WO2013133641A1

WO2013133641A1 - 2단 압축기 유니트 및 이를 갖는 압축기 시스템

Info

Publication number: WO2013133641A1
Application number: PCT/KR2013/001842
Authority: WO
Inventors: 김우균
Original assignee: Kim Woo Kyun
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2013-09-12

Abstract

본 발명은 3중 트로코이달 로터를 갖는 2단 압축기 유니트 및 이를 갖는 압축기 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압축기 시스템은 제1로터와, 제2로터와, 제3로터와, 케이싱과 제2흡입포트 및 제1흡입포트와, 제2토출포트 및 제1토출포트를 포함하여 구성되는 3중 트로이달 로터를 갖는 압축기 유니트와; 상기 제1,2,3로터를 회전시켜서 상기 흡입포트로 외부 작동유체가 흡입되도록 함과 아울러 토출포트로는 흡입포트로 흡입되었던 작동유체가 압축된 상태로 배출되도록 하는 구동부로 구성된다. 상기와 같이 이루어지는 본 발명은 압축기 유니트를 3중 트로코이달 로터로 구성하므로 작동유체의 2단압축이 가능하여 작동유체를 고압으로 송출할 수 있고, 작동유체의 흡입량과 토출량이 증대되어 고속 고압 압축 성능을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

2단 압축기 유니트 및 이를 갖는 압축기 시스템

본 발명은 압축기 유니트를 3중 트로코이달 로터로 구성함으로써 작동유체의 2단압축이 가능하여 작동유체를 고압으로 송출할 수 있고, 작동유체의 흡입량과 토출량이 증대되어 고속 고압 압축 성능을 제공할 수 있는 2단 압축기 유니트 및 이를 갖는 압축기 시스템에 관한 기술이다.

일반적으로 트로코이달 로터(trochoidal rotor)를 갖는 압축기 유니트라 함은 상호 취합한 상태로 회전하고 그 사이로 작동유체를 통과시켜 작동유체를 압축시키는 2개의 기어로터와, 상기 기어로터를 수용하는 케이싱을 포함하여 구성된다. 트로코이달 로터는 그 내외주면에 트로코이달형 기어가 형성되어 있는 로터이다.

상기한 종래의 압축기 유니트는 그 외주면에 트로코이달형 기어이(teeth)가 형성되어 있는 제1로터와, 상기 제1로터를 자신의 회전중심축에 대해 편심된 위치에 수용하며, 그 내주면에는 상기 제1로터의 기어이에 취합하고 제1로터에 대해 선접촉하는 트로코이달형 기어이가 형성되어 있는 제2로터와, 상기 제1,2로터를 밀폐 수용하는 케이싱을 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성되는 종래의 압축기 유니트는 제1로터와 제2로터 사이의 체적을 변화시켜 그에 따라 유체를 흡입 압축 및 토출하는 기본 메카니즘을 갖는다. 이는 구조가 비교적 간단하고 소형화할 수 있기 때문에 수십 년간 유체 펌프로 많이 사용되었다.

하지만 상기 종래의 압축기 유니트는 두 개의 로터만 사용하므로 그 압축비에 한계가 있었다. 즉, 제1로터의 회전 토오크를 최대한 증가시킨다 하더라도 작동유체는 제1로터가 한 바퀴 회전할 때마다 토출되므로 토출되는 작동유체의 압력이 어느 이상 높지 않다는 것이다. 따라서 어느 이상 높은 양정이 요구되는 장소에서의 사용이 제한되었으며 토출 속도도 한계가 있어서 고속 펌핑의 성능은 제공하지 못하였다.

그러므로 작동유체의 2단압축이 가능하여 작동유체를 고압으로 송출할 수 있고, 작동유체의 흡입량과 토출량이 증대되어 고속 고압 압축 성능을 제공할 수 있는 3중 트로코이달 로터를 갖는 압축기 유니트 및 이를 갖는 압축기 시스템의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

