KR102166972B1 - 압축기 또는 진공 펌프의 냉각 방법 및 이 방법을 적용한 압축기 또는 진공 펌프 - Google Patents

압축기 또는 진공 펌프의 냉각 방법 및 이 방법을 적용한 압축기 또는 진공 펌프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압축기 또는 진공 펌프에 관한 것으로, 이 압축기 또는 진공 펌프는, - 냉각 가스가 통과해 흐를 수 있도록 냉각 가스 입구(3)와 냉각 가스 출구(4)를 갖는 케이싱(2); - 냉각 가스 입구(3)에 장착되고, 팬 하우징(13)을 포함하며, 냉각 가스를 케이싱(2) 내로 송풍하도록 구성된 팬(12); -제1 하우징(6), 프로세스 가스가 통과해 흐를 수 있게 하는 프로세스 가스 입구(7)와 프로세스 가스 출구(8), 및 적어도 하나의 회전 요소(9)를 포함한 압축 또는 진공 챔버(5); - 제2 하우징(16) 및 적어도 하나의 회전 요소(9)를 지지하는 적어도 하나의 베어링(17)을 포함한 구동 모듈(15); 및 - 커버(19)를 포함하고 압축기 또는 진공 펌프(1)에 의해 생성된 소음을 완화시키도록 구성된 소음 장치(18)를 포함하는, 압축기 또는 진공 펌프에 있어서, 소음 장치(18)가 팬(12)으로부터의 냉각 가스를 구동 모듈(15)을 향해 편향시키도록 구성된 리세스 구조(20)를 그 커버(19)에 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

압축기 또는 진공 펌프의 냉각 방법 및 이 방법을 적용한 압축기 또는 진공 펌프
본 발명은, 압축기 또는 진공 펌프에 관한 것으로, 냉각 가스가 통과해 흐를 수 있도록 냉각 가스 입구와 냉각 가스 출구를 갖는 케이싱; 냉각 가스 입구에 장착되고, 팬 하우징을 포함하며, 냉각 가스를 케이싱 내로 송풍하도록 구성된 팬; 제1 하우징, 프로세스 가스가 통과해 흐를 수 있게 하는 프로세스 가스 입구와 프로세스 가스 출구, 및 적어도 하나의 회전 요소를 포함한 압축 또는 진공 챔버; 제2 하우징 및 적어도 하나의 회전 요소를 지지하는 적어도 하나의 베어링을 포함한 구동 모듈; 및 커버를 포함하고 압축기 또는 진공 펌프에 의해 생성된 소음을 완화시키도록 구성된 소음 장치를 포함하는, 압축기 또는 진공 펌프에 관한 것이다.
압축기 또는 진공 펌프의 다양한 구성 요소들의 온도를 제어 하에 유지하는 것은 설계자들이 직면하고 있는 과제이다.
기존의 구조 중 몇몇은 압축기 또는 진공 펌프의 내부로부터 공기를 추출하고 그 공기를 주변 환경으로 송풍하고 있는 한편, 다른 구조에서는 그 구성 요소들을 제조하는 데에 이용된 상이한 커버 재료의 대류 능력을 이용한다.
그 일례는, 2개의 공기 흐름을 생성하여 압축기 유닛의 상이한 구역들을 냉각하는 2개의 팬을 이용하는 공기 압축기를 위한 레이아웃을 개시하는 Hitachi Koki Co. 명의의 US 2009/0 194 177 A1에서 확인할 수 있다.
이러한 구조는 2개의 팬을 이용하기 때문에, 공기가 케이싱 내로 들어갈 수 있게 하는 3개의 상이한 영역과, 공기가 케이싱으로부터 주변 환경으로 흘러나올 수 있게 하는 다른 3개의 영역이 케이싱에 마련된다.
3개의 입구와 3개의 출구를 마련함으로써, 추가적인 절삭 및 다듬질 단계가 수행되어야 할 것이기 때문에 케이싱의 제조는 더욱 복잡해진다. 몇몇 경우에, 그러한 입구와 출구는 케이싱에 대해 구조적 약화 지점을 생성한다. 이로 인해, 추가적 보강재가 추가될 필요가 있고, 이는 사실상 제조 시간을 증가시고 그리고 절대적으로 제조비용을 증가시킨다.
그러한 구조의 다른 단점은 2개의 팬 각각이 구동 유닛에 연결되어야 한다는 점에서, 레이아웃의 복잡성이다.
다른 일례는 외부 환경으로부터 공기를 빨아들여 그 공기를 펌프 케이싱을 향해 보내는 팬을 포함하는 진공 펌프를 개시하는 Varian Associates 명의의 US 4,283,167A에서 확인할 수 있다. 그 케이싱은 또한 냉각을 위해 그 표면을 따라 수평 및 수직으로 연장하는 핀을 포함한다.
테스트에서는 진공 펌프의 작동 중에, 상이한 온도 영역이 구성 요소들 간에 형성되고 있고 인접하게 배치된 구성 요소들은 서로의 온도에 영향을 미치는 것을 보여주었다. 상기한 진공 펌프의 단점 중 하나는 그러한 영역이 결정되지 못하거나 냉각의 측면에서 상이하게 처리된다는 점이다. 이로 인해, 냉각 프로세스는 효율적이지 못해 진다.
게다가, 인접하게 배치된 상이한 구성 요소들의 영향으로 인해, 반드시 그럴 필요가 없는 요소에 대해 높은 열저항을 갖는 재료를 선택할 필요가 있고, 이는 그 유닛의 제조비용을 증가시킨다. 한편, 그러한 재료가 사용되지 않는다면, 진공 프로세스에 수반되는 높은 온도가 그 구성 요소들을 조기에 마모시킬 것이다.
