KR101361277B1 - 공기 압축기 또는 공기 팽창기 - Google Patents

공기 압축기 또는 공기 팽창기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기 압축기 또는 공기 팽창기에 관한 것이다. 본 발명에서는 케이싱(10)이 외관과 골격을 형성하고, 상기 케이싱(10)의 내부에 설치된 로터(22,24)가 서로 반대방향으로 회전하면서 상기 케이싱(10)에 형성된 흡입구(14)를 통해 유입된 공기를 압축하고 팽창시킨다. 그리고, 상기 흡입구(14)에는 가이드베인(140)이 구비되는데, 상기 가이드베인(140)에는 상기 흡입구(14)의 외측을 향하고 곡면을 이루는 가이드면(142)과, 상기 로터(22,24)에 대응되도록 요입되는 요입부(144)가 형성된다. 이와 같은 본 발명에 의하면 흡입구(14)를 통한 공기의 흐름이 가이드베인(140)에 의해 원활하게 이루어질 수 있어 공기 압축기 또는 공기 팽창기의 효율이 높아지는 이점이 있다.
에어사이클, 공기 압축기, 공기 팽창기, 가이드베인

Description

공기 압축기 또는 공기 팽창기{Air compressor or Air expender}
도 1은 종래 기술에 의한 공기 압축기의 구성을 보인 개략사시도.
도 2는 종래 기술에 의한 공기 압축기의 내부 구성을 보인 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 공기 압축기의 바람직한 실시예의 구성을 보인 개략사시도.
도 4는 도 3의 A-A'선에 대한 개략단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 케이싱 12: 공간부
14: 흡입구 16: 장착러그
18: 제1엔드커버 18': 제2엔드커버
19: 기어박스 19': 기어쳄버
20: 구동축 20': 종동축
21: 구동기어 22: 제1로터
24: 제2로터 25: 나선형산
26: 나선형골 140: 가이드베인
142: 가이드면 144: 요입부
본 발명은 공기 압축기 또는 공기 팽창기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공기조화를 위한 에어사이클에서 공기를 압축하거나 팽창시키는데 사용되는 공기 압축기 또는 공기 팽창기에 관한 것이다.
지구온난화 및 환경문제의 대두로 냉동사이클에 사용되던 작동유체인 냉매(R134a)를 대체하기 위해 이 분야의 연구자들이 많은 노력을 기울이고 있다. 그런 노력 가운데 하나가 환경친화적이고, 안전하며 효율이 높은 시스템을 개발하는 것이다. 이런 시스템의 일 예로서, 역-브레이턴(Bryton)사이클이라 불리우는 에어사이클이 있다. 에어사이클은 공기를 작동유체로 사용하는 시스템이며, 가스동력사이클로서 최초로 개발된 브레이턴 사이클을 역으로 가동하여 냉동효과를 얻는 것이다.
이와 같은 에어사이클의 효율은 그 구성요소인 공기 압축기와 공기 팽창기의 효율에 크게 의존한다. 상기 공기 압축기와 공기 팽창기는 동일한 구성을 가지며 단지 그 동작방향을 반대로 함에 의해 공기를 압축하거나 팽창시키게 된다. 따라서, 본 명세서에서는 공기 압축기를 기초로 설명을 하기로 한다.
도 1 및 도 2에는 일반적인 공기 압축기의 구성이 개시되어 있다. 이에 따르면, 케이싱(10)이 외관과 골격을 형성한다. 상기 케이싱(10)은 대략 횡단면이 타원형인 통형상이다. 상기 케이싱(10)의 내부에는 공간부(12)가 형성된다. 상기 공간 부(12)와 외부를 연통하기 위한 흡입구(14)와 토출구(도시되지 않음)가 상기 케이싱(10)의 양측 표면에 각각 형성된다. 공기 압축기에서 상기 흡입구(14)는 토출구에 비해 상대적으로 크기가 크다. 상기 케이싱(10)의 외면에는 다수개의 장착러그(16)가 돌출되어 형성된다. 상기 장착러그(16)는 압축기를 원하는 위치에 장착하기 위한 것이다.
상기 케이싱(10)의 일측면은 제1엔드커버(18)에 의해 차폐되고, 타측면은 제2엔드커버(18')에 의해 차폐된다. 상기 제1 및 제2 엔드커버(18,18')는 각각 케이싱(10)의 양단에 체결되어 상기 공간부(12)를 형성한다.
