KR101787705B1

KR101787705B1 - 클립 블레이드를 이용한 삼각 로터리 펌프

Info

Publication number: KR101787705B1
Application number: KR1020170080770A
Authority: KR
Inventors: 최병철
Original assignee: 최병철
Priority date: 2017-06-26
Filing date: 2017-06-26
Publication date: 2017-10-18

Abstract

본 발명은 클립 블레이드를 이용한 삼각 로터리 펌프에 관한 것으로서, 내부에 에피사이클로이드 궤적으로 이루어지는 펌핑공간을 형성하는 로터하우징과, 둥근 삼각형 형상을 가지며 상기 펌핑공간 내에서 세 꼭지점이 내접한 상태로 편심 회전하는 로터와, 상기 로터에 편심을 가지고 회전 가능하게 결합되는 직선구동축 또는 상기 로터의 중심에 회전 가능하게 결합되는 크랭크축 형상의 편심구동축을 포함하는 삼각 로터리 펌프에 있어서, 상기 로터의 세 꼭지점에는 개구부가 형성된 원형의 요홈이 형성되고, 상기 요홈에는 판 스프링 형상의 클립 블레이드가 장탈착 가능하게 구비되는데, 상기 클립 블레이드는 상기 요홈에 탄력적으로 밀착되는 원형의 클립부와, 상기 로터의 회전방향과 반대측으로 연장되고 판면이 상기 펌핑공간의 내면에 탄력적으로 접촉한 상태를 유지하는 블레이드부와, 상기 개구부를 통해 상기 클립부와 블레이드부를 만곡시켜 탄성적으로 연결하는 탄성지지부를 포함한다.

Description

클립 블레이드를 이용한 삼각 로터리 펌프{Triangular rotary pump using clip blade}

본 발명은 삼각 로터리 펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방켈엔진의 원리를 역이용하여 대략 삼각형 형상의 로터가 특정 궤적를 가지는 하우징 내에서 회전하면서 펌핑이 이루어지는 삼각 로터리 펌프에 관한 것이다.

일반적으로 로터리 펌프는 점도가 높은 고형물의 이송을 위한 산업용, 농촌에서의 배수는 물론 각종 슬러지가 포함된 오물 및 오폐수의 처리, 과수원 농약 살포용 및 보일러의 급배수용 등 다양한 용도로 이용되고 있으며, 상기와 같이 산업용이나 일반용으로 사용되는 로터리 펌프는 대부분이 기어, 베인, 나사 등의 작동으로부터 그 펌핑이 가능하도록 하는 구조를 가진다.

그러나 종래 로터리 펌프의 겨우 그 토출 압력이 제한적인 관계로 펌프를 장시간 사용하거나 또는 그 펌핑 압력을 높일 때 내부에 형성되어 있는 로터의 마모가 발생하면서 펌핑 효율이 크게 저하되는 단점을 갖고 있다.

더불어 상기와 같은 펌프들은 그 사용시간에 따라 물에 포함된 슬러지나 이물질 등으로부터 토출구나 흡입구의 막힘 현상이 발생하므로 유지보수의 불편함이 발생했으며, 특히 점도가 높은 고형물을 이송시키는 산업분야에 적용할 경우에는 고형물로 인해 펌프의 토출구 또는 유입구가 막히면서 펌핑력이 크게 저하되는 단점을 갖고 있다.

또한, 종래의 펌프는 그 무게가 상당하고 구조가 복잡하게 이루어져 있어, 펌프의 펌핑 동작으로부터 맥동률이 커질 뿐 아니라 이동은 물론 수리에 상당한 어려움이 따랐다.

이러한 점을 해결하고자 최근 자동차에 적용되는 방켈엔진(Wankel Engine)의 원리를 역이용한 로터리 펌프가 공개되었다.

방켈엔진을 원리를 이용한 로터리 펌프는 누에고치와 같이 생긴 내부 공간(에피사이클로이드 곡선)을 가지고 외부에 유체입구와 출구가 형성된 로터하우징 내에 둥근 삼각형 모양을 가지면서 내부에 내접기어가 형성된 로터가 장착되고 상기 내접기어에 외접하는 외접기어가 구동축에 의해 회전함으로써, 로터가 편심 회전하게 되어 유체를 흡입하고 배출시키는 구조이다.

도 1은 방켈엔진 원리를 역이용한 고압용적식 펌프를 나타내는 사시도이다.

대한민국 등록특허 제10-0381801호(2003.4.14)에는 "에피사이클로이드 곡선을 통해 최적으로 설계된 펌프케이싱(50) 내에 로터(80)를 결합함은 물론, 상기 로터 회전용 모터(10)의 구동축(10a)과 더불어 커플링(1)에 회전축(20)의 일측 단부를 체결 고정하고, 그 회전축의 타측단부에는 내측 둘레면으로 내접기어부(30a)를 갖는 소정 직경의 제1회전체(30)를 일체로 형성하며, 제1회전체에는 직경이 작게 설계되면서 제1회전체의 회전시 내접기어부를 따라 편심 회전이 이루어지도록 외면에 외접기어부(60a)를 갖는 제2회전체(60)를 결합시킨 통상의 회전 펌프 구조에 있어서, 상기 펌프케이싱에는 이중으로 중첩된 원으로부터 최적의 원주면을 갖으면서 흡입구(50a)와 토출구(50b)를 통해 흡입과 토출이 이루어지는 유체의 흐름이 저항없이 용이하게 이루어지도록 소정의 유체를 통과시키는 바이패스관(50c)을 형성하고, 상기 제1회전체의 중심부에는 내접기어부로 부터 외접기어부가 이탈되지 않도록 회전고정핀(30b)을 돌출시키며, 상기 제2회전체의 중심면에는 회전고정핀의 외주면을 따라 자체적인 공전이 이루어지는 회전축핀을 베어링(3)을 통해 체결하고, 상기 로터의 각 삼각꼭지면에는 로터의 편심 회전으로부터 유입되는 이물질이 걸릴 때 삼각꼭지면과 펌프케이싱 내측 원주면의 긴밀한 접촉상태를 유지하면서 로터의 파손을 예방할 수 있도록 텐션 작용하는 텐션구멍(80a)을 각각 형성하는 고압 용적식 펌프."가 개시되어 있다.

