KR20000000513A - 2-로우터 슬라이딩 베인 컴프레서 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 로우터들이 동일한 각속도로 회전하며 슬라이딩 부재들이 평탄한 헤드들을 갖는 2-로우터 슬라이딩 부재 컴프레서에 관한 것으로서, 컴프레서는 내부 로우터의 제1단부상에 위치된 제1 단부 플레이트와, 상기 내부로우터의 제2 단부에 위치되는 제2 단부 플레이트를 가지고, 제1 단부 플레이트 및 제2 단부 플레이트의 각각은 베어링 세트를 통해 내부 로우터를 지지한다. 상기 컴프레서는 또한, 내부 로우터에 대하여 편심인 원형의 내부를 가지는 중앙 하우징을 가지며, 상기 하우징은 제1 단부 플레이트와 제2 단부 플레이트의 사이에 위치되어 있다.

Description

[발명의 명칭]

2-로우터 슬라이딩 베인 컴프레서

[기술분야]

본 발명은 로우터들이 동일한 각속도로 회전하며, 슬라이딩 베인들이 평탄한 헤드들을 갖는 2-로우터 슬라이딩 베인 컴프레서에 관한 것이다.

[배경기술]

일반적으로, 슬라이딩 베인 컴프레서는 당해기술분야에 숙련된 자들에게 잘 알려져 있으며, 예를 들면, 미국 특허 제 5,310,326호, 제4,384,828호, 제4,242,065호, 제4,132,512호 및, 제 3,877,853호 등에 기술되어 있다. 이들 미국 특허의 각각에 대한 설명이 본 명세서에 참조로 기재된다.

전형적인 단일 로우터-슬라이딩 베인 컴프레서는 시장에 나와있는 컴프레서들중 가장 오래된 형태의 하나이다. 이것이 초기에 출현한 이유는 구성이 단순하고 기계가공이 용이하다는 데 있다. 그의 단점은 아주 소형의 장치를 제외하고는 저속으로 작동해야 하고, 큰 칫수의 컴프레서를 요한다는 것이며, 그의 효율은 그의 칫수를 보상할 정도로 충분히 높지 않다. 그 결과, 아주 작은 용량의 것을 제외하고는, 전형적인 슬라이딩 베인 컴프레서는 슬라이딩 베인 컴프레서의 초기에는 제작 할 수 없던 다른 형태의 압축장치를 발전시킨 개선된 가공 기술의 출현으로 인기를 잃게 되었다.

본 발명의 목적은, 종래의 슬라이딩 베인 컴프레서보다 실제로 더 빠른 속도로 작동될 수 있는 슬라이딩 베인 컴프레서를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 작동중에 슬라이딩 베인상에서 실제로 감소된 팁 로딩(tip loading)을 경험하는 슬라이딩 베인 컴프레서를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 종래의 슬라이딩 베인 컴프레서 보다 설제로 더 내구성이 있는 슬라이딩 베인 컴프레서를 제공하는데 있다.

<발명의 요약>

본 발명에 따라서, 로우터가 동일한 각속도로 회전하며, 슬라이딩 베인이 평탄한 헤드를 갖는 2-로우터, 슬라이딩 베인 컴프레서가 제공된다.

[도면의 간단한 설명]

본 발명은 첨부 도면과 관련하여 아래의 상세한 설명을 참조함으로써 더욱 완전하게 완전하게 이해될 것이다.

도 1은 종래의 슬라이딩 베인 컴프레서의 내부를 도시한 단면도.

도 1A는 도 1의 슬라이딩 베인 컴프레서를 확대하여 도시한 단면도로서, 그러한 컴프레서의 하우징과 베인 팁과의 사이의 접촉을 예시하는 도면.

도 2는 본 발명의 2-로우터 슬라이딩 베인 컴프레서의 양호한 실시예의 단면도로서, 단부 플레이트에 있는 2개의 로우터의 베이링 서스펜션을 예시하는 도면.

