KR100927299B1 - 고압 공기 또는 기체의 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고압 공기 또는 기체의 압축기에 관한 것으로, 다단의 실린더와 상기 실린더 내측에서 움직이는 피스톤을 갖는 고압 공기 또는 기체의 압축기에 있어서, 상기 고압 공기 또는 기체의 압축기에서 압축된 공기의 냉각을 위한 워터자켓이 설치되고, 상기 다단의 실린더에는 실린더 냉각을 위한 실린더 워터자켓이 각각 설치되고, 상기 워터자켓과 실린더 워터자켓을 순환하는 냉각수를 냉각하는 수냉식 라디에이터를 포함하며, 상기 라디에이터에는 냉각팬이 고정된 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 압축 공기 또는 압축 기체를 냉각하는 별도로 설치된 워터자켓에 의해 공기 또는 기체의 온도를 낮추는 것이 용이하고, 수냉식 라디에이터를 사용하여 실린더 워터자켓 및 워터자켓을 순환하는 냉각수의 온도가 상승하지 않도록 유지한다.

워터자켓, 수냉식, 고압 공기 또는 기체의 압축기

Description

고압 공기 또는 기체의 압축기{Compressure For High Pressure Air or Gas}

본 발명은 고압으로 공기 또는 기체를 압축하는 고압 공기 또는 기체 압축기에 관한 것으로, 특히 냉각 방법으로 수냉식을 사용하여 압축된 공기 또는 기체의 온도를 낮추고, 오일 없이 피스톤을 작동시켜 유해가스의 발생을 방지하는 고압 공기 또는 기체의 압축기에 관한 것이다.

일반적으로, 공기 압축기는 공기를 압축 생산하여 높은 공압으로 저장하였다가 이것을 필요에 따라 공기호흡용 저장용기 또는 공압 공구 등에 공급하고, 통상의 공기 압축기는 압축기 본체와 압축된 공기를 저장해 두는 탱크로 구성된다.

또한, 상기와 같은 공기 압축기는 피스톤을 통해 1, 2차 실린더에서 생산된 압축 공기를 냉각시킨 다음 이것을 3차 고압 실린더로 보내 다시 압축하게 된다.

즉, 모터의 회전력을 전달하는 크랭크축에 연결된 커넥팅로드가 피스톤을 수직왕복운동시키고, 이에 따라 피스톤을 감싸고 있는 실린더 내부에 공기가 흡입되고 압축된다.

상기와 같은 공기 압축기는 압축능력에 따라 저압 공기 압축기와 고압 공기 압축기로 분류된다.

또한, 상기 고압 압축기는 공기 압축시 각각의 실린더가 직렬로 구성되어 다단을 거쳐 압축된 공기가 하나의 배출경로를 통해 공급되는 구조로 형성된다.

여기서, 고압 공기 압축기는 일반적으로 3개나 그 이상의 왕복동 피스톤이 V자형이나 X자형으로 크랭크축에 설치되어 크랭크축의 회전에 따라 3개 또는 그 이상의 피스톤이 왕복운동을 하면서 공기를 고압으로 압축시킨다.

상기와 같이, 고압 공기 압축기는 다단으로 형성되어 공기를 고압으로 압축시키고, 고압 공기 압축기를 통해 압축된 공기는 여러 방면에서 이용된다.

그 중 압축된 공기를 사용하는 일 예로 소방관들이 화재 진압시 착용하는 고압압력용기에 채워 소방관들의 화재장소에서의 작업이 가능하도록 한다.

이와 같은 고압 공기 또는 기체의 압축기의 일 예로 본 출원인은 등록특허 제10-0382462호 "4단 압축구조를 가진 3단 고압 공기 압축기"을 출원한 바 있다.