개시된 종래 기술은 에피사이클로이드 곡선을 통해 최적으로 설계된 케이싱과 로터를 포함하는 구조의 펌프를 구성함으로써 체적 변화를 크게 하면서 이물질 및 고형물과 슬러지에 의한 막힘 현상을 방지하고 더불어 구조를 간단히 하면서도 고출력의 펌핑 동작을 통해 맥동 없이 강력한 흡입과 토출 구현이 가능하도록 하면서 소형의 펌프 제작을 보다 쉽게 설계하는 한편 수리가 용이한 고압 용적식 펌프를 제공한다. 즉 자동차에 적용되는 방켈엔진(Wankel Engine)의 원리를 역이용한 펌프로서, 공지화된 에피사이클로이드 곡선을 통해 펌프의 케이싱과 로터를 최적의 조건으로 설계함으로써 고압 및 고출력의 펌프를 제시하고 있다.

도 2는 다른 종류의 로터리 피스톤 펌프를 나타낸다.

대한민국 등록특허 제10-1655160호(2016.9.1)에 따르면, "내부에 수납부(110)가 각각 형성되는 로터하우징(100); 상기 로터하우징(100)의 하면에 각각 설치되며 부압시에만 열린 상태가 되는 제1유입체크밸브(210) 및 제2유입체크밸브(230); 상기 로터하우징(100)의 상면에 각각 설치되며 정압시에만 열린 상태가 되며 지상연결관(50)과 연통되는 제1배출체크밸브(220) 및 제2배출체크밸브(240); 상기 수납부(110)에 설치되어 상기 수납부(110)를 다수의 용적변동공간으로 구획하는 로터(300); 및 상기 로터(300)와 편심되게 결합되는 구동축(410)을 포함하는 모터(400);를 포함하며, 상기 로터(300)의 회전에 의해 상기 다수의 용적변동공간이 팽창 또는 압축되어 상기 제1유입체크밸브(210) 및 제2유입체크밸브(230)가 시추공에 위치하는 지하수를 상기 수납부(110)로 유입하는 열린 상태 또는 닫힌 상태가 되며 상기 제1배출체크밸브(220) 및 제2배출체크밸브(240)가 닫힌 상태 또는 상기 수납부(110)에 위치하는 지하수를 상기 지상연결관(50)으로 배출하는 열린 상태가 되는 것을 특징으로 하는 로터리 피스톤 펌프(1000)가 공지되었다.

이 경우 종래 기어방식이 아니라 로터에 회전축을 편심 결합시켜 펌핑을 수행하는 구조인데, 구조가 간단하고 효율적인 장점이 있으나 베어링을 사용하기 때문에 로터의 꼭지점이 정확하게 펌핑공간의 내면에 밀착되지 않고 공차(clearnace)가 생기는 문제가 있다. 이러한 공차는 펌핑시 압력손실이나 유체 누설의 문제가 발생하기도 하고 특정 지점에서 펌핑공간 내면에 로터의 꼭지점이 걸려 회전하지 않는 심각한 문제를 발생시킬 수 있다.

또한, 삼각형 형상의 로터 꼭지점이 하우징 내부면과 지속적으로 마찰이 발생해 로터 및 하우징의 마모로 인해 펌핑 유체의 누설이 발생하는 문제도 있다.

따라서 펌프의 기밀성과 마모성을 방지하기 위해 일반적으로 베인을 사용한다. 도 3은 회전하는 로터의 꼭지점에 구비된 베인의 작동상태도를 나타낸다.

여기서, (a)는 로터가 시계방향으로 회전할 경우, (b)는 로터가 반시계방향으로 회전하는 경우, (c)는 에피사이클로이드 궤적 중 변곡점에 베인이 위치할 경우를 나타낸다.

베인(1)은 스프링(2)의 탄성에 의해 펌프 하우징(3) 내면에 밀착된 상태로 압력손실과 유체 누설을 방지하는데, 로터(4)의 삽입홈(4a)과 밀착된 경우 상하로만 움직이게 되어 펌핑시 베인이 하우징 내면의 특정지점에서 걸리는 현상이 있었다. 이를 해결하고자 베인(1)이 상하뿐 아니라 좌우 유동이 가능하도록 삽입홈(4a)의 폭을 넓혀 베인(1)과 간극(5)을 주는 형태를 가지게 하는데, 이러한 좌우유동을 충분히 보장하기 위해서는 간극(5)이 커야 한다.

간극(5)이 커지면 (a)나 (b)와 같은 경우 로터(4)의 회전방향에 의해 베인(1)은 좌 또는 우로 기울어지면서 베인(1)의 양 지점(p)에서 삽입공간을 폐쇄하기 때문에 어느 정도 압력손실과 유체 누설을 방지할 수 있으나, (c)와 같은 경우 압력손실과 유체누설이 불가피하게 된다. 따라서 펌핑의 효율이 떨어지는 문제가 있다.

그리고 오랜 시간 작동할 경우 베인 단부의 일측면만 지속적으로 마모되어 실링의 효과가 감소할 수 있고,기울어진 베인과 접촉하는 로터의 삽입홈 입구가 마모되는 문제가 있다.

- 대한민국 등록특허 제10-0196756호(1999.2.22) "로터리 펌프" - 대한민국 등록특허 제10-1655160호(2016.9.1) "로터리 피스톤 펌프" - 대한민국 등록특허 제10-0381801호(2003.4.14) "고압 용적식 펌프" - 대한민국 등록특허 제10-0309292호(2001.9.5) "반켈 압축기의 실린더"

이에 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 삼각형 형상의 로터를 사용하는 삼각로터리 펌프의 세 꼭지점에 판 스프링 형상의 클립 블레이드를 장착하여, 펌핑시 압력손실을 방지하고 유체의 누설을 차단할 수 있는 클립 블레이드를 이용한 삼각 로터리 펌프를 제공하는 것이다.

