KR970011042B1 - 유체압축기 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

유체압축기

제1도는 본 발명에 의한 유체압축기가 표현된 단면도.

제2도는 본 발명과 원추형 내, 외부회전체의 형상을 비교한 도면.

제3도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 블레이드 홈의 궤적이 표현된 도면.

제4도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 내, 외부회전체의 동방향 회전기구가 표현된 사시도.

제5도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 블레이드 홈의 각도가 표현된 단면도.

제6도는 통상적인 유체압축기의 내부회전체와 외부회전체가 회전되는 상태가 표현된 단면도.

제7도는 종래의 유체압축기가 표현된 부분단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 밀폐케이스 11 : 전동모터부

12 : 고정자 13 : 회전자

14 : 압축실 15 : 오일통로

16 : 외부회전체 17 : 내부회전체

18 : 블레이드 홈 19 : 블레이드

20 : 축 21 : 유체흡입구

22 : 유체토출구 23, 24 : 고정체

25 : 구동핀 26, 26' : 베어링

27, 27' : 요홈부 28, 28' : 스프링

29 : 통로 30 : 배압실

32 : 오일펌프

본 발명은 유체압축기에 관한 것으로서, 특히 내, 외부회전체가 회전되어 내, 외부회전체 사이에 형성된 압축실을 따라 유체가 이동되면서 압축되는 유체압축기에 관한 것이다.

종래 기술에 의한 유체압축기는 제7도에 도시된 바와 같이, 밀폐된 케이스(미도시)에 유체흡입통로(5)와 토출통로(6)를 갖는 고정체를 설치하고, 그 고정체에 원통형 실린더(1)를 회전가능토록 삽입하며 상기의 실린더(1)내에 실린더(1)와 구동핀(7)으로 연결된 원통형 회전체(2)를 설치하되, 상기의 원통형 회전체(2)는 실린더(1)의 중심으로부터 편심되게 위치된 축(8)에 연결되고 원통형 회전체(2)의 외주면에는 토출구 방향으로 점차 피치가 작아지는 나선형의 블레이드(3)가 진퇴가능토록 삽입되어, 상기의 실린더(1)를 구동수단에 의하여 회전시키면 실린더(1)와 편심되게 위치된 원통형 회전체(2)도 구동핀(7)에 의하여 함께 회전하면서 실린더(1)의 외주면과 원통형 회전체(2)의 내주면은 제6도에 도시된 바와 같이 특정부위(A)에서 접촉되는 상태로 블레이드(3)가 원통형 회전체(2)에 형성된 블레이드 홈에서 진퇴되고, 유체는 유체흡입통로(5)에서 토출통로(6)방향으로 블레이드(3)와 두 회전체의 특정부위(A)의 접촉부에 의하여 구획되는 압축실(4)을 통과하면서 압축 이송되게 된다.

그러나, 상기한 유체압축기는 블레이드(3)의 피치만을 토출통로(6)측으로 점차 작게하여 서로 구획되는 압축실(4)의 크기를 변화시키기 때문에 유체의 압축효율에 한계성이 있어, 유체를 소정의 압력까지 압축되게 하기 위하여는 원통형 실린더(1)와 회전체(2)를 길게 형성하여야 하는 문제점이 있었다.

본 출원인은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 1993. 11. 11. 특허출원 제93-24119호로서 "유체압축기"를 출원한 바 있다. 상기 출원발명은 내, 외부회전체를 유체의 토출구 방향으로 단면적이 점차 축소되도록 원추형상으로 형성하여, 블레이드의 피치뿐만 아니라 내, 외부회전체 사이의 공간부의 단면적도 토출구측으로 점차 축소되게 함으로써, 서로 인접, 구획된 압축실의 체적의 변화를 크게하여 압축효율이 향상될 수 있도록 한 것이다.

