KR930004663B1 - 스크루형 유체 압축기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

스크루형 유체 압축기

제1도-제5도는 본 발명의 한 실시예를 나타내는 것으로,

제1도는 유체압축기의 전체를 나타내는 절단 측면도.

제2도는 회전체 및 나선형 홈을 개략적으로 나타내는 측면도.

제3도는 나선형 홈과 작동실의 용적과의 관계를 나타내는 그래프.

제4도는 블레이드의 측면도.

제5a-d도는 냉매가스의 압축과정을 각각 나타내는 부분 절단 측면도.

제6도는 변형예를 나타내는 것으로 나선형 홈과 작동실의 용적과의 관계를 나타내는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 밀폐 케이스 3 : 전동요소(구동장치)

7 : 실린더 10 : 회전체

12 : 나선형 홈 13 : 확장부

14 : 블레이드 15 : 작동실

본 발명의 예를들면 냉동사이클의 냉매가스를 압축하는 스크루형 유체압축기에 관한 것이다. 종래부터 압축기로는 왕복방식, 로타리방식 등 각종의 것이 알려져 있다.

그러나 이러한 압축기에 있어서는 회전력을 압축기부에 전달하는 크랭크 샤프트등의 구동부등, 압축부의 구조가 복잡하며, 또 부품수도 많다.

그리고 이같은 종래의 압축기에서는 압축효율을 높이기 위해 배출측에 체크밸브를 설치할 필요가 있지만 이 체크밸브의 양 사이드의 압력차는 매우 커서 체크밸브에서 가스가 누출되기 쉽고 압축효율이 낮았다.

그리고 이같은 문제를 해소하기 위해서는 각 부품의 치수 정밀도나 조립 정밀도를 높힐 필요가 있어 이로 인해 제조원가가 높아진다.

또 미국특허 제2,401,189호에 명세서에는 스크루펌프가 나타나 있다.

이 펌프에 따르면 슬리브내에 원주형상의 회전체가 설치되며, 이 회전체의 바깥둘레면에는 나선형의 홈이 형성되어 있다.

또 이 홈에는 나선형의 블레이드가 자유롭게 미끄러져 움직일 수 있도록 끼워져 있다.

그리고 회전체를 회전 구동함으로써 회전체의 바깥둘레면과 슬리브의 안둘레면과의 사이에서 블레이드의 인접하는 2개소의 공간에 모인 유체를 슬리브의 한쪽 단에서 다른쪽 단으로 이송한다.

즉 전술한 스크루펌프는 유체를 한쪽 단에서 다른쪽 단으로 이송하는 것으로 유체를 압축하는 기능은 없다.

또 전술과 같은, 나선형의 블레이드를 장착한 회전체를 실린더내에 배치한 형식의 스크루펌프에서는 유체의 이송 용량은 나선형의 홈 및 블레이드의 피치크기에 비례한다.

따라서 이러한 형식의 스크루펌프는 나선형의 홈 및 블레이드의 피치를 크게 설정하면 대용량이 된다.

그러나 나선형의 홈 및 블레이드의 피치를 크게 설정하면 회전체나 실린더 등도 커져 장치가 대형화하는 불리한 점이 있다.

전술과 같이 종래의 유체압축기에서는 그 구조가 복잡하고 부품수도 많았다.

그리고 고압측과 저압측의 경계에 설치된 체크밸브로 부터 가스가 누출되는 일이 있어 압축효율도 낮았다.

또 나선형의 블레이드를 장착한 회전체를 슬리브 속에 배치한 형식의 스크루펌프는 단순히 유체를 이송하는 것으로 압축작용은 없다.

또 이러한 형식의 스크루펌프를 대용량화 하기 위해서는 장치를 대형화할 필요가 있었다.

