KR860000630B1 - 회전 압축기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

회전 압축기

제1도는 본 발명을 설명하기 위한 회전 공기압축기의 횡단면도.

제2도 내지 제4도는 여러 작동상태의 회전자 위치가 표시된 본발명의 압축기를 보여주는 제1도와 유사한 횡단면도.

제5도는 제1도 내지 제4도에 예시된 회전 압축기의 출력 특성을 보여주는 그래프.

본 발명은 회전 압축기(Rotary Compressor)에 관한 것이다.

공기 브레이크(air brake)를 장비한 트럭과 같은 현존의 자동차들은 일반적으로 압축공기를 만들어 내기 위하여 왕복운동을 하는 피스톤식의 공기압축기를 사용하고 있다.

그러나 회전 공기압축기는 종래의 왕복운동을 하는 피스톤식 압축기보다 훨씬 큰 장점을 지니고 있다. 본 발명은 공기를 압축하기 위하여 에피트로코이드(epitrochoid)모양의 하우징안에 한쌍의 로우브(lobe)로 이루어진 회전자가 회전하는 회전압축기에 관한 것이다.

압축된 공기는 일단 저장실에 공급되어 차량의 공기 브레이크 계통에 사용되거나 공기압에 의해 작동되는 부속장치들을 작동하는데 사용된다.

종래의 회전압축기들은 비교적 소음이 크게 나고, 효율이 낮으며 부드럽게 작동하지 못한다.

그래서 이것들은 일반적으로 자동차에는 사용되지 못했다.

종래의 회전압축기들은 효율이 비교적 낮은데, 그 이유는 배제용적(displacement volume)을 효과적으로 이용하지 못하기 때문이다.

또한 그들은 부드럽게 작동하지 못하는데 그 이유는 회전자의 각 운동의 위치에서 역토르크가 회전자에 걸리게 되어 있기 때문이다. 이 때문에 진동이 발생된다.

또한 이러한 종래의 압축기들은 자주 소음이 발생하는데 그 이유는 압축기의 작동단계의 몇몇 부분에서 흡입구(inlet port)를 통하여 압축된 공기를 대기중으로 방출하기 때문이며, 그 결과 바람직하지 않은 "뻥"하고 울리는 소리(popping sound)를 유발하며 효율도 감소하게 된다.

이 압축기가 차량에 사용된 경우 "뻥"소리가 너무 커서 정부당국에서 정한 소음기준치를 위반하게 될 수도 있다.

본 발명의 목적은 회전식 압축기를 이용한 유체압축(流●)방법과 이 방법을 수행하기 위한 압축기를 제시함과 동시에 종래의 방법과 압축기의 단점들을 극복하는데 있다.

이런 목적을 위해 본 발명은 회전식 유체 압축기를 이용한 유체압축방법을 제시하는데 이 압축기는 그 안쪽에 양쪽 흡입구와 토출구를 가진공동(cavity)을 형성하는 하우징과, 상기 공동에서 회전가능한 회전자와, 상기 회전자는 양쪽에 한쌍의 정점시일(apex seal)을 가지고 있는데 공동을 감싸고 있는 주변벽을 따라 돌면서 공동을 두개의 챔버(chamber)들로 나누며, 흡입구에서 공동으로의 흐름을 허락하며 역류를 방지하는 흡입체크밸브와, 공동에서 토출구로의 흐름을 허락하지만 역시 역류를 방지하는 토출체크밸브로 되어 있다.

이와같은 방법은 다음과 같은 단계를 갖는다.

-두개의 챔버중 한 챔버는 흡입구(inlet potr)와 다른 챔버는 토출구(outlet port)와 연결된다.

-양쪽의 체크밸브가 열려진 상태에서 회전자는 사점(dead-center porsition)에 이른때까지 다른 챔버의 유체를 압축하여 부피를 극소화하고, 한 쳄버의 부피는 극대화한다.

-회전자가 이러한 사점에 이르면 양쪽의 체크밸브가 닫히게 된다.