상기 "4단 압축구조를 가진 3단 고압 공기 압축기"에 따른 고압 공기 또는 기체의 압축기는 크랭크 케이스(1)에 V형으로 중앙 상단부에 1,2차실린더(17), 우측에 3차실린더(52)와, 좌측에 4차실린더(5)로 이루어진 3단 압축형식의 고압 공기 또는 기체의 압축기가 공기압축기 베이스(B) 상부에 장착되어 있다.

또한, 상기 1,2차 실린더(17)의 상부에는 방열 및 공기의 흡입 및 배출을 위한 1,2차 실린더 헤드(19)가 장착되어 있고, 이 1,2차 실린더 헤드(19)의 일측면에는 흡입필터(Suction filter)(50)가 장착되어 흡입되는 공기를 1차적으로 여과한다.

또한 3차 실리더(52)와 4차 실린더(5)의 상부면에는 각각 3차 실린더헤 드(51)와 4차 실린더헤드(6)가 장착되어 있다.

또한 각각의 실린더간에는 압축공기가 순환하도록 공기공급라인이 연결되어 있는데, 이 공급라인을 순환 경로를 길게 하여 압축된 공기의 온도를 낮추기 위하여 3차와 4차 실린더에는 3차 쿨러(coller)(C)와 4차 쿨러(coller)(C')가 형성되어 있다.

그러나 종래의 고압 공기 압축기는 별도의 냉각 장치가 없이 공급라인의 순환 경로만을 연장한 쿨러를 지나도록 되어 있어 압축된 공기의 온도 150℃에서 160℃ 정도로 그 온도가 높았다.

즉, 압축된 공기를 봄베에 저장하여 실시간 사용이 불가능하고, 일정 시간이 지나 온도가 낮아진 후 사용이 가능하였다.

또한, 일체화된 실린더에 피스톤이 작동할 때 흡입된 공기 또는 기체와 오일이 접촉 하여 유해가스가 발생하였다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 압축된 공기 또는 기체의 온도를 효과적으로 낮추고, 오일 없이 피스톤을 작동시켜 유해가스의 발생을 방지하는 고압 공기 또는 기체의 압축기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 고압 공기 또는 기체의 압축기는 다단의 실린더와 상기 실린더 내측에서 움직이는 피스톤을 갖는 고압 공기 또는 기체의 압축기에 있어서, 상기 고압 공기 또는 기체의 압축기에서 압축된 공기의 냉각을 위한 워터자켓이 설치되고, 상기 다단의 실린더에는 실린더 냉각을 위한 실린더 워터자켓이 각각 설치되고, 상기 워터자켓과 실린더 워터자켓을 순환하는 냉각수를 냉각하는 수냉식 라디에이터를 포함하며, 상기 라디에이터에는 냉각팬이 고정된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 워터자켓은 다단으로 형성된 실린더와 각각 연결로를 통해 연결된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 워터자켓은 라디에이터 연결로를 통해 라디에이터와 연결된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실린더 워터자켓은 라디에이터 연결로를 통해 라디에이터와 연결된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다단으로 형성된 실린더의 외측에는 각각 기체와 액체를 분리하는 세퍼레이터가 삽입된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 각 단을 이루는 실린더는 두 개로 이루어져 피스톤의 양쪽을 각각 감싸도록 형성되고, 공기 또는 기체가 유입되는 측 실린더는 오일 없이 작동하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 라디에이터에는 냉각수 온도를 감지하는 센서가 부착되고, 상기 센서는 콘트롤러를 통해 냉각팬과 연결된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각팬은 라디에이터에 유입된 냉각수의 온도가 설정 온도 이상이 되면 작동하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고압 공기 또는 기체의 압축기에 의하면 압축 공기 또는 압축 기체를 냉각하는 별도로 설치된 워터자켓에 의해 공기 또는 기체의 온도를 낮추는 것이 용이하고, 수냉식 라디에이터를 사용하여 실린더 워터자켓 및 워터자켓을 순환하는 냉각수의 온도가 상승하지 않도록 유지한다.

