KR101515634B1 - 공기 압축기, 공기 팽창기 및 이를 이용한 오일냉각시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기 압축기, 공기 팽창기 및 이를 이용한 오일냉각시스템에 관한 것이다. 본 발명은 케이싱(110) 내부에서 서로 반대방향으로 회전하면서 공기의 압축과 팽창을 수행하는 제1 및 제2로터(122,124)를 포함하여 구성된다. 그리고, 제1 및 제2로터(122,124)는 구동축(120)과 종동축(120')에 각각 연결되고 상기 구동축(120)과 종동축(120')은 케이싱(110)에 설치되는 기어박스(119) 내부의 구동기어(121) 및 종동기어(121')가 맞물림에 따라 상대회전된다. 이때, 상기 기어박스(119)에는 외부와 연통되는 오일유입구(151)와 오일토출구(161)가 구비되어 기어챔버(119') 내부의 오일은 상기 오일유입구(151)와 오일토출구(161)를 통해 기어박스(119) 내외부로 순환된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 공기 압축기, 공기 팽창기의 기어박스(119) 내부에서 기어(121,124) 사이의 윤활역할을 하는 오일이 기어박스(119)의 내외부로 순환되면서 냉각될 수 있어, 상기 기어박스(119) 및 이를 구비한 공기 압축기, 공기 팽창기가 냉각되고, 결과적으로 공기 압축기, 공기 팽창기의 작동효율이 향상되는 이점이 있다.

공기 압축기, 공기 팽창기, 기어박스, 오일냉각

Description

공기 압축기, 공기 팽창기 및 이를 이용한 오일냉각시스템{Air compressor, air expender and oil cooling system using this}

본 발명은 공기 압축기, 공기 팽창기 및 이를 이용한 오일냉각시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공기조화를 위한 에어사이클에서 공기를 압축하거나 팽창시키는데 사용되는 공기 압축기, 공기 팽창기 및 공기 압축기, 공기 팽창기에 사용되는 오일을 냉각시키기 위한 시스템에 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 공기팽창기는 동일한 구성을 가지며 단 지 그 동작방향을 반대로 함에 의해 공기를 압축하거나 팽창시키게 된다. 따라서, 본 명세서에서는 공기압축기를 기초로 설명을 하기로 한다.

도 1에는 일반적인 공기 압축기의 구성이 개시되어 있다. 이에 따르면, 케이싱(10)이 공기압축기의 외관과 골격을 형성한다. 상기 케이싱(10)은 대략 횡단면이 타원형인 통형상이다. 상기 케이싱(10)의 내부에는 공간부(미도시)가 형성된다. 상기 공간부와 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 공간부를 형성한다.

상기 제2엔드커버(18')에는 기어박스(19)가 장착된다. 상기 기어박스(19)의 내부에는 기어챔버(미도시)가 형성된다. 상기 기어챔버의 내부에는 구동기어(미도시)와 상기 구동기어에 연동되는 종동기어가 설치된다. 그리고, 상기 기어챔버에는 오일이 채워져 상기 구동기어 및 종동기어의 상대회전이 원활하게 이루어질 수 있도록 한다. 이때, 상기 오일이 외부로 누설되지 않도록 상기 제2엔드커버(18')에는 오일시일(도시되지 않음)이 구비되고, 상기 기어박스(19) 및 제2엔드커버(18')는 상기 기어챔버를 밀폐하게 된다.

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(도시되지 않음)이 설치된다. 상기 종동축은 상기 구동축(20)으로 부터 동력을 전달받는다. 이를 위해 상기 구동축(20)에는 구동기어(미도시)가 설치되고, 상기 종동축에는 종동기어(미도시)가 설치된다. 상기 구동기어와 종동기어는 서로 맞물려 상기 구동축(20)의 회전력을 상기 종동축으로 전달한다.

상기 구동축(20) 및 종동축에는 각각 상기 공간부에 해당되는 위치에 제1 및 제2 로터(26,27)가 설치된다. 상기 제1 및 제2로터(26,27)는 각각 외면에 나선형산(28)과 나선형골(29)이 형성되어 구성되는 것으로, 예를 들어 상기 제1로터(26)의 나선형산(28)이 상기 제2로터(27)의 나선형골(29)에 위치되도록 구성된다. 이들 로터(26,27)의 나선형산(28)의 사이에 형성되는 공간은 로터(26,27)의 회전 정도에 따라 점차 작아지다가 다시 커지는 과정을 반복하도록 되어 있어 공기의 압축이 반복적으로 수행된다.

