KR102014264B1 - 로터리 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명의 로터리 펌프는, 유체 압축 공간을 형성하는 로터 하우징; 상기 유체 압축 공간을 복수의 용적 변동 공간으로 구획하도록 상기 유체 압축 공간 내에 배치되고, 편심 회전축에 연결되어 상기 유체 압축 공간에서 편심 회전되는 로터; 상기 로터 하우징의 상측에 배치되고, 유체 유입구와 유체 배출구를 구비하는 유체 챔버 하우징; 상기 용적 변동 공간의 압축 또는 팽창에 따라 열리거나 닫히는 유입 체크 밸브와 배출 체크 밸브를 구비하며, 상기 로터 하우징과 상기 유체 챔버 하우징의 사이에 배치되는 체크 밸브 모듈; 및 상기 유체 유입구를 통해 유입되는 유체와 상기 유체 배출구를 통해 배출되는 유체를 서로 격리시키도록 상기 유체 챔버 하우징과 상기 체크 밸브 모듈에 의해 형성되는 유체 챔버를 두 영역으로 구획하며, 상기 유체 배출구를 통해 배출되는 유체의 양을 조절하도록 상기 유체 배출구와 단차를 형성하는 유로 연결부를 포함한다.

Description

로터리 펌프{ROTARY PUMP}

본 발명은 회전 운동으로 유체를 압축 및 운반하는 로터리 펌프에 관한 것이다.

특허문헌 대한민국 등록특허공보 제10-1655160(2016.09.01.)에서 로터리 피스톤 펌프가 제시된 바 있다. 상기 특허문헌에 개시된 로터리 피스톤 펌프는 에피트로코이드(epitrochoid) 형상의 내주면을 갖는 로터 하우징을 구비하고, 상기 로터 하우징의 내부 공간에서 삼각 로터가 편심 회전하면서 로터 하우징의 용적 변동 공간을 반복적으로 압축 및 팽창시킨다. 또한 상기 로터리 피스톤 펌프에는 유입 체크 밸브와 배출 체크 밸브가 부착되어 있다.

상기 특허문헌에 개시된 로터리 피스톤 펌프는 그 이전의 피스톤 펌프에 비해 상대적으로 고유량의 유체를 이송할 수 있을 뿐만 아니라, 간단한 구조를 가짐에도 높은 압력을 발생시킬 수 있다는 장점을 갖는다. 상기 특허문헌에서 개시된 로터리 피스톤 펌프는 용적형 펌프(positive displacement pump)로서, 로터 하우징과 삼각 로터 간의 기밀성이 펌프 성능에 큰 영향을 미치는 매우 중요한 요소다.

로터리 피스톤 펌프 내의 유체(물 또는 오일)는 로터 하우징과 삼각 로터 간의 기밀성 유지를 위한 실링 역할을 할 뿐만 아니라, 윤활 및 냉각 역할까지 해준다. 따라서 로터리 피스톤 펌프 내에 유체(물 또는 오일)가 존재할 경우에는 실링, 윤활, 냉각 성능의 개선이 이루어질 수 있다.

반면, 로터리 피스톤 펌프 내에 유체가 존재하지 않을 경우에는 실링, 윤활, 냉각 성능에 치명적인 하자가 발생하여 공기를 압축하고 이송하는 것에 한계가 있다. 아무리 정밀하게 제작된 로터리 피스톤 펌프라고 하더라도, 로터리 피스톤 펌프 내의 공기가 실링, 윤활, 냉각 역할을 할 수는 없기 때문이다.

한편, 로터 하우징과 삼각 로터는 반복적으로 상호 마찰된다. 따라서 로터 하우징과 삼각 로터를 내마모성 및 내열성 재질로 제작한다고 하더라도 반복적인 마찰에 의한 마모와 발열 문제가 발생하게 된다.

이러한 점들로 인해 상기 특허문헌에 개시된 로터리 피스톤 펌프를 공기 중에서 사용하여 흡입력을 발생시키기에는 한계가 존재한다. 이는 상기 특허문헌에 개시된 로터리 펌프가 진공펌프, 자흡펌프(self-primping pump), 가압펌프의 용도로 사용하기에는 부적합하는 점을 시사하므로, 이에 대한 개선이 필요하다.

대한민국 등록특허공보 제10-1655160(2016.09.01.)

본 발명의 일 목적은 공기 중에서 사용해도 충분한 흡입력을 발생시키는 것에 문제가 없는 구조의 로터리 펌프를 제안하기 위한 것이다.

구체적으로, 본 발명은 로터리 펌프 내에 항상 유체를 잔존하게 하고, 로터리 펌프로부터 배출되는 유체의 일부를 다시 로터리 펌프의 내에서 순환하게 하는 구조를 갖는 로터리 펌프를 제안하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 유체의 순환을 통해 로터와 로터 하우징 간의 실링, 윤활, 냉각 성능에 대한 신뢰성을 제고하며, 이를 바탕으로 기존 로터리 피스톤 펌프에 비해 내구성, 진공 기능, 자흡 기능, 압축 기능을 크게 향상시킨 구조의 로터리 펌프를 제시하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은 종래보다 크기를 축소시킬 수 있는 구조의 로터리 펌프를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 일 목적은 구성요소 간의 반복적인 마찰과 마모로 인해 발생하는 기밀성 저하 문제를 개선할 수 있는 구조의 로터리 펌프를 제시하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 로터리 펌프는, 유체 압축 공간을 형성하는 로터 하우징; 상기 유체 압축 공간을 복수의 용적 변동 공간으로 구획하도록 상기 유체 압축 공간 내에 배치되고, 편심 회전축에 연결되어 상기 유체 압축 공간에서 편심 회전되는 로터; 상기 로터 하우징의 상측에 배치되고, 유체 유입구와 유체 배출구를 구비하는 유체 챔버 하우징; 상기 용적 변동 공간의 압축 또는 팽창에 따라 열리거나 닫히는 유입 체크 밸브와 배출 체크 밸브를 구비하며, 상기 로터 하우징과 상기 유체 챔버 하우징의 사이에 배치되는 체크 밸브 모듈; 및 상기 유체 유입구를 통해 유입되는 유체와 상기 유체 배출구를 통해 배출되는 유체를 서로 격리시키도록 상기 유체 챔버 하우징과 상기 체크 밸브 모듈에 의해 형성되는 유체 챔버를 두 영역으로 구획하며, 상기 유체 배출구를 통해 배출되는 유체의 양을 조절하도록 상기 유체 배출구와 단차를 형성하는 유로 연결부를 포함한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 유로 연결부는, 상기 용적 변동 공간에서 압축된 유체를 공급받도록 한 쌍의 상기 배출 체크 밸브에 연결되는 한 쌍의 제1 연결관; 및 한 쌍의 상기 제1 연결관으로 유입된 유체를 상기 유체 배출구로 흐르게 하도록 한 쌍의 상기 제1 연결관에 연결되는 제2 연결관을 포함한다. 상기 제2 연결관의 내측 바닥면은 상기 유체 배출구보다 낮은 위치에 형성되어 단차를 형성한다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 한 쌍의 상기 제1 연결관은 상기 편심 회전축을 기준으로 서로 반대쪽에 배치되고, 상기 제2 연결관은 상기 편심 회전축의 일측을 부분적으로 감싸면서 한 쌍의 상기 제1 연결관에 각각 연결된다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 유로 연결부는 제3 연결관을 더 포함하고, 상기 제3 연결관은 상기 제2 연결관과 상기 유체 배출구를 연결하도록 상기 제2 연결관으로부터 상기 유체 배출구를 향해 돌출되며, 상기 제2 연결관의 내측 바닥면은 상기 제3 연결관의 내측 바닥면보다 낮은 위치에 형성되어 단차를 형성한다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 제2 연결관은 상하 방향에서 한 쌍의 상기 유입 체크 밸브 중 어느 하나와 중첩되도록 배치되고, 상기 제2 연결관의 외측 저면은 상하 방향에서 중첩되는 어느 하나의 상기 유입 체크 밸브로부터 이격된다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 유로 연결부에 의해 구획되는 상기 유체 챔버 하우징의 두 영역은, 상기 유로 연결부의 외부와 상기 유체 챔버 하우징의 내부 사이에 형성되는 유체 유입 유로; 및 상기 유로 연결부의 내부에 형성되는 유체 배출 유로로 구성되고, 상기 유로 연결부는 상기 제2 연결관의 내측 바닥면과 외측 저면을 관통하도록 형성되는 바이패스 유로를 더 포함하며, 상기 로터리 펌프는 상기 유체 유입 유로와 상기 유체 배출 유로 간의 압력 차이에 따라 상기 바이패스 유로를 개폐하도록 형성되는 압력 응답 밸브를 더 포함하고, 상기 압력 응답 밸브는, 상기 바이패스 유로를 막도록 상기 바이패스 유로의 내경보다 큰 외경을 갖는 밸브 부재; 및 상기 밸브 부재를 초기 위치로 복원시키도록 상기 밸브 부재에 탄성력을 제공하는 탄성 부재를 포함한다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 로터리 펌프는, 상기 로터 하우징을 기준으로 상기 유체 챔버 하우징과 상기 체크 밸브 모듈의 반대쪽에 배치되고, 상기 로터 하우징의 외벽에 대응되는 외벽과 상기 로터 하우징으로부터 이격되는 바닥면을 구비하는 펌프 커버; 상기 펌프 커버의 바닥면과 상기 로터의 사이에 배치되고, 상기 로터 하우징의 유체 압축 공간에서 상하 방향으로 이동하도록 상기 로터 하우징의 내주면에 대응되는 형상을 갖는 슬라이딩 커버; 및 상기 슬라이딩 커버를 상기 로터쪽으로 가압하도록 상기 펌프 커버의 바닥면과 상기 슬라이딩 커버의 사이에 배치되는 탄성 부재를 포함하고, 상기 유체 압축 공간에서 상기 로터가 회전함에 따라 발생하는 압력이 상기 슬라이딩 커버와 상기 펌프 커버 사이의 공간으로 전달되게 하도록, 상기 슬라이딩 커버에 압력 응답공이 형성된다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 로터에는 가장자리 돌출부, 격자 형상을 다수의 홈이 형성될 수 있으며, 로터의 모퉁이에 베인이 결합될 수 있다. 또한 편심 회전축에는 단차부가 형성될 수 있다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 로터리 펌프로부터 배출될 유체의 일부가 바이패스 유로를 통해 다시 로터리 펌프 내부로 회수된다. 따라서 로터리 펌프의 내부에는 항상 유체가 잔존하게 된다. 로터리 펌프의 작동 과정에서 유체의 공급이 중단되더라도, 용적 변동 공간에 잔존하는 유체에 의하여 실링, 윤활, 냉각 성능이 유지될 수 있고, 로터리 펌프는 장시간 작동될 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 로터리 펌프로 유체가 공급되지 않는 상태에서 로터가 계속 회전하더라도 지속적으로 유체 챔버 내의 유체와 공기가 배출될 수 있으므로, 유체 챔버에는 지속적으로 부압이 발생하게 된다. 이 부압은 로터리 펌프로 하여금 유체와 공기를 흡입하는 기능을 유지할 수 있게 하므로, 로터리 펌프는 종래보다 빠르게 진공도에 도달할 수 있으며, 높은 진공 성능으로 자흡 펌프(self-priming pump)의 기능을 가질 수 있다.

또한 본 발명의 로터리 펌프는 오일을 압축 대상 유체로 사용할 경우 진공 펌프, 유체 이송 기능을 갖는 자흡 펌프, 공기를 흡입하는 수봉식 펌프 등을 대체할 수 있다. 나아가 본 발명의 로터리 펌프는 공기 압축기를 겸비한 진공청소기, 소형공기압축기, 분무기 등으로 이용될 수 있다.

