KR960014087B1 - 유체압축기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

유체압축기

제1도는 본 발명의 일실시예를 도시하는 단면도.

제2도는 (a, b)는 본 발명 유체압축기의 압축비를 구하기 위한 원통좌표계로 표현된 압축실을 단순화한 도면, (c)는 압축실의 투영단면을 도시한 도면.

제3도는 (a, b)는 동기 회전전달시 모멘트 아암의 크기를 비교한 단면도로서 (a)는 본 발명, (b)는 종래 기술을 도시한 단면도.

제4도는 블레이드 홈의 다른 실시예를 도시한 단면도.

제5도는 (a,b)는 회전체에 전달되는 동력전달의 다른 실시예를 도시하는 단면도.

제6도는 종래 기술을 도시하는 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 내부원추회전체 2 : 외부원추회전체

3 : 구동핀 4 : 걸림홈

5 : 끼움홈 6 : 축수부재

본 발명은 유체압축기에 관한 것이다.

종래의 압축기를 보면 제6도에 도시한 것과 같이, 밀폐된 케이스(100)내에 흡입측단과 토출측단을 갖는 실린더(101)를 설피하여 내부에 원통형의 회전체(102)가 장입되며 ; 상기 회전체(102)에는 토출구(103)방향으로 갈수록 간격이 좁아지도록 형성한 홈(104)에 나선형의 블레이드(105)를 끼워맞춤하여 고정자(106)외 회전자(107)로 구성된 전동기(108)의 작동에 의하여 흡입구(109)로 유입된 유체를 실린더(101)가 회동하면서 실린더(101)의 일측에 고정된 구동핀(110)이 원통형의 회전체(102)에 형성된 걸림홈(111)에 끼워져 회전체(102)를 구동시킴으로 인하여 유체가 실린더(101)의 흡입측에서 토출측으로 이송이 이루어지면서 압축이 이루어지도록 하고 있다.

본 발명 유체압축기의 구조는 유체압축기의 핵심부위인 압축기구 즉, 내부 및 외부회전체의 형상을 원추형상으로 하여 종래의 압축기보다 높은 압축효과를 얻을 수 있도록 하고, 원추형상의 내부회전체에 구동핀을 고정하고 외부회전체전체에 걸림홈을 형성하여 구동핀과 걸림홈의 접촉면압을 작게하여 구동핀과 걸림홈의 마모 및 손상을 줄일수 있게 한 것이 특징이다.

이하 첨부되는 도면과 관련하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

제1도는 본 발명의 일 실시예를 도시하는 다면도로서, 압축을 위한 압축기구인 내부 및 외부회전체(1, 2)를 압축효율을 높이기 위하여 토출측방향으로 갈수록 단면적이 작아지는 원추형으로 형성하여, 흡입구(10)와 토출구(11)를 갖는 축수부재(6)에 의해 지지토록 하여, 내부원추회전체(1)는 외부원추회전체(2)내에 편심되어 회전할 수 있도록 수용하였다.

상기 내부원추회전체(1)의 외연과 외부원추회전체(2)의 내벽에는 각각 구동핀(3)을 고정하고 걸림홈(4)을 형성하여 상호 끼움되도록 하여, 동력체(M)에 의하여 회전하는 외부원추회전체(2)의 회전을 구동핀(3)이 전달받아 편심된 위치에서 내부원추회전체(1)를 동기회전시키도록 하였으며 ; 상기 내부원추회전체(1)에는 토출구(11)방향으로 점차 피치가 작아지도록 끼움홈(5)을 형성하여, 상기 끼움홈(5)의 탄성재질의 블레이드(13)가 배부원추회전체(1)의 직경반향으로 진퇴가능토록 삽입되어 있고, 상기 블레이드(13)의 외주면은 외부원추회전체(2)의 내벽면에 밀착된 상태로 슬라이딩 되도록 되어 있다.

도면중 미설명 부호 (30)은 케이스, (31)은 오일주입구, (32)는 오일, (33)은 토출공동부를 의미한다.