상기한 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 클립 블레이드를 이용한 삼각 로터리 펌프는, 내부에 에피사이클로이드 궤적으로 이루어지는 펌핑공간을 형성하는 로터하우징과, 둥근 삼각형 형상을 가지며 상기 펌핑공간 내에서 세 꼭지점이 내접한 상태로 편심 회전하는 로터와, 상기 로터에 편심을 가지고 회전 가능하게 결합되는 직선구동축 또는 상기 로터의 중심에 회전 가능하게 결합되는 크랭크축 형상의 편심구동축을 포함하는 삼각 로터리 펌프에 있어서, 상기 로터의 세 꼭지점에는 개구부가 형성된 원형의 요홈이 형성되고, 상기 요홈에는 판 스프링 형상의 클립 블레이드가 장탈착 가능하게 구비되는데, 상기 클립 블레이드는 상기 요홈에 탄력적으로 밀착되는 원형의 클립부와, 상기 로터의 회전방향과 반대측으로 연장되고 판면이 상기 펌핑공간의 내면에 탄력적으로 접촉한 상태를 유지하는 블레이드부와, 상기 개구부를 통해 상기 클립부와 블레이드부를 만곡시켜 탄성적으로 연결하는 탄성지지부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 클립부의 단부와 탄성지지부 사이에는 간극이 형성되어 상기 로터의 상하좌우 요동을 탄력적으로 지지할 수 있다.

그리고 상기 클립 블레이드는 스틸 재질일 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예를 따른 클립 블레이드를 이용한 삼각 로터리 펌프는, 내부에 에피사이클로이드 궤적으로 이루어지는 펌핑공간을 형성하는 로터하우징과, 둥근 삼각형 형상을 가지며 상기 펌핑공간 내에서 세 꼭지점이 내접한 상태로 편심 회전하는 로터와, 상기 로터에 편심을 가지고 회전 가능하게 결합되는 직선구동축 또는 상기 로터의 중심에 회전 가능하게 결합되는 크랭크축 형상의 편심구동축을 포함하는 삼각 로터리 펌프에 있어서, 상기 로터의 세 꼭지점에는 개구부가 형성된 원형의 요홈이 형성되고, 상기 요홈에는 판 스프링 형상의 클립 블레이드가 장탈착 가능하게 구비되는데, 상기 클립 블레이드는 상기 요홈에 탄력적으로 밀착되는 원형의 클립부와, 상기 클립부로부터 펌핑공간의 내면측으로 연장되는 탄성지지부와, 상기 탄성지지부로부터 연장되어 둥글게 벤딩되는 롤러지지부와, 상기 롤러지지부로부터 일부가 돌출 연장되고 원형으로 와인딩된 축지지부와, 상기 축지지부를 관통하는 롤러축과, 상기 롤러축에 결합되는 롤러로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 축지지부는 상기 롤러지지부의 중앙에 형성되고, 상기 롤러는 상기 축지지부의 양측에 설치될 수 있다.

또는 상기 축지지부는 상기 롤러지지부의 양단에 각각 형성되고, 상기 롤러는 상기 축지지부의 사이에 설치될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예를 따른 클립 블레이드를 이용한 삼각 로터리 펌프는, 내부에 에피사이클로이드 궤적으로 이루어지는 펌핑공간을 형성하는 로터하우징과, 둥근 삼각형 형상을 가지며 상기 펌핑공간 내에서 세 꼭지점이 내접한 상태로 편심 회전하는 로터와, 상기 로터에 편심을 가지고 회전 가능하게 결합되는 직선구동축 또는 상기 로터의 중심에 회전 가능하게 결합되는 크랭크축 형상의 편심구동축을 포함하는 삼각 로터리 펌프에 있어서, 상기 로터의 세 꼭지점에는 개구부가 형성된 원형의 요홈이 형성되고, 상기 요홈에는 판 스프링 형상의 클립 블레이드가 장탈착 가능하게 구비되는데, 상기 클립 블레이드는 상기 요홈에 탄력적으로 밀착되는 원형의 클립부와, 상기 로터의 회전방향과 반대측으로 연장되고 단부가 상기 펌핑공간의 내면에 탄력적으로 접촉한 상태를 유지하는 블레이드부와, 상기 개구부를 통해 상기 클립부와 블레이드부를 절곡시켜 탄성적으로 연결하는 탄성지지부로 이루어질 수 있다.

부가적으로 상기 블레이드부의 단부는 일부가 절곡되거나 만곡된 형상의 테일부가 형성될 수 있다.

그리고 상기 클립부의 단부와 탄성지지부 사이에는 간극이 형성되어 상기 로터의 상하좌우 요동을 탄력적으로 지지할 수 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따르면, 클립 블레이드의 블레이드부가 탄력적으로 펌핑공간 내면에 접촉한 상태를 지속적으로 유지하기 때문에 압력손실이나 유체의 누설이 거의 발생하지 않고, 특정 지점에서 걸림이나 멈춤 현상이 방지된다.

그리고 롤러가 장착되어 있는 경우, 펌핑시 롤러가 펌핑공간 내면에 밀착된 상태로 구름 이동하기 때문에 압력누설이나 유체의 누설이 거의 없고 로터 및 로터하우징의 마모도 크게 줄어들며, 역시 걸림이 발생하지 않는다.