또한 본 발명에서는 유입 체크 밸브와 배출 체크 밸브를 모두 구비하는 체크 밸브 모듈이 로터 하우징의 상측과 하측 중 어느 한 쪽에만 배치되므로, 로터리 펌프의 크기를 축소시킬 수 있다.

또한 본 발명의 슬라이딩 커버, 압력 응답공, 로터의 여러 변형례 등은 로터리 펌프의 작동 시간 누적에 따른 마모 문제를 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 로터리 펌프의 외관을 보인 사시도다.
도 2는 도 1에 도시된 로터리 펌프의 분해 사시도다.
도 3은 라인 A-A를 따라 도 1의 로터리 펌프를 자르고 바라본 단면도다.
도 4는 도 2와 도 3에 도시된 체크 밸브 모듈의 단면도다.
도 5a는 도 2와 도 3에 도시된 유로 연결부와 압력 응답 밸브의 개념도다.
도 5b는 도 2와 도 3에 도시된 유로 연결부와 압력 응답 밸브의 단면도다.
도 6은 로터의 회전에 따른 용적 변동 공간의 용적 변화, 체크 밸브 모듈에 구비되는 유체 유입 밸브와 유체 배출 밸브의 개폐 상태, 슬라이딩 커버에 형성되는 압력 응답공의 개폐 상태를 순차적으로 보인 개념도다.
도 7은 로터리 펌프의 내부에서 유체의 흐름을 보인 개념도다.
도 8은 로터의 변형례를 보인 사시도다.
도 9는 로터의 다른 변형례를 보인 사시도다.
도 10a 내지 도 10d는 로터의 또 다른 변형례와 상기 로터에 결합되는 베인을 보인 개념도들이다.
도 11은 편심 회전축의 변형례를 보인 사시도다.

이하, 본 발명에 관련된 로터리 펌프에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일, 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 로터리 펌프(100)의 외관을 보인 사시도다.

로터리 펌프(100)의 외관은 로터 하우징(110), 편심 회전축(130), 유체 챔버 하우징(140), 체크 밸브 모듈(150), 로터 하우징 커버(171) 및 펌프 커버(180)에 의해 형성된다. 편심 회전축(130)은 유체 챔버 하우징(140)을 관통하여 로터리 펌프(100)의 외부로 노출되며, 모터(미도시)에 연결되어 구동력을 전달받는다.

위에서부터 아래로 유체 챔버 하우징(140), 체크 밸브 모듈(150), 로터 하우징 커버(171), 로터 하우징(110) 및 펌프 커버(180)가 순차적으로 배치된다.

유체 챔버 하우징(140)에는 유체 유입구(141)와 유체 배출구(142)가 구비된다. 유체 유입구(141)를 통해 압축 대상 유체 및/또는 공기가 로터리 펌프(100)의 내부로 유입되고, 유체 배출구(142)를 통해 압축 대상 유체 및/또는 공기가 로터리 펌프(100)의 외부로 배출된다. 유체 유입구(141)와 유체 배출구(142)는 도 1에 도시된 바와 같이 서로 반대쪽을 향하도록 배치될 수 있다.

로터리 펌프(100)의 구성이 위아래로 바뀌는 것도 가능하다. 이 경우 아래에서부터 위로 유체 챔버 하우징(140), 체크 밸브 모듈(150), 로터 하우징 커버(171), 로터 하우징(110) 및 펌프 커버(180)가 순차적으로 배치될 것이다.

다음으로는 로터리 펌프(100)의 내부 구조에 대하여 설명한다.

도 2는 도 1에 도시된 로터리 펌프(100)의 분해 사시도다. 도 3은 라인 A-A를 따라 도 1의 로터리 펌프(100)를 자르고 바라본 단면도다.

로터 하우징(110)은 유체 압축 공간(112)을 형성한다. 로터 하우징(110)은 상하로 개구되어 있으며, 로터 하우징(110)을 위에서 바라봤을 때 로터 하우징(110)의 내주면은 에피트로코이드(epitrochoid) 형상을 갖는다. 에피트로코이드 형상으로 정의되는 영역이 유체 압축 공간(112)에 해당된다.

에피트로코이드 형상이란 제1 원과 접하면서 제1 원의 바깥쪽을 구르는 제2 원의 한 점이 그리는 곡선을 의미한다. 에피트로코이드 형상은 제1 원과 제2 원의 크기 비에 따라 달라지며, 매우 다양하게 도시될 수 있다. 도 2에 도시된 에피트로코이드 형상은, 제1 원의 반지름을 R이라고 하고, 제2 원의 반지름을 r이라고 할 때 R=2r의 관계를 만족하는 땅콩 모양이다. 여기서 계수 2는 에피트로코이드 형상에 나타나는 변곡점(뾰족점)의 수에 해당한다.

로터(120)는 로터 하우징(110)의 유체 압축 공간(112)을 복수의 용적 변동 공간으로 구획하도록 상기 유체 압축 공간(112) 내에 배치된다. 용적이란 압축 대상 유체를 수용하는 공간의 체적 또는 부피와 같은 말이다. 따라서 용적 변동 공간이란 체적 또는 부피가 일정하지 않고, 변하는 공간임을 의미한다.

로터(120)는 삼각 기둥의 형태로 형성된다. 로터(120)의 모양은 정삼각 기둥에 가깝지만, 그 측면은 로터(120)의 외측을 향해 볼록하게 튀어나온 형상을 갖는 곡면인 것으로 이해될 수 있다.

로터(120)가 유체 압축 공간(112)에 배치됨에 따라 상기 유체 압축 공간(112)은 세 개의 용적 변동 공간으로 구획된다. 로터(120)가 회전함에 따라 세 개의 용적 변동 공간은 압축과 팽창을 반복하면서, 그 체적 또는 부피가 변하게 된다.

로터(120)는 편심 회전축(130)에 연결되어 로터 하우징(110)의 유체 압축 공간(112)에서 편심 회전된다. 도 2를 참조하면, 로터(120)의 중심에 상하 방향으로 개구된 회전축 수용부(121)가 형성된다. 그리고 편심 회전축(130)은 로터(120)의 회전축 수용부(121)에 삽입된다.

편심 회전축(130)은 바디(131)와 연장부(132)를 포함한다. 바디(131)는 로터(120)의 회전축 수용부와 대응되는 형상을 가지며, 상기 회전축 수용부에 삽입된다. 그리고 연장부(132)는 바디(131)의 상하측 양방향으로 각각 돌출된다. 도 2에 도시된 바와 같이 바디(131)의 상측으로 돌출되는 연장부(132)는 바디(131)의 하측으로 돌출되는 연장부(132)에 비해 긴 길이를 가질 수 있다.

연장부(132)는 바디(131)의 중심으로부터 연장되는 것이 아니라. 바디(131)의 중심으로부터 이격된 위치에서 연장된다. 따라서 바디(131)에 로터(120)가 결합된 상태에서 연장부(132)를 중심으로 회전하게 되면, 로터(120)는 유체 압축 공간(112)에서 편심 회전하게 된다. 로터(120)가 편심 회전하므로 로터 하우징(110)의 용적 변동 공간들이 압축과 팽창을 반복할 수 있다.

유체 챔버 하우징(140)은 로터 하우징(110)의 상측에 배치된다.

유체 챔버 하우징(140)은 후술하게 될 유로 연결부(160)의 측면과 상부를 감싸도록 형성된다. 구체적으로 유체 챔버 하우징(140)은 유로 연결부(160)의 측면을 감싸는 원통 형상의 측벽과 유로 연결부(160)의 상부를 덮는 상벽을 구비한다. 유체 유입구(141)와 유체 배출구(142)는 유체 챔버 하우징(140)의 측벽으로부터 돌출된다. 유체 챔버 하우징(140)의 하부는 개구되어 있으며, 후술하게 될 체크 밸브 모듈(150)이 유체 챔버 하우징(140)의 하부에 결합된다.

유체 챔버 하우징(140)의 상벽에는 구멍(143)이 형성된다. 편심 회전축(130)의 적어도 일부가 이 구멍(143)을 통해 외부로 돌출된다. 상기 구멍(143)의 바로 아래에는 편심 회전축(130)을 감싸는 링(ring) 형상의 실링부재(sealing member)(191)가 배치된다. 압축 대상 유체가 물이라면 상기 실링부재로(191)는 메카니칼씰(mechanical seal)이 사용될 수 있다. 압축 대상 유체가 오일(oil)이라면 상기 실링부재(191)로는 리데나(retainer)가 사용될 수 있다. 실링부재(191)는 유체 챔버(144)로 유입된 압축 대상 유체 또는 유로 연결부(160)에서 유체 챔버(144)로 회수된 액체가 유체 챔버 하우징(140)의 상벽에 형성되는 구멍과 편심 회전축(130)의 틈 사이로 새어나가는 것을 방지한다.

체크 밸브 모듈(150)은 유체 챔버 하우징(140)의 하부에 결합되며, 유체 챔버 하우징(140)의 측벽과 상벽, 그리고 체크 밸브 모듈(150)에 의해 정의되는 영역에는 유체 챔버(144)가 형성된다. 압축 대상 유체는 유체 유입구(141)를 통해 유체 챔버(144)로 유입된다.

체크 밸브 모듈(150)은 체크 밸브 모듈 하우징(151)을 구비한다. 체크 밸브 모듈 하우징(151)의 상면은 유체 챔버 하우징(140)에 결합되며 유체 챔버(144)를 형성한다. 그리고 체크 밸브 모듈 하우징(151)의 하면은 로터 하우징 커버(171)를 마주보도록 배치된다.

체크 밸브 모듈(150)은 용적 변동 공간의 압축 또는 팽창에 따라 열리거나 닫히는 유입 체크 밸브(152)와 배출 체크 밸브(153)를 구비한다. 유입 체크 밸브(152)와 배출 체크 밸브(153)는 서로 다른 압력 조건에서 개폐되도록 서로 반대 방향을 향한다. 서로 다른 압력 조건이란 부압(negative pressure)과 정압(positive pressure)을 의미한다. 도 3을 참조하면 유입 체크 밸브(152)와 배출 체크 밸브(153)가 상하 방향에서 서로 반대쪽을 향하도록 배치되어 있다.

유입 체크 밸브(152)는 용적 변동 공간의 부압(negative pressure) 조건에서 개방되도록 형성된다. 부압 조건이란 물체의 표면에 물체를 흡인하는 방향으로 가해지는 수직력을 의미하며, 대기압보다 낮은 압력이다. 용적 변동 공간에 부압이 형성되면 유입 체크 밸브(152)가 개방되고, 유체 유입구(141)를 통해 유체 챔버(144)로 유입되어 있는 유체는 유입 체크 밸브(152)를 통과해 용적 변동 공간으로 유입된다.

반대로 배출 체크 밸브(153)는 용적 변동 공간의 정압(positive pressure) 조건에서 개방되도록 형성된다. 정압이란 물체에 대하여 압축하는 방향으로 작용하는 압력을 의미하며, 대기압보다 높은 압력이다. 용적 변동 공간에 정압이 형성되면 배출 체크 밸브(153)가 개방되고, 상기 용적 변동 공간에서 압축된 유체는 배출 체크 밸브(153)를 통해 유로 연결부(160)로 배출된다.

