KR101244307B1 - 오토-셀프 기체 증압 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오토-셀프 기체 증압 장치에 관한 것으로, 그 목적은 저압 용기의 기체를 보다 높은 압력으로 압축하여 고압 용기로 배출함에 있어서, 별도의 엑추에이터를 사용하지 않고 저압 용기로부터 유입되는 저압 기체에 의해 스스로 구동하도록 한 오토-셀프 기체 증압 장치를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 저압 용기(10) 내에 저장된 기체를 제공받아 보다 높은 압력으로 압축한 뒤, 고압 용기(20)로 배출하는 장치로서, 엑추에이터를 사용하지 않고 압력판(140)의 전면(140a)과 후면(140b)의 압력차에 의하여 압력판(140)이 스스로 이동하면서 제2 벨로우즈(160)를 수축시켜 기체의 압축이 이루어지도록 한 오토-셀프 기체 증압 장치를 제공한다.

Description

오토-셀프 기체 증압 장치{Auto-self air compressor}

본 발명은 저압 용기의 기체를 보다 높은 압력으로 압축하여 고압 용기로 배출하는 기체 증압 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별도의 엑추에이터를 이용하지 않고 저압 용기로부터 유입되는 기체의 압력을 이용하여 압력판을 이동시키며 기체를 보다 높은 압력으로 압축한 뒤 고압 용기로 배출하는 오토-셀프 기체 증압 장치에 관한 것이다.

화석연료의 고갈 문제가 심화됨에 따라 대체에너지자원의 개발을 위한 많은 연구가 이루어지고 있으며, 이와 더불어 대체에너지자원으로부터 얻어지는 에너지를 보다 효과적으로 저장할 수 있도록 하는 에너지 저장기술에 대한 연구도 활발하게 이루어지고 있다.

한편, 에너지 저장기술로는 대체에너지자원으로부터 얻어지는 에너지를 이용하여 전기를 생산 및 저장하는 방식이 주로 사용되어 왔으나, 이러한 방식은 불규칙한 대체에너지자원의 특성 상 에너지의 저장에 효과적이지 못한 문제가 있다.

이에 따라 대체에너지자원으로부터 얻어지는 에너지로 공기를 압축 저장하여 필요시 압축된 공기를 전기로 전환하여 사용할 수 있도록 하는 기술에 대한 관심이 증대되고 있다.

한편, 종래의 기체 압축기는 피스톤이나 베인을 이용한 방식으로, 기기의 원활한 구동 및 기밀의 유지를 위하여 오일이 사용되며, 이러한 오일의 사용으로 인하여 기체 중에 오일 또는 기타 이물질 성분이 함유됨으로써, 기체의 청정도가 떨어지는 것은 물론이고, 기체의 압축으로 인하여 고온, 고압의 분위기가 형성되는 경우, 폭발의 위험까지 있다.

이에 반하여, 벨로우즈를 이용하여 구성되는 기체 압축기는 기체의 압축을 위한 벨로우즈의 작동시 부품 간에 마찰되는 부분이 없으며, 또한 특별히 기밀이 요구되는 부분이 존재하지 않으므로 오일의 사용이 요구되지 않는다. 따라서 벨로우즈를 이용하여 구성되는 기체 압축기는 압축되는 기체의 높은 청정도를 유지할 수 있으며, 공기의 압축으로 인해 형성되는 고온 고압의 분위기에서도 오일 등과 같은 불순 성분의 연소에 의한 폭발의 위험이 없는 이점이 있다.

한편, 기체 압축기에 사용되는 벨로우즈는 기체의 압축시 벨로우즈가 원활하게 수축할 수 있도록 박판형의 원반 코어들을 서로 결합시킨 것으로 구성되며, 이처럼 박판의 원반 코어로 구성되는 벨로우즈를 이용하여 기체를 압축하기 위해서는 별도의 엑추에이어를 이용하여 벨로우즈를 반복적으로 수축 및 신장시켜야만 하므로, 관련 설비의 구조가 복잡해지고, 엑추에이터의 구동을 위한 에너지 소모가 요구되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 저압 용기의 기체를 보다 높은 압력으로 압축하여 고압 용기로 배출함에 있어서, 별도의 엑추에이터를 사용하지 않고 저압 용기로부터 유입되는 기체에 의해 스스로 구동하도록 한 오토-셀프 기체 증압 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 압축되는 기체의 압력에 의한 벨로우즈의 손상을 효과적으로 방지할 수 있는 오토-셀프 기체 증압 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 벨로우즈 내에 잔류하는 압축 기체에 의한 에너지 손실을 줄일 수 있는 오토-셀프 기체 증압 장치를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 저압 용기와 연결되어 저압 용기의 기체가 유입되는 유입구와, 고압 용기와 연결되어 압축된 기체를 고압 용기로 배출하는 배출구가 구비된 케이스; 상기 유입구에 설치되어 저압 용기의 기체가 유입구를 통하여 케이스의 내부로 유입되는 것은 허용하되, 케이스 내부의 기체가 저압 용기로 역류하는 것을 억제하는 제1 체크밸브; 상기 배출구에 설치되어 케이스 내의 기체가 고압 용기로 배출되는 것은 허용하되, 고압 용기의 고압 기체가 케이스의 내부로 역류하는 것을 억제하는 제2 체크밸브; 상기 케이스의 내부에 배치되어 유입구 또는 배출구에 근접하는 방향으로 이동하며, 기체의 유동을 위한 제1 유동구가 형성된 압력판; 상기 압력판에 일측단이 연결되고, 타측단이 케이스의 후방 측벽에 연결되게 설치되어 케이스의 내부 공간을 동력 유도실과 압력실로 구분하는 제1 벨로우즈; 상기 동력 유도실의 내부에서 일측단이 압력판에 연결되고, 타측단이 케이스의 후방 측벽에 연결되게 설치되어 압력판의 이동에 의해 수축되면서 기체를 압축하여 배출구를 통해 고압 용기로 배출시키는 제2 벨로우즈; 상기 제1 유동구에 설치되어 압력실의 기체가 압축실로 유동하는 제2 외측 보강부재 허용하되, 압축실의 기체가 압력실로 유동하는 것은 억제하는 제3 체크밸브; 상기 동력 유도실의 내부 기체를 외부로 배출시키기 위한 제1 유로와, 압력실의 기체가 동력 유도실로 유입되게 하는 제2 유로를 형성하도록 케이스에 설치되는 유로블록; 상기 압력판의 전면과 후면에 작용하는 압력차에 의하여 압력판이 제1,2 벨로우즈를 신장시키는 방향으로 이동하는 과정에서 제1 유로는 개방하고 제2 유로는 차단하여 동력 유도실의 내부 기체가 압력실 보다 압력이 낮은 외부로 배출되게 함으로써 압력판이 제1,2 벨로우즈를 수축시키는 방향으로 이동하도록 하거나, 압력판이 제1,2 벨로우즈를 수축시키는 방향으로 이동하는 과정에서 제1 유로는 차단하고 제2 유로는 개방하여 압력실의 기체가 동력 유도실로 유입되게 함으로써 압축실과 동력 유도실에 형성된 압력에 의하여 압력판이 제1,2 벨로우즈를 신장시키는 방향으로 이동하도록 압력판과 연결되어 작동하는 밸브유닛으로 구성된 오토-셀프 기체 증압 장치를 제공한다.