도 3은 도 2의 컴프레서의 도 2의 선 3-3을 따라 취한 단면도로서, 내부 및 외부 로우터의 구조를 예시하는 도면.

도 4 및 도 5는 도 4 및 도 5에 도시된 로우터 서스펜션이 도 2에 도시된 것과 동일하며, 상기 실시예를 다른 각도에서 예시하는, 본 발명의 2-로우터 슬라이딩 베인 컴프레서의 다른 양호한 실시예의 단면도이다.

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 고압 배출 포트로 노출되기 전에 작용 챔버내에 효과적인 유체 예압을 제공하도록 배치 및 구성된 슬라이딩 베인 타입의 2-로우터 컴프레서에 관한 것이다. 이 컴프레서는 구형의 단일 로우터-슬라이딩 베인 컴프레서의 개선된 변형예이다. 이것은 동일한 발명의 개념을 이용하는 2개의 다른 실시예를 참조하여 본 명세서에 예시된다.

본 발명은 속도 특성과 그의 효율을 향상시키는 방식으로 전형적인 슬라이딩 베인 컴프레서를 변형한 것이다.

<종래의 슬라이딩 베인 컴프레서>

예시를 위해, 본 발명의 2-로우터 슬라이딩 베인을 전형적인 단일 로우터 설계와 비교하는 것이 유익하다. 전형적인 단일 로우터 설계 구조가 도 1에 예시되어 있다. 이러한 비교는, 2-로우터 설계의 이점을 입증한다.

도 1을 참조하면, 도 1에 도시된 종래의 설계구조에 있어서, 슬라이딩 베인(10)은 로우터(12)가 샤프트(14)를 중심으로 회전할 때, 원심력에 의해 외측방향으로 방사되고, 이것에 의해 베인(10)이 고정 하우징(18)의 내면(16)에 접촉되게 된다. 하우징(18)은 흡입 통로(20) 및 배출 통로(22)를 구비하고 있다. 로우터(12)의 중심(23)과 고정 하우징 내면(16)의 중심(25)이 서로 편심(도 1A 참조)되어 있으므로, 상기 슬라이딩 베인(10)의 팁(24)은 수직 기하학적(normal geometric) 방식이나 플러시 방식(flush manner)으로 하우징과 접촉하지 않게 된다. 이론적으로는, 상기 베인(10)과 하우징 내면(16)이 선접촉할 뿐이며, 접촉압력 레벨은 비-수직 관계이므로 높다. 더욱이, 베인 팁(24)의 와이핑 속도(wiping velocity)도 높아져, 베인(10)의 팁 속도와 동일하게 된다. 높은 접촉압력과 와이핑 속도로 인해, 도 1 및 도 1A에 도시된 전형적인 단일 로우터 컴프레서는 에어 툴즈(air tools )처럼 소형 장치를 제외하고는 비교적 낮은 속도로 제한된다.

본 발명은 제2 로우터를 결합함으로써 이러한 문제점을 해결하였다. 이러한 목적을 달성하기 위한 2-로우터 컴프레서의 구성 및 작동을 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.

[실시예]

<본 발명의 바람직한 2개의 로우터 컴프레서>

도 2는 베인을 갖는 내부, 로우터(28)의 축에 따른 컴프레서의 횡단면도이다.

도 2를 참조하면, 컴프레서(26)의 주 지지구조는 단부 플레이트(30, 32)와, 중앙 하우징(34)인 것을 알 수 있다. 상기 내부 로우터(28)는 베어링(36)에 의해 단부 플레이트(30)에 그리고 베어링(38)에 의해 단부 플레이트(32)에 지지된다.

도 2 및 도 3에 예시된 실시예에 있어서, 내부 로우터(28)는 베인 슬롯(40)들과 같은 6개의 베인 슬롯들을 구비하여, 베인(42)들과 같은 6개의 베인들을 안내한다.

