KR101302307B1

KR101302307B1 - 가스압축기

Info

Publication number: KR101302307B1
Application number: KR1020120077292A
Authority: KR
Inventors: 이지성
Original assignee: 이지성
Priority date: 2012-07-16
Filing date: 2012-07-16
Publication date: 2013-09-03

Abstract

본 발명은 가스를 압축하는 가스압축기에 관한 것으로, 별도의 피스톤이나, 회전체를 회전시키지 않고 2개의 탱크만을 구비하여 적은 동력으로 유체를 압축하여 초고압(약 50 ∼ 300kg/cmㅂ정도)의 가스를 얻을 수 있도록 한 것이다.
이를 위해, 저압가스(13)가 교대로 유입됨에 따라 유체(14)에 의해 가스를 고압으로 압축하여 토출시키는 제1,2 탱크(11)(12)와, 상기 제1,2 탱크의 하부에 각각 연결된 유체이송관(15)과, 상기 유체이송관 상에 설치되어 유체(14)의 유로를 절환하는 솔레노이드밸브(16)와, 상기 솔레노이드밸브의 다른 일단에 연결되어 유체탱크(17) 내에 위치하는 드레인관(18)과, 상기 솔레노이드밸브의 다른 일단에 연결되어 유체탱크 내에 위치하는 유체공급관(19)과, 상기 유체공급관 상에 설치되어 유체탱크 내의 유체를 고압으로 압축하는 유압펌프(21)와, 상기 유압펌프의 후단에 위치하는 유체공급관(19)에 설치되어 유압펌프에 의해 유체가 펌핑되어 설정된 압력에 도달하였을 경우에만 통과되도록 하는 고압유체 체크밸브(22)와, 상기 제1,2 탱크의 상부에 각각 연결되어 유체에 의해 고압으로 압축된 가스를 토출시키는 가스토출관(23)과, 상기 제1,2 탱크에 연결된 가스토출관의 출구 측에 각각 설치된 제1,2 체크밸브(24)(25)와, 상기 가스토출관에 연결되어 고압가스를 토출하는 토출구(26)와, 상기 제1,2 탱크의 상단에 상호 통하여지게 연결된 저압가스 흡입관()과, 상기 저압가스 흡입관의 입구 측에 각각 설치된 제3,4 체크밸브(34)(35)로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

가스압축기 {gas compressor}

본 발명은 가스를 압축하는 가스압축기에 관한 것으로써, 좀더 구체적으로는 적은 동력으로 유체를 압축하여 초고압(약 50 ∼ 300kg/cmㅂ정도)의 가스를 얻을 수 있도록 하는 가스압축기에 관한 것이다.

일반적으로 가스(아르곤, 탄화이산화물, 에틸렌, 헬륨, 수소, 메탄, 네온, 질소, 산화질소, 프로판, LP 등)를 고압으로 압축하여 산업용으로 사용하는 방법으로는, 피스톤의 왕복운동에 따른 압축, 한 쌍으로 이루어진 스크롤의 회전에 따른 압축, 스크류기어 펌프식, 브런저식 등으로 대별된다.

도 1은 종래의 가스압축기를 나타낸 종단면도로써, 한 쪽 끝이 열려진 일단개구형의 케이스(1) 및 상기 케이스의 개구단에 결합되는 프론트 헤드(2)로 구성된 케이싱(3)과, 상기 케이싱의 내부에 설치되어 가스를 압축하는 압축기본체(4)와, 상기 압축기본체의 일 측에 설치되어 압축된 가스에서 오일을 분리하는 오일분리기(5)와, 상기 압축기본체(4)의 앞쪽에 위치되게 프론트 헤드(2)에 형성된 흡입실(6)과, 상기 압축기본체(4)의 뒤쪽에 위치되게 케이스(1)에 형성된 토출실(7)로 이루어져 있다.