이상과 같은 본 발명의 압축작용은 흡입구(10)로부터 들어온 유체가 내부원추회전체(2)의 축이 편심된 상태에서 동기 회전에 의하여 토출구측으로 직선 이동을 하면서 압축이 이루어진다.

이는 피치간격이 다르게 형성된 블레이드(13)가 간막이 형태를 취하여 각각의 압축실을 구성하고 있고, 내부 및 외부원추회전체(1,2)의 단면적이 토출측으로 갈수록 작아지므로 유체가 다음 압축실로 밀려나갈때, 다음 압축실의 체적이 전 압축실의 체적보다 작기 때문에 가능하다.

상기와 같은 본 발명의 특징을 설명키로 한다.

제2도는 본 발명 유체압축기의 압축비를 구하기 위한 원통좌표계로 표현된 압축실을 단순화한 도면이다.

z평면은 블레이드(13)의 출발점을 포함하고 내부원추회전체(1)의 회전축인 z축에 수직이다.

(a, c)는 최초 압축실이 형성되는 순간, 압축실의 모델과 z평면에의 투영을 각각 표시하였고, (b)는 내부원추회전체(1)가 (a)에 보여진 위치로부터 각도 α만큼 회전했을 때를 나타냈다. 여기서 블레이드(13)의 두께는 무시하였다.

(a)에서 임의각도 θ에 상응하는 블레이드(13)의 위치들(동일 위상의 위치들) z는 z평면으로부터의 거리를 나타내는 함수 h로 정의된다.

z=h(θ+2iπ)(i=0,1,2,3,···)

여기서 θ는 z평면상에서 내부원추회전체(1)와 외부원추회전체(2)의 접촉점으로부터 측정된 각도이고, i는 θ에 상응하는 블레이드의 동일 위상의 위치를 나타낸다.

최토 압축실에서, 각도 θ에서의 블레이드(13) 피치 즉, 동일 위상에서의 인접하는 두 블레이드 사이의 거리 H(θ)는

H(θ)=h(θ+2π)-h(θ)

로 표현된다.

(b)에서 z평면으로부터 h(θ)와 h(θ+2π)의 높이에서 내부원추회전체(1)와 외부원추회전체(2)로 쌓이는 투영면적 S_L0와 S_V0는 각각 다음과 같다.

여기서 R₀와 Ri는 내부원추회전체(1) 및 외부원추회전체(2)의 반경이며, e=R₀-Ri,

이고, 2θ는 원추체의 꼭지각이다.

임의 각도θ에서 내부원추회전체(1), 외부원추회전체(2) 및 인접하는 두 블레이드(13)로 형성되는 미소체적 dV(θ)는

로 주어진다.

여기서 dS_L0와 dS_U0는 투영면적 S_L0와 S_U0의 미소증분이다. 압축실의 체적은 미소체적의 전체 합이므로 최초 압축실의 체적으로 정의되는 토출체적 Vs는

로 주어진다.

또한 내부원추회전체(1)가 각도 α만큼 회전했을때의 형상을 나타내는 (c)에서는 내부원추회전체(1)의 회전각 θ에 상응하는 블레이드(13)의 위치에서 z평면으로부터의 거리는

z=h(θ+α+2iπ), (i=0,1,2,3,···)

로 정의되고, 블레이드(13)의 피치는

H(θ+α)=h(θ+α+2π)-h(θ+α)

로 된다.

임의각도 θ에서 내부원추회전체(1)가 α만큼 회전했을 때인 (c)에서, z평면으로부터 h(θ+α)와 h(θ+α+2π)의 높이에서 내부원추회전체(1)와 외부원추회전체(2)로 둘러쌓이는 투영면적 S_LF와 S_UF는 각각 다음과 같다.

여기서

임의각도 θ에서의 미소체적 dV_α(θ,α)는

dV_α(θ,α)=-H(θ,α)×[dS_LF+dS_UF]

예를들면 냉동기, 공기 조화기 등에 이용되는

로 주어진다.

여기서 dS_L0와 dS_U0는 투영면적 S_L0와 S_U0의 미소증분이다. 최초 압축실이 형성된 위치로부터 각도 α만큼 회전한 압축실의 체적 V(α)는 다음과 같은 식으로 표현된다.

