FLUID TRANSFER APPARATUS

이하, 본 발명에 관련된 유체 이송 장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 본 발명에서 제안하는 일 실시예에 따른 유체 이송 장치(100)의 외관을 보인 사시도다.

유체 이송 장치(100)의 외관은 회전축(110), 로터 하우징(121, 122), 로터 하우징 커버(131, 132, 133) 및 유체 출입 하우징(141, 142)에 의해 형성된다. 유체 이송 장치(100)의 외관은 도 1에 도시된 바와 같이 원통형으로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

로터 하우징(121, 122)은 복수로 구비되며, 각각 제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122)으로 명명된다. 로터 하우징 커버(131, 132, 133)는 복수로 구비되며, 각각 제1 로터 하우징 커버(131), 제2 로터 하우징 커버(132), 제3 로터 하우징 커버(133)로 명명된다. 유체 출입 하우징(141, 142)은 복수로 구비되며, 각각 제1 유체 출입 하우징(141), 제2 유체 출입 하우징(142)으로 명명된다.

유체 이송 장치(100)의 일 단으로부터 타 단을 향해 제1 유체 출입 하우징(141), 제1 로터 하우징 커버(131), 제1 로터 하우징(121), 제2 로터 하우징 커버(132), 제2 로터 하우징(122), 제3 로터 하우징 커버(133), 제2 유체 출입 하우징(142)이 순차적으로 배치된다. 그리고 회전축(110)의 일 단과 타 단은 유체 이송 장치(100)의 일 단과 타 단에 각각 노출된다.

제1 유체 출입 하우징(141)은 유체 이송 장치(100)의 일 단에 배치된다. 제2 유체 출입 하우징(142)은 유체 이송 장치(100)의 타 단에 배치된다. 제1 유체 출입 하우징(141)과 제2 유체 출입 하우징(142)은 유체 이송 장치(100)의 외측면을 형성한다.

제1 유체 출입 하우징(141)과 제2 유체 출입 하우징(142)에는 각각 유체 출입구(141a, 142a)가 형성된다. 유체 출입구(141a, 142a)는 유체 출입 하우징(141, 142)의 외주면에서 돌출될 수도 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서 제안하는 유체 이송 장치(100)는 양 방향으로 유체를 이송 가능하다. 따라서 두 유체 출입구(141a, 142a)는 유체의 이송 방향에 따라 유체 유입구가 될 수도 있고, 유체 배출구가 될 수도 있다.

로터 하우징 커버(131, 132, 133)와 로터 하우징(121, 122)은 교번적으로 배치된다. 로터 하우징 커버(131, 132, 133)는 서로 이격되게 배치된다. 로터 하우징(121, 122)은 로터 하우징 커버(131, 132, 133)의 사이마다 배치된다. 로터 하우징 커버(131, 132, 133)와 로터 하우징(121, 122)은 유체 출입 하우징(141, 142)과 함께 유체 이송 장치(100)의 연속적인 외주면을 형성할 수 있다.

회전축(110)은 유체 이송 장치(100)를 관통한다. 회전축(110)은 모터나 발전기 등의 동력원에 연결되어 상기 동력원으로부터 회전 구동력을 전달받고, 전달받은 회전 구동력에 의해 회전하게 된다. 회전축(110)의 양 단에는 동력원으로부터 회전 구동력을 전달받거나, 유압 및 공압에 의해 유체 이송 장치(100)에서 발생된 회전력을 전달하기 위한 기어부(113a, 113b)가 형성될 수 있다.

회전축(110)의 원활한 회전과 실링을 위해 유체 이송 장치(100)는 베어링(151, 152)과 리테이너(161, 162)를 구비할 수 있다. 베어링(151, 152)은 회전축(110)을 감싸도록 환형으로 형성된다. 베어링(151, 152)의 내주면쪽은 회전축(110)에 결합된다. 베어링(151, 152)의 외주면쪽은 유체 출입 하우징(141, 142)에 형성되는 회전축 수용홀에 결합된다.

이하에서는 유체 이송 장치(100)의 내부 구조에 대하여 설명한다.

도 2는 도 1에 도시된 유체 이송 장치(100)의 로터 하우징(121, 122)과 유체 출입 하우징(141, 142)이 투명한 재질로 형성되어 있다는 가정 하에 상기 유체 이송 장치(100)의 내부를 도시한 개념도다.

도 3은 도 1에 도시된 유체 이송 장치(100)의 로터 하우징(121, 122)과 유체 출입 하우징(141, 142)이 투명한 재질로 형성되어 있다는 가정 하에 상기 유체 이송 장치(100)를 일 측에서 바라본 개념도다.

도 4는 도 1에 도시된 유체 이송 장치(100)의 분해 사시도다.

회전축(110)은 유체 이송 장치(100)의 중심을 관통하며, 그 양 단은 유체 이송 장치(100)의 외부로 노출된다. 회전축(110)은 제자리 회전하는 자전부(111a, 111b, 111c)와 편심 회전하는 편심부(112a, 112b)를 포함한다.

자전부(111a, 111b, 111c)는 축 방향을 따라 연장된다. 축 방향이란 자전부(111a, 111b, 111c)의 일 단에서 타단을 향해 혹은 그 역방향을 향해 연장되는 방향을 가리킨다. 편심부(112a, 112b)는 자전부(111a, 111b, 111c)에 편심 결합된다. 따라서 자전부(111a, 111b, 111c)가 제자리 회전하게 되면, 편심부(112a, 112b)는 자전부(111a, 111b, 111c)를 중심으로 편심 회전하게 된다.

자전부(111a, 111b, 111c)와 편심부(112a, 112b)는 축 방향을 따라 교번적으로 형성된다. 회전축(110)의 일 단에서 타단을 향해 제1 자전부(111a), 제1 편심부(112a), 제2 자전부(111b), 제2 편심부(112b), 제3 자전부(111c)가 순차적으로 배치된다. 축 방향에서 제1 자전부(111a), 제2 자전부(111b), 및 제3 자전부(111c)는 서로 이격된 위치에 형성된다. 그리고 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b)도 축 방향에서 서로 이격된 위치에 형성된다.

제1 자전부(111a)는 회전축(110)의 일 단에 형성된다. 제1 자전부(111a)는 축 방향에서 제1 편심부(112a)에 결합된다.

제1 편심부(112a)는 축 방향에서 제1 자전부(111a)와 제2 자전부(111b)의 사이에 형성된다. 제1 편심부(112a)는 축 방향에서 제1 자전부(111a)와 제2 자전부(111b)에 연결된다.

제2 자전부(111b)는 축 방향에서 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b)의 사이에 형성된다. 제2 자전부(111b)는 축 방향에서 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b)에 연결된다.

제2 편심부(112b)는 축 방향에서 제2 자전부(111b)와 제3 자전부(111c)의 사이에 형성된다. 제2 편심부(112b)는 축 방향에서 제2 자전부(111b)와 제3 자전부(111c)에 연결된다.

제3 자전부(111c)는 회전축(110)의 타 단에 형성된다. 제3 자전부(111c)는 축 방향에서 제2 편심부(112b)에 결합된다.

회전축(110)의 일 단에서 타 단을 바라보며 상기 회전축(110)을 평면에 투영하였을 때 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b)의 상대적인 위치가 정의될 수 있다. 예컨대 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b)는 자전부(111a, 111b, 111c)에 편심 결합되어 있으므로, 자전부(111a, 111b, 111c)의 중심으로부터 편심부(112a, 112b)의 외주면까지의 거리는 일정한 것이 아니다. 따라서 임의적으로 자전부(111a, 111b, 111c)의 중심으로부터 편심부(112a, 112b)의 외주면까지의 거리 중 가장 먼 거리가 형성되는 방향을 편심부(112a, 112b)의 형성 방향으로 정의할 수 있다.

이 경우 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b)는 자전부(111a, 111b, 111c)를 중심으로 90°의 각도를 갖도록 배치된다. 이러한 관계는 도 5에서 확인할 수 있다.

도 5는 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b)를 축 방향에서 바라본 개념도다.

제2 편심부(112b)가 제1 편심부(112a)의 뒤에 배치되어 있으므로, 도 5는 회전축(110)의 일 단에서 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b)를 바라본 그림에 해당한다.

회전축(110)의 일 단에서 타 단을 바라보며 상기 회전축(110)을 사분면에 투영하였을 때, 자전부(111)는 사분면의 원점에 배치된다. 제1 편심부(112a)는 자전부(111a)를 중심으로 y(y<0)축 방향에 형성되고, 제2 편심부(112b)는 자전부(111)를 중심으로 x(x>0)축 방향에 형성된다. 만일 시계 방향을 제1 방향이라고 한다면, 회전축(110)이 제1 방향으로 회전하는 동안 제1 편심부(112a)는 제2 편심부(112b)에 90°만큼 선행하여 편심 회전한다.

마찬가지로 회전축(110)의 타 단에서 일 단을 바라보며 상기 회전축(110)을 사분면에 투영하였을 때, 자전부(111)는 사분면의 원점에 배치된다. 제2 편심부(112b)는 자전부(111a)를 중심으로 x(x<0)축 방향에 형성되고, 제1 편심부(112a)는 자전부(111)를 중심으로 y(y<0)축 방향에 형성된다. 만일 제1 방향의 역방향을 제2 방향이라고 한다면, 회전축(110)이 제2 방향으로 회전하는 동안 제2 편심부(112b)는 제1 편심부(112a)에 90°만큼 선행하여 편심 회전한다.

다시 도 2 내지 도 4를 참조하여 제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122)에 대하여 설명한다.

제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122)은 축 방향에서 서로 이격된 위치에 배치된다. 제1 로터 하우징(121)은 제1 편심부(112a)와 대응되는 위치에 배치되고, 제2 로터 하우징(122)은 제2 편심부(112b)와 대응되는 위치에 배치된다.

제1 로터 하우징(121)은 제1 유체 압축 공간(V1)을 형성한다. 상기 제1 유체 압축 공간(V1)은 제1 로터 하우징 커버(131)와 제2 로터 하우징 커버(132)를 향해 개구되어 있다. 제2 로터 하우징(122)은 제2 유체 압축 공간(V2)을 형성한다. 상기 제2 유체 압축 공간(V2)은 제2 로터 하우징 커버(132)와 제3 로터 하우징 커버(133)를 향해 개구되어 있다.

제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122)은 속이 빈 원기둥 혹은 다각기둥 형상으로 형성될 수 있다. 제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122)을 축 방향에서 바라봤을 때, 제1 로터 하우징(121)의 내주면과 제2 로터 하우징(122)의 내주면은 에피트로코이드(epitrochoid) 형상을 갖는다. 에피트로코이드 형상으로 정의되는 영역이 각각 제1 유체 압축 공간(V1)과 제2 유체 압축 공간(V2)에 해당된다.

제1 유체 압축 공간(V1)과 제2 유체 압축 공간(V2)의 형상은 도 6a와 도 6b에서 더욱 자세하게 알 수 있다. 도 6a는 제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징 커버(132)를 회전축(110)의 일 단에서 바라본 개념도고, 도 6b는 제2 로터 하우징(122)과 제2 로터 하우징 커버(132)를 회전축(110)의 타 단에서 바라본 개념도다.

에피트로코이드 형상이란 제1 원과 접하면서 제1 원의 바깥쪽을 구르는 제2 원의 한 점이 그리는 곡선을 의미한다. 에피트로코이드 형상은 제1 원과 제2 원의 크기 비에 따라 달라지며, 매우 다양하게 도시될 수 있다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 에피트로코이드 형상은, 제1 원의 반지름을 R이라고 하고, 제2 원의 반지름을 r이라고 할 때 R=2r의 관계를 만족하는 땅콩 모양이다. 여기서 계수 2는 에피트로코이드 형상에 나타나는 변곡점(뾰족점)의 수에 해당한다.

제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122)의 배치 방향은 에피트로코이드 곡면이 향하는 방향을 기준으로 결정된다. 예를 들어 제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122)의 두 에피트로코이드 곡면이 평면도 상에서 서로 정확히 포개어진다면 상기 제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122)은 서로 같은 방향을 향해 배치된 것이라고 할 수 있다.

반대로 도 6a에서와 같이 제1 로터 하우징(121)의 에피트로코이드 곡면은 세로를 향해 세워져 있고, 도 6b에서와 같이 제2 로터 하우징(122)의 에피트로코이드 곡면은 가로를 향해 뉘여져 있다면, 상기 제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122)은 서로 다른 방향을 향해 배치된 것이다. 그리고 그 배치 방향은 자전부(111a, 111b, 111c)를 중심으로 서로 90°의 각도를 갖는다고 설명될 수 있다. 본 발명에서는 제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122)이 자전부(111a, 111b, 111c)를 중심으로 90°의 각도를 갖도록 배치된다.

다만, 로터 하우징(121, 122)의 배치 방향은 상대적인 것이므로, 배치 방향을 결정하는 기준은 임의로 달라질 수 있다. 예컨대 로터 하우징(121, 122)의 배열 방향을 결정하는 기준으로 에피트로코이드 곡면의 최장거리나 최단거리를 연결하는 가상의 직선이 향하는 방향이라고 정의할 수 있다. 설령 그렇다 하더라도 제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122)의 배치 방향은 여전히 서로 90°의 각도를 갖는다.

제1 로터(171)와 제2 로터(172)는 삼각 기둥의 형상으로 형성된다. 로터(171, 172)의 모양은 정삼각 기둥에 가깝지만, 그 측면은 외측을 향해 볼록하게 튀어나온 형상을 갖는 곡면인 것으로 이해 될 수 있다. 이 곡면은 로터 하우징(121, 122)의 에피트로코이드 곡면에 대응된다. 제1 로터(171)와 제2 로터(172)의 방사 방향 단면과 같이 둥근 모서리를 갖는 삼각형을 뢸로 삼각형(reuleaux triangle)이라고 한다.

