KR20120007011A

KR20120007011A - 컴프레서

Info

Publication number: KR20120007011A
Application number: KR1020117025368A
Authority: KR
Inventors: 쥬드 베네딕트 업톤
Original assignee: 스프린텍스 오스트랄라시아 피티와이 엘티디
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2012-01-19
Also published as: CN102449312A; JP2012522157A; MY164698A; EP2411678A1; WO2010108236A1; US9528516B2; EP2411678B1; KR101792599B1; EP2411678A4; US20120093671A1

Abstract

본 발명에 따른 컴프레서(10)는 공기 흡입 판(28)과 배출구(16)를 갖는 하나의 하우징 내에 배치되어 서로 맞물려 반대로 회전하는 트위스트 된 로터들(18 및 20)을 포함한다. 상기 배출구(16)는 로터들(18 및 20)의 세로부분과 각각 평행하게 연장된 제1 모서리(60) 및 제2 모서리(70)를 갖는다. 상기 모서리들(60 및 70)의 연결부 근처의 배출구에는 하나의 간격(62)이 형성된다. 상기 로터들(18 및 20)에 의해 압축되는 공기는 그의 상응하는 모서리(60)를 통과하는 상기 로터들(18) 중의 적어도 하나의 로브(lobe)의 트레일링 에지(trailing edge)에 앞서 상기 간격(62)을 통해 새어나올 수가 있다. 상기 로터들(18 및 20)은 또한 로터(20)의 로브의 트레일링 에지가 상기 모서리(70)를 지나가기 전에 로터(18)의 로브의 트레일링 에지가 상기 모서리(60)를 지나가도록 구성된다.

Description

컴프레서{A COMPRESSOR}

본 발명은, 예를 들어, 터보차저(turbocharger), 슈퍼차저(supercharger) 및 기타 강제식 유도(forced induction) 장치들과 같은 컴프레서(compressonr)에 관한 것이다.

자동차 산업에서는 연소기관에서의 연소를 유지하기 위하여 부가적인 공기 덩어리의 흐름을 제공하기 위한 컴프레서들이 일반적으로 사용된다. 이러한 컴프레서들의 근본적인 효과는 적어도 일정 범위의 엔진 rpm에 대하여 엔진의 출력을 증가시키는 것이다. 그러한 컴프레서들의 효율성은 압력비(pressure ratio), 체적측정 효율(volumetric efficiency) 및 델타(delta) 온도를 포함하는 여러 인자들에 대해 종속적이다.

가장 흔한 유형의 컴프레서들은 터보차저 및 슈퍼차저(과급기)일 것이다. 터보차저(turbocharger)는 보통 엔진의 흡기 매니폴드로 공기가 들어가게 하는 터빈의 형태로 된 로터에 하나의 축을 통해 연결되고 엔진의 배기 가스에 의해 구동되는 팬을 구비한다. 슈퍼차저(supercharger)는 엔진에 의해 기계적으로 구동되며 흡입구로부터 배출구로 공기를 전달하는 두 개의 서로 맞물린 로터들 또는 스크루들을 통상적으로 구비한다는 점에서 상기한 터보차저와는 상이하며, 상기 배출구로부터 공기가 후속해서 흡입 매니폴드로 전달된다.

본 발명의 일 측면에 따라 제공되는 컴프레서는,

공기 흡입구와 배출구를 구비하는 하우징과,

트위스트 형태의 다수의 로브(lobe)들 또는 블레이드들을 구비하는 제1 로터(rotor)를 포함하고, 상기 각각의 로브는 리딩 에지(leading edge)와 트레일링 에지(trailing edge)를 가지며, 상기 제1 로터는 회전시 흡입구로부터 배출구로 유체를 전달할 수 있도록 구성되며,

상기 배출구는 하나의 벽(wall)과 간격(gap)을 구비하되, 상기 벽의 제1 부분은 로브 또는 블레이드의 길이부분과 실질적으로 평행한 모서리(edge)를 가지며, 상기 간격은, 트레일링 에지가 상기 모서리를 지나서 회전하기 전에, 상기 제1 로터에 의해 전달되는 유체가 상기 간격을 통해 배출구로 흘러나오는 위치에서 상기 벽에 배치된다.

상기 컴프레서는 트위스트 형태의 다수의 로브들 또는 블레이드들을 구비하는 제2 로터를 포함하고, 상기 각각의 로브는 리딩 에지(leading edge)와 트레일링 에지(trailing edge)를 가지며, 상기 제2 로터의 로브들 또는 블레이드들은 상기 제1 로터의 회전의 일부에 대해 상기 제1 로터의 로브들 또는 블레이드들과 서로 맞물리도록 구성되고, 상기 제1 및 제2 로터들은 흡입구로부터 배출구로 상기 유체를 전달하도록 협동하고, 여기서 상기 벽에는 상기 제2 로터의 로브 또는 블레이드의 길이부분과 실질적으로 평행인 모서리를 갖는 제2 부분이 제공되며, 또한 상기 간격은 상기 제2 로터의 로브 또는 블레이드의 트레일링 에지가 상기 제2 벽 부분의 모서리를 통과하기 전에 상기 간격을 통해 배출구로 상기 유체가 흘러들어가도록 설치된다.

본 발명의 제2의 측면에 따른 컴프레서는,

공기 흡입구와 배출구를 구비하는 하우징과,

상기 하우징 내에서 회전 가능한 제1 및 제2 로터를 포함하되, 상기 각각의 로터는 트위스트 형태의 다수의 로브(lobe)들을 구비하고, 상기 제1 및 제2 로터들의 로브들은 상기 제1 로터의 회전의 일부에 대해 서로 맞물리도록 구성되며, 상기 로터들은 회전시 흡입구로부터 배출구로 유체를 전달할 수 있도록 구성되고,

상기 배출구는 하나의 벽과 간격을 구비하되, 상기 벽의 제1 부분은 상기 제1 로터의 로브의 길이부분과 실질적으로 평행한 모서리를 가지며, 상기 벽의 제2 부분은 상기 제2 로터의 로브의 길이부분과 실질적으로 평행한 모서리를 가지며, 그리고 상기 간격은, 각각의 로터의 로브들의 트레일링 에지가 해당하는 벽 부분들의 상기 모서리를 지나서 회전하기 전에, 상기 로터들에 의해 전달되는 유체가 상기 배출구로 흘러들어가도록 배치된다.

