KR101649026B1 - 비접촉식 유체 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 맥동이 적고 저점도에서 고점도까지 비입자 또는 입자가 혼합된 재료를 로터와 로터프레임 간의 비접촉으로 공극에 의한 이송이 이루어져 상호 회전 또는 왕복운동 중에 발생하는 마찰과 눌림 및 깨짐, 역류현상이 발생하지 않는 비접촉식 유체 압축기에 관한 것으로, 그 구성은 압력실의 내부에 로터프레임이 구비되고, 상기 로터프레임에 복수개의 로터가 구비되어 상기 로터의 공전 및 자전에 의해 압력실의 내부로 흡입된 유체를 압축하여 외부로 배출시킬 수 있도록 하는 압축부와; 상기 로터프레임의 후방측을 고정 및 지지하고, 후방측의 피동부를 통해 외부의 동력을 입력받는 본체와; 상기 피동부를 통해 본체의 내부로 입력된 동력에 의해 로터프레임은 자전하고 복수개의 로터는 공전과 자전을 병행할 수 있도록 하는 로터 구동부 및, 분할기구;로 구성된 것이다.

Description

비접촉식 유체 압축기{High pressure quantitative compressor}

본 발명은 비접촉식 유체 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 맥동이 적고 저점도에서 고점도까지 입자,비입자 또는 입자가 혼합된 재료를 로터와 로터프레임 간의 비접촉으로 공극에 의한 이송이 이루어져 상호 회전 또는 왕복운동 중에 발생하는 마찰과 눌림 및 깨짐, 역류현상이 발생하지 않는 비접촉식 유체 압축기에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 압축기는 유체에 압력을 가하여 압력과 속도를 변환시키는 것으로서, 통상 압축기는 임펠러, 스크류, 다이아프램, 기어, 트윈로터리, 로터리캠, 로터리 베인, 피스톤 단형, 모노, 호수 등의 접촉방식이 주로 사용되어 왔고, 아래의 표 1에 나타난 것과 같은 맥동, 압력, 정량성, 역류, 마찰, 눌림, 깨짐 등에서 차이를 보이고 있다.

<표1>

즉, 모노는 접촉성으로 고정자가 고무 재료이므로 정량성은 있으나 고압은 불가능하고, 압력이 높아지면 고무 파손되어 위생을 중요시 여기는 식품분야에 적용이 어렵다. 로터리캠 및 로터리 베인도 비접촉 공극이송방식이나 이송중 맥동량이커 대량이송에는 문제가 돼지 않으나 소량의 정량이송에는 어렵다. 스크류 방식의 경우에는 저점도 유체에 압축을 걸기 어렵고, 임펠러 방식의 경우에는 고점도가 어렵다.

이같이 종래의 압축기는 접촉방식이거나 맥동이 많고 마찰과 눌림 및 깨짐등으로 쇳가루, 고무류의 파손물질이 재료에 혼입될 가능성이 있고, 마찰열에 의해 이상물질이 생성할 가능성이 있으며, 출력에 압력이 발생할 경우 압력을 이기지 못하고 입력쪽으로 피드백되는 역류는 압력 손실을 야기시킬 뿐만 아니라 마찰열을 발생시켜 재료의 성질을 변화시키는 주요인이 되어 왔다.

등록특허 제0135685호(1998.01.16.등록.) "유체압축기"