이에 본 발명은 상기 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 착상된 것으로서, 압축기 유니트를 3중 트로코이달 로터로 구성함으로써, 작동유체의 2단압축이 가능하여 작동유체를 고압으로 송출할 수 있는 3중 트로코이달 로터를 갖는 압축기 유니트 및 이를 갖는 압축기 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한 본 발명의 목적은 압축기 유니트를 3중 트로코이달 로터로 구성함으로써, 작동유체의 흡입량과 토출량이 증대되어 고속 고압 압축 성능을 제공할 수 있는 2단 압축기 유니트 및 이를 갖는 압축기 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2단 압축기 유니트는 외주면의 다수의 트로코이달 기어가 형성되어 있고 그 회전중심에는 고정샤프트가 고정되어 있는 제1로터와; 상기 제1로터를 내부에 편심되게 수용하며 그 내주면에는 제1로터의 기어에 대해 치합하며 선접촉하는 트로코이달 기어가 형성되되, 상기 트로코이달 기어는 상기 제1로터의 기어이의 개수보다 하나 더 많은 기어이를 가지며, 외주면에도 내주면과 동일한 개수의 트로코이달 기어이가 형성되어 있는 제2로터와; 상기 제2로터를 내부에 편심되게 수용되며 그 내주면에는 제2로터 외주면의 기어에 대해 치합하며 선접촉하는 트로코이달 기어가 형성되되, 상기 트로코이달 기어는 제2로터 기어이의 개수보다 하나 더 많은 기어이를 가지는 제3로터와; 상기 제1,2,3로터를 밀폐 수용하는 것으로 제1로터의 고정샤프트와 제3로터의 구동샤프트가 연결되어 외부로 연장 돌출시킨 상태로 회전을 가능하게 지지하는 케이싱과; 상기 구동샤프트 측부에 마련되어 케이싱의 내부와 외부를 연결하는 것으로 제1,2,3로터의 회전시 제1로터의 기어와 제2로터의 내측기어가 최대한 벌어지는 부위에 위치하는 제2흡입포트 및 상기 제2로터의 외측기어와 제3로터의 기어가 최대한 벌어지는 부위에 위치하는 제1흡입포트와; 제1,2,3로터의 회전시 상기 제1로터의 기어와 제2로터의 내측기어가 좁아지는 부위에 마련된 제2 토출포트 및 상기 제2로터의 외측기어와 제3로터의 기어가 좁아지는 부위에 위치되는 제1토출포트를 포함함을 특징으로 한다.

또한 상기 목적을 달성하기위한 압축기 시스템은 외주면에 다수의 트로코이달 기어가 형성되어 있고 그 회전중심에는 고정샤프트가 고정되어 있는 제1로터와; 상기 제1로터를 내부에 편심되게 수용하며 그 내주면에는 제1로터 기어에 대해 치합하며 선접촉하여 트로코이드 기어가 형성되되, 상기 트로코이달 기어는 상기 제1로터의 기어이의 개수보다 하나 더 많은 기어이를 가지며, 외주면에도 내주면과 동일한 개수의 트로코이달 기어이가 형성되어 있는 제2로터와; 상기 제2로터를 내부에 편심되게 수용하며 그 내주면에는 제2로터 외주면의 기어에 대해 치합하며 선접촉하는 트로코이달 기어가 형성되되, 상기 트로코이달 기어는 상기 제2로터 기어이의 개수보다 하나 더 많은 기어이를 가지는 제3로터와; 상기 제1,2,3로터를 밀폐수용하는 것으로 제1로터의 고정샤프트와 제3로터의 구동샤프트가 연결되어 외부로 연장 돌출시킨 상태로 회전 가능하게 지지하는 케이싱과; 상기 구동샤프트 측부에 마련되어 케이싱의 내부와 외부를 연결하는 것으로 제1,2,3로터의 회전시 제1로터의 기어와 제2로터의 내측기어가 최대한 벌어지는 부위에 위치하는 제2흡입포트 및 상기 제2로터의 외측기어와 제3로터의 기어가 최대한 벌어지는 부위에 위치하는 제1흡입포트와; 제1,2,3로터의 회전시 상기 제1로터의 기어와 제2로터의 내측기어가 좁아지는 부위에 마련된 제2 토출포트 및 상기 제2로터의 외측기어와 제3로터의 기어가 좁아지는 부위에 위치되는 제1토출포트를 포함하여 구성되는 3중 트로이달 로터를 갖는 압축기 유니트와; 상기 구동샤프트에 연결되며 구동샤프트에 회전 토오크를 인가하여 제1,2,3로터를 회전시켜서 상기 흡입포트로 외부 작동유체가 흡입되도록 함과 아울러 토출포트로는 흡입포트로 흡입되었던 작동유체가 압축된 상태로 배출되도록 하는 구동부; 를 포함함을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 있어서, 상기 제1흡입포트로 흡입되어 제2로터와 제3로터 사이에서 1차 압축된 후 제1토출포트를 통해 토출된 작동유체를 제2흡입포트로 유도하여 제1로터와 제2로터 사이에서 2차 압축되도록 제1 토출포트와 제2 흡입포트를 연결배관으로 연결하며, 1차 토출된 유체는 중간에 냉각시킨 후 제2흡입포트로 흡입되므로 제2 토출포트로 토출되는 유체의 온도를 낮출 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 있어서, 상기 제1,2,3로터의 회전 시 제1로터의 중심 회전축을 바깥 커버에 고정시킨 압축기 커버의 내측에 제 1,2흡입포트 구멍에 연장하여 홈을 형성한 흡입공기 저항방지 홈과; 제 1,2토출포트 구멍에 연장하여 홈을 형성한 압축잔류 공기 저항방지 홈과; 제 1,2토출포트 구멍에 연장하여 형성한 압축비 조절 홈; 을 더 포함함을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 있어서, 3중 트로코이달 로터를 갖는 압축기는 산업용 압축기 외에도 2단 팽창터빈, 2단 유체펌프, 진공펌프 콤펜더(압축기와 팽창기) 팽창기펌프(외측팽창기 내측펌프)에도 적용할 수 있는 것을 을 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 3중 트로코이달 로터를 갖는 2단 압축기 유니트 및 이를 갖는 압축기 시스템은 다음과 같은 효과를 나타낸다.

