KR100539324B1 - 공기압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어탱크를 컴프레서본체와 일체로 설치하고, 토출공기량을 감소시키는 일 없이 맥동을 효율적으로 억제할 수 있으며, 공기압축기를 구성하는 부품수의 삭감과 그 조립작업의 간이화 및 소형화를 꾀하도록 한 공기압축기에 관한 것으로서,

압축체(5)의 왕복운동에 의해 공기를 압축하는 압축실(3, 4)과, 이 압축실(3, 4)로부터 공기를 토출하는 토출실(11)을 갖는 컴프레서본체(1)에 토출공기의 맥동을 억제하는 에어탱크부(15)를 일체로 설치한 것을 특징으로 한다.

Description

공기압축기{AIR COMPRESSOR}

본 발명은 공기압축기에 관한 것으로, 특히 전자왕복운동식 컴프레서를 이용한 송풍기 등을 소형화할 수 있어서 공기토출량을 감소시키는 일이 없고, 또한 토출공기의 맥동을 적극 감소시킨 공기압축기에 관한 것이다.

이 종류의 공기압축기는 압축구동원의 한 예로서 전자왕복운동식 컴프레서 등을 이용하여 공기를 압축하고, 이 압축공기를 별개체에 설치된 에어탱크를 통하여 외부로 토출하는 것이 알려져 있다.

본건 발명자는 컴프레서로부터 토출되는 공기의 맥동을 외부에 전달되지 않도록 하기 위해 컴프레서로부터 토출한 압축공기를 일단 축적하는 버퍼용의 에어탱크를 컴프레서부위와는 별개체에 설치하고, 컴프레서의 토출구에 설치한 노즐을 통하여 별개체의 에어탱크에 압축공기를 토출해서 공기의 맥동을 억제하는 구조의 컴프레서를 제안하고 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조.).

[특허문헌 1]

일본국 특개2000-45943호 공보

특허문헌 1은 별개체의 에어탱크를 설치하고, 이 에어탱크에 토출공기를 일단 축적하고 있기 때문에 공기의 맥동을 억제하는 것은 가능한데, 이 경우는 에어탱크의 용적을 어느 정도 크게 하지 않으면 맥동을 억제할 수 없었다.

또 에어탱크를 구성하는 부품이나 에어탱크와 컴프레서 등을 접속하는 부품수가 늘어날 뿐만 아니라 그 조립공정수도 증가하여 비용면도 비싸지는 등의 문제점을 갖고 있었다.

본 발명은 상기의 과제점을 감안하여 개발한 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 에어탱크를 컴프레서본체와 일체로 설치하고, 토출공기량을 감소시키는 일 없이 맥동을 효율적으로 억제할 수 있으며, 공기압축기를 구성하는 부품수의 삭감과 그 조립작업의 간이화 및 소형화를 꾀하도록 한 공기압축기를 제공하는 것에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해 청구항 1의 발명은, 압축체의 왕복운동에 의해 공기를 압축하는 압축실과, 이 압축실로부터 공기를 토출하는 토출실을 갖는 컴프레서본체에 토출공기의 맥동을 억제하는 에어탱크부를 일체로 설치한 공기압축기이다.

청구항 2의 발명은, 상기 토출실과 에어탱크부를 토출구멍을 통하여 연통시키고, 이 에어탱크부는 상기 토출실을 일체로 연장설치한 연장설치부와, 이 연장설치부에 덮개를 씌워서 내부용적을 형성시킨 구성으로 한 청구항 1에 기재한 공기압축기이다.

청구항 3의 발명에 있어서의 컴프레서본체는, 자성체 또는 영구자석을 일체적으로 설치한 압축체와, 상기 자성체 또는 영구자석의 주위에 설치된 고정전자석과, 상기 압축체를 일방향으로 복귀시키는 복귀수단으로 이루어지는 전자왕복운동식 컴프레서인 청구항 1 또는 2에 기재한 공기압축기이다.