압축실의 압축실 내에서 폴리트로픽 압축(Polytropic Compression)이 일어난다고 가정하면, 이 때 압축실의 압력 P(α)는 다음과 같이 주어진다.

P(α)=Ps{Vs/V(α)}ⁿ

여기서 Ps는 흡입압력이고, n은 폴리트로픽 계수(Polytropic Coefficient)이다.

이웃하는 두 압축실 사이의 압력차 ΔP는

ΔP=P(α+2π)-P(α)

가 된다. 내부원추회전체(1)가 α_d만큼 회전할 때, 유체가 토출된다고 가정하면 압축비 ε은

ε={Vs/V(α_d)}ⁿ

로 계산된다. 이상과 같은 본 발명은 블레이드에 의해 형성되는 압축실의 체적 축소만으로 압축이 이루어지는 종래의 압축기보다는 블레이드(13)에 의해 형성되는 압축실의 체적 축소와 함께 내부 및 외부원추회전체(1,2)의 단면적 또한 토출측으로 갈수록 작아지므로 압축효율이 배가되는 것이다.

제3도 (a,b)는 동기 회전전달시 모멘트 아암의 크기를 비교한 단면도로서 (a)는 본 발명, (b)는 종래기술을 도시한 단면도이다.

외부원추회전체(2,101)에 형성된 걸림홈(4,111)에 의해 구동핀(3,110)에 전달되는 전달토크 T는

T=a1 F1=a2 F2

로 되고, 따라서 이들 사이에는

의 관계가 있다. 그림 제3도 (a)와 (b)로부터

상기에서 a1, a2는 각각 본 발명과 종래기술의 모멘크 아암이고, F1, F2는 각각 본 발명과 종래기술의 구동핀과 걸림홈 사이에 작용하는 전달력을 나타낸다.

즉, 종래기술과 같이 회전실린더의 내벽면에 고정된 구동핀이 원통형의 회전체에 형성된 걸림홈에 끼워질 경우 모멘트 아암의 크기(a2)가 작아, 구동핀이 걸림홈에 전달하는 전달력(F2) 또는 면압()이 상대적으로 커지므로 구동핀(110)과 걸림홈(111)의 마모와 손상이 다대한 결점이 있다.

그러나, 본 발명의 경우 구동핀(3)을 내부원추회전체(1)의 선단외연에 고정함으로 인하여, 내부원추회전체(1) 중심에서 외주원추회전체(2)에 형성된 걸림홈(4)에 구동핀(3)이 걸려 접촉되는 부위의 중심점까지의 거리(a1)가 길어진다.

따라서, 모멘트 아암의 크기가 커지고 구동핀(4)과 걸림홈(3)이 맞닿는 접촉부의 전달력(F1) 또는 면압이 상대적으로 작아지므로 구동핀(4)과 걸림홈(3)의 마모 및 손상을 줄일 수 있게 하였다.

제4도는 내부원추회전체(1)에 형성되는 블레이드 홈의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.

내부원추회전체(1)에 블레이드(13)가 내부원추회전체(1)의 홈깊이 방향으로의 자유로운 진퇴를 가능하게 하는 홈(5)을 내부원추회전체(1)의 축(12)과 직각이 되게 형성하고, 상기 홈(5)에 끼움되는 블레이드(13)의 상면 또한 외부원추회전체(2)의 내벽면과의 접촉을 용이하게 하기 위하여 외부원추회전체(2)와 동일한 경사각을 이루고 있다.

이는 블레이드(13)의 조립과 홈(5)의 형성이 용이하고, 또한 원추형의 내,외부원추회전체(1,2)가 지니는 구조적 특징에 의해 고압측 압축실의 블레이드 면적보다 저압측 압축실의 블레이드 면적이 커서 인접하는 두 압축실간의 압력차로 생기는 불평형력(고압과 저압측의 압력 단면적의 차)을 줄일 수 있는 효과를 가져와, 블레이드(13)에 작용하는 불평형력을 줄일 수 있다.