또한, 오일 없이 작동하는 피스톤으로 인해 공기와 오일이 접촉하지 않아 유해가스의 발생을 방지되므로 호흡용 공기로의 사용이 용이하다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 양호한 실시예들을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 본 실시예에서는 3단 실린더로 구성된 고압 공기 또는 기체의 압축기를 예로 들어 설명하나 이에 한정된 것은 아니며, 4단 이상의 실린더를 구비한 고압 공기 또는 기체의 압축기에도 사용될 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 공기를 예로 들어 설명하나 이에 한정된 것은 아니며, 다른 기체에 대해서도 적용이 가능하다.

도 2에 도시된 바와 같이 3단으로 구성된 실린더(10), 상기 실린더(10) 내측에서 움직이는 피스톤(20), 상기 각각의 실린더(10)에 연결된 워터자켓(30)과 도시하지는 않았지만 압축된 공기가 저장되는 봄베로 구성된다.

구체적으로 상기 실린더(10)는 3단으로 구성되어 3번에 걸쳐 공기의 압축이 이루어지도록 한다. 여기서, 상기 실린더(10)는 1단에서는 공기를 저압으로 압축하 고 2단 및 3단에서는 고압으로 압축된다. 만약 4단 또는 5단까지 구비되었을 경우 4단과 5단에서도 고압으로 압축된다.

이때, 상기 실린더(10)와 피스톤(20)은 1단에서 3단, 즉 저단에서 고단으로 갈수록 그 지름이 작아지도록 형성된다.

그리고, 상기 실린더(10)들은 각각 그 외부 둘레면을 감싸는 수냉방식의 실린더 워터자켓(14)이 설치된다.

한편, 상기 실린더(10)들과 각각 연결로(40)를 통해 연결되는 별도의 워터자켓(30)이 설치되고, 상기 워터자켓(30)은 수냉 방식을 통해 압축된 공기의 온도를 낮추는 것으로 긴 원통 형상으로 형성된다.

또한, 상기 워터자켓(30)에는 각각의 실린더(10)들과 연결되는 연결로(40)가 워터자켓(30) 내측을 통과하도록 형성된다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이 1단 실린더(11)에서 압축된 공기가 1단 연결로(41)를 통해 워터자켓(30)을 통과하여 2단 실린더(12)로 유입되게 하고, 2단 실린더(12)에서 압축된 공기는 2단 연결로(42)를 통해 워터자켓(30)을 통과하여 3단 실린더(13)로 유입되게 형성된다.

또한, 3단 실린더(13)에서 다시 한번 압축된 공기는 3단 연결로(43)를 통해 워터자켓(30)을 통과하여 봄베로 이동하도록 형성된다.

그리고, 도시하지는 않았지만 각 단의 실린더(10)에는 각각 세퍼레이터가 설치되어 기체와 액체를 분리 즉, 공기 중에 존재하는 수분을 제거한다.

한편, 고압 공기 또는 기체의 압축기의 일측에는 수냉방식의 라디에이터(50) 가 설치되고, 상기 라디에이터(50)를 향해 작동하는 냉각팬(51)이 설치된다.

이때, 도시하지는 않았지만 라디에이터(50)에는 냉각수의 온도를 감지하는 센서가 설치되고, 상기 센서와 연결된 컨트롤러에 의해 냉각팬(51)이 작동된다.

즉, 컨트롤러에 냉각수의 온도를 미리 저장하여 센서에 의해 감지된 온도가 설정 온도를 넘게 되면 냉각팬(51)이 작동되도록 한다.

또한, 상기 라디에이터(50)는 워터자켓(30) 및 각각의 실린더 워터자켓(14)과 연결되어 냉각수가 라디에이터(50)를 통하여 순환하도록 하고, 이때, 워터자켓(30) 및 실린더 워터자켓(14)은 각각 라디에이터 연결로(52)를 통해 라디에이터(50)와 연결된다.