상기한 단점들을 감안하여, 본 발명의 과제는 구성 요소들의 원하는 온도를 효율적으로 유지할 수 있는 압축기 또는 진공 펌프를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 과제는 종래의 유닛보다 작은 풋프린트(footprint)를 갖고 레이아웃이 보다 간단한 압축기 또는 진공 펌프를 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명은 이용되는 구성 요소들의 수명을 증가시키는 한편, 인접한 상이한 구성 요소들이 서로의 온도에 영향을 받을 우려를 감소시키는 것을 목표로 한다.
본 발명의 또 다른 과제는 압축기 또는 진공 펌프의 조립 및 분해를 용이하게 하는 데에 있다. 이로 인해, 제조 및 유지보수 시간을 감소시킬 수 있다.
본 발명은 아래와 같은 압축기 또는 진공 펌프를 제공함으로써 상기한 과제 및/또는 기타 과제 중 적어도 하나를 해결하는데, 그 압축기 또는 진공 펌프는,
- 냉각 가스가 통과해 흐를 수 있도록 냉각 가스 입구와 냉각 가스 출구를 갖는 케이싱;
- 냉각 가스 입구에 장착되고, 팬 하우징을 포함하며, 냉각 가스를 케이싱 내로 송풍하도록 구성된 팬;
- 제1 하우징, 프로세스 가스가 통과해 흐를 수 있게 하는 프로세스 가스 입구와 프로세스 가스 출구, 및 적어도 하나의 회전 요소를 포함한 압축 또는 진공 챔버;
- 제2 하우징 및 적어도 하나의 회전 요소를 지지하는 적어도 하나의 베어링을 포함한 구동 모듈; 및
- 커버를 포함하고 압축기 또는 진공 펌프에 의해 생성된 소음을 완화시키도록 구성된 소음 장치를 포함하며,
그 소음 장치는 팬으로부터의 냉각 가스를 구동 모듈을 향해 편향시키도록 구성된 리세스 구조를 그 커버에 포함한다.
소음 장치가 그 커버에 리세스 구조를 포함하기 때문에, 팬으로부터 오는 냉각 가스를 구동 모듈을 향해 편향시킬 수 있어, 구동 모듈의 구성 요소들이 고온에 도달하는 것을 방지할 수 있다.
케이싱이 이를 통과하는 냉각 가스의 흐름을 가능하게 하도록 냉각 가스 입구와 냉각 가스 출구만을 포함하기 때문에, 본 발명에 따른 압축기 또는 진공 펌프는 압축 또는 진공 프로세스를 달성하는 데에 요구되는 구성 요소들만을 이용함으로써 상이한 구성 요소들의 효율적 냉각을 달성한다.
본 발명에 따른 압축기 또는 진공 펌프는 냉각을 필요로 하는 곳으로 냉각 가스 흐름을 안내하는 데에 케이싱을 비롯한 그 구성 요소들을 이용하고 있다. 따라서, 모든 구성 요소들의 온도는 효율적인 방식으로 원하는 한계 아래로 유지된다.
이러한 식으로 냉각이 수행되기 때문에, 압축기 또는 진공 펌프의 풋프린트는, 인접한 구성 요소들 사이의 공간이 고온을 보일 것으로 알려진 곳으로 냉각 가스 흐름을 집중시키기 위한 채널을 생성하기에 충분하게 작도록 하는 식으로 구성 요소들을 배치함으로써, 상당히 감소될 수 있다.
이로 인해, 압축기 또는 진공 펌프의 상이한 구성 요소들이 냉각되는 정도가 또한 설계를 통해 정해질 수 있다. 따라서, 증가된 효율을 위해, 냉각 가스 흐름은, 다른 구성 요소들보다 저온에 도달하는 것으로 알려진 구성 요소들에 먼저 도달하고, 이어서 단지 케이싱 외부로 안내되기 전에서야, 고온에 도달하는 것으로 알려진 구성 요소로 보내지도록 안내될 수 있다. 이를 고려함으로써, 냉각 프로세스의 효율이 향상된다.
바람직하게는, 구동 모듈은 팬과 압축 또는 진공 챔버 사이에 배치된다.
테스트에서는 압축 또는 진공 프로세스로 인해, 압축 또는 진공 챔버 내의 프로세스 가스 및 이에 따른 압축 또는 진공 챔버의 구성 요소들이 구동 모듈의 구동 요소들보다 훨씬 더 높은 온도에 도달하는 것으로 확인되었다.
팬으로부터 오는 냉각 가스 흐름이 구동 모듈을 향해 보내지지 않는 경우, 압축 또는 진공 챔버의 온도는 구동 모듈 내의 구성 요소들의 온도에 상당한 영향을 받으며, 그 결과, 그 구성 요소들의 수명을 단축시킨다.
이러한 레이아웃으로 인해, 압축기 또는 진공 펌프의 냉각 프로세스는 훨씬 더 효율적이다.
본 발명은 또한, 압축기 또는 진공 펌프를 냉각하는 방법에 관한 것으로, 그 방법은 이하의 단계를 포함한다.
- 압축기 또는 진공 펌프의 케이싱의 냉각 가스 입구를 통해 소정 체적의 냉각 가스를 송풍하는 단계;
- 적어도 하나의 베어링을 포함한 구동 모듈의 제2 하우징의 표면을 향해 상기 체적의 냉각 가스를 편향시키는 단계;
- 적어도 하나의 회전 요소를 포함한 압축 또는 진공 챔버의 제1 하우징의 제1 표면을 향해 냉각 가스의 흐름을 안내하는 단계;
- 압축기 또는 진공 펌프에 의해 생성된 소음을 완화시키고 커버를 포함한 소음 장치를 제공하는 단계를 포함하며,
냉각 가스 입구를 통해 들어가는 상기 체적의 냉각 가스를 구동 모듈의 제2 하우징의 표면을 향해 편향시키는 단계는, 상기 체적의 냉각 가스를 소음 장치의 커버 상의 리세스 구조를 통해 안내하는 것을 더 포함한다.