따라서 공기압축기를 구동시키면 압축체의 왕복운동에 의해 압축실에서 공기가 압축되고, 압축실로부터 토출실에 토출되어 압축공기가 팽창하며, 이어서 토출구멍에서 압축되면서 컴프레서본체와 일체로 설치되어 있는 에어탱크부에 팽창한 공기가 토출되고, 에어탱크부내의 공기는 토출구에서 압축되면서 공기압축기의 외부로 토출되어 공기량을 줄이는 일 없이 효율적으로 맥동을 억제할 수 있다.

본 발명에 있어서의 공기압축기의 한 예로서 전자왕복운동식 컴프레서에 적용한 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다.

도 1은 전자왕복운동식 컴프레서의 횡단면이고, 후술하는 도 3의 A-A선단면도이며, 도 2는 도 1의 개략설명도이다. 도면에 있어서, “1”은 컴프레서본체, “2”는 컴프레서본체(1)의 케이싱이며, 이 케이싱(2)은 전부케이싱(2a), 후부케이싱(2b) 및 헤드커버(2c)로 이루어져 있다. 케이싱(2)에 있어서, 압축공기토출측의 내부에 원통형의 라이너(9a)가 배접된 실린더(9)가 설치되고, 이 실린더(9)에 대하여 피스톤(압축체)(5)의 전부측인 헤드(6)가 슬라이딩 자유롭게 끼워져 있다. 헤드(6)에는 관통구멍(6a)이 둘레방향으로 적절수 설치되고, 관통구멍(6a)의 헤드커버(2c)측에 열림 가능한 밸브(13a)가 설치되어 있다.

헤드커버(2c)는 전부케이싱(2a)의 실린더(9)측을 덮개로 씌우도록 부착하고, 피스톤(5)의 왕복운동에 의하여 공기를 압축하는 2개의 압축실(3, 4)을 컴프레서본체(1)내부에 형성하고 있다. 피스톤(5)의 관통구멍(6a)을 통과한 공기는 각 압축실(3, 4)내에 진입하고, 실린더(9)내부에 있어서 피스톤(5)에 의하여 압축된다. “10a”는 환상의 시일부재이며, 전부케이싱(2a)과 헤드커버(2c)를 시일하고 있다. “10b”는 전부케이싱(2a)의 실린더(9)의 선단부와 헤드커버(2c)를 시일하는 환상의 시일부재이다.

전부케이싱(2a)과 헤드커버(2c)에는 토출실(11)이 형성되어 있으며, 실린더(9)에는 연통구멍(12)이 설치되고, 토출실(11)의 방향으로 열림 가능한 밸브(13b)가 설치되어 있다. 토출실(11)은 연통구멍(12)을 통하여 압축실(3, 4)과 연통하고, 피스톤(5)의 왕복운동에 의하여 압축되는 압축실(3, 4)로부터의 공기는 토출실(11)에 토출된다.

“15”는 컴프레서본체(1)와 일체로 설치하도록 구성하여 토출되는 공기에 의한 맥동을 억제한 에어탱크부이며, 이 에어탱크부(15)와 토출실(11)을 헤드커버(2c)의 소정 위치에 적절수 설치한 토출구멍(14)을 통하여 연통하고 있다. “16”은 에어탱크부(15)를 씌우는 덮개이며, 에어탱크부(15)는 헤드커버(2c)를 전방으로 연장설치시켜서 토출실(11)을 일체로 형성한 연장설치부(8)와, 이 연장설치부(8)에 덮개(16)를 씌워서 내부용적(15a)을 형성시킨 구성으로 하고 있다. 헤드커버(2c)의 연장설치부(8)의 선단면과 덮개(16)의 사이에는 환상의 시일부재(10c)를 설치하여 에어탱크부(15)로부터의 누설을 없애고 있다. “26”은 연장설치부(8)에 뚫어 설치된 에어탱크부(15)의 공기를 토출하는 토출구이다.