또한 본 발명은, 상기 유로블록은, 동력 유도실로 기체의 유출입이 가능하게 하는 제2 유동구와, 상기 압력실로 기체의 유출입이 가능하게 하는 제3 유동구와, 상기 제2 유동구 및 제3 유동구와 연결되는 연결챔버를 형성하는 블록 케이스와, 상기 연결챔버로 기체의 유출입이 가능하도록 블록 케이스에 형성된 제4 유동구로 구성되며,

상기 밸브유닛은, 연결챔버 내에서 중앙부가 회전가능하게 설치된 레버와, 상기 레버의 회전에 의해 제3 유동구를 개폐하도록 레버의 일측단에 설치된 제1 밸브와, 상기 제1 밸브에 의한 제3 유동구의 폐쇄시 제4 유동구를 개방하여 제1 유로의 개방이 이루어지도록 하며 제1 밸브에 의한 제3 유동구의 개방시 제4 유동구를 폐쇄하여 제2 유로의 개방이 이루어지도록 레버의 타측단에 설치된 제2 밸브와, 상기 레버와 압력판을 연결하여 압력판의 이동에 의하여 레버의 회전이 이루어지도록 하는 연결로드로 구성된 오토-셀프 기체 증압 장치를 제공한다.

또한 본 발명은, 상기 밸브유닛이, 상기 레버의 일측단과 인접한 곳에 위치하도록 블록 케이스 힌지 결합되어 힌지를 중심으로 회전 가능한 구조를 갖는 스프링 지지부재; 및 상기 스프링 지지부재에 설치되며, 레버의 일측단과 연결되어 제1 유로 또는 제2 유로의 개방을 위한 레버의 회전을 돕는 토글 스프링을 더 포함하는 오토-셀브 기체 증압 장치를 제공한다.

또한 본 발명은, 상기 제2 벨로우즈에 형성된 주름의 내측홈에 삽입되며, 제2 벨로우즈의 원주를 따라 연장되는 링형의 구조를 갖는 다수개의 제1 내부 충진부재; 상기 제2 벨로우즈에 형성된 주름의 외측홈에 삽입되며, 제2 벨로우즈의 원주를 따라 연장되는 링형의 구조를 갖는 다수개의 제1 외부 충진부재; 및 상기 제1 내부 충진부재 및 제1 외부 충진부재의 삽입으로 인하여 증가된 압축실의 용적만큼 압축실의 용적을 감소시키도록 제2 벨로우즈의 내부에 설치된 제1 충진블록을 더 포함하는 오토-셀프 기체 증압 장치를 제공한다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 저압 용기로부터 압력실로 유입되는 기체의 압력에 의하여 압력판의 전면에 가해지는 힘과, 동력 유도실 및 압축실에 유입된 기체의 압력에 의하여 압력판의 후면에 가해지는 힘과, 제1,2 벨로우즈에 의하여 압력판의 후면에 가해지는 반발력에 의하여 압력판이 스스로 이동하는 방식으로, 별도의 엑추에이터를 사용하지 않고도 저압의 기체를 보다 높은 압력으로 압축할 수 있는 효과가 있다.

이처럼 엑추에이터의 사용이 요구되지 않으므로, 관련 설비 구조를 단순화하고, 유지 보수의 편의성을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 제2 벨로우즈의 내부에 공극이 발생하는 것을 최소화함으로써, 공극 내에 잔류한 압축 기체에 의한 에너지 손실을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 기체 증압 장치의 구조를 보인 단면도,
도 2 는 본 발명에 따른 유로블록 및 밸브유닛의 구조를 보인 상세도,
도 3 은 본 발명에 따른 연결로드의 구조를 보인 상세도,
도 4 는 제1,2 벨로우즈의 내부에 공극이 발생하는 것을 감소시키기 위한 구성이 더 포함된 오토-셀프 기체 증압 장치의 구조를 보인 단면도,
도 5 는 제2 벨로우즈에 제1 내부 충진부재와 제1 외부 충진부재 및 제1 내측 보강부재 그리고 제1 외측 보강부재가 설치된 구조를 보인 상세도,
도 6 은 제1 내부 충진부재의 구조를 보인 사시도,
도 7 은 제1 외부 충진부재의 구조를 보인 사시도,
도 8 은 제1 벨로우즈에 제2 내부 충진부재와 제2 외부 충진부재 및 제2 내측 보강부재 그리고 제2 외측 보강부재가 설치된 구조를 보인 상세도,
도 9 는 압력판의 이동에 의하여 제1,2 벨로우즈가 수축되는 과정을 보인 상태도,
도 10 은 압력판의 이동에 의하여 제1,2 벨로우즈가 수축된 상태를 보인 상태도,
도 11 은 압력판의 이동에 의하여 제1,2 벨로우즈가 완전히 신장된 상태를 보인 상태도,
도 12 는 압력판의 전후면에 작용하는 힘의 관계를 보인 예시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 기체 증압 장치의 구조를 보인 단면도를 도시하고 있다.

본 발명에 따른 오토-셀프 기체 증압 장치는 저압 용기(10) 내에 저장된 기체를 제공받아 보다 높은 압력으로 압축한 뒤, 고압 용기(20)로 배출하는 장치로서, 엑추에이터를 사용하지 않고 압력판(140)의 전면(140a)과 후면(140b)의 압력차에 의하여 압력판(140)이 스스로 이동하면서 벨로우즈를 수축시켜 기체의 압축이 이루어지도록 한 특징을 갖고 있다. 여기서 언급된 저압 용기(10)와 고압 용기(20)는 상대적인 압력의 크기에 의하여 구분된 것으로, 상대적으로 낮은 압력의 기체가 저장되는 용기가 저압 용기(10)이고, 상대적으로 높은 압력의 기체가 저장되는 용기가 고압 용기(20)이다.

이러한 특징을 갖는 본 발명의 오토-셀프 기체 증압 장치는 케이스(110), 제1 체크밸브(120), 제2 체크밸브(130), 압력판(140), 제1 벨로우즈(150), 제2 벨로우즈(160), 제3 체크밸브(170), 유로블록(180), 밸브유닛(190)으로 구성된다.

상기 케이스(110)는 서로 일정한 간격을 두고 이격된 전방 측벽(111) 및 후방 측벽(112)과, 상기 전방 측벽(111) 및 후방 측벽(112)을 서로 연결하여 밀폐된 공간을 형성하는 연결벽(113)으로 구성된다.

한편, 상기 전방 측벽(111)의 중앙부에는 저압 용기(10)와 연결되어 저압 용기(10)에 저장된 저압 기체가 유입되는 유입구(114)가 형성되고, 상기 후방 측벽(112)의 중앙부에는 고압 용기(20)와 연결되어 압축된 고압 기체가 고압 용기(20)로 배출되게 하는 배출구(115)가 형성되어 있다.

이와 같은 케이스(110)는 저압 용기(10) 및 고압 용기(20)와 직접 연결될 수도 있고, 또는 별도의 호스나 배관을 매개로 하여 저압 용기(10) 및 고압 용기(20)와 연결될 수도 있으며, 도 1에는 별도의 배관에 의하여 케이스가 저압 용기(10) 및 고압 용기(20)와 연결된 구조가 도시되어 있다.