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로서, 그 목적은 맥동이 적고 저점도에서 고점도까지 비입자 또는 입자가 혼합된 재료를 로터와 로터프레임 간의 비접촉으로 공극에 의한 이송이 이루어져 상호 회전 또는 왕복운동 중에 발생하는 마찰과 눌림 및 깨짐, 역류현상이 발생하지 않는 비접촉식 유체 압축기를 제공함에 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 압축기의 한 형태는, 압력실의 내부에 로터프레임이 구비되고, 상기 로터프레임에 복수개의 로터가 구비되어 상기 로터의 공전 및 자전에 의해 압력실의 내부로 흡입된 유체를 압축하여 외부로 배출시킬 수 있도록 하는 압축부와; 상기 로터프레임의 후방측을 고정 및 지지하고, 후방측의 피동부를 통해 외부의 동력을 입력받는 본체와; 상기 피동부를 통해 본체의 내부로 입력된 동력에 의해 로터프레임은 자전하고 복수개의 로터는 공전과 자전을 병행할 수 있도록 하는 로터 구동부 및, 분할기구;로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압축부는, 일측 및 타측에 각각 측방향으로 흡입구와 배출구를 갖는 압력실 내에 로터프레임이 구비되고, 상기 로터프레임은 등간격으로 축삽입공을 중심으로 일측의 측방향으로 개방부를 갖는 로터안착홈이 형성되며, 상기 로터프레임에 설치되는 로터는 수평의 회전축 선단에 원형의 헤드가 일체로 형성되어 로터프레임의 축삽입공에 로터의 회전축이 삽입되고, 헤드의 일부는 절단되어 로터압축홈 내에 유체수용부를 갖도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 로터 동력전달부는, 로터프레임의 중심축 상에 상기 중심축에 대하여 직각을 이루는 방향으로 수직판이 일체로 돌출 형성되고, 상기 수직판 상에 로터의 개수 및 위치에 대응되게 복수개의 전동축이 로터프레임의 중심축과 평행하게 설치되며, 상기 전동축은 전후로 기어A 및 기어B가 형성되고, 상기 기어A는 로터의 회전축 단부에 설치된 기어C에 치합되고, 상기 기어B는 분할기구의 기어에 치합되어 상기 분할기구에서 기어B로 전달된 회전력을 기어A 및 기어C를 통해 로터 측으로 전달하여 상기 로터가 자전할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분할기구는, 로터프레임의 중심축 상에 설치되는 분할출력판과 상기 중심축과 평행을 이루는 분할입력축으로 구성되고, 상기 분할출력판은 중심에 중공의 허브가 일체로 형성되며, 허브의 외측에 전동축의 기어B에 치합되는 기어D가 형성되고, 등간격으로 형성된 복수개의 분할홈에 의해 복수개의 분할편이 형성되며, 상기 분할편은 각각의 단부에 원호형의 습동홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분할입력축은, 수직판 상에 전동축과 평행하게 일측단부가 설치되고, 상기 분할출력판의 습동홈에 접하는 접촉면에 인접한 축 상에 원형의 지지판이 일체로 축에 직각을 이루는 수직방향으로 형성되며, 상기 지지판 상에는 분할출력판의 분할홈에 삽입 및 이탈되는 입력핀이 분할홈 사이의 간격에 대응되는 위치에 형성되고, 상기 접촉면은 분할출력판의 분할편이 회전하면서 걸리지 않도록 하는 공간홈을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 분할입력축의 타측단부는, 기어E가 형성되어 본체의 중심 내측에 일체로 형성되고 로터프레임의 중심축이 관통하는 외접기어에 치합되어 상기 외접기어를 따라 공전하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 로터가 일정구간까지는 자전하지 않고 로터프레임과 함께 공전하면서 흡입된 유체를 비접촉식으로 압축한 후 배출시키고 다시 분할기구에 의해 압축을 준비하기 위한 위치로 자전하여 다시 압축행정이 이루어질 수 있도록 함으로써 맥동이 적고 저점도에서 고점도까지 비입자 또는 입자가 혼합된 재료를 로터와 로터프레임 간의 비접촉으로 공극에 의한 이송이 이루어질 수 있게 되고, 이로 인하여 상호 회전 또는 왕복운동 중에 발생하는 마찰과 눌림 및 깨짐, 역류현상없이 보다 효율적으로 고압 정량의 유체로 압축할 수 있는 효과를 갖게 된다.