상기 구동축(20)과 종동축은 상기 제1엔드커버(18), 제2엔드커버(18') 및 기어박스(19)에 각각 설치된 베어링(미도시)에 회전가능하게 지지된다.

이와 같은 구성을 가지는 공기압축기에서는 외부의 구동원에 의해 상기 구동축(20)이 회전되면, 상기 구동축(20)의 구동기어와 종동축의 종동기어가 맞물려 회 전되면서 상기 구동축(20)과 종동축이 서로 반대방향으로 회전된다.

그리고, 상기 구동축(20)과 종동축의 회전에 의해 상기 로터(26,27)가 회전하고, 상기 로터(26,27)의 회전에 의해 상기 로터(26,27)의 나선형산(28)사이에서 상기 흡입구(14)를 통해 들어온 공기가 압축되어, 토출구를 통해 배출된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에는 다음과 같은 문제점이 있다.

상기 기어박스(19) 내부에 설치되는 구동기어와 종동기어는 상기 공기 압축기가 작동함에 따라 매우 고속으로 맞물려 회전하게 된다. 이에 따라 상기 기어챔버 내부는 매우 고온의 상태가 되고, 이러한 기어챔버 내부의 열은 상기 구동축(20) 및 종동축 및 제2엔드커버(18')를 통해 상기 로터(26,27) 및 케이싱(10)에 전달되고, 결국 케이싱(10) 내의 온도를 상승시켜 공기 압축기의 효율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

물론, 상기 기어챔버의 내부에는 오일이 채워져 있어, 상기 구동기어 및 종동기어의 회전에 의해 발생되는 열을 어느 정도 냉각시켜 줄 수는 있으나, 상기 오일은 순환되지 못하고 밀폐된 기어박스(19) 내부에 머물게 되므로 단순히 기어박스(19) 외부의 자연대류에 의해 냉각될 수 밖에 없고, 따라서 오일의 냉각이 충분히 이루어지지 못하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공기 압축기, 공기 팽창기의 기어박스 내부에서 기어 사이의 윤활역할을 하는 오일이 기어박스 외부로 순환되면서 냉각될 수 있도록 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 내부에 공간부가 형성되고, 일측이 개구되어 흡입구가 형성되는 케이싱과, 상기 케이싱의 일측에 구비되고 내부의 기어챔버에는 구동기어 및 종동기어가 맞물리도록 설치되는 기어박스와, 상기 기어박스를 관통하여 설치되고 구동원측으로부터 동력을 전달받는 구동축과, 상기 구동축으로부터 상기 구동기어와 종동기어의 상대회전을 통해 동력을 전달받는 종동축 그리고 상기 케이싱 내부의 공간부에 설치되어 각각 상기 구동축과 종동축에 의해 서로 반대방향으로 회전하면서 공기의 압축 또는 팽창을 수행하는 제1 및 제2로터를 포함하여 구성되고, 상기 기어박스에는 외부와 연통되는 오일유입구와 오일토출구가 구비되어 상기 기어챔버 내부의 오일은 상기 오일유입구와 오일토출구를 통해 기어박스 내외부로 순환된다.

상기 오일유입구 및 상기 오일토출구는 상기 기어박스의 서로 반대측에 각각 형성되고, 상기 오일유입구는 중력방향을 따라 상기 오일토출구 보다 높은 위치에 형성된다.

상기 종동축의 내부에는 종동축의 길이방향을 따라 오일유입로가 형성된다.

본 발명에 의한 다른 특징에 따르면, 본 발명은 열교환 사이클 내부를 순환하는 공기를 압축하는 공기 압축기와, 상기 공기 압축기에서 압축된 공기를 외부열원과 열교환시키는 열교환기와, 상기 열교환기로부터 전달된 공기를 팽창시킨 후 공조공간으로 공급하는 공기 팽창기를 포함하여 구성되고, 상기 공기 압축기 또는 공기 팽창기 중 적어도 어느 하나의 기어박스에는 오일유입구 및 오일토출구가 형성되고, 상기 오일유입구 및 오일토출구는 각각 상기 열교환기에 연결되어 오일순환회로를 형성한다.