제1 로터(171)는 제1 로터 하우징(121)의 제1 유체 압축 공간(V1)을 복수의 용적 변동 공간으로 구획하도록 제1 유체 압축 공간(V1) 내에 배치된다. 마찬가지로 제2 로터(172)는 제2 로터 하우징(122)의 제2 유체 압축 공간(V2)을 복수의 용적 변동 공간으로 구획하도록 제2 유체 압축 공간(V2) 내에 배치된다. 용적이란 압축 대상 유체를 수용하는 공간의 체적 또는 부피와 같은 의미다. 따라서 용적 변동 공간이란 체적 또는 부피가 일정하지 않고, 로터(171, 172)의 회전에 따라 체적 또는 부피가 변하는 공간임을 의미한다.

제1 로터(171)가 제1 유체 압축 공간(V1)에 배치되고, 제2 로터(172)가 제2 유체 압축 공간(V2)에 배치됨에 따라 제1 유체 압축 공간(V1)과 제2 유체 압축 공간(V2)은 각각 세 개의 용적 변동 공간으로 구획된다. 그리고 제1 로터(171)와 제2 로터(172)가 움직임에 따라 세 개의 용적 변동 공간은 압축과 팽창을 반복하면서, 그 체적 또는 부피가 변하게 된다.

제1 편심부(112a)는 제1 로터 하우징(121)의 제1 유체 압축 공간(V1)에 배치된다. 제1 로터(171)는 제1 편심부(112a)의 방사 방향에서 제1 편심부(112a)를 감싸면서 제1 편심부(112a)에 결합된다. 마찬가지로 제2 편심부(112b)는 제2 로터 하우징(122)의 제2 유체 압축 공간(V2)에 배치된다. 제2 로터(172)는 제2 편심부(112b)의 방사 방향에서 제2 편심부(112b)를 감싸면서 제2 편심부(112b)에 결합된다.

제1 로터(171)는 제1 편심부(112a)에 결합되어 제1 편심부(112a)와 함께 움직이게 된다. 제2 로터(172)는 제2 편심부(112b)에 결합되어 제2 편심부(112b)와 함께 움직이게 된다. 회전축(110)의 자전부(111a, 111b, 111c)는 제자리 회전하지만, 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b)는 자전부(111a, 111b, 111c)와 달리 편심 회전한다. 따라서 각각 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b)에 결합된 제1 로터(171)와 제2 로터(172)는 각각 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b)를 중심으로 자전하면서 에피트로코이드 곡면으로 정의되는 영역 내에서 움직이게 된다.

제1 로터(171)와 제2 로터(172)는 각각 바디와 베인을 포함한다. 이 구조에 대한 자세한 설명은 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 후술한다.

한편, 제1 로터 하우징 커버(131)는 제1 유체 압축 공간(V1)을 일 측에서 덮도록 형성된다. 제1 로터 하우징 커버(131)는 제1 로터 하우징(121)의 일 측에 배치된다. 여기서 제1 로터 하우징(121)의 일 측이란, 제1 유체 출입 하우징(141)과 제1 로터 하우징(121)의 사이를 가리킨다.

제2 로터 하우징 커버(132)는 제1 유체 압축 공간(V1)과 제2 유체 압축 공간(V2)을 덮도록 형성된다. 제2 로터 하우징 커버(132)는 제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122)의 사이에 배치된다. 제2 로터 하우징 커버(132)의 일 면은 제1 유체 압축 공간(V1)을 마주보게 되고, 타 면은 제2 유체 압축 공간(V2)을 마주보게 된다.

제3 로터 하우징 커버(133)는 제2 유체 압축 공간(V2)을 덮도록 형성된다. 제2 로터 하우징(122)의 일 측에 제2 로터 하우징 커버(132)가 배치된다면, 제3 로터 하우징 커버(133)는 제2 로터 하우징(122)의 타 측에 배치된다. 이를테면 제3 로터 하우징 커버(133)는 제2 로터 하우징(122)을 기준으로 제2 로터 하우징 커버(132)의 반대쪽에 배치된다.

제1 로터 하우징 커버(131), 제2 로터 하우징 커버(132), 그리고 제3 로터 하우징 커버(133)는 공통적으로 원형 플레이트 또는 다각 플레이트 형상으로 형성된다. 그리고 상기 원형 플레이트 또는 다각 플레이트에는 공통적으로 회전축 관통홀(131a, 132a, 133a)과 유로(131b1, 131b2, 132b1, 132b2, 133b1, 133b2)가 형성된다.

회전축 관통홀(131a, 132a, 133a)은 원판 플레이트 또는 다각 플레이트의 중앙에 축 방향으로 형성된다. 회전축 관통홀(131a, 132a, 133a)은 회전축(110)의 자전부(111a, 111b, 111c)를 수용하는 영역이다.

제1 자전부(111a)는 제1 로터 하우징 커버(131)의 회전축 관통홀(131a)을 관통한다. 제2 자전부(111b)는 제2 로터 하우징 커버(132)의 회전축 관통홀(132a)을 관통한다. 제3 자전부(111c)는 제3 로터 하우징 커버(133)의 회전축 관통홀(133a)을 관통한다.

제1 로터 하우징 커버(131)는 제1 자전부(111a)의 외주면에 결합된다. 제2 로터 하우징 커버(132)는 제2 자전부(111b)의 외주면에 결합된다. 제3 로터 하우징 커버(133)는 제3 자전부(111c)의 외주면에 결합된다.

축 방향에서 제1 로터 하우징 커버(131)와 제2 로터 하우징 커버(132) 사이의 거리는 제1 로터(171)의 두께 해당한다. 마찬가지로, 제2 로터 하우징 커버(132)와 제3 로터 하우징 커버(133) 사이의 거리는 제2 로터(172)의 두께에 해당한다.

유로(131b1, 131b2, 132b1, 132b2, 133b1, 133b2)는 원형 플레이트 또는 다각 플레이트에 축 방향으로 형성된다. 유로(131b1, 131b2, 132b1, 132b2, 133b1, 133b2)는 축 방향으로 유체를 통과하게 하는 구성이다.

유로(131b1, 131b2, 132b1, 132b2, 133b1, 133b2)는 하나의 로터 하우징 커버(131, 132, 133)마다 복수로 형성될 수 있으며, 예를 들어 도면에 도시된 바와 같이 하나의 로터 하우징 커버(131, 132, 133)마다 두 개의 유로(131b1, 131b2, 132b1, 132b2, 133b1, 133b2)가 형성될 수 있다. 두 유로(131b1, 131b2, 132b1, 132b2, 133b1, 133b2)는 회전축 관통홀(131a, 132a, 133a)을 중심으로 서로 대칭인 위치에 대칭인 형상으로 형성된다.

유로(131b1, 131b2, 132b1, 132b2, 133b1, 133b2)의 형상과 각 로터 하우징 커버(131, 132, 133)에 형성되는 유로의 위치에 대하여는 도 6a, 도 6b, 그리고 도 7을 참조하여 설명한다. 앞서 설명했듯이 도 6a와 도 6b는 제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122)을 축 방향에서 바라본 개념도다. 한편, 도 7은 제1 로터 하우징 커버(131), 제2 로터 하우징 커버(132), 그리고 제3 로터 하우징 커버(133)를 사분면에 투영한 개념도다.

각 로터 하우징 커버(131, 132, 133)에 형성되는 유로(131b1, 131b2, 132b1, 132b2, 133b1, 133b2)의 위치는, 회전축(110)의 일 단에서 타 단을 바라볼 때를 기준으로 각 로터 하우징 커버(131, 132, 133)를 하나의 사분면에 투영하여 설명될 수 있다. 이 경우 회전축 관통홀(131a, 132a, 133a)은 사분면의 중심에 위치한다.

제1 로터 하우징 커버(131)의 두 유로(131b1, 131b2) 중 어느 하나(131b1)는 2사분면에 형성되고, 다른 하나(131b2)는 4사분면에 형성된다. 제2 로터 하우징 커버(132)의 두 유로(132b1, 132b2) 중 어느 하나(132b1)는 1사분면에 형성되고, 다른 하나(132b2)는 3사분면이 형성된다. 제3 로터 하우징 커버(133)의 두 유로(133b1, 133b2) 중 어느 하나(133b1)는 4사분면에 형성되고, 다른 하나는 2사분면(133b2)이 형성된다.

제1 로터 하우징 커버(131)의 두 유로(131b1, 131b2)와 제3 로터 하우징 커버(133)의 두 유로(133b1, 133b2)는 2사분면과 4사분면에 형성되므로, 제1 로터 하우징 커버(131)의 두 유로(131b1, 131b2)와 제3 로터 하우징 커버(133)의 두 유로(133b1, 133b2)는 축 방향에서 서로 중첩되는 위치에 형성된다고 할 수 있다. 다만, 제1 로터 하우징 커버(131)의 두 유로(131b1, 131b2)와 제3 로터 하우징 커버(133)의 두 유로(133b1, 133b2)가 축 방향에서 모양까지 중첩되는 것은 아니고, y=-x에 해당하는 직선으로 기준으로 서로 대칭이다.

이러한 각 유로(131b1, 131b2, 132b1, 132b2, 133b1, 133b2)의 모양은 장변(L), 중간변(M), 및 단변(S)으로 정의되는 것이라고 설명될 수 있다. 장변(L), 중간변(M), 및 단변(S)은 반드시 직선을 의미하는 것은 아니고, 곡선으로 구성될 수도 있다. 장변(L), 중간변(M), 단변(S)은 상대적인 길이의 개념으로, 장변(L)이 가장 길고, 단변(S)이 가장 짧다. 중간변(M)은 장변(L)과 단변(S) 사이의 길이를 갖는다.

장변(L), 중간변(M), 단변(S)은 삼각형에 가까운 형상을 이루는 위치에 각각 위치하게 된다. 장변(L)은 회전축 관통홀(131a, 132a, 133a)을 향한다. 여기서 장변(L)이 회전축 관통홀(131a, 132a, 133a)을 향한다는 것은 장변(L)의 가상 법선이 회전축 관통홀(131a, 132a, 133a)을 지나가는 것을 의미한다. 장변(L)은 중간변(M)이나 단변(S)에 비해 회전축 관통홀(131a, 132a, 133a)에 가까운 위치에 위치한다.

중간변(M)의 일 단은 장변(L)의 일 단에 연결된다. 단변(S)의 일 단은 장변(L)의 타 단에 연결된다. 그리고 중간변(M)의 타 단과 단변(S)의 타 단은 장변(L)을 기준으로 회전축 관통홀(131a, 132a, 133a)의 반대쪽에서 서로 연결된다. 장변(L), 중간변(M), 및 단변(S)은 곡선으로 서로 연결될 수 있다.

제1 로터 하우징 커버(131)의 양면에서 두 유로(131b1, 131b2)의 형상은 동일하다. 제3 로터 하우징 커버(133)의 양면에서 두 유로(133b1, 133b2)의 형상은 동일하다. 따라서 제1 로터 하우징 커버(131)의 두 유로(131b1, 131b2)와 제3 로터 하우징 커버(133)의 두 유로(133b1, 133b2)는 축 방향에서 동일한 형상을 유지하면서 원형 플레이트 또는 다각 플레이트를 관통한다고 볼 수 있다. 반면, 제2 로터 하우징 커버(132)의 양면에서 두 유로(132b1, 132b2)의 형상은 서로 다르다. 이에 대하여 설명한다.

설명의 편의를 위해 제2 로터 하우징 커버(132)의 양 면 중 제1 로터(171)를 향하는 면을 제1 면이라고 하고, 제2 로터(172)를 향하는 면을 제2 면이라고 한다. 그리고 제2 로터 하우징 커버(132)의 두 유로(132b1, 132b2) 중 어느 하나는 제1 유로(132b1)라고 하고, 다른 하나는 제2 유로(132b2)라고 한다.

이때 제2 로터 하우징 커버(132)의 양 면 중 제1 면에 노출되는 제1 유로(132b1)의 형상(132b1')과 제2 면에 노출되는 제1 유로(132b1)의 형상(132b1”)은 사분면 상에서 y=x에 해당하는 직선을 기준으로 서로 대칭이다. 마찬가지로 제2 로터 하우징 커버(132)의 양 면 중 제1 면에 노출되는 제2 유로(132b2)의 형상(132b2')과 제2 면에 노출되는 제2 유로(132b2)의 형상(132b2”)은 사분면 상에서 y=x에 해당하는 직선을 기준으로 서로 대칭이다.

따라서 제2 로터 하우징 커버(132)의 제1 유로(132b1)와 제2 유로(132b2)는 제1 면에서 제2 면으로 갈수록 점진적으로 또는 단계적으로 모양을 바꾸어 제1 면에 노출되는 형상(132b1', 132b2')으로부터 제2 면에 노출되는 형상(132b1”, 132b2”)으로 변화한다.

한편, 앞서 발명의 배경이 되는 기술특허문헌인 대한민국 등록특허공보 제10-1655160호(2016.09.01.)에 개시된 로터리 피스톤 펌프에서는 순간적으로 유로가 차단되는 경우를 제외하고, 유입구와 배출구가 상시 통한다. 따라서 체크밸브 없이는 압력을 발생시키는 유체 이송이 불가능하다.

이에 반해 본 발명의 유체 이송 장치(100)에서는 제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122)이 90°의 각도를 갖도록 배치되고, 각 로터 하우징(121, 122)의 위치에 대응하여 각 로터 하우징 커버(131, 132, 133)의 유로(131b1, 131b2, 132b1, 132b2, 133b1, 133b2)가 이상에서 설명한 바와 같이 형성되어 있다. 또한 회전축(110)의 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b)는 자전부(111a, 111b, 111c)를 중심으로 90°의 각도를 유지하면서, 제1 로터(171)와 제2 로터(172)를 움직이게 한다.

이러한 구조에 의해 제1 로터 하우징(121)에 형성되는 용적 변동 공간의 부피와 제2 로터 하우징(122)에 형성되는 용적 변동 공간의 부피가 변화하면서도 제1 유체 출입구(141a)와 제2 유체 출입구(142a)가 서로 통하지 않게 된다. 따라서 본 발명에 의하면 체크밸브 없이도 유체의 이송이 가능하다.

이러한 유체 이송 장치(100)의 작동에 대하여는 도 9a 이하의 도면을 참조하여 후술한다. 그리고 이하에서는 유체 출입 하우징(141, 142)에 대하여 설명한다.

