의 유체 압축이 시작된다.

이때, 베인(30)이 그 일측의 로터 힌지돌부(32)를 중심으로 로터(20)의 베인홈(26)에서 나오게 되는데, 이때 베인(30) 일단의 실린더 힌지돌부(31)가 실린더 힌지홈(11)에 결합되어 있으므로 로터(20)의 편심회전을 따라 베인(30)이 함께 맞물려 동작하게 된다.

도 5의 (b)와 같이, 도 5의 (a)의 상태로부터 로터(20)가 시계 방향으로 회전하여 압축의 진행단계에 해당하는 상태가 되는데, 상기 체크밸브(51)는 계속 닫혀 있으므로 압축실(21)내의 유체는 점점 더 압축되기 시작한다.

그리고, 상기 로터(20)가 실린더(10)내에서 시계 방향으로 회전하게 되면, 로터(20)로부터 베인(30)이 최대한 이탈되는데, 이때 베인(30)에는 로터 힌지돌부(32)와 동심원상을 이루는 압축면(33)이 형성되어 도 5 (b)의 화살표와 같이 고압의 유체압력이 균일하게 분포되는 동시에 그 압축면(33)에 전달되는 압축력이 로터 힌지돌부(32)로 전달됨으로써, 고압에 의해 베인(30)의 사용수명이 단축되는 것을 방지할 수 있다.

도 5의 (c)와 같이, 도 5 (a)의 상태로부터 로터(20)가 180도 이상 회전한 상태가 되며, 상기 체크밸브(51)는 압축실(21)내의 압력이 목표압력을 넘어설 때 개방된다.

도 5의 (c)의 상태 이후 유체펌프는 도 5의 (a)의 상태로 회귀하고 상술한 과정은 반복 계속된다.

이때, 상기 베인(30)이 로터(20)의 베인홈(26) 내부로 진입하게 되는데, 이때 상기 베인(30)의 외측을 따라 설치되어진 씰부재(34)가 베인홈(26)의 내벽에 밀착된 상태를 유지하기 때문에 유체압력의 손실을 방지할 수 있다.

그리고, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이 상기 로터(20)의 외주측에 로터 씰수단(70)을 설치되어 상기 로터(20)의 외주로 약간 돌설된 씰부(72)가 실린더(10)와 면접 밀착됨으로써 고압의 유체압력이 누설되는 것을 방지할 수 있게 되는데, 이때 상기 씰부재(71)는 씰홈(24)과 대응되는 씰부(72)와, 상기 지지홈부(25)와 대응되는 지지부(73)로 구분 형성된 상태에서 씰부(72)의 삽입홈(72a)에 지지부(73) 일단의 회전축부(73a)가 회동가능하게 결합된 다음, 회전지지축(73c)이 지지홈부(25)내에 접촉되며, 상기 지지부(73)의 일단에 회전축부(73a)보다 더 무거운 중량축부(73b)가 형성되어 지지부(73)와 연결된 씰부(72)의 상단부가 로터(20)의 씰홈(24) 외측으로 돌출된 상태를 유지할 수 있게 된다.

또한, 상기 지지부(73)의 중량축부(73b)와 지지홈부(25) 사이에 스프링과 같은 탄성수단(74)이 탄설되어 씰부(72)의 상단부가 로터(20)의 씰홈(24) 외측으로 일정한 힘으로 돌출됨으로써 로터(20)와 베인(30) 사이로 유체압력이 빠져 나가는 것을 방지할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명은 로터(20)에 베인(30)이 출입되는 베인홈(26)을 형성하고, 상기 베인홈(26)에 일측 힌지돌부(32)에 의해 일정각 회전가능하게 베인(30)을 설치한 다음, 실린더(10)의 실린더 힌지홈(11)에 베인(30) 타단의 실린더 힌지돌부(31)를 결합시킴으로써 압축펌프의 크기를 최소화함은 물론이고, 고속회전에 따른 로터(20)와 베인(30)의 손상을 극소화 한 매우 유용한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 로터(20)의 외주측에 로터 씰수단(70)을 설치하여 압축행정시 로터(20)와 베인(30) 사이로 유체압력이 빠져 나가는 것을 방지할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 압축펌프의 개략적인 단면도,

도 3은 종래 기술에 따른 압축펌프의 다른 실시예를 보인 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 압축펌프의 분해사시도,

도 5의 (a),(b),(c)는 본 발명에 따른 압축펌프의 작동상태를 순차적으로 보인 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 압축펌프의 로터 씰수단을 발췌도시한 요부 분해사시도,

도 7은 도 6의 요부 발췌 측면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10:실린더 11:실린더 힌지홈

20:로터 21:압축실

22:흡입실 24:씰홈

25:지지홈부 26:베인홈

27:로터 힌지홈 30:베인

31:힌지돌부 32:로터 힌지돌부

33:압축면 34:씰부재

40:흡입구 50:토출구

70:로터 씰수단 71:씰부재

72:씰부 72a:삽입홈

73:지지부 73a:회전축부

73b:중량축부 73c:회전지지축

74:탄성수단

Claims (4)

1. 실린더와, 상기 실린더 내의 주축에 설치된 크랭크핀에 삽입되어 같이 편심회전하는 로터와, 상기 로터가 실린더내에서 회전함과 더불어 작동하면서 압축실과 흡입실이 구성되게 하는 베인과, 상기 로터의 회동에 따라 냉매가 흡입실로 흡입되는 흡입구와, 또한 상기 흡입구로 흡입되어 압축된 냉매가 토출되는 토출구 등을 포함하여 구성된 압축펌프에 있어서,

   상기 실린더의 내부에 그 일부가 지름이하로 개구된 원형상의 실린더 힌지홈을 형성한 다음, 상기 실린더 힌지홈에 소정 형상을 한 베인 일단의 실린더 힌지돌부를 회동가능하게 결착하는 한편, 상기 로터에 베인과 같은 형상의 베인홈을 형성한 다음, 상기 베인홈 일측에 그 일부가 지름이하로 개구된 원형상의 로터 힌지홈을 형성하고, 상기 로터 힌지홈에 베인 타단의 로터 힌지돌부를 회동가능하게 결착한 것을 특징으로 한 압축펌프.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 베인에는 힌지축과 동심원상을 이루는 압축면이 형성되어 고압의 유체압력이 균일하게 분포되게 하는 동시에 그 압축면에 전달되는 압축력이 힌지축부분에 전달되도록 한 것을 특징으로 한 압축펌프.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 로터의 외주측에 씰홈이 길이방향으로 형성된 다음, 상기 씰홈에 그 단부가 로터의 외주방향으로 약간 돌출되게 씰부재가 설치되는 로터 씰수단을 설치한 것을 특징으로 한 압축펌프.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 로터의 외주측에 씰홈이 길이방향으로 형성되어지되, 상기 씰홈의 일측으로 이와 거의 직각을 이루는 지지홈부를 형성하여 상기 씰홈과 지지홈부에 니은자 형상의 씰부재를 설치한 다음, 상기 지지홈부에 위치한 씰부재에 탄성수단을 탄설한 것을 특징으로 한 압축펌프.