KR20120051739A

KR20120051739A - 로터리 펌프

Info

Publication number: KR20120051739A
Application number: KR1020127007004A
Authority: KR
Inventors: 팡-치안 리오
Original assignee: 팡-치안 리오
Priority date: 2009-09-23
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2012-05-22
Also published as: US8684713B2; ZA201201887B; CA2774107A1; KR101290849B1; JP5480387B2; AU2010297740B2; JP2013505391A; AU2010297740A1; MY179758A; CN102022320B; WO2011035677A1; US20120189481A1; EP2481929A1; CN102022320A; CA2774107C

Abstract

로터리 펌프(rotary pump)는 몸체(body)(11), 로터(rotor)(12) 및 적어도 하나의 캠(at least one cam)(13)을 포함한다. 로터(12)는 몸체의 챔버(111)를 따라 밀착 접촉하는 방식으로 회전한다. 각각의 캠(13)은, 실링 파트(sealing part)(151), 로터의 볼록 표면(convex surface)(122) 및 챔버(111)의 내측 표면에 의해 구성되는 실질적으로 밀폐된 공간(substantially hermetic space)을 형성하게끔 실링 파트를 제어한다. 챔버(111) 내의 공기가 설정 압력으로 압축되면, 챔버(111) 내의 공기가 밖으로 유도되어 나오게 된다. 본 발명의 로터리 펌프는 부드럽게 작동하고 소음 발생이 적을 뿐만 아니라, 더 많은 압축량과 더 높은 압축비율을 제공해준다.

Description

로터리 펌프 {ROTARY PUMP}

본 발명은 로터 타입 펌프(rotor type pump)에 관한 것이며, 더 상세하게는 회전하는 로터 타입 펌프에 관한 것이다.

고압의 가스(예컨대 공기)는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있는데, 예를 들면, 엔진 가압 장치, 공기압 툴들(pneumatic tools), 고압 세척 툴들 및 계기 상 작동하는 역학적 힘 등이 있다. 종래 기술에 있어서, 가스의 압축은, 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤을 구동하는 데 사용되는 모터에 의해 수행되는데, 여기서 실린더 및 피스톤에 의해 밀폐된 공간으로 정상 압력의 가스가 공급된다. 피스톤이 밀폐된 공간의 체적을 감소시키게 움직임에 따라 정상 압력의 가스는 고압의 가스로 압축이 되고, 압축된 고압의 가스는 에어 리저버(air reservoir)에 저장되도록 배출된다.

기존의 압축 장치들은 대개 피스톤 타입이다. 피스톤이 왕복운동 함에 따라, 피스톤의 방향이 역전되는 지점에 상사점(upper dead point) 및 하사점(lower dead point)이 발생한다. 기존의 피스톤 타입의 압축 장치는 비교적 급변하는 방식의 운동을 하게 되며, 상당한 소음을 발생시킬 수 있다. 또한 기존의 압축 장치에 있어서는, 마찰을 줄이고 실린더 내에서 피스톤이 부드러운 왕복운동을 할 수 있게끔 윤활 액체가 공급되어야 한다. 윤활 액체 없다든지 부족하게 되면, 피스톤과 실린더 사이에 극도의 마찰이 발생할 수 있으며, 이로 인해 압축 효율에 영향을 미치거나 심지어 실린더 구조물에 손상을 일으키게 되며, 과도한 고열을 발생시켜 피스톤 및 실린더를 소결시킬 수도 있다.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 로터 타입의 펌프가 필요하게 된다.

본 발명의 목적은 종래 기술에 있어서의 다양한 문제점을 해결하는 로터 타입 펌프를 제공하는 것이다.

본 발명은 로터 타입 펌프를 제공하는 데, 본 펌프는 몸체(body), 로터(rotor), 적어도 하나의 캠(at least one cam) 및 실링 유닛(sealing unit)을 포함한다. 상기 몸체는 챔버(chamber), 공기 흡입부(air inlet portion) 및 공기 배출부(air outlet portion)를 가진다. 상기 로터는 챔버 내에 축방향으로(axially) 배치되며, 상기 로터는 주변 표면(peripheral surface)을 가지며, 상기 주변 표면은 적어도 볼록 표면(convex surface)을 지니고, 상기 볼록 표면은 챔버의 내측 표면과 밀착 접촉한다. 각각의 캠은 캠 표면(cam surface)을 가지고, 캠은 로터와 협력하여 회전한다. 상기 실링 유닛은 실링 파트(sealing part) 및 적어도 하나의 싱크로나이징 파트(at least one synchronizing part)를 가지며, 상기 실링 파트는 주변 표면과 접촉하고, 상기 싱크로나이징 파트는 캠 표면과 접촉하며, 상기 실링 파트는 싱크로나이징 파트와 동기화(synchronization)하여 움직인다. 로터 및 캠은 회전하고, 싱크로나이징 파트는 대응하는 캠 표면에 따라 움직여서, 동기화되어 움직이는 실링 파트는 주변 표면과 계속적으로 밀착 접촉하며(continuously closely contact), 가스는 상기 공기 흡입부로부터 챔버 내로 들어오고, 그 후 상기 볼록 표면이 회전하여 공기 흡입부를 밀봉하여서, 실링 파트, 볼록 표면 및 챔버의 내측 표면이 실질적으로 밀폐된 공간(substantially hermetic space)을 형성한다. 그리고 회전하는 로터는, 챔버 내의 가스가 설정 압력(set pressure)에 도달할 때까지, 챔버 내의 가스를 계속적으로 압축하며, 그 후 챔버 내의 가스는 공기 배출부를 통해 가이드(guide) 되어 나오게 된다.