상기 열교환기는 열교환 사이클 내부의 공기의 열교환을 위한 에어쿨러와, 상기 오일순환회로를 따라 유동되는 오일의 열교환을 위한 오일쿨러로 구성된다.

본 발명에 의한 공기 압축기, 공기 팽창기 및 이를 이용한 오일냉각시스템에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

본 발명에서는 공기 압축기, 공기 팽창기에 오일유입구와 오일토출구가 외부와 연통되게 형성되어 열교환기와 각각 연결되므로, 공기 압축기, 공기 팽창기의 기어박스 내부에서 기어 사이의 윤활역할을 하는 오일이 기어박스의 내외부로 순환되면서 냉각될 수 있어, 상기 기어박스 및 이를 구비한 공기 압축기, 공기 팽창기가 냉각되고, 결과적으로 공기 압축기, 공기 팽창기의 작동효율이 향상되는 효과가 있다.

이하 본 발명에 의한 공기 압축기, 공기 팽창기 및 이를 이용한 오일냉각시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2에는 본 발명에 의한 공기 압축기, 공기 팽창기의 바람직한 실시예의 구성이 사시도로 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명 실시예의 구성이 단면도로 도시되어 있으며, 도 4에는 본 발명에 의한 오일냉각시스템의 바람직한 실시예의 구성이 구성도로 도시되어 있다.

이들 도면에 도시된 바에 따르면, 케이싱(110)이 공기압축기(100)의 외관과 골격을 형성한다. 상기 케이싱(110)은 대략 횡단면이 타원형인 통형상이다. 도 3에서 보듯이, 상기 케이싱(110)의 내부에는 공간부(112)가 형성된다. 그리고, 상기 공간부(112)와 외부를 연통하기 위한 흡입구(114)와 토출구(도시되지 않음)가 상기 케이싱(110)의 양측 표면으로 개구되게 각각 형성된다. 상기 공기압축기(100)에서 상기 흡입구(114)는 토출구에 비해 상대적으로 크기가 크다. 상기 케이싱(110)의 외면에는 다수개의 장착러그(116)가 돌출되어 형성된다. 상기 장착러그(116)는 공기압축기(100)를 원하는 위치에 장착하기 위한 것이다.

상기 케이싱(110)의 일측면은 제1엔드커버(118)에 의해 차폐되고, 타측면은 제2엔드커버(118')에 의해 차폐된다. 상기 제1 및 제2 엔드커버(118,118')는 각각 케이싱(110)의 양단에 체결되어 상기 공간부(112)를 형성한다. 상기 공간부(112)에서는 공기압축기(100)의 경우 압축과정이 일어나고, 공기팽창기(300)의 경우 팽창과정이 일어난다.

상기 제2엔드커버(118')에는 기어박스(119)가 장착된다. 상기 기어박스(119) 의 내부에는 기어챔버(119')가 형성된다. 상기 기어챔버(119')의 내부에는 오일이 채워진다. 상기 오일은 상기 기어챔버(119') 내부에 구비되는 후술할 구동기어(121) 및 종동기어(121') 사이가 맞물려 회전되는 과정에서 원활하게 연동될 수 있도록 하는 것으로, 상기 기어챔버(119') 내부에 완전히 채워지지는 않고 구동축(120)이 구비된 높이에 이를 정도로 채워진 상태이다.

상기 케이싱(110)과 제1,2엔드커버(118,118') 및 기어박스(119)를 관통하여서는 구동축(120)이 설치된다. 상기 구동축(120)의 일단부는 상기 기어박스(119)를 관통하여 외부로 돌출되고, 상기 외부로 돌출된 구동축(120)에는 외부의 구동력을 전달받는 풀리(도시되지 않음)가 설치된다.

상기 구동축(120)은 외부의 구동력을 전달받아 아래에서 설명될 제1로터(122)를 회전시키는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 구동축(120)은 후술할 제1로터(122) 내부의 관통공(122')을 관통하여 설치된다. 이때, 상기 구동축(120)의 외경은 관통공(122')의 내경보다 크게 형성되어, 관통공(122')에 압입되어 고정된다.