상기한 양 측면에 있어 상기 간격은 하우징의 내부로 돌출할 수도 있다.

상기 하우징은 각각의 로터를 수용하도록 된, 서로 교차하는 두 개의 공동들을 포함하고 있는데, 상기 공동들 사이의 교차선을 따라 상기 하우징에는 길쭉한 마루부분(ridge)이 형성되고, 상기 간격은 상기 마루부분과 실질적으로 정렬관계로 배치된다.

상기 간격은 소정의 가로 폭을 가지며, 상기 간격은 그 폭이 교차선을 따라 측면으로 오프셋 되도록 배치된다.

상기 제1 및 제2 로터들은 서로 다른 외경을 갖도록 형성될 수 있다.

상기 제1 및 제2 로터들은 서로 다른 수의 로브들로써 형성될 수도 있다.

본 발명의 제3의 측면에 따른 컴프레서는,

공기 흡입구와 배출구를 구비하는 하우징과,

상기 하우징 내에서 회전 가능한 제1 및 제2 로터를 포함하되, 상기 각각의 로터는 트위스트 형태의 다수의 로브들을 구비하고, 상기 제1 및 제2 로터들의 로브들은 상기 제1 로터의 회전의 일부에 대해 서로 맞물리도록 구성되며, 상기 로터들은 회전시 흡입구로부터 배출구로 유체를 전달할 수 있도록 구성되고,

상기 배출구는 하나의 벽을 구비하되, 상기 벽의 제1 부분은 상기 제1 로터의 로브의 길이부분과 실질적으로 평행한 모서리를 갖는 한편, 상기 벽의 제2 부분은 상기 제2 로터의 로브의 길이부분과 실질적으로 평행한 모서리를 가지며, 상기 벽 부분들은 그들의 해당하는 로터들에 대해 나란히 배치되고, 상기 제2 로터의 맞물린 로브의 트레일링 에지가 상기 제2 벽 부분의 모서리를 지나서 회전하기 전에 상기 제1 로터의 로브의 트레일링 에지가 상기 제1 벽 부분의 모서리를 통과하도록 구성된다.

제1 로브의 리딩 에지와 트레일링 에지 사이의 횡단 거리는 상기 제2 로브의 리딩 에지와 트레일링 에지 사이의 횡단 거리와 다르다.

본 발명의 제4측면에 따르면, 흡입구 및 배출구가 제공된 하우징과, 그리고 상기 하우징 내에서 회전하는 제1 및 제2 로터들을 가지며, 상기 흡입구로부터 배출구로 유체를 전달하도록 협동하는 컴프레서를 회전시키는 방법이 제공되는바, 상기 방법은, 상기 제2 로터의 서로 맞물린 로브의 트레일링 에지에 앞서 상기 제1 로터의 로브의 트레일링 에지가 상기 배출구를 통과하도록 상기 로터들에 대하여 배출구를 구성하는 것을 포함한다.

상기 로터들에 대해 배출구를 구성하는 것은, 각각의 벽 부분이 해당하는 로브의 길이부분에 실질적으로 평행하게 연장되도록 구성된 모서리를 갖는 제1 및 제2 벽 부분들로써 상기 배출구를 형성하고, 그리고 상기 서로 맞물린 제2 로브의 트레일링 에지가 상기 제2 벽 부분의 모서리를 통과하기 전에 상기 제1 로브의 트레일링 에지가 상기 제1 벽의 모서리를 통과하도록 상기 제1 및 제2 벽 부분들을 배치하는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 제5의 측면에 따른 컴프레서는,

공기 흡입구와 배출구가 제공되고, 상기 흡입구는 제1 압력에서 유체와 통하도록 구성된 하우징과,

트위스트 형태의 다수의 로브들이 제공되고 상기 하우징 내에서 회전가능한 로터를 포함하되, 인접한 로브들은 그들 사이에 각각의 채널들을 형성하고, 각각의 채널은 상기 흡입구 근처에 흡입 단부를 가지며 그 안으로는 유체가 흡입구로부터 흐르도록 하고, 상기 채널은 로터가 회전함에 따라 배출구 쪽으로 유체를 전달하도록 구성되고,

상기 채널의 흡입 단부는 상기 채널에서 유체의 압력이 상기 제1 압력을 초과한 연후에 로터의 회전의 일부에 대해 폐쇄되게끔 구성된다.

본 발명의 제6의 측면에 따른 컴프레서는,

공기 흡입구와 배출구가 제공되고, 상기 흡입구는 제1 압력에서 유체와 통하도록 된 하우징과,

트위스트 형태의 다수의 로브들이 제공되고 상기 하우징 내에서 회전가능한 로터를 포함하되, 인접한 로브들은 그들 사이에 각각의 채널들을 형성하고, 각각의 채널은 상기 흡입구 근처에 흡입 단부를 가지며 그 안으로는 유체가 흡입구로부터 흐르도록 구성되고 상기 제1 압력에서 제1 체적의 유체를 전달하도록 구성되고, 상기 채널은 로터가 회전함에 따라 배출구 쪽으로 유체를 전달하도록 구성되고,

상기 컴프레서는 상기 제1 체적의 유체보다 더 큰 제2 체적의 유체로써 상기 채널을 충전하는 방식으로 로터가 회전함에 따라 상기 채널로의 유체의 흐름을 야기하도록 배열되며, 상기 하우징은 상기 채널에서의 상기 제2 체적의 유체가 상기 제1 체적의 유체보다 더 클 때 상기 로터의 l회전의 일부에 대해 상기 채널을 폐쇄하도록 구성된다.