본 발명이 목적으로 하는 점은 비교적 간단한 구성으로 밀폐성을 향상시켜 효율좋게 유체를 압축할 수 있고, 소형으로 용량이 큰 유체압축기를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 밀폐 케이스와 이 밀폐 케이스내에 설치되어 흡입측단과 배출측단을 갖는 실린더와, 이 실린더내에 실린더의 축방향을 따라 편심되어 배치되며, 그 일부가 전술한 실린더의 안둘레면에 접촉한 상태로 전술한 실린더와 상대적으로 회전이 가능한 원주형의 회전체와, 이 회전체의 바깥둘레에 설치되며, 그 대부분을 전술한 실린더의 흡입측단에서 배출측단으로 서서히 작아지는 피치로 형성됨과 아울러 그 일부에 전술한 실린더의 흡입측단에서 배출측단에 걸쳐 서서히 피치를 크게 하는 확장부를 갖는 나선형의 홈과 전술한 홈에 대략 회전체의 직경방향으로 출입이 자유롭게 끼워짐과 동시에 실린더의 안둘레면에 밀착하는 바깥 둘레면을 가지며, 실린더의 안둘레면과 회전체의 바깥 둘레면 사이의 공간을 여러개의 작동실로 구획하는 나선형의 블레이드와, 실린더와 회전체를 상대적으로 회전시켜 실린더의 흡입측단에서 전술한 작동실로 유입된 유체를 실린더의 토출측의 작동실로 차례로 이송하는 구동장치를 제공하고 있다.

이렇게 함으로써 본 발명은 밀폐성을 향상시켜 효율좋게 압축할 수 있게 함과 동시에 압축기를 대형으로 하지 않고 용량을 크게 설정할 수 있도록 하고 있다.

[실시예]

이하 본 발명의 한 실시예를 제1도-제5도에 의거해 설명한다.

제1도는 본 발명의 한 실시예를 나타내는 것이다.

그리고 제1도는 냉동사이클에 사용하는 냉매가스용의 밀폐형 압축기(1)를 나타내고 있다. 이 압축기(1)는 밀폐 케이스(2)와 이 밀폐 케이스(2)중에 설치된 구동장치로써의 전동요소(3) 및 압축요소(4)를 구비하고 있다.

전술한 전동요소(3)는 밀폐 케이스(2)의 내면에 고정된 대략 고리모양의 고정자(5)와, 이 고정자(5)의 내측에 설치된 고리모양의 회전자(6)를 갖고 있다.

또 전술한 압축요소(4)는 실린더(7)를 갖고 있으며, 이 실린더(7)의 바깥둘레면에는 전술한 회전자(6)가 같은 축상에 고정되어 있다.

그리고 실린더(7)의 양단을 밀폐 케이스(2)의 내면에 고정된 베어링(8)(9)에 의해 회전이 자유롭게 지지 되어 있으며, 이 베어링(8)(9)에 의해 실린더(7)의 양단은 기밀을 유지할 수 있도록 밀폐되어 있다.

그리고 전술한 실린더(7)중에는 실린더(7)의 내경보다도 작은 외경의 원주형상의 회전체로서의 피스톤(10)이 실린더(7)의 축방향을 따라 설치되어 있다.

이 회전체(10)은 그 중심축(A)이 실린더(7)의 중심축(B)에 대해 거리(e)만큼 편심되어 배치되어 있으며, 회전체(10)의 바깥둘레면의 일부는 실린더(7)의 안둘레면과 접촉하고 있다.

그리고 회전체(10)의 양단부는 전술한 베어링(8)(9)에 각각 회전이 자유롭게 지지되어 있다.

또 제1도중에서 처럼 회전체(10)의 한 단부의 바깥둘레에는 끼우는 홈(도시안됨)이 형성되어 있으며, 이 홈에는 실린더(7)의 안둘레면에서 돌출된 구동핀(11)이 실린더(7)의 직경 방향을 따라 진퇴가 자유롭게 삽입되어 있다.

따라서 전동요소(3)에 통전해서 실린더(7)가 회전자(6)와 일체적으로 회전 구동되면 실린더(7)의 회전력은 전술한 구동핀(11)을 통해 회전체(10)에 전달된다.

그리고 회전체(10)는 실린더(7)속에서 그 일부가 실린더(7)의 내면에 접촉한 상태로 속에서 움직인다.

또 전술한 회전체(10)의 바깥둘레면에는 회전체(10)의 양단 사이로 뻗은 한개의 나선형홈(12)이 설치되어 있다.