상기 제1 체크밸브(120)는 전방 측벽(111)에 형성된 유입구(114)에 설치되어 저압 용기(10)의 기체가 케이스(110)의 내부로 유입되는 것은 허용하되, 케이스(110)의 내부 기체가 저압 용기(10)로 배출되는 것은 억제하는 것이다. 한편, 체크밸브는 이미 널리 사용되고 있는 주지 관용된 기술이므로 체크밸브의 구조나 원리에 대한 설명은 생략하도록 한다.

이러한 제1 체크밸브(120)는 케이스(110)의 내부에 형성된 압력실(C1)의 압력(P2)이 저압 용기(10)의 압력(P1) 보다 낮은 경우, 유입구(114)를 개방하도록 작동하여 저압 용기(10)의 기체가 케이스(110)의 내부로 유입되게 하고, 반대로 압력실(C1)의 압력(P2)이 저압 용기(10)의 압력(P1) 보다 높은 경우, 유입구(114)를 폐쇄하여 케이스(110)의 기체가 저압 용기(10)로 역류하는 것을 방지하게 된다.

상기 제2 체크밸브(130)는 후방 측벽(112)에 형성된 배출구(115)에 설치되어 케이스(110) 내부에 형성되는 압축실(C3)의 기체가 고압 용기(20)로 배출되는 것을 허용하되, 고압 용기(20)의 기체가 압축실(C3)로 유입되는 것은 억제하는 것이다.

이러한 제2 체크밸브(130)는 압축실(C3)의 압력(P4)이 고압 용기(20)의 압력(P5) 보다 큰 경우, 배출구(115)를 개방하도록 작동하여 압축실(C3)의 기체가 고압 용기(20)로 배출되게 하고, 반대로 압축실(C3)의 압력(P4)이 고압 용기(20)의 압력(P5) 보다 낮은 경우, 배출구(115)를 폐쇄하여 고압 용기(20)의 기체가 압축실(C3)로 역류하는 것을 방지하게 된다.

상기 압력판(140)은 케이스(110)의 내부에 위치하도록 배치되며, 케이스(110)의 전방 측벽(111)과 마주하는 전면(140a)과 케이스(110)의 후방 측벽(112)과 마주하는 후면(140b)에 작용하는 압력차에 의하여 전방 측벽(111) 또는 후방 측벽(112)에 근접하도록 이동하면서 제1,2 벨로우즈를 신장시키거나 수축시키게 된다.

한편, 케이스(110)의 내부에 배치되는 압력판(140)과 연결벽(113)의 사이에는 기체의 유동이 가능하게 하는 공간(S)이 형성되며, 압력판(140)의 중앙부에는 압력실(C1)의 기체가 압축실(C3)로 유동할 수 있도록 하는 제1 유동구(141)가 형성되어 있다.

상기 제1 벨로우즈(150)는 압력판(140)에 일측단이 연결되고, 타측단이 케이스(110)의 후방 측벽(112)에 연결되게 설치되며, 이처럼 설치된 제1 벨로우즈(150)에 의하여 케이스(110)의 내부 공간은 압력실(C1)과 동력 유도실(C2)로 구분된다.

한편, 상기 제1 벨로우즈(150)는 다수개의 원반 코어의 내측단과 외측단을 서로 용접하여 결합시킨 공지의 용접형 벨로우즈로 구성되며, 물론 박판 튜브를 성형하여 제조되는 공지의 성형 벨로우즈로도 구성될 수도 있다.

상기 제2 벨로우즈(160)는 동력 유도실(C2)의 내부에서 압력판(140)에 일측단이 연결되고, 타측단이 케이스(110)의 후방 측벽(112)에 연결되게 설치되며, 이처럼 설치된 제2 벨로우즈(160)에 의하여 동력 유도실(C2)의 내부에는 독립된 구조의 압축실(C3)이 형성된다. 따라서 케이스(110)의 내부 공간은 압력판(140)과 제1 벨로우즈(150) 및 제2 벨로우즈(160)에 의하여 압력실(C1)과 동력 유도실(C2) 및 압축실(C3)로 나누어진다.

이와 같은 제2 벨로우즈(160)는 제1 벨로우즈(150)와 마찬가지로 용접형 벨로우즈 또는 성형 벨로우즈로 구성될 수 있다.

상기 제3 체크밸브(170)는 압력판(140)에 형성된 제1 유동구(141)에 설치되어 압력실(C1)의 기체가 압축실(C3)로 유동하는 것은 허용하되, 압축실(C3)의 기체가 압력실(C1)로 유동하는 것은 억제하는 것이다.

이러한 제3 체크밸브(170)는 압력실(C1)의 압력(P2)이 압축실(C3)의 압력(P4) 보다 큰 경우, 제1 유동구(141)를 개방하도록 작동하여 압력실(C1)의 기체가 압축실(C3)로 유입되게 하고, 반대로 압력실(C1)의 압력(P2)이 압축실(C3)의 압력(P4) 보다 낮은 경우, 제1 유동구(141)를 폐쇄하도록 작동하여 압축실(C3)의 기체가 압력실(C1)로 역류하는 것을 방지하게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 유로블록 및 밸브유닛의 구조를 보인 상세도를, 도 3은 본 발명에 따른 연결로드의 구조를 보인 상세도를 도시하고 있다.

상기 유로블록(180)은 압력판(140)의 전면(140a)과 후면(140b)에 각기 작용하는 압력의 차이를 발생시키기 위하여 동력 유도실(C2)로 압력실(C1)의 기체를 유입시거나 또는 동력 유도실(C2)의 내부 기체를 압력실(C1)의 압력(P2) 보다 낮은 외부로 배출시키는 것이다. 여기서 언급된 외부는 대기 또는 압력실(C1)의 압력(P2) 보다 낮은 압력으로 기체가 저장된 압력 용기이다.

이러한 유로블록(180)은 제2 유동구(181)와, 제3 유동구(182)와, 블록 케이스(183)와 제4 유동구(184)로 구성된다.

상기 제2 유동구(181)는 동력 유도실(C2)로 기체의 유출입이 가능하도록 케이스(110)의 후방 측벽(112)에 형성된다. 이러한 제2 유동구(181)는 밸브유닛(190)에 상관없이 항상 개방된 상태를 유지하게 된다.

상기 제3 유동구(182)는 압력실(C1)의 기체가 블록 케이스(183)를 통하여 동력 유도실(C2)로 유입될 수 있도록 압력실(C1)을 개방하는 것으로, 압력실(C1)의 기체가 블록 케이스(183)의 내부로 배출될 수 있도록 케이스(110)의 후방 측벽(112)에 형성된다.

상기 블록 케이스(183)는 제2 유동구(181) 및 제3 유동구(182)와 연결되는 연결챔버(C4)를 형성하도록 케이스(110)의 후방 측벽(112)에 설치되며, 상기 연결챔버(C4)는 제2 유동구(181)와 제3 유동구(182)를 서로 연결하여 기체의 유동이 가능하게 하는 유로의 기능을 제공하게 된다.

상기 제4 유동구(184)는 블록 케이스(183)에 형성되며, 이러한 제4 유동구(184)를 통하여 동력 유도실(C2)의 내부 기체가 외부로 배출된다.