본 발명의 제7의 측면에 따른 컴프레서는,

공기 흡입구와 배출구가 제공되고, 상기 흡입구는 개방부와 폐쇄부를 갖도록 된 하우징과,

상기 하우징 내에서 회전가능한 제1 및 제2 로터를 포함하되, 각각의 로터에는 트위스트 형태의 다수의 로브들이 제공되고, 상기 제1 로터의 인접한 로브들은 그들 사이에 각각의 채널들을 형성하고, 각각의 채널은 상기 흡입구 근처에 흡입 단부를 가지며, 상기 제2 로터의 각각의 로브들은 상기 제1 로터의 회전의 일부에 대해 각각의 채널들 안으로 돌출하며, 상기 로터들은 회전시 흡입구로부터 상기 채널들로 유체를 잡아당기도록 협동하고, 여기서 상기 제1 로터의 회전시의 일 포인트에서 채널에서의 유체 압력은 제1 압력을 초과하도록 하며, 그리고

상기 제1 로터 및 흡입구는, 상기 포인트 후에 상기 로터의 회전의 일부에 대해 채널의 흡입구 단부가 흡입구의 닫힌 부분 뒤에 위치하며 상기 흡입구에서의 유체와는 실질적으로 분리되도록 상대적으로 구성된다.

본 발명의 제8의 측면에 따르면, 하우징 내에서 회전 가능한 제1 및 제2 로터들을 포함하는 형태의 컴프레서를 동작하는 방법으로서, 각각의 로터에 그 로터들의 회전의 일부에 대해 서로 맞물리도록 된 트위스트 형태의 다수의 로브들이 제공된 배출구로 상기 하우징의 흡입구에서의 제1 압력으로 제공된 유체를 전달하도록 협동하며, 각각의 로터의 인접한 로브들은 각각의 채널들을 형성하는 컴프레서를 동작하는 방법이 제공되는데, 상기 방법은,

각각의 채널에 대하여, 상기 제1 압력에서의 유체를 위한 채널들의 체적 용량보다 더 큰 체적의 유체로써 상기 로터들의 회전의 제1 부분에 대한 흡입구로부터의 유체를 갖는 로터들의 적어도 하나의 채널들을 순차적으로 충전하고, 그리고 상기 제1 로터의 회전의 제2의 연속적인 부분에 대해 흡입구로부터 상기 채널들을 실질적으로 밀폐하는 과정을 포함한다.

본 발명의 제9의 측면에 따르면, 하우징 내에서 회전 가능한 제1 및 제2 로터들을 포함하는 형태의 컴프레서를 동작하는 방법으로서, 각각의 로터에 그 로터들의 회전의 일부에 대해 서로 맞물리도록 된 트위스트 형태의 다수의 로브들이 제공되는 배출구로 상기 하우징의 흡입구에서의 제1 압력으로 제공된 유체를 전달하도록 협동하며, 각각의 로터의 인접한 로브들은 각각의 채널들을 형성하는 컴프레서를 동작하는 방법이 제공되는데,

상기 방법은, 상이한 시간에서 로터들 각각에 대해 배출구를 개방하는 것을 포함한다.

상기 방법들은 서로 다른 시점에서 각 로터에 대한 흡입구를 폐쇄하는 것을 포함할 수 있다.

상기 방법들은 서로 다른 속도로 로터들을 회전시키는 것을 더 포함할 수도 있다.

상기 방법들은 상기 로터들 중의 적어도 하나의 배출구의 개방 전에 로터들에 의해 전달된 유체의 압력을 경감하는 것을 더 포함할 수도 있다.

이하 본 발명의 여러 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 예시적인 방법으로 더 상세히 설명할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 컴프레서의 일 실시예의 일부 단면을 나타내는 평면도이다;
도 2는 도 1에 도시된 컴프레서의 단면 A-A의 단면도이다;
도 3은 컴프레서의 로터들이 그 컴프레서의 하우징에 형성된 절개부를 통해 관찰될 수 있도록 본 발명에 따른 컴프레서의 바닥에서 본 평면도이다;
도 4는 컴프레서의 구동부 단면을 도시하는 도면이다;
도 5는 컴프레서의 반대편 흡입 단부를 도시하는 도면이다;
도 6은 제1 상대위치에 있는 로터들과 컴프레서의 배출구를 도시하는 컴프레서의 바닥으로부터 본 평면도이다;
도 7은 로터들이 도 6과 비교하여 회전이 더 진행된 제2의 구성으로 되어있을 경우의 배출구를 도시하는 컴프레서의 평면도이다;
도 8은 도 7과 관련해 회전이 더 진행된 제3의 상대위치에 있는 로터들을 도시하는 컴프레서의 배출구의 평면도이다; 그리고
도 9는 컴프레서의 일 실시예에 통합된 하우징을 개략적으로 표현하는 도면이다.