유체 출입 하우징(141, 142)은 유체 이송 장치(100)의 가장 외곽에 하나씩 배치된다. 유체 출입 하우징(141, 142)은 유체 이송 장치(100)의 외주면 중 일부를 형성하며, 유체 이송 장치(100)의 양 측면을 형성한다. 상기 양 측면이란 유체 이송 장치(100)의 설치 방향에 따라 상하면이 될 수도 있다.

제1 유체 출입 하우징(141)과 제2 유체 출입 하우징(142)은 원통의 형상을 가질 수 있다. 제1 유체 출입 하우징(141)은 제1 로터 하우징 커버(131)를 향해 개구되어 있고, 제2 유체 출입 하우징(142)은 제3 로터 하우징 커버(133)를 향해 개구되어 있다. 제1 유체 출입 하우징(141)과 제2 유체 출입 하우징(142) 각각의 개구단은 상기 원통의 밑면 중 하나가 형성되는 부분에 해당한다.

제1 유체 출입 하우징(141)과 제2 유체 출입 하우징(142) 각각은 플레이트(141b, 142b), 외벽(141c, 142c), 유체 출입구(141a, 142a), 그리고 내벽(141d, 142d)을 포함한다.

플레이트(141b, 142b)는 원형 또는 다각형으로 형성될 수 있다. 제1 유체 출입 하우징(141)의 플레이트(141b)는 제1 로터 하우징 커버(131)로부터 축 방향을 따라 이격된 위치에서 제1 로터 하우징 커버(131)를 마주보도록 배치된다. 제2 유체 출입 하우징(142)의 플레이트(142b)는 제3 로터 하우징 커버(133)로부터 축 방향을 따라 이격된 위치에서 제3 로터 하우징 커버(133)를 마주보도록 배치된다.

외벽(141c, 142c)은 유체 출입 공간(X1, X2)을 형성하도록 플레이트(141b, 142b)의 테두리를 따라 돌출된다. 예컨대 플레이트(141b, 142b)가 원형이라면 외벽(141c, 142c)은 플레이트(141b, 142b)의 원주를 따라 환형으로 돌출된다. 제1 유체 출입 하우징(141)의 외벽(141c)은 제1 로터 하우징 커버(131)의 테두리에 밀착된다. 제2 유체 출입 하우징(142)의 외벽(142c)은 제3 로터 하우징 커버(133)의 테두리에 밀착된다.

제1 유체 출입 하우징(141)의 외벽(141c)이 제1 로터 하우징 커버(131)에 밀착됨에 따라 제1 유체 출입 하우징(141)과 제1 로터 하우징 커버(131)의 사이에는 제1 유체 출입 공간(X1)이 형성된다. 제1 유체 출입 공간(X1)은 환형으로 형성될 수 있다. 상기 환형의 가운데에는 후술하게 될 제1 압력 전달 공간(Y1)이 형성된다.

마찬가지로 제2 유체 출입 하우징(142)의 외벽(141c, 142c)이 제3 로터 하우징 커버(133)에 밀착됨에 따라 제2 유체 출입 하우징(142)과 제3 로터 하우징 커버(133)의 사이에는 제2 유체 출입 공간(X2)이 형성된다. 제2 유체 출입 공간(X2)은 환형으로 형성될 수 있다. 상기 환형의 가운데에는 후술하게 될 제2 압력 전달 공간(Y2)이 형성된다.

유체 출입구(141a, 142a)는 외벽(141c, 142c)에 방사 방향을 향해 형성된다. 상기 유체 출입구(141a, 142a)를 통해 압축 대상 유체가 유체 이송 장치(100)로 유입되거나, 압축 완료 유체가 유체 이송 장치(100)로부터 배출될 수 있다.

내벽(141d, 142d)은 플레이트(141b, 142b)에서 외벽(141c, 142c)과 같은 방향을 향해 돌출된다. 이를테면 제1 유체 출입 하우징(141)의 내벽(141d)은 제1 로터 하우징 커버(131)를 향해 돌출된다. 그리고 제2 유체 출입 하우징(142)의 내벽(142d)은 제3 로터 하우징 커버(133)를 향해 돌출된다.

내벽(141d, 142d)은 유체 출입 공간(X1, X2)에 의해 감싸이는 영역에 상기 유체 출입 공간(X1, X2)과 구분되는 압력 전달 공간(Y1, Y2)을 형성하도록 외벽(141c, 142c)보다 작은 원주 또는 외벽(141c, 142c)보다 작은 둘레를 따라 형성된다. 압력 전달 공간(Y1, Y2)은 유체 출입 공간(X1, X2)과 구분되므로, 후술하게 될 압력 체크 밸브(181, 182)를 거치지 않는 한 유체 출입 공간(X1, X2)의 유체가 곧바로 압력 전달 공간(Y1, Y2)에 유입될 수 없다.

내벽(141d, 142d)에 의해 감싸이는 압력 전달 공간(Y1, Y2)에는 유체의 누설을 방지하기 위한 리테이너(161, 162)가 설치된다. 리테이너(161, 162)는 축 방향에서 베어링(151, 152)을 마주보는 위치에 설치된다. 베어링(151, 152)이 유체 출입 하우징(141, 142)의 외부로 노출되는 반면, 리테이너(161, 162)는 베어링(151, 152)보다 안쪽에 배치되므로 유체 출입 하우징(141, 142)의 외부로 노출되지 않는다. 리테이너(161, 162)는 회전축(110)의 자전부(111a, 111b, 111c)를 감싸도록 형성된다. 리테이너(161, 162)는 회전축 수용홀과 자전부(111a, 111b, 111c) 사이를 통해 유체가 누설되는 것을 방지한다.

압력 체크 밸브(181, 182)는 내벽(141d, 142d)에 설치된다. 압력 체크 밸브(181, 182)는 유체 출입 공간(X1, X2)과 압력 전달 공간(Y1, Y2)의 압력 차, 그리고 압력 체크 밸브(181, 182)에 구비되는 탄성 부재(181d, 182d)의 복원력에 근거하여 방향으로만 개폐되도록 형성된다.

압력 체크 밸브(181, 182)는 밸브 로드(181a, 182a), 제1 플랜지(181b, 182b), 제2 플랜지(181c, 182c) 및 탄성 부재(181d, 182d)를 포함한다.

밸브 로드(181a, 182a)는 내벽(141d, 142d)에 방사 방향으로 형성되는 압력 체크 밸브 설치 홀을 관통한다. 밸브 로드(181a, 182a)의 제1 단은 압력 전달 공간(Y1, Y2)에 노출되고, 제2 단은 유체 출입 공간(X1, X2)에 노출된다.

제1 플랜지(181b, 182b)는 밸브 로드(181a, 182a)의 제1 단에 형성된다. 제2 플렌지는 밸브 로드(181a, 182a)의 제2 단에 형성된다.

제1 플랜지(181b, 182b)는 밸브 로드(181a, 182a)보다 큰 외경을 갖는다. 제2 플랜지(181c, 182c)도 밸브 로드(181a, 182a)보다 큰 외경을 갖는다. 따라서 제1 플랜지(181b, 182b)와 제2 플랜지(181c, 182c) 중 어느 하나가 압력 체크 밸브 설치 홀에 밀착되면 압력 체크 밸브(181, 182)가 닫히는 것이고, 제1 플랜지(181b, 182b)와 제2 플랜지(181c, 182c)가 압력 체크 밸브 설치 홀로부터 이격되면 압력 체크 밸브(181, 182)가 열리는 것이다.

탄성 부재(181d, 182d)는 밸브 로드(181a, 182a)에 결합된다. 탄성 부재(181d, 182d)는 밸브 로드(181a, 182a)를 감싸는 코일 스프링으로 구성될 수 있다. 밸브 로드(181a, 182a)는 내벽(141d, 142d)의 외주면과 제2 플랜지(181c, 182c)의 사이에 배치된다.

이러한 구조에 의해 압력 체크 밸브(181, 182)는 유체 출입 공간(X1, X2)에서 압력 전달 공간(Y1, Y2)을 향해 한 방향으로만 개방된다. 예컨대 유체 출입 공간(X1, X2)에 매우 큰 압력이 형성되어 유체 출입 공간(X1, X2)과 압력 전달 공간(Y1, Y2) 간의 압력차가 탄성 부재(181d, 182d)의 복원력보다 커지면, 압력 체크 밸브(181, 182)의 밸브 로드(181a, 182a)가 탄성 부재(181d, 182d)를 밀게 되고, 밸브 로드(181a, 182a)는 압력 전달 공간(Y1, Y2)을 향해 삽입된다. 이에 따라 제1 플랜지(181b, 182b)가 내벽(141d, 142d)의 내주면으로부터 이격되게 되고, 압력 체크 밸브(181, 182)가 개방된다.

반대로 유체 출입 공간(X1, X2)과 압력 전달 공간(Y1, Y2) 간의 압력차가 탄성 부재(181d, 182d)의 복원력보다 작아지면, 밸브 로드(181a, 182a)는 초기 위치로 복원된다. 이에 따라 제1 플랜지(181b, 182b)가 내벽(141d, 142d)의 내주면에 밀착되어 압력 체크 밸브 설치 홀을 막게 되고, 압력 체크 밸브(181, 182)는 닫힌다.

유체가 제1 유체 출입 하우징(141)에 형성되는 유체 출입구(141a)를 통해 유입되는 경우, 회전축(110)은 시계 방향인 제1 방향으로 회전한다. 회전축(110)이 제1 방향으로 회전할 때 제1 유체 출입 하우징(141)의 유체 출입구(141a)를 통해 유입된 유체는 제1 유체 압축 공간(V1)과 제2 유체 압축 공간(V2)에서 순차적으로 압축된 후 제2 유체 출입 하우징(142)의 유체 출입구(142a)를 통해 배출된다.

제1 유체 압축 공간(V1)과 제2 유체 압축 공간(V2)에서 순차적으로 압축된 유체에 의해 제2 유체 출입 하우징(142)의 유체 출입 공간(X2)에는 고압이 형성된다. 이 압력에 의해 제2 유체 출입 하우징(142)의 내벽(142d)에 설치되는 압력 체크 밸브(182)는 개방된다. 그리고 이 압력은 후술하게 될 회전축(110)의 세부 구조를 통해 제1 유체 출입 하우징(141)의 압력 전달 공간(Y1)으로 전달된다. 이에 따라 제1 유체 출입 하우징(141)의 유체 출입 공간(X1)의 압력보다 압력 전달 공간(Y1)의 압력이 높게 되어 압력 체크 밸브(181)가 닫히게 된다.

반대로 유체가 제2 유체 출입 하우징(142)에 형성되는 유체 출입구(142a)를 통해 유입되는 경우, 회전축(110)은 제1 방향의 역방향인 제2 방향으로 회전한다. 회전축(110)이 제2 방향으로 회전할 때 제2 유체 출입 하우징(142)의 유체 출입구(142a)를 통해 유입된 유체는 제2 유체 압축 공간(V2)과 제1 유체 압축 공간(V1)에서 순차적으로 압축된 후 제1 유체 출입 하우징(141)의 유체 출입구(141a)를 통해 배출된다.

제2 유체 압축 공간(V2)과 제1 유체 압축 공간(V1)에서 순차적으로 압축된 유체에 의해 제1 유체 출입 하우징(141)의 유체 출입 공간(X1)에는 고압이 형성된다. 이 압력에 의해 제1 유체 출입 하우징(141)의 내벽(141d)에 설치되는 압력 체크 밸브(181)는 개방된다. 그리고 이 압력은 후술하게 될 회전축(110)의 세부 구조를 통해 제2 유체 출입 하우징(142)의 압력 전달 공간(Y2)으로 전달된다. 이에 따라 제2 유체 출입 하우징(142)의 유체 출입 공간(X2) 의 압력보다 압력 전달 공간(Y2)의 압력이 높게 되어 압력 체크 밸브(182)가 닫히게 된다.

이와 같이 제1 유체 출입 하우징(141)에 설치되는 제1 압력 체크 밸브(181)와 제2 유체 출입 하우징(142)에 설치되는 제2 압력 체크 밸브(182)는 선택적으로 개폐되고, 동시에 개폐되지 않는다. 선택적으로 개폐된다는 것은, 제1 압력 체크 밸브(181)가 개방될 때 제2 압력 체크 밸브(182)는 닫히고, 제2 압력 체크 밸브(182)가 개방될 때 제1 압력 체크 밸브(181)는 닫히는 것을 의미한다.

본 발명의 압력 체크 밸브(181, 182)는 대한민국 등록특허공보 제10-1655160호(2016.09.01.)의 체크밸브와 구분되어야 한다. 대한민국 등록특허공보 제10-1655160호(2016.09.01.)의 체크밸브는 유체의 이송을 위해 반복적으로 개폐되어야 하므로 소음과 진동을 유발하는 반면, 본 발명의 압력 체크 밸브(181, 182)는 한 방향으로 유체의 이송이 결정되면 유체의 이송 방향이 역 방향으로 전환되기 전까지 열림 또는 닫힘 상태를 유지하므로 소음과 진동을 유발하지 않는다.

다음으로는 도 4, 도 5 그리고 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 회전축(110)의 미설명된 구조와 로터(171, 172)의 세부 구조에 대해 설명한다. 도 8a 내지 도 8c는 제1 로터(171)의 세부 구조를 도시한 개념도다. 도 8a 내지 도 8c에서 제1 로터(171)에 대한 설명은 제2 로터(172)에도 동일하게 적용된다.

로터(171, 172)가 로터 하우징(121, 122) 내에서 지속적으로 움직이게 되면, 로터(171, 172)와 로터 하우징(121, 122) 간의 마찰과 마모로 인해 기밀 성능 저하를 유발하게 된다. 이하에서 설명하는 회전축(110)과 로터(171, 172)의 구조는 유체 이송 장치(100)가 장시간 작동하더라도 기밀 성능 저하가 발생하지 않도록 하는 것이다.

회전축(110)에는 여러 홀과 홈이 형성된다.

먼저 축 방향 홀(114a, 114b)은 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b) 중 적어도 하나를 축 방향으로 관통한다. 압력의 전달을 위해서는 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b) 모두에 축 방향 홀(114a, 114b)이 형성되는 것이 바람직하다. 축 방향 홀(114a, 114b)은 복수로 형성될 수 있으며, 도 5에서는 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b)에 각각 세 개씩의 축 방향 홀(114a, 114b)이 형성된 구조를 보이고 있다.