이와 같이 구성된 유로블록(180)은 밸브유닛(190)에 의한 제3 유동구(182)와 제4 유동구(184)의 개폐에 의하여 동력 유도실(C2)의 내부 기체가 외부 배출되는 제1 유로(L1)를 형성하거나, 또는 압력실(C1)의 기체를 동력 유도실(C2)로 유입시키는 제2 유로(L2)를 형성하게 된다.

상기 밸브유닛(190)은 압력판(140)과 연동하여 작동하면서 제1 유로(L1)는 개방하고 제2 유로(L2)는 차단하거나, 반대로 제1 유로(L1)는 차단하고 제2 유로(L2)는 개방하는 것이다.

이러한 밸브유닛(190)은 레버(191)와, 제1 밸브(192)와, 제2 밸브(193)와, 연결로드(194)로 구성된다.

상기 레버(191)는 블록 케이스(183)의 내부에 설치되며, 중심부가 블록 케이스(183)에 힌지 결합된 구조로 설치되어 힌지(H1)를 중심으로 회전하는 구조를 갖고 있으며, 일측단(191a)은 제3 유동구(182) 측으로 연장되고, 타측단(191b)은 제2 유동구(181) 측으로 연장된 구조로 설치된다.

상기 제1 밸브(192)는 제3 유동구(182)를 개방하거나 폐쇄하도록 배치되며, 레버(191)의 일측단(191a)과 연결된다. 이러한 제1 밸브(192)는 레버(191)의 회전에 의해 이동하면서 제3 유동구(182)를 개방하거나 폐쇄하게 된다.

상기 제2 밸브(193)는 제4 유동구(184)를 개방하거나 폐쇄하도록 배치되며, 레버(191)의 타측단(191b)에 연결된다. 이러한 제2 밸브(193)는 레버(191)의 회전에 의해 이동하면서 제4 유동구(184)를 개방하거나 폐쇄하게 된다.

한편, 상기 제2 밸브(193)는 제1 밸브(192)에 의하여 제3 유동구(182)가 개방되면 제4 유동구(184)를 폐쇄하고, 반대로 제1 밸브(192)에 의하여 제3 유동구(182)가 폐쇄되면 제4 유동구(184)를 개방하도록 구성된다.

따라서, 레버(191)의 회전에 의하여 제1 밸브(192)가 제3 유동구(182)를 폐쇄하고 제2 밸브(193)가 제4 유동구(184)를 개방하게 되면, 제1 유로(L1)가 형성되어 동력 유도실(C2)의 내부 기체가 외부로 빠져나가게 되며, 반대로 레버(191)의 회전에 의하여 제1 밸브(192)가 제3 유동구(182)를 개방하고 제2 밸브(193)가 제4 유동구(184)를 폐쇄하게 되면, 제2 유로(L2)가 형성되어 압력실(C1)의 기체가 동력 유도실(C2)로 유입된다.

상기 연결로드(194)는 레버(191)와 압력판(140)을 연결하여 레버(191)가 압력판(140)의 이동과 연동하여 동작하도록 하는 것이다. 이러한 연결로드(194)는 레버(191)의 타측단(191b)으로부터 제2 유동구(181)를 통하여 압력판(140)의 후면으로 연장되는 구조를 갖도록 설치된다.

한편, 연결로드(194)는 압력판(140)의 이동에 의하여 제2 벨로우즈(160)가 신장되는 과정 말기에 제1 유로(L1)가 개방되고, 제2 유로(L2)는 차단되도록 압력판(140)과 레버(191)를 연결하고, 또한 압력판(140)의 이동에 의하여 제2 벨로우즈(160)가 수축되는 과정 말기에 제1 유로(L1)는 차단되고, 제2 유로(L2)가 개방되도록 압력판(140)과 레버(191)를 연결하게 된다.

이처럼 압력판(140)의 위치에 따라 적절한 시기에 제1 유로(L1) 및 제2 유로(L2)의 개폐가 이루어질 수 있도록 하기 위하여 연결로드(194)는 레버(191)에 설치된 제1 로드(1941)와, 압력판(140)에 설치된 제2 로드(1942)로 구성되며, 제1 로드(1941)와 제2 로드(1942)가 서로 결합되어 연결로드(194)를 구성하게 된다.

한편, 상기 제1 로드(1941)에는 다른 부분에 비하여 작은 직경으로 이루어진 안내부(1943)가 일정 구간에 걸쳐 형성되어 있으며, 이러한 안내부(1943)의 양 끝단에는 직경의 차이로 인한 제1,2 걸림턱(1944,1945)이 형성된다.

이와 같이 제1 로드(1941)에 형성된 안내부(1943)에 제2 로드(1942)가 결합된다.

이와 같은 구조의 제1 로드(1941)와 제2 로드(1942)에 의하면, 압력판(140)의 이동에 의하여 제2 로드(1942)가 안내부(1943)를 따라 이동하는 과정에서는 제1 로드(1941)와 제2 로드(1942)의 사이에 간섭이 발생되지 않으므로, 압력판(140)과 제2 로드(1942)의 이동만이 이동할 뿐, 제1 로드(1941)와 레버(191)는 원래의 상태를 유지하게 된다.

한편, 압력판(140)과 제2 로드(1942)의 이동에 의하여 제2 로드(1942)가 안내부(1943)의 끝단부에 형성된 제1 걸림턱(1944) 또는 제2 걸림턱(1945)과 접촉하게 되면, 이때부터 제2 로드(1942)에 의하여 제1 로드(1941)가 당겨지거나 밀려나면서 레버(191)를 회전시키게 된다.

따라서, 안내부(1943)의 양 끝단부에 형성되는 제1 걸림턱(1944)과 제2 걸림턱(1945)의 위치를 이용하여 제1 유로(L1) 및 제2 유로(L2)의 개폐시기를 적절하게 설정할 수 있게 된다.

한편, 제1 유로(L1)를 개방시키거나 제2 유로(L2)를 개방시키는 레버(191)의 회전이 확실하게 이루어질 수 있도록 하는 스프링 지지부재(195) 및 토글 스프링(196)이 더 포함되는 것이 바람직하다.

상기 스프링 지지부재(195)는 레버(191)의 일측단(191a)과 인접한 곳에 위치하도록 블록 케이스(183)의 내측에 힌지 결합되어 힌지(H2)를 중심으로 회전하는 구조를 갖도록 설치된다.

상기 토글 스프링(196)은 스프링 지지부재(195)에 설치되며, 레버(191)의 일측단(191a)과 연결되어 있다. 이러한 토글 스프링(196)은 공지의 압축 스프링으로 이루어지며, 제1 유로(L1) 또는 제2 유로(L2)의 개방을 위하여 레버(191)가 회전할 때, 레버(191)의 일측단(191a)을 레버(191)의 회전방향으로 밀어내는 방식으로 레버(191)의 회전을 보조하게 된다.

도 4는 제1,2 벨로우즈의 내부에 공극이 발생하는 것을 감소시키기 위한 구성이 더 포함된 오토-셀프 기체 증압 장치의 구조를 보인 단면도를, 도 5는 제2 벨로우즈에 제1 내부 충진부재와 제1 외부 충진부재 및 제1 내측 보강부재 그리고 제1 외측 보강부재가 설치된 구조를 보인 상세도를, 도 6은 제1 내부 충진부재의 구조를 보인 사시도를, 도 7은 제1 외부 충진부재의 구조를 보인 사시도를, 도 8은 제1 벨로우즈에 제2 내부 충진부재와 제2 외부 충진부재 및 제2 내측 보강부재 그리고 제2 외측 보강부재가 설치된 구조를 보인 상세도를 도시하고 있다.

