KR100760451B1

KR100760451B1 - 왕복동식 공기압축기의 오일상승 방지구조

Info

Publication number: KR100760451B1
Application number: KR1020010088796A
Authority: KR
Inventors: 김상진
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2001-12-31
Filing date: 2001-12-31
Publication date: 2007-09-20
Also published as: KR20030058370A

Abstract

본 발명은 피스톤의 왕복운동에 의하여 압축기부 내의 공기를 압축 및 토출하는 왕복동식 공기압축기에 관한 것이다.

본 발명은 피스톤링과 실린더 사이에 플렉시블한 차단막과 이를 수용할 수 있는 요홈을 형성하여 피스톤의 상하 운동시 상기 피스톤링의 윤활을 목적으로 비산된 오일이 피스톤링과 실린더 사이의 틈새를 통하여 상승하는 것을 차단할 수 있다.

상기 차단막은 절연체인 고무재질로 만들어진다.

Description

왕복동식 공기압축기의 오일상승 방지구조{Oil drain stopper for air compressor}

도 1 및 도 2는 종래 왕복동식 공기압축기의 작동상태를 나타낸 단면도

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 공기압축기의 작동상태를 나타낸 단면도

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 피스톤 11 : 상부 피스톤

12 : 하부 피스톤 20 : 압축기부

30 : 크랭크 케이스 40 : 피스톤

41 : 소경부 42 : 대경부

41a : 상부 배출구 41b : 요홈

42a : 하부 배출구 50 : 크랭크 샤프트

60 : 피스톤핀 70 : 크랭크핀

80 : 콘넥팅 로드 90 : 피스톤링

100 : 첵크밸브 110 : 차단막

더욱 상세하게는, 피스톤링과 실린더 사이에 플렉시블한 차단막과 이를 수용할 수 있는 요홈(Chamber)을 형성하여 피스톤의 상하 운동시 상기 피스톤링의 윤활을 목적으로 비산된 오일이 피스톤링과 실린더 사이의 틈새를 통하여 상승하는 것을 차단할 수 있도록 한 왕복동식 공기압축기의 오일상승 방지구조에 관한 것이다.

종래의 피스톤을 가지는 왕복동식 공기압축기는 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이 내경이 다른 한 쌍의 상하부 실린더(11,12)로 구성된 실린더(10)의 상측에 공기를 흡입하여 압축 및 토출하는 압축기부(20)가 설치되어 있고, 실린더의 하부에는 크랭크실(31)이 마련된 크랭크 케이스(30)가 연결 설치되어 있다.

또한, 실린더(10)의 내부에는 상하부의 외경이 다른 피스톤(40)이 내장되어 있고, 크랭크실(31)에는 외부로부터 동력을 전달받아 회전하는 크랭크 샤프트(50)가 설치되어 있으며, 이 크랭크 샤프트와 피스톤이 콘넥팅 로드(80)와 피스톤핀(60) 및 크랭크핀(70)을 통하여 연결되어 있다.

그리고, 하부 실린더(12)와 접하는 피스톤(40)의 대경부(42) 둘레에는 복수개의 피스톤링(90)이 설치되어 있고, 피스톤의 소경부(41) 하단과 대경부(42)의 상면에는 내부와 통하는 상하부 배출구(41a,42a)가 각각 수평 및 경사지게 형성되어 있으며, 이중 상부 배출구(41a)의 내측에는 첵크밸브(100)가 설치되어 있다.

또한, 상기 피스톤링(90)은 크랭크 케이스(30)로부터 비산되는 오일에 의해 하부 실린더(12)와 윤활 작용이 이루어진다.

이와 같은 공기압축기는 크랭크 샤프트(50)의 회전력이 콘넥팅 로드(80)를 통하여 직선운동으로 변환된 다음 피스톤(40)을 상하 운동시키고, 피스톤의 상하 운동에 의해 그 상측의 압축기부(20)에서는 외부로부터 공기를 흡입하여 압축 및 토출시키는 역할을 하는데, 도 1과 같이 피스톤(40)이 상승하면 압축기부(20)에서 흡입된 공기를 압축 및 토출시키며, 도 2와 같이 피스톤이 하강하면 압축기부에는 외부의 공기가 흡입된다.

이때, 피스톤(40)이 도 1과 같이 상승하여 공기를 압축할 때는 피스톤의 하부보다 상측의 압력이 높기 때문에 첵크밸브(100)가 열리면서 상부 배출구(41a)가 개방되어 피스톤 하부의 불필요한 압력상승을 방지해 주지만, 도 2와 같이 피스톤(40)이 하강하여 흡기행정을 진행할 때는 피스톤의 상부보다 하측의 압력이 높기 때문에 피스톤링(90)의 윤활을 목적으로 피스톤의 하측에 위치해 있던 오일이 틈새를 통하여 상승하는 단점이 있었다.