회전축 관통홀(131a, 132a, 133a)의 내경은 자전부(111a, 111b, 111c)의 외경보다 크므로, 축 방향 홀(114a, 114b)은 압력 전달 공간(Y1, Y2)과 통한다. 따라서 압력 전달 공간(Y1, Y2)의 압력은 축 방향 홀(114a, 114b)을 통해 축 방향으로 전달될 수 있다.

방사 방향 홀(115a, 115b)은 제1 편심부(112a)의 외주면과 상기 제1 편심부(112a)에 형성되는 축 방향 홀(114a, 114b)의 내주면을 서로 통하게 하거나, 제2 편심부(112b)의 외주면과 상기 제2 편심부(112b)에 형성되는 축 방향 홀(114a, 114b)의 내주면을 서로 통하게 하도록 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b) 중 적어도 하나에 형성된다. 방사 방향 홀(115a, 115b)은 축 방향 홀(114a, 114b)과 1:1 대응되는 수만큼 형성될 수 있다.

원주 방향 홈(116a, 116b)은 축 방향에서 방사 방향 홀(115a, 115b)과 대응되도록 제1 편심부(112a)와 제2 편심부(112b) 중 적어도 하나에 형성된다. 원주 방향 홈(116a, 116b)이 형성됨에 따라 방사 방향 홀(115a, 115b)을 통해 전달되는 압력은 제1 편심부(112a)나 제2 편심부(112b)의 둘레에 균일하게 전달된다.

회전축(110)이 제1 방향으로 회전하는 동안, 제1 로터(171)는 제1 유체 압축 공간(V1)으로 유입되는 유체를 1차 압축하도록 형성되고, 상기 제2 로터(172)는 상기 제1 유체 압축 공간(V1)에서 상기 제2 유체 압축 공간(V2)으로 유입되는 유체를 2차 압축하도록 형성된다.

반대로 회전축(110)이 제1 방향의 역방향인 제2 방향으로 회전하는 동안, 제2 로터(172)는 제2 유체 압축 공간(V2)으로 유입되는 유체를 1차 압축하도록 형성되고, 제1 로터(171)는 제2 유체 압축 공간(V2)에서 상기 제1 유체 압축 공간(V1)으로 유입되는 유체를 2차 압축하도록 형성된다.

도 8a 내지 도 8를 참조하면, 제1 로터(171)는 바디(171a)와 베인(171b)을 포함한다. 제2 로터(172)도 마찬가지다.

바디(171a)에는 수용부(171a1), 베인 슬롯(171a2) 및 베인 슬롯 홀(171a3)이 형성된다.

수용부(171a1)는 제1 편심부(112a)를 수용하도록 둥근 모서리를 갖는 삼각 기둥의 중심을 축 방향으로 관통한다. 수용부(171a1)의 내경은 제1 편심부(112a)의 외경과 일치할 수 있다.

베인 슬롯(171a2)은 둥근 모서리를 갖는 삼각 기둥의 각 꼭지점마다 방사 방향을 향해 형성된다. 베인 슬롯(171a2)은 베인(171b)을 수용하도록 뢸로 삼각형의 꼭지점에서 뢸로 삼각형의 중심을 향해 리세스 된 형상의 구성이다.

베인 슬롯 홀(171a3)은 베인 슬롯(171a2)의 외주면과 수용부(171a1)의 내주면을 서로 통하게 하도록 제1 편심부(112a)의 원주 방향 홈(116a)과 축 방향에서 대응되는 위치에 방사 방향으로 형성된다.

베인(171b)은 바디(171a)와 함께 움직이도록 베인 슬롯(171a2)에 삽입된다. 베인(171b)은 제1 로터 하우징(121)의 내주면과 축 방향에서 선접촉을 유지할 수 있도록 형성된다.

앞서 압력 체크 밸브(181, 182)의 개방 원리에 대해 설명했듯이, 유체 출입 공간(X1, X2)에 고압이 형성되면, 압력 전달 공간(Y1, Y2)을 통해 제1 편심부(112a)의 축 방향 홀(114a), 제2 편심부(112b)의 축 방향 홀(114b)로 압력이 전달된다. 제1 편심부(112a)의 축 방향 홀(114a)은 방사 방향 홀(115a)에 의해 원주 방향 홈(116a)과 통하고, 제2 편심부(112b)의 축 방향 홀(114b)은 방사 방향 홀(115b)에 의해 원주 방향 홀과 통한다.

편심부(112a, 112b)의 원주 방향 홈(116a, 116b)과 대응되는 위치에는 바디(171)의 베인 슬롯 홀(171a3)이 형성되므로, 압력은 다시 원주 방향 홈(116a, 116b)과 베인 슬롯 홀(171a3)을 향해 베인 슬롯(171a2)에 삽입되어 있는 베인(171b)에 전달된다. 압력은 베인(171b)을 방사 방향으로 밀어내도록 작동한다.

이에 따라 베인(171b)은 설령 마모되더라도 제1 로터 하우징(121)의 내주면 또는 제2 로터 하우징(122)의 내주면에 밀착된 상태로, 제1 로터 하우징(121)의 내주면 또는 제2 로터 하우징(122)의 내주면과 축 방향에서 선접촉을 유지하면서 움직이게 된다. 이 구조에 의하면 기밀 성능이 계속하여 유지될 수 있다.

베인(171b)은 다른 방향과 달리 축 방향에서 자유 상태이며, 로터 하우징 커버(131, 132, 133)에는 유로(131b1, 131b2, 132b1, 132b2, 133b1, 133b2)가 형성되므로, 로터(171, 172)가 회전하다 보면 베인(171b)이 유로를 따라 베인 슬롯(171a2)으로부터 이탈될 우려가 있다. 따라서 베인(171b)을 축 방향에서 고정할 필요가 있다. 베인(171b)의 축 방향 고정에는 베인 로드(191)가 이용된다.

베인(171b)에는 제1 로터(171) 또는 제2 로터(172)의 방사 방향에서 베인 슬롯 홀(171a3)을 마주보는 위치에 로드 결합 홀(171b1)이 형성된다. 베인 로드(191)는 베인(171b)의 로드 결합 홀(171b1)과 베인 슬롯(171a2)의 베인 슬롯 홀(171a3)에 삽입되며, 이에 따라 베인(171b)이 축 방향에서 고정될 수 있다. 베인(171b)이 축 방향에서 고정되면, 로터 하우징 커버(131, 132, 133)의 유로(131b1, 131b2, 132b1, 132b2, 133b1, 133b2)로 이탈되는 현상이 방지될 수 있다.

이하에서는 유체 이송 장치(100)의 동작에 대하여 설명한다.

도 9a와 도 9b는 유체 이송 장치(100)로 유입된 유체가 유체 이송 장치(100)로부터 배출될 때까지 로터(171, 172)의 움직임에 따른 유로의 개폐 상태 변화, 용적 변동 공간의 용적 변화를 순차적으로 보인 개념도들이다.

도 9a와 도 9b에는 회전축(110)이 시계 방향인 제1 방향으로 45° 회전할 때마다 나타나는 유체 이송 장치(100)의 작동이 위에서부터 아래로 순차적으로 도시되어 있다. 도 9의 왼쪽 그림은 회전축(110)의 일 단에서 타 단을 바라보는 방향을 기준으로, 제1 로터 하우징 커버(131), 제1 로터(171), 제1 로터 하우징(121), 제2 로터 하우징 커버(132)를 투영한 것에 해당한다. 그리고 도 9의 오른쪽 그림은 회전축(110)의 일 단에서 타 단을 바라보는 방향을 기준으로, 제2 로터 하우징 커버(132), 제2 로터(172), 제2 로터 하우징(122), 제3 로터 하우징 커버(133)를 투영한 것에 해당한다.

회전축(110)은 시계 방향인 제1 방향으로 회전하는 경우 유체는 도 9a 내지 도 9b에 도시된 순서에 따라 압축된다. 유체는 제1 유체 압축 공간(V1)에서 먼저 압축되고, 이어서 제2 유체 압축 공간(V2)에서 압축된다. 유체 이송 장치(100)가 지속적으로 작동하게 되면, 도 9a 내지 도 9b의 과정이 계속 반복된다. A1, B1, C1은 각각 제1 로터(171)의 A, B, C 변이 제1 로터 하우징(121)과 함께 형성하는 용적 변동 공간을 의미한다. 마찬가지로 A2, B2, C2는 각각 제2 로터(172)의 A, B, C 변이 제2 로터 하우징(122)과 함께 형성하는 용적 변동 공간을 의미한다.

먼저 그림 (1)은 유체 이송 장치(100)가 작동하기 전의 초기 조건이다.

그림 (1)에서 (2)를 거쳐 (3)으로 회전축(110)이 90°회전하게 되면, 제1 로터 하우징(121) 내의 공간 A1의 용적은 감소하고, 제2 로터 하우징(122) 내의 공간 A2의 용적은 증가한다.

이와 동시에 공간 B1의 용적은 감소하고, 공간 B2의 용적도 감소한다. 공간 B1의 유입구인 유로 131b1과 공간 B2의 유입구인 유로 133b2가 제1 로터(171)에 의해 차단되어 있으므로, 공간 B1의 유체는 유로 132b2를 거쳐 공간 B2의 유체와 유로 133b2를 통해 함께 배출된다.

이 때 공간 C2의 용적이 감소하면서 공간 C2에 있던 유체는 유로 133b1을 통해 배출된다.

제1 편심부(112a)가 편심 회전함에 따라 제1 로터(171)가 제1 유체 압축 공간(V1)에서 움직이거나, 제2 편심부(112b)가 편심 회전함에 따라 제2 로터(172)가 제2 유체 압축 공간(V2)에서 움직일 때, 상기 제1 로터(171) 또는 제2 로터(172)를 형성하는 세 개의 둥근 모서리 중 어느 하나는 유로의 중간변(M)을, 그리고 다른 어느 하나는 유로의 단변(S)을 서로 동시에 만나게 된다. 이에 따라 그림 (3)에서 제1 로터(171)가 움직이는 동안 순간적으로 제1 로터(171)에 의해 유로 131b1과 유로 132b2가 닫히게 되고, 이와 동시에 제 2로터(172)에 의해 유로 132b2와 유로 133b1은 닫히게 된다.

다음으로 그림 (3)에서 (4)를 거쳐 (5)로 진행되는 동안, 공간 A2의 용적이 증가하지만 유로 132b1을 통해 연결되는 공간 A1의 용적은 감소한다. 공간 A1의 용적 감소량과 공간 A2의 용적 증가량의 차이만큼 공간 A2의 유체는 유로 133b1을 통해 배출된다.

공간 B2의 용적은 감소하여 유체는 유로 133b2를 통해 배출된다. 그림 (3)의 상태에서 공간 C2는 최소값의 용적을 형성하며, C2의 용적이 증가함에 따라 유로 132b2를 통해 공간 C1의 유체가 C2로 유입된다. 공간 C1의 용적도 증가함에 따라 유로 131b2를 통해 유체가 유입된다.

다음으로 그림 (5), (6), (7)과 같이 회전축(110)이 계속하여 회전하는 동안 공간 A1의 유체는 유로 132b1을 통해 공간 A2로 유입되고, 공간 A2의 유체는 유로 133b1을 통해 배출된다. 공간 B2의 유체는 유로 133b2를 통해 배출된다. 공간 C2의 용적이 계속 증가됨에 따라 유로 132b2를 통해 공간 C1의 유체가 유입된다. 이때 공간 C1의 용적은 감소함에 따라 공간 C2의 용적증가량과 공간 C1의 용적 감소량의 차이만큼 유로 131b2를 통해 유입된다.

그림 (7)에서 제1 로터(171)에 의해 순간적으로 유로 131b2와 132b1은 닫히게 되고, 이와 동시에 제2 로터(172)에 의해 유로 132b1과 133b2는 닫히게 된다. 그림 (7)에서 (8)로 회전축(110)의 회전이 계속 되는 동안 유체의 이동은 앞서와 마찬가지로 설명될 수 있다.

그림 (7)과 (8) 이후에는 전술한 바와 같이 그림 (1)과 같은 제1 로터(171)와 제2 로터(172)의 위치로 복귀하게 된다. 단 A 변의 위치만 B로 대체된다. 그리고 앞서와 같은 과정을 반복하게 된다.

그림 (1)에서 (8)을 거쳐 다시 그림 (1)의 위치로 진행되는 과정에서 회전축(110)은 360° 회전하게 된다. 회전축(110)이 회전하는 동안 각각의 용적 변동 공간은 용적의 증가와 감소를 반복하면서 유체를 이송하게 되고, 이 과정 동안 제1 유체 출입구(141a)와 제2 유체 출입구(142a)는 항상 서로 차단된 상태를 유지한다.

따라서 본 발명의 유체 이송 장치(100)는 제1 유체 출입구(141a)와 제2 유체 출입구(142a)가 직접 통하지 않는 상태에서 연속적으로 유체를 제1 유체 출입구(141a)에서 제2 유체 출입구(142a)로 혹은 그 역으로 이송할 수 있으므로, 체크 밸브를 필요로 하지 않으면서도 우수한 진공 및 가압 성능을 갖게 된다.

유체 이송 장치(100)의 작동 초기 조건에 해당하는 그림 (1)에서 회전축(110)의 각도를 기준 각도인 0°라고 할 때, 0°에서 공간 A1은 최대 용적은 가지며, 그림 (7)에 해당하는 270°에서 공간 A1은 최소 용적을 갖는다. 그림 (1)에서 그림 (7)까지 진행되는 동안 공간 A1의 용적은 계속하여 감소한다. 그리고 그림 (8)에서는 다시 공간 A1의 용적이 증가하기 시작한다.

이와 같이 회전축(110)이 회전함에 따라 용적 변동 공간의 용적은 증가와 감소를 반복하며, 용적 변동 공간의 용적 변화는 도 10에 도시된 바와 같이 사인 곡선을 따른다.

도 10은 회전축의 회전 각도에 따른 용적 변동 공간의 용적 변화를 나타낸 그래프다.

