KR20190045944A - 상용차용 스크루 압축기 - Google Patents

상용차용 스크루 압축기 Download PDF

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장-밥티스트 마레스코
요르그 멜라
토마스 바인홀드
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크노르-브렘제 시스테메 퓌어 누츠파조이게 게엠베하
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Abstract

본 발명은 상용차용 스크루 압축기(10)에 관한 것으로, 적어도 하나의 하우징(20) 및 적어도 한 쌍의 압축기 스크루(16, 18)를 포함하고, 상기 하우징(20)은 오일(22)로 채워지고, 상기 압축기 스크루들은 하우징(20) 내에 장착되고 스크루 압축기(10)에 공급되는 공기의 압축을 위해 이용되고, 조립된 상태에서 하우징(20) 위에 열 교환기(74)가 직접 배치되어 조립되고, 하우징(20) 내에 포함된 오일(22)의 온도는 상기 열 교환기에 의해 조절 가능할 수 있다.

Description

상용차용 스크루 압축기
본 발명은 상용차용 스크루 압축기에 관한 것이다.
선행 기술에 상용차용 스크루 압축기들이 공개되어 있다. 이러한 스크루 압축기들은, 예를 들어 상용차의 브레이크 시스템을 위해 필요한 압축 공기를 제공하기 위해 사용된다.
이와 관련해서 특히 오일로 채워진 압축기, 특히 스크루 압축기도 공개되어 있고, 이러한 압축기에는 오일 온도를 조절하는 과제가 부여된다. 이는 일반적으로, 외부 오일 냉각기가 존재하고, 상기 오일 냉각기는 온도 조절 밸브에 의해 오일로 채워진 압축기 및 오일 순환계에 연결됨으로써 달성된다. 오일 냉각기는 서로 분리된 2개의 순환계를 포함하는 열 교환기이고, 이 경우 제 1 순환계는 고온 액체, 즉 압축기 오일을 위해 제공되고, 제 2 순환계는 냉각액을 위해 제공된다. 냉각액으로서 예를 들어 공기, 부동제 또는 다른 오일을 포함하는 혼합수가 사용될 수 있다.
이러한 오일 냉각기는 튜브 또는 호스를 통해 압축기 오일 순환계에 연결되어야 하고, 오일 순환계는 누출이 방지되어야 한다.
이러한 외부 체적은 또한 오일로 채워져야 하므로, 전체 오일량도 증가한다. 이로 인해 시스템 관성이 커진다. 또한, 오일 냉각기는, 주위에 있는 홀더에 의해 또는 별도의 홀더에 의해 기계적으로 배치되어 고정되어야 하고, 이는 추가 고정 수단은 물론 조립 공간을 필요로 한다.
US 4,780,061 호에 통합된 오일 냉각부를 갖는 스크루 압축기가 이미 공개되어 있다.
또한, DE 37 17 493 A1호는 콤팩트한 하우징 내에 배치되며 스크루 압축기의 전기 모터 상에 오일 냉각기를 갖는 스크루 압축기-장치를 기술한다.
본 발명의 과제는, 특히 스크루 압축기가 더 간단하게 설계되도록 및 전체 시스템의 열적 관성이 감소할 수 있도록, 전술한 방식의 상용차용 스크루 압축기를 바람직하게 개선하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항의 특징들을 포함하는 상용차용 스크루 압축기에 의해 해결된다. 따라서 상용차용 스크루 압축기는 적어도 하나의 하우징을 포함하고, 상기 하우징은 오일로 채워지고, 상기 스크루 압축기는 적어도 한 쌍의 압축기 스크루(압축기 로터라고도 함)를 더 포함하고, 상기 압축기 스크루들은 하우징 내에 장착되고, 스크루 압축기에 공급되는 유체, 특히 공기의 압축을 위해 이용되고, 스크루 압축기의 조립된 상태에서 하우징 위에 열 교환기가 직접 배치되어 조립되고, 하우징 내에 포함된 오일의 온도는 상기 열 교환기에 의해 조절 가능한 것이 제공된다.
