KR102109749B1 - 유체 이송 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 축 방향을 따라 연장되는 자전부, 그리고 상기 축 방향을 따라 서로 이격되게 배치되는 제1 편심부와 제2 편심부를 구비하는 회전축; 에피트로코이드 곡면 형상의 제1 유체 압축 공간을 형성하는 제1 로터 하우징; 에피트로코이드 곡면 형상의 제2 유체 압축 공간을 형성하고, 상기 축 방향을 따라 상기 제1 로터 하우징으로부터 이격된 위치에 배치되는 제2 로터 하우징; 상기 제1 유체 압축 공간을 복수의 용적 변동 공간으로 구획하도록 상기 제1 유체 압축 공간 내에 배치되고, 상기 제1 편심부의 방사 방향에서 상기 제1 편심부를 감싸면서 상기 제1 편심부에 결합되는 제1 로터; 및 상기 제2 유체 압축 공간을 복수의 용적 변동 공간으로 구획하도록 상기 제2 유체 압축 공간 내에 배치되고, 상기 제2 편심부의 방사 방향에서 상기 제2 편심부를 감싸면서 상기 제2 편심부에 결합되는 제2 로터를 포함하고, 상기 회전축의 회전 방향에 따라 상기 제1 유체 압축 공간상의 유체를 상기 제2 유체 압축 공간으로 이송시키거나, 그 역방향으로 유체를 이송시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체 이송 장치를 개시한다.

Description

유체 이송 장치{FLUID TRANSFER DEVICE}

본 발명은 유체를 흡입 및 가압하여 이송하는 유체 이송 장치에 관한 것이다.

1951년 독일 Felix Wankel은 삼각로터의 회전으로 출력을 낼 수 있는 로터리 엔진의 원리를 완성하였다. 이른바 방켈 엔진은 에피트로코이드 곡선 형상의 실린더 안에서 삼각로터에 의해 구획되는 3개의 공간에서 용적변화에 따라 흡입, 압축, 연소, 배기가 동시에 이루어지면서, 삼각로터가 편심회전하여 회전력을 구현한 엔진이다.

방켈 엔진은 피스톤과 같은 왕복 운동이 없어 출력의 손실이 적어 고출력이 가능하며, 회전이 원활한 장점이 있다. 이러한 방켈 엔진의 원리를 이용하여, 에피트로코이드 외주곡면을 갖는 로터하우징과 내부에 삼각로터가 편심으로 회전하면서, 내부의 용적변동공간이 팽창과 압축이 반복됨을 이용하고, 여기에 유입체크밸브와 배출체크밸브를 부착한 펌프가 제시된 바 있다. 특허문헌인 대한민국 등록특허공보 제10-1655160호(2016.09.01.)와, 대한민국 등록특허공보 제10-1881546호(2018.07.18.)에서 제시된 로터리 피스톤 펌프 및 진공 자흡 가압 펌프는 기존 피스톤 방식의 펌프에 비하여 상대적으로 고유량을 이송할 수 있을 뿐만 아니라, 높은 압력을 발생시킬 수 있는 장점이 있다.

그러나, 로터리 피스톤 펌프 및 진공 자흡 가압 펌프는 삼각로터의 편심회전에 의한 용적변동에 따른 유체이송이 가능하므로 편심회전에 의한 진동과 용적변동에 의한 맥동이 발생될 수 밖에 없는 구조이다. 이러한 진동과 맥동에 의해 소음이 발생되는 단점도 있다. 따라서 로터리 피스톤 펌프의 장점인 고유량, 흡입(진공) 및 가압 기능을 유지하면서도, 진동과 맥동을 저감하고, 소형화 및 저소음을 실현함과 동시에 양방향으로 유체를 이송할 수 있도록 로터리 피스톤 펌프 및 진공자흡가압펌프의 개선이 필요하다.

본 발명의 일 목적은 양방향으로 유체를 이송 가능한 구조의 유체 이송 장치를 제안하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은 로터리 피스톤 펌프에서 체크밸브를 제거함으로써, 간단한 구조를 가지면서 소형화가 가능하며, 저소음이면서 유지보수가 용이한 유체 이송 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 일 목적은 로터의 편심회전에 따른 진동 현상이 저감된 유체 이송 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 일 목적은 용적 변동에 따라 발생하는 맥동 현상을 저감시킬 수 있는 유체 이송 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 일 목적은 유체(물, 오일, 공기)를 가압하는 압축 기능뿐만 아니라 공기를 흡입하는 진공기능을 갖춘 유체 이송 장치를 제안하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 일 목적은 유체 이송 원리를 역으로 적용하여 유압 및 공압으로 회전력을 발생시킬 수 있는 유공압 모터 기능을 갖는 유체 이송 장치를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 유체 이송 장치는, 축 방향을 따라 연장되는 자전부, 그리고 상기 축 방향을 따라 서로 이격되게 배치되는 제1 편심부와 제2 편심부를 구비하는 회전축; 에피트로코이드 곡면 형상의 제1 유체 압축 공간을 형성하는 제1 로터 하우징; 에피트로코이드 곡면 형상의 제2 유체 압축 공간을 형성하고, 상기 축 방향을 따라 상기 제1 로터 하우징으로부터 이격된 위치에 배치되는 제2 로터 하우징; 상기 제1 유체 압축 공간을 복수의 용적 변동 공간으로 구획하도록 상기 제1 유체 압축 공간 내에 배치되고, 상기 제1 편심부의 방사 방향에서 상기 제1 편심부를 감싸면서 상기 제1 편심부에 결합되는 제1 로터; 및 상기 제2 유체 압축 공간을 복수의 용적 변동 공간으로 구획하도록 상기 제2 유체 압축 공간 내에 배치되고, 상기 제2 편심부의 방사 방향에서 상기 제2 편심부를 감싸면서 상기 제2 편심부에 결합되는 제2 로터를 포함하고, 상기 회전축의 회전 방향에 따라 상기 제1 유체 압축 공간상의 유체를 상기 제2 유체 압축 공간으로 이송시키거나, 그 역방향으로 유체를 이송시키도록 이루어진다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 유체 이송 장치의 일 단에서 타 단으로 혹은 그 역방향으로 양 방향 유체 이송이 가능하다.

본 발명의 유체 이송 장치는 체크밸브 없이도 유체의 이송이 가능하고, 고압 및 진공을 발생시킬 수 있으며, 구조 단순화를 통해 원가 절감 효과, 소음 및 진동 저감 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 유체 이송 장치는 로터, 로터 하우징, 로터 하우징 커버, 유체 출입 하우징 등 모든 구성이 모듈로 구성되므로 용이한 제작성을 갖는다.

본 발명의 유체 이송 장치는, 제1 로터와 제2 로터를 회전축을 중심으로 대칭되게 배치하고, 유로 하우징을 통하여 유로를 연결시킴으로써, 로터의 편심회전에 따른 진동 현상을 크게 저감할 수 있다.

본 발명의 유체 이송 장치는 유체의 유입량 및 배출량의 변화에 따라 유체 출입 공간의 체적을 변화시키도록 이루어지는 맥동저감부에 의해, 용적 변동에 따른 맥동 현상을 크게 저감시킬 수 있다.

또한 본 발명은, 기존의 로터리 펌프보다 빠르게 진공도에 도달할 수 있다.

또한 본 발명은, 높은 진공 성능을 통해 기존의 자흡 펌프에 비해 빠른 자흡기능을 발휘할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 유체 이송 장치는 진공, 자흡, 가압 기능을 갖춘 만능 펌프로 산업용과 개인용 펌프로서 매우 높은 활용도를 갖는다. 특히 로터리 방식으로 용적 변화가 이루어지므로 고점성 액체 이송의 활용도가 클 것이다.

그 외에 본 발명은 오일 진공 펌프, 유체 이송 자흡 펌프, 공기를 흡입하는 수봉식 진공 펌프 대체, 공기 압축기를 구비하는 진공 청소기, 소형 공기 압축기, 분무기 등 다양한 사용 용도를 통해 큰 산업적 파급 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 발명은 유체 이송 원리를 역으로 적용하여 유체 출입구에 압력을 가하면 회전축을 회전시키게 되는 공압 또는 유압 모터, 공압 드라이브 등으로 적용될 수 도 있다.