도 1은 본 발명의 전체적인 구성을 나타낸 종단면도.
도 2는 도 1의 압력실을 나타낸 사시도.
도 3은 도 1의 로터프레임을 나타낸 사시도.
도 4는 도 1의 로터를 나타낸 사시도.
도 5는 도 1의 분할기구를 나타낸 정단면도.
도 6은 본 발명의 압력부를 나타낸 정단면도.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 회전각도에 따른 로터 회전 및 고정구간을 나타낸 압력실의 정단면도.
도 8a 및 도 8c는 본 발명의 회전각도에 따른 압력부 및 분할기구의 작동상태를 나타낸 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 구성을 실시예에 따라 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 전체적인 구성을 나타낸 종단면도이고, 도 2는 도 1의 압력실을 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 1의 로터프레임을 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 1의 로터를 나타낸 사시도로서, 이에 도시된 바와 같이 본 발명은 압력실(21)의 내부에 로터프레임(22)이 구비되고, 상기 로터프레임(22)에 복수개의 로터(23)가 구비되어 상기 로터(23)의 공전 및 자전에 의해 압력실(21)의 내부로 흡입된 유체를 압축하여 외부로 배출시킬 수 있도록 하는 압축부(2)와, 상기 로터프레임(22)의 후방측을 고정 및 지지하고 후방측의 피동부(11)를 통해 외부의 동력을 입력받는 본체(1)와, 상기 피동부(11)를 통해 본체(1)의 내부로 입력된 동력에 의해 로터프레임(22)은 자전하고 복수개의 로터(23)는 공전과 자전을 병행할 수 있도록 하는 로터 구동부(3) 및, 분할기구(4)로 구성된다.

상기 압축부(2)는, 일측 및 타측에 각각 측방향으로 흡입구(21a)와 배출구(21b)를 가지며 마개(20)에 의해 전방측이 밀폐된 압력실(21) 내에 로터프레임(22)이 구비되고, 상기 로터프레임(22)은 등간격으로 축삽입공(22a)을 중심으로 일측의 측방향으로 개방부(22c)를 갖는 로터안착홈(22b)이 형성된다. 또한, 상기 로터프레임(22)에 설치되는 로터(23)는 수평의 회전축(23a) 선단에 원형의 헤드(23b)가 일체로 형성되어 로터프레임(22)의 축삽입공(22a)에 로터(23)의 회전축(23a)이 삽입되고, 헤드(23b)의 일부는 절단되어 로터압축홈(22b) 내에 유체수용부(25)를 갖도록 구성된 것이다.

상기 압축부(2)의 후방 본체(1) 내에는 상기 본체(1)의 후방측에 설치된 피동부(11)로부터 전달받은 동력으로 로터프레임(22)은 자전시키고, 로터(23)는 자전과 공전을 병행할 수 있도록 하는 로터 구동부(3) 및 분할기구(4)가 구비되는 것으로서, 상기 로터 구동부(3)는 로터프레임(22)의 중심축(22d) 상에 상기 중심축(22d)에 대하여 직각을 이루는 방향으로 수직판(31)이 일체로 돌출 형성되고, 상기 수직판(31) 상에 로터(23)의 개수 및 위치에 대응되게 복수개의 전동축(32)이 로터프레임(22)의 중심축(22d)과 평행하게 설치된다. 상기 전동축(32)은 전후로 기어A(32a) 및 기어B(32b)를 갖는 것으로서, 상기 기어A(32a)는 후술되어질 로터(23)의 회전축(23a) 단부에 형성된 기어C(24)에 치합되고, 기어B(32b)는 후술되어질 분할기구(4)를 구성하는 분할출력판(4a)의 허브(41)에 형성된 기어D(42)에 치합된다.