본 발명은, 하우징 위에 열 교환기를 직접 배치함으로써 필요한 전체 체적 및 오일의 불용 체적도 감소할 수 있다는 기본 사상에 기초한다. 특히 스크루 압축기의 하우징 위에 열 교환기를 직접 배치함으로써 스크루 압축기 하우징으로부터 열 교환기로 내로 큰 연결 경로를 필요로 하지 않는다. 오히려 오일은 스크루 압축기로부터 열 교환기 내로 바로 도입될 수 있다. 따라서 필수 오일량은 비교적 작게 유지된다. 시스템의 열적 관성은 감소한다. 다시 말해서, 불용 체적 또는 하우징 내부와 열 교환기 사이의 라인에 오일이 침투하도록 하기 위해 및 오일 순환을 가능하게 하기 위해, 오일로 채워져야 하는 체적이 감소한다. 또한, 이로 인해 누설 위험이 상당히 감소하는데, 그 이유는 하우징 외부에 필요한 라인이 방지되거나 적어도 더 짧은 길이로 제공되어야 하기 때문이다.
지금까지 공개된 스크루 압축기와 달리, 오일이 온도 조절 장치에 의해 조절되어 처음에는 열 교환기/냉각기를 통해 흐르지 않고 이로 인해 신속하게 작동 온도에 도달하면, 특히 시동 단계에서 오일은 신속하게 작동 온도가 된다.
또한, 하우징은 열 교환기의 수용을 위한 링 숄더를 갖는 것이 제공될 수 있다. 링 숄더에 의해, 하우징 상에서 열 교환기의 간단하고 적절한 위치 설정이 가능해질 수 있다. 또한, 링 숄더를 통해 축방향 및 반경방향으로 간단하고 신뢰할 수 있는 밀봉 가능성도 간단하게 구현될 수 있다.
또한, 스크루 압축기의 하우징 상에 열 교환기의 고정을 위해 이용될 수 있는 2개의 링 숄더가 하우징 내에 제공되는 것이 고려될 수 있다. 밀봉 작용은 이중 링 숄더에 의해 개선될 수 있는데, 그 이유는 이와 관련해서 예를 들어 일종의 래버린스 밀봉이 가능해 질 수 있기 때문이다. 또한, 링 숄더들의 벽들 사이의 공간을 하우징과 열 교환기 사이의 유체 라인으로서 이용하는 것이 제공될 수 있다.
특히, 링 숄더들은 동심으로 형성되는 것이 고려될 수 있다. 이는, 하우징 상에서 열 교환기의 위치 설정을 간단하게 한다. 또한, 링 숄더들의 동심 배치는 하우징 위에 배치된 열 교환기를 하우징에 대한 인터페이스에서 적절하게 밀봉하기 위해 필요한 밀봉 작용과 관련해서 유용하다.
또한, 하우징은 열 교환기의 고정을 위한 스크루용 수용부를 포함하는 것이 제공될 수 있다. 이와 관련해서 스크루를 이용해서 하우징에 열 교환기의 간단한 고정이 가능해질 수 있다.
특히, 스크루용 수용부는 2개의 링 숄더의 내부에 수용되는 것이 고려될 수 있다. 이로써 실질적으로 하나의 간단한 작업 단계에서 2개의 링 숄더에 의한 열 교환기의 센터링 및 2개의 링 숄더의 내부에 수용된 스크루를 이용한 고정이 실행될 수 있다.
열 교환기의 고정을 위한 스크루는 중공 스크루인 것이 제공될 수 있다. 중공 스크루에 의해, 오일을 열 교환기에 공급하는 것 또는 중공 스크루를 통해 오일을 열 교환기로부터 스크루 압축기의 하우징 내로 돌려 보내는 것이 가능해진다.