본 발명의 로터 타입 펌프에 있어서, 로터의 원만한 표면(smooth surface)이 챔버의 내측 표면과 밀착 접촉하고, 챔버 내의 가스가 회전 방식에 의해 압축된다. 여기서 본 발명의 로터는, 피스톤에 의해 수행되는 왕복 운동을 할 필요가 없으며, 사점(dead point)이 방지될 수 있어서, 작동이 부드러우며, 비교적 소음 발생이 적다. 또한, 본 발명의 로터 타입 펌프는 로터의 표면상에 윤활 및 내열성 커버층을 포함할 수 있어서, 윤활 유체가 필요하지 않으며, 높은 압축 성능 및 우수한 효율을 제공해준다.

도 1a는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로터 타입 펌프의 축방향 횡단면도이다.
도 1b는 도 1a에서 선 '1B-1B'에 따른 횡단면도이다.
도 1c는 도 1a에서 선 '1C-1C'에 따른 횡단면도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로터 타입 펌프의 압축 행정을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로터 타입 펌프에 있어서, 리니어 가이딩 디바이스(linear guiding device)를 갖는 실링 유닛(sealing unit)과 로터 및 캠들의 협동작용을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 로터 타입 펌프에 대한 개략적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 로터 타입 펌프의 피스톤 구조물(piston structure)과 압력조절밸브(pressure regulating valve)를 갖는 복귀 메카니즘(returning mechanism)에 대한 개략적인 도면이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 로터 타입 펌프의 압축 행정을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 로터 타입 펌프에 대한 개략적인 도면이다.

본 발명의 기술적인 특징들, 목적들 및 효과들을 좀 더 이해하기 쉽도록, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대한 상세한 설명이 기술될 것이다.

본 발명에 따른 로터 타입 펌프는 몸체, 로터, 적어도 하나의 캠 및 실링 유닛을 포함한다. 상기 몸체는 챔버, 공기 흡입부 및 공기 배출부를 갖는다. 상기 실링 유닛은 실링 파트와 적어도 하나의 싱크로나이징 파트를 갖는다. 도 1a는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로터 타입 펌프의 축방향 횡단면도이고, 도 1b는 도 1a에서의 선 '1B-1B'에 따른 횡단면도, 도 1c는 도 1a에서의 선 '1C-1C'에 따른 횡단면도이다. 도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 본 실시 예에서, 로터 타입 펌프(1)는 몸체(11), 로터(12), 두 개의 캠(13)들 , 회전축(14) 및 실링 유닛(15)을 포함한다. 상기 몸체(11)에는 챔버(111), 두 개의 수용공간(112)들, 공기 흡입부(113) 및 공기 배출부(114)가 있는데, 두 개의 수용공간(112)들은 챔버(111)의 두 측면들에 배치되어 있다. 몸체(11)가 단지 하나의 수용공간(112)을 포함하고, 이 수용공간(112)이 챔버(111)의 한 측면에 배치될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

본 실시 예에서, 챔버(111)는 중공의(hollow) 원형 실린더 공간이지만, 챔버(111) 및 로터(12)는 서로 협동하는 임의의 형상을 가질 수도 있다는 것을 알아야 한다. 즉 챔버(111)의 형상이 중공의 원형 실린더 공간에 국한된 것은 아니다. 가스는 공기 흡입부(113)로부터 챔버(111) 내로 들어오며, 공기 배출부(114)에는 체크밸브(115) 및 파이프라인(116)이 있고, 체크밸브(115)는 챔버(111)의 내부 파트와 소통하여, 가스가 챔버(111)로부터 가이드(guide)되어 나올 수 있으며, 역으로 챔버(111) 내로 들어갈 수는 없다. 파이프라인(116)은, 챔버(111)로부터 가이드되어 나온 가스를 가이드 하게끔 체크밸브(115)에 연결되어 있다.

본 실시 예에서, 공기 배출부(114)는 아웃커넥션 채널(out connection channel)(117) 및 인터커넥션 채널(interconnection channel)(118)을 포함한다. 체크밸브(115)는 아웃커넥션 채널(117)에 연결된다. 아웃커넥션 채널(117)은 몸체(11)의 한 측벽으로부터 어떤 설정된 깊이로 개방되어 있으며, 인터커넥션 채널(118)은 아웃커넥션 채널(117)과 소통하고, 챔버(111)를 차단하게끔 챔버(111) 쪽을 향해 개방되어 있다(실질적으로 L 형상의 채널을 형성함). 바람직하게, 인터커넥션 채널(118)의 횡단면 크기는 아웃커넥션 채널(117)의 횡단면 크기보다 크며, 인터커넥션 채널(118)은 챔버(111)의 주변 에지 파트(edge part)와 소통하게끔 개방되어 있다.

로터(12)는 챔버(111) 내에 축방향으로 배치된다. 본 실시 예에서, 로터(12)의 횡단면은, 설계된 중심을 갖고 회전하는 캠 형상이다. 로터(12)는 주변 표면(peripheral surface)(121)을 가지고, 주변 표면(121)은 적어도 볼록 표면(convex surface)(122)을 가지며, 볼록 표면(122)은 챔버(111)의 내측 표면과 밀착 접촉한다. 본 실시 예에서, 캠(13)들은 회전축(14)을 통해 로터(12)에 연결되며, 로터(12) 및 캠(13)은 동축의(coaxial) 캠 타입이고, 로터(12) 및 캠(13)은 동일한 라인 타입을 가진다. 각각의 캠(13)은 캠 표면(cam surface)(131)을 가지고, 캠(13)은 로터(12)와 협력하여 회전한다(본 실시 예에서는 로터(12)와 동기화되어 회전함).