이 나선형홈(12)은 회전체(10)의 한단부에서 다른 단부에 걸쳐 연속해서 형성되어 있다.

그리고 홈(12)은 회전체(10)의 바깥부에 돌아가며, 설치되어 있으며, 그 시작점(12a)에서 종점(12b)까지의 사이에 여러번 회전(turn)이 형성되어 있다.

그리고 홈(12)은 회전체(10)의 직경방향에 대해 경사져 있으며, 그 대부분에 있어 회전체(10)의 직경방향에 대한 경사는 전술한 시작점(12a)에서 종점(12b)으로 감에 따라 서서히 작아지고 있다.

그리고 홈(12)은 그 대부분이 어떤 부위와 그 부위에서 360°진행한 부위와의 사이의 직선거리(이하 피치라 한다)를 도면중의 우측에서 좌측 즉 실린더(7)의 흡입측에서 배출측으로 향해 서서히 작아지도록 설정되어 있다.

또 이 홈(12)은 그 흡입측의 부위에 흡입측단으로 포물선상으로 만곡하는 확장부(13)를 갖고 있다.

이 확장부(13)는 전술한 홈(12)의 시작점(12a)에서 시작되고 있으며, 이 시작점(12a)에서 1회의 회전 사이에 형성되어 있다.

그리고 이 확장부(13)는 제2도 및 제3도에서 처럼 그 시작점(13a)에서 중간부까지는 전술한 홈(12)의 피치를 서서히 확대시키고 있다.

그리고 확장부(13)는 그 중간부에서 종점(13b)까지의 사이에서는 전술한 홈(12)의 피치를 서서히 축소시키고 있다.

여기에서 제3도는 회전체(10)에 형성된 나선형의 홈(12)의 전개형상을 나타내고 있다.

그리고 도면중 가로축은 회전체(10)의 바깥둘레를 진행하는 홈(12)의 위상을 나타내고 있으며, 또 세로축은 회전체(10)의 축방향에 관계되는 전술한 시작점(12a)로 부터의 거리를 나타내고 있다.

또 전술한 홈(12)에는 제4도에 나타내는 나선형의 블레이드(14)가 끼워져 있다.

이 블레이드(14)는 예를들면 합성수지 재료로 만들어진 것으로 적당한 탄성을 갖고 있다.

그리고 블레이드(14)의 두께(t)는 전술한 나선형의 홈(12)의 폭과 대략 일치하고 있다.

그리고 블레이드(14)의 각 부분은 홈(12)의 형상을 따라 탄성변형되어 있으며, 또 홈(12)에 대해 회전체(10)의 직경 방향을 따라 진퇴가 자유롭게 되어 있다.

또 블레이드(14)의 바깥둘레면은 실린더(7)의 안둘레면에 밀착된 형태로 실린더(7)의 안둘레면상을 슬라이딩한다.

그리고 블레이드(14)는 그 탄성을 이용해 끼움으로써 전술한 나선형의 홈(12)에 장착되어 있다.

그리고 실린더(7)의 안둘레면과 회전체(10)의 바깥둘레면과의 사이의 공간은 전술한 블레이드(14)에 의해 여러개의 작동실(15…)로 나뉘어져 있다.

즉 각 작동실(15)은 블레이드(14)의 인접하는 2개소의 공간에 형성되어 있으며, 블레이드(14)를 따라 회전체(10)과 실린더(7)의 안둘레면과의 접촉부에서 다음의 접촉부까지 뻗은 대략 초승달모양을 이루고 있다.

그리고 각 작동실(15…)은 회전체(10)의 홈(12) 및 블레이드(14)의 1회전 사이에 형성되어 있다.

또 작동실(15…)의 용적은 실린더(7)의 흡입측에서 배출측으로 감에 따라 서서히 작아지게 되어 있다.

또한 제1도중에 나타낸 것처럼 실린더(7)의 흡입측에 위치하는 베어링(8)에는 실린더(7)의 축방향으로 뻗은 흡입구멍(16)이 관통해 있다.

그리고 이 흡입구멍(16)의 일단은 실린더(7)중에 오프닝해 있고, 타단에는 냉동 사이클의 흡입튜브(17)가 접속되어 있다.