따라서 로터 축(4a)과 일체로 로터(4b)가 형성된 압축기본체(4)가 회전하면 흡입실(6)로부터 프론트 사이드블록(4c)을 매개로 실린더(4d) 내에 저압의 가스를 흡입하여 상기 저압가스를 윤활용 오일과 함께 압축한 다음 리어 사이드블록(4e)에서 토출실(7) 쪽으로 토출한다.

이 때, 오일분리기(5)는 압축기 본체의 리어 사이드블록(4e)에 설치되어 압축기본체(4)에서 토출실(7) 쪽으로 토출한 고압의 가스를 가스성분과 오일성분으로 분리하는 역할을 하게 된다.

이렇게, 분리된 가스성분은 토출실(7)로부터 케이스(1)의 토출구(7a)를 통해 필요한 장소로 공급되었다가 저압의 가스로 변환되면 흡입구(6a)를 통해 흡입실(6)로 복귀되므로 압축기 본체(4)가 계속해서 고압으로 압축시킬 수 있게 된다.

그러나 이러한 종래의 가스압축기는 다음과 같은 여러 가지 문제점이 있었다.

첫째, 그 구조가 복잡하여 제작에 따른 비용이 많이 소요된다.

둘째, 모터의 구동으로 압축기 본체가 회전하면서 가스를 압축하게 되므로 동작 시 많은 소음이 발생된다.

셋째, 기계적인 작동으로 가스를 고압으로 압축하는 구조이어서 실링부위가 마모될 경우 압축효율이 떨어지게 된다.

넷째, 장시간 운용으로 회전부위가 마모되면 반드시 마모된 부품을 교체하여야만 되었으므로 유지보수에 따른 어려움이 있었을 뿐만 아니라 유지보수 시 라인의 가동이 중단되는 치명적인 결함이 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로써, 그 구조를 획기적으로 개선하여 별도의 피스톤이나, 회전체를 회전시키지 않고 2개의 탱크만을 구비하여 적은 동력에 의해 유체를 압축시키는 유압펌프의 구동으로 유체를 2개의 탱크로 번갈어가면서 공급함에 따라 가스를 연속하여 고압으로 압축시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 저압가스가 교대로 유입됨에 따라 유체에 의해 가스를 고압으로 압축하여 토출시키는 제1,2 탱크와, 상기 제1,2 탱크의 하부에 각각 연결된 유체이송관과, 상기 유체이송관 상에 설치되어 유체의 유로를 절환하는 솔레노이드밸브와, 상기 솔레노이드밸브의 다른 일단에 연결되어 유체탱크 내에 위치하는 드레인관과, 상기 솔레노이드밸브의 다른 일단에 연결되어 유체탱크 내에 위치하는 유체공급관과, 상기 유체공급관 상에 설치되어 유체탱크 내의 유체를 고압으로 압축하는 유압펌프와, 상기 유압펌프의 후단에 위치하는 유체공급관에 설치되어 유압펌프에 의해 유체가 펌핑되어 설정된 압력에 도달하였을 경우에만 통과되도록 하는 고압유체 체크밸브와, 상기 제1,2 탱크의 상부에 각각 연결되어 유체에 의해 고압으로 압축된 가스를 토출시키는 가스토출관과, 상기 제1,2 탱크에 연결된 가스토출관의 출구 측에 각각 설치된 제1,2 체크밸브와, 상기 가스토출관에 연결되어 고압가스를 토출하는 토출구와, 상기 제1,2 탱크의 상단에 상호 통하여지게 연결된 저압가스 흡입관과, 상기 저압가스 흡입관의 입구 측에 각각 설치된 제3,4 체크밸브로 구성된 것을 특징으로 하는 가스압축기가 제공된다.

본 발명은 종래의 가스압축기에 비하여 다음과 같은 여러 가지 장점을 갖는다.

첫째, 그 구조가 간단하여 제작에 따른 비용을 대폭 절감할 수 있게 된다.