첫째, 본 발명은 압축기 유니트를 3중 트로코이달 로터로 구성함으로써, 작동유체의 2단압축이 가능하여 작동유체를 고압으로 송출할 수 있다.

둘째, 본 발명은 압축기 유니트를 3중 트로코이달 로터로 구성함으로써, 작동유체의 흡입량과 토출량이 증대되어 고속 고압 압축 성능을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3중 트로코이달 로터를 갖는 2단 압축기 유니트를 설명하기 위하여 나타낸 도면.

도 2는 상기 도 1에 도시한 압축기 유니트의 앞 커버의 구성을 나타낸 도면.

도 3은 상기 도 1에 도시한 압축기 유니트의 로터의 구성을 나타낸 도면.

도 4는 상기 도 1에 도시한 압축기 유니트의 측면을 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 3중 트로코이달 로터를 갖는 2단 압축기 시스템의 구성을 나타낸 도면.

도 6은 상기 도 5에 도시한 압축기 시스템의 압축 메카니즘을 설명하기 위하여 나타낸 도면.

도 7은 상기 도 5에 도시한 압축기 시스템의 다른 실시예에 따른 압축 메카니즘을 설명하기 위하여 나타낸 도면.

도 8은 상기 도 1에 도시된 제3로터의 오일 공급로를 도시한 도면,

도 9는 상기 도 1에 도시된 제2로터의 오일 공급로를 도시한 도면,

도 10은 상기 도 1에 도시된 제1로터의 오일 공급로를 도시한 도면임.

이하 첨부된 도면과 함께 본 발명의 바람직한 실시 예를 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명인 3중 트로코이달 로터를 갖는 압축기 유니트 및 이를 갖는 압축기 시스템을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3중 트로코이달 로터를 갖는 압축기 유니트를 설명하기 위하여 나타낸 도면이고, 도 2는 상기 도 1에 도시한 압축기 유니트의 앞 커버의 구성을 나타낸 도면이며, 도 3은 상기 도 1에 도시한 압축기 유니트의 로터의 구성을 나타낸 도면이고, 도 4는 상기 도 1에 도시한 압축기 유니트의 측면을 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 3중 트로코이달 로터를 갖는 압축기 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.

상기 도면 중 도 2에 있어서, 도면부호 11은 기어이 측으로 공급되는 오일 주입포트이고, 부호 24-1은 압축기 커버 내측의 오일챔버 측으로 공급되는 오일 주입포트이며, 부호 25는 오일챔버로서, 제1, 2, 3로터 및 고정샤프트 중심 베어링에 오일을 공급하는 오일공급 챔버이다. 또한 부호 26은 제3로터측에 오일을 공급하는 제3로터 오일 공급로이다.

도 4에 있어서, 도면부호 34는 베어링을 나타내며, 부호 35는 구동샤프트(20)의 내부로 형성된 오일통로를 나타내며, 부호 36은 구동샤프트(20) 내부에서 베어링(34) 측으로 형성된 오일통로를 각각 나타낸다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 압축기 유니트(12)는 3개의 트로코이달 로터(14,13,15)가 상호 치합된 상태로 구성되는 트로코이달 로터 조립체(18)와, 상기 조립체(18)를 그 내부에 밀폐 수용하는 케이싱(17)을 포함하여 구성한다. 상기 케이싱(17)은 소정의 직경을 갖는 원통 형태로 제작한다.

상기 트로코이달 로터 조립체(18)는 제1로터(15)와, 상기 제1로터(15)를 그 내부 편심된 위치에 수용하는 제2로터(14)와, 상기 제2로터(14)를 그 내부 편심된 위치에 수용하는 제3로터(13)로 이루어져 있다.