도 2를 참조하면, 유입 체크 밸브(152)는 한 쌍으로 구비되고, 배출 체크 밸브(153)도 한 쌍으로 구비된다. 유입 체크 밸브(152)와 배출 체크 밸브(153)는 편심 회전축(130)으로부터 동일한 거리 상에 교번적으로 배열된다. 한 쌍의 유입 체크 밸브(152)는 편심 회전축(130)의 연장부(132)를 기준으로 상호 대칭적으로 배열된다. 한 쌍의 배출 체크 밸브(153)도 편심 회전축(130)의 연장부(132)를 기준으로 상호 대칭적으로 배열된다.

체크 밸브 모듈(150)은 로터 하우징(110)과 유체 챔버 하우징(140)의 사이에 배치된다. 체크 밸브 모듈(150)은 유입 체크 밸브(152)와 배출 체크 밸브(153)를 모두 구비하므로, 체크 밸브 모듈(150)이 로터 하우징(110)과 유체 챔버 하우징(140)의 사이에 배치된다는 것은, 유입 체크 밸브(152)와 배출 체크 밸브(153)가 모두 로터 하우징(110)과 유체 챔버 하우징(140)의 사이에 배치된다는 것을 의미한다. 이것은 발명의 배경이 되는 기술 항목에서 설명한 특허문헌과 차이가 있으며, 이하에서는 이러한 차이가 갖는 기술적 의의에 대하여 설명한다.

상기 특허문헌에 개시된 로터리 피스톤 펌프와 같이 유입 체크 밸브가 로터 하우징의 하측에 배치되고, 배출 체크 밸브가 로터 하우징의 상측에 배치되면, 압축 대상 유체는 로터리 피스톤 펌프의 상하를 모두 통과한다. 유입 체크 밸브와 배출 체크 밸브의 위치가 서로 뒤바뀌더라도 마찬가지다. 이러한 구조에서는 로터 하우징의 상측 공간이나 하측 공간을 절약하여 로터리 피스톤 펌프의 크기(특히 높이)를 축소시키기 어렵다. 또한 로터 하우징의 상측 공간이나 하측 공간에 다른 구성을 추가하기도 어렵다.

이에 반해 본 발명과 같이 유입 체크 밸브(152)와 배출 체크 밸브(153)가 모두 로터 하우징(110)의 일측과 타측 중 어느 한 쪽에만 배치되면, 로터리 펌프(100)의 크기(높이)를 축소시키기 용이하다. 또한 로터 하우징(110)의 상측 공간이나 하측 공간에 다른 구성을 추가하기 위한 공간 확보도 용이하다. 본 발명에서는 로터 하우징(110)의 하측 공간에 슬라이딩 커버(172)와 탄성 부재(193)를 추가 배치하였으며, 이에 대하여는 후술한다.

체크 밸브 모듈 하우징(151)에는 상하 방향을 향해 개구되는 회전축 관통공(154)이 형성된다. 회전축 관통공(154)은 체크 밸브 모듈 하우징(151)의 중심에 형성된다. 편심 회전축(130)은 상기 회전축 관통공(154)을 상하 방향으로 관통한다.

유로 연결부(160)는 유체 챔버 하우징(140)과 체크 밸브 모듈 하우징(151)에 의해 정의되는 공간에 배치되며, 이는 곧 유로 연결부(160)가 유체 챔버(144) 내에 배치된다는 것을 의미한다.

유로 연결부(160)는 유체 유입구(141)를 통해 유입되는 유체와 유체 배출구(142)를 통해 배출되는 유체를 서로 격리시키도록 유체 챔버(144)를 두 영역으로 구획한다. 두 영역이란 유체 유입 유로와 유체 배출 유로로 명명될 수 있다. 유체 유입 유로는 유로 연결부(160)의 외부와 유체 챔버 하우징(140)의 내부 사이에 형성된다. 유체 배출 유로는 유로 연결부(160)의 내부에 형성된다.

유로 연결부(160)의 입구는 배출 체크 밸브(153)와 연결되고, 유로 연결부(160)의 출구는 유체 배출구(142)에 연결되어 있다. 따라서 유체 유입구(141)를 통해 유체 챔버(144)로 유입된 압축 대상 유체는 유로 연결부(160)로 유입되지 못한다. 반대로 용적 변동 공간에서 압축된 유체는 배출 체크 밸브(153)와 유로 연결부(160)를 통해 유체 배출구(142)로 배출된다. 따라서 유체 유입구(141)를 통해 유입되는 유체와 유체 배출구(142)를 통해 배출되는 유체는 서로 혼합되지 않는다. 다만, 후술하게 될 바이패스 유로(164)의 예외가 존재하며, 이에 대하여는 후술한다.

유로 연결부(160)는 세 부분으로 나뉘어 설명될 수 있다. 이 세 부분은 각각 제1 연결관(161), 제2 연결관(162), 및 제3 연결관(163)으로 명명될 수 있다. 유로 연결부(160)의 특징 중 하나는 제2 연결관(162)과 제3 연결관(163) 사이에 단차가 존재하거나, 제2 연결관(162)과 유체 배출관(142) 사이에 단차가 존재한다는 것이다. 단차(d)는 도 3에 도시되어 있다. 단차(d)는 로터리 펌프(100)로부터 배출되는 유체의 양을 제한하기 위한 것으로, 보다 자세한 설명은 도 5a와 도 5b를 참조하여 후술한다.

로터 하우징 커버(171)는 체크 밸브 모듈(150)과 로터 하우징(110)의 사이에 배치된다. 로터 하우징 커버(171)는 로터(120)와 로터 하우징(110)을 위에서 덮는다. 로터 하우징 커버(171)는 원판에 다수의 구멍이 형성되는 구조를 갖는다. 이 다수의 구멍은 유체 유입공(171a1, 171a2), 유체 배출공(171b1, 171b2), 그리고 회전축 관통공(171c)에 해당한다.

유체 유입공(171a1, 171a2)은 상하 방향에서 유입 체크 밸브(152)를 마주보는 위치에 형성된다. 압축 대상 유체는 유입 체크 밸브(152)와 유체 유입공(171a1, 171a2)을 통해 용적 변동 공간으로 유입된다. 그리고 유체 배출공(171b1, 171b2)은 상하 방향에서 배출 체크 밸브(153)를 마주보는 위치에 형성된다. 용적 변동 공간에서 압축된 유체는 유체 배출공(171b1, 171b2)과 배출 체크 밸브(153)를 통해 유로 연결부(160)로 유입된다.

유체 유입공(171a1, 171a2)과 유체 배출공(171b1, 171b2)의 모양은 서로 같은 형상을 가지며, 다각형이나 원형 등 다양한 형태가 가능하다. 그러나 둥근 모서리를 갖는 삼각 로터(120)에 의해 배출될 수 있는 최대 유량을 확보하기 위해서는 도 2에 도시된 바와 같이 유체 유입공(171a1, 171a2)과 유체 배출공(171b1, 171b2)이 둥근 모서리를 갖는 삼각형의 형태로 형성되는 것이 바람직하다.

회전축 관통공(171c)은 로터 하우징 커버(171)의 중심에 형성된다. 편심 회전축(130)의 연장부(132)는 회전축 관통공(171c)을 상하 방향으로 관통한다. 유체 유입공(171a1, 171a2)과 유체 배출공(171b1, 171b2)은 각각 한 쌍으로 구비되며, 편심 회전축(130)으로부터 동일한 거리 상에 교번적으로 배열된다. 두 유체 유입공(171a1, 171a2)은 편심 회전축(130)의 연장부(132)를 중심으로 상호 대칭적으로 배열된다. 두 유체 배출공(171b1, 171b2)도 편심 회전축(130)의 연장부(132)를 중심으로 상호 대칭적으로 배열된다.

슬라이딩 커버(172)는 로터(120)의 하측에 배치된다. 로터리 펌프(100)의 가장 아래에는 펌프 커버(180)가 배치되며, 슬라이딩 커버(172)는 펌프 커버(180)의 바닥면(182)과 로터(120)의 사이에 배치된다.

로터 하우징(110)의 유체 압축 공간(112)에서 상하 방향으로 이동하기 위해, 슬라이딩 커버(172)는 로터 하우징(110)의 내주면에 대응되는 형상을 갖는다. 로터 하우징(110)의 내주면은 에피트로코이드 형상을 가지며, 상기 에피트로코이드 형상은 2개의 뾰족점을 갖는 땅콩 모양이다. 슬라이딩 커버(172)의 외주면도 이와 동일한 땅콩 모양을 갖는다. 로터 하우징(110)의 유체 압축 공간(112)이 상하로 개구되어 있으므로, 슬라이딩 커버(172)는 상기 유체 압축 공간(112)에서 상하 방향으로 움직일 수 있다.

슬라이딩 커버(172)의 외주면 재질로는 마찰력이 낮은 재질이 사용될 수 있다. 또는 슬라이딩 커버(172)의 외주면에 오링(o-ring)이 결합되는 것도 가능하다.

펌프 커버(180)는 로터 하우징(110)을 기준으로 유체 챔버 하우징(140)과 체크 밸브 모듈(150)의 반대쪽에 배치된다.

펌프 커버(180)는 로터 하우징(110)의 외벽에 대응되는 펌프 커버(180)의 외벽(181)과 로터 하우징(110)의 하부로부터 이격되는 바닥면(182)을 구비한다. 펌프 커버(180)의 바닥면(182)은 슬라이딩 커버(172)로부터도 이격된다. 따라서 슬라이딩 커버(172)와 펌프 커버(180)에 의해 공간이 정의되며, 이 공간은 압력 응답 공간으로 명명될 수 있다.

탄성 부재(193)는 슬라이딩 커버(172)를 로터(120)쪽으로 가압하도록 펌프 커버(180)의 바닥면(182)과 슬라이딩 커버(172)의 사이에 배치된다. 탄성 부재(193)는 슬라이딩 커버(172)를 가압할 수 있도록 슬라이딩 커버(172)의 베어링 수용부(172ab)보다 큰 내경을 갖는다. 탄성 부재(193)에 의해 제공되는 탄성력에 의해 슬라이딩 커버(172)는 항상 로터(120)의 하부에 밀착된다.

슬라이딩 커버(172)에는 압력 응답공(172a1, 172a2)과 베어링 수용부(172b)가 형성된다.

압력 응답공(172a1, 172a2)은 슬라이딩 커버(172)의 상측 공간과 하측 공간 사이에 압력 평형을 유지하게 하는 구성이다. 압력 응답공(172a1, 172a2)은 일 예로 원기둥 모양일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

슬라이딩 커버(172)의 상측 공간은 로터 하우징(110)의 용적 변동 공간에 해당하고, 슬라이딩 커버(172)의 하측은 압력 응답 공간에 해당한다. 로터(120)의 회전에 의해 용적 변동 공간의 압력이 변하게 되면, 이 압력은 압력 응답공(172a1, 172a2)을 통해 압력 응답 공간으로 전달된다.

압력 응답공(172a1, 172a2)의 위치와 크기는 로터(120)의 회전 방향, 로터 하우징(110)의 유체 압축 공간(112)에서 로터(120)의 위치에 의하여 결정된다. 특히 압력 응답공(172a1, 172a2)이 상하 방향에서 배출 체크 밸브(153) 및/또는 유체 배출공(171b1, 171b2)과 중첩되는 위치에 형성된다면, 세 개의 용적 변동 공간에서 발생하는 최대 압력이 항상 압력 응답공(172a1, 172a2)을 통해 압력 응답 공간으로 전달된다. 따라서 압력 응답 공간은 세 개의 용적 변동 공간 중 최대 압력을 형성하는 공간과 압력 평형을 유지할 수 있다.