-회전자가 사점을 지나 적어도 상기 흡입구 또는 토출구 중의 하나가 양쪽 챔버에 연결될 때까지 회전하게되는데 이 동안에도 역시 체크밸브들은 닫혀 있다.

-그리고 회전자는 회전을 계속하여 한 챔버가 토출구와 연결되고 다른 챔버는 흡입구와 연결되게 되며 이때에 체크밸브들이 열리게 된다.

본 발명은 다음과 같은 구조를 가진 회전 공기압축기를 제안하고 있다.

내부에 공동을 형성하고 그 공동을 감싸는 주변벽과 그 주변벽에는 흡입구와 토출구를 갖고 있는 하우징과 그 공동속에서 회전하는 회전자 그리고 그 회전자 양쪽에 한쌍의 정점시일을 갖고 있어 그것들이 주변벽을 접촉하며 움직일때 공동을 두개의 챔버로 나누며, 한 챔버는 흡입구에 다른 챔버는 토출구에 연결된다. 양쪽의 흡입구 및 토출구는 주변벽에 설치되어 정점시일의 한쪽 뾰족한 끝부분이 이러한 흡입구나 토출구의 한쪽 부분을 지나갈 때 다른 끌부분은 다른쪽을 걸쳐서 지나가게 되어 있다.

그리고 적어도 흡입구나 토출구의 한쪽은 양쪽 챔버와 연결되게 되는데, 이때는 상기 정점시일들이 흡입구기 토출구를 통과하는 일정한 각 위치에서 회전자가 왔을때이다.

흡입 체크밸브는 흡입구에서 공동으로만 유체를 흐르게 하고 역류는 방지하며, 마찬가지로 토출 체크밸브는 공동에서 토출구로만 흐름을 허용하고 역류는 역시 방지하게 된다.

양쪽의 흡입구와 토출구는 상기 주변벽에 설치되어 회전자의 정점시일이 양쪽 흡입구와 토출구를 걸쳐서 지나갈 때 체크밸브에 걸리는 압축차이가 밸브를 닫혀 있게 한다.

본 발명에 의하면 회전 압축기에서 압축 싸이클에 있는 챔버의 공기부피는 다른 챔버의 압축된 공기를 이 압축싸이클에 있는 챔버에 공급하고 과급(supercharge)되게 한다.

이와같은 챔버의 과압축에 사용되는 공기는, 만약 그렇지 않다면 대기중으로 방출되어 바람직하지 않은 픕핑사운드(popping sound) 즉, 뻥하는 소리를 발생하게 되거나, 회전자에 역토르크가 걸려 회전자가 부드럽게 작동하는 것을 방해하게 된다.

이러한 발명은 종래의 회전압축기보다 좀더 효율이 좋은 압축기를 다음과 같은 면에서 제시하고 있다. 모든 사용 가능한 배제용적을 효율적으로 사용하며, 각각의 압축싸이클이 시작되는 초기에 압축챔버에서 유체압축기에 과급한다.

본 발명의 압축기는 종래 회전압축기가 흡입구를 통해 압축된 공기를 대기중으로 방출함에 따라 발생되는 소음을 방지하거나 줄여준다.

또한 본 발명의 압추기는 회전자에 걸리는 바람직하지 목한 역토르크를 없애줌에 따라 종래의 압축기보다 좀 더 부드럽게 회전한다.

또 본 발명의 중요한 잇점중의 하나는 압축기의 실제 크기를 조정하지 않고도 압축이 일어나기 시작하는 회전자의 위치를 변경하므로써 회전압축의 토출유량을 조절할 수 있다는 점이다.

이제 본 발명을 첨부된 도면과 함께 예를들어 설명한다.

이제 도면을 참조하면, 회전압축기(10)는 그 사이에 공동(14)을 형성하는 하우징(12)으로 되어 있다. 공동(14)의 주변벽(16)은 에피트로코이드 모양의 공동(14)을 형성하는데 그 속에 회전자(18)가 표시되어 있다.