아울러 통상적인 트로코이달 기어펌프에서와 마찬가지로 상기 제1로터(15)와 제2로터(14)가 서로에 대해 치합함과 동시에 선접촉하고, 제2로터(14)에 대해 제3로터(13)가 치합된 상태로 선접촉한다. 상기 제1로터(15)의 회전 중심축에는 축심(16)에 의해 고정샤프트가 외부커버(19)에 고정된다.

또한 구동샤프트(20)는 제3로터(13)와 구동샤프트(20)를 결합된 상태로 길이 방향으로 연장되어 도 5에 도시한 바와 같이, 구동샤프트(20)는 케이싱(17)을 관통하여 외부로 소정의 길이로 돌출되어 있다. 상기 구동샤프트(20)는 외부의 구동부(21)로부터 회전 토오크를 전달받아 축 회전한다. 상기 구동샤프트(20)가 상기와 같이 회전하므로 제1, 2, 3로터(15,14,13)가 종동하고 그에 따라 후술할 도 5를 참조하면, 압축기 유니트(12)의 구동샤프트(20)가 구동부(21)에 연결되어 있음을 알 수 있다. 상기 구동부(21)는 토오크를 제공할 수 있는 모터나 엔진이다.

또한 제1, 2흡입포트(1, 3)가 모두 개방되어 있고 제2 토출포트(8)는 유 분리기 겸용 오일탱그(22)에 연결되며 제1, 2, 3로터(15,14,13)의 회전 시 토출되는 유체는 제2 토출포트(8)를 통하여 유 분리기겸용 오일탱크(22)의 내부에 압력을 상승시켜 내부의 윤활유를 윤활유 주입포트(11)를 통하여 제3,2로터(13,14)에 급유한다. 상기 유 분리기 겸용 오일 탱크(22)의 압력은 압축공기 저장탱크(23)에 연결되어 있다. 상기 압축공기 저장탱크(23)는 압축기 유니트(12)로부터 토출된 압축가스를 임시로 저장하는 역할을 하는 것이며, 실시예에 따라 설치하지 않을 수도 있다.

상기 압축공기 저장탱크(23)를 설치하지 않을 경우에는 유 분리기 겸용 오일탱크(22)가 공기 배출 연결배관에 의해 압축공기가 필요한 수요처로 직접 연결된다. 또한 고압의 공기가 필요 없을 시에는 제2 흡입포트(3)를 제1 토출포트(5)와 연결을 차단하며, 제1 흡입포트(1)와 제2 흡입포트(3)를 연결하고, 제2 토출포트(8)와 제1 토출포트(5)를 연결하여 1단 압축으로 저압의 압축 공기를 사용한다.

아울러 상기와 같이, 제1,2 흡입포트(3,1)가 연결되므로 흡입공기의 양이 그만큼 많아 한 번에 많은 양의 저압 압축공기를 토출할 수 있다. 이와 같이 구성된 압축기는 한정된 시간에 많은 양의 고압과 저압의 압축공기가 필요한 곳에 적합 하다. 아울러 상기와 같이, 제1,2 흡입포트(3,1) 및 제1,2 토출포트(5,8)의 연결방법으로 간단하게 고압, 저압 공기를 생산할 수 있으며, 압축기 유니트(12) 내부의 제1,2,3로터의 세부구동 메카니즘은 도 6을 통해 후술된다.

도 5를 참조하면, 제1 토출포트(5)가 연결배관(24)을 통해 제2 흡입포트(3)에 연결되어 있음을 알 수 있다. 또한 제2 토출포트(8)는 유 분리기 겸용 오일탱크(22)에 연결되며, 연결배관을 통하여 압축공기 저장탱크(23)에 연결되어 있다.

상기와 같이 구성된 경우에 있어서 구동부(21)를 통해 구동샤프트(20)를 축 회전시키면 외부의 공기가 제1 흡입포트(1)로 흡입된다. 상기 제1 흡입포트(1)로 흡입된 공기는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 압축기의 앞쪽 커버(19)에 파여 형성된 제1 흡입포트 홈(2)을 따라 제3로터(13)와 제2로터(14) 사이에 흡입공기를 저항 없이 최대한 많은 공기를 공급한다. 압축기의 앞쪽 커버(19) 내측에 파여 형성된 제1 흡입포트 홈(2)은 흡입되는 공기의 저항을 방지하는 목적으로 사용되며, 제2로터(14)와 제3로터(13)의 사이에서 케이싱(17)을 돌면서 1차로 압축된 후 제1 토출포트(5)를 통해 배출된다. 이때, 압축가스가 제1 토출포트(5)에 도달하기 전에 압축비 조절 홈(6)에 도달하게 된다. 상기 압축비 조절 홈(6)의 목적은 압축공기의 압축비와 1차 토출공기의 양과 2차 흡입공기의 양을 맞추어 주기 위함과 압축공기의 양의 조절에 따라 압축비 조절 홈(6)의 길이가 달라진다. 압축된 공기가 제1 토출포트(5) 통하여 배출된 후 잔류공기 압축을 방지하기 위하여 도 2의 7과 같이, 압축기의 앞쪽 커버(19) 내측에 파여 형성된 압축 공기저항 방지용 홈(7)을 둔다. 상기 저항 방지용 홈(7)의 목적은 압축공기가 제1 토출포트(5)에서 전량 배출되지 못한 압축공기의 압축으로 로터의 회전에 저항을 받으며 공급된 윤활유의 원활한 배출을 위한 것이다.