이 경우 슬라이딩 커버(172)를 로터(120)쪽으로 가압하는 힘은 언제나 탄성 부재(193)에 의해 제공되는 힘으로 정의될 수 있다. 용적 변동 공간의 압력과 압력 응답 공간의 압력이 서로 상쇄되기 때문이다. 이와 같이 슬라이딩 커버(172)를 로터(120)쪽으로 가압하는 힘이 일정하다면, 설령 로터리 펌프(100)의 장기적인 작동에 의해 로터(120)와 슬라이딩 커버(172)가 마모된다고 하더라도, 탄성 부재(193)가 일정한 힘으로 슬라이딩 커버(172)를 로터(120)쪽으로 밀착시켜 기밀성을 유지하는 효과가 있다. 로터(120) 또한 슬라이딩 커버(172)에 의해 가압되어 로터 하우징 커버(171)에 밀착된다.

베어링 수용부(172b)는 슬라이딩 커버(172)의 중심에 형성된다. 베어링(192)은 베어링 수용부(172b)에 삽입되며, 편심 회전축(130)의 하단측 연장부(132)를 감싼다. 두 압력 응답공(172a1, 172a2)은 베어링 수용부(172b)로부터 동일한 거리 상에 상호 대칭적으로 배치된다.

이하에서는 체크 밸브 모듈(150)의 세부 구조에 대하여 설명한다.

도 4는 도 2와 도 3에 도시된 체크 밸브 모듈(150)의 단면도다.

체크 밸브 모듈 하우징(151)은 회전축 관통부(154)로부터 이격된 위치에서 서로 다른 방향을 향해 개구되는 입구(152b, 153b)와 출구(152c, 153c)를 구비한다. 상기 입구(152b, 153b)는 유입 체크 밸브(152)의 입구(152b)와 배출 체크 밸브(153)의 입구(153b)에 해당하고, 상기 출구(152c, 153c)는 유입 체크 밸브(152)의 출구(152c)와 배출 체크 밸브(153)의 출구(153c)에 해당한다.

상하 방향에서 입구(152b, 153b)와 출구(152c, 153c)의 사이에는 체크 밸브 수용부(152a, 153a)가 형성된다. 체크 밸브 수용부(152a, 153a)의 내경은 입구(152b, 153b)의 내경보다 크다.

서로 다른 압력 조건에서 개폐되기 위해 유입 체크 밸브(152)와 배출 체크 밸브(153)는 서로 반대 방향을 향하도록 배치된다. 따라서 유입 체크 밸브(152)의 입구(152b)는 체크 밸브 모듈 하우징(151)의 상측을 향해 개구되며, 출구(152c)는 체크 밸브 모듈 하우징(151)의 하측을 향해 개구된다. 배출 체크 밸브(153)의 입구(153b)는 체크 밸브 모듈 하우징(151)의 하측을 향해 개구되며, 출구(153c)는 체크 밸브 모듈 하우징(151)의 상측을 향해 개구된다.

브리지(bridge)(152d, 153d)는 출구(152c, 153c)의 내경을 가로질러 출구(152c, 153c)의 일측에서 타측으로 연장된다. 브리지(152d, 153d)는 복수로 형성되므로, 복수의 브리지(152d, 153d)는 출구(152c, 153c)의 일 지점에서 서로 교차된다. 브리지(152d, 153d)가 복수로 형성되고, 서로 교차하더라도 출구(152c, 153c)가 브리지(152d, 153d)에 의해 막히지는 않는다.

기둥(152e, 153e)은 복수의 브리지(152d, 153d)의 교차 지점에서 입구(152b, 153b)를 향해 연장된다. 기둥(152d, 153d)은 체크 밸브 수용부(152a, 153a)의 중심에 배치될 수 있다.

개폐부(152g, 153g)는 기둥의 둘레에 결합되어 입구(152b, 153b)를 막는다. 개폐부(152g, 153g)의 어느 일 부분은 기둥(152e, 153e)의 연장 방향을 따라 이동하도록 기둥(152e, 153e)의 둘레에 결합된다. 개폐부(152d, 153d)의 다른 일 부분은 입구(152b, 153b)에 밀착되었을 때 입구(152b, 153b)를 막을 수 있도록 입구(152b, 153b)보다 큰 면적을 갖는다. 이를테면 개폐부(152g, 153g)에는 입구(152b, 153b)의 내경보다 큰 외경을 갖는 부분이 존재한다.

탄성 부재(152f, 153f)는 개폐부(152g, 153g)를 입구(152b, 153b)에 밀착시키도록 개폐부(152g, 153g)와 복수의 브리지(152d, 153d) 사이에 배치된다. 탄성 부재(152f, 153f)는 개폐부(152g, 153g)를 부분적으로 감싸도록 형성될 수 있다. 탄성 부재(152f, 153f)에 의해 제공되는 탄성력에 의해 개폐부(152g, 153g)는 입구(152b, 153b)로 밀착된다.

용적 변동 공간의 체적 변화에 따라 상기 용적 변동 공간의 압력 조건이 변한다. 용적 변동 공간의 압력이 탄성 부재(152f, 153f)를 압축시킬 수 있을 정도로 변하면 개폐부(152g, 153g)가 입구(152b, 153b)로부터 출구 방향(152c, 153c)으로 이동하게 되고, 유입 체크 밸브(152)와 배출 체크 밸브(153)는 선택적으로 개폐된다.

도 4에서 설명되는 유입 체크 밸브(152)와 배출 체크 밸브(153)의 구조는 일 예이며, 유입 체크 밸브(152)와 배출 체크 밸브(153)의 구조가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 로터 하우징 커버(171)에 형성되는 유체 유입공(171a1, 171a2)이나 유체 배출공(171b1, 171b2)과 같은 삼각 형태를 포함하는 다양한 형태가 적용될 수 있다. 특히 충분한 공간이 확보된다면 테슬라 밸브, D 밸브와 같이 유체 흐름을 이용한 구조도 적용될 수 있다.

이하에서는 유로 연결부(160)와 압력 응답 밸브(165)의 세부 구조에 대하여 설명한다.

도 5a는 도 2와 도 3에 도시된 유로 연결부(160)와 압력 응답 밸브(165)의 개념도다. 도 5b는 도 2와 도 3에 도시된 유로 연결부(160)와 압력 응답 밸브(165)의 단면도다.

앞서 유로 연결부(160)는 제1 연결관(161), 제2 연결관(162), 그리고 제3 연결관(163)으로 구분되어 설명될 수 있음을 설명한 바 있다.

제1 연결관(161)은 한 쌍으로 구비된다. 한 쌍의 제1 연결관(161)은 용적 변동 공간에서 압축된 유체를 공급받도록 한 쌍의 배출 체크 밸브(153)에 연결된다.

제1 연결관(161)은 배출 체크 밸브(153)의 출구보다 큰 내경을 갖는다. 한 쌍의 제1 연결관(161)은 한 쌍의 배출 체크 밸브(153)에 밀착된다. 따라서 용적 변동 공간에서 압축된 유체는 배출 체크 밸브(153)를 통해 제1 연결관(161)으로 배출되며, 유체 유입구(141)를 통해 유입되는 압축 대상 유체와 혼합되지 않는다.

제2 연결관(162)은 한 쌍의 제1 연결관(161)으로 유입된 유체를 유체 배출구(142)로 흐르게 하도록 한 쌍의 제1 연결관(161)에 연결된다. 제2 연결관(162)은 유체 배출구(142)에 직접 연결될 수도 있고, 제2 연결관(162)과 유체 배출구(142) 사이에 제3 연결관(163)이 배치될 수도 있다.

한 쌍의 제1 연결관(161)은 편심 회전축(130)을 기준으로 서로 반대쪽에 배치된다. 제2 연결관(162)은 편심 회전축(130)의 일측을 부분적으로 감싸면서 한 쌍의 제1 연결관(161)에 각각 연결된다. 제2 연결관(162)은 포물선 또는 현수선과 유사한 모양을 갖는 것으로 이해될 수 있다.

제3 연결관(163)은 제2 연결관(162)과 유체 배출구(142)를 연결하도록 제2 연결관(162)으로부터 유체 배출구(142)를 향해 돌출된다. 제2 연결관(162)은 제3 연결관(163)에서 한 쌍의 제1 연결관(161)을 향해 양측으로 연장되는 구조를 갖는다.

제2 연결관(162)의 내측 바닥면은 유체 배출구(142)보다 낮은 위치에 형성되어 유체 배출구(142)와 단차를 형성한다. 도 5b에 도시된 바와 같이 유로 연결부(160)에 제3 연결관(163)이 구비되는 경우에는, 제2 연결관(162)의 내측 바닥면이 제3 연결관(163)의 내측 바닥면보다 낮은 위치에 형성되어 단차(d)를 형성한다.

이와 같이 제2 연결관(162)의 내측 바닥면이 유체 배출구(142)와 단차를 형성하거나 제3 연결관(163)과 단차(d)를 형성하는 경우에는, 배출 체크 밸브(153)를 통해 유로 연결부(160)로 유입된 유체의 배출이 제한된다. 단차(d)에 의해 유체 배출구(142)로 배출되지 못한 유체는 바이패스 유로(164)를 통해 로터리 펌프(100) 내부를 순환하게 된다.

제2 연결관(162)은 상하 방향에서 한 쌍의 유입 체크 밸브(152) 중 어느 하나와 중첩되도록 배치된다. 제1 연결관(161)이 배출 체크 밸브(153)에 밀착되는 것과 달리 제2 연결관(162)의 외측 저면은 상하 방향에서 중첩되는 어느 하나의 유입 체크 밸브(152)로부터 이격된다. 따라서 유체 배출 유로에서 바이패스 유로(164)를 통해 빠져 나온 유체는 유체 유입 유로로 회수된다.

바이패스 유로(164)는 제2 연결관(162)의 내측 바닥면과 외측 저면을 관통하도록 형성된다. 바이패스 유로(164)는 항상 개방되어 있는 것이 아니라, 압력 응답 밸브(165)에 의해 개폐된다.

압력 응답 밸브(165)는 유체 유입 유로와 유체 배출 유로 간의 압력 차이에 따라 바이패스 유로(164)를 개폐하도록 형성된다. 압력 응답 밸브(165)는 밸브 부재(165a, 165b, 165c, 165d)와 탄성 부재(165e)를 포함한다.

밸브 부재(165a, 165b, 165c, 165d)의 제1 부분(165a)은 바이패스 유로(164)의 내경에 삽입 가능하도록 바이패스 유로(164)의 내경보다 작은 외경을 갖는다.

밸브 부재(165a, 165b, 165c, 165d)의 제2 부분(165b)은 바이패스 유로(164)를 막도록 바이패스 유로(164)의 내경보다 큰 외경을 갖는다.

밸브 부재(165a, 165b, 165c, 165d)의 제2 부분(165b)은 제1 부분(165a)에 연결된다. 제2 부분(165b)은 제2 연결관(162)의 내측 바닥면에 밀착되었을 때 바이패스 유로(164)를 막도록 바이패스 유로(164)의 내경보다 큰 외경을 갖는다. 밸브 부재(165a, 165b, 165c, 165d)가 아래로 움직임에 따라 제2 부분(165b)이 제2 연결관(162)의 내측 바닥면에 밀착되면 바이패스 유로(164)는 폐쇄되고, 밸브 부재(165a, 165b, 165c, 165d)가 위로 움직임에 따라 제2 부분(165b)이 제2 연결관(162)의 내측 바닥면으로부터 이격되면 바이패스 유로(164)는 개방된다.