도 3에서 보듯이, 상기 종동축(120')에는 오일유입로(H)가 형성된다. 상기 오일유입로(H)는 상기 종동축(120')의 길이방향을 따라 종동축(120')의 내부에 형성되는 것으로, 기어챔버(119') 내부의 오일의 일부가 유입될 수 있도록 한다. 이는 아래에서 설명될 오일순환회로를 통해 냉각된 오일이 상기 오일유입로(H)에 유입되어 상기 종동축(120') 및 종동축(120')이 설치되는 상기 공간부(112)를 냉각시킬 수 있도록 하기 위함이다.

상기 구동축(120)과 나란히 상기 케이싱(110)과 제1 및 제2엔드커 버(118,118')를 관통하여서는 종동축(120')이 설치된다. 상기 종동축(120')은 상기 구동축(120)으로 부터 동력을 전달받는다. 이를 위해 상기 구동축(120)에는 구동기어(121)가 설치되고, 상기 종동축(120')에는 종동기어(121')가 설치된다. 상기 구동기어(121)와 종동기어(121')는 서로 맞물려 상기 구동축(120)의 회전력을 상기 종동축(120')으로 전달한다.

상기 종동축(120')은 후술할 제2로터(124) 내부의 관통공(125')을 관통하여 설치된다. 이때, 상기 종동축(120')은 상기 구동축(120)과 마찬가지로 그 외경이 관통공(125')의 내경보다 크게 형성되어, 관통공(125')에 압입되어 고정된다.

상기 구동축(120) 및 종동축(120')에는 각각 상기 공간부(112)에 해당되는 위치에 제1 및 제2 로터(122,124)가 설치된다. 상기 제1 및 제2로터(122,124)는 각각 외면에 나선형산(125)과 나선형골(126)이 형성되어 구성되는 것으로, 예를 들어 상기 제1로터(122)의 나선형산(125)이 상기 제2로터(124)의 나선형골(126)에 위치되도록 구성된다. 이들 로터(122,124)의 나선형산(125)의 사이에 형성되는 공간은 로터(122,124)의 회전 정도에 따라 점차 작아지다가 다시 커지는 과정을 반복하도록 되어 있어 공기의 압축이 반복적으로 수행된다.

상기 구동축(120)과 종동축(120')은 상기 제1엔드커버(118), 제2엔드커버(118') 및 기어박스(119)에 각각 설치된 베어링(130,132,134)에 회전가능하게 지지된다. 본 실시예에서 상기 베어링(130)은 볼베어링으로 구성된다. 도면중 미설명 부호 136은 오일실이며, 138은 너트이다.

한편, 도 2에서 보듯이, 상기 기어박스(119)에는 오일유입관(150) 및 오일토 출관(160)이 각각 구비된다. 상기 오일유입관(150) 및 오일토출관(160)은 상기 기어챔버(119')를 외부와 연통시키기 위한 것으로, 상기 기어박스(119)로부터 연장되어 아래에서 설명될 열교환기(200)에 연결된다.

보다 정확하게는, 상기 오일유입관(150) 및 오일토출관(160)에는 오일유입구(151) 및 오일토출구(161)가 각각 형성되어, 오일이 기어챔버(119')의 내부로 공급되거나 기어챔버(119')로부터 토출될 수 있다. 도 2에는 오일유입관(150) 및 오일토출관(160)이 도면을 기준으로 좌우방향으로 연장되어 형성되나, 상기 오일유입관(150) 및 오일토출관(160)은 각각 상기 기어박스(119)의 상면 및 하면으로부터 상하방향으로 연장되어 형성될 수도 있다.

이때, 상기 오일유입구(151)와 오일토출구(161)는 상기 기어박스(119)의 양측에 각각 형성되고, 상기 오일유입구(151)는 상기 오일토출구(161) 보다 중력방향을 기준으로 높은 위치에 형성됨이 바람직하다. 이는 오일토출구(161) 주변에 존재하는 오일이 오일유입구(151)에 주변에 존재하는 오일에 비해 중력에 의해 높은 압력을 받게 되므로, 기어챔버(119')의 오일이 자연스럽게 외부로 토출될 수 있도록 하기 위함이다.