첨부된 도면들은 슈퍼차저(supercharger: 과급기)의 형태로 된 컴프레서(10)의 일 실시예를 예시하고 있다. 상기 컴프레서(10)는 흡입구(14)(도 5 참조)와 배출구(16)(도 6 내지 8 참조)를 구비하는 하나의 하우징(12)을 포함한다. 예시된 실시예에 있어서 컴프레서(10)는 제1 또는 암 로터(female rotor)(18) 및 제2 또는 수 로터(male rotor)(20)의 형태로 된 두 개의 로터들을 포함하고 있다. 상기 로터들(18, 20)은 상기 하우징(12)의 일단에 부착된 흡입 플레이트(28)와 상기 하우징(12)의 타단에 부착된 단부 플레이트(29)를 통해서 그들의 마주 보는 단부들에서 회전가능하게 지지된다. 더 상세하게는, 로터(18)의 일단에는 흡입 플레이트(28)에 의해 차례로 지지되는 스터드(21)를 수용하기 위한 축 방향의 오목한 부분(리세스)(R18)이 제공된다. 상기한 오목한 부분(R18)에 그리고 스터드(21)에는 베어링(26)이 장착된다. 또한 로터(18)의 반대편 단부로부터는 축 방향으로 스피곳(spigot)(22)이 연장된다. 로터(18)의 이 단부를 위한 회전 지지를 제공하기 위해 단부 플레이트(29)에 그리고 스피곳(22) 상에는 베어링(30)이 장착된다. 마찬가지로, 상기 로터(20)의 일단에는 흡입 플레이트(28)에 의해 반대편 단부에 지지되는 스터드(23)를 수용하기 위한 축 방향의 오목한 부분(리세스)(R20)이 제공된다. 베어링(32)은 상기 오목한 부분(R20)에 그리고 상기 스터드(23) 상에 장착된다. 로터(20)의 반대편 단부로부터는 축 방향으로 스피곳(24)이 연장된다. 베어링(34)은 단부 플레이트(29)에 그리고 스피곳(24) 상에 배치되어 로터(20)의 이 단부를 위한 회전 지지를 제공한다. 각각의 기어들(36, 38)은 베어링들(30, 32) 근처의 스피곳들(22, 24)에 고정되어 단부 플레이트(29)에서 오목한 부분(40) 내에 존재한다. 서로 맞물리는(meshing) 기어들(36 및 38) 덕분에 반대 방향에 있는 로터들(18 및 20)의 회전을 초래하는 스피곳(22)으로의 토크를 전달하는 스피곳(24)에 토크를 전달하기 위한 또 하나의 커플링(미도시)이 제공된다. 따라서, 로터(18)가 반 시계방향으로 회전한다면, 로터(20)는 시계방향으로 회전하고, 그리고 로터(18)가 시계방향으로 회전하면 로터(20)는 반 시계방향으로 회전한다.

도 2 및 도 3를 참조하면, 상기한 제1 또는 암 로터(18)는 트위스트 된 다섯 개의 로브들(42a-42e)(이하 총괄하여 로브들(42)로 지칭됨)을 포함한다. 상기 제2 또는 수 로터(20)는 세 개의 트위스트 된 로브들(이하 총괄하여 로브들(44)로 지칭됨)이 제공된다. 또한 상기 로브들(42) 각각은 리딩 에지(L)와 트레일링 에지(T)를 갖는다. 로터(18)에서의 인접한 로브들 사이에는 각각의 채널들(46)이 형성된다. 상기 로브들(44) 각각은 또한 리딩 에지(L)와 트레일링 에지(T)를 갖는데, 각각의 채널들(47)이 인접한 로브들(44) 사이에 형성되어 있다. 본 실시예에 있어서 D1 및 D2로 지시된 제1 및 제2 로브들의 리딩 및 트레일링 에지들 사이의 축 방향 거리는 상이한데, 여기서는 D1 > D2이다. 이것은 또한, 원주 방향으로 측정될 때, 도 2 및 도 3에서 W1 및 W2로 도시되고 W1 > W2로써 상이한 각 로브의 에지들(L 및 T) 사이의 방사상 또는 횡단 거리에 반영된다.

상기 로터들(18 및 20) 각각은 하우징(12)에서 축 방향으로 형성된 해당하는 구멍들(48, 50)에서 회전한다. 이러한 특정 실시예에서 로터들(18 및 20)은 다른 직경으로 되어 있기 때문에 상기 구멍들(48 및 50)은 마찬가지로 상이한 직경을 갖게 된다. 상기 구멍들(48 및 50)은 평행하지만 옆으로 오프셋 된 길이방향의 마루부분(ridge)(52, 54)을 형성하도록 교차한다.

컴프레서(10)의 전반적인 동작은 다음과 같다. 로터들(18, 20)이 하우징(12) 내에서 회전하도록 그 로터들에 구동력이 주어진다고 가정하면, 액체(전형적으로 공기)는 흡입 플레이트(28)에 의해 정의되는 흡입구(14)를 통해 하우징(12)에 들어가서, 로터들(18, 20)이 맞물림에서 벗어남에 따라 채널들(46 및 48)을 채우게 된다. 상기 마루부분(54)을 지나서 회전하는 로터(18)를 통해 맞물림(mesh) 정도가 감소함에 따라 점차로 체적이 증가하는 채널들(46, 47)에 공기가 계속해서 채워진다. 공기는 상기 채널들이 최대 체적에 도달할 때까지 계속해서 채널들(46, 47)을 채울 것이다. 결국에는, 상기 채널들(46, 47)은 로터들(18, 20)이 언젠가는 맞물리기 시작하는 포인트까지 회전한다. 상기 로터들(18, 20)의 맞물림은 채널들(46, 47)에 유지된 공기를 압축시킨다. 이 공기는 압축되어 배출구(16)로 전달되는데, 여기서 공기는 내연기관과 같은 또 다른 기계에 의해 후속해서 이용될 수도 있다.

도 6 내지 8을 참조하면, 배출구(16)는 로터(18)의 로브(42)의 길이 X-X(도 8 참조)에 실질적으로 평행한 모서리(60)를 갖는 제1 부분(58)을 갖는 벽(56)을 포함한다는 것을 알 수 있다. 전형적으로, 공기는 로브(42)의 트레일링 에지(T)가 도 8에 도시된 것과 같이 모서리(60)를 지나 회전될 때 배출구(16)에 들어갈 것이다. 그러나 본 실시예에 있어서 배출구(60)의 벽(56)에는 또한 간격(갭)(62)의 형태로 된 압력 완화 포트가 제공된다. 본 실시예에 있어서 상기 간격(62)은 벽 부분(56)과 인접하게 형성된다. 상기 간격(62)은 로터(18)에 의해 이송되고 있는 공기가 트레일링 에지(T)가 모서리(60)를 지나 회전하기 전에 상기 간격(62)을 통해 배출구(16)로 흘러들어갈 수 있는 위치에서 상기 벽(56)에 배치된다. 이것은 도 6 내지 8을 참조하여 순차적으로 도시된다. 도 6에서 상기 간격(62)은 하우징(12) 안에 그리고 상기 벽(56) 뒤에 배치되어 있는 로터들(18, 20) 사이의 맞물림 포인트 때문에 실질적으로 닫힌다. 그러나, 도 7에 도시된 바와 같이, 로터들이 계속해서 회전함에 따라서 맞물림(64)의 포인트가 상기 간격(62)에 앞서서 하우징(12)의 바깥에 있을 때 상기 간격(62)은 개방된다. 상기 간격(62)의 개구부는 로터들에 의해 이송된 공기의 일부가 배출구(16) 안으로 흘러들어가는 것을 가능하게 해준다. 이러한 공기의 빠져나옴은 로터(18)의 로브(42)의 트레일링 에지(T)가 모서리(60)를 지나기 전에 발생하며, 따라서 압축된 공기에 어느 정도의 압력 완화를 제공하게 된다.