밸브 부재(165a, 165b, 165c, 165d)의 제3 부분(165c)은 제2 부분(165b)에 연결된다. 제3 부분(165c)은 제2 부분(165b)보다 큰 외경을 갖는다. 탄성 부재(165e)는 제2 부분(165b)을 바이패스 유로(164)로부터 이격시키도록 제2 연결관(162)의 내측 바닥면과 제3 부분(165c)의 사이에 배치된다. 탄성 부재(165e)는 제2 부분(165b)을 감싸도록 형성될 수 있다. 탄성 부재(165e)는 밸브 부재(165a, 165b, 165c, 165d)를 초기 위치로 복원시키도록 밸브 부재(165a, 165b, 165c, 165d)에 탄성력을 제공한다.

밸브 부재(165a, 165b, 165c, 165d)의 제4 부분(165d)은 제3 부분(165c)으로부터 제2 연결관(162)의 내측 천장면을 향해 연장된다. 바이패스 유로(164)의 개도(열린 정도)는 제4 부분(165d)과 제2 연결관(162)의 내측 천장면 사이의 거리에 의해 결정된다. 제4 부분(165d)이 제2 연결관(162)의 내측 천장면에 닿는 위치가 바이패스 유로(164)의 최대 개도에 해당한다.

압력 응답 밸브(165)는 유체 유입 유로와 유체 배출 유로 간의 압력차를 일정 수준 이상으로 유지하게 하는 역할을 한다.

유체 배출 유로의 압력이 높아져 유체 유입 유로와 유체 배출 유로 간의 압력 차가 탄성 부재(165e)의 탄성력을 극복할 수 있을 정도로 커지면, 벤츄리 효과(직경이 좁은 부분을 지날 때 유체의 압력이 상대적으로 감소하는 현상)에 의해 바이패스 유로(164)에서 유체의 유속이 빨라지고 바이패스 유로(164)의 압력이 감소하게 된다. 이에 따라 밸브 부재(165a, 165b, 165c, 165d)는 아래로 이동하게 되고, 바이패스 유로(164)는 닫힌다. 바이패스 유로(164)가 닫히면 유체 유입 유로와 유체 배출 유로가 완전히 격리되므로 유체 배출 유로의 압력이 크게 증가될 수 있다.

또한, 유체 유입 유로에 부압 조건이 형성될 경우에도, 유체 유입 유로와 유체 배출 유로 간의 압력차에 의해 압력 응답 밸브(165)가 닫히게 되어 더욱 큰 부압 조건이 형성될 수 있다.

유체 유입 유로와 유체 배출 유로 간의 압력 차가 크지 않을 경우에는 탄성 부재(165e)에 의해 제공되는 탄성력에 의해 밸브 부재(165a, 165b, 165c, 165d)는 초기 위치로 복원된다. 압력 응답 밸브(165)가 개방된 상태에서 유체 배출 유로의 유체는 부분적으로 바이패스 유로(164)를 통해 다시 유체 유입 유로로 회수된다.

로터리 펌프(100)에서 압력을 크게 발생시키기 위해서는 용적 변동 공간의 기밀성 유지가 필수적으로 요구된다. 기밀성은 고압을 발생시킬 수 있는 로터리 펌프(100)의 성능에 큰 영향을 미친다. 여기서 유체는 실링의 역할을 하므로, 용적 변동 공간의 기밀성을 유지하기 위해서는 로터리 펌프(100)의 내부에 항상 유체가 존재하는 것이 바람직하다.

본 발명의 로터리 펌프(100)는 바이패스 유로(164)를 통해 회수되는 유체가 로터리 펌프(100)를 재순환하므로, 로터리 펌프(100)의 내부에는 항상 유체가 존재하게 된다. 특히 로터리 펌프(100)가 동작하는 과정에서 물과 오일 같은 유체의 공급이 중단되면 유체 유입구(141)를 통해 공기가 유입된다. 공기는 기밀성을 유지하는 역할을 하지 못하지만, 본 발명의 로터리 펌프(100) 내에는 바이패스 유로(164)를 통해 회수되는 유체(물 또는 오일)가 항상 로터리 펌프(100) 내에 존재하므로 기밀성이 유지될 수 있다.

다음으로는 로터리 펌프(100)의 작동에 대하여 설명한다.

도 6은 로터(120)의 회전에 따른 용적 변동 공간(112a, 112b, 112c)의 용적 변화, 체크 밸브 모듈(150)에 구비되는 유입 체크 밸브(152)와 배출 체크 밸브(153)의 개폐 상태, 슬라이딩 커버(172)에 형성되는 압력 응답공(172a1, 172a2)의 개폐 상태를 순차적으로 보인 개념도다.

도 6에서 편심 회전축(130)의 연장부(132)를 중심으로 가상의 4사분면을 도입한다면, 제1 유체 유입공(171a1)은 1사분면에 배치된다. 제2 유체 유입공(171a2)은 3사분면에 배치된다. 제1 유체 배출공(171b1)은 2사분면에 배치된다. 제2 유체 배출공(171b2)은 4사분면에 배치된다.

압력 응답공(172a1, 172a2)은 로터리 펌프(100)의 높이 방향(상하 방향)에서 유체 배출공(171b1, 171b2)과 중첩되는 위치에 형성된다. 가상의 4사분면을 기준으로 설명한다면, 압력 응답공(172a1, 172a2)은 2 사분면과 4사분면에 배치된다. 로터(120)가 회전함에 따라 압력 응답공(172a1, 172a2)을 가리게 되면, 압력 응답공(172a1, 172a2)은 막히게 된다.

도 6과 같이 슬라이딩 커버(172), 로터(120), 로터 하우징(110), 로터 하우징 커버(171)를 아래에서 로터리 펌프(100)의 아래에서 투영하면, 용적 변동 공간(112a, 112b, 112c)의 용적 변화, 유입 체크 밸브(152)와 배출 체크 밸브(153), 압력 응답공(172a1, 172a2)의 개폐 상태를 알 수 있다.

도 6에서는 유입 체크 밸브(152) 또는 배출 체크 밸브(153)가 열린 상태라면 유체 유입공(171a1, 171a2) 또는 유체 배출공(171b1, 171b2)의 내부를 흰색으로 칠하고, 닫힌 상태라면 내부를 검은색으로 칠하여 구분하였다.

먼저 그림 (1)은 로터리 펌프(100)가 작동하기 전의 초기 조건이다. 로터(120)가 로터 하우징(110)의 유체 압축 공간(112)에 배치됨에 따라 유체 압축 공간(112)은 세 개의 용적 변동 공간(112a, 112b, 112c)으로 구획된다. 이 용적 변동 공간(112a, 112b, 112c)은 편심 회전축(130)과 로터(120)의 반시계 방향 회전에 따라 압축과 팽창을 반복하게 된다. 초기 조건에서 유입 체크 밸브(152)와 배출 체크 밸브(153)는 모두 닫혀있다.

로터리 펌프(100)가 작동을 시작하면 편심 회전축(130)이 반시계 방향을 회전하게 되고, 로터(120)는 편심 회전축(130)에 의해 반시계 방향으로 편심 회전하게 된다. 그림 (2)-(7)로 나타내어지는 로터리 펌프(100)의 작동 과정 동안 제1 용적 변동 공간(112a)은 압축된다. 제2 용적 변동 공간(112b)은 팽창되다가 다시 압축된다. 제3 용적 변동 공간(112c)은 압축되다가 다시 팽창된다.

로터(120)의 편심 회전 동안 용적 변동 공간(112a, 112b, 112c)의 반복적인 용적 변화와 유체 유입공(171a1, 171a2) 및 유체 배출공(171b1, 171b2)의 반복적인 개폐는 그림 (2)-(3)-(4)-(5)-(6)-(7)-(2)의 반복으로 나타내어질 수 있다.

로터(120)가 회전하여 로터(120)의 위치가 그림 (2)와 같다면, 제1 유체 유입공(171a1)의 상측에 배치되는 제1 유입 체크 밸브(152)는 닫힌 상태가 된다. 따라서 제1 용적 변동 공간(112a)으로 유체가 유입되지 않는다. 반면 제1 유체 배출공(171b1)의 상측에 배치되는 제1 배출 체크 밸브(153)는 열린 상태가 된다. 따라서 제1 용적 변동 공간(112a)에서 압축된 유체는 제1 유체 배출공(171b1)을 통해 배출된다.

이와 동시에 제2 유체 유입공(171a2)의 상측에 배치되는 제2 유입 체크 밸브(152)는 열린 상태가 된다. 따라서 제2 용적 변동 공간(112b)으로 압축 대상 유체가 유입된다. 또한 제2 유체 배출공(171b2)의 상측에 배치되는 제2 배출 체크 밸브(153)는 열린 상태가 된다. 따라서 제3 용적 변동 공간(112c)에서 압축된 유체는 제2 유체 배출공(171b2)를 통해 배출된다.

이와 동시에 두 압력 응답공(172a1, 172a2)은 열린 상태가 되므로, 제1 용적 변동 공간(112a)과 제3 용적 변동 공간(112c)의 압력은 두 압력 응답공(172a1, 172a2)을 통해 압력 응답 공간으로 전달된다. 이에 따라 제1 용적 변동 공간(112a), 제3 용적 변동 공간(112c) 및 압력 응답 공간은 모두 같은 압력을 갖게 된다.

다시 로터(120)가 회전하여 로터(120)의 위치가 그림 (3)을 거쳐 그림 (4)과 같이 변한다면, 제1 배출 체크 밸브(153)는 열린 상태를 유지한다. 따라서 제1 용적 변동 공간(112a)에서 압축된 유체는 제1 유체 배출공(171b1)를 통해 배출된다.

이와 동시에 제2 유입 체크 밸브(152)는 열린 상태를 유지하고, 제2 배출 체크 밸브(153)는 닫힌 상태가 된다. 따라서 제2 용적 변동 공간(112b)으로 압축 대상 유체가 유입된다. 또한 제1 유입 체크 밸브(152)는 열린 상태가 된다. 따라서 제3 용적 변동 공간(112c)으로 압축 대상 유체가 유입된다.

이와 동시에 제1 압력 읍답공은 열린 상태를 유지하지만, 제2 압력 응답공(172a2)은 닫힌 상태가 된다. 제1 용적 변동 공간(112a)의 압력이 제1 압력 응답공(172a1)을 통해 압력 응답 공간으로 전달된다. 따라서 제1 용적 변동 공간(112a)과 압력 응답 공간이 같은 압력을 갖게 된다.

다시 로터(120)가 회전하여 로터(120)의 위치가 그림 (5)와 같다면, 제1 배출 체크 밸브(153)는 열린 상태를 유지한다. 따라서 제1 용적 변동 공간(112a)에서 압축된 유체는 제1 유체 배출공(171b1)를 통해 배출된다.

이와 동시에 제2 유입 체크 밸브(152)는 닫힌 상태가 되고, 제2 배출 체크 밸브(153)는 열린 상태가 된다. 따라서 제2 용적 변동 공간(112b)에서 압축된 유체가 제2 유체 배출공(171b2)를 통해 배출된다. 또한 제1 유입 체크 밸브(152)는 열린 상태를 유지한다. 따라서 제3 용적 변동 공간(112c)으로 압축 대상 유체가 유입된다.

이와 동시에 두 압력 응답공(172a1, 172a2)은 열린 상태가 되므로, 제1 용적 변동 공간(112a)과 제2 용적 변동 공간(112b)의 압력은 두 압력 응답공(172a1, 172a2)을 통해 압력 응답 공간으로 전달된다. 이에 따라 제1 용적 변동 공간(112a), 제2 용적 변동 공간(112b) 및 압력 응답 공간은 모두 같은 압력을 갖게 된다.

