KR101878798B1 - 싱글 스크류 타입의 진공펌프장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 싱글 스크류 타입의 진공펌프장치는: 외관을 형성하도록 구비된 하우징; 상기 하우징의 내부에서 중심부에 수평방향의 회전축 선을 기준으로 회전 가능하게 구비된 싱글 스크류 로터; 및, 상기 하우징의 내부에서 상기 싱글 스크류 로터의 좌우 양측에 맞물리게 구비되어 상기 싱글 스크류 로터가 회전됨에 따라 각각 수직방향의 회전축 선을 기준으로 상호 반대방향으로 회전 가능하게 구비된 한 쌍의 게이트 로터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하여, 출력 효율이 높아지도록 함으로써, 대용량으로 제작되어 사용하기에도 적합할 수 있는 싱글 스크류 타입의 진공펌프장치를 제공할 수 있다.

Description

싱글 스크류 타입의 진공펌프장치 {single screw type vacuum pump}

본 발명은 싱글 스크류 타입의 진공펌프장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하우징 내부의 압력이 대기압보다 떨어지도록 하여 물이나 오일 또는 그 밖의 기체가 순환되도록 하는 싱글 스크류 타입의 진공펌프장치에 관한 것이다.

진공펌프는 각종 산업분야에서 널리 사용되고 있는 기계장치이며, 진공이 요구되는 개소의 공기를 흡입하여 배출시킴으로써, 특정부위를 진공화시키는 장치이다.

이러한 진공펌프에는 용도에 적합하게 개발된 여러 종류의 진공펌프가 있으며, 특히 스크류식 진공펌프는 고진공이 요구되는 분야에서 널리 사용되고 있다.

일반적인 스크류형 진공펌프에 있어서는 모터와 연동되는 스크류가 한 쌍 구비되며 상기 스크류의 회전에 의해 공기가 흡입되고 또한 배출이 일어나게 된다.

이때, 하우징에 내장되어 회전되는 상기 스크류에 의해 높은 압축열이 발생하게 되며 따라서 이러한 열을 냉각시켜 줄 필요가 있다. 이러한 고온의 압축열은 부품의 변형을 초래하며 미세한 간격으로 형성되는 스크류 및 하우징 간에 눌어붙음 현상을 유발하여 기계장치의 파손을 일으키기도 한다.

종래기술에 따른 진공펌프의 일 예가 대한민국 특허등록번호 제10-0382309호(2003년04월17일자 등록, 이하 '특허문헌 1'이라 함) 등에 개시되어 있다.

그러나, 종래기술에 따른 진공펌프는 출력 효율이 낮기 때문에 대용량으로 제작되어 사용하기에는 부적합할 수 있다는 문제점이 있다.

또한, 종래기술에 따른 진공펌프는 고장이 자주 발생 될 수 있다는 문제점이 있다.

대한민국 특허등록번호 제10-0382309호(2003년04월17일자 등록)

본 발명의 목적은, 대용량으로 제작되어 사용하기에도 적합할 수 있는 싱글 스크류 타입의 진공펌프장치를 제공하는 것이다.

또한, 내구성이 향상되어 고장이나 파손이 최소화되도록 할 수 있는 싱글 스크류 타입의 진공펌프장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 싱글 스크류 타입의 진공펌프장치는: 외관을 형성하도록 구비된 하우징; 상기 하우징의 내부에서 중심부에 수평방향의 회전축 선을 기준으로 회전 가능하게 구비된 싱글 스크류 로터; 및, 상기 하우징의 내부에서 상기 싱글 스크류 로터의 좌우 양측에 맞물리게 구비되어 상기 싱글 스크류 로터가 회전됨에 따라 각각 수직방향의 회전축 선을 기준으로 상호 반대방향으로 회전 가능하게 구비된 한 쌍의 게이트 로터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 하우징의 하부에는 상기 한 쌍의 케이트 로터 중 어느 하나에 대응된 위치에 흡입구가 형성되고, 상기 하우징의 상부에는 상기 한 쌍의 케이트 로터 중 다른 하나에 대응된 위치에 토출구가 형성된 것이 바람직하다.

그리고, 상기 싱글 스크류 로터 및 상기 게이트 로터 사이의 맞물림 회전 동작은 물에 의해 윤활이 이뤄지도록 마련될 수 있다.

한편, 상기 싱글 스크류 로터 및 상기 게이트 로터 사이의 맞물림 회전 동작은 오일에 의해 윤활이 이뤄지도록 마련될 수 있다.