도 1은 본 발명에서 제안하는 유체 이송 장치의 외관을 보인 사시도다.
도 2는 도 1에 도시된 유체 이송 장치의 분해 사시도다.
도 3a는 도 1에 도시된 유체 이송 장치 중 제2 유체 출입 하우징과 제4 로터 커버 하우징의 구조를 도시한 개념도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 A-A선에 따른 회전축의 단면을 도시한 개념도이다.
도 4는 도 1에 도시된 유체 이송 장치 중 제1 로터 하우징의 구조를 도시한 개념도이다.
도 5는 도 1에 도시된 유체 이송 장치 중 제2 로터 하우징의 구조를 도시한 개념도이다.
도 6은 도 1에 도시된 유체 이송 장치 중 유로 하우징의 구조를 도시한 개념도이다.
도 7은 제1 로터와 제2 로터의 회전에 따른 변화를 제1 로터와 제2 로터의 축 방향에서 바라본 개념도이다.
도 8은 제1 로터 하우징을 정면에서 바라본 개념도이다.
도 9는 도 1에 도시된 유체 이송 장치에서 유체가 이송되는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 10a와 도 10b는 도 1에 도시된 유체 이송 장치로 유입된 유체가 배출되는 과정을 순차적으로 보인 개념도들이다.
도 11은 도 1에 도시된 제1 로터 하우징에서 회전축의 회전 각도에 따라 발생하는 유체 배출량의 변화를 나타낸 그래프다.
도 12는 도 1에 도시된 제2 로터 하우징에서 회전축의 회전 각도에 따라 발생하는 유체 배출량의 변화를 나타낸 그래프다.
도 13은 도 12 및 도 13에 도시된 제1 및 제2 로터 하우징에서 발생하는 유체 배출량의 합의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 14a는 도 1에 도시된 유체 이송 장치 중 제1 유체 출입 하우징과 제1 로터 하우징 커버의 구조를 도시한 개념도이다.
도 14b는 도 1에 도시된 맥동저감부를 확대하여 도시한 개념도이다.
도 14c는 도 14b에 도시된 맥동저감부의 다른 실시예를 도시한 개념도이다.

이하, 본 발명에 관련된 유체 이송 장치에 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 제안하는 유체 이송 장치(100)의 외관을 보인 사시도다.

유체 이송 장치(100)의 외관은 회전축(110), 로터 하우징(121, 122), 유로 하우징(123), 로터 하우징 커버(131, 132, 133, 134) 및 유체 출입 하우징(141, 142)에 의해 형성된다. 유체 이송 장치(100)의 외관은 도 1에 도시된 바와 같이 모서리가 둥근 사각 기둥의 형태로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

로터 하우징(121, 122)은 복수로 구비되며, 각각 제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122)으로 명명된다. 로터 하우징 커버(131, 132, 133, 134)는 복수로 구비되며, 각각 제1 로터 하우징 커버(131), 제2 로터 하우징 커버(132), 제3 로터 하우징 커버(133), 제4 로터 하우징 커버(134)로 명명된다. 유체 출입 하우징(141, 142)은 복수로 구비되며, 각각 제1 유체 출입 하우징(141), 제2 유체 출입 하우징(142)으로 명명된다.

유체 이송 장치(100)의 일 단으로부터 타 단을 향해 제1 유체 출입 하우징(141), 제1 로터 하우징 커버(131), 제1 로터 하우징(121), 제2 로터 하우징 커버(132), 유로 하우징(123), 제3 로터 하우징 커버(133), 제2 로터 하우징(122), 제4 로터 하우징 커버(134), 제2 유체 출입 하우징(142)이 순차적으로 배치된다. 그리고 회전축(110)은 도 1에 도시된 바와 같이 유체 이송 장치(100)의 일 측에 노출된다.

제1 유체 출입 하우징(141)은 유체 이송 장치(100)의 일 단에 배치된다. 제2 유체 출입 하우징(142)은 유체 이송 장치(100)의 타 단에 배치된다. 제1 유체 출입 하우징(141)과 제2 유체 출입 하우징(142)은 유체 이송 장치(100)의 외측면을 형성한다.

제1 유체 출입 하우징(141)과 제2 유체 출입 하우징(142)에는 각각 유체 출입구(141a, 142a)가 형성된다. 유체 출입구(141a, 142a)는 도 1에 도시된 바와 같이 유체 출입 하우징(141, 142)의 외주면에서 돌출될 수도 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서 제안하는 유체 이송 장치(100)는 양 방향으로 유체를 이송 가능하다. 따라서 두 유체 출입구(141a, 142a)는 유체의 이송 방향에 따라 유체 유입구가 될 수도 있고, 유체 배출구가 될 수도 있다.

로터 하우징 커버(131, 132, 133, 134)와 로터 하우징(121, 122) 및 유로 하우징(123)은 교번적으로 배치된다. 로터 하우징 커버(131, 132, 133, 134)는 서로 이격되게 배치된다. 로터 하우징(121, 122)과 유로 하우징(123)은, 로터 하우징 커버(131, 132, 133, 134)의 사이마다 배치된다. 로터 하우징 커버(131, 132, 133, 134)와 로터 하우징(121, 122) 및 유로 하우징(123)은 유체 출입 하우징(141, 142)과 함께 유체 이송 장치(100)의 연속적인 외주면을 형성할 수 있다.

회전축(110)은 유체 이송 장치(100)를 관통한다. 회전축(110)은 모터나 발전기 등의 동력원에 연결되어 상기 동력원으로부터 회전 구동력을 전달받고, 전달받은 회전 구동력에 의해 회전하게 된다.

이하에서는 유체 이송 장치(100)의 내부 구조에 대하여 설명한다.

도 2는 도 1에 도시된 유체 이송 장치(100)의 분해 사시도이다.

도 3a는 도 1에 도시된 유체 이송 장치(100) 중 제2 유체 출입 하우징(142)과 제4 로터 커버 하우징(134)의 구조를 도시한 개념도이다.

도 3b는 도 3a에 도시된 A-A선에 따른 회전축(110)의 단면을 도시한 개념도이다.

도 4는 도 1에 도시된 유체 이송 장치(100) 중 제1 로터 하우징(121)의 구조를 도시한 개념도이다.

도 5는 도 1에 도시된 유체 이송 장치(100) 중 제2 로터 하우징(122)의 구조를 도시한 개념도이다.

도 6은 도 1에 도시된 유체 이송 장치(100) 중 유로 하우징(123)의 구조를 도시한 개념도이다.

도 7은 제1 로터(171)와 제2 로터(172)의 회전에 따른 변화를 제1 로터(171)와 제2 로터(172)의 축 방향에서 바라본 개념도이다.

도 8은 제1 로터 하우징(121)을 정면에서 바라본 개념도이다.

도 14a는 도 1에 도시된 유체 이송 장치(100) 중 제1 유체 출입 하우징(141)과 제1 로터 하우징 커버(131)의 구조를 도시한 개념도이다.

도 14b는 도 1에 도시된 맥동저감부(135)를 확대하여 도시한 개념도이다.

도 14c는 도 14b에 도시된 맥동저감부(135)의 다른 실시예를 도시한 개념도이다.

회전축(110)은 유체 이송 장치(100)의 중심을 관통하며, 일 단은 유체 이송 장치(100)의 내부에 배치되며, 타 단은 유체 이송 장치(100)의 외부로 노출된다. 회전축(110)은 제자리 회전하는 자전부(111a, 111b, 111c)와 편심 회전하는 편심부(112a, 112b)를 포함한다. 상기 회전축(110)에는 회전축(110)을 관통하는 연결 유로(113)가 형성될 수 있다. 도 3a와 도 3b를 참고하면, 연결 유로(113)는 제1 유체 출입 하우징(141)의 유체 출입 공간(X1)과 제2 유체 출입 하우징(142)의 유체 출입 공간(X2)을 연통하는 역할을 한다. 상기 연결 유로(113)에 대해서는 후술하기로 한다.

자전부(111a, 111b, 111c)는 축 방향을 따라 연장된다. 축 방향이란 자전부(111a, 111b, 111c)의 일 단에서 타 단을 향해 혹은 그 역방향을 향해 연장되는 방향을 가리킨다. 편심부(112a, 112b)는 자전부(111a, 111b, 111c)에 편심 결합된다. 따라서 자전부(111a, 111b, 111c)가 제자리 회전하게 되면, 편심부(112a, 112b)는 자전부(111a, 111b, 111c)를 중심으로 편심 회전하게 된다.

자전부(111a, 111b, 111c)와 편심부(112a, 112b)는 축 방향을 따라 교번적으로 형성된다. 회전축(110)의 일 단에서 타 단을 향해 제1 자전부(111a), 제1 편심부(112a), 제2 자전부(111b), 제2 편심부(112b), 제3 자전부(111c)가 순차적으로 배치된다. 축 방향에서 제1 자전부(111a), 제2 자전부(111b), 및 제3 자전부(111c)는 서로 이격된 위치에 형성된다. 그리고 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b)도 축 방향에서 서로 이격된 위치에 형성된다.

제1 자전부(111a)는 회전축(110)의 일 단에 형성된다. 제1 자전부(111a)는 축 방향에서 제1 편심부(112a)에 결합된다.