본 발명에 따른 방법이 그러한 단계들을 따르기 때문에, 냉각 프로세스는, 냉각 가스 흐름이 작동 중에 보다 낮은 온도에 도달할 것으로 알려진 구성 요소들에 먼저 도달하고 단지 그 후에서야 보다 높은 온도에 도달하는 것으로 알려진 구성 요소들에 도달한다는 점에서 공지의 압축기 또는 진공 펌프에 비해 훨씬 더 효율적이다.
따라서, 상이한 구성 요소들은 냉각될 때에 상이하게 처리될 수 있고, 이로 인해, 압축기 또는 진공 펌프가 보다 높은 온도를 생성하는 것으로 알려진 보다 높은 압축 또는 보다 낮은 진공 한계에 도달하도록 설계되더라도 그러한 구성 요소를 위해 선택되는 재료는 표준적인 재료일 수 있다.
냉각 가스를 편향시키는 단계와 안내하는 단계가 상이한 구성 요소들에 의해 수행되기 때문에, 압축기 또는 진공 펌프의 풋프린트는 상당히 감소된다.
본 발명은 또한 압축기 또는 진공 펌프의 구동 모듈을 냉각하는 소음 장치의 용도에 관한 것으로, 그 소음 장치는 구동 모듈을 향해 냉각 가스 흐름을 편향시키는 리세스를 그 커버의 표면에 포함하며, 구동 모듈은 적어도 하나의 베어링을 포함한다.
본 발명은 또한 압축기 또는 진공 펌프에 의해 생성된 소음을 완화시키는 소음 장치에 관한 것으로, 소음 장치는 커버를 포함하며, 또한 소음 장치는 그 커버에 높이 H와 길이 L을 갖는 리세스 구조를 포함하며, 리세스 구조는 냉각 가스를 구동 모듈을 향해 소음 장치로부터 멀어지게 편향시키도록 거리 x에 걸쳐 비교적 직선형의 표면과, 거리 L-x에 걸쳐 비교적 만곡된 표면을 포함한다.
본 발명의 특징들을 보다 잘 제시하고자, 이하에서 본 발명에 따른 몇몇 바람직한 구성들을 첨부 도면을 참조하여 한정의 의도 없이 예로서 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압축기 또는 진공 펌프를 개략적으로 도시하며,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압축기 또는 진공 펌프의 내부 레이아웃을 개략적으로 도시하며,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 팬의 레이아웃을 개략적으로 도시하며,
도 4는 도 3에 도시한 팬을 축선 AA'에 의해 180도 만큼 회전시켜 본 것을 개략적으로 도시하며,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 소음 장치의 레이아웃의 분해도를 개략적으로 도시하며,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 진공 챔버의 내부 구성 요소들과 구동 모듈을 개략적으로 도시하며,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 구동 모듈을 개략적으로 도시하며,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 압축 또는 진공 챔버를 개략적으로 도시하며,
도 9는 도 5의 라인 XIX-XIX를 따라 부분 절취한 리세스 구조를 개략적으로 도시한다.
도 1은 케이싱(2)을 포함한 압축기 또는 진공 펌프(1)를 도시하며, 그 케이싱(2)은 또한 소정 체적의 냉각 가스가 통과해 흐를 수 있게 하는 냉각 가스 입구(3) 및 냉각 가스 출구(4)를 포함한다.
일반적으로, 냉각 가스는 공기이지만, 본 발명이 냉각 가스로서 공기에 한정되지 않고 다른 종류의 가스로도 역시 작동할 수 있다는 점을 이해할 것이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 압축기 또는 진공 펌프(1)는 또한 제1 하우징(6)에 의해 획정된 압축 또는 진공 챔버(5), 프로세스 가스가 이를 통과해 흐를 수 있게 하는 프로세스 가스 입구(7)와 프로세스 가스 출구(8), 및 적어도 하나의 회전 요소(9)(도 6 참조)를 더 포함한다.
프로세스 가스 입구(7)는, 압축기의 경우에 가스 공급원이거나 진공 펌프의 경우에 가스 수용부(receiver)일 수 있는 외부 모듈(10)(도 1 참조)에 연결될 수 있다. 프로세스 가스 출구(8)는 또한 사용자 네트워크(11)에 연결될 수 있고, 여기에 압축가스가 제공되거나 진공이 생성된다.
본 발명의 맥락에서, 압축기 또는 진공 펌프는, 단일 스크루 압축기, 다중 스크루 압축기, 스크롤 압축기, 단일 클로 진공 펌프(claw vacuum pump), 다중 클로 진공 펌프, 단일 스크루 진공 펌프, 다중 스크루 진공 펌프, 스크롤 진공 펌프, 로터리 베인 진공 펌프 등을 포함하는 것으로 이해해야 할 것이다. 상기한 형태의 압축기 또는 진공 펌프 각각은 오일 주입식 또는 오일 프리(oil-free)식일 수 있다.
상기한 적어도 하나의 회전 요소(9)는 회전에 의해 진공 또는 압축가스를 생성하는 상기한 압축기 또는 진공 펌프의 적어도 하나의 스크루, 스크롤 또는 클로를 나타낸다는 점을 이해해야 할 것이다.
본 발명의 압축기 또는 진공 펌프(1)는 또한 냉각 가스 입구(3)에 장착된 팬(12)을 포함하고, 이 팬(12)은 임펠러(도시 생략) 및 팬 하우징(13)을 포함하고, 케이싱(2) 내에 냉각 가스를 송풍하도록 구성된다.