당해 기술분야에서 숙련된 자들에게 명백한 바와 같이, 컴프레서(26)는 베인 슬롯(40)들 및 베인(42)들을 보다 더 적거나 많이 구비할 수 있다. 따라서, 2개의 베인 슬롯(40)과 2개의 베인(40)과 같이 적게 사용될 수 있고, 이러한 베인 슬롯(40)과 베인(42)들과 같이 대략 16개 만큼 많이 이용될 수 있다. 그러나, 이러한 베인 슬롯(40)과 베인(42)을 대략 4 내지 12개 사용하는 것이 바람직하다.

다시, 도 2 및 도 3을 참조하면, 외부 로우터(44)는 단부 플레이트(30)의 베어링(48)을 통해 측면 플레이트 부재(46)와, 단부 플레이트(32)의 베어링(52)을 통해 측면 플레이트 부재(50)에 의해 지지되어 있다. 측면 플레이트 부재(46, 50)는 외부 로우터(44)용 지지부재이지만, 이들은 내부 로우터(28)용 측면 플레이트로서의 작용을 한다. 또한, 측면 플레이트(46, 50) 및 내부 로우터(28)는 상기 측면 플레이트와 로우터가 작동중에 있기 때문에, 서로에 대해 매우 제한된 속도를 가진다.

다시, 도 2 및 도 3을 참조하면, 도시된 양호한 실시예에 있어서, 외부 로우터(44)는 12개의 배출포트(54)를 가진다. 도시된 실시예에 있어서, 각각의 베인(42)에 대해 배출포트(54)가 2개씩 배치된다. 그러나, 당해 기술분야에 숙련된 자들에게 명백한 바와 같이, 더 많거나 또는 더 적은 그러한 배출포트가 사용될 수 있다. 그러나, 각각의 베인(42)에 대해 대략 1 내지 2개의 배출포트(44)를 사용하는 것이 바람직하다.

다시, 도 2 및 도 3을 참조하면, 도시된 양호한 실시예에 있어서, 외부 로우터(44)는 6개의 평탄면(56)을 가진다. 6개의 베인(48)의 헤드(58)는 6개의 베인(48)의 헤드(58)는 6개의 평탄면(56)과 결합하도록 평탄한 것이 바람직하다.

일반적으로, 각각의 베인(42)에 대하여 적어도 하나의 평탄면(56)이 구비된다. 각각의 베인(42)에 대하여 하나의 평탄면(56)이 구비되는 것이 바람직하다.

다시, 도 2 및 도 3을 참조하면, 작동중에 가스(도시 안됨)는 하우징 입구 통로(60)를 통해 유입되어 포트(54)를 통해, 베인(42), 내부 로우터(280, 및 외부 로우터(44) 사이의 작동 포켓 체적(62, 64, 66, 68 및 70)들을 채운다. 로우터(28, 44)는 화살표(74)로 표시된 방향으로 회전한다. 소정의 포인트(76)에서, 하우징(34)은 외부 로우터(44)와 밀접하게 접촉하며, 포켓 체적들은 트랩(trap)되게 된다. 회전이 계속되면, 포켓들의 체적은 감소되고, 가스는 압축되게 된다. 소정의 포인트에서, 원하는 압력 레벨에 도달할 경우, 포트(54)는 배출 포트(78)에 노출되게 되며, 가스는 작동 포켓으로 부터 유출한다. 하우징(34)의 작은 피스(80)는 포트(78)로 부터 유출하는 고압 가스와 입구 포트(60)로 부터 유출하는 고압 가스를 분리한다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예를 도시하고 있다. 도 5에 있어서, 내부 로우터(82)는 샤프트(86)를 중심으로 화살표(84) 방향으로 90도 회전한다. 당해 기술분야에 숙련된 자들에게 명백한 바와 같이, 내부 및 외부 로우터용 지지수단과, 베어링의 레이아웃을 도시하는 이들 도 4 및 도 5의 설계의 측면도는, 첫번째 설계인 도 2와 정확히 동일하다.