다시 로터(120)가 회전하여 로터(120)의 위치가 그럼 (6)을 거쳐 그럼 (7)과 같이 변한다면, 제2 유입 체크 밸브(152)는 열린 상태가 된다. 따라서 제1 용적 변동 공간(112a)으로 압축 대상 유체가 유입된다.

이와 동시에 제2 배출 체크 밸브(153)는 열린 상태를 유지한다. 따라서 제2 용적 변동 공간(112b)에서 압축된 유체는 제2 유체 배출공(171b2)를 통해 배출된다. 또한 제1 유입 체크 밸브(152)는 열린 상태를 유지하고, 제1 배출 체크 밸브(153)는 닫힌 상태가 된다. 따라서 제3 용적 변동 공간(112c)으로 압축 대상 유체가 유입된다.

이와 동시에 제1 압력 응답공(172a1)은 닫힌 상태가 되고, 제2 압력 응답공(172a2)은 열린 상태를 유지한다. 제2 용적 변동 공간(112b)의 압력이 제2 압력 응답공(172a2)을 통해 압력 응답 공간으로 전달된다. 따라서 제2 용적 변동 공간(112b)과 앙력 응답 공간이 같은 압력을 갖게 된다.

로터(120)가 계속 회전하게 되면 로터(120)의 위치는 다시 그림 (2)와 같아진다. 그리고 두 압력 응답공(172a1, 172a2)이 두 배출 체크 밸브(153)와 상하 방향에서 중첩되는 위치에 배치되므로, 세 용적 변동 공간(112a, 112b, 112c)에서 발생하는 최대 압력이 항상 압력 응답 공간으로 전달될 수 있으며, 부압 조건을 갖는 유입 체크 밸브(152)와는 격리된다.

이하에서는 로터리 펌프(100) 내부에서 로터(120)의 회전에 따른 유체의 흐름에 대하여 설명한다.

도 7은 로터리 펌프(100)의 내부에서 유체의 흐름을 보인 개념도다. 유체의 흐름이 화살표와 번호로 나타내어졌다.

압축 대상 유체는 유체 유입구(141)를 통해 유체 챔버(144)로 유입된다. 유체 챔버(144)는 유로 연결부(160)에 의해 유체 유입 유로와 유체 배출 유로로 구획되어 있으므로, 유체는 유체 배출 유로로는 흐르지 않고, 유입 체크 밸브(152)를 통과해 로터 하우징(110)의 용적 변동 공간으로 유입된다.

용적 변동 공간에서 압축된 유체는 배출 체크 밸브(153)를 통해 유로 연결부(160)로 유입된다. 이때, 압력 응답공(172a1, 172a2)은 용적 변동 공간과 압력 응답 공간의 압력 평형을 유지하게 한다. 유로 연결부(160)로 유입된 유체는 유체 배출구(142)를 통해 로터리 펌프(100)의 외부로 배출된다. 일부 유체는 바이패스 유로(164)를 통해 다시 로터리 펌프(100)의 내부로 회수되며, 로터리 펌프(100)의 내부를 재순환한다. 바이패스 유로(164)를 통해 회수되는 유체의 유량은 압력 응답 밸브(165)에 의해 조절된다.

로터리 펌프(100)가 작동하는 과정에서 일시적으로 유체(물 또는 오일) 공급이 중단될 경우가 발생할 수 있다. 이 경우에는 유체 유입구(141)를 통해 공기가 유체 챔버(144)로 유입된다. 공기는 유입 체크 밸브(152)를 통과해 용적 변동 공간으로 유입되고, 용적 변동 공간에서 잔존 유체와 혼합된다.

로터(120)가 저속으로 회전하는 경우에는 용적 변동 공간에서 유체와 공기가 분리되고, 공기만 유체 배출 유로를 거쳐 유체 배출구(142)로 배출된다. 하지만, 로터(120)가 고속으로 회전하는 경우에는 유체와 공기가 함께 유체 배출 유로로 배출되나, 제2 연결관(162)과 유체 배출구(142) 사이의 단차에 의해 유체의 일부는 유로 연결부(160)에 남게되고, 바이패스유로(164)를 통해 회수된다.

따라서 본 발명의 로터리 펌프(100)는 작동 과정에서 유체의 공급이 중단되더라도, 용적 변동 공간에 잔존하는 유체에 의하여 실링, 윤활, 냉각 성능을 유지하게 함으로써 장시간 작동이 가능하다.

또한 유체 유입구(141)에서 유체와 공기의 공급 없이 밀폐될 경우에도, 로터(120)가 지속적으로 회전하면서 용적 변동을 유지하기 때문에 유체 챔버(144) 내에는 지속적으로 부압이 발생하게 된다. 본 발명의 로터리 펌프(100)는 이러한 부압을 이용해 유체와 공기를 흡입할 수 있는 자흡펌프(self-priming pump)의 기능을 갖는다. 유체 챔버(144) 내의 유체를 오일로 고려하였을 때에는 당연히 진공펌프로 사용될 수 있다.

이하에서는 로터리 펌프(100)를 구성하는 구성 요소들의 변형례들에 대하여 설명한다.

도 8은 로터(120)의 변형례를 보인 사시도다.

슬라이딩 커버(172)는 탄성 부재(193)에 의해 로터(120)쪽으로 가압된다. 따라서 로터(120)는 슬라이딩 커버(172)와 접촉되는 상태에서 회전하게 되며, 로터(120)의 하부는 회전 과정에서 슬라이딩 커버(172)의 상부와 지속적으로 마찰을 일으키게 된다. 마찰은 마모의 원인이 되며, 에너지의 손실로 이어질 수 있다.

따라서 로터(120)와 슬라이딩 커버(172)의 마찰 면적을 줄이면 마모 면적을 줄이고 에너지 손실을 억제할 수 있다. 도 8에 도시된 로터(120)는 이러한 구성의 일 예를 보이고 있다.

로터(120)의 하부에는 가장자리 돌출부(122)가 형성된다. 가장자리 돌출부(122)는 로터(120)에서 슬라이딩 커버(172)와 접촉되는 부분(하면)에 형성되며, 가장자리를 따라 슬라이딩 커버(172)를 향해 돌출된다.

가장자리 돌출부(122)가 로터(120)의 하부에 형성되면, 로터(120)와 슬라이딩 커버(172)의 접촉 면적은 가장자리 돌출부(122)의 면적으로 제한된다. 따라서 이와 같은 로터(120)의 구조를 이용하면 마찰 면적 축소를 통해 마모 면적을 줄일 수 있고, 에너지 손실을 억제할 수 있다.

도 9는 로터(120)의 다른 변형례를 보인 사시도다.

로터(120)는 슬라이딩 커버(172)와 접촉된 상태에서 회전할 뿐만 아니라 로터 하우징 커버(171)와도 접촉된 상태에서 회전하게 된다. 따라서 로터(120)의 하부뿐만 아니라 상부도 마찰 면적을 줄일 수 있는 구조가 필요하다.

도 9에 도시된 로터(120)의 상부에는 격자 형상을 갖는 다수의 홈(123)이 형성된다. 격자 형상을 갖는 다수의 홈(123)은 로터(120)에서 로터 하우징 커버(171)와 접촉되는 부분(상면)에서 하부를 향해 리세스된 구조를 갖는다.

로터(120)의 하부에 가장자리 돌출부(122)가 형성되는 것과 달리 로터(120)의 상부에 격자 형상의 홈(123)이 형성되는 이유는 압축 대상 유체가 로터(120)의 상부에서 유입되어 다시 상부로 배출되기 때문이다.

도 10a 내지 도 10d는 로터(220)의 또 다른 변형례와 상기 로터(220)에 결합되는 베인(227)을 보인 개념도들이다.

로터(220)가 로터 하우징(210)의 유체 압축 공간(212)에서 반복적으로 회전하게 되면, 로터(220)의 측면이 마모된다. 로터(220)의 측면에 로터 하우징(210)의 내주면에 접촉된 상태로 회전되기 때문이다. 따라서 로터리 펌프(200)의 작동 시간이 누적되면, 용적 변동 공간 간의 기밀성이 점차 떨어지게 된다. 도 10a 내지 도 10d에 개시된 로터(220)는 로터리 펌프(200)의 작동 시간 누적에도 기밀성을 유지할 수 있는 구성을 갖는다.

로터(220)는 베인(227)과 결합되어 로터 하우징(210)의 유체 압축 공간(212)에서 함께 회전한다.

로터(220)는 모퉁이에서 리레스되어 형성되는 베인 수용부(224)를 구비한다. 둥근 모서리를 갖는 삼각 로터(220)를 삼각형에 빗대어 설명한다면, 로터(220)의 모퉁이는 삼각형의 꼭지점에 해당한다고 볼 수 있다. 베인 수용부(224)는 로터(220)의 모퉁이에서 로터(220)의 중심을 향해 리세스된다.

베인(227)은 베인 수용부(224)에 삽입된다. 따라서 로터(220)와 베인(227)이 로터 하우징(210)의 유체 압축 공간(212)에서 회전하게 되면, 로터(220)의 모퉁이가 로터 하우징(210)의 내주면에 접촉되는 것이 아니라, 베인(227)이 로터 하우징(210)의 내주면에 접촉된 채로 회전하게 된다.

로터리 펌프(200)의 작동 시간이 누적되면 베인(227)의 마모도 피할 수 없다. 베인(227)의 마모에도 불구하고 용적 변동 공간의 기밀성을 유지하기 위해 로터(220)와 베인(227)에는 압력 전달홀(225a, 225b, 227a, 227b)이 형성된다. 압력 전달홀(225a, 225b, 227a, 227b)은 유체 압축 공간(212)에서 로터(220)가 회전함에 따라 발생하는 압력에 의해 베인(227)을 로터 하우징(210)의 내주면에 밀착되게 한다.

압력 전달홀(225a, 225b, 227a, 227b)은 로터(220)와 베인(227)의 서로 대응되는 위치에 각각 형성된다. 도 10b를 참조하면, 베인(227)의 일측에 두 개의 압력 전달홀(227a)이 형성되면 로터(220)에도 두 개의 압력 전달홀(225a)이 형성되고, 베인(227)의 타측에 하나의 압력 전달홀(227b)이 형성되면 로터(220)에도 하나의 압력 전달홀(225b)이 형성된다.

로터 하우징(210)의 내주면과 접촉되는 베인(227)의 단부는 마찰 면적을 최소화하기 위해 뾰족하게 형성될 수 있다. 이 경우 베인(227)의 단부는 로터 하우징(210)의 내주면과 상하 방향에서 선접촉하게 된다. 베인 수용부(224)는 베인 수용부 중앙 벽(224a)과 베인 수용부 측벽(224b1, 224b2)을 포함한다.

베인 수용부 중앙 벽(224a)은 베인(227)의 삽입 방향을 향하도록 형성된다. 베인 수용부 측벽(224b1, 224b2)은 베인 수용부(224)에 삽입됩 베인(227)의 양측을 바라보도록 베인 수용부 중앙 벽(224a)의 양측에 각각 형성된다. 로터(220)의 압력 전달홀(225a, 225b)은 로터(220)의 외주면과 베인 수용부 측벽(224b1, 224b2)을 관통하도록 형성된다.

베인(227)도 베인 중앙 벽(227c)과 베인 측벽(227d1, 227d2)을 포함한다.