한정하되는 것은 아니지만 바람직하게는, 팬 하우징(13)은 케이싱(2)을 향한 측에서 볼류트(volute) 형상으로 이루어지며(도 3 참조), 이 볼류트는 임펠러에 의해 구동되는 냉각 가스를 케이싱(2)의 내부로 보내도록 채널(14)을 포함한다.
볼류트의 반대측에서 팬 하우징(13)은 그 내에 냉각 가스가 유입될 수 있게 하는 적어도 하나의 오리피스를 포함하며, 이 오리피스는 케이싱(2)의 내부를 향해 임펠러의 이동에 의해 변위된다.
바람직하게는, 팬 하우징(13)은 또한 보다 큰 체적의 냉각 가스가 임펠러에 도달할 수 있게 하는 오리피스를 그 측부에 포함한다.
압축기 또는 진공 펌프(1)는 또한 구동 모듈(15)(도 2 및 도 7 참조)을 포함하며, 이 구동 모듈(15)은 제2 하우징(16) 및 상기한 적어도 하나의 회전 요소(9)를 지지하는 적어도 하나의 베어링(17)(도 6 참조)을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 압축기 또는 진공 펌프(1)는 압축기 또는 진공 펌프(1)에 의해 생성된 소음을 완화시키도록 구성되고 커버(19)를 포함하는 소음 장치(18)를 포함한다(도 5 참조).
바람직하게는, 소음 장치(18)는 팬(12)으로부터의 냉각 가스를 구동 모듈(15)을 향해 편향시키도록 구성된 리세스 구조(20)를 그 커버(19)에 포함한다.
도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 리세스 구조(20)는 높이 H와 길이 L을 가지며, 바람직하게는 팬(12)으로부터 오는 냉각 가스 흐름이 리세스 구조(20) 내에서 거리 x에 걸쳐 그 궤적을 유지할 수 있도록 설계된다. 거리 L-x에 걸쳐, 리세스 구조(20)는 바람직하게는 구동 모듈(15)을 향해 소음 장치(18)로부터 멀어지게 냉각 가스 흐름을 편향시키는 슬로프 또는 만곡 표면을 포함한다.
본 발명에 따른 하나의 실시예에서, 리세스 구조(20)는 전체 거리 L에 걸쳐 슬로프를 포함할 수 있고, 이 경우, x는 제로일 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예에서, 리세스 구조(20)는 상기한 바와 같이 높이 H 및 길이 L을 갖는 2개 이상의 채널을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 실시예에서, 리세스 구조(20)는 라운드진 에지를 갖는 삼각형의 형상으로 이루어질 수 있고, 팬(12)의 채널(14)을 향한 측에 그 삼각형의 밑변이 있고, 구동 모듈(15) 부근에 삼각형의 정점(tip)이 있다. 그 삼각형은 거리 L에 걸쳐 연속적인 슬로프를 생성할 수 있고, 이 경우 x는 제로일 수 있으며, 혹은 그 슬로프는 소음 장치(18)의 커버(19)의 에지로부터 거리 x(여기서, x는 제로가 아닌 값을 가짐)에서 시작할 수 있다.
리세스 구조(20)로 인해, 압축기 또는 진공 펌프(1)는, 팬(12)으로부터 오는 냉각 가스 흐름의 방향을 제어하기 위해 그 구성 요소를 이용할 수 있게 되고 또한 그러한 냉각 가스 흐름이 접촉하게 되는 구성 요소의 표면의 제어를 가능하게 한다. 이로 인해, 보다 효율적이면서 예측 가능한 결과를 갖는 보다 제어된 냉각 프로세스가 설계될 수 있다.
바람직하게는, 구동 모듈(15)은 또한 적어도 하나의 베어링(17)을 냉각 및/또는 윤활하는 오일 배스를 제2 하우징(16) 내에 포함하며, 이 오일 배스는 도면에서는 도시 생략하였다.
밀봉을 위해, 제2 하우징(16) 내에 시일(21)이 마련되며(도 6 참조), 이 시일(21)은 바람직하게는 오일이 구동 모듈(15)을 빠져나가는 것을 방지하도록 압축 또는 진공 챔버(5)를 향한 측에 배치된다.
통상적으로, 제2 하우징(16)은 예를 들면, 철, 스테인리스강, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 임의의 기타 금속 또는 그 합금 등을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 금속으로 제조될 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 적어도 하나의 회전 요소(9)는 압축 또는 진공 챔버(5) 내에 에워싸인 로터 바디, 및 구동 모듈(15) 내에 에워싸여 있고 그 둘레에 베어링(17) 및 시일(21)이 마련된 로터 샤프트를 포함한다는 점을 이해해야 할 것이다. 바람직하게는, 적어도 하나의 회전 요소(9)는 또한 압축 또는 진공 챔버(5)의 제1 하우징(6)을 빠져나가기 전에 가스 시일(22)을 포함한다. 이로 인해, 제1 및 제2 하우징(6, 16)은, 구동 모듈(15)의 제2 하우징(16) 내로 들어가는 적어도 하나의 회전 요소(9)의 로터 샤프트를 제외하고 서로에 대해 밀봉된다.
통상적으로, 효율성을 위해, 시일(21)과 가스 시일(22)은 모두 다양한 종류의 폴리머 또는 고무(합성 또는 천연) 등의 재료로 제조될 수 있으며, 그러한 재료는 적어도 하나의 베어링(17) 또는 제2 하우징(16) 등의 기타 구성 요소들과 비교해 비교적 낮은 용융점을 갖는 것으로 알려져 있다.