특히, 중공 스크루는 열 교환기로 안내되는 오일 또는 열 교환기로부터 다시 하우징 내로 안내되는 오일을 위한 유체 채널로서 이용하는 것이 제공될 수 있다.
열 교환기는 공랭식으로 구현되는 것이 고려될 수 있다.
열 교환기는 수랭식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 냉각수는 부동제, 예를 들어 메틸렌-글리콜 등과 혼합되는 것이 제공될 수 있다.
또한, 온도 조절 장치 및 제어- 및/또는 조절 장치가 제공될 수 있고, 상기 장치에 의해 하우징 내에 있는 오일의 온도가 모니터링될 수 있고, 설정값으로 조절될 수 있다. 이와 관련해서, 필요한 경우에만, 열 교환기를 사용하는 것이 가능하다. 이로 인해, 예를 들어 스크루 압축기의 시동 시 작동 온도에 더 신속하게 도달하는 것이 가능해진다.
본 발명의 다른 세부 사항과 장점들은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 스크루 압축기의 개략적인 단면도를 도시한 도면.
도 2는 스크루 압축기를 도시한 사시도.
도 3은 도 2에 따른 스크루 압축기를 도시한 다른 사시도.
도 4는 도 2에 따른 스크루 압축기의 하우징의 일부 및 열 교환기를 개략적으로 도시한 사시 단면도.
도 1은 본 발명의 실시예와 관련해서 스크루 압축기(10)를 개략적인 단면도에 도시한다.
스크루 압축기(10)는 여기에 상세히 도시되지 않은, 전기 모터에 스크루 압축기(10)를 기계적으로 고정하기 위한 고정 플랜지(12)를 갖는다.
입력 샤프트(14)가 도시되고, 상기 입력 샤프트를 통해 전기 모터로부터 2개의 스크루(16, 18) 중 하나에, 예컨대 스크루(16)에 토크가 전달된다.
스크루(18)는 스크루(16)와 맞물리고, 이것에 의해 구동된다.
스크루 압축기(10)는 하우징(20)을 갖고, 상기 하우징 내에 스크루 압축기(10)의 주요 부품들이 배치된다.
하우징(20)은 오일(22)로 채워진다.
공기 유입 측에, 스크루 압축기(10)의 하우징(20)에 유입 포트(24)가 제공된다. 유입 포트(24)는, 거기에 공기 필터(26)가 배치되도록 형성된다. 또한, 공기 유입 포트(24)에 반경방향으로 공기 유입부(28)가 제공된다.
유입 포트(24)와 유입 포트(24)가 하우징(20)에 부착되는 위치 사이의 영역에, 여기에서 축방향 밀봉부로서 구현된 스프링 하중을 받는 밸브 인서트(30)가 제공된다.
이러한 밸브 인서트(30)는 체크 밸브로써 이용된다.
밸브 인서트(30)의 하류에 공기 공급 채널(32)이 제공되고, 상기 공기 공급 채널은 2개의 스크루(16, 18)에 공기를 공급한다.
2개의 스크루(16, 18)의 출력 측에 상승관(36)을 갖는 공기 배출관(34)이 제공된다.
상승관(36)의 단부 영역에 온도 센서(38)가 제공되고, 상기 온도 센서에 의해 오일 온도가 모니터링될 수 있다.
또한, 공기 오일 분리 부재(42)를 위한 홀더(40)가 공기 배출 영역 내에 제공된다.
공기 오일 분리 부재를 위한 홀더(40)는 조립된 상태에서(도 1에도 도시된 바와 같이) 바닥을 향한 영역에 공기 오일 분리 부재(42)를 갖는다.
또한, 공기 오일 분리 부재(42)의 내부에 적절한 필터 스크린 또는 공개된 필터- 및 오일 분리 장치(44)가 제공되고, 상기 장치는 상세히 설명되지 않는다.