따라서, 상기의 선출원 발명에 의한 유체압축기는, 원통형의 내, 외부회전체로 구성된 종래의 압축기보다 고압축효율을 얻을 수 있으므로 압축기를 소형화할 수 있으나, 내, 외부회전체가 직선상으로 축소되는 단면을 갖는 원추형으로 형성되어 있어 유체의 흡입부로부터 토출부까지의 각각의 위치에서 요구되는 바람직한 압축실의 크기에 부응할 수 있을 정도로 압축실의 체적을 신축성있게 변화시킬 수 없을 뿐만 아니라 압축기의 흡입(토출)용량과 유체의 압축비에 한계성이 있게 되고, 내, 외부회전체의 단면적이 유체흡입구측으로 점차 확대되기 때문에 외부회전체와 편심되게 설치된 내부회전체의 상대적인 위치가 달라지는 경우, 예를들면 외부회전체의 단면적이 확대되는 방향으로 내부회전체가 조금이라도 이동된 경우에 외부회전체의 내주면과 내부회전체의 외주면이 특정부위에서 접할 수 없게 됨과 아울러 블레이드도 외부회전체의 내주면으로부터 이격되어 구획된 압축실이 서로 연통되게 되므로 고압의 압축실에 수용된 유체가 저압의 압축실로 역류하는 현상등이 발생하여 압축효율이 저하되게 되며, 각 압축실에 작용되는 유체압의 차이에 의한 불평형력으로 내, 외부회전체가 서로 이격되는 현상이 발생하게 되는 문제점이 있게 된다.

본 발명은 상기한 선출원 발명의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 선출원 발명보다 고압축효율을 얻으면서 토출용량도 증대시킬 수 있는 유체압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 회전체의 단면적이 유체토출구측으로 점차 축소되도록 형성된 유체압축기에 있어서, 내부회전체를 외부회전체의 단면적이 축소되는 방향으로 압박시켜 블레이드의 면이 회전체에 잘 밀착되도록함과 아울러 내, 외부회전체의 접촉면도 밀착이 양호하게 되도록 함으로써, 내, 외부회전체의 정렬이 정밀하게 되어 있지 않거나 유체압축기의 접촉부가 마모 또는 마손된 경우에도 고압축효율이 항상 유지될 수 있도록 한 유체압축기를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 각각의 구획된 압축실에서의 유체의 압력차 때문에 발생하는 축방향의 불평형력을 상쇄시켜 내, 외부회전체가 서로 이격됨을 방지함과 아울러 압축기의 진동과 소음을 저감시킬 수 있도록 하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유체흡입구 및 토출구가 형성된 밀폐케이스와, 밀폐케이스에 고정된 고정체와, 고정체에 회전자재토록 양단이 각각 끼워진 외부회전체와, 외부회전체의 중심으로부터 편심되게 위치된 축과 연결되어 외부회전체의 내부에 회전가능토록 설치되고, 외부회전체와 구동핀으로 연결된 내부회전체와, 내부회전체의 외주면 또는 외부회전체의 내주면에 흡입측단으로 갈수록 피치가 작아지게 형성된 나선상의 블레이드 홈과, 내, 외부회전체 사이에서 진퇴되는 블레이드로 구성된 유체압축기에 있어서, 상기의 내, 외부회전체는 유체의 흡입구로부터 토출구측으로 단면적이 곡선상으로 축소되면서 특정의 위치에서 변곡되어, 토출단에서 흡입단 방향으로 변곡부위에서 곡선의 기울기가 증대되다가 감소되는 밸(Bell)형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 내부회전체 또는 외부회전체에 형성되어 블레이드가 진퇴가능토록 끼워지는 블레이드 홈의 궤적을 흡입용량이 증대되도록 형성하고, 내부회전체를 외부회전체의 단면적이 축소되는 방향으로 밀어주는 압박수단을 형성한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제1도에 도시된 본 발명에 따른 유체압축기는, 밀폐케이스(10)와 고정체(23, 24)와, 내, 외부회전체(17, 16)와, 전동모터부(11)로 구성되어 있고, 상기의 밀폐케이스(10)는 유체흡입구(21)와 유체토출구(22)가 형성되어 있으며 고정체(23, 24)는 밀폐케이스(10)에 각각 고정되어 있다.

외부회전체(16)는 유체토출구(22)방향으로 단면적이 임의로 축소되는 중공으로 형성되어 그 양단이 각각 고정체(23, 24)에 회전자재토록 끼워져 있고 그 중공부에 내부회전체(17)가 회전가능토록 설치되어 있다. 상기의 내부회전체(17)는 외부회전체(16)의 중심으로부터 편심되게 위치된 축(20)이 끼워져 있어 내부회전체(17)의 외주면은 외부회전체(16)의 내주면과 특정부위(B)에서 접하되어 되고 그 특정부위를 제외한 부위는 내, 외부회전체가 서로 이격되어 압축실(14)이 형성된다. 유체토출구(22)방향으로 단면적이 점차 축소되는 내, 외부회전체는 원추형에 비하여 흡입용량을 크게하고 압축비율도 높이기 위하여 내, 외부회전체(17, 16)의 특정위치에서 변곡점(C)을 갖는 곡선상으로 만곡되어 유체흡입구(21)에서 변곡점(C)방향으로 곡선의 기울기가증대되고 변곡점(C)으로부터 유체토출구(22)방향으로 곡선의 기울기가 감소되는 밸(Bell)형상으로 형성되어 있다. 여기서, 필요에 따라 상기의 변곡점(C)을 내, 외부회전체(16, 17)의 흡입측단에서 토출측단 사이의 임의의 위치에 설정하여 설계상의 다양성을 확보할 수 있다.