또한 타방의 베어링(9)에는 배출구멍(18)이 형성되어 있다. 이 배출구멍(18)의 일단은 실린더(7)중의 배출측단으로 오프닝해 있고, 타단은 밀폐케이스(2)의 내부로 오프닝해 있다.

여기서 제1도중에 “19”에서 나타낸 것은 밀폐케이스(2)의 내부와 외부를 연이어 통과시키는 배출튜브이다. 다음에 이상과 같이 구성된 압축기의 작동에 대해서 설명한다.

먼저 전동요소(3)에 통전되면 회전자(6)가 회전하고, 이 회전자(6)와 일체로 실린더(7)도 회전한다. 그리고 이것과 동시에 회전체(10)는 그 바깥둘레면의 일부가 실린더(7)의 안쪽 둘레면에 접촉한 상태에서 회전 구동된다.

이와같은 회전체(10)와 실린더(7)와의 상대적인 회전운동은 전술한 구동핀(11)과 전술한 끼우는 홈인 규제장치에 의해 확보된다.

그리고 블레이드(14)도 회전체(10)와 일체적으로 회전한다. 또, 블레이드(14)와 그 바깥둘레면이 실린더(7)의 안쪽 둘레면에 접속한 상태에서 회전하기 때문에 블레이드(14)의 각부는 회전체(10)의 바깥둘레면과 실린더(7)의 안쪽둘레면과의 접촉부에 가까와짐에 따라 전술한 홈(12)으로 눌려 들어가고, 또 접촉부에서 멀어짐에 따라 전술한 홈(12)에서 돌출하는 방향으로 이동한다.

한편 압축요소(4)가 작동되면 흡입튜브(17) 및 흡입구멍(16)을 통해서 실린더(7)로 냉매가스(도시하지 않음)가 흡입된다.

그리고 흡입된 냉매가스는, 제5a-d도에 나타낸 것처럼, 블레이드(14)의 회전공간에 초승달모양의 작동실(15)로 밀폐되어 들어간 상태에서 회전체(10)의 회전에 따라 배출측의 작동실(15)로 차례로 이송된다.

그리고 이송되어 압축된 냉매가스는 배출측의 베어링(9)에 형성된 배출구멍(18)에서 밀폐케이스(2)의 공간내로 배출되고, 또 배출튜브(19)를 통해서 냉동사이클중으로 되돌아 간다.

이상과 같이 구성된 압축기에 따르면 회전체(10)에 형성된 나선상의 홈(12)은 실린더(7)의 흡입측에서 토출측을 향해서 서서히 피치가 작아지도록 형성되어 있다.

결국 블레이드(14)에 의해 구분된 작동실(15…)은 배출측으로 향해서 서서히 용적이 작게 되도록 형성되어 있다. 따라서 냉매가스를 실린더(7)의 흡입측에서 배출측으로 이송하는 사이에 이 냉매가스를 압축할 수 있다.

또한 냉매가스는 작동실(15)내에 밀폐되어 들어간 상태에서 이송, 압축되기 때문에 압축기의 배출측으로 체크 밸브를 설치하지 않은 경우에도 가스를 효율좋게 압축할 수 있다. 또 체크밸브를 생략할 수 있어서 압축기의 구성을 간략화 및 부품갯수의 삭감을 도모할 수 있다.

또한 전동요소(3)의 회전자(10)는 압축요소(4)의 실린더에 의해 지지되어 있어서 회전자(6)를 지지하기 위한 전용의 회전축이나 베어링 등을 설치할 필요가 없다.

따라서 압축기의 구성을 보다 간략화할 수 있고, 부품갯수의 삭감이 가능해진다.

또 실린더(7)와 회전체(10)는 서로 동일 방향으로 회전한 상태에서 서로 접촉하고 있다. 때문에 이들의 부재간의 마찰은 작고, 각각이 원활하게 회전할 수 있으므로 진동이나 소음이 작다.