제1 편심부(112a)는 축 방향에서 제1 자전부(111a)와 제2 자전부(111b)의 사이에 형성된다. 제1 편심부(112a)는 축 방향에서 제1 자전부(111a)와 제2 자전부(111b)에 연결된다.

제2 자전부(111b)는 축 방향에서 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b)의 사이에 형성된다. 제2 자전부(111b)는 축 방향에서 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b)에 연결된다.

제2 편심부(112b)는 축 방향에서 제2 자전부(111b)와 제3 자전부(111c)의 사이에 형성된다. 제2 편심부(112b)는 축 방향에서 제2 자전부(111b)와 제3 자전부(111c)에 연결된다.

제3 자전부(111c)는 회전축(110)의 타 단에 형성된다. 제3 자전부(111c)는 축 방향에서 제2 편심부(112b)에 결합된다.

회전축(110)의 일 단에서 타 단을 바라보며 상기 회전축(110)을 평면에 투영하였을 때 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b)의 상대적인 위치가 정의될 수 있다. 예컨대 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b)는 자전부(111a, 111b, 111c)에 편심 결합되어 있으므로, 자전부(111a, 111b, 111c)의 중심으로부터 편심부(112a, 112b)의 외주면까지의 거리는 일정한 것이 아니다. 따라서 임의적으로 자전부(111a, 111b, 111c)의 중심으로부터 편심부(112a, 112b)의 외주면까지의 거리 중 가장 먼 거리가 형성되는 방향을 편심부(112a, 112b)의 형성 방향으로 정의할 수 있다.

이 경우 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b)는 자전부(111a, 111b, 111c)를 중심으로 180°의 각도를 갖도록 배치된다. 즉, 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b)는 회전축(110)을 중심으로 대칭되게 배치된다.

또한, 회전축(110)의 원활한 회전과 실링을 위해 유체 이송 장치(100)는 베어링(151, 152)을 구비할 수 있다. 베어링(151, 152)은 회전축(110)을 감싸도록 환형으로 형성된다. 베어링(151, 152)의 내주면쪽은 회전축(110)에 결합된다. 회전축(110)의 일 단 측 베어링(151)은 제1 로터 하우징 커버(131)에 형성되는 회전축 관통홀(131a)에 결합되고, 회전축(110)의 타 단 측 베어링(152)은 제2 유체 출입 하우징(142)에 형성되는 회전축 수용홀(Y1)에 결합된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 회전축(110)은 상기 제2 유체 출입 공간(X2)상에 배치되어, 상기 회전축(110)의 타 단 측 베어링(152)을 통해 제2 유체 출입 공간(X2)상의 유체가 외부로 누설되는 것을 방지하도록 형성되는 오일씰(153)을 구비할 수 있다.

제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122)은 축 방향에서 서로 이격된 위치에 배치된다. 제1 로터 하우징(121)은 제1 편심부(112a)와 대응되는 위치에 배치되고, 제2 로터 하우징(122)은 제2 편심부(112b)와 대응되는 위치에 배치된다.

도 4에 도시된 바와 같이 제1 로터 하우징(121)은 제1 유체 압축 공간(V1)을 형성한다. 상기 제1 유체 압축 공간(V1)은 제1 로터 하우징 커버(131)와 제2 로터 하우징 커버(132)를 향해 개구되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 제2 로터 하우징(122)은 제2 유체 압축 공간(V2)을 형성한다. 상기 제2 유체 압축 공간(V2)은 제3 로터 하우징 커버(133)와 제4 로터 하우징 커버(134)를 향해 개구되어 있다.

제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122)은 속이 빈 원기둥 혹은 다각기둥 형상으로 형성될 수 있다. 제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122)을 축 방향에서 바라봤을 때, 제1 로터 하우징(121)의 내주면과 제2 로터 하우징(122)의 내주면은 에피트로코이드(epitrochoid) 형상을 갖는다. 에피트로코이드 형상으로 정의되는 영역이 각각 제1 유체 압축 공간(V1)과 제2 유체 압축 공간(V2)에 해당된다. 또한, 상기 제1 로터 하우징(121)과 상기 제2 로터 하우징(122)은, 도 7에 도시된 바와 같이 각각의 상기 에피트로코이드 곡면 형상이 서로 같은 방향으로 향하도록 배치될 수 있다.

제1 유체 압축 공간(V1)과 제2 유체 압축 공간(V2)의 형상은 도 7에서 더욱 자세하게 알 수 있다.

상기 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 6을 참고하면, 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.

제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122)의 배치 방향은 에피트로코이드 곡면이 향하는 방향을 기준으로 결정된다. 예를 들어, 도 2, 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이 제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122)의 두 에피트로코이드 곡면이 평면도 상에서 서로 정확히 포개어진다면 상기 제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122)은 서로 같은 방향을 향해 배치된 것이라고 할 수 있다.

제1 로터(171)와 제2 로터(172)는 삼각 기둥의 형상으로 형성된다. 로터(171, 172)의 모양은 정삼각 기둥에 가깝지만, 그 측면은 외측을 향해 볼록하게 튀어나온 형상을 갖는 곡면인 것으로 이해 될 수 있다. 이 곡면은 로터 하우징(121, 122)의 에피트로코이드 곡면에 대응된다. 제1 로터(171)와 제2 로터(172)의 방사 방향 단면과 같이 둥근 모서리를 갖는 삼각형을 뢸로 삼각형(reuleaux triangle)이라고 한다.

제1 로터(171)는 제1 로터 하우징(121)의 제1 유체 압축 공간(V1)을 복수의 용적 변동 공간으로 구획하도록 제1 유체 압축 공간(V1) 내에 배치된다. 마찬가지로 제2 로터(172)는 제2 로터 하우징(122)의 제2 유체 압축 공간(V2)을 복수의 용적 변동 공간으로 구획하도록 제2 유체 압축 공간(V2) 내에 배치된다. 용적이란 압축 대상 유체를 수용하는 공간의 체적 또는 부피와 같은 의미다. 따라서 용적 변동 공간이란 체적 또는 부피가 일정하지 않고, 로터(171, 172)의 회전에 따라 체적 또는 부피가 변하는 공간임을 의미한다.

제1 로터(171)가 제1 유체 압축 공간(V1)에 배치되고, 제2 로터(172)가 제2 유체 압축 공간(V2)에 배치됨에 따라 제1 유체 압축 공간(V1)과 제2 유체 압축 공간(V2)은 각각 세 개의 용적 변동 공간으로 구획된다. 그리고 제1 로터(171)와 제2 로터(172)가 움직임에 따라 세 개의 용적 변동 공간은 압축과 팽창을 반복하면서, 그 체적 또는 부피가 변하게 된다.

제1 편심부(112a)는 제1 로터 하우징(121)의 제1 유체 압축 공간(V1)에 배치된다. 제1 로터(171)는 제1 편심부(112a)의 방사 방향에서 제1 편심부(112a)를 감싸면서 제1 편심부(112a)에 결합된다. 마찬가지로 제2 편심부(112b)는 제2 로터 하우징(122)의 제2 유체 압축 공간(V2)에 배치된다. 제2 로터(172)는 제2 편심부(112b)의 방사 방향에서 제2 편심부(112b)를 감싸면서 제2 편심부(112b)에 결합된다.

제1 로터(171)는 제1 편심부(112a)에 결합되어 제1 편심부(112a)와 함께 움직이게 된다. 제2 로터(172)는 제2 편심부(112b)에 결합되어 제2 편심부(112b)와 함께 움직이게 된다. 회전축(110)의 자전부(111a, 111b, 111c)는 제자리 회전하지만, 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b)는 자전부(111a, 111b, 111c)와 달리 편심 회전한다. 따라서 각각 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b)에 결합된 제1 로터(171)와 제2 로터(172)는 각각 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b)를 중심으로 자전하면서 에피트로코이드 곡면으로 정의되는 영역 내에서 움직이게 된다.

한편, 에피트로코이드 곡면을 갖는 로터 하우징 내부에서 삼각로터가 편심 회전하면서 발생되는 용적 변화를 이용한 유체 이송 장치는, 많은 양의 유체를 이송할 수 있는 장점이 있지만, 상기 삼각로터의 편심 회전 구조에 의해 로터의 회전 중심과 무게 중심이 서로 달라 진동이 발생된다는 단점이 있다.

본 발명의 유체 이송 장치(100)의 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 로터(171)와 제2 로터(172)가 회전축(110)으로 중심으로 점대칭을 이루도록 배치될 수 있다. 즉, 회전축(110)이 회전됨에 따라 제1 로터(171)와 제2 로터(172)는 항상 회전축(110)을 중심으로 대칭되도록 위치하게 된다. 이에 따라, 회전축(110)이 회전됨에 따라 편심 회전에 의해 발생되는 제1 로터(171)의 원심력과 제2 로터(172)의 원심력이 동일하기 때문에, 제1 및 제2 로터(171, 172)의 회전 시 발생하는 원심력은 서로 상쇄된다. 즉, 상기 유체 이송 장치(100)는 제1 로터(121)와 제2 로터(122)를 회전축(110)을 중심으로 대칭되도록 배치하고 상기 유로 하우징(123)으로 유로를 연결함으로써, 종래의 삼각로터를 구비하는 유체 이송 장치에서 발생하는 진동현상을 크게 저감할 수 있다.