도 1은 방켈엔진 원리를 역이용한 고압용적식 펌프를 나타내는 사시도
도 2는 다른 종류의 로터리 피스톤 펌프를 나타내는 분해사시도
도 3은 회전하는 로터의 꼭지점에 구비된 베인의 작동상태도
도 4는 본 발명의 일 실시 예를 따른 클립 블레이드를 이용한 삼각 로터리 펌프를 나타내는 단면도
도 5는 도 4에 도시된 구동축의 형상을 나타내는 사시도
도 6은 도 4에 도시된 본 발명의 로터 및 클립 블레이드의 분해사시도
도 7은 도 6에 도시된 로터와 클립 블레이드의 단면도
도 8은 로터의 꼭지점 위치에 따른 클립 블레이드의 변형상태를 나타내는 단면도
도 9는 도 8에 도시된 클립 블레이드의 초기상태와 변형상태를 비교한 도면
도 10은 본 발명의 다른 실시 예를 따른 클립 블레이드를 이용한 삼각 로터리 펌프의 로터를 나타내는 사시도
도 11은 도 10에 도시된 클립 블레이드의 조립도 및 분해사시도
도 12는 도 10의 AA 및 BB의 단면도
도 13은 도 10에 도시된 클립 블레이드의 다른 실시 예를 나타내는 조립도 및 분해사시도
도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예를 따른 클립 블레이드를 이용한 삼각 로터리 펌프의 클립 블레이드를 나타내는 단면도

이하, 본 발명에 따른 일 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

참고로, 도면을 참조한 설명은 본 발명을 더 쉽게 이해하기 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단될 경우, 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예를 따른 클립 블레이드를 이용한 삼각 로터리 펌프를 나타내는 단면도이다.

도시된 바를 참조하면, 본 발명은 크게 로터하우징(100)과 로터(200)와 구동축(300) 및 상기 로터(200)의 세 꼭지점에 형성되는 요홈(210)과, 상기 요홈에 장착되는 클립 블레이드(400)를 포함해서 구성될 수 있다.

먼저, 상기 로터하우징(100)은 내부에 로터(200)를 수용할 수 있는 펌핑공간(p)이 형성되는데, 이 펌핑공간(p)은 단면이 에피사이클로이드 곡선(e)으로 이루어진다. 즉 종래 방켈엔진의 케이싱 내부에 형성된 대략 누에고치 형상 또는 두 개의 원이 일부 중첩된 형상의 궤적을 가지도록 설계된다. 따라서, 두 원이 중첩되면서 생기는 뾰족한 변곡부(i)가 형성될 수 있다.

참고로 에피사이클로이드(epicycloid) 곡선은 x-y 직교좌표에서 중심이 원점이고 반지름이 K인 원에 반지름이 1인 원이 외접한 상태로 회전할 경우, 회전하는 원의 원주 상에 임의의 점이 남기는 궤적을 의미한다. K값에 따라 다양한 형태의 에피사이클로이드 곡선이 형성되는데, 본 발명에서는 K가 2일 경우에 도시된 바와 같은 곡선이 형성될 수 있다.

그리고 상기 로터하우징(100)의 외부 일측에는 유체가 흡입되는 흡입구(110)와 토출되는 토출구(120)가 형성될 수 있다. 또는 일측에 흡입구가 형성되고 타측에 토출구가 형성될 수도 있다. 다르게는 일측에 흡입구와 토출구가 형성되고, 타측에는 토출구와 흡입구가 형성되는 형태일 수도 있다.

다음으로 도 5를 함께 참조하여 상기 로터 및 구동축에 대해 설명한다. 도 5는 도 4에 도시된 구동축의 형상을 나타내는 사시도이다.

상기 로터(200)는 대략 둥근 삼각형 형상을 가진다. 구체적으로, 정삼각형의 각 변이 외측으로 불룩한 형상을 이룰 수 있다.

그리고 상기 로터하우징(100) 내 펌핑공간(p)에 수용되어 회전하되, 세 꼭지점이 각각 상기 펌핑공간(p) 내면으로부터 이탈되지 않고 밀착되어 내접한 상태로 회전한다. 즉, 상기 로터(200)의 세 꼭지점이 각각 에피사이클로이드 궤적(e)을 따라서 이동함으로써 상기 로터(200)는 자연스럽게 편심 회전한다.

또 상기 로터(200)에는 편심 회전을 유도하는 구동축(300)이 결합될 수 있는데, 상기 구동축(300)은 직선구동축(310)일 수 있거나 편심구동축(320)일 수 있다.

우선, 도 5(a)와 같이 직선구동축(310)일 경우에 상기 로터(200)의 편심 회전을 유도하기 위해서는 상기 직선구동축(310)이 상기 로터(200)의 중심으로부터 일측으로 치우쳐 편심되게 관통, 결합될 수 있다.

상기 직선구동축(310)이 모터(미도시)에 의해 회전하면 상기 로터(200)와 편심을 이루기 때문에 상기 로터(200)는 외측으로 힘을 받게 되는 동시에 세 꼭지점은 펌핑공간(p) 내에 구속된 상태이므로, 상기 로터(200)에 회전력이 발생해서 편심 회전하게 된다.

한편, 도 5(b)와 같이 상기 구동축(300)이 편심구동축(320)일 경우에 상기 편심구동축(320)은 상기 로터(200)의 중심을 관통, 결합된다.

다만, 상기 편심구동축(320)은 직선구동축과는 달리 모터에 연결되어 구동되는 제1편심축(321)과 상기 로터(200)에 삽입되고 상기 제1편심축(321)과 축심이 어긋나는 제2편심축(322)으로 이루어져 대략 크랭크축과 같은 형상을 가져 상호 편심을 이룬다.

따라서, 상기 제1편심축(321)이 회전하면 상기 제2편심축(322)이 상기 제1편심축(321)을 중심으로 공전하면서 상기 로터(200)를 외측으로 밀기 때문에 상기 로터(200)는 펌핑공간(p) 내에 세 꼭지점이 구속된 상태로 편심 회전하게 된다.