상기 제1 토출포트(5)로 배출된 압축공기는 연결배관(24)을 통해 제2 흡입포트(3)로 이동하고, 상기 압축공기는 도 2와 도 4에 도시한 바와 같이, 압축기의 앞쪽 커버(19) 내측의 제2 흡입포트 홈(4)을 따라 흡입의 저항 없이 제2로터(14)와 제1로터(15)의 사이에 흡입되며, 상기 제2 흡입포트 홈(4)의 목적은 흡입되는 압축공기의 흡입저항을 방지하는데 있으며, 제1로터(15)와 제2로터(14)의 사이에서 다시 한 번 압축되며, 압축비 조절 홈(9)에 도달하게 된다. 상기 압축비 조절 홈(9)의 목적은 압축비를 조절하기 위함이다.

상기 압축비 조절 홈(9)을 지나 제2 토출포트(8)로 배출되며, 배출되지 못한 잔류공기 및 오일은 제2 토출포트 압축공기 저항 방지용 홈(도 2의 10)을 통해 배출된다. 상기 제2 토출포트 저항 방지용 홈(10)의 목적은 압축 잔류공기와 오일의 압축으로 로터의 회전저항을 없애고 원활한 회전을 위함이다. 상기 제2 토출포트(8)를 통해 케이싱(17) 외부로 배출되어 유 분리기 겸용 오일탱크(22)에 공급되면 내부 압력의 상승으로 내부오일을 압축기 앞쪽 커버(19)의 오일 주입포트(11) 홈을 통하여 제3로터(13)와 제2로터(14) 사이에 윤활유를 공급한다. 이때, 제3로터(13)와 제2로터(14)가 처음 열리게 되므로 그 내부는 진공이 되며 윤활유는 유 분리기 겸용 오일탱크(22)의 내압으로 공급이 원활하게 된다.

상기와 같이 유 분리기 겸용 오일탱크(22)에 모인 압축공기는 연결배관을 통해 압축 공기 저장탱크(23)로 이동되어 임시로 저장되며, 압축공기를 저장할 필요가 없을 경우에는 상기 압축공기 저장탱크(23)를 설치하지 않아도 됨은 물론이다.

도 6은 상기 도 5에 도시한 압축기 시스템의 압축 메카니즘을 설명하기 위하여 나타낸 도면이다.

상기 도 5에 도시한 압축기의 동작 메카니즘은 작동유체를 2개의 흡입 포트로 동시에 흡입하고 2개의 토출 포트로 동시에 토출하는 것이다

도 6에 도시한 바와 같이, 상기 구동샤프트(20)가 회전하면 그에 따라 트로코이달 로터 조립체(18)가 전체적으로 회전하며 그동안 제1,2흡입포트(1,3)가 위치한 제1로터(15)와 제2로터(14) 사이의 공간 및 제2로터(14)와 제3로터(13) 사이 공간이 벌어진다. 따라서 제1,2,3로터(15,14,13) 사이의 압력이 낮아져 도 6의 (a)에 도시한 것과 같이, 외부의 작동유체가 제1,2흡입포트(1,3)를 통해 케이싱(17)의 내부로 유입된다.

상기 상태에서 구동샤프트(20)를 계속 회전시키면 작동유체는 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 제1,2,3로터(15,14,13)의 사이에 갇힌 상태로 회전하며 압축되고 제1,2토출포트(5, 8)측으로 접근한다.

도 6의 (c)에 도시한 바와 같이, 제1,2,3로터(15,14,13)의 사이에 갇힌 상태로 이동하던 작동유체가 마침내 제1,2 토출포트(5,8)에 도달하면 작동유체는 상기 제1,2 양 토출포트(5,8)를 통해 동시에 토출되며 수요처로 공급되거나 압축공기 저장탱크(23) 내에 임시로 저장된다.