둘째, 유압펌프의 구동에 의해 유체가 이동하면서 제1,2 탱크에서 가스를 압축하게 되므로 동작 시 소음이 발생되지 않는다.

셋째, 피스톤을 사용하지 않음에 따라 가스를 고압으로 압축할 때 압축효율이 떨어지는 현상을 근본적으로 해소하게 된다.

넷째, 장시간 운용을 하더라도 부품이 마모되지 않으므로 가스압축기의 유지보수가 편리해지게 됨은 물론 유지보수에 따른 라인의 가동을 중단시킬 필요가 없게 된다.

도 1은 종래의 가스압축기를 나타낸 종단면도
도 2a 및 도 2b는 본 발명을 설명하기 위한 작동상태도로써,
도 2a는 제1 탱크 내의 저압가스를 고압으로 압축하여 토출시킨 상태도
도 2b는 제2 탱크 내의 저압가스를 고압으로 압축하여 토출시킨 상태도
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 적용된 유체차단수단의 작동상태 종단면도
도 4는 도 3a의 A - A선 단면도

이하, 본 발명을 일 실시예로 도시한 도 2 내지 도 4를 참고하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명을 설명하기 위한 작동상태도이고 도 3a 및 도 3b는 본 발명에 적용된 유체차단수단의 작동상태 종단면도이며 도 4는 도 3a의 A - A선 단면도로써, 본 발명은 내부로 저압가스(13)가 교대로 유입됨에 따라 유체(14)에 의해 가스를 고압으로 압축하여 토출시키는 제1,2 탱크(11)(12)의 하부에 유체이송관(15)이 각각 연결되어 있고 상기 유체이송관(15)에는 유체(14)의 유로를 절환하는 솔레노이드밸브(16)가 설치되어 있다.

그리고 솔레노이드밸브(16)의 다른 일단에는 유체탱크(17) 내에 위치하는 드레인관(18)이 연결되어 있고 상기 솔레노이드밸브(16)의 다른 일단에는 유체탱크(17) 내에 위치하는 유체공급관(19)이 연결되어 있는데, 상기 유체공급관(19) 상에는 펌프모터(20)의 구동으로 유체탱크(17) 내의 유체를 고압으로 압축하는 유압펌프(21)가 설치되어 있고 상기 유압펌프(21)의 후단에 위치하는 유체공급관(19)에는 유압펌프(21)에 의해 유체(14)가 펌핑되어 설정된 압력에 도달하였을 경우에만 통과되도록 하는 고압유체 체크밸브(22)가 설치되어 있다.

한편, 상기 제1,2 탱크(11)(12)의 상부에 유체(14)에 의해 고압으로 압축된 가스를 토출시키는 가스토출관(23)이 각각 연결되어 있고 상기 제1,2 탱크(11)(12)에 연결된 가스토출관(23)의 출구 측에는 제1,2 체크밸브(24)(25)가 각각 설치되어 있으며 상기 가스토출관(23)에는 고압가스를 토출하는 토출구(26)가 연결되어 있다.

이 때, 상기 가스토출관(23)과 토출구(26) 사이에 고압가스에 포함된 유체(14)를 분리하는 유체분리기(27)를 더 설치하는 것이 보다 바람직하다.

이는, 유체(14)에 의해 고압으로 압축되어 토출되는 고압가스에 유체(14)가 포함될 우려가 있기 때문이다.

더욱 바람직하게는, 상기 제1,2 탱크(11)(12)를 연결하는 가스토출관(23)의 출구 측에 각각 설치된 제1,2 체크밸브(24)(25)의 전단에는 유체(14)에 의해 가스를 압축하는 과정에서 유체가 가스토출관(23)을 통해 빠져나가지 않도록 하는 유체차단수단(28)을 더 구비하는 것이 보다 바람직하다.