그리고, 상기 분할기구(4)는 도 5에 도시된 바와 같이 로터프레임(22)의 중심축(22d) 상에 설치되는 분할출력판(4a)과 상기 중심축(22d)과 평행을 이루는 분할입력축(4b)으로 구성된다. 상기 분할출력판(4a)은 중심에 중공의 허브(41)가 일체로 형성되고, 허브(41)의 외측에 상기한 기어D(42)가 형성되며, 등간격으로 형성된 복수개의 분할홈(43)에 의해 복수개의 분할편(44)이 형성되고, 상기 분할편(44)은 각각의 단부에 원호형의 습동홈(44a)이 형성된다.

상기 분할입력축(4b)은 수직판(31) 상에 전동축(32)과 평행하게 일측단부가 설치되고, 상기 분할출력판(4a)의 습동홈(44a)에 접하는 접촉면(45)에 인접한 축 상에 원형의 지지판(46)이 일체로 축에 직각을 이루는 수직방향으로 형성되며, 상기 지지판(46) 상에는 분할출력판(4a)의 분할홈(43)에 삽입 및 이탈되는 입력핀(47)이 분할홈(43) 사이의 간격에 대응되는 위치에 형성되고, 상기 접촉면(45)은 분할출력판(4a)의 분할편(44)이 회전하면서 걸리지 않도록 하는 공간홈(48)을 포함한다. 또한 분할입력축(4b)의 타측단부는 기어E(49)가 형성되어 본체(1)의 중심 내측에 일체로 형성되고 로터프레임(22)의 중심축(22d)이 관통하는 외접기어(12)에 치합되어 상기 외접기어(12)를 따라 공전하도록 구성된다.

이와같이 구성된 본 발명의 동력전달과정을 첨부된 도 1을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 로터프레임(22)을 회전시키기 위한 동력전달체계와 로터(23)를 회전시키기 위한 동력전달체계가 공존하는 것으로서, 피동부(11)를 통해 본체(1)의 내부로 전달된 동력은 로터프레임(22)의 중심축(22d)을 회전시키고, 중심축(22d)은 로터프레임(22)과 수직판(31) 및 분할출력판(4a)을 함께 시계방향으로 회전시킨다. 그리고 수직판(31)은 전동축(32)과 분할입력축(4b)을 공전시키는데, 이때 전동축(32)은 로터프레임(22)과 분할출력판(4a)의 허브(41)를 중심으로 공전하고, 상기 분할입력축(4b)은 본체(1) 내측의 외접기어(12)를 중심으로 공전하게 되는 것이다. 따라서, 로터프레임(22)의 로터안착홈(22b)에 설치된 복수개의 로터(23)는 자전하지 않고 로터프레임(22)과 함께 공전만 한다.

이러한 상태에서 분할입력축(4b)의 지지판(46)에 형성된 입력핀(47)이 분할출력판(4a)의 분할홈(43)에 삽입되면, 분할출력판(4a)이 자전하고, 분할출력판(4a)의 허브(41) 외측에 형성된 기어D(42)와 상기 기어D(42)에 치합된 기어B(32b)를 통해 전동축(32)에 회전력이 전달되어 상기 전동축(32)이 자전하게 된다. 이에 따라 전동축(32)의 기어A(32a)에 치합된 기어C(24)가 로터(23)의 회전축(23a)을 회전시키게 되고, 상기 회전축(23a)은 로터(23)를 자전시키게 됨으로써 압축부(2)에서 유체에 대한 압축행정이 이루어지게 되는 것이다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 회전각도에 따른 로터 회전 및 고정구간을 나타낸 압력실의 정단면도이고, 도 8a 및 도 8d는 본 발명의 회전각도에 따른 압력부 및 분할기구의 작동상태를 나타낸 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 0도에서 80도는 로터(23)가 로터프레임(22)의 자전에 의해서 공전만 한다. 이때 분할기구(4)는 0도에서 80도 에서 분할출력판(4a)은 자전하고 분할입력축(4b)은 공전만 한다.