도 8은 회전이 진행된 위치에서의 로터들, 특히 로터(18)를 나타내는데, 여기서 트레일링 에지(T)는 로터들에 의해 전달되는 공기가 그를 통해 배출구(16)로 흐를 수 있도록 된 아치 모양의 슬롯(66)을 형성하면서 상기 모서리(60)를 이제 지나게 된다. 초기의 실험에 따르면, 배출구(16)의 완전 개방에 앞서서 배출구(16)로 공기가 흘러들어가는 것을 가능하게 하기 위한 간격(62)의 제공함으로써 단위 체적당 더 큰 덩어리의 공기를 제공하는 이점과 함께 배출구 온도에 있어 실질적인 감소를 제공한다는 것이 나타났다. 한편, 공기가 앞서서 흘러들어가도록 제공하는 것은 배출구(16)에서의 방출 소용돌이(discharge vortex)의 형성을 촉진하여 더 낮은 난기류로써 따라서 더 큰 속도로 전달 통로를 따라 배출구(16)를 통해서 공기가 이동하는 것을 가능하게 한다고 또한 생각된다.

도 6 내지 7을 다시 참조하면, 벽 부분(58)에 추가하여 벽(56)은 로터(20)의 로브(54)의 길이부분과 실질적으로 평행한 모서리(70)를 갖는 제2의 벽 부분(68)을 포함한다는 것을 알 수 있다. 상기 간격(62)은 개방되어 로터(18 또는 20)의 트레일링 에지가 해당하는 제1 및 제2 벽 부분들(56, 58)의 모서리(60 또는 70)를 통과하기 전에 배출구(16)로 공기가 흘러들어가는 것을 가능하게 한다.

본 실시예에 있어서 또한 상기 로터들(18, 20)은 상이한 비율의 기어들(36, 38)과 로브 비율(lobe ratio) 덕분에 상이한 속도로 회전한다. 이것은 흡입구(14) 및 배출구(16)의 비대칭성 타이밍으로써 컴프레서(10)를 구성하고 동작하도록 기회를 제공한다. 상기 로터들(18, 20)이 상이한 속도로 회전하고 있을 때 공기의 유도 및 배기는 각 로터에 대하여 개별적으로 컨트롤이 이루어질 수 있다. 흡입 타이밍은 흡입구 플레이트(28)의 구성에 의해 컨트롤 되는 반면, 배출 타이밍은 배출구(16)의 구성에 의해 컨트롤 된다.

여기서 배출 타이밍 측면을 특히 참조하면, 이것은 로터들 중의 하나의 트레일링 에지(T)가 다른 로터의 트레일링 에지가 그것의 해당하는 벽의 모서리를 지나기 전에 해당하는 벽의 모서리를 지나가도록 상기 로터들(18, 20)에 대하여 배출구(16)를 구성함으로써 달성될 수 있다. 따라서, 도 8을 특히 참조하면, 모서리(60)에서부터 로브(42)의 트레일링 에지(T) 사이의 거리와 비교하여 모서리(70)에서부터 로브(54)의 트레일링 에지(T) 사이의 거리가 더 큰 덕분에 상기 로터(20)의 트레일링 에지(T)가 로터(18)의 트레일링 에지(T)에 앞서서(즉, 상이한 시점에서) 상기 모서리(70)를 통과한다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 로터들(18, 20)의 맞물리는 로브들 중의 어느 것이 상기한 모서리들(60, 70)을 각각 통과하기 전에 상기 간격(62)을 경유하여 배출구 포트(16)로 공기가 흘러들어가는 것이 가능한 반면, 그 로터들(18, 20) 사이로부터의 충진 공기의 대부분은 그 공기가 로터(18)와 모서리(60) 사이로부터 배출구(16) 안으로 들어갈 수 있게 되기 전에 모서리(70)와 로터(20) 사이의 간격을 통해 배출구(16)로 들어가기 시작한다. 이 실시예는 상기 로터들 중의 하나의 로브의 트레일링 에지가 제2 로터의 서로 맞물린 로브의 트레일링 에지 전에 배출구를 통과하도록 상기 로터들(18, 20)에 대하여 배출구(16)를 구성함으로써 컴프레서(10)를 회전하기 위한 방법을 제공한다. 상이한 타이밍을 제공함으로써 최대 체적측정 효율을 다소 낮추는 비용을 치르더라도 컴프레서(10)에 대한 최대 체적측정 효율 곡선을 넓게 해준다.

상기한 간격(62)은 마루(ridge) 라인(52)을 따라 대체로 하우징(12) 안쪽으로 돌출한다는 것이 도 9로부터 이해될 것이다. 상기 간격(62)은 다른 것보다 더 큰 폭 또는 면적의 간격(62)이 마루 부분(52)의 일 측면 상에 존재하도록 그 마루부분(52)에 대해 오프셋 되도록 구성되거나 배열될 수도 있다. 상기 마루부분의 라인(52)에 대한 폭의 오프셋을 변하게 하고 그 라인을 따라 간격(62)의 길이를 변화시킴으로써 상기 간격(62)을 통한 배출구(16)로 흘러들어가는 공기의 부피와 배출구(16)로 흘러들어가는 공기의 체적 압력뿐만 아니라 배출구(16) 안으로의 공기의 초기 유입의 타이밍에 대한 컨트롤이 가능하게 된다. 후자는 델타 온도를 결정함에 있어 중요한 것이다.