도 8을 참고하면, 유로 하우징(123)은, 유체 연통 공간(123b1, 123b2)을 형성한다. 유로 하우징(123)은 제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122) 사이에 배치된다. 유로 하우징(123)은 상기 유체 연통 공간(123b1, 123b2)을 통하여 제1 및 제2 유체 압축 공간(V1, V2)상의 유체가 회전축(110)의 회전 방향에 따라 제1 로터 하우징(121)에서 제2 로터 하우징(122)으로 이동하거나, 제2 로터 하우징(122)에서 제1 로터 하우징(121)으로 이동하게 하는 유로를 제공하도록 이루어진다. 유체 연통 공간(123b1, 123b2)은 제1 연통 공간(123b1)과 제2 연통 공간(123b2)을 구비할 수 있다. 제1 연통 공간(123b1)과 제2 연통 공간(123b2)에 대해서는 후술하기로 한다.

한편, 도 4를 참고하면, 제1 로터 하우징 커버(131)는 제1 유체 압축 공간(V1)을 일 측에서 덮도록 형성된다. 제1 로터 하우징 커버(131)는 제1 로터 하우징(121)의 일 측에 배치된다. 여기서 제1 로터 하우징(121)의 일 측이란, 제1 유체 출입 하우징(141)과 제1 로터 하우징(121)의 사이를 가리킨다.

제2 로터 하우징 커버(132)는 제1 유체 압축 공간(V1)과 유체 연통 공간(123b1, 123b2)을 덮도록 형성된다. 제2 로터 하우징 커버(132)는 제1 로터 하우징(121)과 유로 하우징(123) 사이에 배치된다. 제2 로터 하우징 커버(132)의 일 면은 제1 유체 압축 공간(V1)을 마주보게 되고, 타 면은 유체 연통 공간(123b1, 123b2)을 마주 보게 된다.

도 5를 참고하면, 제3 로터 하우징 커버(133)는 상기 유체 연통 공간(123b1, 123b2)을 덮도록 형성된다. 제3 로터 하우징 커버(133)는 유로 하우징(123)과 제2 로터 하우징(122) 사이에 배치된다. 제3 로터 하우징 커버(133)의 일 면은 유체 연통 공간(123b1, 123b2)을 마주보게 되고, 타 면은 제2 유체 압축 공간(V2)을 마주 보게 된다.

제4 로터 하우징 커버(144)는 제2 유체 압축 공간(V2)을 덮도록 형성된다. 제4 로터 하우징 커버(144)는 제2 로터 하우징(122)을 기준으로 제3 로터 하우징 커버(133)의 반대쪽에 배치된다. 제4 로터 하우징 커버(144)의 일 면은 제2 유체 압축 공간(V2)을 마주보게 되고, 타 면은 제2 유체 출입 공간(X2)을 마주 보게 된다.

제1 로터 하우징 커버(131), 제2 로터 하우징 커버(132), 제3 로터 하우징 커버(133) 그리고 제4 로터 하우징 커버(134)는 공통적으로 원형 플레이트 또는 다각 플레이트 형상으로 형성된다. 그리고 상기 원형 플레이트 또는 다각 플레이트에는 공통적으로 회전축 관통홀(131a, 132a, 133a, 134a)과 유로(131b1, 131b2, 132b1, 132b2, 133b1, 133b2, 134b1, 134b2)가 형성된다. 또한, 유로 하우징(123)도 원형 플레이트 또는 다각 플레이트 형상으로 형성된다. 그리고 유로 하우징(123)에도 회전축 관통홀(123a)이 형성된다.

회전축 관통홀(131a, 132a, 133a, 134a, 123a)은 원판 플레이트 또는 다각 플레이트의 중앙에 축 방향으로 형성된다. 회전축 관통홀(131a, 132a, 133a, 134a, 123a)은 회전축(110)의 자전부(111a, 111b, 111c)를 수용하는 영역이다.

제1 자전부(111a)는 제1 로터 하우징 커버(131)의 회전축 관통홀(131a)에 수용된다. 제2 자전부(111b)는 제2 로터 하우징 커버(132)와 제3 로터 하우징 커버(133) 그리고 유로 하우징(123)의 회전축 관통홀(132a, 133a, 123a)에 수용된다. 제3 자전부(111c)는 제4 로터 하우징 커버(134)의 회전축 관통홀(134a)에 수용된다.

여기서, 제1 자전부(111a)의 외주면과 제1 로터 하우징 커버(131) 사이에는 베어링(151)이 배치될 수 있다.

축 방향에서 제1 로터 하우징 커버(131)와 제2 로터 하우징 커버(132) 사이의 거리는 제1 로터(171)의 두께에 해당한다. 마찬가지로, 제3 로터 하우징 커버(133)와 제4 로터 하우징 커버(134) 사이의 거리는 제2 로터(172)의 두께에 해당한다.

유로(131b1, 131b2, 132b1, 132b2, 133b1, 133b2, 134b1, 134b2)는 원형 플레이트 또는 다각 플레이트에 축 방향으로 형성된다. 유로(131b1, 131b2, 132b1, 132b2, 133b1, 133b2, 134b1, 134b2)는 축 방향으로 유체를 통과하게 하는 구성이다.

유로(131b1, 131b2, 132b1, 132b2, 133b1, 133b2, 134b1, 134b2)는 하나의 로터 하우징 커버(131, 132, 133, 134)마다 복수로 형성될 수 있으며, 예를 들어 도면에 도시된 바와 같이 하나의 로터 하우징 커버(131, 132, 133, 134)마다 두 개의 유로(131b1, 131b2, 132b1, 132b2, 133b1, 133b2, 134b1, 134b2)가 형성될 수 있다. 두 유로(131b1, 131b2, 132b1, 132b2, 133b1, 133b2, 134b1, 134b2)는 회전축 관통홀(131a, 132a, 133a, 134a)을 중심으로 서로 대칭인 위치에 대칭인 형상으로 형성된다. 두 유로(131b1, 131b2, 132b1, 132b2, 133b1, 133b2, 134b1, 134b2)는 제1 로터(171)와 제2 로터(172)의 위치에 대응하여 삼각형 형상을 갖도록 이루어질 수 있다. 예컨대, 도 8을 참조하면 제1 로터 하우징 커버(131)의 유로(131b1)는 편심 회전하는 제1 로터(171)에 의해 가려질 수 있는 형상을 갖는다.

각 로터 하우징 커버(131, 132, 133, 134)에 형성되는 유로(131b1, 131b2, 132b1, 132b2, 133b1, 133b2, 134b1, 134b2)의 위치는, 회전축(110)의 일 단에서 타 단을 바라볼 때를 기준으로 각 로터 하우징 커버(131, 132, 133, 134)를 하나의 사분면에 투영하여 설명될 수 있다. 이 경우 회전축 관통홀(131a, 132a, 133a, 134a)은 사분면의 중심에 위치한다.

제1 로터 하우징 커버(131)의 두 유로(131b1, 131b2) 중 어느 하나(131b1)는 2사분면에 형성되고, 다른 하나(131b2)는 4사분면에 형성된다. 제2 로터 하우징 커버(132)의 두 유로(132b1, 132b2) 중 어느 하나(132b1)는 1사분면에 형성되고, 다른 하나(132b2)는 3사분면이 형성된다. 제3 로터 하우징 커버(133)의 두 유로(133b1, 133b2) 중 어느 하나(133b1)는 2사분면에 형성되고, 다른 하나는 4사분면(133b2)에 형성된다. 제4 로터 하우징 커버(134)의 두 유로(134b1, 134b2) 중 어느 하나(134b1)는 1사분면에 형성되고, 다른 하나(134b2)는 3사분면에 형성된다.

제1 로터 하우징 커버(131)의 두 유로(131b1, 131b2)와 제3 로터 하우징 커버(133)의 두 유로(133b1, 133b2)는 2사분면과 4사분면에 형성되므로, 제1 로터 하우징 커버(131)의 두 유로(131b1, 131b2)와 제3 로터 하우징 커버(133)의 두 유로(133b1, 133b2)는 축 방향에서 서로 중첩되는 위치에 형성된다고 할 수 있다. 또한, 제1 로터 하우징 커버(131)의 두 유로(131b1, 131b2)와 제3 로터 하우징 커버(133)의 두 유로(133b1, 133b2)는 축 방향에서 모양까지 중첩되게 형성될 수 있다. 즉, 제1 로터 하우징 커버(131)의 두 유로(131b1, 131b2)와 상기 제3 로터 하우징 커버(133)의 두 유로(133b1, 133b2)는, 동일한 형상을 갖도록 이루어지며, 상기 회전축(110)의 일 단에서 타 단을 바라볼 때를 기준으로 서로 겹쳐지게 배치될 수 있다.