회전자(18)는 베어링(22)을 통해 편심축(20)에 장치되어 있다.

편심축(20)은 하우징(12)의 양쪽벽(보이지 않음)에까지 연결되어 있는 축(24)에 고정되어 엔진(보이지 않음)에 의해 돌려진다.

타이밍기어(26,28)는 각각 회전자(18)와 양쪽 옆판에 부착되어 움직인다.

회전자(18)의 설계와, 이 회전자(18)를 편심축(20)과 축(24) 위에서 움직이는 방법은 재래식으로, 특히 본 발명 양수인에게 소유된 미국특허 제 4,118,157호에 좀 더 상세하게 설명되어 있으며, 여기서는 참고로 소개하며 구체적인 설명은 생략한다.

회전자(18)는 양쪽에 한쌍의 돌출부분, 즉 로우브(lobe)(30,32)를 갖고 있는데 그것들은 재래식 정점시일(34,36)을 갖고 있다.

양쪽 정점시일(34,36)은 주변벽(16)을 따라 돌며, 주변벽(16)에 밀착하여 공동(14)을 두개의 챔버(38,40)들로 나누고 있다.

흠입구(42)와 토출구(44)는 공동(14)의 주변벽(16)에 설치되어 있다.

흡입구(42)와 토출구(44)는 이와같이 설치되어 있어 정점시일(34) 또는 (36)의 하나가 흡입구(42)를 지나면 다른 하나는 토출구(44)를 지나게 되어 있다. 더우기 제1도에서 본 바와같이 주변벽(16)에 설치된 흡입구(42)및 토출구(44)의 길이가 정점시일(34,36)보다 길어서 회전자(18)가 위의 이러한 위치에 왔을때 정점시일(34,36)은 흡입구(42) 및 토출구(44)를 지나게되며, 이 때 두개의 챔버(38,40)는 정점시일(34,36)의 주위로 연결이 가능하게 된다.

흡입구(42) 및 토출구(44)는 흡입통로(46)와 토출통로(48)에 연결된다.

흡입 및 토출 체크밸브(50) 및 (52)는 흡입통로(46)와 토출통로(48)에 각각 부착되어 있다.

흡입 체크밸브(50)는 흡입통로(46)로의 연결을 제어하기 위하여 리이드(reed)(56)로 작동되는 밸브시트(54)로 구성되어 있다.

밸브스톱(valve stop)(58)은 리이드(56)의 작도의 한계치를 주기 위해 마련되어 있다.

따라서 흡입 체크밸브(50)는 흡입구(42)의 압력수준이 흡입 체크밸브(50)위쪽 압력보다 낮을때 열리게 된다.

흡입통로(46)의 유입구(60)는 대기와 연결되어 있거나 또는 엔진공급 공기에 연결된다.

토출 체크밸브(52)는 밸브시트(62)를 포함하는데 이는 공동(14)과 유출구(66)의 연결을 제어하기 위해 리이드(64)와 함께 작동한다.

밸브스톱(68)은 리이드(64)의 작동을 제한한다. 유출구(66)는 압축공기를 저장할 적당한 유체저장실과 연결된다.

앞으로의 설명에서 회전자(18)는 제1도에서 발향으로 표시한 것처럼 도면을 볼 때 시계방향으로 회전하는 것으로 가정한다.

제1도에 따르면 회전자(18)는 바로 극정지점(top dead center)에 위치하여 있어서, 챔버(38)의 부피는 최소화되고 챔버(40)의 부피는 최대화되고 있다. 물론 회전자(18)가 제1도에서 극정지점에 다가감 따라 챔버(38)의 부피가 일률적으로 감소하여 챔버(38)의 공기를 압축하게 된다.

챔버(38)의 압축공기의 압력이 토출통로(48)의 유출구(66)의 공기압력보다 크기 때문에, 토출 체크밸브(52)가 열려 압축된 유체를 앞에서 언급한 저장실로 보내게 된다.