그리고, 80도에서 120도에서는 로터(23)가 분할기구(4)에 의해 자전과 공전을 함께 한다. 이때, 80도에서 120도 사이에서 분할입력축(4b)에 형성한 입력핀(47)이 분할출력판(4a)의 분할홈(43)에 삽입되기 시작하면서 분할출력판(4a)이 회전하게 된다. 이에 따라 분할출력판(4a)으로부터 출력된 동력이 로터(23) 측으로 전달되어 상기 로터(23)가 회전하게 되는 것으로서, 0도에서 80도의 사이는 로터(23)가 자전하지 않는 비회전구간이고, 80도에서 120도의 사이는 로터(23)가 회전하는 자전과 공전을 함께 하는 회전구간이 되는 것을, 380도를 1행정으로 연속 반복됨으로써 유체에 대한 압축이 이루어질 수 있게 되는 것이며, 격리웰(2b)을 중심으로 흡입구(21a)에 배출구(21b)을 벗어나기 위한 구간이고, 로터프레임(22)과 압력실(21) 사이의 이송공극(2a)에 의해 유체가 밀봉된 상태로 이송 및 압축되어지는 것이다. 0도에서 80도의 사이는 로터프레임 외경과 격리 웰내경에 의하여 밀봉이 이루어 진다.

이같이 본 발명은 로터가 일정구간까지는 자전하지 않고 로터프레임과 함께 공전하면서 흡입된 유체를 비접촉식으로 압축한 후 배출시키고 다시 분할기구에 의해 압축을 준비하기 위한 위치로 자전하여 다시 압축행정이 이루어질 수 있도록 함으로써 맥동이 적고 저점도에서 고점도까지 비입자 또는 입자가 혼합된 재료를 로터와 로터프레임 간의 비접촉으로 공극에 의한 이송이 이루어질 수 있게 되고, 이로 인하여 상호 회전 또는 왕복운동 중에 발생하는 마찰과 눌림 및 깨짐, 역류현상없이 보다 효율적으로 고압 정량의 유체로 압축할 수 있는 효과를 갖게 된다.

이상에서 본 발명에 의한 비접촉식 유체 압축기를 구체적으로 설명하였으나, 이는 본 발명의 가장 바람직한 실시양태를 기재한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의해서 그 범위가 결정되어지고 한정되어진다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 명세서의 기재내용에 의한 다양한 변형 및 모방을 행할 수 있을 것이나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어난 것이 아님은 명백하다고 할 것이다.

1: 본체
11: 피동부 12: 외접기어
2: 압축부
20: 마개 21: 압력실
21a: 흡입구 21b: 배출구
22: 로터프레임 22a: 축삽입공
22b: 로터안착홈 22c: 개방부
22d: 중심축 23: 로터
23a: 회전축 23b: 헤드
24: 기어C 25: 유체수용부
3: 로터프레임 동력전달부
31: 수직판 32: 전동축
32a: 기어A 32b: 기어B
4: 로터 동력전달부
4a: 분할출력판 4b: 분할입력축
41: 허브 42: 기어D
43: 분할홈 44: 분할편
44a: 습동홈 45: 접촉면
46: 지지판 47,47a: 입력핀
48: 공간홈 49: 기어E

Claims (6)