참고로 벨로우즈를 이용하여 기체를 압축할 때, 벨로우즈를 형성하는 주름 사이에 형성되는 공극이 클수록 기체의 압축 효율이 떨어지고, 공극 내에 잔류하는 압축 기체의 교축 작용에 의하여 에너지 손실이 발생되는 문제가 있다.

이에 본 발명은 제1 벨로우즈와 제2 벨로우즈가 수축되는 과정 말기에 제1,2 벨로우즈의 내부에 공극이 발생하는 것을 최소화하고, 기체의 압축과정에서 발생되는 열의 외부 방출을 효과적으로 구현하기 위한 구성이 더 포함된다.

보다 구체적으로, 상기 제2 벨로우즈(160)에는 제1 내부 충진부재(210)와, 제1 외부 충진부재(220) 및 제1 충진블록(230)이 더 설치된다.

상기 제1 내부 충진부재(210)는 제2 벨로우즈(160)의 주름으로 인하여 형성되는 모든 내측홈(162)에 삽입될 수 있도록 다수개로 구성된다.

한편, 각각의 제1 내부 충진부재(210)는 제2 벨로우즈(160)의 원주를 따라 연장되는 링형의 구조를 가지며, 더불어 내측단(210a)으로부터 외측단(210b)으로 갈수록 두께가 점차적으로 얇아지는 삼각형의 단면구조를 갖고 있다.

또한, 제2 벨로우즈(160)를 구성하는 원반 코어(161)는 파형의 단면 구조를 갖도록 구성되며, 이러한 파형 단면 구조를 갖는 원반 코어(161)에 제1 내부 충진부재(210)가 긴밀하게 밀착될 수 있도록 하기 위하여 제1 내부 충진부재(210)의 단면은 원반 코어(161)의 파형 단면 구조에 대응하는 파형 단면 구조로 형성된다.

또한, 링형 구조로 이루어진 제1 내부 충진부재(210)를 제2 벨로우즈(160)의 내부에 위치한 내측홈(162)으로 용이하게 삽입할 수 있도록 하기 위하여 제1 내부 충진부재(210)의 일측에는 절개부(211)가 형성되어 있다.

따라서, 작업자는 절개부(211)에 인해 형성된 제1 내부 충진부재(210)의 양끝단부가 서로 겹쳐지도록 제1 내부 충진부재(210)를 수축변형시키면서 내측홈(162)으로 삽입하게 된다.

이와 같은 제1 내부 충진부재(210)는 열전도성이 우수한 알루미늄을 소재로 한 단조 공정에 의해 제작될 수 있으며, 제2 벨로우즈(160)의 수축과정 말기에 원반 코어(161)에 밀착되면서 공극의 발생을 최소화하게 된다.

상기 제1 외부 충진부재(220)는 제2 벨로우즈(160)의 주름으로 인하여 형성되는 모든 외측홈(163)에 삽입될 수 있도록 다수개로 구성된다.

한편, 각각의 제1 외부 충진부재(220)는 제2 벨로우즈(160)의 원주를 따라 연장되는 링형의 구조를 가지며, 더불어 외측단(220b)으로부터 내측단(220a)으로 갈수록 두께가 점차적으로 얇아지는 삼각형의 단면구조를 갖고 있다.

또한, 파형 단면 구조를 갖는 원반 코어(161)에 제1 외부 충진부재(220)가 긴밀하게 밀착될 수 있도록 하기 위하여 제1 외부 충진부재(220)의 단면은 원반 코어(161)의 파형 단면 구조에 대응하는 파형 단면 구조로 형성된다.

또한, 링형 구조로 이루어진 제1 외부 충진부재(220)를 외측홈(163)에 용이하게 결합시킬 수 있도록 하기 위하여 제1 외부 충진부재(220)의 일측에는 절개부(221)가 형성되어 있다.

따라서, 작업자는 절개부(221)에 의해 형성된 제1 외부 충진부재(220)의 양끝단부가 서로 이격되도록 제1 외부 충진부재(220)를 벌려 제2 벨로우즈(160)와 제1 외부 충진부재(220)의 결합을 위한 공간을 확보하고, 제1 외부 충진부재(220)와 제2 벨로우즈(160)를 결합하게 된다.

이와 같은 제1 외부 충진부재(220)는 열전도성이 우수한 알루미늄을 소재로 한 단조 공정에 의해 제조될 수 있으며, 제1 내부 충진부재(210)와 마찬가지로 제2 벨로우즈(160)의 수축과정 말기에 원반 코어(161)에 밀착된다.

상기 제1 충진블록(230)은 제1 내부 충진부재(210)와 제1 외부 충진부재(220)의 삽입으로 인하여 증가되는 압축실(C3)의 용적만큼 압축실(C3)의 용적을 감소시키도록 제2 벨로우즈(160)의 내부에 배치되고, 케이스(110)에 고정된 구조로 설치된다.

이러한 제1 충진블록(230)은 중실블록 또는 중공블록으로 구성되며, 압축실(C3)과 고압 용기(20)를 연결하기 위한 유로(231)가 형성되어 있다.

이와 같은 제1 충진블록(230)이 제2 벨로우즈(160)의 내부에 더 설치되는 경우, 케이스(110)의 배출구(115)에 설치되는 것으로 설명되었던 제2 체크밸브(130)는 제1 충진블록(230)에 형성된 유로(231)에 설치된다.

한편, 제2 벨로우즈(160)를 구성하는 원반 코어(161)간의 결속력을 강화하기 위한 제1 내측 보강부재(240)와, 제1 외측 보강부재(250)가 더 포함될 수 있다.

상기 제1 내측 보강부재(240)는 제2 벨로우즈(160)의 원주를 따라 연장되는 링형의 구조로 형성되며, 원반 코어(161)의 내측 결합부(161a)에 결합되어 원반 코어(161)의 내측 결합부(161a)에 대한 결속력을 강화하게 된다. 이러한 제1 내측 보강부재(240)는 제2 벨로우즈(160)의 수축과정 말기에 제1 내부 충진부재(210)가 원반 코어에 완전히 밀착될 때, 이웃한 제1 내측 보강부재(240)들이 서로 밀착되게 구성된다.

상기 제1 외측 보강부재(250)는 제2 벨로우즈(160)의 원주를 따라 연장되는 링형의 구조로 형성되며, 원반 코어(161)의 외측 결합부(161b)에 결합되어 원반 코어(161)의 외측 결합부(161b)에 대한 결속력을 강화하게 된다. 이러한 제1 외측 보강부재(250)는 제2 벨로우즈(160)의 수축과정 말기에 제1 외부 충진부재(220)가 원반 코어(161)에 완전히 밀착될 때, 이웃한 제1 외측 보강부재(250)들이 서로 밀착되게 구성된다.