조립되어 작동 준비된 상태(즉 도 1에 도시된 바와 같이)와 관련해서, 공기 오일 분리 부재를 위한 홀더(40)는 중앙 상부 영역에 배기구(46)를 갖고, 상기 배기구는 체크 밸브(48)와 최소 압력 밸브(50)로 안내된다. 체크 밸브(48)와 최소 압력 밸브(50)는 공통의 결합된 밸브 내에 형성될 수도 있다.
체크 밸브(48)에 이어서 공기 배출부(51)가 제공된다.
공기 배출부(51)는 일반적으로 적절하게 공개된 압축 공기 소비 장치에 연결된다.
공기 오일 분리 부재(42)에 있는 분리된 오일(22)을 다시 하우징(20) 내로 돌려보내기 위해, 상승관(52)이 제공되고, 상기 상승관은 하우징(20) 내로 합류 시 공기 오일 분리 부재(42)를 위한 홀더(40)의 끝에서 필터- 및 체크 밸브(54)를 갖는다.
필터- 및 체크 밸브(54)의 하류에 하우징 보어 내에 노즐(56)이 제공된다. 오일 리턴관(58)은 스크루(16) 또는 스크루(18)의 대략 중앙 영역으로 리턴되므로, 상기 스크루에 다시 오일(22)이 공급될 수 있다.
조립된 상태에서 하우징(20)의 바닥 영역 내에 오일 배출 스크루(59)가 제공된다. 오일 배출 스크루(59)에 의해 해당하는 오일 배출 개구가 개방될 수 있고, 상기 개구를 통해 오일(22)이 배출될 수 있다.
하우징(20)의 하부 영역에 또한 숄더(60)가 제공되고, 상기 숄더에 오일 필터(62)가 고정된다. 하우징(20) 내부에 배치된 오일 필터 유입 채널(64)을 통해 오일(22)이 먼저 온도 조절 밸브(66)로 안내된다.
온도 조절 밸브(66) 대신 제어- 및/또는 조절 장치가 제공될 수 있고, 상기 장치를 이용해서 하우징(20) 내부에 있는 오일(22)의 오일 온도가 모니터링되어 설정값으로 조절될 수 있다.
온도 조절 밸브(66)의 하류에 오일 필터(62)의 오일 유입부가 제공되고, 상기 오일 유입부는 중앙 리턴관(68)을 통해 오일(22)을 다시 스크루(18) 또는 스크루(16)로 및 샤프트(14)의 오일 윤활식 베어링(70)에도 안내한다. 베어링(70)의 영역에는 또한 노즐(72)이 제공되고, 상기 노즐은 리턴관(68)과 관련해서 하우징(20) 내에 제공된다.
이어서 도 2 내지 도 4에서 추가로 설명되는 바와 같이, 냉각기(74)는 숄더(60)에 접속된다.
하우징(20)의 상부 영역에 (조립된 상태와 관련해서) 안전밸브(76)가 배치되고, 상기 밸브에 의해 하우징(20) 내부의 과도한 압력이 감소할 수 있다.
최소 압력 밸브(50) 앞에 바이패스 관(78)이 배치되고, 상기 바이패스 관은 릴리프 밸브(80)로 안내된다. 공기 공급부(32)와의 연결에 의해 제어되는 이러한 릴리프 밸브(80)를 통해 공기 유입부(28)의 영역 내로 공기가 돌려보내질 수 있다. 상기 영역에 상세히 도시되지 않은 환기 밸브 및 노즐(공급관의 직경 감소부)도 제공될 수 있다.
또한, 하우징(20)의 외벽에 대략 관(34)의 높이에 오일 게이지 센서(82)가 제공될 수 있다. 이러한 오일 게이지 센서(82)는 예를 들어 광학 센서일 수 있고, 작동 시 오일 레벨이 오일 게이지 센서(82)의 위에 있는지 여부 또는 오일 게이지 센서(82)가 노출되어 있는지 여부 및 그에 따라 오일 레벨이 상응하게 감소하였는지 여부가 센서 신호에 의해 파악될 수 있도록 구성 및 설계될 수 있다.