이로 인해, 구동 모듈(15)의 온도는 시일(21)에 이용되는 재료에 기초하여 결정되는 소정 한계 아래로 유지될 필요가 있다. 게다가, 오일 배스 내의 오일의 온도도 역시 오일의 특성을 변경시키지 않기 위해, 소정 한계 아래로 유지될 필요가 있다.
팬(12)으로부터 오는 냉각 가스 흐름을 리세스 구조(20)에 의해 구동 모듈(15)을 향해 편향시킴으로써, 구성 요소들의 온도는 그 한계 아래에 유지되어, 시일(21) 및 오일 배스 내의 오일의 수명을 연장시킨다. 이로 인해, 압축기 또는 진공 펌프(1)의 주기적 유지보수는 보다 긴 시간의 경과 후에 수행될 수 있어, 본 발명에 따른 압축기 또는 진공 펌프(2)가 비용이 덜 들고 보다 신뢰성 있게 할 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 압축기 또는 진공 펌프(1)가 이중 스크루, 이중 투쓰(double tooth) 또는 이중 클로 압축기 또는 진공 펌프(1)인 경우, 구동 모듈(15)은 2개의 베어링(17)을 포함하며, 각 베어링은 하나의 회전 요소(9)를 지지하는 데에 이용되고, 적어도 하나의 시일(21)을 구비하고 또한 하나의 로터 샤프트 둘레에 마련된다는 점을 이해해야 할 것이다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 압축기 또는 진공 펌프(1)는 또한 압축 또는 진공 챔버(5)의 제1 하우징(6)과 구동 모듈(15)의 제2 하우징(16) 사이에 채널 구조(23)를 포함하여, 냉각 가스가 제1 및 제2 하우징(6, 16) 간에 흐를 수 있게 한다(도 7 및 도 8 참조).
바람직하게는, 채널 구조(23)는 냉각 가스 흐름이 압축 또는 진공 챔버(5)의 제1 하우징(6) 또는 구동 모듈(15)의 제2 하우징(16) 내로 유입되는 것을 방지하도록 하는 식으로 생성된다.
이로 인해, 냉각 가스층이 압축기 또는 진공 펌프(1)의 작동 중에 제1 및 제2 하우징(6, 16) 사이에 유지된다.
일례로서 도 7에 도시한 바와 같이, 채널 구조(23)는 제1 하우징(6)을 향한 측에서 구동 모듈(15)의 제2 하우징(16)의 외벽 부근에서 양 측벽 부근에 생성된 홈의 형상으로 이루어질 수 있다. 따라서, 구동 모듈(15)의 제2 하우징(16)과 압축 또는 진공 챔버(5)의 제1 하우징(6)이 압축기 또는 진공 펌프(1) 내에 장착되는 경우, 채널 구조(23)는 제1 및 제2 하우징(6, 16) 사이에 생성되어, 냉각 가스가 리세스 구조(20)에 의해 편향된 후에 제1 및 제2 하우징(6, 16) 사이를 이동할 수 있고 또한 소음 장치(18)가 장착된 곳과는 반대측에서 케이싱(2)에 도달할 수 있도록 된다.
본 발명에 따른 다른 실시예에서, 압축기 또는 진공 펌프(1)가 2개의 베어링(17)을 포함하는 경우, 채널 구조(23)는 2개의 베어링(17) 사이에도 생성될 수 있으며, 혹은 채널 구조(23)는 제1 하우징(6)을 향한 측에서 측벽들에 근접하게 생성된 홈과 2개의 베어링(17) 사이에 생성된 채널 구조(23)를 포함할 수 있다.
상기한 냉각 채널 구조(23)는 제2 하우징(16)의 외벽과 대략 평행하거나 및/또는 2개의 베어링(17) 사이의 채널에 이를 때에 대략 직선형인 등의 간단한 구조를 가질 수 있거나, 보다 복잡한 불규칙 또는 구불구불한 형상을 가질 수도 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예에서, 채널 구조(23) 및/또는 구조의 홈 형태는 또한 핀을 포함할 수 있다. 이들 핀은 라디에이터로서 기능하기 때문에 냉각 프로세스의 효율을 증가시킨다.
본 발명에 따른 또 다른 실시예에서, 제1 및 제2 하우징(6, 16)은 단일 하우징으로서 생성될 수 있고, 냉각 채널 구조(23)는 주조를 통해 생성될 수 있다.
테스트에서는 압축 또는 진공 챔버(5) 내의 프로세스 가스의 온도가 베어링(17) 및 구동 모듈(15) 내의 오일보다 훨씬 더 높은 온도에 도달하는 것으로 확인되었다. 이로 인해, 생성된 냉각 가스층은, 전도를 통한 제1 및 제2 하우징(6, 16) 간의 온도 영향의 우려를 감소시킨다는 점에서 매우 중요해진다. 이와 동시에, 냉각 가스 흐름은 압축 또는 진공 챔버(5)의 제1 하우징(6)과 구동 모듈(15)의 제2 하우징(16) 모두에 대해 효율적인 냉각을 달성한다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 구동 모듈(15)은 팬(12)과 압축 또는 진공 챔버(5) 사이에 배치된다.
이러한 레이아웃을 채용함으로서, 압축기 또는 진공 펌프(1)의 유지보수가 매우 용이한 방식으로 수행될 수 있다.
진공 펌프(1)의 예를 들면, 적어도 하나의 회전 요소(9)의 주기적 청소를 수행할 필요가 있는 것으로 알려져 있다. 팬(12)과 진공 챔버(5) 사이에 구동 모듈(15)을 배치함으로써, 본 발명에 따른 진공 펌프의 사용자는 단지 진공 펌프(1)의 케이싱(2)과 진공 챔버(5)의 제1 하우징(6)을 개방하고, 적어도 하나의 회전 요소(9)를 분리하여 청소한 후, 그 용례에 진공 펌프를 계속 이용하면 된다.