본 발명에 따르면, 출력 효율이 높아지도록 함으로써, 대용량으로 제작되어 사용하기에도 적합할 수 있는 싱글 스크류 타입의 진공펌프장치를 제공할 수 있다.

또한, 내구성이 향상되어 고장이나 파손이 최소화되도록 할 수 있는 싱글 스크류 타입의 진공펌프장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 싱글 스크류 타입의 진공펌프장치의 부분 절개 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 싱글 스크류 타입의 진공펌프장치의 분해 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 싱글 스크류 타입의 진공펌프장치의 측 단면 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 싱글 스크류 로터와 게이트 로터가 서로 맞물린 상태를 위에서 내려다본 평면도,
도 5는 본 발명에 따른 싱글 스크류 로터의 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 싱글 스크류 타입의 진공펌프장치의 정 단면 구성도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 싱글 스크류 타입의 진공펌프장치의 부분 절개 사시도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 싱글 스크류 타입의 진공펌프장치는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 외관을 형성하도록 구비된 하우징(100)과, 하우징(100)의 내부에서 중심부에 수평방향의 회전축 선을 기준으로 회전 가능하게 구비된 싱글 스크류 로터(200)와, 하우징(100)의 내부에서 싱글 스크류 로터(200)의 좌우 양측에 맞물리게 구비되어 싱글 스크류 로터(200)가 회전됨에 따라 각각 수직방향의 회전축 선을 기준으로 상호 반대방향으로 회전 가능하게 구비된 한 쌍의 게이트 로터(300)를 포함한다.

이에 따라, 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 싱글 스크류 로터(200)가 회전됨에 따라 한 쌍의 게이트 로터(300)가 싱글 스크류 로터(200)에 맞물려 서로 반대방향으로 회전되면서 싱글 스크류 로터(200)와 게이트 로터(300)가 서로 맞물리며 공기와 같은 기체나 물 또는 오일 등과 같은 유체가 압축되는 공간이 점점 넓어지게 되어 팽창되도록 함으로써, 하우징(100) 내부의 압력이 대기압보다 떨어지도록 하여 유체가 하우징(100)의 내부로 흡입 및 토출되며 원활히 순환되도록 할 수 있다.

예컨대, 본 발명에 따른 싱글 스크류 타입의 진공펌프장치는 기존의 싱글 스크류 타입의 공기압축기의 흡입 측과 토출 측을 정 반대로 연결하여 각종 배기 시스템, 화학 플랜트, 유체 이송 또는 순환 시스템, 부상물 제거 시스템, 탱크 청소 시스템 등에 폭넓게 적용되도록 할 수 있다.

즉, 싱글 스크류 타입의 공기압축기의 마력이 대략 300 마력 정도이면 본 발명에 따른 싱글 스크류 타입의 진공펌프장치의 출력은 대략 1/3 정도인 100 마력 정도가 나올 수 있기 때문에 진공펌프장치의 출력 효율이 높아지도록 함으로써, 대용량으로 제작되어 사용하기에도 적합할 수 있는 싱글 스크류 타입의 진공펌프장치를 제공할 수 있다.

하우징(100)은, 도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이, 중심부에 싱글 스크류 로터(200)가 설치되도록 관통 형성된 구동실(110)과, 구동실(110)의 좌우 양측에 연통 형성되어 한 쌍의 게이트 로터(300)가 각각 설치되는 한 쌍의 진공실(120)을 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하우징(100)의 진공실(120) 중 어느 하나의 하부에는 한 쌍의 게이트 로터(300) 중 어느 하나에 대응된 위치에 흡입구(121)가 형성되고, 하우징(100)의 진공실(120) 중 다른 하나의 상부에는 한 쌍의 게이트 로터(300) 중 다른 하나에 대응된 위치에 토출구(123)가 형성된 것이 바람직하다.

이때, 흡입구(121)와 토출구(123)는 밸브 개폐에 의해 하우징(100)의 밀폐가 제어되며 본 발명에 따른 진공펌프장치를 통한 유체의 흡입과 토출이 제어되도록 할 수 있다.

이에 따라, 구동실(110)과 진공실(120)로 이뤄진 하우징(100)에 의해 내부가 완전 밀폐되게 구비되도록 함으로써 싱글 스크류 로터(200)의 회전시 진공실(120)에 대기압 이하의 압력이 용이하게 형성되도록 할 수 있고, 탱크의 배기 시스템에 적용할 경우에는 흡입구(121)를 탱크 측에 연결하고 토출구(123)가 외부 대기로 노출되도록 함으로써 탱크 내부의 오염된 공기를 대기로 용이하게 배출하도록 할 수 있다.