또한, 제2 로터 하우징 커버(132)의 두 유로(132b1, 132b2)와 제4 로터 하우징 커버(134)의 두 유로(134b1, 134b2)는 1사분면과 3사분면에 형성되므로, 제2 로터 하우징 커버(132)의 두 유로(132b1, 132b2)와 제4 로터 하우징 커버(134)의 두 유로(134b1, 134b2)는 축 방향에서 서로 중첩되는 위치에 형성된다고 할 수 있다. 또한, 제2 로터 하우징 커버(132)의 두 유로(132b1, 132b2)와 제4 로터 하우징 커버(134)의 두 유로(134b1, 134b2)는 축 방향에서 모양까지 중첩되게 형성될 수 있다. 즉, 제2 로터 하우징 커버(132)의 두 유로(132b1, 132b2)와 상기 제4 로터 하우징 커버(134)의 두 유로(134b1, 134b2)는, 동일한 형상을 갖도록 이루어지며, 상기 회전축(110)의 일 단에서 타 단을 바라볼 때를 기준으로 서로 겹쳐지게 배치될 수 있다.

여기서, 상기 제1 및 제3 로터 하우징 커버(131, 133)의 두 유로(131b1, 131b2, 133b1, 133b2)의 형상과, 상기 제2 및 제4 로터 하우징 커버(132, 134)의 두 유로(132b1, 132b2, 134b1, 134b2)의 형상은, 상기 사분면 상에서 x=0에 해당하는 직선을 기준으로 서로 대칭일 수 있다. 즉, 상기 유체 이송 장치(100)의 내부에 형성되는 유로들은, 상기 제1 및 제2 로터(171, 172)와 같이 모두 대칭을 이루도록 형성되어 유체 이송 장치(100)의 동작에 따른 진동 발생을 크게 저감시킬 수 있다.

제1 로터 하우징 커버(131)의 양면에서 두 유로(131b1, 131b2)의 형상은 동일하다. 제2 로터 하우징 커버(132)의 양면에서 두 유로(132b1, 132b2)의 형상은 동일하다. 제3 로터 하우징 커버(133)의 양면에서 두 유로(133b1, 133b2)의 형상은 동일하다. 제4 로터 하우징 커버(134)의 양면에서 두 유로(134b1, 134b2)의 형상은 동일하다. 따라서 제1 로터 하우징 커버(131)의 두 유로(131b1, 131b2)와 제2 로터 하우징 커버(132)의 두 유로(132b1, 132b2)와 제3 로터 하우징 커버(133)의 두 유로(133b1, 133b2) 그리고 제4 로터 하우징 커버(134)의 두 유로(134b1, 134b2)는 축 방향에서 동일한 형상을 유지하면서 원형 플레이트 또는 다각 플레이트를 관통한다고 볼 수 있다.

유로 하우징(123)은 유체 연통 공간(123b1, 123b2)이 형성되고, 상기 유체 연통 공간(123b1, 123b2)은 제1 연통 공간(123b1)과 제2 연통 공간(123b2)을 구비할 수 있다. 유로 하우징(123)은 제2 로터 하우징 커버(132)의 유로(132b1)에서 유입된 유체를 제1 연통 공간(123b1)을 통하여 제3 로터 하우징 커버(133)의 유로(133b1)로 전달하고, 제2 로터 하우징 커버(132)의 유로(132b2)를 통해서 유입된 유체를 제2 연통 공간(123b2)을 통해서 제3 로터 하우징 커버(133)의 유로(133b2)로 연결하는 역할을 한다.

제1 연통 공간(123b1)은 상기 제2 로터 하우징 커버(132)의 두 유로(132b1, 132b2) 중 상기 1사분면에 형성되는 유로(132b1)와 상기 제3 로터 하우징 커버(133)의 두 유로(133b1, 133b2) 중 상기 2사분면에 형성되는 유로(133b1)를 서로 연통시키도록 형성된다.

제2 연통 공간(123b2)은 제2 로터 하우징 커버(132)의 두 유로(132b1, 132b2) 중 상기 3사분면에 형성되는 유로(132b2)와 상기 제3 로터 하우징 커버(133)의 두 유로(133b1, 133b2) 중 상기 4사분면에 형성되는 유로(133b2)를 서로 연통시키도록 형성된다. 또한, 상기 제1 연통 공간(123b1)과 제2 연통 공간(123b2)은 회전축(110)을 중심으로 점대칭을 이루면서 동일한 형상을 가질 수 있다. 또한, 제1 연통 공간(123b1)과 제2 연통 공간(123b2)의 형상은, 상기 사분면 상에서 y=0에 해당하는 직선을 기준으로 서로 대칭되게 형성될 수 있다.

이러한 구조에 의해 제1 로터 하우징(121)에 형성되는 용적 변동 공간의 부피와 제2 로터 하우징(122)에 형성되는 용적 변동 공간의 부피가 변화하면서도 제1 유체 출입구(141a)와 제2 유체 출입구(142a)가 서로 통하지 않게 된다. 따라서 기존 로터 피스톤 펌프와 진공 자흡 가압 펌프의 동작을 위해서는 체크밸브가 필수적인 반면, 제1 로터(171)와 제2 로터(172)의 회전만으로 체크밸브 없이도 유체의 이송이 가능하다.

한편, 유체 출입 하우징(141, 142)은 유체 이송 장치(100)의 가장 외곽에 하나씩 배치된다. 유체 출입 하우징(141, 142)은 유체 이송 장치(100)의 외주면 중 일부를 형성하며, 유체 이송 장치(100)의 양 측면을 형성한다. 상기 양 측면이란 유체 이송 장치(100)의 설치 방향에 따라 상하면이 될 수도 있다.

제1 유체 출입 하우징(141)과 제2 유체 출입 하우징(142)은 모서리가 둥근 사각 기둥의 형상을 가질 수 있다. 제1 유체 출입 하우징(141)은 제1 로터 하우징 커버(131)를 향해 개구되어 있고, 제2 유체 출입 하우징(142)은 제4 로터 하우징 커버(134)를 향해 개구되어 있다. 제1 유체 출입 하우징(141)과 제2 유체 출입 하우징(142) 각각의 개구단은 상기 사각 기둥의 밑면 중 하나가 형성되는 부분에 해당한다.

유체가 제1 유체 출입 하우징(141)에 형성되는 제1 유체 출입구(141a)를 통해 유입되는 경우, 회전축(110)은 시계 방향인 제1 방향으로 회전한다. 회전축(110)이 제1 방향으로 회전할 때 제1 유체 출입 하우징(141)의 제1 유체 출입구(141a)를 통해 유입된 유체는 제1 유체 압축 공간(V1)과 제2 유체 압축 공간(V2)에서 순차적으로 압축된 후 제2 유체 출입 하우징(142)의 제2 유체 출입구(142a)를 통해 배출된다.

반대로 유체가 제2 유체 출입 하우징(142)에 형성되는 제2 유체 출입구(142a)를 통해 유입되는 경우, 회전축(110)은 제1 방향의 역방향인 제2 방향으로 회전한다. 회전축(110)이 제2 방향으로 회전할 때 제2 유체 출입 하우징(142)의 제2 유체 출입구(142a)를 통해 유입된 유체는 제2 유체 압축 공간(V2)과 제1 유체 압축 공간(V1)에서 순차적으로 압축된 후 제1 유체 출입 하우징(141)의 제2 유체 출입구(141a)를 통해 배출된다.

이하에서는 유체 이송 장치(100)의 동작에 대하여 설명한다.

도 9는 도 1에 도시된 유체 이송 장치(100)에서 유체가 이송되는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.

도 10a와 도 10b는 도 1에 도시된 유체 이송 장치(100)로 유입된 유체가 배출되는 과정을 순차적으로 보인 개념도들이다.

유체 이송 장치(100)의 동작 설명을 위해, 도 10a와 도 10b에서 로터 하우징(121, 122) 내부에는 초기에 유체가 채워진 상태를 도시하였다. 또한, 배출되는 유체는 빗금으로 표시되었으며, 유입되는 유체는 빗금 표시가 없는 부분이다.

먼저 그림 (1)은 유체 이송 장치(100)가 동작하기 전의 초기상태이며, 그림 (2)는 회전축(110)이 시계방향으로 90°회전하였을 경우이며, 그림 (3)과 그림 (4)는 회전축(110)이 각각 180°, 270°회전하였을 경우이다. 회전축(110)이 360°회전하였을 경우는 그림 (1)과 동일하게 된다.