베인 중앙 벽(227c)은 베인 수용부 중앙 벽(224a)을 마주보도록 형성된다. 베인 측벽(227d1, 227d2)은 베인 수용부 측벽(224b1, 224b2)을 마주보도록 베인 중앙 벽(227c)의 양측에 각각 형성된다. 베인(227)의 압력 전달홀(227a, 227b)은 베인 측벽(227d1, 227d2)과 베인 중앙 벽(227c)을 관통하도록 형성된다. 베인(227)의 압력 전달홀(227a, 227b)은 베인(227)의 내부에서 베인 중앙 벽(227c)과 베인 측벽(227d1, 227d2)을 향해 절곡된다.

용적 변동 공간에서 큰 압력이 발생하게 되면 그 압력이 로터(220)의 압력 전달홀(225a, 225b)과 베인(227)의 압력 전달홀(227a, 227b)을 통해 베인 수용부 중앙 벽(224a)과 베인 중앙 벽(227c)의 사이로 전달되어 두 중앙 벽을 서로 멀어지는 방향으로 가압하게 된다. 따라서 베인(227)이 로터 하우징(210)의 내주면을 향하도록 힘을 받게 된다.

로터리 펌프(200)의 작동 시간 누적에 따라 베인(227)의 단부에서 마모가 발생하더라도, 베인(227)은 압력 전달홀(225a, 225b, 227a, 227b)을 통해 전달되는 압력에 의해 로터 하우징(210)의 내주면을 향하도록 힘을 받으므로, 베인 중앙 벽(227c)은 베인 수용부 중앙 벽(224a)으로부터 멀어지는 방향으로 이동하게 된다. 이에 따라 베인(227)은 로터 하우징(210)의 내주면에 항상 밀착될 수 있고, 용적 변동 공간의 기밀성이 유지될 수 있다.

도 10c를 참조하면, 베인 수용부(224)는 베인 수용부 중앙 벽(224a)으로부터 베인(227)을 향해 돌출되어 베인(227)의 압력 전달홀(227a, 227b)에 삽입되는 돌출부(226)를 포함한다. 돌출부(226)의 수는 베인(227)의 압력 전달홀(227a, 227b)만큼 구비될 수 있으나 반드시 그러한 것은 아니다. 베인(227)을 베인 수용부(224)에 삽입하면 돌출부(226)가 자연스럽게 베인(227)의 압력 전달홀(227a, 227b)에 삽입된다. 이에 따라 베인(227)의 상하 방향 이동이 제한된다. 참고로 베인(227)의 좌우 방향 이동은 베인 수용부 측벽(224b1, 224b2)에 의해 제한된다.

하나의 베인(227)마다 압력 전달홀(225a, 225b, 227a, 227b)은 베인(227)의 일측과 타측에 각각 형성된다. 일측 압력 전달홀(227a)은 베인 측벽(227d1, 227d2) 중 일 측 벽(227d1)을 관통하고, 타측 압력 전달홀(227b)은 베인 측벽(227d1, 227d2) 중 타 측벽(227d2)을 관통한다. 따라서 베인(227)의 일측에 형성되는 용적 변동 공간의 압력과 베인(227)의 타측에 형성되는 용적 변동 공간의 압력 중 상대적으로 큰 압력에 해당하는 힘만큼 베인(227)이 로터(220)의 외측으로 멀어지는 힘을 받게 된다.

일측 압력 전달홀(227a)과 타측 압력 전달홀(227b) 중 적어도 하나는 복수로 형성된다. 그리고, 일측 압력 전달홀(227a)과 타측 압력 전달홀(227b) 중 적어도 하나는 베인(227)의 상단으로부터 기설정된 거리만큼 이격된 위치와 베인(227)의 하단으로부터 상기 기설정된 거리만큼 이격된 위치에 각각 형성된다. 두 기설정된 거리가 동일하므로, 두 압력 전달홀(227a)이 서로 대칭성을 갖는다. 이러한 구성이 도 10b에 도시되어 있다.

두 압력 전달홀(227a)이 서로 대칭성을 갖는다면, 용적 변동 공간으로부터 전달되는 압력에 의해 베인(227)이 기울어지는 것을 방지할 수 있다. 만일 일측 압력 전달홀(227a)과 타측 압력 전달홀(227b) 중 어느 하나(227b)가 단수로 형성된다면, 베인(227)의 기울어짐을 방지하기 위해 상하 방향에서 베인(227)의 중앙에 형성되는 것이 바람직하다. 마찬가지로 이러한 구성이 도 10b에 도시되어 있다.

도 11은 편심 회전축(230)의 변형례를 보인 사시도다.

로터(220)뿐만 아니라 편심 회전축(230)도 슬라이딩 커버와 지속적으로 마찰을 일으키며 회전하게 된다. 따라서 편심 회전축(230)과 슬라이딩 커버의 마찰 면적을 줄여야 마모와 에너지 손실을 억제할 수 있다. 도 11의 편심 회전축(230)은 이러한 구성을 보이고 있다.

편심 회전축(230)은 로터(220)에 삽입되는 바디(231), 바디(231)의 중심으로부터 편심된 위치에서 돌출되는 연장부(232)를 포함한다. 제1 연장부(232a)와 제2 연장부(232b)는 바디(231)의 편심된 위치에서 돌출된다. 제1 연장부(232a)와 제2 연장부(232b)는 서로 반대 방향으로 돌출된다.

도 11에 도시된 편심 회전축(230)은 단차부(233)를 더 포함한다.

단차부(233)는 바디(231)와 단차를 형성하도록 제1 연장부(232a)와 제2 연장부(232b) 중 어느 하나의 둘레에 형성된다. 단차부(233)는 바디(231)와의 단차를 형성한다. 바디(231)가 로터(220)에 삽입되었을 때 단차부(233)는 로터(220)로부터 돌출된다. 따라서 바디(231)와 로터(220)는 슬라이딩 커버로부터 이격되게 된다.

이러한 구조에 의해 바디(231)와 슬라이딩 커버의 마찰 면적, 로터(220)와 슬라이딩 커버의 마찰 면적을 줄일 수 있다.

이상에서 설명된 로터리 펌프는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (21)