좀더 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(100)은 볼트와 같은 체결부재(101)들에 의해서 각 부분들이 조립되고, 커버(103)들에 의해서 하우징(100)의 개방된 부분이 덮여 밀폐되며, 오링(O-ring)과 같은 기밀부재(105)로 하우징(100)의 기밀이 유지되게 패킹되고, 싱글 스크류 로터(200)와 게이트 로터(300)의 회전축에는 베어링(107)이 구비되어 이들의 회전을 원활히 지지해주게 된다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 싱글 스크류 로터(200)의 외주면에는 스크류의 나선 형태로 함몰 형성된 진공 홈(210)이 형성되어 게이트 로터(300)가 맞물리도록 한다.

이때, 진공 홈(210)은 게이트 로터(300)의 후술할 게이트 로터 블레이드(310)와의 맞물림 시 밀어내는 유체가 차지하는 공간이 점차 확장되게(대략 1:15의 비율로) 형성된 것이 바람직하고, 도 6에 도시된 바와 같이, 하우징(100)의 내부에는 윤활재 주입부(400)가 구비되어 싱글 스크류 로터(200)의 진공 홈(210)과 진공 홈(210)에 맞물리는 게이트 로터(300)의 간극 사이에 물이나 오일과 같은 윤활재가 주입되도록 하여 싱글 스크류 로터(200) 및 게이트 로터(300) 사이의 맞물림 회전 동작이 물이나 오일에 의해 윤활이 이뤄지도록 하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 싱글 스크류 로터(200)의 진공 홈(210)에 한 쌍의 게이트 로터(300)가 좌우 양측에서 각각 맞물려 싱글 스크류 로터(200)가 회전됨에 따라 한 쌍의 게이트 로터(300)가 수직방향의 회전축 선을 기준으로 상호 반대방향으로 회전됨으로써, 종래의 트윈 스크류 타입의 진공펌프는 어느 한 방향으로만 추력이 가해져 쉽게 고장이 발생 되고 트윈 스크류의 사이에 이물질이 끼어 들어가게 되면 서로 맞물리는 과정에서 더욱 쌓이게 되어 수명이 짧아지게 되지만, 본 발명에 따른 싱글 스크류 타입의 진공펌프장치에 의하면, 싱글 스크류 로터(200)의 수평 회전축에는 카운터 밸런스(counter balance)가 유지되어 고장이나 파손이 최소화되고, 외부에서 이물질이 들어오게 되더라도 진공 홈(210)의 면적이 토출 방향으로 점차 확장되는 구조이기 때문에 게이트 로터(300)의 회전시 진공 홈(210)의 내측을 원활히 훑어내게 됨으로써 이물질이 누적되는 것을 방지하여 사용 수명이 연장되도록 할 수 있다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 싱글 스크류 로터(200)에는 구동모터(500)가 연결되어 싱글 스크류 로터(200)의 회전을 구동시키고, 구동모터(500)에는 제어부(미도시)가 연결되어 본 발명에 따른 진공펌프장치의 작동을 제어한다.

구동모터(500)는, 회전자와, 회전자의 외부에 설치되어 자력을 발생시켜 회전자를 회전시키는 고정자와, 고정자에 설치되어 공급된 전원에 의해 고정자를 자화시키는 고정자 코일로 이루어진다.

게이트 로터(300)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 진공실(120)의 내부에 각각 설치되게 한 쌍으로 마련되고, 싱글 스크류 로터(200)의 진공 홈(210)에 맞물려 싱글 스크류 로터(200)가 회전됨에 따라 회전되며 진공실(120)의 내부에 진공이 형성되도록 하는 게이트 로터 블레이드(310)를 포함한다. 이때, 싱글 스크류 로터(200)의 진공 홈(210)의 내측 면과 이에 맞물리는 게이트 로터 블레이드(310) 사이에 이격된 간격은 정밀 가공에 의해 최소화되도록 할 수 있으며, 오일로 윤활이 이뤄질 때보다 물로 윤활이 이뤄지도록 할 때가 보다 더 작은 간극(대략 7:3 정도)이 형성되도록 할 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 싱글 스크류 타입의 진공펌프장치에 의하면 진동이나 소음도 더욱 저감되도록 할 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 게이트 로터 블레이드(310)는 평평한 형태로 마련되고, 흡입구(121)가 하부에 형성된 진공실(120)에서는 게이트 로터(300)의 회전 축 상부에 게이트 로터 블레이드(310)가 결합되며, 토출구(123)가 상부에 형성된 진공실(120)에서는 게이트 로터(300)의 회전 축 하부에 게이트 로터 블레이드(310)가 결합된 것이 바람직하다.