따라서, 제2도에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 내, 외부회전체의 형상(70)은 원주형의 내, 외부회전체의 형상(80)에 비해 흡입단(E)으로부터 변곡점(C)까지 내, 외부회전체의 직경 커지게 되고 변곡점(C)으로부터 토출단(D)방향으로는 적어지게 되어 내, 외부회전체(16, 1)사이의 공간부가 블레이드(19)에 의하여 구획되는 다수의 구획 압축실은 원추형의 내, 외부회전체를 갖는 압축기에 비하여 흡입단(E)측은 크게되는 반면에 토출단(D)측은 적어지게 되므로 유체가 흡입단(E)측에서 토출단(D)측으로 이동하면서 더욱 고압으로 압축된다. 즉, 본 발명의 유체압축기는 고용량의 유체를 고압축시키는 구조로 되어 있다.

또한, 내부회전체(17)의 외주면에는 유체토출구(22)방향으로 점차 피치가 작아지는 나선상의 블레이드 홈(18)이 형성되어 그 블레이드 홈(18)에 블레이드(19)가 진퇴가능토록 삽입되어 있으며, 내부회전체(17)의 일단에 구동핀(25)이 돌출되어 외부회전체(16)의 요홈부에 삽입되어 있다.

또한, 내부회전체(17)의 회전력을 외부회전체(16)에 전달하는 구동핀(25) 대신에 동방향 회전전달기구를 고정체(24)와 내부회전체(17)의 흡입측단 사이에 설치할 수 있다. 상기의 동방향 회전전달기구는 제4도에 도시된 바와 같이 중앙부에 절개홈(211)이 형성되고 외주면에 한쌍의 돌출편(212)이 대향되게 형성된 원판체(210)로 구성되어, 내부회전체(미도시)를 회전시키는 축(200)상에 형성된 미끄럼 접촉부(201)에 상기 원판체(210)의 절개홈(211)이 끼워지고 외부회전체(220)의 흡입단에 절개부(221)를 형성하여 그 절개부(221)에 원판체(210)의 돌출편(212)이 각각 삽입된다. 따라서, 외부회전체 내부에 편심되게 위치된 축(200)이 공지수단에 의하여 회전되면 내부회전체(미도시)가 회전됨과 동시에 원판체(210)도 축(200)의 미끄럼 접촉부(201)에서 진퇴되면서 회전되어 외부회전체(220)를 회전시키게 된다.

제3도에 내부회전체의 외주면에 형성된 나선상의 블레이드 홈(18)의 일실시예가 전개되어 표현되어 있다. 상기 도면은 외부회전체(16)와 접하는 내부회전체(17)의 부위(B)를 기준으로 하여 내부회전체(17)의 외주면을 평면상으로 펼쳐 블레이드 홈(90)이 도시된 것으로서, D는 유체의 토출방향, E는 유체의 흡입방향을 나타낸다. 또한, 서로 단락된 블레이드 홈(90a…, 90e)들은 각각 내부회전체를 1회전하는 블레이드 홈을 나타내고 있다. 여기서 블레이드 홈에는 블레이드가 삽입되어 블레이드가 외부회전체(16)의 내주면에 밀착되고 내, 외부회전체는 B측에서 접하게 되므로 서로 인접한 블레이드 홈들 사이의 공간은 각각 서로 구획되는 압축실을 형성하게 된다. 예를들면, 90a나 90b사이의 공간과 90b나 90c사이의 공간은 서로 구획되는 2개의 압축실을 각각 나타내고 있다.