로터(12) 및 캠(13) 중 적어도 하나는 커버층(cover layer)을 가진다. 본 실시 예에서, 로터(12)의 주변 표면(121)만이 커버층(123)을 가지며, 캠(13)은 커버층을 가지지 않는다. 다른 적용들에서는 로터(12) 및 캠(13) 모두가 커버층을 가질 수도 있다(도면들에는 도시되지 않음). 커버층(123)은 테프론 재질로 되는 것이 바람직하다. 커버층(123)은 볼록 표면(122) 및 챔버(111)의 내측 표면 사이의 윤활 정도 및 실링 정도를 향상시킬 수 있고, 로터(12) 및 챔버(111)의 내측 표면 사이에 발생하는 마찰을 줄여줄 수 있다. 이로써 압축 효율이 향상되고, 챔버(111) 구조물의 파손이 방지되고, 로터(12) 및 챔버(111)가 소결되는 것이 방지된다.

회전축(14)은 로터(12) 및 캠(13)들에 연결된다. 회전축(14)은 회전동력 소스(rotating power source)(도시되지 않음)에 연결되고, 회전동력 소스는 회전축(14)을 통해 로터(12) 및 캠(13)들을 구동시킨다. 본 실시 예에서, 회전축(14)은 로터(12) 및 캠(13)들의 축선 라인(axis line) 상에 위치한다. 즉 로터(12) 및 캠(13)들은 동심적으로 배치된다.

로터 타입 펌프(1)는, 회전 속도를 향상시키기 위해, 회전을 균형 잡는 데 사용되는 중량 엘리먼트(weighting element)(16)를 더 포함할 수 있다. 중량 엘리먼트(16)는 회전축(14) 상에 배치되는 것이 바람직하다. 중량 엘리먼트(16)의 적절한 구성을 통해(예컨대 설정 중량 및 위치)(본 실시 예에서는 도 1에서의 우측 캠(13)의 우측 편에 배치됨), 회전이 균형 잡힐 수 있게 되고, 회전 속도가 향상될 수 있다. 이리하여 로터(12)의 회전 속도를 향상시키는 것에 추가하여, 중량 엘리먼트(16)는 로터(12) 및 캠(13)들의 회전을 안정시켜줄 수 있다. 다른 적용들에 있어서는, 로터 타입 펌프(1)가, 회전축(14) 상에 배치되고 로터(12)의 두 측면들에 위치하는(몸체(11)의 두 측면에 각각 위치함) 다수의 중량 엘리먼트들을 더 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

본 실시 예에서, 실링 유닛(15)은 실링 파트(151), 두 개의 싱크로나이징 파트(152)들, 베이스부(base portion)(153) 및 복귀 메카니즘(154)을 가진다. 실링 파트(151)는 주변 표면(121)과 접촉하고, 싱크로나이징 파트(152)들은 각기 캠 표면(131)들과 접촉하며, 실링 파트(151)는 싱크로나이징 파트(152)들과 동기화되어 움직인다.

본 실시 예에서, 실링 파트(151)는 몸체(11)를 관통하여 로터(12)의 주변 표면(121)과 접촉하며, 공기 흡입부(113) 및 공기 배출부(114) 사이에 위치한다. 싱크로나이징 파트(152)들은 각기 몸체(11)를 관통하여 제각기 캠 표면(131)들과 접촉한다. 베이스부(153)는 실링 파트(151) 및 싱크로나이징 파트(152)들에 연결되며, 실링 파트(151)는 싱크로나이징 파트(152)들 사이에 위치한다.

본 실시 예에서, 복귀 메카니즘(154)은 스프링 메카니즘이다. 복귀 메카니즘(154)은 베이스부(153)에 연결되어, 실링 파트(151)가 주변 표면(121)에 계속적으로 밀착 접촉할 수 있게 하는 압력을 제공해준다. 복귀 메카니즘(154)은 또한 싱크로나이징 파트(152)가 캠 표면(131)에 계속적으로 밀착 접촉할 수 있게 하는 압력을 제공해준다는 것을 이해하여야 한다.

로터(12)와 캠(13)들이 회전하고, 싱크로나이징 파트(152)들은 대응하는 캠 표면(131)들을 따라 움직여서, 동기화되어 움직이는 실링 파트(151)는 주변 표면(121)에 계속적으로 밀착 접촉한다. 가스가 공기 흡입부(113)로부터 챔버(111) 내로 들어오고, 그 후 로터(12)의 볼록 표면(122)이 회전하여 공기 흡입부(113)를 밀봉하게 된다. 실링 파트(151), 볼록 표면(122) 및 챔버(111)의 내측 표면은 실질적으로 밀폐 공간을 형성하고, 회전하는 로터(12)는 챔버(111) 내의 가스를 설정 압력에 도달할 때까지 계속적으로 압축한다. 그 후 챔버(111) 내의 가스는 공기 배출부(114)를 통해 가이드 되어 나온다.

