KR100692240B1 - 2단 펌프식 공기압축기의 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 높은 압력을 사용하는 2단 압축식 공기압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 1차 제어인 설정압력에 따른 모터의 정지 및 기동은 2단 배기 압력에 의해 이루어지는 반면, 2차 제어인 언로드장치의 가동은 1단 배기과정에서 유도, 저장시킨 낮은 압력(약 3㎏/㎠)에 의해 이루어짐으로써 작동이 매우 부드럽고 안전함은 물론 상기 언로드장치 및 이와 관련된 부품의 수명과 성능이 획기적으로 연장될 수 있도록 하는 2단 압축식 공기압축기의 제어장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 에어탱크에 설치된 압력스위치의 설정압력에 따라 자동으로 모터를 정지하거나 기동하며, 상기 모터의 기동시 걸리는 기동부하를 언로드장치를 이용하여 경감시키는 제어장치에 있어서,

상기 언로드장치의 가동을 1단 배기밸브에서 유도한 낮은 압력을 이용하는 것을 기술적인 특징으로 한다.

Description

2단 펌프식 공기압축기의 제어장치{Control device of air compressor for 2-stage pump}

도 1은 본 발명이 적용된 공기압축기의 사시도

도 2는 본 발명의 설치상태 정면도

도 3은 본 발명의 설치상태 평면도

도 4는 본 발명의 설치상태 측면도

도 5는 본 발명 솔레노이드 밸브의 사시도

도 6은 본 발명의 압력분출구에 플러그가 결합되는 상태의 확대 단면도

도 7은 본 발명 제어용 압력탱크의 설치상태 확대도

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

2: 에어탱크 4: 모터

10: 제어용 압력탱크 11: 제어압 유도관

20: 솔레노이드 밸브 21: 제어압 공급관

23: 압력분출구 30: 역류방지밸브

40: 플러그 41: 분출공

본 발명은 높은 압력을 사용하는 2단 압축식 공기압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 1차 제어인 설정압력에 따른 모터의 정지 및 기동은 2단 배기 압력에 의해 이루어지는 반면, 2차 제어인 언로드장치의 가동은 1단 배기과정에서 유도, 저장시킨 낮은 압력(약 3㎏/㎠)에 의해 이루어짐으로써 작동이 매우 부드럽고 안전함은 물론 상기 언로드장치 및 이와 관련된 부품의 수명과 성능이 획기적으로 연장될 수 있도록 하는 2단 압축식 공기압축기의 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 공기압축기(Air compressor)라 함은 압축실린더의 내부에서 피스톤의 왕복운동에 의해 공기를 일정한 공간에 압축하여 보관하면서 필요할 때 마다 공기를 토출시키는 것으로, 상기 공기압축기(1)는 도 1과 같이 압축공기를 저장할 수 있도록 하는 에어탱크(2)가 구비되고 상기 에어탱크(2)의 상부에는 압축펌프(3)가 설치되며 압축펌프(3)의 타측에는 구동 동력을 제공하기 위한 모터(4)가 설치되는 구성으로 이루어진다.

이때 상기 공기압축기는 압축방식에 따라 1단 압축 또는 2단 압축으로 양분되며, 특히 10㎏/㎠ 이상의 압력을 생성할 경우에는 2단 압축방식에 의해 가능하다.

상기 2단 압축식 공기압축기는 도 1과 같이 병립형 실린더의 내부에 각각 1단, 2단 피스톤이 설치됨에 따라 우선적으로 1단 흡입구(5)를 통해 외부공기를 흡입하여 1차 압축한 후 1단 배기구(6)를 경유하여 2단 흡입구(7)로 공급하며, 상기 1단 압축된 공기를 2차 압축하여 2단 배기구(8)를 통해 에어탱크(2)로 유입시키게 된다.

이때 상기 1단 배기구(6)와 2단 흡입구(7) 및 상기 2단 배기구(8)와 에어탱크(2)는 각각 압축관(9)으로 연결됨으로써 연통된 상태를 이룬다.

이러한 공기압축기는 상기 에어탱크(2)에 필요한 압력이 저장되면 공기압축기의 구동 동력인 모터(4)를 자동으로 정지시키거나 또는 압축 공기가 더 이상 발생되지 않도록 하는 제어장치가 필수적으로 요구된다.