상기 오일유입구(151) 및 오일토출구(161)는 각각 열교환기(200)에 연결된다. 도 4에서 보듯이, 상기 열교환기(200)는 공기압축기(100) 내부의 공기 또는 오일을 공급받아 외부열원과 열교환시키는 역할을 한다. 즉, 공조공간(R)으로부터 전달되어 상기 공기압축기(100)에 의해 압축된 고온의 공기 또는 공기압축기(100)로 부터 전달된 고온의 오일을 외부열원과 열교환을 통해 냉각시키고 이를 다시 공조 공간(R) 및 공기압축기(100)로 공급하는 역할을 하는 것이다.

이때, 상기 열교환기(200)는 에어쿨러(210)와 오일쿨러(220)로 구성된다. 상기 에어쿨러(210)는 상기 공기압축기(100)에 의해 전달된 고온의 공기를 냉각시키기 위한 것이고, 상기 오일쿨러(220)는 공기압축기(100)의 기어챔버(119)로부터 전달된 고온의 오일을 냉각시키기 위한 것이다. 상기 오일쿨러(220)와 에어쿨러(210)는 별개의 장치로 될 수도 있으나, 하나의 열교환기(200)를 두 부분으로 구획하여 각각 에어쿨러(210)와 오일쿨러(220)로 사용할 수 있다.

상기 공기압축기(100)는 공기팽창기(300)와 연결되고, 상기 공기 압축기와 상기 공기팽창기(300) 사이에는 구동모터(400)가 구비되어 상기 구동모터(400)에 의해 공기압축기(100)와 공기팽창기(300)가 함께 구동될 수 있다.

상기 열교환기(200)와 팽창기 사이에는 재생기(regenerator,500)가 구비된다. 상기 재생기(500)는 상기 열교환기(200)에서 온도가 하강된 공기를 공조공간(R)으로부터 순환되어 돌아오는 차가운 공기와 열교환시켜 온도를 더욱 떨어뜨린 상태로 공기팽창기(300)에 공급하는 역할을 한다. 이와 같이 공기팽창기(300)를 통과하면서 등엔드로피 변화를 거친 공기는 재생기(500)가 없는 경우보다 온도가 더욱 감소하므로 보다 높은 냉방성능을 얻을 수 있다.

이때, 상기 공기압축기(100)와 열교환기(200)로 이루어지는 오일순환회로에는 오일펌프(600)가 설치된다. 상기 오일펌프(600)는 상기 기어챔버(119')로부터 오일을 토출시키고 이를 열교환기(200), 보다 정확하게는 오일쿨러(220)에 공급시킴으로써, 오일순환회로가 연속적으로 작동될 수 있도록 한다.

도 6에는 종래에 대비한 본 발명에 실시예에 의한 공기 압축기의 단열효율이 도시되어 있다. 이에 도시된 바와 같이, 본 발명 실시예에 의한 공기압축기(100)의 경우에는 오일이 순환되면서 냉각될 수 있어 공기압축기(100)의 냉각효율이 향상되고, 이에 따라 공기압축기(100)의 단열효율이 향상된다. 특히, 상기 종래 대비 공기압축기(100)의 단열효율은 공기압축기(100)에 가해지는 부하가 증가할수록 향상됨을 알 수 있다.

도 5에는 본 발명에 의한 오일냉각시스템의 다른 실시예가 도시되어 있는데, 이에 도시된 바와 같이, 오일순환회로에 상기 공기 압축기뿐 아니라, 공기팽창기(300)를 포함시켜 공기팽창기(300)의 기어박스(도시되지 않음)에 존재하는 오일을 냉각시킬 수도 있다. 물론, 이 경우에는 상기 공기팽창기(300)의 기어박스에도 오일유입구와 오일토출구가 형성되고, 이는 각각 오일쿨러(220) 및 공기압축기(100)의 오일유입구(151)와 연결되어야 한다.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 공기 압축기의 작용을 상세하게 설명한다.