비록, 도 4 및 도 5의 컴프레서 중앙부에서의 개략적인 관찰을 통해 다른 컴프레셔가 도시된 것을 알 수 있다고 할찌라도, 도 4 및 도 5의 컴프레서는 도 3의 컴프레서에 채용된 바와 같은 발명 개념을 이용한다는 것이 명백하다. 따라서, 이들 컴프레서는 모두 제1 내부 로우터로 부터 발산하는 평탄한 베인 헤드와, 같은 높이에서 상호작용하는 내부 평탄부들을 갖는 제2 외부 로우터를 사용하며, 이러한 상호작용은 내부 및 외부 로우터들의 동시 회전에 의해 가능하게 된다. 실제로는, 도 4 및 도 5의 선택적인 다른 설계는 외부 로우터의 전체 내면이 직사각형으로 배치된 평탄부로 이루어지는 전체적인 구성의 제한적인 예에 불과하고, 또, 중앙 내부 로우터도 직사각형으로 되어, 각각의 대향 단부들상에서 하나의 베인을 지지한다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 외부 로우터(88)는 내부 로우터(82)를 둘러싸며, 도 3의 설계의 경우와 유사한 방식으로 내부 로우터에 대하여 편심되어 있다. 내부 로우터(82)는 샤프트(86) 주위를 회전한다. 외부 로우터(88)는 도 2의 측면 플레이트(46, 50) 처럼 측면 플레이트(도 4 및 도 5에 도시안됨)에 의해 지지되어 있다. 외부 로우터(88)는 내부 평탄부(90, 92, 94 및 96)를 구비한다. 평탄부(92, 96)는 그 로우터를 동시에 회전시키는 슬라이딩 베인(98, 100)의 평탄한 헤드와 상호 작용한다. 4개의 작동 챔버(102, 104, 106 및 108)는 도 3의 설계에서 도시된 바와 같은 방식으로, 포트(110, 112, 114 및 116)를 통해 중앙 하우징(34)내에서 입구 통로(60) 및 출구 통로(78)와 주기적으로 상호작용한다. 중앙 본체(34)의 블록(80)은 고압 출구(78)에서의 고압 가스를 입구 통로(60)내의 더 낮은 압력의 가스로 부터 분리한다.

다시, 도 4를 참조하면, 작동 챔버(104, 102)는 입구 통로(60)로부터의 신선한 가스를 소비하고, 챔버(108)는 가스가 압축되는 동안 밀봉되며, 작동 챔버(106)는 출구 포트(78)로 가스를 공급한다. 도 5와 비교하면, 로우터들은 반시계 방향으로 90도 전진되고, 작동 챔버(106 및 104)는 입구 통로(60)로 부터의 가스를 소비하고, 챔버(102)는 압축되게 되며, 작동 챔버(108)는 출구 통로(78)로 가스를 공급한다.

도 4 및 도 5의 실시예의 구성에 있어서, 양호하게는 슬라이드의 단부를 내부 로우터 블록(82)의 단부에 대해 느슨하게 지지하기 위해 슬라이드의 단부에 대한 슬라이딩 베인(98, 100)의 단부들 사이의 구조적인 결합이 존재한다. 그러나, 예시의 단순화를 위해, 이러한 구조적 결합에 대한 묘사는 도 4 및 도 5로 부터 생략되어 있다.

실시예에 있어서, 도 4 및 도 5의 장치는 내연기관으로서 이용된다.