유체의 흡입구와 연통된 압축실을 형성하는 블레이드가 삽입되는 블레이드 홈(90a, 90b)중 우측단에 위치한 블레이드 홈(90a) 즉, 흡입측단에서 블레이드 홈의 시작점으로부터 1회전 상당부분은 우측(흡입단측)으로 만곡되고, 좌측에 위치한 블레이드 홈(90b) 즉, 흡입측단에서 블레이드 홈의 1회전 위치로부터 2회전 상당부분은 좌측(토출단측)으로 만곡되어 압축실의 체적이 통상적인 나선형의 블레이드 홈(90'a, 90'b)에 의하여 형성되는 압축실의 체적보다 증대되어 유체압축기의 흡입용량이 증대되게 되고, 따라서 압축기의 토출용량이 증대되게 된다. 여기서, 필요에 따라서는 상기한 블레이드 홈(90a, 90b)의 만곡부를 상기 블레이드 홈중 일부위에만 형성할 수 있다.

한편, 제1도에 도시된 유체압축기는 고정체(24)와 내부회전체(17)의 흡입측 사이에 배압실(30)이 형성되어 있고, 그 배압실(30)은 특정위치의 압축실과 통로(29)에 의하여 연통되어 있어 압축실에서 압축된 고압의 유체가 통로(29)를 통하여 배압실(30)로 공급되고, 배압실(30)로 공급된 고압의 유체는 내부회전체(17)를 외부회전체(16)의 단면적이 축소되는 방향으로 압박하게 되어 블레이드(19)가 외부회전체(16)의 내주면에 밀착되고 내, 외부회전체(17, 16)가 접하는 부위(B)도 긴밀하게 밀착되므로 압축효율이 향상되게 된다. 상기한 배압실(30)의 고압의 구획된 압축실의 유체압과 축방향의 단면적의 차이로 인하여 발생하는 축방향의 불평형력을 상쇄시키는 작용도 수행하게 된다.

또한, 축(20)과 고정체(23, 24) 사이에는 베어링(26, 26')이 각각 설치되어 있고 베어링(26, 26')이 설치된 고정체(23, 24)의 내부에는 두 회전체가 접하게 되는 특정부위(B)와 대향되는 위치에 요홈부(27, 27')가 각각 형성되어 그 요홈부(27, 27')에 스프링(28, 28')이 삽입되어 있다. 따라서, 베어링(26, 26')과 축(20)은 스프링(28, 28')의 탄발력에 의하여 상기한 특정부위(B)방향으로 압박되므로 두 회전체는 그 특정부위(B)에서 긴밀하게 접하게 된다.

제5도에 본 발명의 구성요소인 블레이드의 설치각도에 관한 다른 실시예가 표현되어 있다. 제5도에 도시된 블레이드 홈(140)의 설치각도(X)는 내부회전체(180)의 중심축으로부터 내부회전체의 단면적이 축소되는 방향으로 90˚보다 작게 되도록 형성되어, 블레이드(190)의 양측면에 수직으로 작용되는 유체의 압력에 의한 불평형력이 블레이드의 선단(191)을 내부회전체의 단면적이 확대되는 방향으로 밀게되면, 블레이드의 외주면이 외부회전체(170)의 내주면에 압박되어 압축효율을 향상시킬 수 있도록 구성된 것이다. 즉, 제5도에 표현된 바와 같이 소정의 블레이드의 좌측(C)에 위치한 압축실의 유체의 압력이 우측(D)의 유체의 압력보다 크게 되므로 블레이드의 선단(191)이 우측으로 밀리게 되어 외부회전체의 내주면에 블레이드가 잘 밀착되게 된다.

또한, 고정체(23), 축(20) 및 내부회전체(17)에는 오일통로(15)가 형성되어 있고, 고정체(23)와 축(20)사이에는 오일펌프(32)가 설치되어 축(20)이 회전하면 오일펌프(32)가 작동하여 오일(31)이 운동부에 각각 공급되어 윤활이 되도록 되어 있으며, 전동모터부(11)는 고정자(12)와 회전자(13)로 구성되고 회전자(13)에 축이 끼워져 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

유체압축기를 작동시키기 위하여 전동모터부(11)를 구동시키면, 회전자(13)와 축(20)이 회전되어 내부회전체(17)도 회전하게 된다. 내부회전체(17)가 회전되면 구동핀(25)에 의하여 외부회전체(16)도 회전력이 전달되어 외부회전체(16)도 내부회전체(17)와 함께 회전하게 된다. 이때, 내부회전체(17)는 외부회전체(16)의 중심으로부터 편심되게 위치된 축을 중심으로 회전되므로 두 회전체는 특정부위(B)에서 접하게 되고 그 특정 부위(B)로부터 두 회전체는 점차 이격되어 압축실(14)이 형성되며 그 압축실은 내, 외부회전체(17, 16), 밀폐케이스(10)와 상기한 특정부위(B)의 접속부에 의하여 구획되게 된다. 상기 압축실은 두 회전체가 밸(Bell)형태로 형성되어 있기 때문에 내, 외부회전체(17, 16)가 원추형인 압축기에 비하여 유체의 흡입구측에 위치한 압축실의 체적은 크게 되고 유체의 토출구측에 위치한 압축실의 체적은 적게 되어 압축기의 흡입용량이 증대됨과 아울러 유체의 압축비는 더욱 커지게 되는 효과를 발휘하게 된다.