상기 구동축(300)과 로터(200)는 회전시 서로 힘을 받아 마찰이 발생하게 되므로, 상기 구동축(300)과 로터(200) 사이에 베어링(b)을 개재한다. 그리고 실링을 위해 상기 로터(200)와 구동축(300) 사이에 씰링부재(미도시)를 더 개재할 수 있다.

다음으로 도 6, 7을 참조하여 본 발명의 기술적 특징에 해당하는 요홈, 클립 블레이드에 대해 설명하고자 한다. 도 6은 도 4에 도시된 본 발명의 로터 및 클립 블레이드의 분해 사시도, 도 7은 도 6에 도시된 로터와 클립 블레이드의 단면도를 나타낸다.

상기 요홈(210)은 상기 로터(200)의 각 꼭지점에 내측으로 오목하게 형성된 공간이다.

상세하게는 상기 요홈(210)은 상기 로터(200)의 폭(두께) 방향으로 연속적으로 형성될 수 있으며, 그 단면은 도시된 바와 같이 후술하는 클립 블레이드(400)의 클립부(410)가 안착될 수 있도록 일측을 개방하는 개구부(220)가 형성된 원형 또는 타원 또는 원호 형상일 수 있다.

이때, 상기 요홈(210)은 상기 로터(200)의 각 꼭지점을 내측으로 요입되도록 절삭 가공하여 형성시킬 수 있거나 로터 자체를 주조하는 방식으로 제조할 수 있다.

바람직한 것은 상기 개구부(220)의 폭은 상기 요홈(210)의 내경보다 작게 형성되어 상기 요홈은 대략 입구가 좁은 둥근 바닥 플라스크(round bottom flask)와 같은 형상일 수 있다.

상기 요홈(210)은 원호 형상일 경우 상기 클립 블레이드(400)가 이탈되지 않도록 반원보다 원주각이 크도록 다시 말해, 원주각이 180°이상이 되도록 형성시키는 것이 바람직하다.

그리고 상기 요홈(210)의 개구부(220)를 형성시키는 로터(200)의 양 모서리는 둥글게 라운딩 처리된 라운딩부(230)를 형성시킴으로써 상기 클립 블레이드(400)의 탄성지지부(430)와 충돌하지 않게 한다. 즉, 상기 탄성지지부(430)의 내외측과 상기 라운딩부(230) 사이에 공간이 형성되게 한다.

다음으로 상기 클립 블레이드(400)에 대해 설명한다.

상기 클립 블레이드(400)는 상기 요홈(210)의 길이와 대응되는 길이를 가지고, 도시된 바와 같이 대략 '5'와 유사한 형상을 이루는 것으로서, 상기 요홈(210)에 일부가 장착되고 나머지는 상기 개구부(220)를 통해 돌출되어 상기 펌핑공간(p)의 내면에 탄력적으로 접촉한 상태가 되도록 구비된다.

구체적으로, 상기 클립 블레이드(400)는 스틸(steel)과 같은 금속재질의 판재를 한 번 이상 벤딩 가공하여 탄성력 있는 판 스프링 형상이 되도록 제조할 수 있는데, 크게 클립부(410), 블레이드부(420), 탄성지지부(430)로 구성될 수 있다.

상기 클립부(410)는 상기 요홈(210) 내부에 장착되는 것으로 상기 요홈(210)의 내주면에 밀착되도록 장착된다. 이를 위해 상기 클립부는 상기 요홈(210)의 단면과 대응되게 원형 또는 원호 형상으로 둥글게 벤딩 가공하여 형성시킬 수 있다.

이때, 상기 클립부(410)의 외경은 상기 요홈(210)의 내경보다 길도록 가공함으로써 상기 클립부(410)가 상기 요홈(210)에 억지 끼움 또는 강제 압입 방식으로 결합되게 할 수 있다.

따라서, 상기 클립부(410)는 탄성에 의해 팽창하려고 하기 때문에 상기 요홈(210)에 완전히 밀착된 상태로 삽입되어 이탈하지 않을 뿐 아니라 쉽게 요동하지 않는다.

또 상기 클립부(410)는 교체나 수리를 목적으로 상기 요홈(210)으로부터 탈착시킬 수 있다.

그리고 상기 블레이드부(420)는 상기 클립부(410)로부터 연장되는 평판 형상으로 이루어져, 상기 펌핑공간(p)의 내면에 탄력적으로 면접촉 또는 선접촉된 상태를 유지할 수 있다.

상기 블레이드부(420)는 상기 로터(200)의 회전방향과 반대측으로 연장되도록 형성되어, 상기 로터(200)가 회전함에 따라 펌핑공간(p)의 내면에 면접촉 또는 선접촉하면서 상기 요홈(210)의 후방에서 유체를 쓸면서 따라온다.

이때, 상기 블레이드부(420)는 탄성지지부(430)에 의해 상기 클립부(410)와 연결된다.

상기 탄성지지부(430)는 상기 요홈(210)의 개구부(220)를 통과하면서 상기 클립부(410)와 블레이드부(420)가 일정 각도를 가지도록 상호 둥글게 연결한다.

즉, 상기 탄성지지부(430)는 상기 클립부(410)로부터 연장된 판재가 상기 클립부(410)의 벤딩 방향과 반대로 만곡되는 형상으로 벤딩되게 함으로써, 상기 탄성지지부(430)의 볼록한 면이 상기 로터(200)의 회전방향으로 향하고, 오목한 면이 상기 블레이드부(420)를 향하도록 형성된다. 여기서, 상기 탄성지지부에 의해 상기 블레이드부가 펌핑공간 내면에 탄력적으로 접촉하게 된다.

결국, 상기 클립부(410), 탄성지지부(430), 블레이드부(420)는 일체의 판재를 벤딩 가공하여 형성될 수 있되, 대략 단면이 '5'와 같은 형상을 이룰 수 있으며, 외력에 의해 압축되고 외력이 제거되면 복원될 수 있도록 탄성이 구비된 판 스프링과 같이 작용한다.