상기 유체차단수단(28)을 본 발명의 일 실시예에서는 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 제1,2 탱크(11)(12)의 고압가스 토출 측에 각각 설치되며 가스가 통하여지도록 외주면(29a)이 절단된 컵형태의 부력밸브(29)와, 상기 제1,2 탱크(11)(12)에 각각 고정되어 부력밸브의 하강을 제어하는 스토퍼(30)로 구성하고 제1,2 체크밸브(24)(25)는 코일스프링(31)으로 탄력 설치되며 가스 통로(32a)를 갖는 밸브 디스크(32)로 구성되어 있다.

또한, 상기 제1,2 탱크(11)(12)의 상단에 상호 통하여지게 저압가스 흡입관(33)이 연결되어 있고 상기 저압가스 흡입관()의 입구 측에는 제3,4 체크밸브(34)(35)가 각각 설치되어 있다.

도면 중 미설명 부호, (36)은 부력밸브의 상면에 고정된 패킹이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2a는 제1 탱크(11)의 내부에 저압가스(13)가 채워져 있고 제2 탱크(12)의 내부에는 유체(14)가 가득 채워져 있는 상태이다.

이러한 상태는 유체탱크(17) 내에 있던 유체(14)를 제1 탱크(11) 측에 고압으로 강제 압송함과 동시에 제2 탱크(12) 내의 유체(14)는 유체탱크(17) 측으로 드레인(drain)시킬 수 있도록 솔레노이드밸브(16)를 작동시켜 유로를 결정하게 된다.

그 후, 펌프모터(20)에 의해 유압펌프(21)가 구동하면 유체탱크(17) 내에 있던 유체(14)가 유압펌프(21)에 의해 펌핑되어 유체공급관(19)으로 공급되는데, 유체(14)가 설정된 이하의 압력으로 펌핑되면 고압유체 체크밸브(22)를 통과하지 못하고, 유압펌프(21)에 의해 설정된 압력 이상이 되도록 계속해서 펌핑된다.

상기한 바와 같은 동작으로 유체(14)가 유압펌프(21)에 의해 설정된 압력으로 펌핑되면 고압유체 체크밸브(22)를 통과하여 솔레노이드밸브(16) 및 유체이송관(15)을 통해 제1 탱크(11)의 내부로 공급되므로 제1 탱크(11) 내의 저압가스(13)가 유입되는 유체(14)의 양이 증대될수록 점진적으로 압축된다.

상기 제1 탱크(11)의 내부로 유입되는 유체(14)에 의해 저압가스(13)가 압축되어 설정된 압력이상의 고압가스로 변하면 가스토출관(23)의 출구에 설치된 제1 체크밸브(24)가 개방되므로 고압가스가 가스토출관(23)을 통해 유체분리기(27)에서 고압가스에 포함된 유체(14)를 분리하여 건조한 고압가스만을 토출구(26)로 토출시키게 된다.

이와 같이 유압펌프(21)의 구동으로 유체(14)가 제1 탱크(11)의 내부로 차 올라 고압가스를 토출시키는 과정에서 제1 체크밸브(24)는 기체인 고압가스에 의해 부하를 받지 않아 개방된 상태를 유지하여 고압가스를 통과시키다가 유체(14)가 제1 체크밸브(24)에 도달하면 유체(14)의 저항으로 닫혀 가스토출관(23)의 유로를 폐쇄하게 되므로 유체(14)가 빠져나가는 현상을 방지하게 된다.

상기한 바와 같은 동작 시 제1 체크밸브(24)의 전단에 유체차단수단(28)이 설치된 경우에는 도 3a와 같이 제1 탱크(11)의 내부로 고압으로 압축된 유체가 유입됨에 따라 저압가스(13)가 유체(14)에 의해 압축되어 가스의 압력이 설정치 이상으로 상승하면 가스토출관(23)에 설치된 밸브 디스크(32)가 코일 스프링(31)을 압축시키면서 상승하여 가스토출관(23)의 유로를 개방하게 되므로 압축된 고압가스가 가스토출관(23)을 통해 토출구(26)로 토출된다.