한편 피스톤(5)의 후부측에는 원통부(5a)를 피스톤(5)과 일체로 형성하고 있으며, 이 원통부(5a)는 라이너(17)가 배접된 후부측의 실린더(18)에 슬라이딩 자유롭게 끼워져 있다. “19”는 스프링(복귀수단)이며, 이 스프링(19)의 일단측을 원통부(5a)내측에 삽입하고, 타단측을 볼(20)을 통하여 실린더(18)에 지지된 와셔(21)에 걸음고정시켜서 탄발지지시키고, 피스톤(5) 전체를 헤드(6)방향으로 탄성지지하고 있다. “22”는 피스톤(5)의 대략 중간 부근에 피스톤(5)과 일체적으로 형성한 전기자(자성체 또는 영구자석)이며, 전기자(22)의 주위의 케이싱(2)측에는 필드코어(23a)가 설치되어 있고, 이 필드코어(23a)에는 코일(23b)을 감아돌려서 자극을 형성한 고정전자석(23)을 설치하고 있다. 각각의 코일(23b)의 사이에는 도시하지 않는 교류를 반파씩 흘리는 정류기가 설치되어 있다. 각 피스톤(5, 5)은 고정전자석(23)의 소자시에 스프링(19)의 탄발력에 의하여 헤드(6)가 실린더(9)내의 공기를 밀어내는 방향으로 슬라이딩하고, 한편 고정전자석(23)의 여자시에는 전기자(22)가 되돌려져서 피스톤(5) 전체가 스프링(19)을 수축하는 방향으로 슬라이딩하여 케이싱(2)내의 공기를 실린더(9)내에 유입시킨다. “25”는 케이싱(2)에 설치한 흡입구이며, 피스톤(5)이 공기를 밀어내는 방향으로 슬라이딩했을 때에 이 흡입구(25)로부터 케이싱(2)내부에 외부공기가 유입된다.

다음으로 컴프레서본체(1)의 동작을 설명한다.

컴프레서본체(1)의 전원을 투입하면 압축실(3 또는 4)의 어느 쪽인가의 측의 고정전자석이 번갈아 여자되고, 각 압축실(3, 4)에 있어서의 피스톤(5)이 서로 반주기씩 어긋나면서 왕복동작한다. 피스톤(5)의 동작에 의하여 공기는 압축실(3, 4)로부터 번갈아 얻어지고, 어느 쪽인가 한쪽측의 피스톤(5)이 항상 공기를 밀어냄으로써 연속하여 공기가 얻어진다.

압축실(3)측의 고정전자석(23)이 여자되면 전기자(22)가 되돌려지는 방향으로 힘이 작용하고, 피스톤(5)은 스프링(19)을 수축하는 방향으로 슬라이딩한다. 이 때 압축실(3)내의 용적이 넓어지기 때문에 실내의 압력은 저하하고, 압력이 저하하면 밸브(13a)가 열려서 흡입구(25)로부터 케이싱(2)내에 유입된 공기가 관통구멍(6a)을 통하여 압축실(3)내에 유입한다.

한편 압축실(4)측에 있어서는, 고정전자석(23)은 소자되어 있기 때문에 피스톤(5)은 스프링(19)의 탄발력에 의하여 압축실(3)내의 공기를 밀어내는 방향으로 슬라이딩하고, 이 때 밸브(13a)에는 밸브닫힘방향의 압력이 가해지기 때문에 압축실(4)내의 공기는 밸브(13b)를 열어서 연통구멍(12)을 통과하여 토출실(11)에 토출된다.

이어서 압축실(3)측의 고정전자석(23)이 소자되고, 압축실(4)측의 고정전자석(23)이 여자되면, 압축실(3)측의 피스톤(5)이 압축실(3)내에 유입되어 있는 공기를 밀어내는 방향으로 슬라이딩하여 공기가 밸브(13b)를 열어서 연통구멍(12)을 통과하여 토출실(11)에 토출되는 동시에, 압축실(4)측의 피스톤(5)이 스프링(19)을 수축하는 방향으로 슬라이딩하여 케이싱(2)내의 공기가 밸브(13a)를 열어서 관통구멍(6a)을 통과하여 압축실(4)내에 흘러든다. 이와 같이 압축실(3, 4)내에 유입된 공기는 각 피스톤(5, 5)의 왕복운동에 의하여 번갈아 토출실(11)에 토출된다.