상기한 종래의 제어장치는 통상 에어탱크(2)에 설치된 압력스위치의 설정압력에 의해 자동으로 정지를 이루는 1차 제어와, 상기 에어탱크(2)에 저장된 에어를 사용함에 따라 이를 충진시키기 위해 모터를 기동시키는 과정에서 기계적으로 흡입밸브를 눌러 무부하 상태(공회전 상태)로 운전하도록 하는 2차 제어로 이루어진다.

즉 상기 2차 제어는 솔레노이드 밸브가 1차 제어인 압력스위치의 지시를 받아 상기 에어탱크(2)에 저장된 압력을 유도하여 실린더헤드(3a)의 내부에 설치된 언로드장치의 실린더에 압력을 공급하면 언로드실린더 내의 언로드피스톤은 압축펌프의 흡입밸브를 눌러 기계적으로 부하가 걸리지 않도록 함으로써 공기압축기의 모터가 기동할 때마다 기동부하 전류를 감소시켜 전기적으로 안전하게 모터가 기동할 수 있는 것이었다.

그러나, 통상 10㎏/㎠ 이하의 압력을 사용하는 1단 압축식 공기압축기의 경우에는 상기한 1, 2차 제어를 동일한 압력(에어탱크의 압력)을 사용하더라도 이를 만족할 수 있는 부품이 개발 및 원활하게 공급되고 있는 반면, 2단 압축식 공기압축기의 경우에는 높은 압력과 압력의 제어범위가 넓어져서 상기한 1, 2차 제어를 동일한 압력(에어탱크의 압력)으로 실행할 수 없는 것이었다.

더욱이 상기 2차 제어를 동일한 압력을 사용할 경우 매우 강력한 압력에 의해 언로딩장치를 가동함에 따라 작동이 부드럽지 못할 뿐만 아니라 부품의 파손 및 이로 인한 안전사고의 발생, 제품의 성능과 수명이 저하되는 문제점이 야기되는 것이었다.

따라서 종전까지는 역류방지밸브를 이용하여 에어탱크(2)와 공기압축기 헤드 사이의 배기관 압력을 차단하고, 이 배기관 내의 압력을 제거하는 장치를 사용하고 있는 실정이나, 이와 같은 제어방식은 무부하 시간이 매우 짧아서 모터의 충분한 전기적 안전을 보장하지 못하므로 궁극적으로 최대 부하값을 낮추어야 하며, 이로 인해 정지 압력이나 또는 압축공기의 생산량을 다소 줄여서 사용하여야만 하는 것이었다.

또한, 상기의 경우 역류방지밸브 및 관형 코일은 전량 수입에 의존함에 따라 제조원가의 상승을 초래하며, 특히 상기 부품의 파손시 이를 즉각적으로 수리하거나 공급할 수 없어 유지 및 사후관리에 어려움이 가중되고 있는 것이었다.

본 발명은 상기한 문제점을 적극적으로 해소하기 위한 것으로, 생산 압력이 20㎏/㎠ 이상인 2단 압축식 공기압축기의 경우, 오히려 종래의 1단 압축식 공기압축기에서 보다 더욱 자연스럽게 언로드장치를 가동할 수 있도록 함을 발명의 주된 목적으로 하는 것이다.

소기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 1차 제어인 모터의 정지 및 기동은 2단 압축 압력(에어탱크의 압력)에서 이루어지도록 하고, 2차 제어인 언로드장치의 작동은 1단 배기시 발생되는 부드럽고 안전한 낮은 압력(약 3㎏/㎠)을 유도하여 사용할 수 있도록 하는 기술을 강구한다.

본 발명의 목적을 효과적으로 달성하기 위한 바람직한 실시 예의 구성에 대해 설명하기로 한다.

본 발명은 10㎏/㎠ 이상의 압력을 사용하는 2단 압축식 공기압축기의 제어장치에 있어서, 2단 압축 압력(에어탱크에 저장된 압력)을 이용하여 공기압축기를 제어하는 종래의 관행적인 방법을 탈피하여 모터의 정지와 기동은 기존의 2단 압축 압력을 사용하며, 언로드장치를 가동하여 부하를 경감시키는 공회전 제어는 1단 배기 압력을 사용하여 보다 안전하고 저렴한 비용으로 2단 공기압축기를 제어할 수 있음을 발명의 특징적인 요지로 한다.