도 1b 및 1c 그리고 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 캠 표면(131)들이 우측으로 회전하게 되면, 캠 표면(131)들은 싱크로나이징 파트(152)들을 밀어 우측으로 움직이게 하며, 실링 파트(151)는 싱크로나이징 파트(152)들과 동기화되어 움직여 실링 파트(151)도 동시에 우측으로 움직이게 된다. 여기서 로터(12)의 볼록 표면(122)이 동기화되어 우측으로 이동하는데, 이동량은 실링 파트(151)의 우측 이동량과 같다. 그리고 복귀 메카니즘(154)은 실링 파트(151)에 대해 하향 압력을 제공하여, 실링 파트(151)가 주변 표면(121)에 계속적으로 밀착 접촉할 수 있게 된다.

이와 반대로 캠 표면(131)이 좌측으로 회전하면, 복귀 메카니즘(154)은 실링 파트(151)에 대해 좌측 방향의 압력을 제공하며, 싱크로나이징 파트(152)들은 각기 캠 표면(131)에 계속적으로 접촉하면서 계속 좌측으로 움직이고, 실링 파트(151)는 싱크로나이징 파트(152)와 동기화되어 이동하여, 실링 파트(151)가 동시에 좌측으로 움직인다. 여기서 로터(12)의 볼록 표면(122)은 동기화되어 좌측으로 이동하는데, 이동량은 실링 파트(151)의 좌측 이동량과 같다. 그리고 복귀 메카니즘(154)은 실링 파트(151)에 대해 좌측 방향의 압력을 제공하여, 실링 파트(151)가 주변 표면(121)에 계속적으로 밀착 접촉할 수 있게 된다.

본 실시 예에서, 작동 과정 중에 로터(12) 및 캠(13)들은 동일한 회전 속도를 가지며, 캠(13)들의 캠 표면(131)들 형상들은 로터(12)의 주변 표면(121)의 형상과 협력적이 되고(로터(12) 및 캠(13)이 동일한 라인 타입을 가짐), 캠(13)들은 로터(12)와 협동적으로 회전한다.

볼록 표면(122)이 공기 흡입부(113)를 밀봉하지 않은 때(도 4에 도시된 바와 같이)에는 가스가 공기 흡입부(113)로부터 챔버(111) 내로 들어오고, 볼록 표면(122)이 공기 흡입부(113)를 밀봉할 때(도 1b에 도시된 바와 같이)에는 압축 행정이 시작된다. 압축 행정 중에는 실링 파트(151), 볼록 표면(122) 및 챔버(111)의 내측 표면이 실질적으로 밀폐된 공간을 형성한다. 로터(12)가 계속 회전하면 밀폐된 공간이 점점 더 작아지고(도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이), 챔버(111) 내의 가스는 압축되어 설정 압력에 도달하게 된다. 이때 공기 배출부(114)의 체크밸브(115)가, 설정된 압력에 도달한 압축 가스를 챔버(111) 밖으로 방출시킨다(설정 압력은 체크 밸브들이 달라짐에 따라 변함). 압축 행정 중에 로터(12)가 계속 회전함에 따라, 볼록 표면(122)의 위치가 변하여 볼록 표면(122)이 공기 흡입부(113)를 완전히 덮지 못하게 된다. 이로써 챔버(111) 내에 공기 흡입 공간(air inlet space)이 생기고(도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이), 압축되지 않은 가스가 공기 흡입부(113)로부터 상기 공기 흡입 공간으로 들어올 수 있게 된다. 로터(12)가 회전하여 공기 흡입부(113)를 다시 덮게 되면(도 1b에 도시된 바와 같이), 공기 흡입 행정이 끝나고, 그 다음의 압축 행정을 수행하기 위해 압축이 시작된다.

바람직하게는, 인터커넥션 채널(118)의 횡단면 크기가 아웃커넥션 채널(117)의 횡단면 크기보다 커서, 압축 행정 중에 로터(12)가 계속 회전하여 볼록 표면(122)이 인터커넥션 채널(118)의 개구부를 거의 전체적으로 덮게 되면(즉 설정 압력이 도달되면), 체크밸브(115)가 열려서 압축된 가스가 챔버(111)로부터 가이드되어 배출되는 것임을 주지하길 바란다. 이러한 방식으로 챔버(111) 내의 공간이 전체적으로 활용되어서 가스 압축 성능이 증진될 수 있다.

도 1a 및 도 5를 참조하면, 다른 적용들에 있어서 실링 유닛(15)은 적어도 하나의 리니어 가이딩 디바이스(linear guiding device)(155)를 더 포함할 수 있다. 각 리니어 가이딩 디바이스(155)는 리니어 베어링(linear bearing)(156) 및 가이드 축(guide shaft)(157)을 포함하며, 리니어 베어링(156)은 회전축(14)에 피봇(pivot)되고 가이딩부(guiding portion)(158)를 갖는다. 가이드 축(157)은 실링 파트(151)의 일 측에 배치되고 베이스부(153)에 연결되며, 가이딩부(guiding portion)(158)에 따라 실링 파트(151) 및 싱크로나이징 파트(152)와 동기화되어 움직인다.

본 발명의 로터 타입 펌프(1)는 또한 부압(nagative pressure)의 환경을 형성하는 데 적용될 수 있다(예컨대 부압 환경 또는 진공 상태를 형성하는 데 사용될 수 있다). 이는 본 발명의 로터 타입 펌프(1)가 "압축(compression)" 및 "진공압 토출(vacuum pressure discharge)"을 수행하는 데 사용될 수 있다는 것이다. 공기 흡입부(113)는, 부압 환경 또는 진공 상태를 형성하고자 하는 공간 또는 장치(도면에는 도시되지 않음)에 연결된다. 로터(12)가 계속 회전하여 볼록 표면(122)이 공기 흡입부(113)를 전체적으로 덮지 않으면, 챔버(111) 내의 공기 흡입 공간은 계속 커진다(도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같음). 공기 흡입 공간은 부압 상태를 형성하고(부압 환경 또는 진공 상태를 형성하고자 하는 공간 또는 장치에 대해 상대적으로), 부압 환경 또는 진공 상태를 형성하고자 하는 공간 또는 장치 내의 가스가 공기 흡입 공간으로 빨려들어간다. 로터(12)가 회전하여 공기 흡입부(113)를 다시 덮으면(도 1b에 도시된 바와 같이), 부압 환경 또는 진공 상태 기능을 달성하기 위해, 그 다음의 가스 흡입 과정이 수행될 준비 상태가 된다.

