KR101684549B1 - 회전식 진공 펌프 - Google Patents

Abstract

회전식 진공 펌프에 있어서, 원통 형상으로 형성된 펌프룸을 포함하는 펌프 하우징; 중심이 상기 펌프룸의 중심과 편심되도록 상기 펌프룸에 회전 가능하게 장착되고, 회전축에 의해 회전하는 로우터; 상기 로우터에 장착되어 상기 펌프룸으로 유입된 기체를 압축하는 베인; 그리고 압축된 기체가 정해진 압력을 초과할 시 상기 펌프 하우징의 외부로 기체를 배출하도록 된 단일한 배출밸브;를 포함하되, 상기 펌프 하우징에는, 압축된 기체가 상기 펌프룸의 일측으로부터 상기 펌프룸의 타측으로 유동하도록 내부유동통로가 형성되고, 상기 내부유동통로에는 일 방향 유동만 허용하는 체크밸브가 장착되는 것을 특징으로 하는 회전식 진공 펌프가 개시된다.

Description

회전식 진공 펌프 {ROTARY VACUUM PUMP}

본 발명은 회전식 진공 펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 베인이 역 회전하는 경우를 대비함과 동시에 패키지 공간의 충분한 확보, 원가 절감, 그리고 내구성 향상을 도모하는 회전식 진공 펌프에 관한 것이다.

일반적으로, 진공 펌프는 용기 중의 기체를 제거하여 진공을 만들기 위해 사용되는 기계를 총칭한다.

회전식 진공 펌프는, 펌프룸 내에서 회전체를 회전시킴으로써, 기체(및 오일)를 흡입하고, 흡입된 기체(및 오일)를 베인에 의해 압축하며, 압축된 기체(및 오일)를 배출하는 것에 의해 기체 흡입부와 연결된 용기 내의 압력을 떨어뜨리거나 진공을 만든다.

이 때, 오일은 회전식 진공 펌프 내부의 윤활과 기밀 유지를 위해 기체와 함께 흡입되는 것이 일반적이다.

상기 회전체는 일반적으로, 로우터와 복수의 베인들을 포함하여 구성된다. 로우터는 일반적으로 펌프룸의 중심과 편심되도록 배치되며, 자동차의 크랭크 샤프트에 연결되거나 전기 모터의 회전 축에 연결되어 회전한다.

로우터의 편심성과 베인들 사이에 형성되는 공간의 크기 변화로 인해, 흡입된 기체가 압축될 수 있고 배출밸브를 통해 배출될 수 있게 된다.

그런데, 비상 시에는 로우터와 베인들이 역 회전하는 경우가 발생한다. 이 경우, 반대 방향 회전으로 인해 기체가 압축되지만, 정상적인 압축 상태를 위해 마련된 배출밸브를 통해서는 압축된 기체가 배출될 수 없다. 왜냐하면, 기체가 압축되는 공간의 위치가 펌프룸 내에서 달라지기 때문이다.

이러한 비정상적인 상태에 대비하기 위해, 베인의 역 회전에 의해 압축된 기체(및 오일)를 적절히 배출하기 위해 역회전 배출밸브가 해당 위치에 별도로 마련되는 것이 일반적이다. 베인의 역 회전에 의해 압축된 기체(및 오일)가 적절히 배출되지 않는 경우 고압에 의해 베인이 파손됨으로써, 진공 펌프가 제 역할을 할 수 없게 되기 때문이다.

따라서, 종래 기술에 따르면 두 개의 배출밸브들이 펌프룸 내 서로 다른 위치들에 마련되는데, 이로 인해 다음과 같은 문제들이 발생하였다.

첫째, 역회전 배출밸브로 인해 진공 펌프의 크기가 커지고 패키지 공간이 협소해진다.

둘째, 배출되는 기체 및 오일의 수용 부품 및 가공 작업 증가로 인해 원가가 늘어난다.

셋째, 역회전 배출밸브가 차지하는 공간으로 인해 로우터의 크기가 제약되고, 이로 인해 로우터의 내구성이 나빠진다.