즉, 피스톤(40)과 피스톤링(90), 그리고 실린더(10) 사이에는 다음과 같은 틈새가 존재하는데, 이들 틈새로 오일이 상승하여 낭비되거나, 또는 상승된 오일이 압축공기 중에 일부 포함되어 압축공기와 함께 토출되므로써 오일이 조금이라도 포함된 압축공기를 사용하면 안되는 곳에 쓰여지는 문제점이 있었다.

(1) 피스톤과 실린더 사이의 틈새

(2) 피스톤과 피스톤링 사이의 틈새

(3) 피스톤링과 실린더 사이의 틈새

(4) 피스톤링 절개부(End gap)의 틈새

이러한 문제점은 부품의 가공정도를 극한까지 높인다고 하여도 각각의 틈새를 "0"로 만들 수는 없으므로 오일의 상승문제를 완전히 해결하려면 피스톤의 소경부(41)와 대경부(42) 사이를 완전히 차단하는 수밖에 없다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 그 기술적인 과제는 실린더와 피스톤 및 피스톤링의 가공정도를 극한까지 높인다고 하여도 각 틈새를 "0"로 만들 수는 없다는 점에 착안하여 피스톤의 소경부와 대경부 사이에 별도의 차단막을 설치하므로써 오일의 상승을 완전히 방지할 수 있도록 함에 있다.

상기의 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 상부 실린더의 하단과 피스톤의 소경부 하단 사이에 플렉시블한 차단막을 설치하고, 상부 실린더의 하단에는 상기 차단막이 접혀서 들어갈 수 있는 요홈을 형성하여서 된 것이다.

상기와 같이 된 본 발명은 피스톤의 상하운동을 통해 공기를 압축 및 토출하고, 크랭크 케이스에서 비산되는 오일에 의해 피스톤링과 실린더 사이의 윤활을 유지하면서 상기 차단막이 피스톤의 소경부와 대경부(상부와 하부) 사이를 차단하게 되어 오일의 상승을 방지하게 된다.

상기 차단막은 절연체(Isolator)인 고무재질을 도우넛 형상으로 형성하여서 된다.

본 발명에 의하면, 피스톤의 상하 작동시 오일이 상승하지 않게 되어 오일의 불필요한 소모 내지는 압축공기 중에 포함되어 토출되지 않는다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 공기압축기의 작동상태를 나타낸 단면도이다.

도시한 바와 같이 본 발명은 내경이 다른 상하부 실린더(11,12)로 구성된 실린더(10)와, 상기 실린더의 상측에 설치되어 흡입된 공기를 압축 및 토출하는 압축기부(20)와, 상기 실린더의 하부에 연결 설치되며 크랭크실(31)을 구비하는 크랭크 케이스(30)와, 상기 실린더(10)에 내장되며 상측의 소경부(41)에는 첵크밸브(100)에 의해 개폐되는 상부 배출구(41a)가 구비되고 하측의 대경부(42)에는 경사진 하부 배출구(42a) 및 그 주연으로 복수개의 피스톤링(90)을 구비하는 피스톤(40)과, 상기 피스톤(40)과 크랭크실(31)의 크랭크 샤프트(50)가 피스톤핀(60)과 크랭크핀(70) 및 콘넥팅 로드(80)로 연결된 공기압축기에 있어서,

상기 상부 실린더(11)의 하단과 피스톤(40)의 소경부(41) 하단 사이에 플렉시블한 차단막(110)을 설치하고, 상부 실린더(41)의 하단에는 상기 차단막이 접혀서 들어갈 수 있게 요홈(41b)을 일체로 형성하여서 된 것이다.

차단막(110)은 절연체(Isolator)인 박판을 도우넛 형상으로 형성하여 만들어지는데, 바깥쪽(상단)은 상부 실린더(41)의 하단에 붙고, 안쪽(하단)은 피스톤(40) 의 소경부(41) 하단에 붙는다.

상기 절연체인 차단막(110)은 플렉시블하면서 기밀성이 뛰어난 고무판이 주로 사용된다.

요홈(41b)은 상부 실린더(11)의 하단부 내측 주연에 차단막(110)을 충분히 수용할 수 있는 크기로 형성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 외부로부터 동력을 전달받아 크랭크 샤프트(50)가 회전하면, 이 회전력이 콘넥팅 로드(80)를 통하여 직선운동으로 변환된 다음, 피스톤(40)을 상하 운동시킨다.