상기 제2엔드커버(18')에는 기어박스(19)가 장착된다. 상기 기어박스(19)의 내부에는 기어쳄버(19')가 형성된다. 상기 기어쳄버(19')는 상기 기어박스(19)와 상기 제2엔드커버(18')가 협력하여 형성한다. 상기 기어쳄버(19')의 내부에는 오일이 채워진다.
상기 케이싱(10)과 제1,2엔드커버(18,18') 및 기어박스(19)를 관통하여서는 구동축(20)이 설치된다. 상기 구동축(20)의 일단부는 상기 기어박스(19)를 관통하여 외부로 돌출된다. 이와 같이 기어박스(19)의 외부로 돌출된 구동축(20)에는 외부의 구동력을 전달받는 풀리(도시되지 않음)가 설치된다.
상기 구동축(20)과 나란히 상기 케이싱(10)과 제1 및 제2엔드커버(18,18')를 관통하여서는 종동축(20')이 설치된다. 상기 종동축(20')은 상기 구동축(20)으로 부터 동력을 전달받는다. 이를 위해 상기 구동축(20)에는 구동기어(21)가 설치되고, 상기 종동축(20')에는 종동기어(21')가 설치된다. 상기 구동기어(21)와 종동기어(21')는 서로 맞물려 상기 구동축(20)의 회전력을 상기 종동축(20')으로 전달한다.
상기 구동축(20) 및 종동축(20')에는 각각 상기 공간부(12)에 해당되는 위치에 제1 및 제2 로터(22,24)가 설치된다. 상기 제1 및 제2로터(22,24)는 각각 외면에 나선형산(25)과 나선형골(26)이 형성되어 구성되는 것으로, 예를 들어 상기 제1로터(22)의 나선형산(25)이 상기 제2로터(24)의 나선형골(26)에 위치되도록 구성된다. 이들 로터(22,24)의 나선형산(25)의 사이에 형성되는 공간은 로터(22,24)의 회전 정도에 따라 점차 작아지다가 다시 커지는 과정을 반복하도록 되어 있어 공기의 압축이 반복적으로 수행된다.
상기 구동축(20)과 종동축(20')은 상기 제1엔드커버(18), 제2엔드커버(18') 및 기어박스(19)에 각각 설치된 베어링(30,32,34)에 회전가능하게 지지된다. 도면중 미설명 부호 28은 부싱이고, 36은 오일실이며, 38은 너트이다.
이와 같은 구성을 가지는 공기 압축기에서는 외부의 구동원에의해상기구동축(20)이 회전되면, 상기 구동축(20)의 구동기어(21)와 종동축(20')의 종동기어(21')가 맞물려 회전되면서 상기 구동축(20)과 종동축(20')이 서로 반대방향으로 회전된다.
상기 구동축(20)과 종동축(20')의 회전에 의해 상기 로터(22,24)가 회전하고, 상기 로터(22,24)의 회전에 의해 상기 로터(22,24)의 나선형산(25)사이에서 상기 흡입구(14)를 통해 들어온 공기가 압축되어, 토출구를 통해 배출된다.
그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다.
외측에서 상기 흡입구(14)를 통해 바라보았을 때, 상기 제1 및 제2로터(22,24)는 서로 멀어지는 방향으로 회전된다. 다시 말해, 상기 제1 및 제2로터(22,24)는 도 1의 화살표 방향으로 회전되는 것이다. 이에 따라, 상기 흡입구(14)를 통해 흡입되는 공기가 상기 로터(22,24)의 회전에 의해 배출되는 방향으로 다시 밀려나거나, 로터(22,24)에 의해 흡입구(14) 주변에 난류가 형성되어, 공기의 유입이 방해받게 되고, 결과적으로 공기 압축기와 공기 팽창기의 효율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공기 압축기/팽창기의 흡입구를 통해 유입되는 공기의 흐름을 원활하게 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 내부에 공간부가 형성되고, 일측이 개구되어 흡입구가 형성되는 케이싱; 상기 케이싱의 일단부에 설치되어 내부의 기어쳄버에 오일이 채워지는 기어박스; 상기 케이싱과 기어박스를 관통하여 설치되고 구동원측으로부터 동력을 전달받는 구동축; 상기 구동축으로부터 상기 기어박스의 내부에서 구동기어와 종동기어를 통해 동력을 전달받고 상기 케이싱과 기어박스를 관통하여 설치되는 종동축; 상기 케이싱 내부의 공간부에 위치되게 상기 구동축과 종동축에 설치되어 서로 반대방향으로 회전하면서 공기의 압축과 팽창을 수행하는 제1 및 제2로터;를 포함하여 구성되 고, 상기 케이싱에는 상기 제1및 제2로터가 연장되는 방향과 평행하도록 상기 흡입구를 가로질러 가이드베인이 구비된다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 공기 압축기나 공기 팽창기의 흡입구에 가이드베인이 구비되어 흡입구를 통한 공기의 유입이 원활하게 이루어질 수 있어 공기 압축기/팽창기의 효율이 향상되는 이점이 있다.