이러한 모니터링과 관련해서 알람 유닛이 제공될 수도 있고, 상기 알람 유닛은 시스템의 사용자에게 해당하는 오류 메시지 또는 경고 메시지를 출력 또는 전달한다.
도 1에 도시된 스크루 압축기(10)의 기능은 다음과 같다:
공기 유입부(28)를 통해 공기가 공급되고 체크 밸브(30)를 지나 스크루(16, 18)에 도달하고, 거기에서 공기가 압축된다. 5배 내지 16배의 압축률로 배출관(34)을 지나 상승관(36)을 통해 스크루(16, 18)를 향해 상승하는 압축된 공기-오일 혼합물은 온도 센서(38)로 바로 블로잉된다.
여전히 부분적으로 오일 입자를 지닌 공기는 그리고 나서 홀더(40)를 통해 공기 오일 분리 부재(42) 내로 안내되고, 해당하는 최소 압력이 달성될 경우, 공기 배출관(51)에 도달한다.
하우징(20) 내부에 있는 오일(22)은 오일 필터(62)에 의해 및 필요 시 열 교환기(74)에 의해 작동 온도에서 유지된다.
냉각이 필요 없는 경우, 열 교환기(74)는 사용되지 않고 접속되지 않는다.
해당 접속은 온도 조절 밸브(68)에 의해 이루어진다. 오일 필터(64)에서 정화 후에 관(68)을 통해 오일이 스크루(18) 또는 스크루(16)는 물론 베어링(72)에도 공급된다. 스크루(16) 또는 스크루(18)에 리턴관(52, 58)을 통해 오일(22)이 공급되고, 이 경우 공기 오일 분리 부재(42)에서 오일(22)의 정화가 이루어진다.
또한 스크루(18)와 맞물리는 스크루(16)로 샤프트(14)를 통해 토크를 전달하는 자세히 도시되지 않은 전기 모터에 의해 스크루 압축기(10)의 스크루(16, 18)가 구동된다.
자세히 도시되지 않은 릴리프 밸브(80)에 의해, 작동 상태에서 예를 들어 스크루(16, 18)의 출력 측에 우세한 고압이 공급관(32)의 영역에서 차단될 수 있는 것이 아니라, 특히 압축기의 시동 시 공급관(32)의 영역에 항상 낮은 유입 압력, 특히 대기압이 존재하는 것이 보장된다. 그렇지 않으면, 압축기의 시동으로 스크루(16, 18)의 출력 측에 처음에는 매우 높은 압력이 발생하고, 이러한 압력은 구동 모터에 과부하를 준다.
도 2에는 하우징(20) 상에 직접 배치된 열 교환기(74)가 사시도로 도시된다.
조립된 상태에서 열 교환기(74)는 하우징(20) 위에 직접 배치되어 조립되고, 이 경우 하우징(20) 내에 포함된 오일(22)의 온도는 열 교환기(74)에 의해 조절 가능하다.
도 3에 추가로 도시된 바와 같이, 열 교환기(74)의 고정을 위해 이중의 동심 반경방향 숄더(60)가 제공되고, 상기 숄더는 외부 링(60a)과 내부 링(60b)을 갖는다.
반경방향 숄더(60b)의 내부에 수용부(90)가 제공되고, 상기 수용부는 중공 스크루(92)를 돌려 넣는데 이용된다.
중공 스크루(92)는 한편으로는 오일 냉각기(74)의 고정을 위해뿐만 아니라 다른 한편으로는, 도 4에 도시된 바와 같이 오일 냉각기(74)를 통해 안내되어 냉각된 오일(22)을 중공 스크루 내부 채널(92a)을 통해 다시 하우징(20) 내로 복귀시키는데 이용된다. 동심 링 숄더들(60a, 60b) 사이의 영역(98)은, 오일 냉각기(74)에 오일(22)을 공급하기 위해 사용된다.