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 패키지 공간의 충분한 확보, 원가 절감, 그리고 내구성 향상을 도모하는 회전식 진공 펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는, 회전식 진공 펌프에 있어서, 원통 형상으로 형성된 펌프룸을 포함하는 펌프 하우징, 중심이 상기 펌프룸의 중심과 편심되도록 상기 펌프룸에 회전 가능하게 장착되고, 회전축에 의해 회전하는 로우터, 상기 로우터에 장착되어 상기 펌프룸으로 유입된 기체를 압축하는 베인, 그리고 압축된 기체가 정해진 압력을 초과할 시 상기 펌프 하우징의 외부로 기체를 배출하도록 된 단일한 배출밸브를 포함하되, 상기 펌프 하우징에는 압축된 기체가 상기 펌프룸의 일측으로부터 상기 펌프룸의 타측으로 유동하도록 내부유동통로가 형성되고, 상기 내부유동통로에는 일 방향 유동만 허용하는 체크밸브가 장착되는 것을 특징으로 하는 회전식 진공 펌프가 제공될 수 있다.

상기 로우터의 외주면은 상기 펌프 하우징의 내주면의 단일 지점과 만나고, 상기 내부유동통로는 상기 펌프 하우징의 상기 내주면 일측에 입구를 타측에 출구를 가지며, 상기 단일 지점은 상기 입구와 상기 출구 사이에 배치될 수 있다.

상기 체크밸브는 정해진 압력을 초과할 시 일 방향으로만 개방되도록 상기 입구 또는 상기 출구에 장착되는 제1판스프링일 수 있다.

상기 펌프 하우징은 중공 실린더 형상의 외벽, 그리고 상기 외벽의 축방향 일단의 벽을 형성하는 플레이트부를 포함하며, 상기 내부유동통로는 상기 외벽에 형성될 수 있다.

상기 배출밸브는 상기 플레이트부에 형성되는 관통홀, 그리고 상기 관통홀에 장착되어 정해진 압력을 초과할 시 상기 배출 방향으로만 개방되는 제2판스프링을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 내부유동통로의 상기 출구는 상기 단일 지점과 상기 로우터의 중심을 지나는 직선을 기준으로, 상기 배출밸브 측에 형성될 수 있다.

상기 베인은 상기 로우터에 슬라이딩 가능하게 장착되어 상기 로우터에 의해 회전함으로써, 상기 펌프 하우징의 내주면에 접촉하면서 작동할 수 있다.

상기 베인은 상기 로우터를 가로질러 장착되는 단일한 몸체부, 그리고 상기 베인의 회전 시 상기 펌프 하우징의 상기 내주면에 닿도록, 상기 몸체부의 양단에 각기 장착되는 접동부들을 포함하여 구성될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르는 회전식 진공 펌프는, 베인이 역 회전하는 경우를 대비함과 동시에 패키지 공간의 충분한 확보, 원가 절감, 그리고 내구성 향상을 도모할 수 있다.

도1은 본 발명의 실시 예에 따른 회전식 진공 펌프의 사시도이다.
도2는 본 발명의 실시 예에 따른 회전식 진공 펌프의 주요부를 확대하여 나타낸 사시도이다.
도3은 본 발명의 실시 예에 따른 회전식 진공 펌프의 후방부 사시도이다.
도4는 종래의 회전식 진공 펌프의 후방부 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이러한 실시 예는 본 발명에 따른 일 실시 예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로, 본 발명의 권리범위는 이하에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다 할 것이다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 구성요소의 이름이 해당 구성요소의 기능을 한정하지 않는다.

도1은 본 발명의 실시 예에 따른 회전식 진공 펌프의 사시도이다.

도2는 본 발명의 실시 예에 따른 회전식 진공 펌프의 주요부를 확대하여 나타낸 사시도이다.

도3은 본 발명의 실시 예에 따른 회전식 진공 펌프의 후방부 사시도이다.