먼저, 공기압축기(100)가 작동되는 과정을 살펴보기로 한다. 상기 공기압축기(100)에 외부의 구동원으로부터 구동력이 전달되면, 상기 구동축(120)이 회전된다. 그리고 상기 구동축(120)의 회전에 의해 상기 구동기어(121)와 제1로터(122)가 회전된다. 이와 같이 구동원의 구동력에 의해 상기 구동축(120)이 회전되면, 상기 구동축(120)의 구동기어(121)와 종동축(120')의 종동기어(121')가 맞물려 회전되면서 상기 구동축(120)과 종동축(120')이 서로 반대방향으로 회전된다.

상기 구동축(120)과 종동축(120')의 회전에 의해 상기 로터(122,124)가 회전하고, 상기 로터(122,124)의 회전에 의해 상기 로터(122,124)의 나선형산(125)사이에서 상기 흡입구(114)를 통해 들어온 공기가 압축된다.

다음으로, 본 발명에 의한 공기압축기(100)를 포함하는 공조시스템을 살펴보면, 먼저 공조공간(R)의 공기가 재생기(500)를 거쳐 상기 공기압축기(100)에 공급되어 상술한 과정을 통해 압축된다. 그리고 이와 같이 압축된 공기는 열교환기(200)로 공급되어 외부열원과 열교환이 이루어지면서 온도가 하강하게 된다.

그리고, 이러한 공기는 상기 열교환기(200)와 연결된 재생기(500)에 전달되어 더욱 온도가 하강하게 되고 마지막으로 공기팽창기(300)를 거쳐 공조공간(R)에 전달된다.

마지막으로, 도 4를 참조하여 상기 공기압축기(100)와 열교환기(200)로 구성되는 오일순환회로에 대해 살펴보면, 공기압축기(100)의 기어챔버(119') 내부에 채워진 오일은 오일펌프(600)의 작동에 의해 오일토출구(161)를 통해 토출되어, 열교환기(200)의 오일쿨러(220)로 전달된다. 상기 오일쿨러(220)로 공급된 오일은 외부열원과 열교환되면서 냉각되고 다시 공기압축기(100)의 기어박스(119)에 구비된 오일유입구(151)로 공급된다. 그리고, 이와 같은 오일의 토출과 유입이 연속적으로 이루어지면서 오일이 냉각되고, 냉각된 오일은 기어박스(119) 및 공기압축기(100)를 냉각시키는 역할을 하여 공기압축기(100)의 효율을 향상시키게 된다.

특히, 상기 공기압축기(100)의 종동축(120')에는 오일유입로(H)가 형성되어 냉각된 오일이 오일유입로(H)를 따라 공기압축기(100)의 공간부(112)까지 유입되므 로, 공간부(112)의 내부온도 역시 어느 정도 하강할 수 있다.

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.

상기한 실시예에서는 공기압축기(100)를 예로 들어 설명하였으나, 상기한 오일유입구(151) 및 오일토출구(161)은 공기팽창기(300)에도 동일하게 적용될 수 있다.

그리고, 상기 실시예에서는 냉각시스템에 재생기(500)가 설치된 것을 예로 들어 설명하였으나, 상기 재생기(500)는 생략될 수도 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 공기 압축기의 구성을 보인 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 공기 압축기, 공기 팽창기의 바람직한 실시예의 구성을 보인 사시도.

도 3은 본 발명 실시예의 구성을 보인 단면도.

도 4는 본 발명에 의한 오일냉각시스템의 바람직한 실시예의 구성을 보인 구성도.

도 5는 본 발명에 의한 오일냉각시스템의 다른 실시예의 구성을 보인 구성도.

도 6은 본 발명 실시예에 의한 공기압축기의 단열효율을 종래기술과 비교한 막대그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100: 압축기 110: 케이싱

112: 공간부 114: 흡입구

116: 장착러그 118,118': 제1 및 제2엔드커버

119: 기어박스 119': 기어챔버

120: 구동축 120': 종동축

121: 구동기어 121': 종동기어

122: 제1로터 124: 제2로터

130: 베어링 150: 오일유입관

151: 오일유입구 160: 오일토출관

161: 오일토출구 200: 열교환기

300: 공기팽창기 400: 구동모터

500: 재생기 600: 오일펌프

Claims (7)

1. 내부에 공간부(112)가 형성되고, 일측이 개구되어 흡입구(114)가 형성되는 케이싱(110);

   상기 케이싱(110)의 일측에 구비되고 내부의 기어챔버(119')에는 구동기어(121) 및 종동기어(121')가 맞물리도록 설치되는 기어박스(119)와,