상기한 특징적인 요지를 달성하기 위한 본 발명의 전체적인 구성은 도 1과 같이 에어탱크(2)에 설치된 압력스위치의 설정압력에 따라 모터(4)를 자동으로 정지하거나 기동하며, 상기 모터(4)의 기동시 걸리는 기동부하를 실린더헤드(3a)의 내부에 설치된 언로드장치를 이용하여 경감시키는 제어장치에 있어서,

상기 언로드장치의 가동을 1단 배기구(6)에서 유도한 낮은 압력을 이용하는 기술적인 구성을 갖는다.

여기에서 상기 1단 배기구(6)에서 발생되는 1단 제어 압력을 사용하는 이유는 상기 1단 압력의 경우, 1단 압축과 2단 압축비에 의한 압력만을 발생함으로써 그 압력이 통상 3㎏/㎠ 인 낮은 압력이기 때문이다.

따라서 매우 안전하고 부드러울 뿐만 아니라 1단 공기압축기의 제어에 사용하는 일반적인 관형코일(1 ~ 10㎏/㎠의 사용범위)을 사용하여도 그 역량이 70%나 남기 때문에 상기 관형코일의 수명을 연장시킴은 물론 흡입밸브를 눌러 줄 때 저속 저충격으로 제어를 하여 이에 관련한 부품의 안전 및 수명을 연장하는 유용한 효과를 제공함으로써 상기 1단 배기구(6)에서 발생되는 1단 압력을 본 발명에 적용하게 된다.

이를 가능하게 하는 구체적인 기술구성은, 상기 1단 배기구(6)에서 발생되는 압력을 외부로 인출할 수 있도록 1단 배기구(6)에는 제어압 유도관(11)의 일측이 결합되고, 상기 제어압 유도관(11)의 타측은 별도의 제어용 압력탱크(10)에 일체로 연결되며, 상기 제어용 압력탱크(10)는 일측에 부착된 연결부재(12)를 이용하여 압축펌프(3)가 입설된 펌프고정판(3b)에 설치된다.

따라서 모터(4)의 가동시 발생되는 1단 배기 압력은 2단 흡입구(7)로 공급됨과 동시에 일부의 압력이 상기 제어압 유도관(11)을 통해 별도의 제어용 압력탱크(10)로 유도, 저장됨으로써 상기 제어용 압력탱크(10)에 저장된 낮은 압력을 이용하여 언로드장치를 가동할 수 있게 된다.

즉 상기 제어용 압력탱크(10)는 솔레노이드 밸브(20)를 매개로 제어압 공급관(21)의 일측과 연결되고, 상기 제어압 공급관(21)의 타측은 실린더헤드(3a)에 설치된 언로더(22)에 연결되며, 상기 언로더(22)는 실린더헤드(3a)의 내부에 설치되는 언로드장치에 압력을 공급하게 된다.

따라서 에어탱크(2)의 압력이 압력스위치의 설정압력에 도달하여 모터(4)가 자동으로 정지하면 이와 동시에 솔레노이드 밸브(20)가 자동으로 개방됨으로써 제어용 압력탱크(10)에 저장된 압력은 제어압 유도관(11)을 통해 언로드장치로 공급된 후 언로드장치를 가동하여 1, 2단 흡입밸브를 강제적으로 눌러주게 된다.

상기 흡입밸브의 강제적인 개방으로 인해 모터(4)가 기동하여 피스톤이 작동하더라도 압축작용을 하지 못하는 무부하 상태를 유지하여 기동부하 전류를 감소시켜 전기적으로 안전하게 모터(4)가 기동할 수 있게 된다.

한편, 상기 제어용 압력탱크(10)에 저장되는 1단 배기 압력은 제어의 목적 이외에는 역류되지 않도록 제어압 유도관(11)의 소정위치에 역류방지밸브(30)가 추가로 설치된다.

여기에서 상기 역류방지밸브(30)를 설치하는 이유는 공기압축기가 어떠한 이유로든 가동이 중단되면 상기 제어용 압력탱크(10)에 저장되는 압력은 순식간에 사라지기 때문이다.