이때, 도 7에 도시된 바와 같이, 흡입구(121)가 하부에 형성된 진공실(120)에 설치된 게이트 로터 블레이드(310)는 외부로부터 유체가 흡입됨에 따라 아래에서 위로 들어 올려지고 토출구(123)가 상부에 형성된 진공실(120)에 설치된 게이트 로터 블레이드(310)는 위에서 아래로 하강 압력을 받을 수 있기 때문에 이를 방지하기 위하여 흡입구(121)가 하부에 형성된 진공실(120)에 설치된 게이트 로터 블레이드(310)의 상부와 토출구(123)가 상부에 형성된 진공실(120)에 설치된 게이트 로터 블레이드(310)의 하부에는 이들을 고정 지지해주는 지지와셔(130)를 추가로 설치하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 본 발명에 따른 진공펌프장치가 작동되어 흡입구(121)를 통해 외부로부터 유체가 흡입되더라도 지지와셔(130)가 게이트 로터 블레이드(310)를 눌러주며 안정적으로 고정 지지함으로써, 진동과 소음이 더욱 저감되도록 할 수 있다.

본 발명의 일실시예로서, 싱글 스크류 로터(200)는 금속 재질로 마련되고, 게이트 로터 블레이드(310)는 CFRP(탄소섬유강화플라스틱)과 같은 엔지니어링 플라스틱 재질로 마련된 것이 바람직하다.

이에 따라, 서로 맞물려 회전되는 싱글 스크류 로터(200) 및 게이트 로터 블레이드(310)의 내구성이 향상되어 고장이나 파손이 더욱 최소화되며 사용 수명이 연장되도록 할 수 있다.

상기에 의해 설명되고 첨부된 도면에서 그 기술적인 면이 기술되었으나, 본 발명의 기술적인 사상은 그 설명을 위한 것이고, 그 제한을 두는 것은 아니며 본 발명의 기술분야에서 통상의 기술적인 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적인 사상을 이하 후술 될 특허청구범위에 기재된 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 하우징 121 : 흡입구
123 : 토출구 200 : 싱글 스크류 로터
300 : 게이트 로터

Claims (4)

1. 외관을 형성하도록 구비된 하우징;
   상기 하우징의 내부에서 중심부에 수평방향의 회전축 선을 기준으로 회전 가능하게 구비된 싱글 스크류 로터; 및
   상기 하우징의 내부에서 상기 싱글 스크류 로터의 좌우 양측에 맞물리게 구비되어 상기 싱글 스크류 로터가 회전됨에 따라 각각 수직방향의 회전축 선을 기준으로 상호 반대방향으로 회전 가능하게 구비된 한 쌍의 게이트 로터;
   를 포함하며,
   상기 하우징의 하부에는 상기 한 쌍의 케이트 로터 중 어느 하나에 대응된 위치에 흡입구가 형성되고,
   상기 하우징의 상부에는 상기 한 쌍의 케이트 로터 중 다른 하나에 대응된 위치에 토출구가 형성되며,
   상기 싱글 스크류 로터 및 상기 게이트 로터 사이의 맞물림 회전 동작은 물 또는 오일에 의해 윤활이 이뤄지도록 마련되고,
   상기 싱글 스크류 로터의 외주면에는 스크류의 나선 형태로 함몰 형성된 진공 홈이 형성되어 상기 게이트 로터가 맞물리도록 하며,
   상기 진공 홈은 상기 게이트 로터의 게이트 로터 블레이드와의 맞물림 시 밀어내는 유체가 차지하는 공간이 1:15의 비율로 점차 확장되게 형성되고,
   상기 하우징의 내부에는 윤활재 주입부가 구비되어 상기 싱글 스크류 로터의 진공 홈과 상기 진공 홈에 맞물리는 상기 게이트 로터의 간극 사이에 물 또는 오일과 같은 윤활재가 주입되도록 하는 것을 특징으로 하는 싱글 스크류 타입의 진공펌프장치.
   
   
   
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