이에 따라, 워터자켓(30)과 실린더 워터자켓(14) 내에서 가열된 냉각수의 온도가 라디에이터(50)를 통과하는 동안 냉각팬(51)에 의해 낮아지도록 한다.

한편, 도 4(a)에 도시된 바와 같이 상기 실린더(10)들은 피스톤(20)의 양 끝단을 감싸도록 분리되어 각각 두 개로 구성된다.

여기서, 상기 도 4(a)는 실린더(10)들의 내부를 나타낸 것으로 그 모습을 명확히 하기 위해 워터자켓(30), 연결로(40) 및 라디에이터 연결로(52)는 제외하고 도시한다.

그리고, 구체적으로 2단 실린더(12)를 예로 들어 도 4(b)에 도시된 바와 같이 상기와 같이 두 개로 구성된 실린더(12, 12')는 공기가 흡입되어 압축되는 쪽의 실린더(12)와 피스톤(20)이 구동되는 쪽의 실린더(12')로 분리되어 형성되며, 공기가 흡입되어 압축되는 쪽의 실린더(12)에는 오일을 사용하지 않는다.

따라서, 공기와 오일이 접촉하여 유해가스가 발생하는 일이 없이 고압 공기 또는 기체의 압축기의 사용이 가능하다.

여기서, 상기 피스톤(20)의 일측은 커넥팅 로드(24)를 통해 크랭크축(21)과 연동하도록 조립되고, 상기 크랭크축(21)은 밸트(70) 등을 통해 구동모터(60)와 연결되어 작동한다.

이는 1단 및 3단의 실린더(11, 13)에서도 동일하게 적용되며, 미설명 부호 15는 실린더 헤드, 22는 배출밸브, 23은 흡입밸브이다.

상기 피스톤이 실린더 내에서 작동하는 기술은 공지되어 있는 기술이므로 그 작동에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

상기와 같은 구조로 워터자켓(30)이 설치된 고압 공기 또는 기체의 압축기에서 공기의 압축은 다음과 같다.

우선, 1단 실린더(11)로 유입된 공기는 1단 피스톤(20)에 의해 저압으로 압축된다. 1단 실린더(11)에서 저압으로 압축된 공기는 1단 연결로(41)를 통해 2단 실린더(12)로 이동하는데, 이때 1단 연결로(41)는 워터자켓(30)을 통과하여 2단 실린더(12)로 연결되므로 압축된 공기는 워터자켓(30)을 통과하며 1차 냉각된다.

그 후, 2단계는 2단 실린더(12)로 유입된 공기는 2단 피스톤(20)에 의해 다시 한번 압축되고, 2단 실린더(12)에서 압축된 공기는 2단 연결로(42)를 거쳐 3단 실린더(13)로 들어간다.

이때, 2단 연결로(42) 또한 워터자켓(30)을 통과하도록 형성되어 2단 실린더(12)에서 압축된 공기는 2차 냉각된다.

그리고, 2단 연결로(42)를 통해 3단 실린더(13)로 유입된 공기는 마지막으로 3단 피스톤(20")을 통해 한 번 더 압축되어 고압공기가 되고, 상기와 같이 압축된 공기는 다시 3단 연결로를 통해 워터자켓(30)을 통과한다.

상기와 같이 최종적으로 압축되어 워터자켓(30)을 통과한 압축된 공기는 봄베로 이동하여 저장된다.

여기서, 상기 3단 연결로(43) 또한 워터자켓(30)을 통과하므로 3단 실린더(13)에서 압축된 공기는 3차로 냉각되어 봄베에 저장된다.

또한, 실린더 워터자켓(14)과 워터자켓(30)을 순환하는 냉각수는 라디에이터(50)에 각각 라디에이터 연결로(52)를 통해 연결되어 순환하게 되며, 라디에이터(50) 일측에 설치된 냉각팬(51)에 의해 냉각수의 온도를 낮춘다.