도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 로터 타입 펌프에 대한 개략적인 도면이다. 이 실시 예에서, 로터 타입 펌프(2)는 몸체(21), 로터(22), 캠(23), 두 개의 회전축(24), 실링 유닛(25) 및 복귀 메카니즘(26)을 포함한다.

상기 몸체(21)는 챔버(211), 공기 배출부(212), 디스포징 개구부(disposing opening)(213) 및 공기 흡입부(214)를 가지며, 디스포징 개구부(213)는 공기 배출부(212) 및 공기 흡입부(214) 사이에 형성된다. 본 발명의 제2 실시 예에 따른 로터 타입 펌프(2)는 적어도 하나의 압축 유닛(compression unit)을 포함한다. 이 실시 예에서, 로터 타입 펌프(2)는 하나의 압축 유닛(20)을 가지는데, 이 압축 유닛(20)은 챔버(211), 공기 배출부(212), 디스포징 개구부(213), 공기 흡입부(214), 로터(22), 캠(23), 두 개의 회전축(14), 실링 유닛(25) 및 복귀 메카니즘(26)을 포함한다. 이 실시 예에서, 챔버(211), 공기 배출부(212), 디스포징 개구부(213) 및 공기 흡입부(214)는 하나의 실린더 구조를 형성한다.

이 실시 예에서, 몸체(21)는 중공의 원형 실린더이며, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이 중공의 원형 실린더를 지닌 구조로 이해될 수도 있다. 본 실시 예에서, 공기 배출부(212)는 체크밸브(215) 및 파이프라인(216)을 가진다. 체크밸브(215)는 챔버(211)와 소통하여서, 가스가 챔버(211)로부터 가이드 되어 나올 수 있는데 역으로 챔버(211) 내로 들어갈 수는 없다. 그리고 챔버(211)로부터 가이드 되어 나온 가스를 가이드 하게끔 파이프라인(216)이 체크밸브(215)에 연결되어 있다.

로터(22)는 회전축(24)을 통해 몸체(21)의 축선 라인(또한 챔버(211)의 축선 라인이라고도 함)을 따라 챔버(211) 내에 축방향으로 배치된다. 로터(22)는 주변 표면(221)을 가지며, 주변 표면(221)은, 챔버(211)의 내측 벽과 밀착 접촉하는 볼록 표면(222)을 지닌다. 본 실시 예에서, 로터(22) 및 캠(23)은 다른 축선 상에 있으며, 서로 짝을 이루는 형태로 되어 있다(로터(22) 및 짝을 아루는 캠(23)의 라인 타입은 서로 보상을 해준다). 캠(23)은 다른 회전축(24) 상에 배치되며, 축선 라인은 몸체(21)의 축선 라인과 실질적으로 평행하다. 캠(23)은 캠 표면(231)을 지닌다. 로터(22) 및 캠(23) 중 적어도 하나는 커버층을 더 가진다.

본 실시 예에서, 로터(22)는 커버층(223)을 가지고, 캠(23) 또한 커버층(232)을 가지고 있다. 다른 적용들에서는, 로터(22)만이 커버층을 가지거나, 또는 캠(23)만이 커버층을 가진다. 커버층들(223 및 232)은 테프론 재질로 되는 것이 바람직하다.

실링 유닛(25)은 디스포징 개구부(213)를 관통하며, 로터(22) 및 캠(23) 사이에 위치한다. 본 실시 예에서, 실링 유닛(25)은 캠(23)의 축선 라인 및 챔버(211)의 축선 라인 방향에 실질적으로 수직이 되며, 실링 유닛(25) 및 디스포징 개구부(213)는 밀착 접촉을 유지하게끔 잘 맞춰져 있다. 본 실시 예에서, 실링 유닛(25)은 제1 파트(251)(즉 제1 실시 예에서의 싱크로나이징 파트(152)) 및 제2 파트(252)(즉 제1 실시 예에서의 실링 파트(151))를 가진다. 제1 파트(251)는 캠 표면(231)과 접촉하며, 제1 파트(251) 및 제2 파트(252)는 실질적으로 T 형상을 이루며, 제2 파트(252)의 일 단부는 주변 표면(221)과 접촉한다.

복귀 메카니즘(26)은 실링 유닛(25)에 연결되며, 실링 유닛(25)이 캠(23) 쪽으로 이동할 수 있게 하는 복귀력(returning force)을 제공하는 데 사용된다. 복귀 메카니즘(26)은 탄성체 엘리먼트(elastic element)인 것이 바람직하다. 본 실시 예에서, 상기 탄성체 엘리먼트는 스프링이고, 실링 유닛(25)의 제2 파트(252)에 끼워져 캠(23) 및 몸체(21) 사이에 있게 된다.