   상기 기어박스(119)를 관통하여 설치되고 구동원으로부터 동력을 전달받아 회전되는 구동축(120);

   상기 구동축(120)으로부터 상기 구동기어(121)와 종동기어(121')의 상대회전을 통해 동력을 전달받아 회전되는 종동축(120'); 그리고

   상기 케이싱(110) 내부의 공간부(112)에 설치되어 각각 상기 구동축(120)과 종동축(120')에 의해 서로 반대방향으로 회전하면서 공기의 압축을 수행하는 제1 및 제2로터(122,124);를 포함하여 구성되는 공기 압축기에 있어서,

   상기 기어박스(119)에는 외부와 연통되는 오일유입구(151)와 오일토출구(161)가 구비되어 상기 기어챔버(119') 내부의 오일은 상기 오일유입구(151)와 오일토출구(161)를 통해 기어박스(119) 내외부로 순환되고,

   상기 종동축(120')의 내부에는 종동축(120')의 길이방향을 따라 오일유입로(H)가 형성됨을 특징으로 하는 공기 압축기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 오일유입구(151) 및 상기 오일토출구(16)는 상기 기어박스(119)의 서로 반대측에 각각 형성되고, 상기 오일유입구(151)는 중력방향을 따라 상기 오일토출구(161) 보다 높은 위치에 형성됨을 특징으로 하는 공기 압축기.
3. 삭제
4. 열교환 사이클 내부를 순환하는 공기를 압축하는 공기 압축기(100)와,

   상기 공기 압축기(100)에서 압축된 공기를 외부열원과 열교환시키는 열교환기(200)와,

   상기 열교환기(200)로부터 전달된 공기를 팽창시킨 후 공조공간(R)으로 공급하는 공기 팽창기(300)를 포함하여 구성되고,

   상기 공기 압축기(100) 또는 공기 팽창기(300) 중 적어도 어느 하나의 기어박스(119)에는 오일유입구(151) 및 오일토출구(161)가 형성되고, 상기 오일유입구(151) 및 오일토출구(161)는 각각 상기 열교환기(200)에 연결되어 오일순환회로를 형성함을 특징으로 하는 오일냉각시스템.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 열교환기(200)는 열교환 사이클 내부의 공기의 열교환을 위한 에어쿨러(210)와, 상기 오일순환회로를 따라 유동되는 오일의 열교환을 위한 오일쿨러(220)로 구성됨을 특징으로 하는 오일냉각시스템.
6. 내부에 공간부(112)가 형성되고, 일측이 개구되어 흡입구(114)가 형성되는 케이싱(110);

   상기 케이싱(110)의 일측에 구비되고 내부의 기어챔버(119')에는 구동기어(121) 및 종동기어(121')가 맞물리도록 설치되는 기어박스(119)와,

   상기 기어박스(119)를 관통하여 설치되고 구동원으로부터 동력을 전달받아 회전되는 구동축(120);

   상기 구동축(120)으로부터 상기 구동기어(121)와 종동기어(121')의 상대회전을 통해 동력을 전달받아 회전되는 종동축(120'); 그리고

   상기 케이싱(110) 내부의 공간부(112)에 설치되어 각각 상기 구동축(120)과 종동축(120')에 의해 서로 반대방향으로 회전하면서 공기의 팽창을 수행하는 제1 및 제2로터(122,124);를 포함하여 구성되는 공기 팽창기에 있어서,

   상기 기어박스(119)에는 외부와 연통되는 오일유입구(151)와 오일토출구(161)가 구비되어 상기 기어챔버(119') 내부의 오일은 상기 오일유입구(151)와 오일토출구(161)를 통해 기어박스(119) 내외부로 순환되고,

   상기 종동축(120')의 내부에는 종동축(120')의 길이방향을 따라 오일유입로(H)가 형성됨을 특징으로 하는 공기 팽창기.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 오일유입구(151) 및 상기 오일토출구(16)는 상기 기어박스(119)의 서로 반대측에 각각 형성되고, 상기 오일유입구(151)는 중력방향을 따라 상기 오일토출구(161) 보다 높은 위치에 형성됨을 특징으로 하는 공기 팽창기.

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