이와 같은 제1 내측 보강부재(240)와 제1 외측 보강부재(250)는 제2 벨로우즈(160)에 형성된 다수개의 내측 결합부(161a)와 외측 결합부(161b)에 각각 결합될 수 있도록 다수개로 구성되며, 제2 벨로우즈(160)에 형성된 내측 결합부(161a)와 외측 결합부(161b)의 결속력을 강화함에 따라 제2 벨로우즈(160)의 내압 특성을 향상시켜 기체를 고압으로 압축하는 과정에서 발생될 수 있는 벨로우즈의 손상을 방지할 수 있게 된다.

한편, 상기 제1 내측 보강부재(240)와 제1 외측 보강부재(250)는 열전도율이 우수한 알루미늄을 소재로 하여 구성된다.

상기와 같은 구조와 기능을 갖는 제1 내부 충진부재(210), 제1 외부 충진부재(220), 제1 충진블록(230), 제1 내측 보강부재(240), 제1 외측 보강부재(250)와 동일한 기능을 갖는 제2 내부 충진부재(260), 제2 외부 충진부재(270), 제2 충진블록(280), 제2 내측 보강부재(290), 제2 외측 보강부재(300)가 제1 벨로우즈(150)에 더 설치될 수 있다.

이때, 상기 제2 내부 충진부재(260)는 제1 벨로우즈(150)에 형성된 주름의 내측홈(152)에 설치되며, 제1 벨로우즈(150)의 원주를 따라 연장되는 링형의 구조를 갖고 있다. 이러한 제2 내부 충진부재(260)는 제1 내부 충진부재(210)와 설치 위치에 따른 크기에 차이가 있을 뿐, 실질적인 구조나 기능을 동일하므로 보다 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

상기 제2 외부 충진부재(270)는 제1 벨로우즈(150)에 형성된 주름의 외측홈(153)에 설치되며, 제1 벨로우즈(150)의 원주를 따라 연장되는 링형의 구조를 갖고 있다. 이러한 제2 외부 충진부재(270) 또한 제2 외부 충진부재(270)와 설치 위치에 따른 크기에 차이가 있을 뿐, 실질적인 구조나 기능을 동일하므로 보다 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

상기 제2 충진블록(280)은 제2 내부 충진부재(260)와 제2 외부 충진부재(270)의 삽입으로 인하여 증가된 동력 유도실(C2)의 용적만큼 동력 유도실(C2)의 용적을 감소시키도록 제1 벨로우즈(150)의 내부에 배치되고, 제1 벨로우즈(150)와 제2 벨로우즈(160)의 사이에 위치할 수 있도록 링형의 구조로 형성되며, 케이스(110)의 후방 측벽(112)에 고정된다.

이처럼 제1 벨로우즈(150)의 내부에 제2 충진블록(280)이 설치되는 경우, 압력판(140)과 레버(191)를 연결하는 연결로드(194)는 제2 충진블록(280)을 관통하는 구조로 설치되며, 연결로드(194)가 관통하는 구멍(281)을 통하여 기체가 유동하게 된다.

상기 제2 내측 보강부재(290)는 제1 벨로우즈(150)의 원주를 따라 연장되는 링형의 구조를 가지며, 제1 벨로우즈(150)를 구성하는 원반 코어(151)의 내측 결합부(151a)에 결합되어 원반 코어(151)간의 결속력을 강화하게 되며, 제1 벨로우즈(150)에 형성된 모든 내측 결합부(151a)에 설치될 수 있도록 다수개로 구성된다.

상기 제2 외측 보강부재(300)는 제1 벨로우즈(150)의 원주를 따라 연장되는 링형의 구조를 가지며, 제1 벨로우즈(150)를 구성하는 원반 코어(151)의 외측 결합부(151b)에 결합되어 원반 코어(151)간의 결속력을 강화하게 되며, 제1 벨로우즈(150)에 형성된 모든 외측 결합부(151b)에 설치될 수 있도록 다수개로 구성된다.

도 9는 압력판의 이동에 의하여 제1,2 벨로우즈가 수축되는 과정을 보인 상태도를, 도 10은 압력판의 이동에 의하여 제1,2 벨로우즈가 수축된 상태를 보인 상태도를, 도 11은 압력판의 이동에 의하여 제1,2 벨로우즈가 완전히 신장된 상태를 보인 상태도를, 도 12는 압력판의 전후면에 작용하는 힘의 관계를 보인 예시도를 도시하고 있다.

상기와 같이 구성된 오토-셀프 기체 증압 장치를 이용하여 저압 용기(10)에 저장된 저압 기체를 압축한 후, 고압 용기(20)에 저장하는 과정을 설명하도록 한다. 이때 저압 용기(10)의 기체 압력은 2기압인 것으로 가정하도록 한다.

한편, 오토-셀프 기체 증압 장치는 저압 용기(10)로부터 공급되는 저압 기체에 의하여 스스로 구동하도록 구성되므로, 관리자가 오토-셀프 기체 증압 장치의 구동을 임의로 정지시키거나, 다시 구동시킬 수 있도록 하기 위한 ON/OFF 밸브(310)가 더 구비될 수 있다.

상기 ON/OFF 밸브(310)는 케이스(110)의 전방 측벽(111)에 형성된 유입구(114)와 저압 용기(10)를 연결하는 호스나 배관에 설치되며, 관리자의 조작에 의하여 저압 용기(10)로부터 케이스(110)로 유동하는 저압 기체를 단속하게 된다.

한편, 상기 저압 용기(10)는 태양열이나 풍력, 조력과 같은 대체에너지자원으로부터 얻어지는 에너지를 이용하여 구동하는 별도의 공기 압축기에 의해 압축된 기체를 공급받으며, 이에 따라 저압 용기(10)의 기체는 항상 2기압 정도의 압력을 유지하는 것으로 가정하도록 한다.

케이스(110)의 유입구(114)에 설치된 제1 체크밸브(120)는 저압 용기(10)의 압력(P1)이 압력실(C1)의 압력(P2) 보다 큰 경우 개방되므로, 결국 압력실(C1)의 압력(P2)은 저압 용기(10)의 압력 보단 낮으나 2기압에 가까운 압력을 유지하게 된다.

이처럼 압력실(C1)은 2기압에 가까운 압력을 유지하는 반면, 동력 유도실(C2)의 압력(P3)은 압력판(140)의 위치에 따라 대기압을 유지하거나, 또는 대기압 보단 크지만 저압 용기(10)의 압력(P2) 보다 낮은 압력을 유지하거나, 또는 압력실(C1)의 기체를 유입받아 압력실(C1)과 같은 압력을 유지하게 된다.

여기서 동력 유도실(C2)의 압력(P3)이 대기압 보단 크지만 저압 용기(10)의 압력(P2) 보다 낮은 압력을 유지하는 경우로는, 본 발명에 따른 오토-셀프 기체 증압 장치를 다단계의 구조로 배치한 경우로써, 예컨대 여러 대의 오토-셀프 기체 증압 장치를 직렬 구조로 연결하여 기체를 단계적으로 보다 높은 압력으로 압축할 수 있도록 하는 경우, 후행 오토-셀프 기체 증압 장치의 동력 유도실(C2)의 기체가 선행 오토-셀프 기체 증압 장치의 저압 용기 또는 고압 용기로 배출되게 한 경우이다.

한편, 압력판(140)의 전면(140a)과 후면(140b)에 작용하는 압력차에 의하여 압력판(140)은 제1,2 벨로우즈(150,160)를 신장시키는 방향으로 이동하거나 또는 제1,2 벨로우즈(150,160)를 수축시키는 방향으로 이동하게 된다.