그림 (1)에서 같이 초기상태에 시계방향으로 회전축(110)이 회전하기 시작하면, 제1 로터 하우징(121)내 유체는 제2 로터 하우징 커버(132)의 유로(132b2)를 통해 유로 하우징(123)의 유체 연통 공간 (123b2)을 거쳐 제3 로터 하우징 커버(133)의 유로(133b2)를 통해 제2 로터 하우징(122)으로 전달되고, 제4 로터 하우징 커버(134)의 유로(134b2)를 통하여 제2 유체 출입 하우징(142)으로 배출된다. 이와 동시에 제2 로터 하우징(122)의 유체는 제4 로터 하우징 커버(134)의 유로(134b1)를 통하여 제2 유체 출입 하우징(142)으로 배출된다.

회전축(110)의 회전의 계속 진행되어 90°를 지나치게 되면 유체가 배출되는 공간은 그림 (2)와 같다. 즉, 제1 로터 하우징(121)내 유체는 제2 로터 하우징 커버(132)의 유로(132b1)를 통해 유로 하우징(123)의 유체 연통 공간(123b1)을 거쳐 제3 로터 하우징 커버(133)의 유로(133b1)을 통해 제2 로터 하우징(122)으로 전달되고, 제4 로터 하우징 커버(134)의 유로(134b1)를 통하여 제2 유체 출입 하우징(142)으로 배출된다. 이와 동시에 제2 로터 하우징(122)의 유체는 제4 로터 하우징 커버(134)의 유로(134b2)를 통하여 제2 유체 출입 하우징(142)으로 배출된다. 이후 회전축(110)이 180°를 지나면 그림 (3)과 같고, 회전축(110)이 270도를 지나면 그림 10-4와 같이 되며, 이후 회전축(110)이 회전함에 따라 유체의 배출은 연속적으로 반복된다. 이와 같이 제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122)내 유체가 동시에 배출되기 때문에, 로터와 로터 하우징과 체크밸브가 구비된 기존 로터리 피스톤 펌프와 진공 자흡 가압 펌프의 경우에 비해 회전축이 1회전하였을 때, 유체 이송량이 크다는 장점이 있다. 이와 동시에 유체의 배출과 함께 유체의 유입이 진행되며, 유체의 유입은 유체의 배출과 동일하게 발생된다.

그림 (1)에서 (4)를 거쳐 다시 그림 (1)의 위치로 진행되는 과정에서 회전축(110)은 360°회전하게 된다. 회전축(110)이 회전하는 동안 각각의 용적 변동 공간은 용적의 증가와 감소를 반복하면서 유체를 이송하게 되고, 이 과정 동안 제1 유체 출입구(141a)와 제2 유체 출입구(142a)는 항상 서로 차단된 상태를 유지한다. 예컨대, 도 9를 참조하면, 제1 로터(171)와 제2 로터(172)가 회전하는 동안 유체의 유입 유로인 유로(131b1)는 배출 유로인 유로(134b1)과 항상 차단된 상태이며, 유입 유로(131b2)는 유로(134b2)와 항상 차단된 상태를 유지한다.

따라서 본 발명의 유체 이송 장치(100)는 제1 유체 출입구(141a)와 제2 유체 출입구(142a)가 직접 통하지 않는 상태에서 연속적으로 유체를 제1 유체 출입구(141a)에서 제2 유체 출입구(142a)로 혹은 그 역으로 이송할 수 있으므로, 체크 밸브를 필요로 하지 않으면서도 우수한 진공 및 가압 성능을 갖게 된다.

이와 같이 에피트로코이드 곡면을 갖는 로터 하우징(121, 122) 내에서 로터(171, 172)의 편심회전으로 발생되는 용적 변동 공간의 용적 변화는 도 11과 도 12에 도시된 바와 같이 사인곡선을 따른다. 제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122)에 발생되는 배출량은 도 11과 도 12와 같이 표현될 수 있다

도 11은 도 1에 도시된 제1 로터 하우징(121)에서 회전축의 회전 각도에 따라 발생하는 유체 배출량의 변화를 나타낸 그래프다.

도 12는 도 1에 도시된 제2 로터 하우징(122)에서 회전축의 회전 각도에 따라 발생하는 유체 배출량의 변화를 나타낸 그래프다.

도 13은 도 12 및 도 13에 도시된 제1 및 제2 로터 하우징(121, 122)에서 발생하는 유체 배출량의 합의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 13과 같이 상기 유체 이송 장치(100)의 배출 변화량은 일정한 진폭을 가지며 제1 유체 출입구(141a) 또는 제2 유체 출입구(142a)를 통해 배출된다. 즉, 이러한 배출 변화량은 유체 이송 장치(100)의 맥동 발생의 원인이 된다. 여기에서 맥동은 맥박처럼 주기적으로 발생하는 움직임을 의미한다.

이하에서는 유체 이송 장치(100)에서 발생하는 상기 맥동을 저감시키기 위한 맥동저감부(135)에 대하여 설명한다.

유체 이송 장치(100)는 제1 및 제2 로터 하우징(121, 122) 내에서의 용적 변동에 따른 유체의 유입량 및 배출량 변화에 의한 맥동을 저감시키도록 구성되는 맥동저감부(135)를 더 포함할 수 있다.

맥동저감부(135)는, 연결 유로(113)와 응답부(135')를 포함한다.

연결 유로(113)는 제1 유체 출입 하우징(141)과 제2 유체 출입 하우징(142)의 상기 유체 출입 공간(X1, X2)을 서로 연결시켜 유체의 이동 경로를 제공하도록 형성된다. 예를 들어, 연결 유로(113)는, 유체 이송 장치(100)를 관통하는 회전축(110)을 관통하여 형성될 수 있다. 연결 유로(113)가 회전축(110)을 관통하여 형성되는 것은 상기 연결 유로(113)에 관한 하나의 실시예로서, 본 발명의 도면에서는 도시되지 않았으나, 연결 유로(113)는 제1 유체 출입구(141a)와 제2 유체 출입구(142a)의 일부를 연결시켜 상기 유체 출입 공간(X1, X2)을 연결하는 형태로도 구현될 수 있다.

도 14a 및 도 14b를 참조하면, 응답부(135')는, 상기 연결 유로(113)상의 일 지점에 배치되어 연결 유로(113)를 두 영역으로 분할하고, 유체 출입 공간(X1, X2)에서 유체의 유입량 및 배출량의 변화에 따라 연결 유로(113)상에서 이동하여 상기 유체 출입 공간(X1, X2)의 체적을 변화시키도록 이루어진다. 상기 응답부(135')는 상기 연결 유로(113)의 일 지점을 가로막도록 배치되는 피스톤(135a)을 구비하고, 상기 맥동저감부(135)는 유체 출입 공간(X1, X2)에서 유체의 유입량 및 배출량의 변화에 따라 연결 유로(113)상에서 상기 피스톤(135a)이 이동하여 유체 출입 공간(X1, X2)의 체적을 변화시키도록 이루어진다.

또한, 응답부(135')에 구비되는 피스톤(135a)은, 제1 로터 하우징 커버(131)에 구비되는 맥동응답관(131c)의 일 지점을 가로막도록 배치될 수 있다.

피스톤(135a)은 연결 유로(113)의 일 지점을 가로막도록 형성된다. 다만, 피스톤(135a)과 연결 유로(113)간 틈이 일정 부분 존재하는 경우에도, 피스톤(135a)의 동작은 가능할 수 있다. 따라서, 피스톤(135a)은 연결 유로(113)를 완전히 두 영역으로 격리시키지 않도록 이루어질 수 있다.

맥동응답관(131c)은 유체 출입 공간(X1)을 향하여 돌출되며, 그 일 측은 유체 출입 공간(X1, X2)과 연통되고, 맥동응답관(135)의 타 측은 연결 유로(113)와 연통되게 형성된다. 맥동응답관(131c)은 제1 유체 출입 공간(X1) 또는 제2 유체 출입 공간(X2)을 향하여 돌출 형성될 수 있다. 다만, 맥동응답관(131c)이 제2 유체 출입 공간(X2)을 향하여 돌출 형성되는 경우에는, 맥동응답관(131c)은 제1 로터 하우징 커버(131)가 아닌 제4 로터 하우징 커버(134)에 형성된다.

본 발명의 설명에서는 맥동응답관(131c)이 제1 유체 출입 공간(X1)을 향하여 돌출되는 경우를 예로 들어 기술한다.

한편, 응답부(135')는 피스톤(135a)만으로도 구현 가능하지만, 상기 피스톤(135a)외에 제1 탄성체(135b1)와 제2 탄성체(135b2)를 더 구비할 수 있다.