이하 본 발명에 의한 공기 압축기 또는 공기 팽창기의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 3에는 본 발명에 의한 공기 압축기의 바람직한 실시예가 사시도로 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 A-A'선에 대한 개략단면도가 도시되어 있다. 이때, 종래기술과 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하고, 압축기의 내부구성에 대한 사항은 도 1를 참조하여 설명하기로 한다.
이들 도면에 도시된 바에 따르면, 케이싱(10)이 압축기(10)의 외관과 골격을 형성한다. 상기 케이싱(10)은 대략 횡단면이 타원형인 통형상이다. 상기 케이싱(10)의 내부에는 공간부(12)가 형성된다. 상기 공간부(12)와 외부를 연통하기 위한 흡입구(14)와 토출구(도시되지 않음)가 상기 케이싱(10)의 양측 표면으로 개구되게 각각 형성된다. 공기 압축기(10)에서 상기 흡입구(14)는 토출구에 비해 상대적으로 크기가 크다. 상기 케이싱(10)의 외면에는 다수개의 장착러그(16)가 돌출되어 형성된다. 상기 장착러그(16)는 압축기(10)를 원하는 위치에 장착하기 위한 것이다.
상기 케이싱(10)의 일측면은 제1엔드커버(18)에 의해 차폐되고, 타측면은 제2엔드커버(18')에 의해 차폐된다. 상기 제1 및 제2 엔드커버(18,18')는 각각 케이싱(10)의 양단에 체결되어 상기 공간부(12)를 형성한다. 상기 공간부(12)에서는 공기 압축기(10)의 경우 압축과정이 일어나고, 공기 팽창기의 경우 팽창과정이 일어난다.
상기 제2엔드커버(18')에는 기어박스(19)가 장착된다. 상기 기어박스(19)의 내부에는 기어쳄버(19')가 형성된다. 상기 기어쳄버(19')는 상기 기어박스(19)와 상기 제2엔드커버(18')가 협력하여 형성한다. 상기 기어쳄버(19')의 내부에는 오일이 채워진다.
상기 케이싱(10)과 제1,2엔드커버(18,18') 및 기어박스(19)를 관통하여서는 구동축(20)이 설치된다. 상기 구동축(20)의 일단부는 상기 기어박스(19)를 관통하여 외부로 돌출되고, 상기 외부로 돌출된 구동축(20)에는 외부의 구동력을 전달받는 풀리(도시되지 않음)가 설치된다.
상기 구동축(20)과 나란히 상기 케이싱(10)과 제1 및 제2엔드커버(18,18')를 관통하여서는 종동축(20')이 설치된다. 상기 종동축(20')은 상기 구동축(20)으로 부터 동력을 전달받는다. 이를 위해 상기 구동축(20)에는 구동기어(21)가 설치되고, 상기 종동축(20')에는 종동기어(21')가 설치된다. 상기 구동기어(21)와 종동기어(21')는 서로 맞물려 상기 구동축(20)의 회전력을 상기 종동축(20')으로 전달한다.
상기 구동축(20) 및 종동축(20')에는 각각 상기 공간부(12)에 해당되는 위치에 제1 및 제2 로터(22,24)가 설치된다. 상기 제1 및 제2로터(22,24)는 각각 외면 에 나선형산(25)과 나선형골(26)이 형성되어 구성되는 것으로, 예를 들어 상기 제1로터(22)의 나선형산(25)이 상기 제2로터(24)의 나선형골(26)에 위치되도록 구성된다. 이들 로터(22,24)의 나선형산(25)의 사이에 형성되는 공간은 로터(22,24)의 회전 정도에 따라 점차 작아지다가 다시 커지는 과정을 반복하도록 되어 있어 공기의 압축이 반복적으로 수행된다.
이때, 상기 제1 및 제2로터(22,24)의 나선형산(25)과 나선형골(26) 사이에는 소정의 간극이 존재한다. 이는 오일과 같은 물질이 공기에 섞여 사람에게 오염된 공기가 전달되는 것을 방지하기 위한 것으로, 물론 압축기(10)의 성능이 저하되지 않는 한도 내에서 최소한의 간극을 갖도록 설계되어야 한다.