마찬가지로 챔버(40)의 부피는 회전자(18)가 제1도에서 보여지는 극정지점에 도달할 때까지 일률적으로 증가하게 된다.

챔버(40)의 부피가 일정하게 증가함에 따라 흡입 체크밸부(50)가 열리게 되어 챔버(40)로 공기가 흘러들어가게된다.

그러나, 회전자(18)가 극성지점을 지나 회전하게 되면 챔버(38)의 부피가 증가하기 시작한다. 마찬가지로 부피의 증가와 더불어 챔버(38)의 압력수준은 떨어지기 시작한다.

압력저하는 토출 체크밸브(52)를 닫히게하며, 따라서 앞의 저장실과 챔버(38)의 연결을 단절하게 된다. 마찬가지로 회전자(18)가 제1도에서 보여지는 극정지점을 지나 회전함에 따라 챔버(40)의 부피는 감소하기 시작한다.

이러한 부피감소는 그 속의 공기를 압축하게 되며, 챔버(40)의 압력증가를 가져오며 흡입 체크밸브(50)는 계속 닫혀 있게 된다.

따라서 회전자가 극정지점을 지나 회전함에 따라 양쪽의 흡입 체크밸브(50)와 토출 체크밸브(52)는 닫혀있는 상태이다.

제2도를 살펴보면, 이는 회전자(18)의 정점시일(36,34)이 막 흡입구(42)와 토출구를 각각 지나려 할 때의 위치를 설명하고 있다.

챔버(38)의 부피증가와 챔버(40)의 부피감소가 명확하게 보인다.

이제 제5도를 살펴보자.

이는 챔버(40)의 압력상태를 도시한 것으로 제1도에서 보여진대로 챔버(40)의 압력상태는 실질적으로 회전자(18)가 챔버(40)의 부피가 극대화된 극정지점에 위치했을 때의 흡입압력이다.

이 점은 제5도의 A점으로 표시되어 있다.

제1도의 극정지점과 제2도의 위치간의 회전자(18)의 회전에 의한 챔버(40)의 압력증가는 제5도의 선 A-B로 표시된다.

제3도에서, 회전자(18)의 위치는 제2도의 위치를 지나 약간의 회전이 이루어진 후의 모습이다.

이 위치에서는 정점ㅁ시일(34,36)이 흡입구(42)와 토출구(44)를 지나가고 있다.

앞에서 말한 바와같이 흡입구(42)와 토출구(44)가 걸쳐 있는 주변벽(16)의 원주길이가 정점시일(34,36)의 폭보다 길기 때문에 한쌍의 측면통로가 정점시일(34,36)의 끝부분에 각각 형성된다.

이러한 통로는 흡입구(42)와 토출구(44)에 각각 걸쳐 있어서 챔버(38)의 유체는 챔버(40)의 유체와 서로 연결되어 진다.

물론 이때에도 제1도에 본것과 같이 회전자(18)가 극정지점을 지나 회전함에 따라 흡입 및 토출 체크밸브(50,52)는 닫혀져 있다는 것을 상기하여야 한다.

제3도의 위치에서도 흡입 및 토출 체크밸브(50,52)들은 닫혀 있는데, 왜냐하면 챔버(38), (40)의 양쪽 압력이 대기압보다 크기 때문이며 따라서 흡입 체크밸브(50)도 계속 닫혀져 있게 된다.

토출 체크밸브(52)는 제3도의 위에서는 닫혀지게 되는데 왜냐햐면 챔버(38)의 압력이 제1도의 극정지점에서의 압력보다 낮기 때문이다.

제3도에서 명시된 것과 같이 측면통로가 열린 상태에서는 챔버(38)과 (40)의 압력수준이 같게 되어 챔버(38)과 (40)의 압력의 중간압력으로 된다.

챔버(40)의 압력은 챔버(38)의 압력과 연결됨으로써 갑자기 증가하게 되는데, 이러한 챔버(40)의 과급은 제5도의 선 B-C로 표시되어 있다.