오일 냉각기(74)는 수랭식(특히 부동제가 첨가되는 수랭식)으로 구현된다. 다른 실시예에서 공랭식 열 교환기도 사용될 수 있다.
냉각제의 공급은 접속부들(94, 96)을 통해 이루어진다(도 2 및 도 4 참조).
도 4에 도시된 바와 같이, 열 교환기 구조는 여기에서 라멜라형으로 형성되고 또는 여기에서 공개되어 입증된 멀티 플레이트 구조로서 형성된다.
10 스크루 압축기
12 고정 플랜지
14 입력 샤프트
16 스크루
18 스크루
20 하우징
22 오일
24 유입 포트
26 공기 필터
28 공기 유입부
30 밸브 인서트
32 공기 공급 채널
34 공기 배출관
36 상승관
38 온도 센서
40 공기 오일 분리 부재를 위한 홀더
42 공기 오일 분리 부재
44 필터 스크린 또는 공개된 필터- 또는 오일 분리 장치
46 배기구
48 체크 밸브
50 최소 압력 밸브
51 공기 배출부
52 상승관
54 필터- 및 체크 밸브
56 노즐
58 오일 리턴관
59 오일 배출 스크루
60 숄더
60a 외부 링
60b 내부 링
62 오일 필터
64 오일 필터 유입 채널
66 온도 조절 밸브
68 리턴관
70 베어링
72 노즐
74 냉각기, 열 교환기
76 안전밸브
78 바이패스 관
80 릴리프 밸브
82 오일 게이지 센서
90 수용부
92a 중공 스크루 내부 채널
94 접속부
96 접속부
98 영역

Claims (11)

  1. 상용차용 스크루 압축기(10)로서, 적어도 하나의 하우징(20) 및 적어도 한 쌍의 압축기 스크루(16, 18)를 포함하고, 상기 하우징(20)은 오일(22)로 채워지고, 상기 압축기 스크루들은 상기 하우징(20) 내에 장착되고, 상기 스크루 압축기(10)에 공급되는 공기의 압축을 위해 이용되고, 조립된 상태에서 상기 하우징(20) 위에 열 교환기(74)가 직접 배치되어 조립되고, 상기 하우징(20) 내에 포함된 오일(22)의 온도는 상기 열 교환기에 의해 조절 가능한 것인 스크루 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열 교환기(74)의 고정을 위해 상기 하우징(20)에 링 숄더(60)가 제공되는 것을 특징으로 하는 스크루 압축기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 하우징(20)에 2개의 링 숄더(60a, 60b)가 제공되는 것을 특징으로 하는 스크루 압축기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 링 숄더들(60a, 60b)은 서로 동심으로 배치되는 것을 특징으로 하는 스크루 압축기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징은 상기 열 교환기(74)의 고정을 위한 스크루(92)용 수용부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크루 압축기.
  6. 제 5 항 및 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 스크루(92)용 상기 수용부(90)는 상기 2개의 링 숄더(60a, 60b)의 내부에 수용되는 것을 특징으로 하는 스크루 압축기.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 스크루(92)는 중공 스크루인 것을 특징으로 하는 스크루 압축기.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 중공 스크루(92)는 상기 열 교환기(74)로 안내되는 오일(22) 또는 상기 열 교환기(74)로부터 다시 상기 하우징(20) 내로 안내되는 오일(22)을 위한 유체 채널로서 이용되는 것을 특징으로 하는 스크루 압축기.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 교환기(74)는 수랭식으로, 특히 물-부동제 혼합물에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 스크루 압축기.
  10. 재 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 교환기(74)는 공랭식인 것을 특징으로 하는 스크루 압축기.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도 조절 장치(66) 및 제어- 및/또는 조절 장치가 제공되고, 상기 장치에 의해 상기 하우징(20) 내에 있는 오일(22)의 온도가 모니터링될 수 있고, 설정값으로 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 스크루 압축기.
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