도 5는 컴프레서(10)의 흡입 타이밍의 측면을 예시하고 있다. 흡입구(14)는 상기 하우징(12)의 일단에 부착된(전형적으로 볼트에 의함) 흡입 플레이트(28)에 의해 정의된다. 상기 흡입구 플레이트는 흡입구(14)의 영역을 덮어주고 흡입구의 해당 부분을 효과적으로 닫아주는 웹(web)(72)으로써 형성된다. 흡입구 플레이트(28)의 남아있는 부분(74)은 개방되어 흡입구(14) 안으로의 공기 또는 다른 유체 통로의 형성을 가능하게 해준다. 흡입구 플레이트(28)에는 또한 스터드(stud)(82, 84)들을 설치하기 위한 각각의 컵들(76, 78)이 제공된다.

아래에서 더 상세히 설명되듯이, 흡입구(14)의 구조와 개구부(74) 및 웹(72)의 특정한 구성은 컴프레서(10)의 램 충전(ram charging) 또는 사실상의 "과충진(over filling)"을 촉진함으로써 체적측정 효율을 100%가 초과하도록 잠재적으로 증가시키게 된다. 이 과정은 다음과 같이 일어난다.

이제 로터(18)가 그 로터의 로브(42)의 리딩 에지가 융기부분(54)을 지나 회전할 때 대략 시작하는 로터(20)와의 맞물림으로부터 벗어나 회전하는 것으로 간주하여 설명한다. 해당하는 로브의 채널(46)은 상기한 로터(20)의 소멸성 로브(vocating lobe) 덕분에 체적 증가를 하기 시작하여, 상대적인 진공을 생성하게 된다. 이제 흡입구(14) 근처의 채널(46)의 흡입 단부를 통해 채널(48) 안으로 공기가 흐를 수 있다. 로터(18)의 회전시 어느 포인트에서 상기한 채널(46)은 개구부(74)를 통해 흡입구와 유체로 통하는 상태로 남아있는 동안 최대의 체적을 가질 것이다. 회전하는 로터들(이 경우에는 로터 18)로부터 채널(46)로 안내되는 공기를 향한 에너지의 전달이 존재한다. 이러한 에너지 전달은 채널(46)로 흘러들어가는 공기에 대한 관성으로서 주어지는데, 이것은 추가적인 부피의 공기를 채널(46)로 "잡아당기는(pulling)" 효과를 갖는다. 이것은 또한 흡입구 공기 압력과 비교하여 채널(46)에 있는 공기의 압력 증가를 초래한다. 따라서 그 추가적인 공기가 상대적으로 저압인 흡입구(14)로 다시 흘러들어가는 자연스러운 경향이 존재한다. 그러나, 더 높은 압력에서 채널(46) 내의 공기가 그 채널 밖으로 흘러나가기 전에, 상기 채널은 웹(72)을 지나서 회전함으로써 닫히게 된다. 따라서, 상기 채널(46)은 이제 흡입구보다 더 높은 압력에서 공기를 함유한다. 이제 실질적으로 닫힌 채널 내에서의 공기가 흡입구에서의 공기와 같은 온도라고 가정하면, 증가한 압력은 필연적으로 그 공기가 흡입구에 있는 공기와 같은 압력에 있었다면 그런 경우보다 공동 내에 더 큰 덩어리의 공기가 존재한다는 것을 의미한다. 이러한 방식으로 컴프레서(10)는 100%를 초과하는 체적측정 효율을 제공할 수 있다. 따라서, 결론적으로는, 흡입구 타이밍의 이러한 측면은 로터(18)의 일 회전의 일부에 대하여 채널(46)(어떤 경우에는 "여분의 로브(spare lobe)"로서 지칭됨)의 램 충전(ram charging)을 촉진하고 그 다음에는 상기한 로터 회전의 제2의 연속적인 부분에 대해 그 채널의 실질적인 밀페(sealing)를 돕는다.

정확하게는, 같은 과정이 로터(20)의 흡입구 측면에 대하여 일어난다. 로터의 "여분의 로브"가 또한 추가적인 공기 부피를 가두어 놓기 위해 닫히는 동안, 이것은 로터 (18)에 대한 로터 (20)의 상이한 속도 때문에 웹(72)의 적절한 구성에 의해 상이한 시점에 발생한다.

이상 본 발명의 실시예들은 트윈형 로터 슈퍼차저(twin rotor suprecharger)를 주로 참조하여 기술되었다. 그러나 본 발명의 실시예들은 다른 형태와 종류의 컴프레서들과 로타리식 포지티브형 배기장치들(rotary positive displacement machine)에도 마찬가지로 적용되어도 좋다. 따라서 당해 기술분야의 전문가들이라면 이해할 수 있는 바와 같이, 제1 및 제2 로터들 사이의 비대칭형 타이밍에 관련된 본 발명의 양태는 두 개 또는 더 많은 로터들을 갖는 컴프레서 또는 기계들에 통합될 수도 있음은 물론이다. 반면에 압력 완화 포트/갭에 관한 양태는 하나 또는 다수의 로터들 또는 블레이드들을 구비하는 컴프레서에 통합될 수도 있다. 또한 본 발명의 실시예는 자동차 분야의 응용에 관련하여 기술되었지만, 해당 실시예들은 다른 산업 응용분야, 예를 들면, 그에 한정되지는 않지만, 냉동/냉장고 시스템에 사용되는 컴프레서에 적용될 수도 있다.

당해 기술분야의 통상의 지식을 갖는 전문가에게는 명백할 수 있는 본 발명의 여러 가지의 변형 및 변경사항들도 본 발명의 영역 내에 존재하는 것으로 간주되어야 할 것이며, 그것의 성질과 범위는 상술한 설명과 아래의 청구범위로부터 결정될 것이다.