챔버(40)의 이러한 과급현상은 종래의 압축기보다 좋은 효율을 갖게 하는데 왜냐하면, 챔버(40)의 이러한 급격한 압력증가는 회전자(18)의 회전을 필요로 하지 않고서도 얻어지기 때문이다.

거기다가 챔버(38)의 압력은 만약 그서이 챔버(40)와 연결되지 않았더라면 흡입통로(46)를 통해 공기중에 방출되어 바람직하지 않은 "폼핑"사운드를 발생시켰을 것이다.

마지막으로 종래 압축기의 챔버(38)의 압력은 회전자(18)에 바람작하지 않은 역토르크를 발생시켰다.

토출구(44)의 폭이 흡입구(42)의 폭보다 크다는 것을 주의하여야 한다.

따라서 토출구(44)가 챔버(38)와 여전히 연결되어 있을 때에도 흡입구(42)는 챔버(38)와 연결되어 있고, 챔버(40)와는 단절되게 한다.

따라서 공기는 정점시일(34)이 제4도에서의 토출구(44)의 끝을 지나갈때까지 압축될 수가 없다. 챔버(40)의 유체는 제5도에서 일정한 선 C-D로 실질적으로 표시된 것과 같은 이러한 주기(cycle)동안에는 압축되지 않는다.

따라서 특별한 출력의 압축기가 필요하다면 압축기 하우징 자체를 변화시키지 않고도 압축기의 출력을 예정된 상태로 제한할 수 있다.

이는 토출구(44)를 크게 만들므로서 얻어질 수 있는데, 말하자면 정점시일이 공기가 압축되지 않은 토출구(44)부분을 지나는 시간을 증가시키는 것이다. 회전자가 제4도의 위치를 지난 후에는 회전자가 다시 제1도의 극정지점에 도달할때까지 제5도의 선 D-E로 표시된 것과 같이 챔버(40)의 공기는 압축된다.

Claims (1)

1. 주변벽을 그 안에 가지는 공동을 형성하는 하우징과, 상기 주변벽에 있는 흡입구 및 토출구와, 상기 공동안에서 회전가능한 회전자를 포함하고, 상기 회전자에는 상기 주변벽을 접동하여 상기 공동을 두개의 챔버로 나누는 한쌍의 정점시일이 있으며, 한 챔버는 상기 흡입구와 그리고 다른 챔버는 상기 토출구와 연통되는 회전압축기에 있어서, 상기 정점시일(34,36)의 한쪽 끝부분이 상기 흡입구(42) 및 토출구(44)의 한쪽 부분을 지날갈 때 상기 정점시일(34,36)의 다른 끝부분이 상기 흡입구(42) 및 토출구(44)의 다른쪽 부분을 지나도록 상기 주변벽(16)에 설치된 상기 흡입구(42) 및 토출구(44), 상기 흡입구(42) 및 토출구(44)의 적어도 하나는 상기 정점시일(34,36)이 상기 흡입구(42) 및 토출구(44)를 통과하는 일정 각 위치에 회전자(18)가 왔을때 양쪽의 챔버(38,40)와 연통하며, 상기 흡입구(42)를 통해 상기 공동(14)내로 유통을 허용하나 역방향의 유통을 방지해주는 흡입체크밸브(50)와 상기 토출구(44)를 통해 상기 공동(14)으로부터의 유통을 허용하여 역방향의 유통을 방지하는 토출 체크밸브(52)와로 되어 있으며, 또한 상기 흡입구(42)및 토출구(44)는 상기 정점시일(34,36)이 상기 흡입구(42) 및 토출구(44)를 통과시 상기 흡입 및 토출 체크밸브(50) 및 (52)에 걸리는 압력차로 상기 흡입 및 토출 체크밸브(50) 및 (52)가 닫혀있게 되도록 상기 주변벽(16)에 위치하는 것을 특징으로 하는 회전 압축기.

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