본 실시 예에서, 작동 과정 중에 로터(22) 및 캠(23)은 각기 회전속도를 가지며, 로터(22)의 주변 표면(221) 및 캠(23)의 캠 표면(231)의 형상들은 실링 유닛(25)의 크기, 로터(22) 및 캠(23)의 회전속도들, 로터(22) 및 캠(23) 사이의 거리에 따라 설계된다. 캠(23)은 로터(22)와 협동하여 회전하며, 실링 유닛(25)의 제1 파트(251)는 캠 표면(231)의 형상에 따라, 실링 유닛을 로터(22) 쪽으로 움직이게끔 구동하여서, 실링 유닛(25)의 제2 파트(252)가 계속적으로 주변 표면(221)과 밀착 접촉하게 된다.

볼록 표면(222)이 공기 흡입부(214)를 밀봉하지 않은 때(도 6, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이)에는 가스가 공기 흡입부(214)로부터 챔버(211) 내로 들어오고, 볼록 표면(222)이 공기 흡입부(214)를 밀봉할 때(도 8에 도시된 바와 같이)에는 압축 행정이 시작된다. 압축 행정 중에는 실링 유닛(25)의 제2 파트(252), 볼록 표면(222) 및 챔버(211)의 내측 표면이 실질적으로 밀폐된 공간을 형성한다. 로터(22)가 계속 회전하면 밀폐된 공간이 점점 더 작아지고(도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이), 챔버(211) 내의 가스는 압축되어 설정 압력에 도달하게 된다. 이때 공기 배출부(212)의 체크밸브(215)가, 설정 압력에 도달한 압축 가스를 챔버(211) 밖으로 방출시킨다(설정 압력은 체크 밸브들이 달라짐에 따라 변함). 압축 행정 중에 로터(22)가 계속 회전하면, 볼록 표면(222)의 위치가 변하여 볼록 표면(222)이 공기 흡입부(214)를 완전히 덮지 못하게 된다. 이로써 챔버(211) 내에 공기 흡입 공간(28)이 생겨서(도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이), 압축되지 않은 가스가 공기 흡입부(214)로부터 상기 공기 흡입 공간(28)으로 들어올 수 있게 된다. 로터(22)가 회전하여 공기 흡입부(214)를 다시 덮게 되면(도 8에 도시된 바와 같이), 그 다음의 압축 행정이 수행된다.

본 발명의 로터 타입 펌프(2)는 또한 부압의 환경을 형성하는 데(예컨대 부압 환경 또는 진공 상태를 형성하는 데) 적용될 수 있다. 이는, 본 발명의 로터 타입 펌프(2)가 "압축" 및 "진공압 토출"을 수행하는 데 사용될 수 있다는 것이다. 공기 흡입부(214)는, 부압 환경 또는 진공 상태를 형성하고자 하는 공간 또는 장치(도면에는 도시되지 않음)에 연결된다. 압축 행정을 수행하기 위해 로터(22)가 계속 회전하여 볼록 표면(222)이 공기 흡입부(214)를 전체적으로 덮지 않게 되면, 챔버(211) 내의 공기 흡입 공간은 계속적으로 커진다(도 9 및 도 10에 도시된 바와 같음). 공기 흡입 공간(28)은 부압 상태를 형성하고(부압 환경 또는 진공 상태를 형성하고자 하는 공간 또는 장치에 대해 상대적으로), 부압 환경 또는 진공 상태를 형성하고자 하는 공간 또는 장치 내의 가스가 공기 흡입 공간(28)으로 빨려들어간다. 로터(22)가 회전하여 공기 흡입부(214)를 다시 덮으면(도 8에 도시된 바와 같이), 부압 환경 또는 진공 상태 기능을 달성하기 위해 그 다음의 가스 흡입 과정이 수행될 준비 상태가 된다.

또한 도 6 및 도 8을 참조하면, 다른 적용들에 있어서, 복귀 메카니즘(26)은 압력조절밸브(261) 및 피스톤 구조물(262)을 포함할 수 있는데, 압력조절밸브(261)는 파이프라인(216)에 연결되고, 피스톤 구조물(262)은 압력조절밸브(261) 및 실링 유닛(25)에 연결된다. 통과하는 가스의 압력은 압력조절밸브(261)에 의해 제어되어, 피스톤 구조물(262)을 실링 유닛(25)과 함께 움직이게끔 구동시킨다. 또한 압력조절밸브(261)의 제어를 통해, 압축 과정에서 발생한 압축 가스가, 피스톤 구조물(262)에 의해 요구되는 압력을 유지하는 데 사용될 수 있다. 압축 행정 중에 발생한 압축 가스가 파이프라인(216)으로 배출된 뒤에, 가스의 일부가 압력조절밸브(261)를 통과하여 피스톤 구조물(262)에 도달함으로써, 자동의 가스 보상 기능(automatic gas compensation function)을 가지게 된다.

실링 유닛(25)이 로터(22) 쪽으로 움직일 때, 실링 유닛(25)은 캠(23)에 의해 발생한 미는 힘(push force)을 통해 이동하고 피스톤 구조물(262) 내의 가스 압력의 관계와 협력하여 이동하며, 실링 유닛(25)의 최적의 이동 위치가 계산된다. 실링 유닛(25)이 캠(23) 쪽으로 움직일 때는, 로터(22) 및 피스톤 구조물(262) 내의 가스 압력은 실링 유닛(25)에 대해 미는 힘을 제공한다. 또한 복귀 메카니즘(26)은, 실링 유닛(25)이 이동할 수 있게 하는 복귀력을 제공하여, 실링 유닛(25) 및 캠 표면(231)의 종속 구동 관계(slave driving relation)를 유지할 수 있다. 복귀 메카니즘(26)에 의해 제공되는 이동 복귀력(shift returning force)은 실링 유닛(25) 및 로터(22) 사이의 마찰력을 감소시켜, 마모를 줄일 수 있고 작동 효율을 향상시킬 수 있다.