도 3을 참조하면, 베인(40)의 원심 외향력은 외부 로우터 평탄면(56)상에 작용하는 평탄 베인 헤드(58)를 통해 외부 로우터(34)와 반작용한다. 이러한 플러쉬(flush) 접촉 관계는 내부 및 외부 로우터를 항상 동일한 각속도로 회전시킨다. 베인 헤드(58)가 로우터 평탄면(56)상에서 전후방으로 진동하는 거리는 로우터들의 각각의 회전에 대하여 내부 로우터와 외부 로우터의 회전 중심들간의 거리의 4배와 같다. 이러한 거리는 각각의 베인 헤드가 이동하는 거리의 약 10분의 1과 같다. 그러므로, 본 발명의 설계를 전통적인 단일 로우터 설계와 비교하면, 동일한 크기의 장치에 대한 베인 팁의 와이핑 속도는 약 90 퍼센트 까지 감소된다. 이것은 대단한 이점이 있다. 게다가, 베인(42)의 헤드는 같은 크기의 단일 로우터 컴프레서에서 얻어질 수 있는 외부 로우터(34)의 평탄부(56)상의 팁 접촉 면적의 적어도 10배를 갖도록 만들어질 수 있다. 베인은 T 또는 L형상으로 이루어지며, 슬롯부에서 보다 팁에서 훨씬 더 넓다. 그러므로, 본 발명의 2-로우터 설계를 채용하는데 대한 작동상의 이점은 전통적인 설계에 비해 명확하고도 압도적으로 우수하다.

도 3의 실시예에 대해 논의된 잇점은 도 4 및 도 5의 실시예에 대해 서로 동일하다는 것이 당해 기술분야에 숙련된 자들에게 명백할 것이다.

특허 문헌에는 여러 종류의 다른 2-로우터 베인 캠프레서가 발견되지만, 이들중 어느것도 2로우터의 각속도의 동기화를 대한 특징으로 하고 있지 않다. 이러한 특징은 내부 로우터와 베인의 헤드간에 일정한 수직 관계를 이루는 외부 로우터의 내측상에 평탄한 헤드를 채용하는 것을 가능하게 한다. 또한, 이것은 접촉압력을 감소시키기 위해 연장될 수 있는 평탄한 베인 헤드를 고려한다. 더욱이, 외부로우터의 위치가 베인의 위치에 구속되므로, 로우터를 둘러싸는 하우징내에 입구 및 출구 통로에 대해 밸브 기구로서 작용하는 외부 로우터에 포트들을 추가하는 것이 가능하다. 만일, 다른 설계에서 처럼, 외부 로우터가 그 자신의 속력을 베인 팁 드래그(drag)에 의존하여 구하는 것이 허용된다면, 베인과 외부 로우터 사이의 동기화가 일어나지 않으므로, 이것은 적절한 밸브장치로서 작용할 수 없다.

[산업상이용가능성]

당해 기술분야에서 숙련된 자들에게, 특별한 적용을 위해 명백한 변경이 가해질 수 있다. 외부 로우터 평탄부상의 베인의 관성력이 그 일을 하기에 불충분하게 판정될 경우, 2 로우터를 동기화 시키기 위해 측면 플레이트 부재(46)와 내부 로우터(28)(도 2 참조)의 사이에 크랭크 아암이 채용될 수 있다. 베인의 수는 감소 되거나 또는 증가될 수 있다. 베인과 베인이 상호작용하는 측면 플레이트와의 사이의 누설을 감소시키기 위해 베인의 각 단부에 스커트가 부가될 수 있거나 또는 베인을 통해 적용될 수 있다. 또한, 단부 플레이트들내로 입구 또는 출구 통로 수단을 재위치시키는 것이 가능하다.

상술한 설명은 예시적인 것에 지나지 않으며, 아래의 특허청구의 범위에 정의된 바와 같은 본 발명의 범주를 벗어나지 않고, 장치, 구성요소들과 이들의 비율, 및 결합순서와 공정단계에서는 물론, 여기에 기술된 본 발명의 다른 특징에 있어서 여러가지 변경이 가해질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (4)

1. 내부 로우터, 외부 로우터, 상기 내부 로우터 및 외부 로우터를 동일한 각속도로 회전시키는 수단 및, 상기 내부 로우터와 외부 로우터 사이에 배치된 적어도 하나의 슬라이딩 부재를 구비하는 유체를 압축시키기 위한 2-로우터 슬라이딩 베인 로우터리 컴프레서로서,