공간 B1과 공간 C1의 용적 변화도 공간 A1의 용적 변화와 마찬가지로 사인 곡선을 따른다. 그리고 A1, B1, C1의 용적 변화는 회전축(110)의 회전 각도를 기준으로 180°의 위상차를 갖는다. 유체 이송 장치(100)에서 배출되는 유체의 양은 각 용적 변화 공간의 용적 변화만큼 발생한다.

또한 유체의 유입은 각 용적 변동 공간의 용적이 최소에서 최대로 진행될 경우 이루어지고, 유체의 배출은 각 용적 변동 공간의 용적이 최대에서 최소로 진행될 때 나타난다. 이와 같이 용적 변화는 사인 곡선을 따르기 공간 A1의 경우 회전축의 회전 각도에 따른 용적 변화량(volume variation)은 최대 용적과 최소 용적을 갖는 회전 각도(예컨대, 0°, 270°, 540°, 810°, 1080° 등)에서 가장 작으며, 공간 A1의 경우 회전축의 회전 각도에 따름 용적 변화량(volume variation)은 최대 용적과 최소용적을 갖는 회전 각도에서 중간각도 (135°, 405°, 675°, 945° 등)에서 가장 크다.

각각의 용적 변동 공간이 최대 용적에서 최소 용적으로 진행될 때만 유체가 배출되고, 최소 용적에서 최대 용적으로 진행될 때는 유체가 배출되지 않으므로 회전축의 회전 각도에 따른 유체의 배출량 변화를 나타내면 도 11과 같다. 단 도 11은 단일 로터만 구비하는 유체 이송 장치에 해당하는 경우다.

도 11은 단일 로터만 구비하는 유체 이송 장치(비교예)에서 회전축의 회전 각도에 따른 유체 배출량을 나타낸 그래프다.

도 11은 하나의 로터와 하나의 로터 하우징에 의한 유체의 배출 변화량을 나타낸 것으로, 비교예에 해당한다. 비교예는 본 발명과 같이 두 개의 로터(171, 172) 두 개의 로터 하우징(121, 122)을 구비하는 유체 이송 장치(100)와는 다른 양상을 나타낸다. 이를테면 두 개의 로터(171, 172)와 두 개의 로터 하우징(121, 122)을 구비하는 본 발명의 유체 이송 장치(100)에서는 제1 로터 하우징(121)과 제2 로터 하우징(122)에서 동시에 유체의 배출이 이루어지는 경우가 존재한다.

예컨대 도 9a 내지 도 9b의 그림 (1)에서 그림 (3)으로 회전축이 회전하는 과정에서 공간 B2의 유체가 유로 133b2로 배출됨과 동시에 공간 B1의 유체도 유로 132b2를 거쳐 유로 133b2로 배출된다. 또한 그림 (3)에서 (5)로 진행되는 동안 공간 A2의 용적은 증가하지만, 공간 A2는 유로 132b1과 연결되어 있으므로 공간 A1의 용적이 감소하게 된다. 이로 인해 공간 A1과 공간 A2의 용적 증감은 서로 상쇄된다. 결국 공간 A1와 공간 A2의 용적 변화량 차이에 해당하는 양의 유체가 유로 133b1을 통해 배출된다. 그림 (5)에서 (7)로 진행될 때에는 공간 A1과 공간 A2의 용적 변화량의 합에 해당하는 양의 유체가 유로 133b1을 통해 배출된다.

이와 같이 두 개의 로터(171, 172)와 두 개의 로터 하우징(1121, 122)을 구비하는 유체 이송 장치(100)의 유체 배출량 변화는 도 12a와 12b로 나타낼 수 있다.

도 12a와 도 12b는 각각 제1 로터(171)와 제2 로터(172)를 구비하는 본 발명의 유체 이송 장치(100)에서 회전축(110)의 회전 각도에 따른 유체 배출량을 나타낸 그래프다.

도 12a는 도 9a와 도 9b의 과정에 의해 유체 이송 장치(100)가 작동할 경우 제1 로터(171)와 제1 로터 하우징(121)에 의해 발생되는 유체의 배출량 변화를 나타낸 것이다. 공간 A1, B1, C1의 유체 배출량 변화는 회전축의 회전 각도를 기준으로 180°의 위상차를 갖는다. 그리고 도 12b는 도 9a와 도 9b의 과정에 의해 유체 이송 장치(100)가 작동할 경우 제2 로터(172)와 제2 로터 하우징(122)에 의해 발생되는 유체의 배출량 변화를 나타낸 것이다. 회전축(110)이 회전하는 동안 공간 A2, B2, C2의 용적 증감이 상쇄되는 경우를 반영하여 유체의 배출량 변화는 음의값을 나타내는 경우도 있다.

마지막으로 도 12a와 도 12b의 유체 배출량 변화에 대한 합을 나타내면 도 13의 합 2(sum 2)와 같다. 도 13은 단일 로터만 구비하는 유체 이송 장치(합 1, sum 1)와 본 발명에서 제안하는 유체 이송 장치(합 2, sum 2)의 유체 배출량을 비교하기 위한 그래프다.

도 13의 비교를 통해, 대한민국 등록특허공보 제10-1655160호(2016.09.01.)에 개시된 구조 대비 본 발명의 유체 배출량은 회전축(110)의 회전 당 50% 향상되었음을 확인할 수 있다. 또한 대한민국 등록특허공보 제10-1655160호(2016.09.01.)와 달리 본 발명에서는 유체의 이송을 위한 체크밸브를 필요로 하지 않기 때문에, 구조의 단순화, 유체 이송 장치의 소형화를 구현하면서도 오히려 1.5배의 높은 유량을 구현하는 장점을 갖는다.

이하, 본 발명에서 제안하는 다른 일 실시예에 따른 유체 이송 장치(200)에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 14는 본 발명에서 제안하는 유체 이송 장치(200)의 외관을 보인 사시도다.

유체 이송 장치(100)의 외관은 회전축(210), 로터 하우징(221, 222), 유로 하우징(223), 로터 하우징 커버(231, 232, 233, 234) 및 유체 출입 하우징(241, 242)에 의해 형성된다. 유체 이송 장치(200)의 외관은 도 14에 도시된 바와 같이 모서리가 둥근 사각 기둥의 형태로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

로터 하우징(221, 222)은 복수로 구비되며, 각각 제1 로터 하우징(221)과 제2 로터 하우징(222)으로 명명된다. 로터 하우징 커버(231, 232, 233, 234)는 복수로 구비되며, 각각 제1 로터 하우징 커버(231), 제2 로터 하우징 커버(232), 제3 로터 하우징 커버(233), 제4 로터 하우징 커버(234)로 명명된다. 유체 출입 하우징(241, 242)은 복수로 구비되며, 각각 제1 유체 출입 하우징(241), 제2 유체 출입 하우징(242)으로 명명된다.

유체 이송 장치(200)의 일 단으로부터 타 단을 향해 제1 유체 출입 하우징(241), 제1 로터 하우징 커버(231), 제1 로터 하우징(221), 제2 로터 하우징 커버(232), 유로 하우징(223), 제3 로터 하우징 커버(233), 제2 로터 하우징(222), 제4 로터 하우징 커버(234), 제2 유체 출입 하우징(242)이 순차적으로 배치된다. 그리고 회전축(210)은 도 14에 도시된 바와 같이 유체 이송 장치(200)의 일 측에 노출된다.

제1 유체 출입 하우징(241)은 유체 이송 장치(200)의 일 단에 배치된다. 제2 유체 출입 하우징(242)은 유체 이송 장치(200)의 타 단에 배치된다. 제1 유체 출입 하우징(241)과 제2 유체 출입 하우징(242)은 유체 이송 장치(200)의 외측면을 형성한다.

제1 유체 출입 하우징(241)과 제2 유체 출입 하우징(242)에는 각각 유체 출입구(241a, 242a)가 형성된다. 유체 출입구(241a, 242a)는 도 14에 도시된 바와 같이 유체 출입 하우징(241, 242)의 외주면에서 돌출될 수도 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서 제안하는 유체 이송 장치(200)는 양 방향으로 유체를 이송 가능하다. 따라서 두 유체 출입구(241a, 242a)는 유체의 이송 방향에 따라 유체 유입구가 될 수도 있고, 유체 배출구가 될 수도 있다.

로터 하우징 커버(231, 232, 233, 234)와 로터 하우징(221, 222) 및 유로 하우징(223)은 교번적으로 배치된다. 로터 하우징 커버(231, 232, 233, 234)는 서로 이격되게 배치된다. 로터 하우징(221, 222)과 유로 하우징(223)은, 로터 하우징 커버(231, 232, 233, 234)의 사이마다 배치된다. 로터 하우징 커버(231, 232, 233, 234)와 로터 하우징(221, 222) 및 유로 하우징(223)은 유체 출입 하우징(241, 242)과 함께 유체 이송 장치(200)의 연속적인 외주면을 형성할 수 있다.

회전축(210)은 유체 이송 장치(200)를 관통한다. 회전축(210)은 모터나 발전기 등의 동력원에 연결되어 상기 동력원으로부터 회전 구동력을 전달받고, 전달받은 회전 구동력에 의해 회전하게 된다.

이하에서는 유체 이송 장치(200)의 내부 구조에 대하여 설명한다.

도 15는 도 14에 도시된 유체 이송 장치(200)의 분해 사시도이다.

도 16a는 도 14에 도시된 유체 이송 장치(200) 중 제2 유체 출입 하우징(242)과 제4 로터 커버 하우징(234)의 구조를 도시한 개념도이다.

도 16b는 도 16a에 도시된 A-A선에 따른 회전축(210)의 단면을 도시한 개념도이다.

도 17는 도 14에 도시된 유체 이송 장치(200) 중 제1 로터 하우징(221)의 구조를 도시한 개념도이다.

도 18는 도 14에 도시된 유체 이송 장치(200) 중 제2 로터 하우징(222)의 구조를 도시한 개념도이다.

도 19은 도 14에 도시된 유체 이송 장치(200) 중 유로 하우징(223)의 구조를 도시한 개념도이다.

도 20은 제1 로터(271)와 제2 로터(272)의 회전에 따른 변화를 제1 로터(271)와 제2 로터(272)의 축 방향에서 바라본 개념도이다.

도 21은 제1 로터 하우징(221)을 정면에서 바라본 개념도이다.

도 27a는 도 14에 도시된 유체 이송 장치(200) 중 제1 유체 출입 하우징(241)과 제1 로터 하우징 커버(231)의 구조를 도시한 개념도이다.

도 27b는 도 14에 도시된 맥동저감부(235)를 확대하여 도시한 개념도이다.

도 27c는 도 27b에 도시된 맥동저감부(235)의 다른 실시예를 도시한 개념도이다.

회전축(210)은 유체 이송 장치(200)의 중심을 관통하며, 일 단은 유체 이송 장치(200)의 내부에 배치되며, 타 단은 유체 이송 장치(200)의 외부로 노출된다. 회전축(210)은 제자리 회전하는 자전부(211a, 211b, 211c)와 편심 회전하는 편심부(212a, 212b)를 포함한다. 상기 회전축(210)에는 회전축(210)을 관통하는 연결 유로(213)가 형성될 수 있다. 도 16a와 도 16b를 참고하면, 연결 유로(213)는 제1 유체 출입 하우징(241)의 유체 출입 공간(X1)과 제2 유체 출입 하우징(242)의 유체 출입 공간(X2)을 연통하는 역할을 한다. 상기 연결 유로(213)에 대해서는 후술하기로 한다.

자전부(211a, 211b, 211c)는 축 방향을 따라 연장된다. 축 방향이란 자전부(211a, 211b, 211c)의 일 단에서 타 단을 향해 혹은 그 역방향을 향해 연장되는 방향을 가리킨다. 편심부(212a, 212b)는 자전부(211a, 211b, 211c)에 편심 결합된다. 따라서 자전부(211a, 211b, 211c)가 제자리 회전하게 되면, 편심부(212a, 212b)는 자전부(211a, 211b, 211c)를 중심으로 편심 회전하게 된다.

자전부(211a, 211b, 211c)와 편심부(212a, 212b)는 축 방향을 따라 교번적으로 형성된다. 회전축(210)의 일 단에서 타 단을 향해 제1 자전부(211a), 제1 편심부(212a), 제2 자전부(211b), 제2 편심부(212b), 제3 자전부(211c)가 순차적으로 배치된다. 축 방향에서 제1 자전부(211a), 제2 자전부(211b), 및 제3 자전부(211c)는 서로 이격된 위치에 형성된다. 그리고 제1 편심부(212a)와 제2 편심부(212b)도 축 방향에서 서로 이격된 위치에 형성된다.

제1 자전부(211a)는 회전축(210)의 일 단에 형성된다. 제1 자전부(211a)는 축 방향에서 제1 편심부(212a)에 결합된다.

제1 편심부(212a)는 축 방향에서 제1 자전부(211a)와 제2 자전부(211b)의 사이에 형성된다. 제1 편심부(212a)는 축 방향에서 제1 자전부(211a)와 제2 자전부(211b)에 연결된다.

제2 자전부(211b)는 축 방향에서 제1 편심부(212a)와 제2 편심부(212b)의 사이에 형성된다. 제2 자전부(211b)는 축 방향에서 제1 편심부(212a)와 제2 편심부(212b)에 연결된다.

제2 편심부(212b)는 축 방향에서 제2 자전부(211b)와 제3 자전부(211c)의 사이에 형성된다. 제2 편심부(212b)는 축 방향에서 제2 자전부(211b)와 제3 자전부(211c)에 연결된다.

제3 자전부(211c)는 회전축(210)의 타 단에 형성된다. 제3 자전부(211c)는 축 방향에서 제2 편심부(212b)에 결합된다.

회전축(210)의 일 단에서 타 단을 바라보며 상기 회전축(210)을 평면에 투영하였을 때 제1 편심부(212a)와 제2 편심부(212b)의 상대적인 위치가 정의될 수 있다. 예컨대 제1 편심부(212a)와 제2 편심부(212b)는 자전부(211a, 211b, 211c)에 편심 결합되어 있으므로, 자전부(211a, 211b, 211c)의 중심으로부터 편심부(212a, 212b)의 외주면까지의 거리는 일정한 것이 아니다. 따라서 임의적으로 자전부(211a, 211b, 211c)의 중심으로부터 편심부(212a, 212b)의 외주면까지의 거리 중 가장 먼 거리가 형성되는 방향을 편심부(212a, 212b)의 형성 방향으로 정의할 수 있다.