여기서, 상기 냉각팬(51)은 라디에이터(50)를 순환하는 냉각수의 온도가 설정된 온도 이상이 되면 작동되어 냉각수의 온도를 낮춘다.

이에 따라, 냉각수의 순환을 통해 실린더(10)들의 온도 상승을 방지하고, 워터자켓(30)을 통과하는 압축된 공기의 온도를 지속적으로 낮출 수 있다.

상기와 같이 3차에 걸쳐 압축된 공기는 압축 과정에서 지속적인 냉각이 이루어져 50℃ 정도의 온도로 냉각이 되며 별도의 냉각 시간 또는 별도의 저장 공간의 필요 없이 봄베에 저장하여 바로 사용이 가능하다.

도 1은 종래 기술에 따른 고압 공기 또는 기체의 압축기를 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 따른 고압 공기 또는 기체의 압축기를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 고압 공기 또는 기체의 압축기에서 공기의 이동을 나타낸 도면.

도 4a 및 도4b는 본 발명의 고압 공기 또는 기체의 압축기에서 실린더 내부의 피스톤을 나타낸 도면.

* 도면의 주요 구성에 대한 부호의 설명 *

10: 실린더 11: 1단 실린더

12: 2단 실린더 13: 3단 실린더

14: 실린더 워터자켓 15: 실린더 헤드

20: 피스톤 21: 크랭크축

22: 배출밸브 23: 흡입밸브

24: 커넥팅 로드 30: 워터자켓

40: 연결로 41: 1단 연결로

42: 2단 연결로 43: 3단 연결로

50: 라디에이터 51: 냉각팬

52: 라디에이터 연결로

60: 구동모터 70: 밸트

Claims (8)

1. 다단의 실린더와 상기 실린더 내측에서 움직이는 피스톤을 갖는 고압 공기 또는 기체의 압축기에 있어서,

   상기 고압 공기 또는 기체의 압축기에서 압축된 공기의 냉각을 위한 워터자켓이 설치되고,

   상기 다단의 실린더에는 실린더 냉각을 위한 실린더 워터자켓이 각각 설치되고,

   상기 워터자켓과 실린더 워터자켓을 순환하는 냉각수를 냉각하는 수냉식 라디에이터를 포함하며,

   상기 라디에이터에는 냉각팬이 고정되며,

   상기 라디에이터에는 냉각수 온도를 감지하는 센서가 부착되고, 상기 센서를 통해 감지된 온도에 따라 콘트롤러를 통해 상기 냉각팬이 작동하도록 된 것을 특징으로 하는 고압 공기 또는 기체의 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 워터자켓은 다단으로 형성된 실린더와 각각 연결로를 통해 연결된 것을 특징으로 하는 고압 공기 또는 기체의 압축기.
3. 제2항에 있어서,

   상기 워터자켓은 라디에이터 연결로를 통해 라디에이터와 연결된 것을 특징으로 하는 고압 공기 또는 기체의 압축기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 실린더 워터자켓은 라디에이터 연결로를 통해 라디에이터와 연결된 것을 특징으로 하는 고압 공기 또는 기체의 압축기.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 다단으로 형성된 실린더의 외측에는 각각 기체와 액체를 분리하는 세퍼레이터가 삽입된 것을 특징으로 하는 고압 공기 또는 기체의 압축기.
6. 제5항에 있어서,

   상기 각 단을 이루는 실린더는 두 개로 이루어져 피스톤의 양쪽을 각각 감싸도록 형성되고, 공기 또는 기체가 유입되는 측 실린더는 오일 없이 작동하는 것을 특징으로 하는 고압 공기 또는 기체의 압축기.
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,

   상기 냉각팬은 상기 라디에이터에 유입된 냉각수의 온도가 설정 온도 이상이 되면 작동하는 것을 특징으로 하는 고압 공기 또는 기체의 압축기.

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