도 7은 상기 도 5에 도시한 압축기 시스템의 다른 실시예에 따른 압축 메카니즘을 설명하기 위하여 나타낸 도면이다

기본적으로 도 5에 도시한 압축기 유니트의 동작 메카니즘은 작동유체를 먼저 제1 흡입포트(1)로 흡입시켜 1차 압축한 후 제1 토출포트(5)와 제2 흡입포트(3)를 경유하여 케이싱(17) 내에서 2차 압축시키고 최종적으로 제2 토출포트(8)로 배출 하는 것이다

도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 구동부(도 5의 21)를 통해 구동샤프트(20)를 회전시키면 외부의 작동유체가 제1 흡입포트(1)를 통해 케이싱(17) 내부로 이동한다. 상기 제1 흡입포트(1)를 통해 케이싱(17) 내부로 이동한 작동유체는 제2로터(14)와 제3로터(13)의 사이에 갇힌 상태로 제1 토출포트(5)측으로 이동하며 압축된다(도 7의 (b), (c) 참조).

도 7의 (c)에 도시한 바와 같이, 제1 토출포트(5)에 도달한 작동유체는 제1 토출포트(5)를 통해 케이싱(17)의 외부로 빠져나가고 연결배관(도 5의 24)을 통해 제2 흡입포트(3)로 이동한다.

상기와 같이 제2 흡입포트(3)로 이동한 작동유체는 도 7의 (d)에 도시한 바와 같이, 제1로터(15)와 제2로터(14)의 사이로 흡입되고 그 후 도 7의 (e)에 도시한 상태로 제1로터(15)와 제2로터(14)의 사이에 다시 한 번 압축된 상태로 제2토출포트(8)로 이동하여 외부로 토출된다(도 7의 (f) 참조).

한편, 도 8은 상기 도 1에 도시된 제3로터의 오일 공급로를 도시한 도면이고, 도 9는 상기 도 1에 도시된 제2로터의 오일 공급로를 도시한 도면이며, 도 10은 상기 도 1에 도시된 제1로터의 오일 공급로를 도시한 도면이다.

상기 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 압축기 유니트에 있어서의 윤활 시스템을 설명하기로 한다.

외부 유 분리기 겸용 오일탱크(도 5의 22)에서 압축기 앞의 외부커버(도 4의 19)에 위치한 오일 주입포트(도 2의 11)와 오일 공급주입구(도 2의 24)로 오일이 공급되며, 오일 공급주입구(도 2의 24)로 유입된 오일은 앞 커버의 내측에 위치한 오일챔버(도 2의 25)와 오일 공급로(도 2의 26)에 오일을 가득 채워 도 9에 도시된 제3로터(13)에 원형으로 난 오일 공급로(27)에 오일을 공급하여 제3로터(13)와 앞쪽의 외부커버(19)의 사이에서 윤활한다.

또한, 제2로터(14)의 오일 공급로를 도시한 도 10을 참조하면, 앞 커버의 내측에 위치한 오일챔버(도 2의 25)와 오일 공급로(도 2의 26)를 통하여 제2로터(14)와 제1로터(15)와 고정 샤프트 베어링에 오일을 공급하며, 제2로터(14)의 오일통로(도 10의 30)를 통하여 기어이 부분에 오일을 공급하여 윤활하며 오일 공급구(도 10의 28)의 구멍을 통하여 기어 반대편 구동 샤프트와 접촉하는 제2로터((14)에 오일을 공급하여 윤활한다.

도 10에서 부호 29는 제2로터(14)에서의 로터 기어이 부분의 윤활통로를 나타낸다.

또한, 제1로터(15)의 오일 공급로를 도시한 도 11을 참조하면, 앞 커버의 내측에 위치한 오일챔버(도 2의 25)를 통하여 오일 공급통로(33)에 오일을 공급하여 기어 측면의 윤활과 기어이 부분에 오일을 공급하여 앞 커버와 기어 사이를 윤활한다. 이때 오일통로(31)의 구멍을 통하여 반대편 구동 샤프트와 기어 측면과 접촉하는 부분에 위치한 오일통로(31), 윤활통로(32), 오일 공급통로(33)에 오일을 공급하여 구동 샤프트와 기어 접촉면을 윤활한다.

상기 도 11에서 도면부호 32는 제1로터(15)의 이빨 부분의 윤활통로이다.

한편, 유 분리기 겸용 오일탱크(22)에서 송출된 오일은 도 4의 오일통로(35)를 통하여 샤프트에 설치된 베어링(34)을 샤프트 내부에서 상기 베어링(34)으로 난 오일통로(36)를 통하여 오일을 공급하며, 최종적으로 로터 조립체(18) 중 제1로터(15)의 중심을 관통하여 앞쪽의 외부커버(19)에 설치된 고정샤프트 베어링(34)에 오일이 공급된다.