이유인즉, 2단 압축식 공기압축기에 있어서 1단 배기 압력의 발생과 동시에 이 1단 배기 압력으로 2단 흡입이 이루어질 때 공기압축기는 전원이 끊기더라도 회전력의 관성에 의해 수차례 회전하는 동안 1, 2단 흡입밸브는 언로드장치에 의해 이미 눌려져 있는 상태에서 1단 배기구(6) 및 2단 배기구(8)는 정상적으로 작동함으로써 상기 제어용 압력탱크(10)에 저장된 압력은 2단 피스톤의 하강으로 인하여 2단 흡입구(7)를 통하여 2단 압력 배기 상태로 된다.

더욱이 관성에 의한 회전은 흡입, 압축을 2~3회 반복함으로써 상기 제어용 압력탱크(10)에 저장된 압력은 순식간에 사라진다.

따라서 이를 방지하기 위한 목적으로 상기 제어압 유도관(11)의 소정 위치에 역류방지밸브(30)가 설치되어야만 한다.

상기 제어용 압력탱크(10)에 저장된 압력이 선택적으로 제어압 공급관(21)으로 전달되도록 단속하는 역할을 하는 솔레노이드 밸브(20)는 도 5 내지 도 6과 같이 3way형으로 구성되는 것으로, 제어용 압력탱크(10) 및 제어압 공급관(21)과 일체로 연통 결합됨과 동시에 일측에는 모터(4)의 정상적인 가동시 무부하 상태를 해제할 수 있도록 제어압 공급관(21)에 잔재하는 압력을 외부로 강제 배출하기 위한 압력분출구(23)가 형성된다.

그리고 상기 압력분출구(23)에는 솔레노이드 밸브(20)의 개방시 제어용 압력탱크(10)에 저장된 압력이 압력분출구(23)를 통해 순식간에 외부로 방출됨을 방지하도록 작은 분출공(41)을 갖는 플러그(40)가 일체로 결합된다.

따라서 상기 솔레노이드 밸브(20)의 개방시 제어용 압력탱크(10)의 압력은 외부로 순식간에 방출되지 않고 상기 분출공(41)을 통해 서서히 방출됨으로써 압력의 해제를 지연시켜 모터(4)가 무부하 상태에서 충분하게 기동할 수 있게 된다.

또한, 상기 기동이 완료되어 모터(4)가 완전한 운정상태를 이루면 상기 제어압 공급관(21)에 잔류하던 압력은 상기 분출공(41)을 통해 외부로 완전하게 방출된 상태이므로 언로드장치의 가동을 중단함으로써 압축공기를 원활하게 생산할 수 있게 된다.

이러한 상기 플러그(40)는 모터(4)가 충분하게 기동할 수 있도록 언로드장치 를 가동하는 제어 압력을 일정시간 지속하도록 지연시키는 역할을 기계적으로 수행함으로써 전기적으로 이용하는 타이머에 비해 훨씬 견고하고 정확한 제어를 보장하며, 파손의 우려가 없게 된다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 의한 공기압축기의 제어과정에 대해 설명하기로 한다.

우선적으로 공기압축기(1)의 정상적인 가동시 1단 배기구(6)에서 발생되는 1단 배기압력은 제어압 유도관(11)을 통해 별도의 제어용 저장탱크(10)에 유도, 저장될 수 있게 된다.

다음으로 공기압축기(1)에 설치된 압력스위치가 에어탱크(2)에 저장되는 설정압력을 감지하면 모터(4)가 정지함과 동시에 상기 솔레노이드 밸브(20)가 순간적으로 개방되면서 제어압 공급관(21)으로 저장된 압력이 전달되며, 상기 압력은 실린더헤드(3a)에 설치된 언로더(22)로 공급되어 실린더헤드(3a) 내부의 언로드장치를 가동함으로써 무부하 상태를 이루게 된다.

이러한 상태에서 압축공기를 생성하기 위해 모터(4)가 기동하더라도 상기 무부한 상태는 지속되며, 상기 솔레노이드 밸브(20)는 밀폐된 상태를 이룬다.