Claims

컴프레서에 있어서,
공기 흡입구와 배출구를 구비하는 하우징과,
트위스트 형태의 다수의 로브(lobe)들 또는 블레이드들을 구비하는 제1 로터를 포함하고, 상기 각각의 로브는 리딩 에지(leading edge)와 트레일링 에지(trailing edge)를 가지며, 상기 제1 로터는 회전시 흡입구로부터 배출구로 유체를 전달할 수 있도록 구성되며,
상기 배출구는 하나의 벽과 간격(갭)을 구비하되, 상기 벽의 제1 부분은 로브 또는 블레이드의 길이부분과 실질적으로 평행한 모서리를 가지며, 상기 간격은, 상기 트레일링 에지가 상기 모서리를 지나서 회전하기 전에 상기 제1 로터에 의해 전달되는 유체가 상기 간격을 통해 배출구로 흘러들어가는 위치에서 상기 벽에 위치함을 특징으로 하는 컴프레서.
제1항에 있어서, 상기 컴프레서는 트위스트 형태의 다수의 로브들 또는 블레이드들을 구비하는 제2 로터를 포함하고, 상기 각각의 로브는 리딩 에지와 트레일링 에지를 가지며, 상기 제2 로터의 로브들 또는 블레이드들은 상기 제1 로터의 회전의 일부에 대해 상기 제1 로터의 로브들 또는 블레이드들과 서로 맞물리도록 구성되고, 상기 제1 및 제2 로터들은 흡입구로부터 배출구로 상기 유체를 전달하도록 협동하고, 여기서 상기 벽에는 상기 제2 로터의 로브 또는 블레이드의 길이부분과 실질적으로 평행인 모서리를 갖는 제2 부분이 제공되며, 또한 상기 간격은 상기 제2 로터의 로브 또는 블레이드의 트레일링 에지가 상기 제2 벽 부분의 모서리를 통과하기 전에 상기 간격을 통해 배출구로 상기 유체가 새어나오도록 배치됨을 특징으로 하는 컴프레서.
컴프레서에 있어서,
공기 흡입구와 배출구를 구비하는 하우징과,
상기 하우징 내에서 회전 가능한 제1 및 제2 로터를 포함하되, 상기 각각의 로터는 트위스트 형태의 다수의 로브(lobe)들을 구비하고, 상기 제1 및 제2 로터들의 로브들은 상기 제1 로터의 회전의 일부에 대해 서로 맞물리도록 구성되며, 상기 로터들은 회전시 흡입구로부터 배출구로 유체를 전달할 수 있도록 구성되고,
상기 배출구는 하나의 벽과 간격을 구비하되, 상기 벽의 제1 부분은 상기 제1 로터의 로브의 길이부분과 실질적으로 평행한 모서리를 가지며, 상기 벽의 제2 부분은 상기 제2 로터의 로브의 길이부분과 실질적으로 평행한 모서리를 가지며, 그리고 상기 간격은, 각각의 로터의 로브들의 트레일링 에지가 해당하는 벽 부분들의 상기 모서리를 지나서 회전하기 전에 상기 로터들에 의해 전달되는 유체가 상기 배출구로 새어나오도록 배치됨을 특징으로 하는 컴프레서.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 간격은 하우징의 내부로 돌출함을 특징으로 하는 컴프레서.
제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징은 각각의 로터를 수용하는, 서로 교차하는 두 개의 공동들을 포함하고 있는데, 상기 공동들 사이의 교차선을 따라 상기 하우징에는 길쭉한 마루부분(ridge)이 형성되고, 상기 간격은 상기 마루부분과 실질적으로 정렬관계로 배치됨을 특징으로 하는 컴프레서.
제5항에 있어서, 상기 간격은 소정의 가로 폭을 가지며, 상기 간격은 그 폭이 교차선을 따라 측면으로 오프셋 되도록 배치됨을 특징으로 하는 컴프레서.
제2항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 로터들은 서로 다른 외경으로 형성됨을 특징으로 하는 컴프레서.
제2항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 로터들은 서로 다른 수의 로브들로 형성됨을 특징으로 하는 컴프레서.
컴프레서에 있어서,
공기 흡입구와 배출구를 구비하는 하우징과,
상기 하우징 내에서 회전 가능한 제1 및 제2 로터를 포함하되, 상기 각각의 로터는 트위스트 형태의 다수의 로브들을 구비하고, 상기 제1 및 제2 로터들의 로브들은 상기 제1 로터의 회전의 일부에 대해 서로 맞물리도록 구성되며, 상기 로터들은 회전시 흡입구로부터 배출구로 유체를 전달할 수 있도록 구성되고,
상기 배출구는 하나의 벽을 구비하되, 상기 벽의 제1 부분은 상기 제1 로터의 로브의 길이부분과 실질적으로 평행한 모서리를 가지며, 또한 상기 벽의 제2 부분은 상기 제2 로터의 로브의 길이부분과 실질적으로 평행한 모서리를 가지며, 상기 벽 부분들은 그들의 해당하는 로터들에 대해 나란히 배치되어, 상기 제2 로터의 맞물린 로브의 트레일링 에지가 상기 제2 벽 부분의 모서리를 지나서 회전하기 전에 상기 제1 로터의 로브의 트레일링 에지가 상기 제1 벽 부분의 모서리를 통과하도록 구성됨을 특징으로 하는 컴프레서.
제9항에 있어서, 제1 로브의 리딩 에지와 트레일링 에지 사이의 횡단 거리는 상기 제2 로브의 리딩 에지와 트레일링 에지 사이의 횡단 거리와 다르게 구성함을 특징으로 하는 컴프레서.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 제1 및 제2 로터들은 상이한 외경을 가짐을 특징으로 하는 컴프레서.
흡입구 및 배출구가 제공된 하우징과, 그리고 상기 하우징 내에서 회전하는 제1 및 제2 로터들을 가지며, 상기 흡입구로부터 배출구로 유체를 전달하도록 협동하는 컴프레서를 회전시키는 방법에 있어서,