한편, 상기 케이싱(10)에는 가이드베인(140)이 구비된다. 상기 가이드베인(140)은 상기 케이싱(10)의 흡입구(14)를 가로질러 구비되는 것으로, 더욱 정확하게는 상기 제1및 제2로터(22,24)가 연장되는 방향과 평행하도록 구비된다. 즉, 도 3에서 보듯이, 상기 가이드베인(140)은 상기 흡입구(14)의 일부를 차폐하도록 구비되는 것이다. 상기 가이드베인(140)은 상기 두 로터(22,24)의 회전에 의해 상기 흡입구(14)를 통해 유입되는 공기의 흐름이 방해되는 것을 방지하는 역할을 한다.
도 4에 잘 도시된 바와 같이, 상기 가이드베인(140)에는 가이드면(142)이 형성된다. 보다 정확하게는 상기 흡입구(14)의 외측을 향하는 상기 가이드베인(140)의 외면이 곡면으로 되어 상기 가이드면(42)을 형성하게 된다. 이때, 상기 가이드면(142)의 양단은 상기 제1 및 제2로터(22,24)를 향하게 된다. 즉, 상기 가이드베 인(140)은 대략 부채꼴 형상의 횡단면을 갖는 것으로, 그 중심은 상기 두 로터(22,24) 사이에 위치된다. 상기 가이드면(142)은 상기 흡입구(14)를 통해 유입되는 공기가 상기 두 로터(22,24)의 사이로 흐르는 것을 방지함과 동시에, 공기가 가이드면(142)에 안내되어 상기 제1 및 제2로터(22,24)의 양측으로 유입될 수 있도록 한다.
상기 가이드베인(140)의 상기 제1 및 제2로터(22,24)를 향하는 면에는 상기 제1 및 제2로터(22,24)에 형성된 상기 나선형산(25)의 회전반경에 대응되도록 각각 요입되어 요입부(144)가 형성된다. 상기 요입부(144)는 상기 가이드베인(140)이 상기 제1 및 제2로터(22,24)의 회전을 방해하지 않으면서, 상기 로터(22,24)에 최대한 인접하게 구비될 수 있도록 하는 것이다. 이를 위해, 도시된 바와 같이 상기 요입부(144)는 상기 가이드베인(140)의 상기 제1 및 제2로터(22,24)를 향하는 면이 양측으로 각각 요입되어 형성된다.
이때, 상기 가이드베인(140)은 상기 케이싱(10)에 일체로 형성된다. 즉, 상기 케이싱(10)이 제조되는 과정에서 함께 형성되는 것이다. 물론, 상기 가이드베인(140)만을 별개로 제조한 후에, 상기 케이싱(10)에 고정할 수도 있다.
이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 공기 압축기의 작용을 상세하게 설명한다.
본 발명의 공기 압축기(10)에서는 외부의 구동원으로부터구동력이전달되면, 상기 구동축(20)이 회전된다. 그리고 상기 구동축(20)의 회전에 의해 상기 구동기어(21)와 제1로터(22)가 회전된다. 이와 같이 구동원의구동력에의해상기구동축(20) 이 회전되면, 상기 구동축(20)의 구동기어(21)와 종동축(20')의 종동기어(21')가 맞물려 회전되면서 상기 구동축(20)과 종동축(20')이 서로 반대방향으로 회전된다.
상기 구동축(20)과 종동축(20')의 회전에 의해 상기 로터(22,24)가 회전하고, 상기 로터(22,24)의 회전에 의해 상기 로터(22,24)의 나선형산(25)사이에서 상기 흡입구(14)를 통해 들어온 공기가 압축된다.
이때, 외부의 공기가 흡입구(14)를 통해 흡입되는 과정에서, 상기 가이드베인(140)은 공기의 유입을 원활하게 만들어 주게 된다. 보다 정확하게는, 상기 가이드베인(140)의 가이드면(142)에 의해 공기가 상기 로터(22,24)의 양측으로 안내되는 것이다. 즉, 도 4에 도시된 화살표(③)의 방향으로 공기가 유입되어, 상기 공간부(12) 내부에서 상기 로터(22,24)의 나선형산(25)에 의해 압축이 이루어지는 것이다.