이로 인해, 유지보수가 사용자에 의해 수행될 수 있어, 유지보수 비용이 훨씬 낮아지고 또한 진공 펌프가 사용되지 못하는 시간을 훨씬 단축시킬 수 있다.
제조의 용이성 및 콤팩트함을 위해, 팬(12)과 적어도 하나의 베어링(17)은 공통 샤프트 상에 장착되는 것이 바람직하다.
본 발명은 전술한 레이아웃에 제한되는 것이 아니라, 팬(12)과 적어도 하나의 베어링(17)은 또한 상이한 샤프트들에 장착될 수도 있다는 점을 이해해야 할 것이다.
바람직하게는, 압축기 또는 진공 펌프(1)는 또한 케이싱(2)의 외부에 배치되어 적어도 하나의 회전 요소(9)를 구동하는 모터(24)를 포함한다.
압축기 또는 진공 펌프(1)는 모터(24)와 팬(12) 사이에 마련된 열차폐 기구(thermal shield)(도시 생략)를 포함할 수 있다. 열차폐 기구는, 금속 플레이트, 라디에이터, 단열 재료, 및 모터의 케이싱 내에 장착되어 냉각 가스의 흐름을 압축기 또는 진공 펌프(1)로부터 멀어지게 안내하는 팬으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 혹은 모터(24)가 압축기 또는 진공 펌프(1)로부터 최소한의 거리를 두고 배치되어, 이들 둘 간의 가능한 열 영향이 제거되도록 할 수도 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예에서, 팬(12)은 케이싱(2) 내에 배치되고, 또한, 모터(24)에 의해 야기되는 온도 영향을 받는 일 없이 케이싱(2)의 외부로부터 팬(12)이 냉각 가스를 회수할 수 있게 하도록 천공 재료의 영역을 포함할 수 있다. 그러한 영역은 케이싱(2)의 적어도 하나의 측부에 또는 케이싱(2)의 2개의 측부에 생성될 수 있고, 바람직하게는 그 영역은 케이싱의 3개의 측부에 생성될 수 있고, 훨씬 더 바람직하게는, 그 영역은 팬(12)의 둘레를 따라 케이싱(2)에 생성될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 팬(12)은 소정 체적의 냉각 가스가 임펠러에 도달할 수 있게 하는 적어도 하나의 오리피스(26)를 포함할 수 있다. 한정되는 것은 아니지만 바람직하게는, 냉각 효율의 증가를 위해, 팬(12)은 그 둘레에 걸쳐 및/또는 그 중심을 통해 복수의 오리피스(26)를 포함한다.
바람직하게는, 모터(24)는 팬(12)을 회전시키는 샤프트를 구동하며, 이 샤프트는 또한 구동 모듈(15)의 제2 하우징(16) 내에서 그 샤프트를 적어도 하나의 베어링(17)과 연결함으로써 적어도 하나의 회전 요소(9)도 회전시킨다.
압축기 또는 진공 펌프(1)가 2개의 회전 요소(9)를 갖는 경우, 불 기어(bull gear)(27)(도 6 참조)가 모터에 의해 구동되는 회전 요소(9)의 운동을 다른 회전 요소(9)의 운동과 동기화시키는 데에 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예에서, 모터(24)는 적어도 하나의 회전 요소(9)를 구동하는 샤프트와는 개별적으로 팬(12)이 장착된 샤프트를 구동할 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 실시예에서, 팬(12)은 적어도 하나의 회전 요소(9)와는 다른 모터(도시 생략)에 의해 구동될 수 있다.
팬(12)은 팬 하우징(13)의 볼류트가 구동 모듈(15)의 제2 하우징(16)과 직접 접촉하여 중첩되도록 장착될 수 있거나, 팬(12)은 구동 모듈(15)의 제2 하우징(16)에 수직으로 배치될 수도 있다.
훨씬 더 효율적인 냉각을 위해, 압축기 또는 진공 펌프(1)는 압축 또는 진공 챔버(5)의 제1 하우징(6)에 배치된 라디에이터(25)를 더 포함할 수 있다.
압축기 또는 진공 펌프(1)가 그러한 레이아웃을 갖기 때문에, 모든 구성 요소들의 효율적 냉각이 수행되며, 고온에 도달하는 영역으로 인해 발생할 수 있는 변형의 위험은 최소화 또는 심지어 제거될 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 소음 장치(18)는 압축 또는 진공 챔버(5) 아래에 배치된다.
이로 인해, 본 발명에 따른 압축기 또는 진공 펌프(1)는 기존의 것과 비교해 매우 콤팩트하다.
바람직하게는, 소음 장치(18)는, 압축 또는 진공 챔버(5)의 제1 하우징(6)이 리세스 구조(20)의 길이 L 다음에 시작하도록 압축 또는 진공 챔버(5) 아래에 위치한다. 훨씬 더 바람직하게는, 소음 장치(18)는, 리세스 구조(20)를 통해 흐르는 냉각 가스가 압축 또는 진공 챔버(5)의 제1 하우징(6)과 구동 모듈(15)의 제2 하우징(16) 사이로 보내지도록 배치된다.
압축 또는 진공 챔버(5)의 제1 하우징(6)은 소음 장치(18)의 커버(19) 상에 바로 배치될 수 있다.
이로 인해, 팬(12)으로부터 오는 냉각 가스 흐름은 리세스 구조(20) 내에서 길이 L를 따라 안내되고, 또한 제1 및 제2 하우징(6, 16) 사이의 채널 구조를 통해 안내된다. 따라서, 팬(12)으로부터 오는 냉각 가스는 전체 케이싱(2) 내에서 소멸되도록 허용되지 않고, 그 경로는 압축기 또는 진공 펌프(1)의 레이아웃을 통해 제어된다.