이 때, 유체(14)에 의해 압축된 고압가스는 도 4과 같이 부력밸브(29)에 외주면(29a)이 형성되어 있어 외주면(29a) 및 제1 탱크(11)내의 틈새를 통해 가스토출관(23)으로 토출된다.

이와 같이 유압펌프(21)의 구동으로 유체(14)가 제1 탱크(11)의 내부로 차 올라 고압가스를 토출시키는 과정에서 유체(14)가 컵형태의 부력밸브(29)의 내부에 차이면 유체(14)의 상승압력에 의해 부력밸브(29)가 상승하여 상면에 고정된 패킹(36)이 가스토출관(23)의 입구를 폐쇄하게 되므로 밸브 디스크(32)가 코일스프링(31)의 복원력에 의해 하강하여 가스토출관(23)을 폐쇄하게 되고, 이에 따라 유체(14)가 가스토출관(23)으로 빠져나가는 현상을 방지하게 된다.

상기 금속재질의 부력밸브(29)가 유체(14)의 유입으로 상승하는 이유는 유압펌프(21)의 구동으로 유체(14)가 제1 탱크(11)의 내부에 유입되는 과정에서 컵형태로 이루어진 부력밸브(29)의 내부로 채워져 부력을 발생시키게 되므로 가능하다.

한편, 유압펌프(21)의 구동으로 유체탱크(17) 내의 유체(14)를 고압으로 압축하여 제1 탱크(11)의 내부로 보내 저압가스(13)를 고압가스로 변환시켜 가스토출관(23)을 통해 토출시키는 과정에서 제2 탱크(12) 내에 채워져 있던 유체(14)는 유체이송관(15) - 솔레노이드밸브(16) - 드레인관(18)을 통해 유체탱크(17)에 드레인된다.

이와 같이 제2 탱크(12)에 있던 유체(14)가 유체탱크(17)로 드레인됨에 따라 제2 탱크(12)의 내부 압력이 떨어지면 저압가스 흡입관(33)에 설치된 제4 체크밸브(35)가 개방되므로 저압가스(13)가 도 2b와 같이 제2 탱크(12)의 내부에 채워지게 된다.

이 때, 제1 탱크(11)의 내부는 고압상태를 유지하고 있어 제1 탱크 측에 설치된 제3 체크밸브(34)가 유로를 폐쇄하게 되므로 저압가스가 제1 탱크(11) 측으로는 이동하지 않고, 또한 제2 탱크(12)의 내부로 유입된 저압가스(13)는 제2 체크밸브(25)가 가스토출관(23)을 폐쇄하고 있으므로 빠져나가지 않는다.

한편, 유체차단수단(28)이 구비된 경우에는 제2 탱크(12)의 내부로 저압가스(13)가 유입되는 과정에서는 컵형태의 부력밸브(29)는 자중에 의해 하강하여 스토퍼(30)에 걸린 상태를 유지하고 있다.

전술한 바와 같은 동작으로 유체(14)의 압력에 의해 제1 탱크(11) 내에 있던 저압가스(13)를 고압가스로 변환시켜 토출구(26)를 통해 토출시킴과 동시에 제2 탱크(12) 내에 채워져 있던 유체(14)를 유체탱크(17) 측으로 드레인시키게 되므로 제2 탱크(12)에 저압가스(13)가 채워진 도 2b와 같은 상태가 된다.

도 2b와 같은 상태가 되면 콘트롤러(도시는 생략함)에 의해 솔레노이드밸브(16)의 유로를 절환시키게 되므로 유체펌프(21)에 의해 고압으로 압축된 유체(14)가 제2 탱크(12)의 내부로 공급되면서 제2 탱크(12) 내의 저압가스(13)를 고압으로 압축함과 동시에 제1 탱크(11) 내에 있던 유체(14)는 유체탱크(17)로 드레인시키게 되는데, 이에 대한 구체적인 설명은 전술한 바와 같으므로 생략하기로 한다.