더욱, 제3도에서와 같이 흡입측에 위치한 압축실을 형성하는 블레이드가 삽입되는 블레이드 홈 중 흡입단측에 위치한 블레이드 홈(90a)은 흡입단측으로, 토출단 방향에 위치한 블레이드 홈(90b)은 토출단측으로 볼록하게 만곡되어 있어 흡입용량이 증대되게 된다.

또한, 배압실(30)에 공급된 고압의 유체가 내부회전체(17)를 외부회전체의 단면적이 축소되는 방향으로 밀어주게 되어 밀찰력이 향상되므로 압축효율이 높아지게 된다.

이와 같이, 본 발명은 원추형의 내부회전체로 구성된 유체압축기에 비하여, 유체의 흡입용량과 압축효율을 동시에 증대시킬 수 있는 잇점이 있다.

Claims (6)

1. 중공의 외부회전체와, 외부회전체의 중공부에 설치되어 외부회전체와 함께 회전되고 외부회전체의 중심으로부터 편심되게 위치된 축과 연결된 내부회전체와, 나선상으로 형성되어 내, 외부회전체 사이에서 진퇴되고 일정 또는 가변피치를 갖는 블레이드와, 상기의 블레이드가 진퇴가능토록 삽입될 수 있도록 내부회전체의 외주면 또는 외부회전체와 내주면에 형성된 나선상의 블레이드 홈과, 상기 축이 끼워지는 고정체로 구성된 유체압축기에 있어서, 상기의 내, 외부회전체는 유체의 흡입단으로부터 토출단측으로 단면적이 점차 축소되도록 만곡되면서 변곡되어, 토출단에서 흡입단방향으로 변곡부위에서 곡선의 기울기가 증가하다가 감소되는 밸(Bell)형상으로 형성되어, 유체의 토출용량과 압축비를 증대시키는 것을 특징으로 하는 유체압축기.
2. 제1항에 있어서, 유체의 흡입구와 연통된 압축실을 구획하는 블레이드 홈 중에서 흡입단측에 위치한 블레이드 홈은 내부회전체의 외주면을 따라, 흡입단측으로 볼록하게 만곡되고 토출단 방향에 위치한 블레이드 홈은 내부회전체의 외주면을 따라 토출단측으로 볼록하게 만곡되어, 유체의 흡입용량이 증대되도록 구성된 것을 특징으로 하는 유체압축기.
3. 제1항에 있어서, 상기의 내부회전체의 흡입단과 고정체 사이에 배압실을 형성하고, 고압으로 유체를 압축하는 압축실과 배압실을 연통되게 하여, 배압실에 공급된 고압의 유체가 내부회전체를 외부회전체의 단면적이 축소되는 방향으로 밀어주도록 구성된 것을 특징으로 하는 유체압축기.
4. 제1항에 있어서, 외부회전체의 흡입측단에 원판체를 설치하되, 상기 원판체의 중앙부에 절개홈 및 원판체의 외주면에 돌출편을 각각 형성하고, 내부회전체가 연결된 축상에 상기 원판체의 절개홈이 끼워지는 미끄럼 접촉부를 형성하며, 외부회전체의 흡입단에 상기 원판체의 돌출편이 삽입되는 절개부를 형성하여, 축이 회전됨에 따라 내, 외부회전체가 함께 회전될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 유체압축기.
5. 제1항에 있어서, 내부회전체와 연결된 축의 일단과 축받침부 사이에 유압펌프를 형성하여 오일이 동작부에 공급될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 유체압축기.
6. 제1항에 있어서, 내부회전체의 외주면 또는 외부회전체의 내주면에 형성된 상기의 블레이드 홈은 각각의 회전체의 중심으로부터 회전체의 단면적이 축소되는 방향으로 90˚보다 작은 각도록 위치되도록 형성된 것을 특징으로 하는 유체압축기.