한편, 상기 클립부(410)의 단부와 탄성지지부(430)는 상호 접촉할 수도 있으나 바람직하게는, 서로 이격되어 간극(c)이 형성될 수 있다.

상기 간극(c)이 존재함으로 인해 상기 블레이드부(420)에 가해지는 가압력에 의해 상기 클립부(410)의 형상이 탄력적으로 변형 및 복원 가능하다.

도 8은 로터의 꼭지점 위치에 따른 클립 블레이드의 변형상태를 나타내는 단면도이고, 도 9는 도 8에 도시된 클립 블레이드의 초기상태와 변형상태를 비교한 도면이다.

본 발명은 작동과정에서 상기 로터(200)가 펌핑공간(p) 내의 에피사이클로이드 궤적(e)을 따라 편심 회전할 때, 로터(200) 꼭지점이 궤적의 임의의 지점에 도달하는 위치에 따라 상기 블레이드부(420)에 걸리는 탄성력이 달라지고, 상기 블레이드부(420)의 벤딩량도 변한다. 즉, 상기 블레이드부(420)의 압축 정도가 변하여, 상기 탄성지지부(430)의 곡률이 변하게 된다.

상기 블레이드부(420)에 가장 큰 탄성력이 걸려 벤딩량이 가장 큰 지점은 도 8의 A 확대도에 도시된 바와 같이 로터 꼭지점이 변곡부(i)를 막 지난 지점이다.

이때, 상기 탄성지지부(430)의 곡률이 가장 작으며 상기 탄성지지부(430)의 오목한 내측면이 상기 로터(200) 개구부(220)의 라운딩부(230)와 가장 근접하게 된다.

그리고 상기 블레이드부(420)에 가장 작은 탄성력이 걸려 벤딩량이 가장 작은 지점은 도 8의 B 확대도에 도시된 바와 같이 로터 꼭지점이 8시 또는 2시 지점에 도달할 때이다.

이때, 상기 탄성지지부(430)의 곡률이 가장 크며 상기 탄성지지부(430)의 오목한 내측면이 상기 라운딩부(230)와 가장 멀어진다.

따라서, 도 9와 같이 상기 클립 블레이드(400)를 상기 요홈(210)에 장착하기 전에 상기 블레이드부(420)의 초기상태(420_i)는, 상기 블레이드부(420)에 가장 작은 탄성력이 걸려 벤딩량이 가장 작은 상태(420_mim)일 때 수평선과 이루는 경사각보다 큰 경사각을 가지도록 세팅되어야 한다.(여기서, 420_max는 블레이드부에 가장 큰 탄성력이 걸려 벤딩량이 가장 큰 상태를 나타낸다)

그렇게 해야 상기 클립 블레이드(400)를 상기 요홈(210)에 장착하더라도 상기 블레이드부(420)가 가압되어 경사각이 초기상태보다 작게 유지되므로 펌핑공간(p) 내면에 탄력적으로 접촉하게 되고, 가장 탄성력이 작게 걸리는 지점에 오더라도 여전히 탄력적으로 내면에 접촉한 상태를 유지할 수 있게 된다.

이하에서 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기로 한다.

도 10은 본 발명의 다른 실시 예를 따른 클립 블레이드를 이용한 삼각 로터리 펌프의 로터를 나타내는 사시도, 도 11은 도 10에 도시된 클립 블레이드의 조립도 및 분해사시도, 도 12는 도 10의 AA 및 BB의 단면도를 나타낸다.

본 발명의 다른 실시 예를 따른 클립 블레이드를 이용한 삼각 로터리 펌프는 클립 블레이드에 롤러(470)가 더 구비된 형태이다.

구체적으로 상기 클립 블레이드(400)는 로터(200)의 요홈(210)에 장탈착 가능하게 설치되는 것으로 클립부(410), 탄성지지부(430), 롤러지지부(440), 축지지부(450), 롤러축(460) 및 롤러(470)를 포함해서 구성될 수 있다.

상기 클립부(410)는 앞서 설명한 클립부와 대동소이하므로 설명은 생략한다.

그리고 상기 탄성지지부(430)는 상기 클립부(410)로부터 상기 요홈(210)의 개구부(220)를 통해 인출되어 펌핑공간(p)의 내면측으로 연장된다.

또 상기 탄성지지부(430)로부터 연장되어 둥글게 벤딩되는 롤러지지부(440)가 구비될 수 있다.

상기 롤러지지부(440)는 내면에 롤러(470)가 안착될 수 있으며 로터(200)의 회전방향과 반대측으로 만곡지게 형성된다.

또한, 상기 롤러지지부(440)의 단부로부터 축지지부(450)가 연장, 돌출 형성될 수 있다.

이때, 상기 축지지부(450)는 상기 롤러지지부(440)의 단부 전체에 형성되는 것이 아니라 일부에 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 롤러지지부(440)의 중간에 형성되거나 양단에 형성될 수 있다.

상기 축지지부(450)는 상기 롤러지지부(440)와 같은 방향으로 둥글게 와인딩되어 관통하여 삽입되는 롤러축(460)을 탄성적으로 지지한다.

상기 롤러축(460)은 상기 축지지부(450)에 의해 회전 가능하게 축지지 되는데, 상기 축지지부(450)에 의해 직접 지지되는 부분은 축직경이 긴 대경부(461)이고, 나머지는 롤러(470)가 장착되는 부분으로 축직경이 상대적으로 짧은 소경부(462)로 이루어지는 2단 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 롤러축(460)의 대경부(461)는 상기 축지지부(450)가 완전히 둘러싸면서 지지하게 된다.

상기 롤러축(460)의 소경부(462)에는 각각 롤러(470)가 결합되어 상기 롤러축(460)과 함께 회전 가능하다.

이때, 상기 롤러(470)의 외경은 상기 축지지부(450)의 외경과 동일하거나 약간 더 클 수 있다.