그리고, 상기 가이드면(142)은 곡면으로 형성되므로 이러한 공기의 흐름은 보다 효과적으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 가이드면(142)의 양단이 상기 로터(22,24)의 양측을 향하도록 형성되므로, 유입된 공기는 자연스럽게 화살표(③)방향으로 이동하게 되는 것이다.
특히, 상기 흡입구(14)를 향하는 상기 제1 및 제2로터(22,24)의 상단은 서로 멀어지는 방향(도 4의 화살표(①,②)참조)으로 회전하는데, 그 과정에서 두 로터(22,24) 사이의 공간에 존재하는 공기가 흡입구(14)의 외측으로 배출되어 버리거나, 혹은 흡입되는 공기와 만나 난류를 형성하는 것은 상기 가이드베인(140)에 의해 방지될 수 있다.
그리고, 상기 가이드베인(140)은 상기 요입부(144)로 인해 상기 로터(22,24)에 더욱 인접하도록 구비될 수 있어, 이러한 공기의 흐름은 더욱 원활하게 이루어질 수 있다. 이는 상기 요입부(144)가 상기 로터(22,24)의 나선형산(25)의 회전반경에 대응되도록 각각 요입되게 형성되기 때문이다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
예를 들어, 상기 가이드베인(140)의 횡단면 형상은 반드시 부채꼴 형상의 곡면으로 한정되는 것은 아니며, 상기 흡입구(14)를 통해 유입되는 공기를 안내할 수 있도록 역삼각형을 비롯한 다양한 형상으로 될 수 있다. 또한, 상기 가이드베인(140)은 반드시 상기 케이싱(10)에 일체로 형성될 필요는 없고, 별도의 공정으로 제작된 후에 케이싱(10)에 장착할 수도 있다. 그리고, 본 실시예에서는 압축기(10)를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명에 의한 가이드베인(140)은 팽창기의 흡입구에도 동일하게 적용될 수 있다.
위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에서는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
본 발명에서는 공기 압축기나 공기 팽창기의 흡입구에 가이드베인이 구비되어, 흡입되는 공기가 상기 로터의 회전에 의해 배출되는 방향으로 다시 밀려나거나, 흡입구 주변에 난류가 형성되는 것이 방지되므로, 공기가 공간부 내부로 원활하게 공급될 수 있다. 이에 따라, 공기압축 또는 팽창성능이 향상되고 결과적으로 공기 압축기 또는 공기 팽창기의 성능이 향상되는 효과가 있다.
특히, 흡입구에 구비되는 가이드베인의 가이드면은 곡면으로 형성되어 이러한 공기의 흐름은 보다 원활하게 이루어질 수 있고, 가이드베인의 요입부에 의해 가이드베인을 로터에 보다 인접하도록 구비할 수 있어 공기의 유입을 보다 확실하게 안내할 수 있으므로 공기 압축기 또는 공기 팽창기의 성능이 향상되는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 내부에 공간부(12)가 형성되고, 일측이 개구되어 흡입구(14)가 형성되는 케이싱(10);
    상기 케이싱(10)의 일단부에 설치되는 기어박스(19);
    상기 케이싱(10)과 기어박스(19)를 관통하여 설치되고 구동원측으로부터 동력을 전달받는 구동축(20);
    상기 구동축(20)으로부터 상기 기어박스(19)의 내부에서 구동기어(21)와 종동기어(21')를 통해 동력을 전달받고 상기 케이싱(10)과 기어박스(19)를 관통하여 설치되는 종동축(20');
    상기 케이싱(10) 내부의 공간부(12)에 위치되게 상기 구동축(20)과 종동축(20')에 설치되어 서로 반대방향으로 회전하면서 공기의 압축과 팽창을 수행하는 제1 및 제2로터(22,24); 그리고
    상기 흡입구(14)를 통해 흡입된 공기를 상기 제1 및 제2 로터(22,24)의 양측으로 안내하는 가이드베인(140)이 구비되고,
    상기 가이드베인(140)의 상기 흡입구(14)의 외측을 향하는 면에는 그 양단이 각각 상기 제1 및 제2로터(22,24)를 향하는 가이드면(142)이 형성되어, 상기 흡입구(14)를 통한 공기의 유입을 안내하고, 상기 가이드베인(140)의 상기 제1 및 제2로터(22,24)를 향하는 면에는 상기 제1 및 제2로터(22,24)에 형성된 나선형산(25)의 회전반경에 대응되도록 각각 요입되어 요입부(144)가 형성됨을 특징으로 하는 공기 압축기 또는 공기 팽창기.
  2. 삭제
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