도1 및 도2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 회전식 진공 펌프는, 원통 형상으로 형성된 펌프룸(5)을 포함하는 펌프 하우징(10), 중심이 상기 펌프룸(5)의 중심과 편심되도록 상기 펌프룸(5)에 회전 가능하게 장착되고, 회전축에 의해 회전하는 로우터(20), 상기 로우터(20)에 장착되어 상기 펌프룸(5)으로 유입된 기체를 압축하는 베인(30), 그리고 압축된 기체가 정해진 압력을 초과할 시 상기 펌프 하우징(10)의 외부로 기체를 배출하도록 된 단일한 배출밸브(40)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 펌프 하우징(10)에는, 압축된 기체가 상기 펌프룸(5)의 일측으로부터 상기 펌프룸(5)의 타측으로 유동하도록 내부유동통로(50)가 형성될 수 있고, 상기 내부유동통로(50)에는 일 방향 유동만 허용하는 체크밸브가 장착될 수 있다.

상기 체크밸브는 정해진 압력을 초과할 시 일 방향으로만 개방되도록 상기 입구(50a) 또는 상기 출구(50b)에 장착되는 제1판스프링(51)일 수 있다. 이로써, 진공 펌프가 비정상 상태일 때 압축된 기체가 정해진 압력을 초과하면, 상기 제1판스프링(51)이 열림으로써 상기 내부유동통로(50)를 통해 기체가 유동하므로 고압이 해소된다.

상기 펌프룸(5)은 상기 회전식 진공 펌프의 내부 공간을 의미하며, 상기 펌프 하우징(10) 및 전면 커버(도시되지 않음)에 의해 정의되고, 외부에 대해 폐쇄된다. 도1 및 도2의 상기 회전식 진공 펌프에서는, 상기 펌프룸 및 기타 구성 요소들을 효과적으로 도시하기 위해, 전면 커버가 제외되어 있다.

상기 로우터(20)는 자동차의 크랭크 샤프트에 연결되거나 전기 모터의 회전 축에 연결되어 회전할 수 있다.

상기 베인(30)은 일반적으로 복수 개로 구성될 수 있으나, 도1 및 도2의 실시 예에서와 같이 단일한 베인으로 동일한 기능이 구현될 수도 있다.

도1에 도시된 상기 회전식 진공 펌프는, 정상적인 상태에서 로우터 및 베인이 반 시계 방향으로 회전하고, 비정상적인 상태에서는 로우터 및 베인이 시계 방향으로 회전한다.

상기 회전식 진공 펌프는, 종래 기술에서와는 달리, 두 개의 배출밸브들을 필요로 하지 않으며, 단지 한 개의 상기 배출밸브(40)만으로 상기 베인(30)이 역 회전하는 경우를 대비할 수 있다. 이는 상기 내부유동통로(50)에 의해, 상기 펌프룸(5) 내 일측의 기체가 상기 펌프룸(5) 내 타측으로 이동될 수 있게 되어 역 회전에 의한 고압이 해소될 수 있기 때문이다. 단, 체크밸브가 장착되므로 정상적인 상태, 즉 상기 베인(30)이 반 시계 방향으로 회전 시에는 압축된 기체가 상기 내부유동통로(50)를 통해 유동할 수 없고, 상기 배출밸브(40)를 통해 배출된다.

상기 로우터(20)의 외주면은 상기 펌프 하우징(10)의 내주면(12)의 단일 지점(P)과 만나고, 상기 내부유동통로(50)는 상기 펌프 하우징(10)의 상기 내주면(12) 일측에 입구(50a)를 타측에 출구(50b)를 가지며, 상기 단일 지점(P)은 상기 입구(50a)와 상기 출구(50b) 사이에 배치될 수 있다.

상기 단일 지점(P)은 상기 내주면(12)과 상기 로우터(20)가 모두 원통 형상이므로 도1의 깊이 방향 직선일 수 있다. 일반적으로, 회전식 진공 펌프는 로우터(20)의 외주면과 펌프 하우징(10)의 내주면(12)이 만나도록 구성되며, 상기 단일 지점(P)에서 로우터의 장착 공차 및 오일에 의해 상기 베인(30)의 회전에 의한 기체 압축 시 기밀이 유지될 수 있다.