상기와 같이 본 일실시예에 따른 2단 압축기 유니트는 작동유체의 토출 속도를 빠르게 하거나 압축을 2단계로 하여 고압의 압축력을 구현할 수 있는 것이다.

상술한 바와 같은, 3중 트로코이달 로터를 갖는 2단 압축기 유니트 및 이를 갖는 압축기 시스템은 고압의 압축력을 구현할 수 있는 산업용 압축기, 2단 팽창터빈, 2단 유체펌프, 진공펌프 .콤펜더(압축기.팽창기) 팽창기펌프(외측팽창기.내측펌프)에 적용할 수 있는 것이다.

도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었으며, 여기서 사용된 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며, 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능할 것이며, 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

*부호의 설명*

1 : 제1 흡입포트 2 : 제1 흡입포트 홈

3 : 제2 흡입포트 4 : 제2 흡입포트 홈

5 : 제1 토출포트 6 : 제1 토출포트 압축비 조절 홈

7 : 제1 토출포트 저항 방지용 홈 8 : 제2 토출포트

9 : 제2 토출포트 압축비조절 홈 10 : 제2 토출포트 저항 방지용 홈

11 : 오일 주입포트 12 : 압축기 유니트

13 : 제3로터 14 : 제2로터

15 : 제1로터 16 : 축심

17 : 케이싱 18 : 트로코이달 로터 조립체

19 : 압축기 앞 커버 20 : 구동샤프트

21 : 구동부 22 : 유 분리기 겸용 오일 탱크

23 : 압축공기 저장탱크 24 : 연결 배관

24-1 : 오일 주입포트

25 : 오일챔버 26 : 제3로터의 오일공급로

27 : 제3로터의 오일공급로 28 : 오일 공급구

29 : 윤활통로 30 : 오일통로

31 : 오일통로 32 : 윤활통로

33 : 오일공급 통로 34 : 베어링

35 : 오일통로 36 : 오일통로

Claims

압축기 유니트에 있어서,

외주면에 다수의 트로코이달 기어가 형성되어 있고 그 회전중심에는 고정샤프트가 고정되어 있는 제1로터와;

상기 제1로터를 내부에 편심되게 수용하며 그 내주면에는 제1로터의 기어에 대해 치합하며 선접촉하는 트로코이달 기어가 형성되되, 상기 트로코이달 기어는 상기 제1로터의 기어이의 개수보다 하나 더 많은 기어이를 가지며, 외주면에도 내주면과 동일한 개수의 트로코이달 기어이가 형성되어 있는 제2로터와;

상기 제2로터를 내부에 편심되게 수용되며 그 내주면에는 제2로터 외주면의 기어에 대해 치합하며 선접촉하는 트로코이달 기어가 형성되되, 상기 트로코이달 기어는 제2로터 기어이의 개수보다 하나 더 많은 기어이를 가지는 제3로터와;

상기 제1,2,3로터를 밀폐 수용하는 것으로 제1로터의 고정샤프트와 제3로터의 구동샤프트가 연결되어 외부로 연장 돌출시킨 상태로 회전을 가능하게 지지하는 케이싱과;

상기 구동샤프트 측부에 마련되어 케이싱의 내부와 외부를 연결하는 것으로 제1,2,3로터의 회전시 제1로터의 기어와 제2로터의 내측기어가 최대한 벌어지는 부위에 위치하는 제2흡입포트 및 상기 제2로터의 외측기어와 제3로터의 기어가 최대한 벌어지는 부위에 위치하는 제1흡입포트와;

제1,2,3로터의 회전시 상기 제1로터의 기어와 제2로터의 내측기어가 좁아지는 부위에 마련된 제2토출포트 및 상기 제2로터의 외측기어와 제3로터의 기어가 좁아지는 부위에 위치되는 제1토출포트를 포함함을 특징으로 하는 2단 압축기 유니트.
제 1항에 있어서,

상기 제1,2,3로터의 회전 시 제1로터의 중심 회전축을 바깥 커버에 고정시킨 압축기 커버의 내측에 제 1,2흡입포트 구멍에 연장하여 홈을 형성한 흡입 저항방지 홈과; 제 1,2토출포트 구멍에 연장하여 홈을 형성한 압축잔류가스 회전저항방지 홈과; 제 1,2토출포트 구멍에 연장하여 형성한 압축비 조절 홈; 을 더 포함함을 특징으로 하는 2단 압축기 유니트.
압축기 시스템에 있어서,

외주면에 다수의 트로코이달 기어가 형성되어 있고 그 회전중심에는 고정샤프트가 고정되어 있는 제1로터와;