따라서 상기 로터(200)가 편심 회전하면, 상기 롤러(470)가 펌핑공간(p)의 내면에 밀착된 상태로 구름 이동하게 되고, 상기 롤러(470)에 가해지는 가압력이 변동되더라도 상기 탄성지지부(430) 또는 축지지부(450)가 롤러(470)를 탄성적으로 지지하므로 롤러(470)가 상기 펌핑공간(p) 내면에 밀착된 상태를 지속적으로 유지할 수 있어, 압력손실이나 유체 누설을 차단하게 된다.

그리고 상기 축지지부(450)의 외주면은 펌핑공간(p)의 내면에 접촉한 상태로 궤적으로 따라 이동하게 된다.

도 13은 도 10에 도시된 클립 블레이드의 다른 실시 예를 나타내는 조립도 및 분해사시도이다.

상술한 롤러(470)가 구비된 클립 블레이드(400)는 다르게 구성될 수 있다.

즉, 도시된 바와 같이 상기 축지지부(450)가 상기 롤러지지부(440)의 양단에 각각 형성될 수 있다. 그리고 상기 롤러축(460)은 대경부와 소경부가 형성되지 않은 동일한 직경을 가진 축 형상일 수 있다.

상기 양측의 축지지부(450) 사이에서 상기 롤러축(460)에 하나의 롤러가 결합되고, 상기 롤러축(460)의 양단은 상기 축지지부(450)에 회전 가능하게 축지지될 수 있다.

참고로, 도시되지는 않았지만, 상기 롤러축(460)은 양단에 상기 축지지부(450)에 삽입되는 대경부가 각각 형성되고 나머지는 소경부로 이루어지는 형상일 수 있다.

또 상기 소경부(462)에 하나의 롤러(470)가 결합될 수 있다.

이러한 구조도 마찬가지로 상기 탄성지지부(430)와 축지지부(450)가 상기 롤러(470)를 펌핑공간(p) 내면에 밀착되도록 탄성 지지함으로써 롤러(470)가 밀착된 상태로 구름이동이 가능하다.

이하에서 본 발명의 또 다른 실시 예를 설명한다.

도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예를 따른 클립 블레이드를 나타내는 단면도이다.

본 발명의 다른 실시 예에서 로터하우징(100), 로터(200), 구동축(300), 로터(200)에 형성되는 요홈(210)은 상술한 실시 예의 경우와 대동소이하므로 상세한 설명은 생략한다. 차이가 나는 클립 블레이드에 대해서만 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 다른 실시 예를 따른 클립 블레이드(400)는 도시된 바와 같이 대략 'δ'와 같은 형상을 이루는 것으로서, 상기 요홈(210)에 일부가 장착되고 나머지는 상기 개구부(220)를 통해 돌출되어 상기 펌핑공간(p)의 내면에 탄력적으로 접촉한 상태가 되도록 구비된다.

상기 클립부(410)는 앞서 설명한 바와 대동소이한 구조와 기능을 가질 수 있다.

즉, 상기 요홈(210)의 내주면에 밀착되도록 장착되고, 외경은 상기 요홈(210)의 내경보다 길도록 가공함으로써 상기 클립부(410)가 상기 요홈(210)에 억지끼움 또는 강제 압입 방식으로 결합되게 할 수 있으며, 상기 요홈(210)으로부터 교체나 수리를 위해 탈착시킬 수 있다.

그리고 상기 블레이드부(420)는 상기 클립부(410)로부터 연장되고 평판 형상으로 이루어지되, 앞서 설명한 블레이드부와 달리 상기 펌핑공간(p)의 내면에 단부가 탄력적으로 선접촉된 상태를 유지한다.

상기 블레이드부(420)는 상기 로터(200)의 회전방향과 반대측으로 연장되도록 형성되어, 로터(200)가 회전함에 따라 펌핑공간(p)의 내면에 단부가 선접촉하면서 상기 요홈(210)의 후방에서 유체를 쓸면서 따라온다.

상기 탄성지지부(430)는 상기 클립부(410)가 상기 요홈(210)의 개구부(220)를 통과하면서 상기 로터(200)의 회전방향과 반대로 절곡되어 상기 블레이드부(420)와 연결되게 한다.

즉, 상기 탄성지지부(430)의 외측 모서리는 상기 로터(200)의 회전방향을 향하고, 내측 모서리는 상기 블레이드부(420)를 향하도록 형성된다.

결국, 상기 클립부(410), 탄성지지부(430), 블레이드부(420)는 판재를 일체로 벤딩 가공하여 형성되어, 대략 단면이 'δ'와 같은 형상을 이룰 수 있으며, 외력에 의해 압축되고 외력이 제거되면 복원될 수 있도록 탄성이 구비된 판 스프링과 같이 작용한다.

상기 클립부(410)의 단부와 탄성지지부(430)는 상호 접촉할 수도 있으나 바람직하게는, 서로 이격되어 간극(c)이 형성될 수 있다.

상기 간극(c)이 존재함으로 인해 상기 블레이드부(420)에 가해지는 가압력에 의해 상기 클립부(410)의 형상이 탄력적으로 변형 및 복원 가능하다. 즉, 가압력이 커지면 간극이 좁아지고, 가압력이 약해지면 간극이 넓어질 수 있다.

한편, 상기 블레이드부(420)의 단부는 도 11과 같이 다시 절곡되어 테일부(480)를 형성시킬 수 있다.

상기 테일부(480)는 상기 탄성지지부(430)와 동일한 방향으로 절곡 또는 만곡지게 형성시킨 것으로, 상기 탄성지지부(430)와 테일부(480)는 대략 'ㄷ' 형상을 가질 수 있다.

상기 테일부(480)가 없는 경우 상기 블레이드부(420)의 단부가 펌핑구간(p)의 내면에 긁힘(scratch)을 가할 수 있는데, 상기 테일부(480)를 형성시킴으로 이를 방지하고 안정적으로 내면에 접촉한 상태로 펌핑을 수행할 수 있다.