제1 탄성체(135b1)와 제2 탄성체(135b2)는, 상기 피스톤(135a)의 양 측에 각각 배치되어, 서로 반대 방향으로 상기 피스톤(135a)을 탄성 가압하도록 형성될 수 있다. 제1 탄성체(135b1)와 제2 탄성체(135b2)는 예를 들어, 스프링(spring)으로 이루어질 수 있다. 제1 탄성체(135b1)의 일 측은 제1 유체 출입 하우징(141)의 내면에 접하여 지지되며, 그 타 측은 피스톤(135a)의 일 측에 접하여 지지될 수 있다. 마찬가지로, 제2 탄성체(135b2)의 일 측은 피스톤(135a)의 타 측에 접하여 지지되며, 그 타 측은 베어링(151)에 일 면에 접하여 지지될 수 있다.

또한, 응답부(135')는 제1 탄성체(135b1)와 제2 탄성체(135b2) 중 어느 하나만 구비하도록 구성될 수도 있다.

이와 같은 맥동저감부(135)의 구성에 의하면, 피스톤(135a)은, 상기 피스톤(135a)의 좌측 즉, 제1 유체 출입 공간(X1)에서 압력이 발생하거나, 피스톤(135a)의 우측 즉, 제2 유체 출입 공간(X2)에서 압력이 발생할 경우, 연결 유로(113)를 통해 전달되는 압력에 응답하여 상기 연결 유로(113)상에서 좌측 또는 우측으로 이동할 수 있다. 이와 같은 압력 변화에 따른 피스톤(135a)의 움직임은, 제1 유체 출입 공간(X1)과 제2 유체 출입 공간(X2)의 체적을 실시간으로 변화시킨다. 만약 상기 응답부(135’)에 피스톤(135a)이 구비되지 않는다면, 유체 출입 공간(X1, X2)은 서로 연통되어 제2 유체 출입 공간(X2)으로 배출된 유체는 다시 연결 유로(113)를 통해 제1 유체 출입 공간(X1)으로 유입됨으로써, 유체를 이송할 수 없다. 또한, 상기 응답부(135’)의 피스톤(135a)이 고정되어 있다면, 유체는 이송되지만 유체 출입 공간(X2)로 배출된 유체는 도 13에서와 같이 맥동이 발생하게 된다.

다시 도 9를 참조하면, 유체 이송 장치(100)의 유체 이송은, 제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122) 내에 위치한 제1 로터(171)와 제2 로터(172)가 편심 회전함에 따라 발생되는 용적변화는 유체를 이송시키며, 제1 유체 출입구(141a)를 통해서 제1 유체 출입 하우징(141)의 제1 유체 출입 공간(X1)으로 유입된 유체는 제1 로터 하우징 커버(131)의 유로(131b1, 131b2)를 통하여 제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122)을 거쳐 제4 로터 하우징 커버(134)의 유로(134b1, 134b2)를 통해서 제2 유체 출입 하우징(142)의 제2 유체 출입 공간(X2)으로 유입된 후 제2 유체 출입 하우징(142)에 마련된 제2 유체 출입구(142a)로 배출된다.

여기서, 제2 유체 출입 하우징(142)은 회전축(110)에 형성된 연결 유로(113)를 통해 제1 로터 하우징 커버(131)의 맥동응답관(131c)과 연통되어 있기 때문에, 일부 유체는 맥동응답관(131c)상에 위치한 피스톤(135a)과 접하게 되며, 전달된 유체의 부피만큼 피스톤(135a)은 제2 유체 출입 공간(X2)의 체적을 늘리거나 증가시키는 방향으로 이동하면서 맥동에 응답하게 된다. 이와 같은 맥동저감부(135)의 동작에 의해 유체 이송 장치(100)에서 발생되는 맥동이 상쇄된다. 또한, 유체의 배출 변화량은 유체의 유입 변화량과 동일하여, 유체의 유입 변화량에 따라서도 제1 유체 출입구(141a)에서 맥동이 발생되지만, 마찬가지로 피스톤(135a)의 이동에 의해 발생되는 맥동은 상쇄된다.

다시 도 10a, 10b 및 도 13을 참조하면, 그림 (1)과 같이 초기 상태에서 시계 방향으로 회전축(110)이 회전하기 시작하면, 제2 유체 출입 하우징(142)내 유체 배출량은 최대에서 최소로 감소하는 구간으로 피스톤(135a)는 좌측으로 이동된 상태에서 우측으로 이동된다. 그림 (2)와 같이 회전이 진행되면 유체 배출량은 최소에서 최대로 증가하게 됨으로써, 피스톤(135a)는 다시 우측에서 좌측으로 이동된다. 회전축(110)이 회전이 계속 진행되면, 그림 (3)과 (4)와 같이 피스톤(135a)은 왕복운동을 함으로써, 유체의 흡입과 배출의 변화량 만큼 대응하여 유체 출입 공간 (X1, X2)의 용적이 변화됨으로써 맥동을 크게 저감시키게 된다.

이에 따라, 에피트로코이드 곡면을 갖는 로터 하우징과 편심 회전하는 삼각로터를 이용하는 유체 이송 장치에서 필연적으로 발생되는 맥동현상을 크게 저감시킬 수 있다.

한편, 상기 유체 이송 장치(100)의 회전축(110)이 회전하면서 동작되면, 유체가 유입되는 측 예를 들어, 제1 유체 출입구(141a)는 항상 부압을 가지며, 이때 유체가 배출되는 제2 유체 출입구(142a)는 정압을 가지게 된다. 즉, 상기 피스톤(135a)을 기준으로 유체의 유입 방향(좌측)이 유체의 배출 방향(우측)에 비해 압력이 낮기 때문에 피스톤(135a)의 왕복운동의 중심점은 유체의 유입 방향으로 이동 (shift)된다. 이와 같이, 유체의 배출 압력이 높아지게 되면 피스톤(135a)이 제1 유체 출입 하우징(141)의 내측으로 밀착되는 현상이 발생되어 맥동저감부(135)의 기능이 저하될 우려가 있다.

이에 따라, 도 14c에 도시된 바와 같이 상기 제1 탄성체(135b1)와 제2 탄성체(135b2) 중 적어도 하나는, 서로 다른 크기의 탄성력을 갖는 제1 부분과 제2 부분을 구비할 수 있다. 예를 들어, 제1 탄성체(135b1)는 상대적으로 작은 크기의 탄성력을 갖는 제1 부분(135b1')과 상대적으로 큰 크기의 탄성력을 갖는 제2 부분(135b")을 구비할 수 있다. 상기 제1 부분(135b1')과 제2 부분(135b") 사이에는 양 면이 각각 제1 탄성체(135b1)의 제1 부분(135b1')과 제2 부분(135b")을 지지하는 지지플레이트(135c)가 배치될 수 있다. 또한, 제1 유체 출입 하우징(141)에는 상기 축 방향으로 리세스되어 상기 제1 부분(135b1')을 수용하는 홈(141b)이 형성될 수 있다.

이와 같은, 제1 탄성체(135b1)와 제2 탄성체(135b2)의 2단 구성에 의해 유체의 배출 압력이 증가하더라도 피스톤(135a)이 상대적으로 압력이 낮은 제1 유체 출입 공간(X1)으로 이동되는 것을 방지하여, 제1 유체 출입 공간(X2)과 제2 유체 출입 공간(X2)간 압력차가 증감하는 경우에도 그 기능을 안정적으로 수행할 수 있다.

전술한 내용은 단지 예시적인 것에 불과하며, 설명된 실시예들의 범주 및 기술적 사상을 벗어남이 없이, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 전술한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.