도 11은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 로터 타입 펌프에 대한 개략적인 도면이다. 제3 실시 예의 로터 타입 펌프(3)는 다수의(두 개의) 압축 유닛(20)들을 가진다는 점에서, 제2 실시 예의 로터 타입 펌프(2)와 다르다. 본 실시 예에서, 압축 유닛(20)들의 로터(22)들 사이에는 위상 차(phase difference)가 생기며, 복귀 메카니즘(26)은 압력조절밸브(261) 및 피스톤 구조물(262)을 가진다. 복귀 메카니즘(26)들의 피스톤 구조물(262)들은 같은 압력조절밸브(261)에 연결될 수 있으며(또한 다른 압력조절밸브들에 연결될 수도 있음), 압력조절밸브(261)는 피스톤 구조물(262)들에 들어가는 가스 압력을 제어하고 분배해준다.

본 실시 예에서, 압축 유닛(20)의 로터(22)들은 180 도의 위상 차를 갖는다. 예컨대 도 11에서, 도면 상부에 있는 로터(22)는 챔버(211)의 내측 벽 좌측 편에 접촉하고, 도면 하부에 있는 다른 로터(22)는 챔버(211)의 내측 벽 우측 편에 접촉한다. 제3 실시 예의 여타 사항에 대한 상세 내용은 제2 실시 예에서의 해당사항에 대한 기술 내용을 참조하고, 여기서 반복하지는 않는다.

제2 실시 예의 로터 타입 펌프(2)와 비교해보면, 제3 실시 예의 로터 타입 펌프(3)는 두 개의 압축 유닛(20)들을 가지고 있으며, 압축 유닛(20)들의 로터(22)들은 위상 차를 가지고 있어서, 압축 유닛(20)들은 시간적 간격(time interval)을 가지면서 가스 압축 행정을 완료한다. 이로써 압축 가스를 보다 안정되게 그리고 보다 많은 양을 제공할 수 있으며, 또는 보다 효율적으로 공간이나 장치를 부압 환경 또는 진공 상태로 만들 수 있다. 물론, 제3 실시 예의 로터 타입 펌프(3)는 이것에 연결되는 장치들의 요구들에 따라 더 많은 압축 유닛들을 가질 수도 있다.

본 발명의 로터 타입 펌프에 있어서, 로터의 원만한 표면이 몸체 챔버의 내측 표면과 밀착 접촉하고, 회전 방식에 의해 챔버 내의 가스가 압축된다. 여기서 본 발명의 로터는 피스톤과 같이 왕복 운동을 필요로 하지 않으며, 사점(dead point)이 방지될 수 있어서, 작동이 부드러우며, 비교적 소음 발생이 매우 적다. 또한, 본 발명의 로터 타입 펌프는 로터의 표면상에 윤활 및 내열성 커버층을 포함하고 있어서 윤활 유체를 필요로 하지 않으며, 높은 압축 성능 및 우수한 효율을 제공해준다.

본 발명의 실시 예들에 대해 예시적으로 설명되고 기술되었지만, 당업계의 기술자들에 의해 다양한 변형 및 개선이 이루어질 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 실시 예들에 대한 기술 내용은 제한적인 의미가 아니라 예시적인 의미로 기술된 것이다. 본 발명은 예시된 특정 형태들에 국한되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 범위를 유지하는 모든 변형들은 첨부된 청구항들에 의해 규정되는 범위 내에 속하는 것이다.