피스톤(40)이 상하 운동을 하면, 그 상측의 압축기부(20)는 외부로부터 흡입된 공기를 압축 및 토출시킨다.

좀더 구체적으로 설명하면, 도 3과 같이 피스톤(40)이 상승하면 압축기부(20)에서 흡입된 공기를 압축 및 토출시키며, 도 4와 같이 피스톤이 하강하면 압축기부에는 외부의 공기가 흡입된다.

도 3과 같이 피스톤(40)이 상승하여 공기를 압축할 때는 피스톤의 하부보다 상측의 압력이 높기 때문에 첵크밸브(100)가 열리면서 상부 배출구(41a)를 개방하여 피스톤 하부의 압력상승을 방지해 주고, 도 4와 같이 피스톤(40)이 하강하여 흡기행정을 진행할 때는 피스톤의 상부보다 하측의 압력이 높아지게 된다.

본 발명은 상기와 같이 피스톤(40)이 상승하여 공기를 압축할 때, 피스톤 상 부의 압축된 공기가 소경부(41)와 상부 실린더(11) 사이를 빠져나와 차단막(110)의 안쪽 압력을 상승시키기 때문에 차단막(110)이 자연히 접혀지고, 접혀진 차단막(110)은 바깥쪽으로 밀리면서 상부 실린더(11)의 요홈(41b)으로 삽입된다.

차단막(110)이 요홈(41b)으로 삽입될 때는 요홈 내에 있던 공기가 하부 배출구(42a)를 통하여 빠져 나오기 때문에 요홈 내의 불필요한 압력상승이 방지된다.

또한, 상기 하부 배출구(42a)는 차단막(110)의 안쪽보다 바깥쪽의 압력을 낮게 유지시켜 주는 역할을 하는데, 이 하부 배출구는 피스톤링(90)을 따라 상승된 오일을 피스톤 아래쪽으로 리턴(Return)시키는 역할도 한다.

피스톤(40)이 하강하면, 피스톤 상부(소경부)의 압력이 떨어지고, 차단막 안쪽의 압력도 떨어진다.

그리고, 차단막(110) 안쪽의 압력이 크랭크 케이스(30)의 내부압력보다 낮아지면, 첵크밸브(100)가 다시 상부 배출구(41a)를 차단하여 크랭크 케이스(30) 내부의 오일이 상부 배출구를 통해 유입되는 것을 방지한다.

작동중, 피스톤링(90)의 윤활은 종래와 마찬가지로 크랭크 케이스(30)에서 비산되는 오일에 의해 이루어진다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 차단막을 통하여 피스톤의 상부(소경부)와 하부(대경부)를 차단시킨 상태에서 작동하므로 피스톤 하부의 오일이 상부로 상승하는 것을 완전히 방지할 수 있다.

따라서, 오일의 낭비를 방지하고, 특히 토출되는 압축공기 속에 오일이 조금 이라도 포함되면 안되는 곳에 활용할 수 있다.

Claims

내경이 다른 상하부 실린더(11,12)로 구성된 실린더(10)와, 상기 실린더의 상측에 설치되어 흡입된 공기를 압축 및 토출하는 압축기부(20)와, 상기 실린더의 하부에 연결 설치되며 크랭크실(31)을 구비하는 크랭크 케이스(30)와, 상기 실린더(10)에 내장되며 상측의 소경부(41)에는 첵크밸브(100)에 의해 개폐되는 상부 배출구(41a)가 구비되고 하측의 대경부(42)에는 경사진 하부 배출구(42a) 및 그 주연으로 복수개의 피스톤링(90)을 구비하는 피스톤(40)과, 상기 피스톤(40)과 크랭크실(31)의 크랭크 샤프트(50)가 피스톤핀(60)과 크랭크핀(70) 및 콘넥팅 로드(80)로 연결된 공기압축기에 있어서,

상기 상부 실린더(11)의 하단과 피스톤(40)의 소경부(41) 하단 사이에 플렉시블한 차단막(110)을 설치하고, 상부 실린더(41)의 하단에는 상기 차단막이 접혀서 들어갈 수 있게 요홈(41b)을 일체로 형성하여서 됨을 특징으로 하는 왕복동식 공기압축기의 오일상승 방지구조.
제 1항에 있어서, 상기 차단막(110)은 절연체인 고무재질로 형성된 것을 특징으로 하는 왕복동식 공기압축기의 오일상승 방지구조.