따라서, 비정상적인 상태에서 상기 베인(30)이 시계 방향 회전 시, 고압으로 압축된 공간 C의 기체는 상기 내부유동통로(50)를 통해 공간 B로 유동하게 된다. 계속하여 상기 베인(30)이 시계 방향으로 회전하면, 상기 공간 B는 팽창하고 공간 A는 압축된다. 상기 공간 A의 기체가 압축되어 상기 공간 C가 되면, 상기 공간 C의 기체는 다시 상기 내부유동통로(50)를 통해 상기 공간 B로 유동한다. 이로써, 비상 상태에서 상기 베인(30)이 역 회전을 하는 경우에도, 배출밸브의 추가 없이, 고압이 해소될 수 있고 베인의 파손 및 진공 펌프의 고장이 방지된다.

도1 내지 도3을 참조하면, 상기 펌프 하우징(10)은 중공 실린더 형상의 외벽(2), 그리고 상기 외벽(2)의 축방향 일단의 벽을 형성하는 플레이트부(3)를 포함하여 구성되며, 상기 내부유동통로(50)는 상기 외벽(2)에 형성될 수 있다. 단, 실시 예는 이것에 한정되지 않으며, 상기 내부유동통로(50)에 의해 고압이 해소될 수 있다면 상기 펌프 하우징(10)의 전면 커버 또는 상기 플레이트부(3)에 형성될 수도 있다.

도1 및 도3을 참조하면, 상기 배출밸브(40)는 상기 플레이트부(3)에 형성되는 관통홀(7), 그리고 상기 관통홀(7)에 장착되어 정해진 압력을 초과할 시 상기 배출 방향으로만 개방되는 제2판스프링(8)을 포함하여 구성될 수 있다.

도1 및 도2를 참조하면, 상기 내부유동통로(50)의 상기 출구(50b)는 상기 단일 지점(P)과 상기 로우터(20)의 중심을 지나는 직선을 기준으로, 상기 배출밸브(40) 측에 형성될 수 있다. 이는 상기 베인(30)의 회전에 의해 C 공간으로 압축된 기체가 정해진 압력을 가지게 되면, 상기 제1판스프링(51)이 개방됨으로써 상기 내부유동통로(50)를 통해 B 공간으로 유동하기 위함이다. 상기 제1판스프링(51)의 면적 및 스프링 상수를 조절함으로써 상기 제1판스프링(51)이 개방되는 압력을 설정할 수 있다.

상기 베인(30)은 상기 로우터(20)에 슬라이딩 가능하게 장착되어 상기 로우터(20)에 의해 회전함으로써, 상기 펌프 하우징(10)의 내주면(12)에 접촉하면서 작동할 수 있다.

이를 위해, 상기 베인(30)은 상기 로우터(20)를 가로질러 장착되는 단일한 몸체부(32), 그리고 상기 베인(30)의 회전 시 상기 펌프 하우징(10)의 상기 내주면(12)에 닿도록, 상기 몸체부(32)의 양단에 각기 장착되는 접동부(34)들을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 접동부(34)들은 상기 로우터(20)의 회전 시, 원심력에 의해 반경 방향으로 신장됨으로써 상기 내주면(12)에 접촉하면서 회전할 수 있다. 이를 통해, 상기 베인(30)이 반 시계 방향 회전 시 공간 A는 압축되고 공간 B는 팽창됨으로써, 주기적으로 상기 펌프룸(5)으로 흡입된 기체가 압축되어 상기 배출밸브(40)로 배출되고, 주기적으로 기체 흡입부(14)를 통해 상기 펌프룸(5)으로 기체가 흡입될 수 있다. 일반적인 회전식 진공 펌프의 작동 원리는 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 잘 알려져 있으므로 자세한 설명은 생략된다.

도4는 종래의 회전식 진공 펌프의 후방부 사시도이다.

도3과 도4를 비교하면, 본 발명의 실시 예에 따르는 회전식 진공 펌프는 종래의 회전식 진공 펌프가 두 개의 배출밸브를 이용하여 제1배출밸브로는 정상 상태에서 압축된 기체를 배출하고 제2배출밸브로는 비정상 상태에서 상기 베인(30)이 역 회전 시 압축된 기체를 배출하는 것과 달리, 단일한 배출밸브(40)만으로 종래의 기능을 수행할 수 있다.