피스톤(5)에 의하여 압축실(3, 4)로부터 번갈아 밀어내어진 공기는 각 연통구멍(12)을 지나서 각 토출실(11)에 토출되어 팽창한다. 이어서 각 토출실(11)내에 들어간 공기는 소직경인 각 토출실(11)에 설치된 토출구멍(14)을 지나서 에어탱크부(15)에 토출되고, 에어탱크부(15)내에 유입한 공기는 다시 팽창한다. 에어탱크부(15)내의 공기는 소직경인 토출구(26)를 통과하여 케이싱(2)의 밖으로 토출된다. 이와 같이 압축실(3, 4)내에 있어서 압축된 공기는 토출실(11)에 있어서 팽창, 토출구멍(14)의 통과시에 압축, 에어탱크부(15)에 있어서 팽창, 토출구(26)에 있어서 압축이 실시되고, 압축ㆍ팽창을 반복함으로써 맥동을 대폭으로 억제할 수 있으며, 비록 내부용적(15a)이 작아도 효율적으로 공기토출시의 맥동을 억제할 수 있다. 에어탱크부(15)는 케이싱(예를 들면 알루미다이캐스트)(2)에 일체로 설치하도록 하고, 토출구멍(14)을 통하여 공기를 이 일체형의 에어탱크부(15)내에 축적하도록 하고 있기 때문에 부품수가 증가하는 일도 없어서 저비용으로 억제할 수 있다.

또한 상기와 같이 복수의 압축실(3, 4)에 의하여 번갈아 공기를 토출시키도록 하면 에어탱크부(15)에 축적되는 공기량이 1개의 압축실의 용적분이면 좋기 때문에 에어탱크부(15)내의 용적을 종래의 에어탱크용적의 1/2 이하로 작게 했다고 해도 토출되는 공기량을 줄이는 일이 없이 확실하게 맥동을 억제할 수 있다. 또한 본 실시형태에 있어서는, 압축실을 2개로 하고 있는데, 1개 또는 3개 이상의 압축실을 설치하도록 해도 좋고, 압축실이 3개 이상인 경우에는 압축실이 2개인 경우와 똑같이 소정의 피스톤의 동작을 반주기씩 어긋나도록 하면 에어탱크부의 용적을 소형화하면서 압축공기의 토출량을 늘릴 수 있는 동시에, 피스톤의 동작시에는 이 피스톤의 왕복운동에 의한 진동도 서로 상쇄하여 진동의 발생을 억제할 수 있다.

에어탱크부(15)는 헤드커버(2c)를 전방으로 연장설치시켜서 토출실(11)을 일체로 형성한 연장설치부(8)와, 이 연장설치부(8)에 덮개(16)를 씌우고 내부용적(15a)을 형성시켜서 구성되어 있기 때문에 헤드커버(2c)에 의하여 토출실(11)을 겸비한 구조로 하는 것으로 별개체의 에어탱크를 없앨 수 있다.

또 컴프레서본체(1)는 전기자(22)를 일체적으로 형성한 피스톤(5)과, 전기자(22)의 둘레에 설치된 고정전자석(23)과, 피스톤(5)을 일방향으로 탄성지지하는 스프링(19)으로 이루어지는 구성으로 하고 있기 때문에 종래부터 있는 전자왕복식 컴프레서의 구조를 이용하여 보다 콤팩트화할 수 있다. 본 실시형태에서는 압축체를 피스톤으로서 설명했는데, 압축체를 다이어프램으로 할 수도 있다.

다음으로 상기의 전자왕복운동식 컴프레서를 공기압축기(송풍기)에 설치한 경우를 설명한다.

도 3에 있어서는, 본 발명에 있어서의 공기압축기에 적용한 한 예의 종단면도이며, 도 4는 공기압축기의 케이싱을 단면하고, 컴프레서의 일부를 노치한 단면도이다.

송풍기(30)는 상부케이싱(31a)과 하부케이싱(31b)으로 이루어지는 케이싱(31)내에 컴프레서본체(1)를 탑재하여 스프링(34)으로 고착하고, 또한 상부케이싱(31a)에 필터(34)를 개재한 상태로 위덮개(33)를 나사(35)에 의하여 고착해서 구성되어 있다. 외부의 공기는 필터(34)를 통과한 후에 케이싱(31)내에 유입되고, 컴프레서본체(1)의 흡입구(25)로부터 본체내에 유입된다.