이 경우 제1 편심부(212a)와 제2 편심부(212b)는 자전부(211a, 211b, 211c)를 중심으로 180°의 각도를 갖도록 배치된다. 즉, 제1 편심부(212a)와 제2 편심부(212b)는 회전축(210)을 중심으로 대칭되게 배치된다.

또한, 회전축(210)의 원활한 회전과 실링을 위해 유체 이송 장치(200)는 베어링(251, 252)을 구비할 수 있다. 베어링(251, 252)은 회전축(210)을 감싸도록 환형으로 형성된다. 베어링(251, 252)의 내주면쪽은 회전축(210)에 결합된다. 회전축(210)의 일 단 측 베어링(251)은 제1 로터 하우징 커버(231)에 형성되는 회전축 관통홀(231a)에 결합되고, 회전축(210)의 타 단 측 베어링(252)은 제2 유체 출입 하우징(242)에 형성되는 회전축 수용홀(Y1)에 결합된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 회전축(210)은 상기 제2 유체 출입 공간(X2)상에 배치되어, 상기 회전축(210)의 타 단 측 베어링(252)을 통해 제2 유체 출입 공간(X2)상의 유체가 외부로 누설되는 것을 방지하도록 형성되는 오일씰(253)을 구비할 수 있다.

제1 로터 하우징(221)과 제2 로터 하우징(222)은 축 방향에서 서로 이격된 위치에 배치된다. 제1 로터 하우징(221)은 제1 편심부(212a)와 대응되는 위치에 배치되고, 제2 로터 하우징(222)은 제2 편심부(212b)와 대응되는 위치에 배치된다.

도 17에 도시된 바와 같이 제1 로터 하우징(221)은 제1 유체 압축 공간(V1)을 형성한다. 상기 제1 유체 압축 공간(V1)은 제1 로터 하우징 커버(231)와 제2 로터 하우징 커버(232)를 향해 개구되어 있다. 도 18에 도시된 바와 같이 제2 로터 하우징(222)은 제2 유체 압축 공간(V2)을 형성한다. 상기 제2 유체 압축 공간(V2)은 제3 로터 하우징 커버(233)와 제4 로터 하우징 커버(234)를 향해 개구되어 있다.

제1 로터 하우징(221)과 제2 로터 하우징(222)은 속이 빈 원기둥 혹은 다각기둥 형상으로 형성될 수 있다. 제1 로터 하우징(221)과 제2 로터 하우징(222)을 축 방향에서 바라봤을 때, 제1 로터 하우징(221)의 내주면과 제2 로터 하우징(222)의 내주면은 에피트로코이드(epitrochoid) 형상을 갖는다. 에피트로코이드 형상으로 정의되는 영역이 각각 제1 유체 압축 공간(V1)과 제2 유체 압축 공간(V2)에 해당된다. 또한, 상기 제1 로터 하우징(221)과 상기 제2 로터 하우징(222)은, 도 7에 도시된 바와 같이 각각의 상기 에피트로코이드 곡면 형상이 서로 같은 방향으로 향하도록 배치될 수 있다.

제1 유체 압축 공간(V1)과 제2 유체 압축 공간(V2)의 형상은 도 20에서 더욱 자세하게 알 수 있다.

상기 에피트로코이드 형상이란 위에서 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명한 바와 같이 제1 원과 접하면서 제1 원의 바깥쪽을 구르는 제2 원의 한 점이 그리는 곡선을 의미한다. 에피트로코이드 형상은 제1 원과 제2 원의 크기 비에 따라 달라지며, 매우 다양하게 도시될 수 있다.

제1 로터 하우징(221)과 제2 로터 하우징(222)의 배치 방향은 에피트로코이드 곡면이 향하는 방향을 기준으로 결정된다. 예를 들어, 도 15, 도 23a 및 도 23b에 도시된 바와 같이 제1 로터 하우징(221)과 제2 로터 하우징(222)의 두 에피트로코이드 곡면이 평면도 상에서 서로 정확히 포개어진다면 상기 제1 로터 하우징(221)과 제2 로터 하우징(222)은 서로 같은 방향을 향해 배치된 것이라고 할 수 있다.

제1 로터(271)와 제2 로터(272)는 삼각 기둥의 형상으로 형성된다. 로터(271, 272)의 모양은 정삼각 기둥에 가깝지만, 그 측면은 외측을 향해 볼록하게 튀어나온 형상을 갖는 곡면인 것으로 이해 될 수 있다. 이 곡면은 로터 하우징(221, 222)의 에피트로코이드 곡면에 대응된다. 제1 로터(271)와 제2 로터(272)의 방사 방향 단면과 같이 둥근 모서리를 갖는 삼각형을 뢸로 삼각형(reuleaux triangle)이라고 한다.

제1 로터(271)는 제1 로터 하우징(221)의 제1 유체 압축 공간(V1)을 복수의 용적 변동 공간으로 구획하도록 제1 유체 압축 공간(V1) 내에 배치된다. 마찬가지로 제2 로터(272)는 제2 로터 하우징(222)의 제2 유체 압축 공간(V2)을 복수의 용적 변동 공간으로 구획하도록 제2 유체 압축 공간(V2) 내에 배치된다. 용적이란 압축 대상 유체를 수용하는 공간의 체적 또는 부피와 같은 의미다. 따라서 용적 변동 공간이란 체적 또는 부피가 일정하지 않고, 로터(271, 272)의 회전에 따라 체적 또는 부피가 변하는 공간임을 의미한다.

제1 로터(271)가 제1 유체 압축 공간(V1)에 배치되고, 제2 로터(272)가 제2 유체 압축 공간(V2)에 배치됨에 따라 제1 유체 압축 공간(V1)과 제2 유체 압축 공간(V2)은 각각 세 개의 용적 변동 공간으로 구획된다. 그리고 제1 로터(271)와 제2 로터(272)가 움직임에 따라 세 개의 용적 변동 공간은 압축과 팽창을 반복하면서, 그 체적 또는 부피가 변하게 된다.

제1 편심부(212a)는 제1 로터 하우징(221)의 제1 유체 압축 공간(V1)에 배치된다. 제1 로터(271)는 제1 편심부(212a)의 방사 방향에서 제1 편심부(212a)를 감싸면서 제1 편심부(212a)에 결합된다. 마찬가지로 제2 편심부(212b)는 제2 로터 하우징(222)의 제2 유체 압축 공간(V2)에 배치된다. 제2 로터(272)는 제2 편심부(212b)의 방사 방향에서 제2 편심부(212b)를 감싸면서 제2 편심부(212b)에 결합된다.

제1 로터(271)는 제1 편심부(212a)에 결합되어 제1 편심부(212a)와 함께 움직이게 된다. 제2 로터(272)는 제2 편심부(212b)에 결합되어 제2 편심부(212b)와 함께 움직이게 된다. 회전축(210)의 자전부(211a, 211b, 211c)는 제자리 회전하지만, 제1 편심부(212a)와 제2 편심부(212b)는 자전부(211a, 211b, 211c)와 달리 편심 회전한다. 따라서 각각 제1 편심부(212a)와 제2 편심부(212b)에 결합된 제1 로터(271)와 제2 로터(272)는 각각 제1 편심부(212a)와 제2 편심부(212b)를 중심으로 자전하면서 에피트로코이드 곡면으로 정의되는 영역 내에서 움직이게 된다.

한편, 에피트로코이드 곡면을 갖는 로터 하우징 내부에서 삼각로터가 편심 회전하면서 발생되는 용적 변화를 이용한 유체 이송 장치는, 많은 양의 유체를 이송할 수 있는 장점이 있지만, 상기 삼각로터의 편심 회전 구조에 의해 로터의 회전 중심과 무게 중심이 서로 달라 진동이 발생된다는 단점이 있다.

본 발명의 유체 이송 장치(200)의 경우, 도 20에 도시된 바와 같이, 제1 로터(271)와 제2 로터(272)가 회전축(210)으로 중심으로 점대칭을 이루도록 배치될 수 있다. 즉, 회전축(210)이 회전됨에 따라 제1 로터(271)와 제2 로터(272)는 항상 회전축(210)을 중심으로 대칭되도록 위치하게 된다. 이에 따라, 회전축(210)이 회전됨에 따라 편심 회전에 의해 발생되는 제1 로터(271)의 원심력과 제2 로터(272)의 원심력이 동일하기 때문에, 제1 및 제2 로터(271, 272)의 회전 시 발생하는 원심력은 서로 상쇄된다. 즉, 상기 유체 이송 장치(200)는 제1 로터(221)와 제2 로터(222)를 회전축(210)을 중심으로 대칭되도록 배치하고 상기 유로 하우징(223)으로 유로를 연결함으로써, 종래의 삼각로터를 구비하는 유체 이송 장치에서 발생하는 진동현상을 크게 저감할 수 있다.

도 21을 참고하면, 유로 하우징(223)은, 유체 연통 공간(223b1, 223b2)을 형성한다. 유로 하우징(223)은 제1 로터 하우징(221)과 제2 로터 하우징(222) 사이에 배치된다. 유로 하우징(223)은 상기 유체 연통 공간(223b1, 223b2)을 통하여 제1 및 제2 유체 압축 공간(V1, V2)상의 유체가 회전축(210)의 회전 방향에 따라 제1 로터 하우징(221)에서 제2 로터 하우징(222)으로 이동하거나, 제2 로터 하우징(222)에서 제1 로터 하우징(221)으로 이동하게 하는 유로를 제공하도록 이루어진다. 유체 연통 공간(223b1, 223b2)은 제1 연통 공간(223b1)과 제2 연통 공간(223b2)을 구비할 수 있다. 제1 연통 공간(223b1)과 제2 연통 공간(223b2)에 대해서는 후술하기로 한다.

한편, 도 17을 참고하면, 제1 로터 하우징 커버(231)는 제1 유체 압축 공간(V1)을 일 측에서 덮도록 형성된다. 제1 로터 하우징 커버(231)는 제1 로터 하우징(221)의 일 측에 배치된다. 여기서 제1 로터 하우징(221)의 일 측이란, 제1 유체 출입 하우징(241)과 제1 로터 하우징(221)의 사이를 가리킨다.

제2 로터 하우징 커버(232)는 제1 유체 압축 공간(V1)과 유체 연통 공간(223b1, 223b2)을 덮도록 형성된다. 제2 로터 하우징 커버(232)는 제1 로터 하우징(221)과 유로 하우징(223) 사이에 배치된다. 제2 로터 하우징 커버(232)의 일 면은 제1 유체 압축 공간(V1)을 마주보게 되고, 타 면은 유체 연통 공간(223b1, 223b2)을 마주 보게 된다.

도 18을 참고하면, 제3 로터 하우징 커버(233)는 상기 유체 연통 공간(223b1, 223b2)을 덮도록 형성된다. 제3 로터 하우징 커버(233)는 유로 하우징(223)과 제2 로터 하우징(222) 사이에 배치된다. 제3 로터 하우징 커버(233)의 일 면은 유체 연통 공간(223b1, 223b2)을 마주보게 되고, 타 면은 제2 유체 압축 공간(V2)을 마주 보게 된다.

제4 로터 하우징 커버(244)는 제2 유체 압축 공간(V2)을 덮도록 형성된다. 제4 로터 하우징 커버(244)는 제2 로터 하우징(222)을 기준으로 제3 로터 하우징 커버(233)의 반대쪽에 배치된다. 제4 로터 하우징 커버(244)의 일 면은 제2 유체 압축 공간(V2)을 마주보게 되고, 타 면은 제2 유체 출입 공간(X2)을 마주 보게 된다.

제1 로터 하우징 커버(231), 제2 로터 하우징 커버(232), 제3 로터 하우징 커버(233) 그리고 제4 로터 하우징 커버(234)는 공통적으로 원형 플레이트 또는 다각 플레이트 형상으로 형성된다. 그리고 상기 원형 플레이트 또는 다각 플레이트에는 공통적으로 회전축 관통홀(231a, 232a, 233a, 234a)과 유로(231b1, 231b2, 232b1, 232b2, 233b1, 233b2, 234b1, 234b2)가 형성된다. 또한, 유로 하우징(223)도 원형 플레이트 또는 다각 플레이트 형상으로 형성된다. 그리고 유로 하우징(223)에도 회전축 관통홀(223a)이 형성된다.

회전축 관통홀(231a, 232a, 233a, 234a, 223a)은 원판 플레이트 또는 다각 플레이트의 중앙에 축 방향으로 형성된다. 회전축 관통홀(231a, 232a, 233a, 234a, 223a)은 회전축(210)의 자전부(211a, 211b, 211c)를 수용하는 영역이다.

제1 자전부(211a)는 제1 로터 하우징 커버(231)의 회전축 관통홀(231a)에 수용된다. 제2 자전부(211b)는 제2 로터 하우징 커버(232)와 제3 로터 하우징 커버(233) 그리고 유로 하우징(223)의 회전축 관통홀(232a, 233a, 223a)에 수용된다. 제3 자전부(211c)는 제4 로터 하우징 커버(234)의 회전축 관통홀(234a)에 수용된다.

여기서, 제1 자전부(211a)의 외주면과 제1 로터 하우징 커버(231) 사이에는 베어링(251)이 배치될 수 있다.

축 방향에서 제1 로터 하우징 커버(231)와 제2 로터 하우징 커버(232) 사이의 거리는 제1 로터(271)의 두께에 해당한다. 마찬가지로, 제3 로터 하우징 커버(233)와 제4 로터 하우징 커버(234) 사이의 거리는 제2 로터(272)의 두께에 해당한다.

유로(231b1, 231b2, 232b1, 232b2, 233b1, 233b2, 234b1, 234b2)는 원형 플레이트 또는 다각 플레이트에 축 방향으로 형성된다. 유로(231b1, 231b2, 232b1, 232b2, 233b1, 233b2, 234b1, 234b2)는 축 방향으로 유체를 통과하게 하는 구성이다.