이상에서 도면을 참조하여 본 발명의 대표적인 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 로터하우징
110 : 흡입구 120 : 토출구
200 : 로터 210 : 요홈
220 : 개구부 230 : 라운딩부
300 : 구동축
310 : 직선구동축 320 : 편심구동축
321 : 제1편심축 322 : 제2편심축
400 : 클립 블레이드
410 : 클립부 420 : 블레이드부
430 : 탄성지지부 440 : 롤러지지부
450 : 축지지부 460 : 롤러축
461 : 대경부 462 : 소경부
470 : 롤러 480 : 테일부
p : 펌핑공간 e : 에피사이클로이드 곡선(궤적)
c : 간극 b : 베어링

Claims

내부에 에피사이클로이드 궤적으로 이루어지는 펌핑공간을 형성하는 로터하우징과, 둥근 삼각형 형상을 가지며 상기 펌핑공간 내에서 세 꼭지점이 내접한 상태로 편심 회전하는 로터와, 상기 로터에 편심을 가지고 회전 가능하게 결합되는 직선구동축 또는 상기 로터의 중심에 회전 가능하게 결합되는 크랭크축 형상의 편심구동축을 포함하는 삼각 로터리 펌프에 있어서,
상기 로터의 세 꼭지점에는 개구부가 형성된 원형의 요홈이 형성되고, 상기 요홈에는 판 스프링 형상의 클립 블레이드가 장탈착 가능하게 구비되는데,
상기 클립 블레이드는 상기 요홈에 탄력적으로 밀착되는 원형의 클립부와, 상기 로터의 회전방향과 반대측으로 연장되고 판면이 상기 펌핑공간의 내면에 탄력적으로 접촉한 상태를 유지하는 블레이드부와, 상기 개구부를 통해 상기 클립부와 블레이드부를 만곡시켜 탄성적으로 연결하는 탄성지지부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 클립 블레이드를 이용한 삼각 로터리 펌프.
제 1 항에 있어서,
상기 클립부의 단부와 탄성지지부 사이에는 간극이 형성되어 상기 로터의 상하좌우 요동을 탄력적으로 지지하는 것을 특징으로 하는 클립 블레이드를 이용한 삼각 로터리 펌프.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 클립 블레이드는 스틸 재질인 것을 특징으로 하는 클립 블레이드를 이용한 삼각 로터리 펌프.
내부에 에피사이클로이드 궤적으로 이루어지는 펌핑공간을 형성하는 로터하우징과, 둥근 삼각형 형상을 가지며 상기 펌핑공간 내에서 세 꼭지점이 내접한 상태로 편심 회전하는 로터와, 상기 로터에 편심을 가지고 회전 가능하게 결합되는 직선구동축 또는 상기 로터의 중심에 회전 가능하게 결합되는 크랭크축 형상의 편심구동축을 포함하는 삼각 로터리 펌프에 있어서,
상기 로터의 세 꼭지점에는 개구부가 형성된 원형의 요홈이 형성되고, 상기 요홈에는 판 스프링 형상의 클립 블레이드가 장탈착 가능하게 구비되는데,
상기 클립 블레이드는 상기 요홈에 탄력적으로 밀착되는 원형의 클립부와, 상기 클립부로부터 펌핑공간의 내면측으로 연장되는 탄성지지부와, 상기 탄성지지부로부터 연장되어 둥글게 벤딩되는 롤러지지부와, 상기 롤러지지부로부터 일부가 돌출 연장되고 원형으로 와인딩된 축지지부와, 상기 축지지부를 관통하는 롤러축과, 상기 롤러축에 결합되는 롤러로 이루어지는 것을 특징으로 하는 클립 블레이드를 이용한 삼각 로터리 펌프.
제 4 항에 있어서,
상기 축지지부는 상기 롤러지지부의 중앙에 형성되고, 상기 롤러는 상기 축지지부의 양측에 설치되는 것을 특징으로 하는 클립 블레이드를 이용한 삼각 로터리 펌프.
제 4 항에 있어서,
상기 축지지부는 상기 롤러지지부의 양단에 각각 형성되고, 상기 롤러는 상기 축지지부의 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 클립 블레이드를 이용한 삼각 로터리 펌프.
내부에 에피사이클로이드 궤적으로 이루어지는 펌핑공간을 형성하는 로터하우징과, 둥근 삼각형 형상을 가지며 상기 펌핑공간 내에서 세 꼭지점이 내접한 상태로 편심 회전하는 로터와, 상기 로터에 편심을 가지고 회전 가능하게 결합되는 직선구동축 또는 상기 로터의 중심에 회전 가능하게 결합되는 크랭크축 형상의 편심구동축을 포함하는 삼각 로터리 펌프에 있어서,
상기 로터의 세 꼭지점에는 개구부가 형성된 원형의 요홈이 형성되고, 상기 요홈에는 판 스프링 형상의 클립 블레이드가 장탈착 가능하게 구비되는데,
상기 클립 블레이드는 상기 요홈에 탄력적으로 밀착되는 원형의 클립부와, 상기 로터의 회전방향과 반대측으로 연장되고 단부가 상기 펌핑공간의 내면에 탄력적으로 접촉한 상태를 유지하는 블레이드부와, 상기 개구부를 통해 상기 클립부와 블레이드부를 절곡시켜 탄성적으로 연결하는 탄성지지부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 클립 블레이드를 이용한 삼각 로터리 펌프.
제 7 항에 있어서,
상기 블레이드부의 단부는 일부가 절곡되거나 만곡된 형상의 테일부가 형성되는 것을 특징으로 하는 클립 블레이드를 이용한 삼각 로터리 펌프.
제 7 항 또는 제 8 항 중에 있어서,
상기 클립부의 단부와 탄성지지부 사이에는 간극이 형성되어 상기 로터의 상하좌우 요동을 탄력적으로 지지하는 것을 특징으로 하는 클립 블레이드를 이용한 삼각 로터리 펌프.