즉, 도4의 제1배출밸브가 삭제될 수 있게 됨으로써, 다음의 효과들이 얻어진다.

첫째, 진공 펌프의 크기가 작아지고 기체 및 오일의 수용 부품의 제거가 가능하여 패키지 공간이 충분히 확보된다.

둘째, 배출되는 기체 및 오일의 수용 부품의 제거 및 가공 작업 감소로 인해 원가가 절감된다.

셋째, 로우터의 크기를 증가시킬 수 있어 로우터 및 진공 펌프의 내구성이 향상된다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

5: 펌프룸 10: 펌프 하우징
20: 로우터 30: 베인
40: 배출밸브 50: 내부유동통로
51: 제1판스프링

Claims (8)

1. 회전식 진공 펌프에 있어서,
   원통 형상으로 형성된 펌프룸을 포함하는 펌프 하우징;
   중심이 상기 펌프룸의 중심과 편심되도록 상기 펌프룸에 회전 가능하게 장착되고, 회전축에 의해 회전하는 로우터;
   상기 로우터에 장착되어 상기 펌프룸으로 유입된 기체를 압축하는 베인; 그리고
   압축된 기체가 정해진 압력을 초과할 시 상기 펌프 하우징의 외부로 기체를 배출하도록 된 단일한 배출밸브;
   를 포함하되,
   상기 펌프룸은 상기 로우터와 상기 베인에 의하여 복수의 압축팽창공간으로 구획되고,
   상기 펌프 하우징에는, 압축된 기체가 상기 펌프룸의 어느 한 압축팽창공간으로부터 상기 펌프룸의 다른 압축팽창공간으로 유동하도록 내부유동통로가 항시 형성되고, 상기 내부유동통로에는 역회전 유동만 허용하는 체크밸브가 장착되는 것을 특징으로 하는 회전식 진공 펌프.
2. 제1항에 있어서,
   상기 로우터의 외주면은 상기 펌프 하우징의 내주면의 단일 지점과 만나고,
   상기 내부유동통로는 상기 펌프 하우징의 상기 내주면 일측에 입구를 타측에 출구를 가지며,
   상기 단일 지점은 상기 입구와 상기 출구 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 회전식 진공 펌프.
3. 제2항에 있어서,
   상기 체크밸브는,
   정해진 압력을 초과할 시 일 방향으로만 개방되도록 상기 입구 또는 상기 출구에 장착되는 제1판스프링인 것을 특징으로 하는 회전식 진공 펌프.
4. 제1항에 있어서,
   상기 펌프 하우징은,
   중공 실린더 형상의 외벽, 그리고 상기 외벽의 축방향 일단의 벽을 형성하는 플레이트부를 포함하며,
   상기 내부유동통로는 상기 외벽에 형성되는 것을 특징으로 하는 회전식 진공 펌프.
5. 제4항에 있어서,
   상기 배출밸브는,
   상기 플레이트부에 형성되는 관통홀; 그리고
   상기 관통홀에 장착되어 정해진 압력을 초과할 시 상기 펌프 하우징의 외부 방향으로만 개방되는 제2판스프링;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전식 진공 펌프.
6. 제2항에 있어서,
   상기 내부유동통로의 상기 출구는,
   상기 단일 지점과 상기 로우터의 중심을 지나는 직선을 기준으로, 상기 배출밸브 측에 형성되는 것을 특징으로 하는 회전식 진공 펌프.
7. 제1항에 있어서,
   상기 베인은,
   상기 로우터에 슬라이딩 가능하게 장착되어 상기 로우터에 의해 회전함으로써, 상기 펌프 하우징의 내주면에 접촉하면서 작동하는 것을 특징으로 하는 회전식 진공 펌프.
8. 제7항에 있어서,
   상기 베인은,
   상기 로우터를 가로질러 장착되는 단일한 몸체부; 그리고
   상기 베인의 회전 시 상기 펌프 하우징의 상기 내주면에 닿도록, 상기 몸체부의 양단에 각기 장착되는 접동부들;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전식 진공 펌프.

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