“36”은 호스이며, 이 호스(36)의 일단부는 컴프레서본체(1)의 토출구(26)에 접속되어 있다. 호스(36)는 하부케이싱(31b)에 일체로 설치한 지지부재(37)에 의하여 지지되고, 이 호스(36)의 타단부는 하부케이싱(31b)의 측벽에 설치된 노즐(38)에 접속되어 있다. 컴프레서본체(1)로부터의 공기는 토출구(26)로부터 호스(36)를 지나서 노즐(38)로부터 케이싱(31)외부에 토출된다.

“39”는 고무제로 이루어지는 다리부이며, 이 다리부(39)는 하부케이싱(31b)에 부착되고, 컴프레서본체(1)의 운전에 의하여 발생하는 진동을 흡수하도록 하고 있다. 또 이 다리부(39)의 상측부분에 있어서, 컴프레서본체(1)를 고정하도록 하여 케이싱(31)내의 소정 위치에 배치시키고 있다.

송풍기(30)에 의하면, 에어탱크부(15)를 일체로 설치한 컴프레서본체(1)의 토출구(26)와 케이싱(31)의 노즐(38)을 호스(36)만으로 접속할 수 있기 때문에 케이싱(31)을 작게, 또한 낮게 할 수 있다. 또 공기의 토출유로를 호스(36)에 의하여 간이하게 구성할 수 있기 때문에 부품수를 적게 할 수 있으며, 또한 조립작업도 매우 용이하다.

이상의 것으로부터 청구항 1에 관련되는 발명에 따르면, 토출공기량을 감소시키는 일 없이 맥동을 효율적으로 억제하는 것이 가능하게 되고, 공기압축기를 구성하는 부품수를 삭감할 수 있는 동시에, 그 조립작업을 단축화할 수 있어서 소형화에도 대응할 수 있다.

청구항 2 또는 3에 관련되는 발명에 따르면, 컴프레서본체에 일체구조의 토출실과 에어탱크부를 설치했기 때문에 탱크용적을 1/2 이하로 소형화해도 공기량을 줄이는 일 없이 맥동을 효과적으로 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 예를 나타낸 전자왕복운동식 컴프레서의 횡단면이고, 도 3의 A-A선단면도.

도 2는 도 1의 개략설명도.

도 3은 본 발명에 있어서의 공기압축기의 한 예를 나타낸 종단면도.

도 4는 본 발명에 있어서의 공기압축기의 케이싱을 단면하고, 컴프레서의 일부를 노치한 단면도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 컴프레서본체 3, 4: 압축실

5: 피스톤(압축체) 8: 연장설치부

11: 토출실 14: 토출구멍

15: 에어탱크부 15a: 내부용적

19: 스프링(복귀수단) 22: 전기자(자성체 또는 영구자석)

23: 고정전자석

Claims (3)

1. 압축체의 왕복운동에 의해 공기를 압축하고 상기 압축체의 왕복주기는 서로 어긋나는 복수의 압축실과, 이 압축실로부터 개폐 가능한 연통구멍을 통해 연결되어 공기를 토출하는 토출실을 상기 압축실의 주위에 동심상으로 갖는 컴프레서본체에 토출공기의 맥동을 억제하는 에어탱크부를 일체로 설치한 것을 특징으로 하는 공기압축기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 토출실과 에어탱크부를 토출구멍을 통하여 연통시키고, 이 에어탱크부는 상기 컴프레서본체를 전방으로 연장설치시켜서 상기 토출실을 일체로 형성한 연장설치부와, 이 연장설치부에 덮개를 씌워서 내부용적을 형성시킨 구성으로 하고 있는 것을 특징으로 하는 공기압축기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 컴프레서본체는 자성체 또는 영구자석을 일체적으로 설치한 압축체와, 상기 자성체 또는 영구자석의 주위에 설치된 고정전자석과, 상기 압축체를 일방향으로 복귀시키는 복귀수단으로 이루어지는 전자왕복운동식 컴프레서인 것을 특징으로 하는 공기압축기.