   (a) 상기 외부 로우터는 내면으로 이루어지고,

   상기 내면은 적어도 하나의 평탄부로 이루어지며, 이것에 의해 상기 내부 로우터의 회전시, 상기 슬라이딩 부재가 상기 외부 로우터와 접촉하며;

   (b) 상기 내부 로우터는 로우터의 각각의 단부상에서 지지 샤프트에 의해 지지되며;

   (c) 상기 컴프레서는 상기 내부 로우터의 제1 단부상에 위치된 제1 단부 플레이트와 상기 내부 로우터의 제2 단부상에 위치된 제2 단부 플레이트를 구비하고, 제1 단부 플레이트와 제2 단부 플레이트의 각각은 제1 베어링 세트를 통해 상기 내부 로우터를 지지하며;

   (d) 상기 컴프레서는 상기 내부 로우터에 대하여 편심인 원형의 내부를 갖는 중앙 하우징으로 이루어지고, 상기 하우징은 상기 제1 단부 플레이트와 상기 제2 단부 플레이트 와의 사이에 배치되며;

   (e) 상기 외부 로우터는 상기 내부 로우터를 둘러싸지만, 내부 로우터에 대하여 편심인 원형의 외부를 가지며,

   (f) 상기 외부 로우터는 상기 제1 단부 플레이트와 상기 제2 단부 플레이트내에 배치되는 제2 베어링 세트상에 장착되는 것을 특징으로 하는 2-로우터 슬라이딩 베인 컴프레서.
2. 제 1항에 있어서, 상기 슬라이딩 부재는 슬라이딩 베인인 것을 특징으로 하는 2-로우터 슬라이딩 베인 컴프레서.
3. 내부 로우터, 외부 로우터, 상기 내부 로우터와 상기 외부 로우터를 동일한 각속도로 회전시키기 위한 수단, 및 상기 내부 로우터와 상기 외부 로우터 사이에 배치된 적어도 하나의 슬라이딩 부재를 구비하는, 가스를 압축하기 위한 2-로우터 슬라이딩 부재 로우터리 컴프레서로서,

   (a) 상기 내부 로우터는 외면을 구비하고, 상기 외면은 적어도 하나의 평탄부로 이루어지며, 이것에 의해 상기 내부 로우터의 회전시, 상기 슬라이딩 부재는 상기 내부 로우터상의 상기 평탄면상에서 슬라이딩되어 상기 외부 로우터와 상호작용하며;

   (b) 상기 내부 로우터는 로우터의 각각의 단부를 축으로 지지 샤프트에 의해 지지되며;

   (c) 컴프레서는 상기 내부 로우터의 제1 단부에 위치된 제1 단부 플레이트와 상기 내부 로우터의 제2 단부에 위치된 제2 단부 플레이트를 구비하며, 상기 제1 단부 플레이트와 상기 제2 단부 플레이트의 각각은 제1 베어링 세트를 통해 상기 내부 로우터를 지지하며,

   (d) 상기 컴프레서는 상기 내부 로우터에 편심인 원형의 내부를 갖는 중앙 하우징으로 이루어지고, 상기 하우징은 상기 제1 단부 플레이트와 상기 제2 단부 플레이트 사이에 배치되며;

   (e) 상기 외부 로우터는 상기 내부 로우터를 둘러싸지만 내부 로우터에 대하여 편심인 원형의 외부를 구비하며;

   (f) 상기 외부 로우터는 상기 제1 단부 플레이트와 상기 제2 단부 플레이트 내에 배치된 제2 베어링 세트상에 장착되는 것을 특징으로 하는 2-로우터 슬라이딩 부재 컴프레서.
4. 제3항에 있어서,

   상기 슬라이딩 부재는 슬라이딩 베인인 것을 특징으로 하는 2-로우터 슬라이딩 부재 컴프레서.