Claims

챔버(chamber), 공기 흡입부(air inlet portion) 및 공기 배출부(air outlet portion)를 가지는 몸체(body);
상기 챔버 내에 축방향으로(axially) 배치되고, 주변 표면(peripheral surface)을 가지는 로터(rotor)로서, 상기 주변 표면은 적어도 볼록 표면(convex surface)을 지니고, 상기 볼록 표면은 상기 챔버의 내측 표면과 밀착 접촉하는, 로터(rotor);
각자 캠 표면(cam surface)을 가지고, 상기 로터와 협력하여 회전하는 적어도 하나의 캠(at least one cam); 및
실링 파트(sealing part) 및 적어도 하나의 싱크로나이징 파트(at least one synchronizing part)를 가지는 실링 유닛(sealing unit)으로서, 상기 실링 파트는 상기 주변 표면과 접촉하며, 상기 싱크로나이징 파트는 상기 캠 표면과 접촉하며, 상기 실링 파트는 상기 싱크로나이징 파트와 동기화(synchronization)하여 움직이는, 실링 유닛;을 포함하며,
상기 로터 및 캠은 회전하고, 상기 싱크로나이징 파트는 대응하는 캠 표면에 따라 움직여서, 동기화되어 움직이는 실링 파트는 상기 주변 표면과 계속적으로 밀착 접촉하며(continuously closely contact); 가스가 상기 공기 흡입부로부터 챔버 내로 들어오고, 상기 볼록 표면이 회전하여 상기 공기 흡입부를 밀봉한 후에는 상기 실링 파트, 상기 볼록 표면 및 상기 챔버의 내측 표면이 실질적으로 밀폐된 공간(substantially hermetic space)을 형성하며; 회전하는 로터는, 챔버 내의 가스가 설정 압력(set pressure)에 도달할 때까지, 상기 챔버 내의 가스를 계속적으로 압축하고, 설정 압력에 도달되었을 때 상기 챔버 내의 가스는 상기 공기 배출부로부터 가이드(guide) 되어 나오는 것을 특징으로 하는 로터 타입 펌프(rotor type pump).
제1항에 있어서,
상기 몸체는 챔버의 일 측에 배치된 적어도 하나의 수용공간(at least one accommodating space)을 더 포함하며, 상기 실링 파트는 몸체를 관통하여 주변 표면과 접촉하며, 상기 싱크로나이징 파트는 각기 몸체를 관통하여 캠 표면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 로터 타입 펌프.
제1항에 있어서,
상기 몸체는 두 개의 수용공간들을 포함하며, 상기 로터 타입 펌프는 두 개의 캠들 및 두 개의 싱크로나이징 파트들을 포함하며, 상기 두 개의 수용공간들은 챔버의 두 측면들에 배치되며, 상기 실링 파트는 몸체를 관통하여 주변 표면과 접촉하며, 상기 싱크로나이징 파트들은 각기 몸체를 관통하여 각기 캠 표면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 로터 타입 펌프.
제1항에 있어서,
상기 로터 및 캠에 연결된 회전축(rotating shaft)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터 타입 펌프.
제4항에 있어서,
상기 실링 유닛은 적어도 하나의 리니어 가이딩 디바이스(at least one linear guiding device)를 더 포함하며, 상기 리니어 가이딩 디바이스는 리니어 베어링(linear bearing) 및 가이드 축(guide shaft)을 포함하며, 상기 리니어 베어링은 회전축에 피봇되고(pivoted) 가이딩부(guiding portion)를 가지며, 상기 가이드 축은 실링 파트의 일 측에 배치되고 가이딩부에 따라 실링 파트와 동기화되어 움직이는 것을 특징으로 하는 로터 타입 펌프.
제4항에 있어서,
회전속도를 향상시키기 위해, 회전을 균형 잡는 데 사용되는 적어도 하나의 중량 엘리먼트(at least one weighting element)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터 타입 펌프.
제1항에 있어서,
상기 공기 배출부는 체크밸브(check valve) 및 파이프라인(pipeline)을 가지며, 상기 체크밸브는 챔버와 소통하며(communicate), 상기 파이프라인은 상기 체크밸브에 연결되는 것을 특징으로 하는 로터 타입 펌프.
제1항에 있어서,
상기 실링 유닛은 베이스부(base portion) 및 복귀 메카니즘(returning mechanism)을 더 포함하며, 상기 베이스부는 실링 파트 및 싱크로나이징 파트에 연결되고, 상기 복귀 메카니즘은 상기 베이스부에 연결되며, 상기 복귀 메카니즘은, 상기 실링 파트로 하여금 주변 표면과 계속적으로 밀착 접촉할 수 있게 하는 압력을 제공하는 것을 특징으로 하는 로터 타입 펌프.
제1항에 있어서,
상기 몸체는, 공기 배출부 및 공기 흡입부 사이에 형성된 디스포징 개구부(disposing opening)를 더 포함하며, 상기 캠의 축선 라인(axis line)은 챔버의 축선 라인에 평행하며, 상기 실링 유닛은 상기 디스포징 개구부를 관통하고 로터 및 캠 사이에 있으며, 상기 실링 유닛은 캠의 축선 라인 및 챔버의 축선 라인의 방향에 수직을 이루며, 상기 실링 파트 및 싱크로나이징 파트는 실링 유닛의 두 단부들에 위치하며, 상기 캠은 싱크로나이징 파트를 구동하여 실링 파트가 주변 표면과 계속적으로 밀착 접촉하는 것을 특징으로 하는 로터 타입 펌프.
제9항에 있어서,
상기 공기 배출부는 체크밸브 및 파이프라인을 가지며, 상기 체크밸브는 챔버와 소통하며, 상기 파이프라인은 상기 체크밸브에 연결되는 것을 특징으로 하는 로터 타입 펌프.
제9항에 있어서,
상기 싱크로나이징 파트는 캠 표면과 접촉하며, 상기 싱크로나이징 파트 및 실링 파트는 T 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 로터 타입 펌프.
제9항에 있어서,
복귀 메카니즘을 가지는 적어도 하나의 압축 유닛(at least one compression unit)을 더 포함하며, 상기 복귀 메카니즘은 실링 유닛에 연결되어 상기 실링 유닛으로 하여금 캠 쪽으로 움직일 수 있게 하는 복귀력(returning force)를 제공하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 로터 타입 펌프.
제12항에 있어서,
상기 복귀 메카니즘은 압력조절밸브(pressure regulating valve) 및 피스톤 구조물(piston structure)을 더 포함하며, 상기 압력조절밸브는 공기 배출부에 연결되며, 상기 피스톤 구조물은 상기 압력조절밸브에 연결되어 실링 유닛과 함께 움직이는 것을 특징으로 하는 로터 타입 펌프.
제9항에 있어서,
적어도 하나의 압축 유닛을 더 포함하며, 상기 압축 유닛 각각은 하나의 챔버, 하나의 공기 배출부, 하나의 디스포징 개구부, 하나의 공기 흡입부, 하나의 로터, 하나의 캠 및 하나의 실링 유닛을 가지는 것을 특징으로 하는 로터 타입 펌프.
제14항에 있어서,
다수의 압축 유닛들을 더 포함하며, 상기 압축 유닛들의 로터들 사이에는 위상 차(phase difference)가 생기는 것을 특징으로 하는 로터 타입 펌프.