냉각 가스 흐름이 제1 및 제2 하우징(6, 16) 사이의 채널 구조를 통과한 후, 그 냉각 가스 흐름은 케이싱(2)에 도달하며, 이 케이싱(2)은 바람직하게는 압축 또는 진공 챔버(5)의 제1 하우징(6)의 제1 표면을 따라 냉각 가스 흐름을 편향시키는 수단, 그 냉각 가스 흐름을 압축 또는 진공 챔버(5)의 제1 하우징(6)의 제2 표면을 따라 소음 장치(18)의 방향으로 다시 보내는 수단, 및 냉각 가스 흐름을 케이싱(2)의 외부로 안내하는 수단을 포함한다.
바람직하게는, 상기한 편향시키고 소음 장치로 다시 보내고 외부로 안내하는 수단들은, 케이싱(2), 이 케이싱(2)에 부착된 추가적 구성 요소, 또는 냉각 가스 흐름의 방향을 변경하도록 배치된 압축기 또는 진공 펌프(1)의 다른 구성 요소들의 특정 굴곡부의 형상으로 이루어질 수 있다.
따라서, 냉각 가스 흐름은 외부 환경으로 보내지기 전에 압축 또는 진공 챔버(5)의 3개의 면을 통과할 것이다. 이로 인해, 가장 높은 온도가 발생하는 압축 또는 진공 챔버(5)는 압축기 또는 진공 펌프(1)의 전체 작동을 통해 효율적으로 냉각된다.
한정되는 것은 아니지만 바람직하게는, 압축기 또는 진공 펌프(1)는 클로 압축기 또는 진공 펌프이다.
본 발명은 또한 압축기 또는 진공 펌프(1)를 냉각시키는 방법에 관한 것으로서, 외부 환경으로부터의 소정 체적의 냉각 가스가 압축기 또는 진공 펌프(1)의 케이싱(2)의 냉각 가스 입구(3)를 통해 송풍된다. 그 체적의 냉각 가스는 케이싱의 냉각을 위해 구동 모듈(15)의 제2 하우징(16)의 표면을 향해 편향된다. 구동 모듈(15)은 적어도 하나의 베어링(17)을 포함한다.
이이서, 냉각 가스의 흐름은, 그 역시 냉각될 적어도 하나의 회전 요소(9)를 포함하는 압축 또는 진공 챔버(5)의 제1 하우징(6)의 제1 표면을 향해 안내된다.
본 발명에 따른 방법은 또한 압축기 또는 진공 펌프(1)에 의해 생성된 소음과 어쩌면 진동도 함께 완화시키고 커버(19)를 포함한 소음 장치(18)를 제공하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 체적의 냉각 가스는, 그 체적의 냉각 가스가 소음 장치(18)의 커버(19) 상의 리세스 구조(20)를 통해 안내됨으로써, 구동 모듈(15)의 제2 하우징(16)의 표면을 향해 편향된다.
압축기 또는 진공 펌프(1)의 완벽한 냉각을 위해, 그 방법은 또한 냉각 가스의 흐름을 압축 또는 진공 챔버(5)의 제1 하우징(6)의 제1 표면에서부터 제2 표면을 따라, 또한 케이싱(2)의 냉각 가스 출구(4)를 통해 안내하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 방법은 또한 압축 또는 진공 챔버(5)의 제1 하우징(6)과 구동 모듈(15)의 제2 하우징(16) 사이에 채널을 마련함으로써 편향된 냉각 가스의 흐름을 구동 모듈(15)의 높이를 따라 안내하는 단계를 더 포함한다.
본 발명은 또한 압축기 또는 진공 펌프(1)의 구동 모듈(15)을 냉각시키는 소음 장치(18)의 용도에 관한 것으로, 그 소음 장치(18)는 구동 모듈(15)을 향해 냉각 가스 흐름을 편향시키는 리세스 구조(20)를 그 커버(19)의 표면에 포함하며, 구동 모듈(15)은 적어도 하나의 베어링(17)을 포함한다.
본 발명은 또한 압축기 또는 진공 펌프에 의해 생성된 소음을 완화시키고 커버(19)를 포함하는 소음 장치에 관한 것으로, 그 소음 장치(18)는 그 커버(19)에 높이 H와 길이 L을 갖는 리세스 구조(20)를 포함하는 것을 특징으로 하며, 리세스 구조(20)는 냉각 가스를 구동 모듈(15)을 향해 소음 장치(18)로부터 멀어지게 편향시키도록 거리 x에 걸쳐 비교적 직선형의 표면과, 거리 L-x에 걸쳐 비교적 만곡된 표면을 포함한다.
본 발명이 예로서 설명하고 도면에 도시한 실시예들에 결코 제한되는 것이 아니라, 그러한 압축기 또는 진공 펌프(1) 및/또는 소음 장치(18)는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 변형예로 구현될 수 있다.