유로(231b1, 231b2, 232b1, 232b2, 233b1, 233b2, 234b1, 234b2)는 하나의 로터 하우징 커버(231, 232, 233, 234)마다 복수로 형성될 수 있으며, 예를 들어 도면에 도시된 바와 같이 하나의 로터 하우징 커버(231, 232, 233, 234)마다 두 개의 유로(231b1, 231b2, 232b1, 232b2, 233b1, 233b2, 234b1, 234b2)가 형성될 수 있다. 두 유로(231b1, 231b2, 232b1, 232b2, 233b1, 233b2, 234b1, 234b2)는 회전축 관통홀(231a, 232a, 233a, 234a)을 중심으로 서로 대칭인 위치에 대칭인 형상으로 형성된다. 두 유로(231b1, 231b2, 232b1, 232b2, 233b1, 233b2, 234b1, 234b2)는 제1 로터(271)와 제2 로터(272)의 위치에 대응하여 삼각형 형상을 갖도록 이루어질 수 있다. 예컨대, 도 21을 참조하면 제1 로터 하우징 커버(231)의 유로(231b1)는 편심 회전하는 제1 로터(271)에 의해 가려질 수 있는 형상을 갖는다.

각 로터 하우징 커버(231, 232, 233, 234)에 형성되는 유로(231b1, 231b2, 232b1, 232b2, 233b1, 233b2, 234b1, 234b2)의 위치는, 회전축(210)의 일 단에서 타 단을 바라볼 때를 기준으로 각 로터 하우징 커버(231, 232, 233, 234)를 하나의 사분면에 투영하여 설명될 수 있다. 이 경우 회전축 관통홀(231a, 232a, 233a, 234a)은 사분면의 중심에 위치한다.

제1 로터 하우징 커버(231)의 두 유로(231b1, 231b2) 중 어느 하나(231b1)는 2사분면에 형성되고, 다른 하나(231b2)는 4사분면에 형성된다. 제2 로터 하우징 커버(232)의 두 유로(232b1, 232b2) 중 어느 하나(232b1)는 1사분면에 형성되고, 다른 하나(232b2)는 3사분면이 형성된다. 제3 로터 하우징 커버(233)의 두 유로(233b1, 233b2) 중 어느 하나(233b1)는 2사분면에 형성되고, 다른 하나는 4사분면(233b2)에 형성된다. 제4 로터 하우징 커버(234)의 두 유로(234b1, 234b2) 중 어느 하나(234b1)는 1사분면에 형성되고, 다른 하나(234b2)는 3사분면에 형성된다.

제1 로터 하우징 커버(231)의 두 유로(231b1, 231b2)와 제3 로터 하우징 커버(233)의 두 유로(233b1, 233b2)는 2사분면과 4사분면에 형성되므로, 제1 로터 하우징 커버(231)의 두 유로(231b1, 231b2)와 제3 로터 하우징 커버(233)의 두 유로(233b1, 233b2)는 축 방향에서 서로 중첩되는 위치에 형성된다고 할 수 있다. 또한, 제1 로터 하우징 커버(231)의 두 유로(231b1, 231b2)와 제3 로터 하우징 커버(233)의 두 유로(233b1, 233b2)는 축 방향에서 모양까지 중첩되게 형성될 수 있다. 즉, 제1 로터 하우징 커버(231)의 두 유로(231b1, 231b2)와 상기 제3 로터 하우징 커버(233)의 두 유로(233b1, 233b2)는, 동일한 형상을 갖도록 이루어지며, 상기 회전축(210)의 일 단에서 타 단을 바라볼 때를 기준으로 서로 겹쳐지게 배치될 수 있다.

또한, 제2 로터 하우징 커버(232)의 두 유로(232b1, 232b2)와 제4 로터 하우징 커버(234)의 두 유로(234b1, 234b2)는 1사분면과 3사분면에 형성되므로, 제2 로터 하우징 커버(232)의 두 유로(232b1, 232b2)와 제4 로터 하우징 커버(234)의 두 유로(234b1, 234b2)는 축 방향에서 서로 중첩되는 위치에 형성된다고 할 수 있다. 또한, 제2 로터 하우징 커버(232)의 두 유로(232b1, 232b2)와 제4 로터 하우징 커버(234)의 두 유로(234b1, 234b2)는 축 방향에서 모양까지 중첩되게 형성될 수 있다. 즉, 제2 로터 하우징 커버(232)의 두 유로(232b1, 232b2)와 상기 제4 로터 하우징 커버(234)의 두 유로(234b1, 234b2)는, 동일한 형상을 갖도록 이루어지며, 상기 회전축(210)의 일 단에서 타 단을 바라볼 때를 기준으로 서로 겹쳐지게 배치될 수 있다.

여기서, 상기 제1 및 제3 로터 하우징 커버(231, 233)의 두 유로(231b1, 231b2, 233b1, 233b2)의 형상과, 상기 제2 및 제4 로터 하우징 커버(232, 234)의 두 유로(232b1, 232b2, 234b1, 234b2)의 형상은, 상기 사분면 상에서 x=0에 해당하는 직선을 기준으로 서로 대칭일 수 있다. 즉, 상기 유체 이송 장치(200)의 내부에 형성되는 유로들은, 상기 제1 및 제2 로터(271, 272)와 같이 모두 대칭을 이루도록 형성되어 유체 이송 장치(200)의 동작에 따른 진동 발생을 크게 저감시킬 수 있다.

제1 로터 하우징 커버(231)의 양면에서 두 유로(231b1, 231b2)의 형상은 동일하다. 제2 로터 하우징 커버(232)의 양면에서 두 유로(232b1, 232b2)의 형상은 동일하다. 제3 로터 하우징 커버(233)의 양면에서 두 유로(233b1, 233b2)의 형상은 동일하다. 제4 로터 하우징 커버(234)의 양면에서 두 유로(234b1, 234b2)의 형상은 동일하다. 따라서 제1 로터 하우징 커버(231)의 두 유로(231b1, 231b2)와 제2 로터 하우징 커버(232)의 두 유로(232b1, 232b2)와 제3 로터 하우징 커버(233)의 두 유로(233b1, 233b2) 그리고 제4 로터 하우징 커버(234)의 두 유로(234b1, 234b2)는 축 방향에서 동일한 형상을 유지하면서 원형 플레이트 또는 다각 플레이트를 관통한다고 볼 수 있다.

유로 하우징(223)은 유체 연통 공간(223b1, 223b2)이 형성되고, 상기 유체 연통 공간(223b1, 223b2)은 제1 연통 공간(223b1)과 제2 연통 공간(223b2)을 구비할 수 있다. 유로 하우징(223)은 제2 로터 하우징 커버(232)의 유로(232b1)에서 유입된 유체를 제1 연통 공간(223b1)을 통하여 제3 로터 하우징 커버(233)의 유로(233b1)로 전달하고, 제2 로터 하우징 커버(232)의 유로(232b2)를 통해서 유입된 유체를 제2 연통 공간(223b2)을 통해서 제3 로터 하우징 커버(233)의 유로(233b2)로 연결하는 역할을 한다.

제1 연통 공간(223b1)은 상기 제2 로터 하우징 커버(232)의 두 유로(232b1, 232b2) 중 상기 1사분면에 형성되는 유로(232b1)와 상기 제3 로터 하우징 커버(233)의 두 유로(233b1, 233b2) 중 상기 2사분면에 형성되는 유로(233b1)를 서로 연통시키도록 형성된다.

제2 연통 공간(223b2)은 제2 로터 하우징 커버(232)의 두 유로(232b1, 232b2) 중 상기 3사분면에 형성되는 유로(232b2)와 상기 제3 로터 하우징 커버(233)의 두 유로(233b1, 233b2) 중 상기 4사분면에 형성되는 유로(233b2)를 서로 연통시키도록 형성된다. 또한, 상기 제1 연통 공간(223b1)과 제2 연통 공간(223b2)은 회전축(210)을 중심으로 점대칭을 이루면서 동일한 형상을 가질 수 있다. 또한, 제1 연통 공간(223b1)과 제2 연통 공간(223b2)의 형상은, 상기 사분면 상에서 y=0에 해당하는 직선을 기준으로 서로 대칭되게 형성될 수 있다.

이러한 구조에 의해 제1 로터 하우징(221)에 형성되는 용적 변동 공간의 부피와 제2 로터 하우징(222)에 형성되는 용적 변동 공간의 부피가 변화하면서도 제1 유체 출입구(241a)와 제2 유체 출입구(242a)가 서로 통하지 않게 된다. 따라서 기존 로터 피스톤 펌프와 진공 자흡 가압 펌프의 동작을 위해서는 체크밸브가 필수적인 반면, 제1 로터(271)와 제2 로터(272)의 회전만으로 체크밸브 없이도 유체의 이송이 가능하다.

한편, 유체 출입 하우징(241, 242)은 유체 이송 장치(200)의 가장 외곽에 하나씩 배치된다. 유체 출입 하우징(241, 242)은 유체 이송 장치(200)의 외주면 중 일부를 형성하며, 유체 이송 장치(200)의 양 측면을 형성한다. 상기 양 측면이란 유체 이송 장치(200)의 설치 방향에 따라 상하면이 될 수도 있다.

제1 유체 출입 하우징(241)과 제2 유체 출입 하우징(242)은 모서리가 둥근 사각 기둥의 형상을 가질 수 있다. 제1 유체 출입 하우징(241)은 제1 로터 하우징 커버(231)를 향해 개구되어 있고, 제2 유체 출입 하우징(242)은 제4 로터 하우징 커버(234)를 향해 개구되어 있다. 제1 유체 출입 하우징(241)과 제2 유체 출입 하우징(242) 각각의 개구단은 상기 사각 기둥의 밑면 중 하나가 형성되는 부분에 해당한다.

유체가 제1 유체 출입 하우징(241)에 형성되는 제1 유체 출입구(241a)를 통해 유입되는 경우, 회전축(210)은 시계 방향인 제1 방향으로 회전한다. 회전축(210)이 제1 방향으로 회전할 때 제1 유체 출입 하우징(241)의 제1 유체 출입구(241a)를 통해 유입된 유체는 제1 유체 압축 공간(V1)과 제2 유체 압축 공간(V2)에서 순차적으로 압축된 후 제2 유체 출입 하우징(242)의 제2 유체 출입구(242a)를 통해 배출된다.

반대로 유체가 제2 유체 출입 하우징(242)에 형성되는 제2 유체 출입구(242a)를 통해 유입되는 경우, 회전축(210)은 제1 방향의 역방향인 제2 방향으로 회전한다. 회전축(210)이 제2 방향으로 회전할 때 제2 유체 출입 하우징(242)의 제2 유체 출입구(242a)를 통해 유입된 유체는 제2 유체 압축 공간(V2)과 제1 유체 압축 공간(V1)에서 순차적으로 압축된 후 제1 유체 출입 하우징(241)의 제2 유체 출입구(241a)를 통해 배출된다.

이하에서는 유체 이송 장치(200)의 동작에 대하여 설명한다.

도 22는 도 14에 도시된 유체 이송 장치(200)에서 유체가 이송되는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.

도 23a와 도 23b는 도 14에 도시된 유체 이송 장치(200)로 유입된 유체가 배출되는 과정을 순차적으로 보인 개념도들이다.

유체 이송 장치(200)의 동작 설명을 위해, 도 23a와 도 23b에서 로터 하우징(221, 222) 내부에는 초기에 유체가 채워진 상태를 도시하였다. 또한, 배출되는 유체는 빗금으로 표시되었으며, 유입되는 유체는 빗금 표시가 없는 부분이다.

먼저 그림 (1)은 유체 이송 장치(200)가 동작하기 전의 초기상태이며, 그림 (2)는 회전축(210)이 시계방향으로 90°회전하였을 경우이며, 그림 (3)과 그림 (4)는 회전축(210)이 각각 180°, 270°회전하였을 경우이다. 회전축(210)이 360°회전하였을 경우는 그림 (1)과 동일하게 된다.

그림 (1)에서 같이 초기상태에 시계방향으로 회전축(110)이 회전하기 시작하면, 제1 로터 하우징(221)내 유체는 제2 로터 하우징 커버(232)의 유로(232b2)를 통해 유로 하우징(223)의 유체 연통 공간 (223b2)을 거쳐 제3 로터 하우징 커버(233)의 유로(233b2)를 통해 제2 로터 하우징(222)으로 전달되고, 제4 로터 하우징 커버(234)의 유로(234b2)를 통하여 제2 유체 출입 하우징(242)으로 배출된다. 이와 동시에 제2 로터 하우징(222)의 유체는 제4 로터 하우징 커버(234)의 유로(234b1)를 통하여 제2 유체 출입 하우징(242)으로 배출된다.

회전축(210)의 회전의 계속 진행되어 90°를 지나치게 되면 유체가 배출되는 공간은 그림 (2)와 같다. 즉, 제1 로터 하우징(221)내 유체는 제2 로터 하우징 커버(232)의 유로(232b1)를 통해 유로 하우징(223)의 유체 연통 공간(223b1)을 거쳐 제3 로터 하우징 커버(233)의 유로(233b1)을 통해 제2 로터 하우징(222)으로 전달되고, 제4 로터 하우징 커버(234)의 유로(234b1)를 통하여 제2 유체 출입 하우징(242)으로 배출된다. 이와 동시에 제2 로터 하우징(222)의 유체는 제4 로터 하우징 커버(234)의 유로(234b2)를 통하여 제2 유체 출입 하우징(242)으로 배출된다. 이후 회전축(210)이 180°를 지나면 그림 (3)과 같고, 회전축(210)이 270°를 지나면 그림 (4)와 같이 되며, 이후 회전축(210)이 회전함에 따라 유체의 배출은 연속적으로 반복된다. 이와 같이 제1 로터 하우징(221)과 제2 로터 하우징(222)내 유체가 동시에 배출되기 때문에, 로터와 로터 하우징과 체크밸브가 구비된 기존 로터리 피스톤 펌프와 진공 자흡 가압 펌프의 경우에 비해 회전축이 1회전하였을 때, 유체 이송량이 크다는 장점이 있다. 이와 동시에 유체의 배출과 함께 유체의 유입이 진행되며, 유체의 유입은 유체의 배출과 동일하게 발생된다.