본 발명의 기술사상은 상기한 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.

또한, 본 발명의 기술분야에서 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양하게 변화하여 실시할 수 있음은 이해 가능한 것이다.

11 : 제1 탱크 12 : 제2 탱크
13 : 저압가스 14 : 유체
15 : 유체이송관 16 : 솔레노이드밸브
17 : 유체탱크 18 : 드레인관
19 : 유체공급관 21 : 유압펌프
22 : 고압유체 체크밸브 23 : 가스토출관
24 : 제1 체크밸브 25 : 제2 체크밸브
27 : 유체분리기 28 : 유체차단수단
29 : 부력밸브 30 : 스토퍼
32 : 밸브 디스크 33 : 저압가스 흡입관
34 : 제3 체크밸브 35 : 제4 체크밸브

Claims

저압가스(13)가 교대로 유입됨에 따라 유체(14)에 의해 가스를 고압으로 압축하여 토출시키는 제1,2 탱크(11)(12)와, 상기 제1,2 탱크의 하부에 각각 연결된 유체이송관(15)과, 상기 유체이송관 상에 설치되어 유체(14)의 유로를 절환하는 솔레노이드밸브(16)와, 상기 솔레노이드밸브의 다른 일단에 연결되어 유체탱크(17) 내에 위치하는 드레인관(18)과, 상기 솔레노이드밸브의 다른 일단에 연결되어 유체탱크 내에 위치하는 유체공급관(19)과, 상기 유체공급관 상에 설치되어 유체탱크 내의 유체를 고압으로 압축하는 유압펌프(21)와, 상기 유압펌프의 후단에 위치하는 유체공급관(19)에 설치되어 유압펌프에 의해 유체가 펌핑되어 설정된 압력에 도달하였을 경우에만 통과되도록 하는 고압유체 체크밸브(22)와, 상기 제1,2 탱크의 상부에 각각 연결되어 유체에 의해 고압으로 압축된 가스를 토출시키는 가스토출관(23)과, 상기 제1,2 탱크에 연결된 가스토출관의 출구 측에 각각 설치된 제1,2 체크밸브(24)(25)와, 상기 가스토출관에 연결되어 고압가스를 토출하는 토출구(26)와, 상기 제1,2 탱크의 상단에 상호 통하여지게 연결된 저압가스 흡입관()과, 상기 저압가스 흡입관의 입구 측에 각각 설치된 제3,4 체크밸브(34)(35)로 구성된 것을 특징으로 하는 가스압축기.
청구항 1에 있어서,
상기 가스토출관(23)과 토출구(26) 사이에는 고압가스에 포함된 유체를 분리하는 유체분리기(27)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 가스압축기.
청구항 1에 있어서,
상기 제1,2 탱크(11)(12)를 연결하는 가스토출관(23)의 출구 측에 각각 설치된 제1,2 체크밸브(24)(25)의 전단에 유체(14)에 의해 저압가스13)를 압축하는 과정에서 유체(14)가 가스토출관(23)을 통해 빠져나가지 않도록 하는 유체차단수단(28)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 가스압축기.
청구항 3에 있어서,
상기 유체차단수단(28)은 제1,2 탱크(11)(12)의 고압가스 토출 측에 각각 설치되며 가스가 통하여지도록 외주면(29a)이 절단된 컵형태의 부력밸브(29)와, 상기 제1,2 탱크(11)(12)에 각각 고정되어 부력밸브의 하강을 제어하는 스토퍼(30)로 구성하고 제1,2 체크밸브(24)(25)는 코일스프링(31)으로 탄력 설치되며 가스 통로(32a)를 갖는 밸브 디스크(32)로 구성한 것을 특징으로 하는 가스압축기.