1. 에피트로코이드 곡면 형상의 유체 압축 공간을 형성하는 로터 하우징;
   세 측면이 둥근 곡면의 삼각 기둥 형상을 가지며, 상기 유체 압축 공간을 복수의 용적 변동 공간으로 구획하도록 상기 유체 압축 공간 내에 배치되고, 편심 회전축에 연결되어 상기 유체 압축 공간에서 편심 회전되는 로터;
   상기 로터 하우징의 상측에 배치되고, 유체 유입구와 유체 배출구를 구비하는 유체 챔버 하우징;
   상기 용적 변동 공간의 압축 또는 팽창에 따라 열리거나 닫히는 유입 체크 밸브와 배출 체크 밸브를 구비하며, 상기 편심 회전축의 축방향에서 상기 로터를 마주보도록 상기 로터 하우징과 상기 유체 챔버 하우징의 사이에 배치되는 체크 밸브 모듈; 및
   상기 유체 유입구를 통해 유입되는 압축 대상 유체와 상기 유체 배출구를 통해 배출되는 압축 대상 유체를 서로 격리시키도록 상기 유체 챔버 하우징과 상기 체크 밸브 모듈에 의해 형성되는 유체 챔버를 두 영역으로 구획하며, 상기 유체 배출구를 통해 배출되는 압축 대상 유체의 양을 조절하도록 상기 유체 배출구와 단차를 형성하는 유로 연결부를 포함하는 로터리 펌프.
2. 제1항에 있어서,
   상기 유입 체크 밸브와 상기 배출 체크 밸브는 서로 다른 압력 조건에서 개폐되도록 서로 반대 방향을 향하고,
   상기 유입 체크 밸브와 상기 배출 체크 밸브는 각각 한 쌍으로 구비되며, 상기 편심 회전축으로부터 동일한 거리 상에 교번적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 로터리 펌프.
3. 유체 압축 공간을 형성하는 로터 하우징;
   상기 유체 압축 공간을 복수의 용적 변동 공간으로 구획하도록 상기 유체 압축 공간 내에 배치되고, 편심 회전축에 연결되어 상기 유체 압축 공간에서 편심 회전되는 로터;
   상기 로터 하우징의 상측에 배치되고, 유체 유입구와 유체 배출구를 구비하는 유체 챔버 하우징;
   상기 용적 변동 공간의 압축 또는 팽창에 따라 열리거나 닫히는 유입 체크 밸브와 배출 체크 밸브를 구비하며, 상기 로터 하우징과 상기 유체 챔버 하우징의 사이에 배치되는 체크 밸브 모듈; 및
   상기 유체 유입구를 통해 유입되는 유체와 상기 유체 배출구를 통해 배출되는 유체를 서로 격리시키도록 상기 유체 챔버 하우징과 상기 체크 밸브 모듈에 의해 형성되는 유체 챔버를 두 영역으로 구획하며, 상기 유체 배출구를 통해 배출되는 유체의 양을 조절하도록 상기 유체 배출구와 단차를 형성하는 유로 연결부를 포함하고,
   상기 체크 밸브 모듈은,
   상하 방향을 향해 개구되는 회전축 관통공을 구비하며, 상기 회전축 관통공으로부터 이격된 위치에서 서로 다른 방향을 향해 개구되는 입구와 출구를 구비하는 체크 밸브 모듈 하우징;
   상기 출구의 내경을 가로질러 상기 출구의 일측에서 타측으로 연장되며, 일 지점에서 서로 교차되는 복수의 브리지;
   복수의 상기 브리지의 교차 지점에서 입구를 향해 연장되는 기둥;
   상기 기둥의 연장 방향을 따라 이동하도록 상기 기둥의 둘레에 결합되고, 상기 입구에 밀착되었을 때 입구를 막도록 상기 입구보다 큰 면적을 갖는 개폐부; 및
   상기 개폐부를 상기 입구에 밀착시키도록 상기 개폐부와 복수의 상기 브리지 사이에 배치되는 탄성 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 펌프.
4. 유체 압축 공간을 형성하는 로터 하우징;
   상기 유체 압축 공간을 복수의 용적 변동 공간으로 구획하도록 상기 유체 압축 공간 내에 배치되고, 편심 회전축에 연결되어 상기 유체 압축 공간에서 편심 회전되는 로터;
   상기 로터 하우징의 상측에 배치되고, 유체 유입구와 유체 배출구를 구비하는 유체 챔버 하우징;
   상기 용적 변동 공간의 압축 또는 팽창에 따라 열리거나 닫히는 유입 체크 밸브와 배출 체크 밸브를 구비하며, 상기 로터 하우징과 상기 유체 챔버 하우징의 사이에 배치되는 체크 밸브 모듈; 및
   상기 유체 유입구를 통해 유입되는 유체와 상기 유체 배출구를 통해 배출되는 유체를 서로 격리시키도록 상기 유체 챔버 하우징과 상기 체크 밸브 모듈에 의해 형성되는 유체 챔버를 두 영역으로 구획하며, 상기 유체 배출구를 통해 배출되는 유체의 양을 조절하도록 상기 유체 배출구와 단차를 형성하는 유로 연결부를 포함하고,
   상기 유입 체크 밸브와 상기 배출 체크 밸브는 각각 한 쌍으로 구비되며,
   상기 유로 연결부는,
   상기 용적 변동 공간에서 압축된 압축 대상 유체를 공급받도록 한 쌍의 상기 배출 체크 밸브에 연결되는 한 쌍의 제1 연결관; 및
   한 쌍의 상기 제1 연결관으로 유입된 압축 대상 유체를 상기 유체 배출구로 흐르게 하도록 한 쌍의 상기 제1 연결관에 연결되는 제2 연결관을 포함하고,
   상기 제2 연결관의 내측 바닥면은 상기 유체 배출구보다 낮은 위치에 형성되어 단차를 형성하는 것을 특징으로 하는 로터리 펌프.
5. 제4항에 있어서,
   한 쌍의 상기 제1 연결관은 한 쌍의 상기 배출 체크 밸브에 각각 밀착되는 것을 특징으로 하는 로터리 펌프.
6. 제4항에 있어서,
   한 쌍의 상기 제1 연결관은 상기 편심 회전축을 기준으로 서로 반대쪽에 배치되고,
   상기 제2 연결관은 상기 편심 회전축의 일측을 부분적으로 감싸면서 한 쌍의 상기 제1 연결관에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 로터리 펌프.
7. 제4항에 있어서,
   상기 유로 연결부는 제3 연결관을 더 포함하고,
   상기 제3 연결관은 상기 제2 연결관과 상기 유체 배출구를 연결하도록 상기 제2 연결관으로부터 상기 유체 배출구를 향해 돌출되며,
   상기 제2 연결관의 내측 바닥면은 상기 제3 연결관의 내측 바닥면보다 낮은 위치에 형성되어 단차를 형성하는 것을 특징으로 하는 로터리 펌프.
8. 제4항에 있어서,
   상기 제2 연결관은 상하 방향에서 한 쌍의 상기 유입 체크 밸브 중 어느 하나와 중첩되도록 배치되고,
   상기 제2 연결관의 외측 저면은 상하 방향에서 중첩되는 어느 하나의 상기 유입 체크 밸브로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 로터리 펌프.
9. 제4항에 있어서,
   상기 유로 연결부에 의해 구획되는 상기 유체 챔버 하우징의 두 영역은,
   상기 유로 연결부의 외부와 상기 유체 챔버 하우징의 내부 사이에 형성되는 유체 유입 유로; 및
   상기 유로 연결부의 내부에 형성되는 유체 배출 유로로 구성되고,
   상기 유로 연결부는 상기 제2 연결관의 내측 바닥면과 외측 저면을 관통하도록 형성되는 바이패스 유로를 더 포함하며,
   상기 로터리 펌프는 상기 유체 유입 유로와 상기 유체 배출 유로 간의 압력 차이에 따라 상기 바이패스 유로를 개폐하도록 형성되는 압력 응답 밸브를 더 포함하고,
   상기 압력 응답 밸브는,
   상기 바이패스 유로를 막도록 상기 바이패스 유로의 내경보다 큰 외경을 갖는 밸브 부재; 및
   상기 밸브 부재를 초기 위치로 복원시키도록 상기 밸브 부재에 탄성력을 제공하는 탄성 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 펌프.
10. 제9항에 있어서,
    상기 밸브 부재는,
    상기 바이패스 유로의 내경보다 작은 외경을 가지며, 상기 바이패스 유로를 따라 이동하도록 상기 바이패스 유로에 삽입되는 제1 부분;
    상기 제1 부분에 연결되며, 상기 제2 연결관의 내측 바닥면에 밀착되었을 때 상기 바이패스 유로를 막도록 상기 바이패스 유로의 내경보다 큰 외경을 갖는 제2 부분; 및
    제2 부분에 연결되고, 상기 제2 부분보다 큰 외경을 갖는 제3 부분을 포함하고,
    상기 탄성 부재는 상기 제2 부분을 상기 바이패스 유로로부터 이격시키도록 상기 제2 연결관의 내측 바닥면과 상기 제3 부분의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 로터리 펌프.
11. 제10항에 있어서,
    상기 밸브 부재는 상기 제3 부분으로부터 상기 제2 연결관의 내측 천장면을 향해 연장되는 제4 부분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 펌프.
12. 유체 압축 공간을 형성하는 로터 하우징;
    상기 유체 압축 공간을 복수의 용적 변동 공간으로 구획하도록 상기 유체 압축 공간 내에 배치되고, 편심 회전축에 연결되어 상기 유체 압축 공간에서 편심 회전되는 로터;
    상기 로터 하우징의 상측에 배치되고, 유체 유입구와 유체 배출구를 구비하는 유체 챔버 하우징;
    상기 용적 변동 공간의 압축 또는 팽창에 따라 열리거나 닫히는 유입 체크 밸브와 배출 체크 밸브를 구비하며, 상기 로터 하우징과 상기 유체 챔버 하우징의 사이에 배치되는 체크 밸브 모듈; 및
    상기 유체 유입구를 통해 유입되는 유체와 상기 유체 배출구를 통해 배출되는 유체를 서로 격리시키도록 상기 유체 챔버 하우징과 상기 체크 밸브 모듈에 의해 형성되는 유체 챔버를 두 영역으로 구획하며, 상기 유체 배출구를 통해 배출되는 유체의 양을 조절하도록 상기 유체 배출구와 단차를 형성하는 유로 연결부;
    상기 로터 하우징을 기준으로 상기 유체 챔버 하우징과 상기 체크 밸브 모듈의 반대쪽에 배치되고, 상기 로터 하우징의 외벽에 대응되는 외벽과 상기 로터 하우징으로부터 이격되는 바닥면을 구비하는 펌프 커버;
    상기 펌프 커버의 바닥면과 상기 로터의 사이에 배치되고, 상기 로터 하우징의 유체 압축 공간에서 상하 방향으로 이동하도록 상기 로터 하우징의 내주면에 대응되는 형상을 갖는 슬라이딩 커버; 및
    상기 슬라이딩 커버를 상기 로터쪽으로 가압하도록 상기 펌프 커버의 바닥면과 상기 슬라이딩 커버의 사이에 배치되는 탄성 부재를 포함하고,
    상기 유체 압축 공간에서 상기 로터가 회전함에 따라 발생하는 압력이 상기 슬라이딩 커버와 상기 펌프 커버 사이의 공간으로 전달되게 하도록, 상기 슬라이딩 커버에 압력 응답공이 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 펌프.
13. 제12항에 있어서,
    상기 로터는 상기 슬라이딩 커버와 접촉되는 상태에서 회전하며,
    상기 로터에서 상기 슬라이딩 커버에 접촉되는 부분에는 가장자리를 따라 상기 슬라이딩 커버를 향해 돌출되는 가장자리 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 펌프.
14. 제12항에 있어서,
    상기 로터리 펌프는 상기 체크 밸브 모듈과 상기 로터 하우징의 사이에 배치되는 로터 하우징 커버를 포함하고,
    상기 로터 하우징 커버에는 상기 유입 체크 밸브를 위치에 유체 유입공이 형성되고, 상기 배출 체크 밸브를 마주보는 위치에 유체 배출공이 형성되며,
    상기 압력 응답공은 상하 방향에서 상기 유체 배출공과 중첩되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 펌프.
15. 제14항에 있어서,
    상기 로터는 상기 로터 하우징 커버와 접촉되는 상태에서 회전하며,
    상기 로터에서 상기 로터 하우징 커버에 접촉되는 부분에는 격자 형상을 갖는 다수의 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 펌프.
16. 제1항에 있어서,
    상리 로터는 상기 로터의 모퉁이에서 리세스 되어 형성되는 베인 수용부를 구비하고,
    상기 로터리 펌프는 상기 베인 수용부에 삽입되어 상기 로터의 회전 시 상기 로터 하우징의 내주면에 접촉하면서 미끄러지는 베인을 더 포함하며,
    상기 유체 압축 공간에서 상기 로터가 회전함에 따라 발생하는 압력에 의해 상기 베인을 상기 로터 하우징의 내주면에 밀착되게 하도록, 상기 로터와 상기 베인의 서로 대응되는 위치에 각각 압력 전달홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 펌프.
17. 제16항에 있어서,
    상기 베인 수용부는,
    상기 베인의 삽입 방향을 향하도록 형성되는 베인 수용부 중앙 벽; 및
    상기 베인 수용부에 삽입된 베인의 양측을 바라보도록 상기 베인 수용부 중앙 벽의 양측에 각각 형성되는 베인 수용부 측벽을 포함하고,
    상기 로터의 압력 전달홀은 상기 로터의 외주면과 상기 베인 수용부 측벽을 관통하도록 형성되고,
    상기 베인은,
    상기 베인 수용부 중앙 벽을 마주보도록 형성되는 베인 중앙 벽; 및
    상기 베인 수용부에 삽입 시 상기 베인 수용부 측벽을 마주보도록 상기 베인 중앙 벽의 양측에 각각 형성되는 베인 측벽을 포함하고,
    상기 베인의 압력 전달홀은 상기 베인 측벽과 상기 베인 중앙 벽을 관통하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 펌프.
18. 제17항에 있어서,
    상기 베인에 형성되는 압력 전달홀은,
    상기 베인 중앙 벽의 양측에 각각 형성되는 상기 베인 측벽 중 일 측벽을 관통하는 일측 압력 전달홀; 및
    상기 베인 중앙 벽의 양측에 각각 형성되는 상기 베인 측벽 중 타 측벽을 관통하는 타측 압력 전달홀을 포함하며,
    상기 일측 압력 전달홀과 상기 타측 압력 전달홀 중 적어도 하나는 상기 베인의 상단으로부터 기설정된 거리만큼 이격된 위치와 상기 베인의 하단으로부터 상기 기설정된 거리만큼 이격된 위치에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 펌프.
19. 제17항에 있어서,
    상기 베인 수용부는 상기 베인 수용부 중앙 벽으로부터 상기 베인을 향해 돌출되어 상기 베인의 압력 전달홀에 삽입되는 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 펌프.
20. 유체 압축 공간을 형성하는 로터 하우징;
    상기 유체 압축 공간을 복수의 용적 변동 공간으로 구획하도록 상기 유체 압축 공간 내에 배치되고, 편심 회전축에 연결되어 상기 유체 압축 공간에서 편심 회전되는 로터;
    상기 로터 하우징의 상측에 배치되고, 유체 유입구와 유체 배출구를 구비하는 유체 챔버 하우징;
    상기 용적 변동 공간의 압축 또는 팽창에 따라 열리거나 닫히는 유입 체크 밸브와 배출 체크 밸브를 구비하며, 상기 로터 하우징과 상기 유체 챔버 하우징의 사이에 배치되는 체크 밸브 모듈; 및
    상기 유체 유입구를 통해 유입되는 유체와 상기 유체 배출구를 통해 배출되는 유체를 서로 격리시키도록 상기 유체 챔버 하우징과 상기 체크 밸브 모듈에 의해 형성되는 유체 챔버를 두 영역으로 구획하며, 상기 유체 배출구를 통해 배출되는 유체의 양을 조절하도록 상기 유체 배출구와 단차를 형성하는 유로 연결부를 포함하고,
    상기 편심 회전축은,
    상기 로터에 삽입되는 바디;
    상기 바디의 중심으로부터 편심된 위치에서 돌출되는 제1 연장부;
    상기 바디의 중심으로부터 편심된 위치에서 상기 제1 연장부의 반대 방향으로 돌출되는 제2 연장부; 및
    상기 바디와 단차를 형성하도록 상기 제1 연장부와 상기 제2 연장부 중 어느 하나의 둘레에 형성되며, 상기 바디가 상기 로터에 삽입되었을 때 상기 로터로부터 돌출되는 단차부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 펌프.
21. 제3항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유입 체크 밸브와 상기 배출 체크 밸브는 서로 다른 압력 조건에서 개폐되도록 서로 반대 방향을 향하고,
    상기 유입 체크 밸브와 상기 배출 체크 밸브는 각각 한 쌍으로 구비되며, 상기 편심 회전축으로부터 동일한 거리 상에 교번적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 로터리 펌프.

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