Claims (16)

  1. 압축기 또는 진공 펌프로서:
    - 냉각 가스를 통과시키는 냉각 가스 입구(3)와 냉각 가스 출구(4)를 갖는 케이싱(2);
    - 상기 냉각 가스 입구(3)에 장착되고, 팬 하우징(13)을 포함하며, 상기 냉각 가스를 상기 케이싱(2) 내로 송풍하도록 구성된 팬(12);
    -제1 하우징(6)에 의해 획정되고, 프로세스 가스를 통과시키는 프로세스 가스 입구(7)와 프로세스 가스 출구(8), 및 적어도 하나의 회전 요소(9)를 포함한 압축 또는 진공 챔버(5);
    - 제2 하우징(16) 및 상기 적어도 하나의 회전 요소(9)를 지지하는 적어도 하나의 베어링(17)을 포함한 구동 모듈(15); 및
    - 커버(19)를 포함하고 상기 압축기 또는 진공 펌프(1)에 의해 생성된 소음을 완화시키도록 구성된 소음 장치(18)
    를 포함하고,
    상기 소음 장치(18)는 상기 팬(12)으로부터의 냉각 가스 흐름을 상기 구동 모듈(15)을 향해 편향시키도록 구성된 리세스 구조(20)를 그 커버(19)에 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 또는 진공 펌프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동 모듈(15)은 상기 적어도 하나의 베어링(17)에 대해 냉각과 윤활 중 어느 하나 또는 둘 모두를 행하기 위한 오일 배스를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 또는 진공 펌프.
  3. 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 베어링(17)은 오일이 상기 구동 모듈(15)을 빠져나가는 것을 방지하는 시일(21)을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 또는 진공 펌프.
  4. 제1항에 있어서, 상기 압축 또는 진공 챔버(5)의 제1 하우징(6)과 상기 구동 모듈(15)의 제2 하우징(16) 사이에, 냉각 가스가 상기 제1 및 제2 하우징(6, 16) 사이에서 흐를 수 있게 하는 채널 구조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 또는 진공 펌프.
  5. 제1항에 있어서, 상기 구동 모듈(15)은 상기 팬(12)과 상기 압축 또는 진공 챔버(5) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 압축기 또는 진공 펌프.
  6. 제5항에 있어서, 상기 팬(12)과 상기 적어도 하나의 베어링(17)은 공통 샤프트 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 압축기 또는 진공 펌프.
  7. 제6항에 있어서, 상기 케이싱(2)의 외부에 배치되어 상기 적어도 하나의 회전 요소(9)를 구동하는 모터(24)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 또는 진공 펌프.
  8. 제1항에 있어서, 상기 압축 또는 진공 챔버(5)의 제1 하우징(6)에 위치한 라디에이터(25)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 또는 진공 펌프.
  9. 제1항에 있어서, 상기 소음 장치(18)는 압축 또는 진공 챔버(5) 아래에 배치되는 것을 특징으로 하는 압축기 또는 진공 펌프.
  10. 제1항에 있어서, 상기 압축 또는 진공 챔버(5)의 제1 하우징(6)은 제1 표면 및 제2 표면을 포함하고,
    상기 케이싱(2)은 상기 압축 또는 진공 챔버(5)의 제1 하우징(6)의 상기 제1 표면을 따라 냉각 가스 흐름을 편향시키는 수단, 그 냉각 가스 흐름을 상기 압축 또는 진공 챔버(5)의 제1 하우징(6)의 상기 제2 표면을 따라 상기 소음 장치(18)의 방향으로 다시 보내는 수단, 및 그 냉각 가스 흐름을 상기 케이싱(2)의 외부로 안내하는 수단을 더 포함하며,
    상기 냉각 가스 흐름을 편향시키는 수단, 다시 보내는 수단, 및 안내하는 수단은, 케이싱(2), 상기 케이싱(2)에 부착된 추가적 구성 요소, 또는 냉각 가스 흐름의 방향을 변경하도록 배치된 압축기 또는 진공 펌프(1)의 다른 구성 요소들의 굴곡부의 형상에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 압축기 또는 진공 펌프.
  11. 제1항에 있어서, 상기 압축기 또는 진공 펌프(1)는 클로 압축기 또는 진공 펌프인 것을 특징으로 하는 압축기 또는 진공 펌프.
  12. 압축기 또는 진공 펌프를 냉각하는 방법으로서,
    - 상기 압축기 또는 진공 펌프(1)의 케이싱(2)의 냉각 가스 입구(3)를 통해 소정 체적의 냉각 가스를 송풍하는 단계;
    - 적어도 하나의 베어링(17)을 포함한 구동 모듈(15)의 제2 하우징(16)의 표면을 향해 상기 소정 체적의 냉각 가스를 편향시키는 단계;
    - 적어도 하나의 회전 요소(9)를 포함한 압축 또는 진공 챔버(5)의 제1 하우징(6)의 제1 표면을 향해 냉각 가스의 흐름을 안내하는 단계;
    - 상기 압축기 또는 진공 펌프(1)에 의해 생성된 소음을 완화시키고 커버(19)를 포함한 소음 장치(18)를 제공하는 단계
    를 포함하고,
    상기 냉각 가스 입구(3)를 통해 들어가는 상기 소정 체적의 냉각 가스를 상기 구동 모듈(15)의 제2 하우징(16)의 표면을 향해 편향시키는 단계는, 상기 소정 체적의 냉각 가스를 상기 소음 장치(18)의 커버(19) 상의 리세스 구조(20)를 통해 안내하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 또는 진공 펌프의 냉각 방법.
  13. 제12항에 있어서, 압축 또는 진공 챔버(5)의 제1 하우징(6)은 제1 표면 및 제2 표면을 포함하고,
    상기 압축기 또는 진공 펌프의 냉각 방법은 상기 냉각 가스의 흐름을 상기 압축 또는 진공 챔버(5)의 제1 하우징(6)의 상기 제1 표면에서부터 상기 제2 표면을 따라, 또한 상기 케이싱(2)의 냉각 가스 출구(4)를 통해 안내하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 또는 진공 펌프의 냉각 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 압축 또는 진공 챔버(5)의 제1 하우징(6)과 상기 구동 모듈(15)의 제2 하우징(16) 사이에 채널을 마련함으로써 상기 편향된 냉각 가스의 흐름을 상기 구동 모듈(15)의 높이를 따라 안내하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 또는 진공 펌프의 냉각 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
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