도 23a 및 도 23b의 그림 (1)에서 (4)를 거쳐 다시 그림 (1)의 위치로 진행되는 과정에서 회전축(210)은 360°회전하게 된다. 회전축(210)이 회전하는 동안 각각의 용적 변동 공간은 용적의 증가와 감소를 반복하면서 유체를 이송하게 되고, 이 과정 동안 제1 유체 출입구(241a)와 제2 유체 출입구(242a)는 항상 서로 차단된 상태를 유지한다. 예컨대, 도 22를 참조하면, 제1 로터(271)와 제2 로터(272)가 회전하는 동안 유체의 유입 유로인 유로(231b1)는 배출 유로인 유로(234b1)과 항상 차단된 상태이며, 유입 유로(231b2)는 유로(234b2)와 항상 차단된 상태를 유지한다.

따라서 본 발명의 유체 이송 장치(200)는 제1 유체 출입구(241a)와 제2 유체 출입구(242a)가 직접 통하지 않는 상태에서 연속적으로 유체를 제1 유체 출입구(241a)에서 제2 유체 출입구(242a)로 혹은 그 역으로 이송할 수 있으므로, 체크 밸브를 필요로 하지 않으면서도 우수한 진공 및 가압 성능을 갖게 된다.

이와 같이 에피트로코이드 곡면을 갖는 로터 하우징(221, 222) 내에서 로터(271, 272)의 편심회전으로 발생되는 용적 변동 공간의 용적 변화는 도 24와 도 25에 도시된 바와 같이 사인곡선을 따른다. 제1 로터 하우징(221)과 제2 로터 하우징(222)에 발생되는 배출량은 도 24와 도 25와 같이 표현될 수 있다.

도 24는 도 14에 도시된 제1 로터 하우징(221)에서 회전축의 회전 각도에 따라 발생하는 유체 배출량의 변화를 나타낸 그래프다.

도 25는 도 14에 도시된 제2 로터 하우징(222)에서 회전축의 회전 각도에 따라 발생하는 유체 배출량의 변화를 나타낸 그래프다.

도 26은 도 25 및 도 26에 도시된 제1 및 제2 로터 하우징(221, 222)에서 발생하는 유체 배출량의 합의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 26과 같이 상기 유체 이송 장치(200)의 배출 변화량은 일정한 진폭을 가지며 제1 유체 출입구(241a) 또는 제2 유체 출입구(242a)를 통해 배출된다. 즉, 이러한 배출 변화량은 유체 이송 장치(200)의 맥동 발생의 원인이 된다. 여기에서 맥동은 맥박처럼 주기적으로 발생하는 움직임을 의미한다.

이하에서는 유체 이송 장치(200)에서 발생하는 상기 맥동을 저감시키기 위한 맥동저감부(235)에 대하여 설명한다.

유체 이송 장치(200)는 제1 및 제2 로터 하우징(221, 222) 내에서의 용적 변동에 따른 유체의 유입량 및 배출량 변화에 의한 맥동을 저감시키도록 구성되는 맥동저감부(235)를 더 포함할 수 있다.

맥동저감부(235)는, 연결 유로(213)와 응답부(235')를 포함한다.

연결 유로(213)는 제1 유체 출입 하우징(241)과 제2 유체 출입 하우징(242)의 상기 유체 출입 공간(X1, X2)을 서로 연결시켜 유체의 이동 경로를 제공하도록 형성된다. 예를 들어, 연결 유로(213)는, 유체 이송 장치(200)를 관통하는 회전축(210)을 관통하여 형성될 수 있다. 연결 유로(213)가 회전축(210)을 관통하여 형성되는 것은 상기 연결 유로(213)에 관한 하나의 실시예로서, 본 발명의 도면에서는 도시되지 않았으나, 연결 유로(213)는 제1 유체 출입구(241a)와 제2 유체 출입구(242a)의 일부를 연결시켜 상기 유체 출입 공간(X1, X2)을 연결하는 형태로도 구현될 수 있다.

도 27a 및 도 27b를 참조하면, 응답부(235')는, 상기 연결 유로(213)상의 일 지점에 배치되어 연결 유로(213)를 두 영역으로 분할하고, 유체 출입 공간(X1, X2)에서 유체의 유입량 및 배출량의 변화에 따라 연결 유로(213)상에서 이동하여 상기 유체 출입 공간(X1, X2)의 체적을 변화시키도록 이루어진다. 상기 응답부(235')는 상기 연결 유로(213)의 일 지점을 가로막도록 배치되는 피스톤(235a)을 구비하고, 상기 맥동저감부(235)는 유체 출입 공간(X1, X2)에서 유체의 유입량 및 배출량의 변화에 따라 연결 유로(213)상에서 상기 피스톤(235a)이 이동하여 유체 출입 공간(X1, X2)의 체적을 변화시키도록 이루어진다.

또한, 응답부(235')에 구비되는 피스톤(235a)은, 제1 로터 하우징 커버(231)에 구비되는 맥동응답관(231c)의 일 지점을 가로막도록 배치될 수 있다.

피스톤(235a)은 연결 유로(213)의 일 지점을 가로막도록 형성된다. 다만, 피스톤(235a)과 연결 유로(213)간 틈이 일정 부분 존재하는 경우에도, 피스톤(235a)의 동작은 가능할 수 있다. 따라서, 피스톤(235a)은 연결 유로(213)를 완전히 두 영역으로 격리시키지 않도록 이루어질 수 있다.

맥동응답관(231c)은 유체 출입 공간(X1)을 향하여 돌출되며, 그 일 측은 유체 출입 공간(X1, X2)과 연통되고, 맥동응답관(235)의 타 측은 연결 유로(213)와 연통되게 형성된다. 맥동응답관(231c)은 제1 유체 출입 공간(X1) 또는 제2 유체 출입 공간(X2)을 향하여 돌출 형성될 수 있다. 다만, 맥동응답관(231c)이 제2 유체 출입 공간(X2)을 향하여 돌출 형성되는 경우에는, 맥동응답관(231c)은 제1 로터 하우징 커버(231)가 아닌 제4 로터 하우징 커버(234)에 형성된다.

본 발명의 설명에서는 맥동응답관(131c)이 제1 유체 출입 공간(X1)을 향하여 돌출되는 경우를 예로 들어 기술한다.

한편, 응답부(235')는 피스톤(235a)만으로도 구현 가능하지만, 상기 피스톤(235a)외에 제1 탄성체(235b1)와 제2 탄성체(235b2)를 더 구비할 수 있다.

제1 탄성체(235b1)와 제2 탄성체(235b2)는, 상기 피스톤(235a)의 양 측에 각각 배치되어, 서로 반대 방향으로 상기 피스톤(235a)을 탄성 가압하도록 형성될 수 있다. 제1 탄성체(235b1)와 제2 탄성체(235b2)는 예를 들어, 스프링(spring)으로 이루어질 수 있다. 제1 탄성체(235b1)의 일 측은 제1 유체 출입 하우징(241)의 내면에 접하여 지지되며, 그 타 측은 피스톤(235a)의 일 측에 접하여 지지될 수 있다. 마찬가지로, 제2 탄성체(235b2)의 일 측은 피스톤(235a)의 타 측에 접하여 지지되며, 그 타 측은 베어링(251)에 일 면에 접하여 지지될 수 있다.

또한, 응답부(235')는 제1 탄성체(235b1)와 제2 탄성체(235b2) 중 어느 하나만 구비하도록 구성될 수도 있다.

이와 같은 맥동저감부(235)의 구성에 의하면, 피스톤(235a)은, 상기 피스톤(235a)의 좌측 즉, 제1 유체 출입 공간(X1)에서 압력이 발생하거나, 피스톤(235a)의 우측 즉, 제2 유체 출입 공간(X2)에서 압력이 발생할 경우, 연결 유로(213)를 통해 전달되는 압력에 응답하여 상기 연결 유로(213)상에서 좌측 또는 우측으로 이동할 수 있다. 이와 같은 압력 변화에 따른 피스톤(235a)의 움직임은, 제1 유체 출입 공간(X1)과 제2 유체 출입 공간(X2)의 체적을 실시간으로 변화시킨다. 만약 상기 응답부(235')에 피스톤(235a)이 구비되지 않는다면, 유체 출입 공간(X1, X2)은 서로 연통되어 제2 유체 출입 공간(X2)으로 배출된 유체는 다시 연결 유로(213)를 통해 제1 유체 출입 공간(X1)으로 유입됨으로써, 유체를 이송할 수 없다. 또한, 상기 응답부(235')의 피스톤(235a)이 고정되어 있다면, 유체는 이송되지만 유체 출입 공간(X2)로 배출된 유체는 도 26에서와 같이 맥동이 발생하게 된다.

다시 도 22를 참조하면, 유체 이송 장치(200)의 유체 이송은, 제1 로터 하우징(221)과 제2 로터 하우징(222) 내에 위치한 제1 로터(271)와 제2 로터(272)가 편심 회전함에 따라 발생되는 용적변화는 유체를 이송시키며, 제1 유체 출입구(241a)를 통해서 제1 유체 출입 하우징(241)의 제1 유체 출입 공간(X1)으로 유입된 유체는 제1 로터 하우징 커버(231)의 유로(231b1, 231b2)를 통하여 제1 로터 하우징(221)과 제2 로터 하우징(222)을 거쳐 제4 로터 하우징 커버(234)의 유로(234b1, 234b2)를 통해서 제2 유체 출입 하우징(242)의 제2 유체 출입 공간(X2)으로 유입된 후 제2 유체 출입 하우징(242)에 마련된 제2 유체 출입구(242a)로 배출된다.

여기서, 제2 유체 출입 하우징(242)은 회전축(210)에 형성된 연결 유로(213)를 통해 제1 로터 하우징 커버(231)의 맥동응답관(231c)과 연통되어 있기 때문에, 일부 유체는 맥동응답관(231c)상에 위치한 피스톤(235a)과 접하게 되며, 전달된 유체의 부피만큼 피스톤(235a)은 제2 유체 출입 공간(X2)의 체적을 늘리거나 증가시키는 방향으로 이동하면서 맥동에 응답하게 된다. 이와 같은 맥동저감부(235)의 동작에 의해 유체 이송 장치(200)에서 발생되는 맥동이 상쇄된다. 또한, 유체의 배출 변화량은 유체의 유입 변화량과 동일하여, 유체의 유입 변화량에 따라서도 제1 유체 출입구(241a)에서 맥동이 발생되지만, 마찬가지로 피스톤(235a)의 이동에 의해 발생되는 맥동은 상쇄된다.

다시 도 23a, 23b 및 도 26을 참조하면, 그림 (1)과 같이 초기 상태에서 시계 방향으로 회전축(210)이 회전하기 시작하면, 제2 유체 출입 하우징(242)내 유체 배출량은 최대에서 최소로 감소하는 구간으로 피스톤(235a)는 좌측으로 이동된 상태에서 우측으로 이동된다. 그림 (2)와 같이 회전이 진행되면 유체 배출량은 최소에서 최대로 증가하게 됨으로써, 피스톤(235a)는 다시 우측에서 좌측으로 이동된다. 회전축(210)이 회전이 계속 진행되면, 그림 (3)과 (4)와 같이 피스톤(235a)은 왕복운동을 함으로써, 유체의 흡입과 배출의 변화량 만큼 대응하여 유체 출입 공간 (X1, X2)의 용적이 변화됨으로써 맥동을 크게 저감시키게 된다.

이에 따라, 에피트로코이드 곡면을 갖는 로터 하우징과 편심 회전하는 삼각로터를 이용하는 유체 이송 장치에서 필연적으로 발생되는 맥동현상을 크게 저감시킬 수 있다.

한편, 상기 유체 이송 장치(200)의 회전축(210)이 회전하면서 동작되면, 유체가 유입되는 측 예를 들어, 제1 유체 출입구(241a)는 항상 부압을 가지며, 이때 유체가 배출되는 제2 유체 출입구(242a)는 정압을 가지게 된다. 즉, 상기 피스톤(235a)을 기준으로 유체의 유입 방향(좌측)이 유체의 배출 방향(우측)에 비해 압력이 낮기 때문에 피스톤(235a)의 왕복운동의 중심점은 유체의 유입 방향으로 이동 (shift)된다. 이와 같이, 유체의 배출 압력이 높아지게 되면 피스톤(235a)이 제1 유체 출입 하우징(241)의 내측으로 밀착되는 현상이 발생되어 맥동저감부(235)의 기능이 저하될 우려가 있다.

이에 따라, 도 27c에 도시된 바와 같이 상기 제1 탄성체(235b1)와 제2 탄성체(235b2) 중 적어도 하나는, 서로 다른 크기의 탄성력을 갖는 제1 부분과 제2 부분을 구비할 수 있다. 예를 들어, 제1 탄성체(235b1)는 상대적으로 작은 크기의 탄성력을 갖는 제1 부분(235b1')과 상대적으로 큰 크기의 탄성력을 갖는 제2 부분(235b")을 구비할 수 있다. 상기 제1 부분(235b1')과 제2 부분(235b") 사이에는 양 면이 각각 제1 탄성체(235b1)의 제1 부분(235b1')과 제2 부분(235b")을 지지하는 지지플레이트(235c)가 배치될 수 있다. 또한, 제1 유체 출입 하우징(241)에는 상기 축 방향으로 리세스되어 상기 제1 부분(235b1')을 수용하는 홈(241b)이 형성될 수 있다.

이와 같은, 제1 탄성체(235b1)와 제2 탄성체(235b2)의 2단 구성에 의해 유체의 배출 압력이 증가하더라도 피스톤(235a)이 상대적으로 압력이 낮은 제1 유체 출입 공간(X1)으로 이동되는 것을 방지하여, 제1 유체 출입 공간(X2)과 제2 유체 출입 공간(X2)간 압력차가 증감하는 경우에도 그 기능을 안정적으로 수행할 수 있다.

전술한 내용은 단지 예시적인 것에 불과하며, 설명된 실시예들의 범주 및 기술적 사상을 벗어남이 없이, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 전술한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.