즉, 압력판(140)의 전면(140a)에는 압력실(C1)의 압력(P2)과 압력판(140)의 전면(140a) 면적(A1)에 상응하는 힘(F1)이 작용하고, 압력판(140)의 후면(140b)에는 동력 유도실(C2)의 압력(P3)과 압축실(C3)의 압력(P4) 및 압력판(140)의 후면(140b) 면적(A2)에 상응하는 힘(F2,F3)과, 제1,2 벨로우즈(150,160)가 수축되는 과정에서 발생되는 반발력(F4)이 작용하게 된다.

이때, 압력판(140)의 전면(140a) 면적(A1)과 후면(140b) 면적(A2)은 제1,2 벨로우즈(150,160)의 설치로 인하여 다소 차이가 있을 수 있으나, 그 차이는 극히 미미하므로 압력판(140)의 전면(140a) 면적(A1)과 후면(140b) 면적(A2)은 동일한 것으로 볼 수 있다.

따라서, 압력판(140)은 압력실(C1)의 압력(P2)과 동력 유도실(C2)의 압력(P3) 및 압축실(C3)의 압력(P4) 그리고 제1,2 벨로우즈(150,160)로부터 발생되는 반발력(F4)에 따라 이동하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 오토-셀프 기체 증압 장치의 압력판(140)은 케이스(110)의 내부가 대기로 채워진 초기 상태에는 제1,2 벨로우즈(150,160)가 갖는 탄성에 의하여 제1,2 벨로우즈(150,160)가 신장된 상태를 유지하게 되므로, 도 1 또는 도 4와 같은 상태를 유지하게 된다.

도 1 또는 도 4와 같은 초기 상태에서 밸브유닛(190)은 제1 유로(L1)를 개방하고, 제2 유로(L2)는 차단한 상태를 유지하게 된다.

이와 같은 상태에서 저압 용기(10)로부터 압력실(C1)로 2기압의 저압 기체가 유입되면, 압력실(C1)과 압축실(C3)은 2기압의 저압 기체로 채워지게 되며, 이러한 경우 압력실(C1)과 압축실(C3)의 압력은 같지만, 제1 유로(L1)의 개방으로 인하여 동력 유도실(C2)의 내부 기체가 외부로 빠져나게 되며, 이로 인하여 동력 유도실(C2)의 압력(P3)은 압력실(C1)의 압력(P2) 보다 작아지게 되므로, 결과적으로 압력판(140)은 제1,2 벨로우즈(150,160)를 수축시키는 방향으로 이동하게 된다.

따라서 압력실(C1) 내의 기체는 압축되며, 위와 같은 압력판(140)의 이동은 압력판(140)의 전면(140a)과 후면(140b)에 작용하는 힘의 균형이 이루어질 때까지 이루어지게 된다.

이처럼 압력판(140)의 이동에 의하여 압축실(C3)의 기체가 압축되는 과정에서 압축실(C3)의 압력(P4)이 고압 용기(20)의 압력(P5) 보다 커지게 되면, 제2 체크밸브(130)가 개방되면서 압축실(C3)의 기체가 고압 용기(20)로 유동하게 된다.

한편, 제1 벨로우즈(150)와 제2 벨로우즈(160)에는 수축되는 길이에 비례하는 반발력(F4)이 발생되므로, 도 10과 같은 제2 벨로우즈(160)의 수축과정 말기에는 제1,2 벨로우즈(150,160)로부터 큰 반발력(F4)이 발생하게 된다.

또한, 제2 벨로우즈(160)가 수축되는 과정 말기에는 압력판(140)과 연결로드(194)를 매개로 연결된 레버(191)가 정방향(CW)으로 회전하게 되며, 이때 제2 밸브(193)는 제4 유동구(184)를 폐쇄하고, 제1 밸브(192)는 제3 유동구(182)를 개방하게 된다.

따라서, 제1 유로(L1)는 차단되고 제2 유로(L2)가 개방됨에 따라 압력실(C1)의 기체가 동력 유도실(C2)로 유입되며, 이로 인하여 압력실(C1)의 압력(P2)과 동력 유도실(C2)은 압력(P3)은 같아지게 된다.

이처럼 동력 유도실(C2)의 압력(P3)이 증가하고, 더불어 제1,2 벨로우즈(150,160)로부터 큰 반발력이 발생되며, 압축실(C3)에는 압축된 기체가 잔류함에 따라서 제2 벨로우즈(160)의 수축과정 말기에는 압력판(140)이 다시 제1,2 벨로우즈(150,160)를 신장시키는 방향으로 이동하게 된다.

이러한 압력판(140)의 이동에 의하여 압축실(C3)의 용적이 점차적으로 증가함에 따라 압축실(C3)의 압력(P4)은 저하되고, 압력실(C1)의 용적은 줄어들게 됨으로 압력실(C1)의 압력(P2)은 증가하게 된다. 따라서 압력판(140)이 어느 정도 이동한 시점에는 압력실(C1)의 압력(P2)이 압축실(C3)의 압력(P4) 보다 커지게 되며, 이로 인하여 제3 체크밸브(170)가 개방되면서 압력실(C1)의 기체가 압축실(C3)로 유입된다.

한편, 제1,2 벨로우즈(150,160)가 신장되어 반발력(F4)이 사라지는 시점에서 압력판(140)의 전면(140a)과 후면(140b)에 작용하는 힘의 균형이 이루어지게 되며, 이와 동시에 압력판(140)과 연결로드(194)를 매개로 연결된 레버(191)가 역방향(CCW)으로 회전하게 되며, 이에 따라 제2 밸브(193)에 의해 제4 유동구(184)가 개방되고, 제1 밸브(192)에 의해 제3 유동구(182)가 폐쇄되므로, 도 9와 같이 제1 유로(L1)가 개방되어 동력 유도실(C2)의 내부 기체가 다시 외부로 빠져나게 된다.

따라서 압력판(140)은 앞서 설명된 바와 같이, 제1,2 벨로우즈(150,106)를 수축시키는 방향으로 이동하게 된다.

이처럼 본 발명에 따른 오토-셀프 기체 증압 장치는 압력판(140)의 위치에 따라 압력판(140)의 전면(140a)에 후면(140b)에 작용하는 힘의 크기가 자동으로 전환되게 함으로써, 별도의 엑추에이터를 사용하지 않고도 저압 용기(10)로부터 제공되는 기체를 이용하여 스스로 구동할 수 있는 이점이 있다.