제5도 (a,b)는 내부원추회전체에 동려전달의 다른 실시예를 도시하는 단면도이며 ; (a)는 자동차 등에 장착되어 사용될 수 경우 별도의 동력체를 구비하지 않고 자동차 등의 주동력체로 하여금 내부원추회전체를 구동토록 한 것이다.

내부원추회전체(1) 축(7)의 일단에 마그네트 클러치(10)를 갖는 풀리(11)를 축착하여 자동차 등의 주동력체와 벨트 등의 연결수단(12)으로 연결하여 내부원추회전체(1)를 구동하여 외부원추회전체(2)를 동기 회전토록 한 것이다. (b)는 내부원추회전체(1)의 축(7)을 연장, 일측에 마련된 별도의 모터 등의 다양한 구동수단(M)과 연결하여 외부원추회전체(2)를 구동토록 한 것이다.

이상과 같은 발명은 토출측으로 갈수록 적어지는 피치를 가지는 블레이드에 의해 형성되는 압축실의 체적 감소와, 내부 및 외부원추회전체 자체의 단면적 변화에 의하여 압축효율을 더욱 높이므로 고압축화, 고용량화를 꾀할 수 있으며 ; 내부원추회전체의 외연에 구동핀을 고정, 모멘트 아암을 크게하여 구동핀과 걸림홈이 접촉되는 부위의 전달력 또는 면압을 작게하여 구동핀과 걸림홈 사이의 마모와 손상을 최소화시킬 수 있는 등의 다대한 효과가 있는 발명이다.

본 발명의 청구범위가 후술되겠지만 다른 기기에의 단순한 적용 및 설계의 변경 등은 본 발명의 기술적 범주에 속한다 할 것이다.

Claims (6)

1. 압축을 위한 압축기구인 내부 및 외부원추회전체(1,2)를 압축효율을 높이기 위하여 토출측방향으로 갈수록 단면적이 작아지는 원추형으로 형성하여, 흡입구(10)와 토출구(11)를 갖는 축수부재(6)에 의해 지지토록 하여, 내부원추회전체(1)는 외부원추회전체(2)내에 편심되어 회전할 수 있도록 수용하며 ; 상기 내부원추회전체(1)에는 그 외주면에 토출구(11)방향으로 점차 피치가 작아지도록 끼움홈(5)을 형성하여, 상기 끼움홈(5)에 탄성재질의 블레이드(13)가 외부원추회전체(2)의 내벽면에 밀착되면서 내부원추회전체(1)의 직경방향으로 진퇴되도록 끼워지며 ; 상기 내부원추회전체(1)와 외부원추회전체(2)를 동기 회전시키는 구동수단(M)을 가지는 것을 특징으로 하는 유체압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 내부원추회전체(1)의 외연에는 구동핀을 고정하고, 외부원추회전체(2)의 내벽에는 걸림홈(4)을 형성하여, 상호 끼움되어 회전을 전달토록 한 것을 특징으로 하는 유체압축기.
3. 제1항에 있어서, 상기 내부원추회전체(1)에 형성되는 끼움홈(5)을 내부원추회전체(1)의 축(7)과 직각이 되도록 형성한 것을 특징으로 하는 유체압축기.
4. 제1항에 있어서, 상기 내부원추회전체(1)의 축(7)의 일단에는 풀리(21)를 축착하여 연결하여(22)에 의하여 별도의 구동수단으로부터 동력을 전달받아 내부원추회전체(1)를 회전시켜 구동핀(3)과 걸림홈(4)에 의해 외부원추회전체(2)를 동기 회전할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 유체압력기.
5. 제1항에 있어서, 상기 내부원추회전체(1)의 축(7)을 연정하여 일측에 마련된 별도의 구동수단(M)에 연결되어 내부원추회전체(1)를 구동토록 한 것을 특징으로 하는 유체압축기.
6. 제3항에 있어서, 상기 내부원추회전체(1)의 끼움홈(5)에 끼워지는 블레이드(13)의 상면은 외부원추회전체(2)의 내벽면과 접촉의 용이성을 위하여 외부원추회전체(2)와 동일한 경사각을 가지는 것을 특징으로 하는 유체압축기.