1. 압력실(21)의 내부에 로터프레임(22)이 구비되고, 상기 로터프레임(22)에 복수개의 로터(23)가 구비되어 상기 로터(23)의 공전 및 자전에 의해 압력실(21)의 내부로 흡입된 유체를 압축하여 외부로 배출시킬 수 있도록 하는 압축부(2) 및, 상기 로터프레임(22)의 후방측을 고정 및 지지하고, 후방측의 피동부(11)를 통해 외부의 동력을 입력받는 본체(1)가 구비되고, 상기 로터프레임(22)은 피동부(11)에 연결된 중심축(22d)를 통해 동력을 전달받아 회전하고, 로터프레임(22)에 구비된 복수개의 로터(23)는 로터프레임(22)의 회전에 의해 공전하며, 상기 복수개의 로터(23)는 로터프레임(22)의 중심축(22d)으로부터 분기된 로터 구동부(3) 및 분할기구(4)에 의해 자전하도록 구성된 것을 특징으로 한 비접촉식 유체 압축기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 압축부(2)는,
   일측 및 타측에 각각 측방향으로 흡입구(21a)와 배출구(21b)를 갖는 압력실(21) 내에 로터프레임(22)이 구비되고, 상기 로터프레임(22)은 등간격으로 축삽입공(22a)을 중심으로 일측의 측방향으로 개방부(22c)를 갖는 로터안착홈(22b)이 형성되며, 상기 로터프레임(22)에 설치되는 로터(23)는 수평의 회전축(23a) 선단에 원형의 헤드(23b)가 일체로 형성되어 로터프레임(22)의 축삽입공(22a)에 로터(23)의 회전축(23a)이 삽입되고, 헤드(23b)의 일부는 절단되어 로터압축홈(22b) 내에 유체수용부(25)를 갖도록 구성된 것을 특징으로 한 비접촉식 유체 압축기.
   
3. 제1항 있어서,
   상기 로터 구동부(3)는,
   로터프레임(22)의 중심축(22d) 상에 상기 중심축(22d)에 대하여 직각을 이루는 방향으로 수직판(31)이 일체로 돌출 형성되고, 상기 수직판(31) 상에 로터(23)의 개수 및 위치에 대응되게 복수개의 전동축(32)이 로터프레임(22)의 중심축(22d)과 평행하게 설치되며, 상기 전동축(32)은 전후로 기어A(32a) 및 기어B(32b)가 형성되고, 상기 기어A(32a)는 로터(23)의 회전축(23a) 단부에 설치된 기어C(24)에 치합되고, 상기 기어B(32b)는 분할기구(4)의 기어에 치합되어 상기 분할기구(4)에서 기어B(32b)로 전달된 회전력을 기어A(32a) 및 기어C(24)를 통해 로터(23) 측으로 전달하여 상기 로터(23)가 자전할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 한 비접촉식 유체 압축기.
   
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 분할기구(4)는,
   로터프레임(22)의 중심축(22d) 상에 설치되는 분할출력판(4a)과 상기 중심축(22d)과 평행을 이루는 분할입력축(4b)으로 구성되고, 상기 분할출력판(4a)은 중심에 중공의 허브(41)가 일체로 형성되며, 허브(41)의 외측에 전동축(32)의 기어B(32b)에 치합되는 기어D(42)가 형성되고, 등간격으로 형성된 복수개의 분할홈(43)에 의해 복수개의 분할편(44)이 형성되며, 상기 분할편(44)은 각각의 단부에 원호형의 습동홈(44a)이 형성된 것을 특징으로 한 비접촉식 유체 압축기.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 분할입력축(4b)은,
   일측단부가 수직판(31) 상에 전동축(32)과 평행하게 설치되고, 타측단부는 상기 분할출력판(4a)의 습동홈(44a)에 접하는 접촉면(45)에 인접하며, 상기 분할입력축(4b)의 타측단부에는 원형의 지지판(46)이 수직방향으로 일체로 형성되고, 상기 지지판(46) 상에는 분할출력판(4a)의 분할홈(43)에 삽입 및 이탈되는 입력핀(47)이 분할홈(43) 사이의 간격에 대응되는 위치에 형성되고, 상기 접촉면(45)은 분할출력판(4a)의 분할편(44)이 회전하면서 걸리지 않도록 하는 공간홈(48)을 포함하는 것을 특징으로 한 비접촉식 유체 압축기.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 분할입력축(4b)의 타측단부는,
   기어E(49)가 형성되어 본체(1)의 중심 내측에 일체로 형성되고 로터프레임(22)의 중심축(22d)이 관통하는 외접기어(12)에 치합되어 상기 외접기어(12)를 따라 공전하도록 구성된 것을 특징으로 한 비접촉식 유체 압축기.
   
   
   
   

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