상기 제1로터를 내부에 편심되게 수용하며 그 내주면에는 제1로터 기어에 대해 치합하며 선접촉하여 트로코이드 기어가 형성되되, 상기 트로코이달 기어는 상기 제1로터의 기어이의 개수보다 하나 더 많은 기어이를 가지며, 외주면에도 내주면과 동일한 개수의 트로코이달 기어이가 형성되어 있는 제2로터와;

상기 제2로터를 내부에 편심되게 수용하며 그 내주면에는 제2로터 외주면의 기어에 대해 치합하며 선접촉하는 트로코이달 기어가 형성되되, 상기 트로코이달 기어는 상기 제2로터 기어이의 개수보다 하나 더 많은 기어이를 가지는 제3로터와;

상기 제1,2,3로터를 밀폐 수용하는 것으로 제1로터의 고정샤프트와 제3로터의 구동샤프트가 연결되어 외부로 연장 돌출시킨 상태로 회전을 가능하게 지지하는 케이싱과;

상기 구동샤프트 측부에 마련되어 케이싱의 내부와 외부를 연결하는 것으로 제1,2,3로터의 회전시 제1로터의 기어와 제2로터의 내측기어가 최대한 벌어지는 부위에 위치하는 제2흡입포트 및 상기 제2로터의 외측기어와 제3로터의 기어가 최대한 벌어지는 부위에 위치하는 제1흡입포트와;

제1,2,3로터의 회전시 상기 제1로터의 기어와 제2로터의 내측기어가 좁아지는 부위에 마련된 제2토출포트 및 상기 제2로터의 외측기어와 제3로터의 기어가 좁아지는 부위에 위치되는 제1토출포트를 포함하여 구성되는 3중 트로이달 로터를 갖는 2단 압축기 유니트와;

상기 구동샤프트에 연결되며 구동샤프트에 회전 토오크를 인가하여 제1,2,3로터를 회전시켜서 상기 흡입포트로 외부 작동유체가 흡입되도록 함과 아울러 토출포트로는 흡입포트로 흡입되었던 작동유체가 압축된 상태로 배출되도록 하는 구동부; 를 포함함을 특징으로 하는 압축기 시스템.
제 3항에 있어서,

상기 제1흡입포트로 흡입되어 제2로터와 제3로터 사이에서 1차 압축된 후 제1토출포트를 통해 토출된 작동유체를 제2흡입포트로 유도하여 제1로터와 제2로터 사이에서 2차 압축되도록 제1토출포트와 제2흡입포트를 외부연결배관 또는 앞커버내부로 연결하여 제1토출포트와 제2흡입포트를 연결하여 흡입되는 압축기 시스템.
제 3항에 있어서,

상기 제1,2,3로터의 회전 시 제1로터의 중심 회전축을 바깥 커버에 고정시킨 압축기 커버의 내측에 제 1,2흡입포트 구멍에 연장하여 홈을 형성한 흡입 저항방지 홈과; 제 1,2토출포트 구멍에 연장하여 홈을 형성한 압축잔류가스 회전 저항방지 홈과; 제 1,2토출포트 구멍에 연장하여 형성한 압축비 조절 홈; 을 더 포함함을 특징으로 하는 압축기 시스템.
제1항 또는 제 3항에 있어서,

3중 트로코이달 로터를 갖는 2단 압축기 유니트는 산업용 압축기 이외에 2단 팽창터빈, 2단 유체펌프, 진공펌프, 콤펜더(압축기와 팽창기), 팽창터빈 펌프(외측 팽창터빈과 내측펌프) 중 어느 하나에 적용되는 것을 특징으로 하는 압축기 시스템.
제 3항에 있어서,

압축기 앞 커버의 내측에 오일챔버와 오일 공급로를 설치하여 제3로터의 오일 공급로에 오일을 공급하며,

제1로터, 제2로터, 제3로터가 접촉하는 부분에 오일챔버를 설치하여 제1로터, 제2로터, 제3로터 및 중심 고정샤프트 베어링에 오일을 공급하며,

상기 각 로터에 오일 순환홈을 형성하여 압축기 앞 커버와 상기 각 로터의 접촉면을 윤활하는 윤활시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 시스템.
제 3항에 있어서,

구동샤프트 내부로 형성된 오일통로를 통하여 오일이 공급되고 구동샤프트 내부에서 베어링측으로 형성된 오일통로를 통해 구동샤프트에 배치된 베어링에 급유가 이루어지고,

구동샤프트 내부로 형성된 오일통로를 통하여 오일이 공급되어 구동샤프트 및 로터 조립체중 제1로터 중심을 관통하여 압축기 앞 커버에 설치된 고정샤프트에 배치된 베어링에 급유가 이루어지는 윤활시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 시스템.