또 홈(12)은 확장부(13)을 가지고 있으므로 나선상의 홈이 제3도중에 2점 쇄선(12c)으로 나타낸 것처럼 단조롭게 뻗은 것에 비해서 흡입단측의 작동실(15a)의 용적이 크다. 결국 전술한 홈(12)의 1회전 동안 형성되는 전술한 작동실(15a)의 용적은 제2도중 및 제3도중에 일점쇄선(12)과 이점쇄선(12c)으로 구분된 영역(c)으로 나타내는 것을 포함하고 있다.

때문에 전술한 작동실(15a)의 용적은 나선상의 홈의 피치가 시점에서 종점에 걸쳐 일관해서 작게 되는 것에 비해 크게 된다.

그리고 홈(12)에 확장부(13)를 형성한 것에서는 회전체(10)나 홈(12)의 각각의 전장 및 홈(12)의 회전수 등이 같은 것에 비해 배출 체적이 크게 된다.

따라서 장치를 대형으로 하지 않고 대용량을 얻을 수 있어서 냉동사이클의 능력이 크게 된다.

또 제6도에 나타낸 것처럼 나선상의 홈(12)의 일부에 등피치부(20)(20)를 형성해도 좋다.

결국 이 등 피치부(20)(20)는 회전체(10)의 직경방향에 대해 일정한 경사로 형성되어 있다.

그래서 등피치부(20)(20)에 의해 이송, 압축되는 냉매가스의 압력변화의 상태를 조절할 수 있다.

또한 본 실시예에서는 확장부(13)를 홈(12)의 시점에서의 1회전으로 설정하고 있으나, 본 발명은 이것에 한정된 것은 아니고 확장부(13)의 전장을 홈(12)의 1회전 보다 크고, 혹은 홈(12)의 1회전 보다 작게 설정해도 좋다.

그래서 이와같이 함으로서 이송, 압축되는 냉매가스의 압력을 용이하게 조절할 수 있다.

또 본 발명의 압축기는 냉동사이클에 한하지 않고 다른 압축기에도 적용할 수 있다.

이상 설명한 것처럼 본 발명은 둥근기둥 모양의 회전체에 대부분을 흡입단측에서 배출단측으로 서서히 좁게 되는 피치로 형성됨과 동시에, 일부에 흡입단측에서 배출단측으로 서서히 크게 되는 피치로 형성된 확장부를 갖는 나선상의 홈을 설치하고, 이홈에 나선상의 블레이드를 출입이 자유롭게 끼우고, 이 회전체를 실린더내에 편심시켜서 배치하고, 전술한 블레이드에 의해 실린더의 안쪽둘레면과 회전체의 바깥둘레면과의 사이에 공간을 복수의 작동실로 구획하고, 실린더와 회전체를 상대적으로 회전시켜, 실린더의 흡입단측에서 전술한 작동실로 유입한 유체를 실린더의 배출측의 작동실로 차례로 이송하면서 압축하도록 한 것이다.

따라서 본 발명은 기밀성이 우수하고 효율좋게 유체를 압축 할수 있으며, 동시에 대형화 하지 않고 용량을 크게 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 밀폐케이스(2)와, 이 밀폐케이스내에 배치되어 일단이 흡입단측으로 타단이 배출단측으로 정의된 실린더(7)와, 이 실린더내에, 실린더 축방향에 따라서 일부가 실린더의 안쪽둘레면에 접촉한 상태로 편심해서 배치된 회전 가능한 둥근기둥 모양의 회전체(10)와, 이 회전체의 바깥둘레면에 흡입단측에서 배출단측으로 향해서 서서히 작아지는 피치로 형성된 나선상의 홈(12)과, 실린더의 안쪽둘레면에 밀착하는 바깥둘레면을 가지고, 나선상의 홈내에 회전체의 대략 지름방향으로 이동 가능하게 끼워져 실린더의 안쪽 둘레면과 회전체의 바깥둘레면과의 공간의 복수의 작동실로 구획하는 나선상의 블레이드(14)와, 실린더와 회전체를 상대적으로 회전시키는 구동부(3)로 되는 유체 압축기에 있어서, 전술한 나선상의 홈은 실린더의 흡입단측에 대응하는 부분에 실린더의 배출단측에 향해서 서서히 피치를 크게 하는 확장부(13)를 갖는 것을 특징으로 하는 유체 압축기.

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