또한, 제1 벨로우즈(150)에 설치된 제2 내부 충진부재(260) 그리고 제2 벨로우즈(160)에 설치된 제1 내부 충진부재(210)는 제1,2 벨로우즈(150,160)의 수축과정 말기에 원반 코어(151,161)에 밀착되어 제1,2 벨로우즈의 내부에 공극이 발생되는 것으로 최소화하여 줌으로써, 공극 내에 잔류한 압축 기체에 의한 에너지 손실과 같은 피해가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
C1: 압력실 C2: 동력 유도실
C3: 압축실 C4: 연결챔버
L1: 제1 유로 L2: 제2 유로
10: 저압 용기 20: 고압 용기
110: 케이스 112: 후방 측벽
114: 유입구 115: 배출구
120: 제1 체크밸브 130: 제2 체크밸브
140: 압력판 140a: 전면
140b: 후면 141: 제1 유동구
150: 제1 벨로우즈 151: 원반 코어
151a: 내측 결합부 151b: 외측 결합부
152: 내측홈 153: 외측홈
160: 제2 벨로우즈 161: 원반 코어
161a: 내측 결합부 161b: 외측 결합부
162: 내측홈 163: 외측홈
170: 제3 체크밸브 180: 유로블록
181: 제2 유동구 182: 제3 유동구
183: 블록 케이스 184: 제4 유동구
190: 밸브유닛 191: 레버
192: 제1 밸브 193: 제2 밸브
194: 연결로드 195: 스프링 지지부재
196: 토글 스프링
210: 제1 내부 충진부재 220: 제1 외부 충진부재
230: 제1 충진블록 240: 제1 내측 보강부재
250: 제1 외측 보강부재 260: 제2 내부 충진부재
270: 제2 외부 충진부재 280: 제2 충진블록
290: 제2 내측 보강부재 300: 제2 외측 보강부재

Claims (4)

1. 저압 용기(10)와 연결되어 저압 용기(10)의 기체가 유입되는 유입구(114)와, 고압 용기(20)와 연결되어 압축된 기체를 고압 용기(20)로 배출하는 배출구(115)가 구비된 케이스(110);
   상기 유입구(114)에 설치되어 저압 용기(10)의 기체가 유입구(114)를 통하여 케이스(110)의 내부로 유입되는 것은 허용하되, 케이스(110) 내부의 기체가 저압 용기(10)로 역류하는 것을 억제하는 제1 체크밸브(120);
   상기 배출구(115)에 설치되어 케이스(110) 내의 기체가 고압 용기(20)로 배출되는 것은 허용하되, 고압 용기(20)의 고압 기체가 케이스(110)의 내부로 역류하는 것을 억제하는 제2 체크밸브(130);
   상기 케이스(110)의 내부에 배치되어 유입구(114) 또는 배출구(115)에 근접하는 방향으로 이동하며, 기체의 유동을 위한 제1 유동구(141)가 형성된 압력판(140);
   상기 압력판(140)에 일측단이 연결되고, 타측단이 케이스(110)의 후방 측벽(112)에 연결되게 설치되어 케이스(110)의 내부 공간을 동력 유도실(C2)과 압력실(C1)로 구분하는 제1 벨로우즈(150);
   상기 동력 유도실(C2)의 내부에서 일측단이 압력판(140)에 연결되고, 타측단이 케이스(110)의 후방 측벽(112)에 연결되게 설치되어 압력판(140)의 이동에 의해 수축되면서 기체를 압축하여 배출구(115)를 통해 고압 용기(20)로 배출시키는 제2 벨로우즈(160);
   상기 제1 유동구(141)에 설치되어 압력실(C1)의 기체가 압축실(C3)로 유동하는 것은 허용하되, 압축실(C3)의 기체가 압력실(C1)로 유동하는 것은 억제하는 제3 체크밸브(170);
   상기 동력 유도실(C2)의 내부 기체를 외부로 배출시키기 위한 제1 유로(L1)와, 압력실(C1)의 기체가 동력 유도실(C2)로 유입되게 하는 제2 유로(L2)를 형성하도록 케이스(110)에 설치되는 유로블록(180);
   상기 압력판(140)의 전면(140a)과 후면(140b)에 작용하는 압력차에 의하여 압력판(140)이 제1,2 벨로우즈를 신장시키는 방향으로 이동하는 과정에서 제1 유로(L1)는 개방하고 제2 유로(L2)는 차단하여 동력 유도실(C2)의 내부 기체가 압력실(C1) 보다 압력이 낮은 외부로 배출되게 함으로써 압력판(140)이 제1,2 벨로우즈를 수축시키는 방향으로 이동하도록 하거나, 압력판(140)이 제1,2 벨로우즈를 수축시키는 방향으로 이동하는 과정에서 제1 유로(L1)는 차단하고 제2 유로(L2)는 개방하여 압력실(C1)의 기체가 동력 유도실(C2)로 유입되게 함으로써 압축실(C3)과 동력 유도실(C2)에 형성된 압력에 의하여 압력판(140)이 제1,2 벨로우즈를 신장시키는 방향으로 이동하도록 압력판(140)과 연결되어 작동하는 밸브유닛(190)으로 구성된 것을 특징으로 하는 오토-셀프 기체 증압 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 유로블록(180)은, 동력 유도실(C2)로 기체의 유출입이 가능하게 하는 제2 유동구(181)와, 상기 압력실(C1)로 기체의 유출입이 가능하게 하는 제3 유동구(182)와, 상기 제2 유동구(181) 및 제3 유동구(182)와 연결되는 연결챔버(C4)를 형성하는 블록 케이스(183)와, 상기 연결챔버(C4)로 기체의 유출입이 가능하도록 블록 케이스(183)에 형성된 제4 유동구(184)로 구성되며,
   상기 밸브유닛(190)은, 연결챔버(C4) 내에서 중앙부가 회전가능하게 설치된 레버(191)와, 상기 레버(191)의 회전에 의해 제3 유동구(182)를 개폐하도록 레버(191)의 일측단(191a)에 설치된 제1 밸브(192)와, 상기 제1 밸브(192)에 의한 제3 유동구(182)의 폐쇄시 제4 유동구(184)를 개방하여 제1 유로(L1)의 개방이 이루어지도록 하며 제1 밸브(192)에 의한 제3 유동구(182)의 개방시 제4 유동구(184)를 폐쇄하여 제2 유로(L2)의 개방이 이루어지도록 레버(191)의 타측단(191b)에 설치된 제2 밸브(193)와, 상기 레버(191)와 압력판(140)을 연결하여 압력판(140)의 이동에 의하여 레버(191)의 회전이 이루어지도록 하는 연결로드(194)로 구성된 것을 특징으로 하는 오토-셀프 기체 증압 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 밸브유닛(190)은, 상기 레버(191)의 일측단(191a)과 인접한 곳에 위치하도록 블록 케이스(183) 힌지 결합되어 힌지를 중심으로 회전 가능한 구조를 갖는 스프링 지지부재(195); 및
   상기 스프링 지지부재(195)에 설치되며, 레버(191)의 일측단(191a)과 연결되어 제1 유로(L1) 또는 제2 유로(L2)의 개방을 위한 레버(191)의 회전을 돕는 토글 스프링(196)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오토-셀브 기체 증압 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 벨로우즈(160)에 형성된 주름의 내측홈(162)에 삽입되며, 제2 벨로우즈(160)의 원주를 따라 연장되는 링형의 구조를 갖는 다수개의 제1 내부 충진부재(210);
   상기 제2 벨로우즈(160)에 형성된 주름의 외측홈(163)에 삽입되며, 제2 벨로우즈(160)의 원주를 따라 연장되는 링형의 구조를 갖는 다수개의 제1 외부 충진부재(220); 및
   상기 제1 내부 충진부재(210) 및 제1 외부 충진부재(220)의 삽입으로 인하여 증가된 압축실(C3)의 용적만큼 압축실(C3)의 용적을 감소시키도록 제2 벨로우즈(160)의 내부에 설치된 제1 충진블록(230)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오토-셀프 기체 증압 장치.

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