상기 제2 로터의 서로 맞물린 로브의 트레일일 에지 전에 상기 제1 로터의 로브의 트레일링 에지가 상기 배출구를 통과하도록 상기 로터들에 대하여 배출구를 구성하는 과정을 포함하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 로터들에 대해 배출구를 구성하는 것은,
각각의 벽 부분이 해당하는 로브의 길이부분에 실질적으로 평행하게 연장되도록 구성된 모서리를 갖는 제1 및 제2 벽 부분들로써 상기 배출구를 형성하고, 그리고 상기 서로 맞물린 제2 로브의 트레일링 에지가 상기 제2 벽 부분의 모서리를 통과하기 전에 상기 제1 로브의 트레일링 에지가 상기 제1 벽의 모서리를 통과하도록 상기 제1 및 제2 벽 부분들을 배치하는 과정을 포함하는 방법.
컴프레서에 있어서,
공기 흡입구와 배출구가 제공되고, 상기 흡입구는 제1 압력에서 유체와 통하도록 구성된 하우징과,
트위스트 형태의 다수의 로브들이 제공되고 상기 하우징 내에서 회전가능한 로터를 포함하되, 인접한 로브들은 그들 사이에 각각의 채널들을 형성하고, 각각의 채널은 상기 흡입구 근처에 흡입 단부를 가지며, 그 안으로는 유체가 흡입구로부터 흐르도록 구성되고, 상기 채널은 로터가 회전함에 따라 배출구 쪽으로 유체를 전달하도록 구성되고,
상기 채널의 흡입 단부는 상기 채널에서 유체의 압력이 상기 제1 압력을 초과한 연후에 로터의 회전의 일부에 대해 폐쇄하도록 구성함을 특징으로 하는 컴프레서.
컴프레서에 있어서,
공기 흡입구와 배출구가 제공되고, 상기 흡입구는 제1 압력에서 유체와 통하도록 된 하우징과,
트위스트 형태의 다수의 로브들이 제공되고 상기 하우징 내에서 회전가능한 로터를 포함하고, 인접한 로브들은 그들 사이에 각각의 채널들을 형성하고, 각각의 채널은 상기 흡입구 근처에 흡입 단부를 가지며, 그 안으로는 유체가 흡입구로부터 흐르도록 구성되고 상기 제1 압력에서 제1 체적의 유체를 전달하도록 구성되고, 상기 채널은 로터가 회전함에 따라 배출구 쪽으로 유체를 전달하도록 구성되고,
상기 컴프레서는 상기 제1 체적의 유체보다 더 큰 제2 체적의 유체로써 상기 채널을 충전하는 방식으로 로터가 회전함에 따라 상기 채널로의 유체의 흐름을 야기하도록 배열되며, 상기 하우징은 상기 채널에서의 상기 제2 체적의 유체가 상기 제1 체적의 유체보다 더 클 때 상기 로터의 l회전의 일부에 대해 상기 채널을 폐쇄하도록 구성됨을 특징으로 하는 컴프레서.
컴프레서에 있어서,
공기 흡입구와 배출구가 제공되고, 상기 흡입구는 개방부와 폐쇄부를 갖도록 된 하우징과,
상기 하우징 내에서 회전가능한 제1 및 제2 로터를 포함하되, 각각의 로터에는 트위스트 형태의 다수의 로브들이 제공되고, 상기 제1 로터의 인접한 로브들은 그들 사이에 각각의 채널들을 형성하고, 각각의 채널은 상기 흡입구 근처에 흡입 단부를 가지며, 상기 제2 로터의 각각의 로브들은 상기 제1 로터의 회전의 일부에 대해 각각의 채널들 안으로 돌출하며, 상기 로터들은 회전시 흡입구로부터 상기 채널들로 유체를 잡아당기도록 협동하고, 여기서 상기 제1 로터의 회전 시의 한 포인트에서 채널에서 유체의 압력은 제1 압력을 초과하도록 하며, 그리고
상기 제1 로터 및 흡입구는, 상기 포인트 후 상기 로터의 회전의 일부에 대해 채널의 흡입 단부는 흡입구의 폐쇄된 부분 뒤에 위치하며 상기 흡입구에서의 유체와는 실질적으로 분리되도록 상대적으로 구성됨을 특징으로 하는 컴프레서.
하우징 내에서 회전 가능한 제1 및 제2 로터들을 포함하는 형태의 컴프레서를 동작하는 방법으로서, 각각의 로터에 그 로터들의 회전의 일부에 대해 서로 맞물리도록 된 트위스트 형태의 다수의 로브들이 제공되는 배출구로 상기 하우징의 흡입구에서의 제1 압력으로 제공된 유체를 전달하도록 협동하며, 각각의 로터의 인접한 로브들은 각각의 채널들을 형성하는 컴프레서를 동작하는 방법에 있어서,
상기 방법은, 각각의 채널에 대하여, 상기 제1 압력에서의 유체를 위한 채널들의 체적 용량보다 더 큰 유체의 체적으로써 상기 로터들의 회전의 제1 부분에 대한 흡입구로부터의 유체를 갖는 로터들의 적어도 하나의 채널들을 순차적으로 충전하고, 그리고 상기 제1 로터의 회전의 제2의 연속적인 부분에 대해 흡입구로부터 상기 채널들을 순차적으로 밀봉하는 과정을 포함하는 방법.
하우징 내에서 회전 가능한 제1 및 제2 로터들을 포함하는 형태의 컴프레서를 동작하는 것으로서, 각각의 로터에 그 로터들의 회전의 일부에 대해 서로 맞물리도록 된 트위스트 형태의 다수의 로브들이 제공되는 배출구로 상기 하우징의 흡입구에서의 제1 압력으로 제공된 유체를 전달하도록 협동하며, 각각의 로터의 인접한 로브들은 각각의 채널들을 형성하는 컴프레서를 동작하는 방법에 있어서,
상기 방법은 상이한 시간에서 로터들 각각에 대해 배출구를 개방하는 과정을 포함하는 방법.
제18항에 있어서, 상기 방법은 서로 다른 시점에서 각 로터에 대한 흡입구를 폐쇄하는 것을 더 포함하는 방법.
제17항 내지 제19항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 방법들은 서로 다른 속도로 로터들을 회전시키는 것을 더 포함하는 방법.
제17항 내지 제20항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 방법들은 상기 로터들 중의 적어도 하나의 배출구의 개방 전에 로터들에 의해 전달된 유체의 압력을 경감하는 것을 더 포함하는 방법.