100 : 유체 이송 장치 110 : 회전축
111a, 111b, 111c : 자전부 112a, 112b : 편심부
113 : 연결 유로 121 : 제1 로터 하우징
122 : 제2 로터 하우징 123 : 유로 하우징
131 : 제1 로터 하우징 커버 132 : 제2 로터 하우징 커버
133 : 제3 로터 하우징 커버 134 : 제4 로터 하우징 커버
135 : 맥동 저감부 135' : 응답부
135a : 피스톤 135b1 : 제1 탄성체
135b2 : 제2 탄성체 141 : 제1 유체 출입 하우징
142 : 제2 유체 출입 하우징 141a : 제1 유체 출입구
141b : 제2 유체 출입구 151, 152 : 베어링
153 : 오일씰 171 : 제1 로터
172 : 제2 로터

Claims (15)

1. 축 방향을 따라 연장되는 자전부, 그리고 상기 축 방향을 따라 서로 이격되게 배치되는 제1 편심부와 제2 편심부를 구비하는 회전축;
   에피트로코이드 곡면 형상의 제1 유체 압축 공간을 형성하는 제1 로터 하우징;
   에피트로코이드 곡면 형상의 제2 유체 압축 공간을 형성하고, 상기 축 방향을 따라 상기 제1 로터 하우징으로부터 이격된 위치에 배치되는 제2 로터 하우징;
   상기 제1 유체 압축 공간을 복수의 용적 변동 공간으로 구획하도록 상기 제1 유체 압축 공간 내에 배치되고, 상기 제1 편심부의 방사 방향에서 상기 제1 편심부를 감싸면서 상기 제1 편심부에 결합되는 제1 로터; 및
   상기 제2 유체 압축 공간을 복수의 용적 변동 공간으로 구획하도록 상기 제2 유체 압축 공간 내에 배치되고, 상기 제2 편심부의 방사 방향에서 상기 제2 편심부를 감싸면서 상기 제2 편심부에 결합되는 제2 로터를 포함하고,
   상기 회전축의 회전 방향에 따라 상기 제1 유체 압축 공간상의 유체를 상기 제2 유체 압축 공간으로 이송시키거나, 그 역방향으로 유체를 이송시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체 이송 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 유체 이송 장치는,
   유체 출입 공간을 형성하고, 상기 축 방향을 따라 각각 상기 제1 로터 하우징과 상기 제2 로터 하우징으로부터 이격된 위치에 배치되는 제1 유체 출입 하우징과 제2 유체 출입 하우징; 및
   상기 제1 및 제2 로터 하우징 내에서의 용적 변동에 따른 유체의 유입량 및 배출량 변화에 의한 맥동을 저감시키도록 구성되는 맥동저감부를 더 포함하고,
   상기 맥동저감부는,
   상기 제1 및 제2 유체 출입 하우징의 상기 유체 출입 공간을 서로 연결시켜 유체의 이동 경로를 제공하는 연결 유로; 및
   상기 연결 유로상의 일 지점에 배치되어 상기 연결 유로를 두 영역으로 분할하고, 상기 유체 출입 공간에서 유체의 유입량 및 배출량의 변화에 따라 상기 연결 유로상에서 이동하여 상기 유체 출입 공간의 체적을 변화시키는 응답부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 이송 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 연결 유로는, 상기 회전축을 관통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 이송 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 응답부는, 상기 연결 유로의 일 지점을 가로막도록 배치되는 피스톤을 구비하고,
   상기 유체 출입 공간에서 유체의 유입량 및 배출량의 변화에 따라 상기 연결 유로상에서 상기 피스톤이 이동하여 상기 유체 출입 공간의 체적을 변화시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체 이송 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 응답부는, 상기 피스톤의 양 측에 각각 배치되어, 서로 반대 방향으로 상기 피스톤을 탄성 가압하는 제1 탄성체와 제2 탄성체를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유체 이송 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 탄성체와 상기 제2 탄성체 중 적어도 하나는, 서로 다른 크기의 탄성력을 갖는 제1 부분과 제2 부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 유체 이송 장치.
7. 제3항에 있어서,
   유체 연통 공간을 형성하고, 상기 제1 로터 하우징과 상기 제2 로터 하우징 사이에 배치되는 유로 하우징;
   상기 제1 유체 압축 공간을 덮도록 형성되고, 상기 제1 로터 하우징의 일 측에 배치되는 제1 로터 하우징 커버;
   상기 제1 유체 압축 공간과 상기 유체 연통 공간을 덮도록 형성되며, 상기 제1 로터 하우징과 상기 유로 하우징 사이에 배치되는 제2 로터 하우징 커버;
   상기 유체 연통 공간을 덮도록 형성되고, 상기 유로 하우징과 상기 제2 로터 하우징 사이에 배치되는 제3 로터 하우징 커버; 및
   상기 제2 유체 압축 공간을 덮도록 형성되며, 상기 제2 로터 하우징을 기준으로 상기 제3 로터 하우징 커버의 반대쪽에 배치되는 제4 로터 하우징 커버를 더 포함하고,
   상기 제1 로터 하우징 커버는, 상기 유체 출입 공간을 향하여 돌출되고, 일 측은 상기 유체 출입 공간과 연통되며 타 측은 상기 연결 유로와 연통되게 형성되는 맥동응답관을 구비하는 것을 특징으로 하는 유체 이송 장치.
8. 제1항에 있어서,
   유체 연통 공간을 형성하고, 상기 제1 로터 하우징과 상기 제2 로터 하우징 사이에 배치되는 유로 하우징;
   상기 제1 유체 압축 공간을 덮도록 형성되고, 상기 제1 로터 하우징의 일 측에 배치되는 제1 로터 하우징 커버;
   상기 제1 유체 압축 공간과 상기 유체 연통 공간을 덮도록 형성되며, 상기 제1 로터 하우징과 상기 유로 하우징 사이에 배치되는 제2 로터 하우징 커버;
   상기 유체 연통 공간을 덮도록 형성되고, 상기 유로 하우징과 상기 제2 로터 하우징 사이에 배치되는 제3 로터 하우징 커버; 및
   상기 제2 유체 압축 공간을 덮도록 형성되며, 상기 제2 로터 하우징을 기준으로 상기 제3 로터 하우징 커버의 반대쪽에 배치되는 제4 로터 하우징 커버를 더 포함하고,
   상기 유로 하우징은, 상기 유체 연통 공간을 통하여 상기 제1 및 제2 유체 압축 공간상의 유체가 상기 제1 로터 하우징 또는 제2 로터 하우징으로 이동하게 하는 유로를 제공하는 것을 특징으로 하는 유체 이송 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1 편심부와 상기 제2 편심부는 상기 자전부를 중심으로 180°의 각도를 갖도록 배치되고,
   상기 제1 로터 하우징과 상기 제2 로터 하우징은, 각각의 상기 에피트로코이드 곡면 형상이 서로 같은 방향으로 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 이송 장치.
10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 로터와 상기 제2 로터는, 상기 회전축을 중심으로 점대칭을 이루는 것을 특징으로 하는 유체 이송 장치.
11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 로터 하우징 커버, 상기 제2 로터 하우징 커버, 상기 제3 로터 하우징 커버 및 상기 제4 로터 하우징 커버 각각은,
    상기 제1 로터 하우징 커버, 상기 제2 로터 하우징 커버, 상기 제3 로터 하우징 커버 또는 상기 제4 로터 하우징을 형성하는 플레이트의 중앙에 상기 축 방향으로 형성되며, 상기 자전부를 수용하는 회전축 관통홀; 및
    상기 회전축 관통홀을 중심으로 서로 대칭적으로 형성되며, 상기 축 방향으로 유체를 통과하게 하는 두 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 이송 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 회전축의 일 단에서 타 단을 바라볼 때를 기준으로 상기 회전축 관통홀이 형성되는 위치를 사분면의 중심이라 하면,
    상기 제1 로터 하우징 커버의 두 유로 중 어느 하나는 2사분면에 형성되고, 다른 하나는 4사분면이 형성되며,
    상기 제2 로터 하우징 커버의 두 유로 중 어느 하나는 1사분면에 형성되고, 다른 하나는 3사분면이 형성되며,
    상기 제3 로터 하우징 커버의 두 유로 중 어느 하나는 2사분면에 형성되고, 다른 하나는 4사분면이 형성되며,
    상기 제4 로터 하우징 커버의 두 유로 중 어느 하나는 1사분면에 형성되고, 다른 하나는 3사분면이 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 이송 장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 유체 연통 공간은,
    상기 제2 로터 하우징 커버의 두 유로 중 상기 1사분면에 형성되는 유로와 상기 제3 로터 하우징 커버의 두 유로 중 상기 2사분면에 형성되는 유로를 서로 연통시키는 제1 연통 공간; 및
    상기 제2 로터 하우징 커버의 두 유로 중 상기 3사분면에 형성되는 유로와 상기 제3 로터 하우징 커버의 두 유로 중 상기 4사분면에 형성되는 유로를 서로 연통시키는 제2 연통 공간을 구비하는 것을 특징으로 하는 유체 이송 장치.
14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 로터 하우징 커버의 두 유로와 상기 제3 로터 하우징 커버의 두 유로는, 동일한 형상을 갖도록 이루어지며, 상기 회전축의 일 단에서 타 단을 바라볼 때를 기준으로 서로 겹쳐지게 배치되고,
    상기 제2 로터 하우징 커버의 두 유로와 상기 제4 로터 하우징 커버의 두 유로는, 동일한 형상을 갖도록 이루어지며, 상기 회전축의 일 단에서 타 단을 바라볼 때를 기준으로 서로 겹쳐지게 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 이송 장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 및 제3 로터 하우징 커버의 두 유로의 형상과 상기 제2 및 제4 로터 하우징 커버의 두 유로의 형상은, 상기 사분면 상에서 x=0에 해당하는 직선을 기준으로 서로 대칭인 것을 특징으로 하는 유체 이송 장치.

Images