따라서, 기동과정에서 무부하 상태를 이루어 기동전류를 감소시킴은 물론 기동이 완료된 후에는 상기 제어압 공급관(21)에 잔류하던 압력은 플러그(40)의 분출공(41)을 통해 외부로 완전하게 방출됨으로써 무부하 상태가 자연적으로 해제되어 압축공기의 생성이 가능하게 된다.

이러한 본 발명은 상기 1단 배기구(6)에서 발생되는 1단 배기 압력을 유도하 여 이를 공회전 제어의 목적으로 사용함을 핵심사안으로 하는바 상기 핵심적인 기술구성을 포함하는 것이라면 본 발명의 범주를 벗어날 수 없게 된다.

본 발명은 공기압축기의 1차 제어인 모터의 정지 및 기동은 2단 배기 압력에 의해 이루어지는 한편, 2차 제어인 언로드장치(공회전)의 가동은 1단 배기과정에서 별도의 제어용 압력탱크로 유도, 저장시킨 낮은 압력(약 3㎏/㎠)에 의해 이루어짐으로써 종래의 2단 압축식 공기압축기에 비해 훨씬 부드럽고 원활한 작동 및 안전성을 보장한다.

더욱이 작동의 원활함으로 인해 상기 언로드 장치 및 이와 관련된 부품의 수명과 성능이 획기적으로 향상됨은 물론 제작에 따른 코스트가 적어 경제성이 뛰어나며, 유지,보수에 따른 사후관리가 매우 용이한 효과를 제공한다.

Claims (4)

1. 에어탱크(2)에 설치된 압력스위치의 설정압력에 따라 자동으로 모터(4)를 정지하거나 기동하며, 상기 모터(4)의 기동시 걸리는 기동부하를 실린더헤드(3a)의 내부에 설치된 언로드장치를 이용하여 경감시키는 제어장치에 있어서,

   상기 언로드장치의 가동을 1단 배기구(6)에서 유도한 낮은 압력을 이용하되 상기 1단 배기구(6)에서 발생하는 압력은 제어압 유도관(11)을 통해 별도의 제어용 압력탱크(10)로 유도, 저장되고,

   상기 제어용 압력탱크(10)에 저장된 제어압력은 모터(4)가 정지함과 동시에 솔레노이드 밸브(20)의 개방시 제어압 공급관(21)을 통해 실린더헤드(3a)에 설치된 언로더(22)로 전달되어 언로드장치를 가동하며,

   상기 제어압 유도관(11)에는 제어용 압력탱크(10)에 저장되는 압력의 역류를 방지하는 역류방지밸브(30)가 설치된 것을 특징으로 하는 2단 펌프식 공기압축기의 제어장치.
2. 에어탱크(2)에 설치된 압력스위치의 설정압력에 따라 자동으로 모터(4)를 정지하거나 기동하며, 상기 모터(4)의 기동시 걸리는 기동부하를 실린더헤드(3a)의 내부에 설치된 언로드장치를 이용하여 경감시키는 제어장치에 있어서,

   상기 언로드장치의 가동을 1단 배기구(6)에서 유도한 낮은 압력을 이용하되 상기 1단 배기구(6)에서 발생하는 압력은 제어압 유도관(11)을 통해 별도의 제어용 압력탱크(10)로 유도, 저장되고,

   상기 제어용 압력탱크(10)에 저장된 제어압력은 모터(4)가 정지함과 동시에 솔레노이드 밸브(20)의 개방시 제어압 공급관(21)을 통해 실린더헤드(3a)에 설치된 언로더(22)로 전달되어 언로드장치를 가동하며,

   상기 솔레노이드 밸브(20)는 제어용 압력탱크(10) 및 제어압 공급관(21)과 연통 결합됨과 동시에 일측에 압력분출구(23)를 형성하는 3way형으로 구성되는 한편,

   상기 압력분출구(23)에는 솔레노이드 밸브(20)의 개방시 제어용 압력탱크(10)에 저장된 압력이 압력분출구(23)를 통해 급격하게 방출됨을 방지하도록 작은 분출공(41)을 갖는 플러그(40)가 결합되어 압력의 해제를 지연시켜 모터(4)가 무부하 상태에서 충분하게 기동할 수 있는 것을 특징으로 하는 2단 펌프식 공기압축기의 제어장치.
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