KR101746623B1 - 왕복동식 에어 콤프레셔 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실린더 내벽의 스크래치 또는 균열을 방지하고 또한 실린더 과열에 따른 실내온도의 상승을 방지하기 위한 구성의 왕복동식 에어 콤프레셔에 관한 것으로, 본체부와 이 본체부의 상부에 적어도 하나 이상이 구비되는 실린더부를 포함하고, 각각의 실린더부는 피스톤이 동작하는 적어도 2개의 실린더를 포함하는 실린더 블록과 상기 실린더 블록 내의 각 실린더의 개방 상부들을 커버하기 위해 상기 실린더 블록의 상부에 결합되는 실린더 헤드로 구성되며, 상기 각 실린더의 내부는 피스톤 헤드와 실린더 내벽의 직접적인 접촉을 차단하도록 중공의 실린더 라이너를 삽입하여 구성한 것에 특징이 있다. 또한, 본 발명의 에어 콤프레셔에서 실린더 헤드는 실린더 블록 내 각 실린더의 내부에서 발생되는 고열을 효율적으로 냉각할 수 있는 수냉식 실린더 헤드로서 구성되되, 수냉식 실린더 헤드는 실린더 블록 내 각 실린더로부터 전달되는 고온의 열을 냉각하기 위해, 내부에 냉각수가 유동하는 냉각수 순환 파이프라인 구조체를 설치하고, 외부로부터 워터펌프를 통해 냉각수를 순환시키는 방식으로 구성된다.

Description

왕복동식 에어 콤프레셔{RECIPROCATING AIR COMPRESSURE}

본 발명은 왕복동식 에어 콤프레셔에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실린더 내벽의 스크래치 또는 균열을 방지하고 또한 실린더 과열에 따른 실내온도의 상승을 방지하기 위한 구성의 왕복동식 에어 콤프레셔에 관한 것이다.

공기압축기, 즉 에어 콤프레셔(air compressor)는 날개차나 로터의 회전운동 또는 피스톤의 왕복운동에 의해서 공기를 일정 공간에 압축하여 보관하면서 필요할 때마다 공기를 토출시키는 장치이다. 이와 같은 공기압축기는 다양한 구조로 이루어질 수 있는데, 예를 들어 다단 왕복동식 에어 콤프레셔의 경우 설정패턴으로 배치된 복수의 실린더 중 하나의 실린더로부터 생생된 압축공기가 다른 하나의 실린더로 순차적으로 공급되어 또다시 압축되는 과정이 반복 수행되면서 고압의 압축공기를 생성시키는 구조로 이루어진다.

이와 같은 다단 왕복동 공기 압축기와 관련된 기술로는 한국 특허등록공보 제10-1205401호 "배기관의 바로 연결이 가능한 공기압축기용 실린더헤드", 특허등록공보 제10-0563636호 "병립형 압축실린더를 갖는 공기압축기의 압축펌프", 특허공개공보 제10-2008-0008442호 "다열식 2단 공기압축기 실린더 간의 흡/배기구 연결구조" 등이 개시되어 있다.

일반적으로, 왕복동식 에어 콤프레셔, 즉 공기압축기는 가동시 실린더 내부에 일반적으로 고압과 고열이 발생하게 되는데, 이때 피스톤 헤드와 실린더 내벽이 들러붙는 현상이 발생하거나 실린더 내벽에 스크래치(긁힘) 또는 균열이 발생할 수 있다. 만일, 이와 같은 현상이 발생할 경우에는 실린더 블록을 통째로 교체하여야 하므로 전체 유지보수 비용이 상승하게 되는 원인이 되고 있다.

또한, 왕복동식 에어 콤프레셔의 경우 주변공기를 통해 냉각되는 공랭식이 주류를 이루고 있어 과열방지나 효율적인 냉각에 어려움이 있으며, 그로 인해 작업장의 실내 온도가 상승하게 되고, 특히 실린더 내벽의 변형이나 손상을 초래하게 되는 심각한 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 피스톤 헤드와 실린더 내벽의 마찰로 인한 실린더 내벽의 마모, 스크래치 또는 균열을 방지하기 위한 실린더 개선구조를 갖는 왕복동식 에어 콤프레셔를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 실린더 내부에서 발생되는 고열을 효율적으로 냉각할수 있는 수냉식 실린더 헤드를 구비한 왕복동식 에어 콤프레셔를 제공하는 것이다.

상술한 해결과제에 따라서 본 발명은 실린더 내부 구조를 개선하기 위해 먼저 실린더의 구경을 확장하고 그 내벽면에 중공의 실린더 라이너(cylinder liner 또는 sleeve)를 끼워넣음으로써 피스톤 헤드와 실린더 내벽의 직접적인 접촉을 차단하여 피스톤 헤드와 실린더 내벽 간에 마찰로 인한 마모, 스크래치 또는 균열을 방지하게 되는 구성을 제공한다. 본 발명은 이러한 구성으로부터 가동 중에 실린더 라이너 표면이 마모되거나 스크래치 또는 균열이 발생할 경우에는 단지 실린더 라이너 만을 새 것으로 교체하면 되므로 보다 저렴한 비용으로 실린더 내벽의 마모, 스크래치 또는 균열을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 개선 구조를 갖는 콤프레셔용 실린더 블록의 상부에 실린더 내부에서 발생되는 고열을 효율적으로 냉각할 수 있는 수냉식 실린더 헤드를 장착하여 구성한 왕복동식 에어 콤프레셔를 제공한다. 이러한 구성은 실린더 내부에서 발생하는 고열을 냉각하기 위해 내부에 냉각수 순환 파이프라인 구조체를 설치하고 외부로부터 워터펌프를 통해 냉각수를 순환시키는 방식을 채용한다.

위와 같은 구성 특징에 따르면, 본 발명은 피스톤 헤드와 실린더 내벽이 직접적으로 접촉하지 않으므로 실린더 내벽이 마모되는 일이 없고, 또한 콤프레셔 가동중에 실린더 라이너 표면이 마모되거나 스크래치 또는 균열이 발생할 경우에는 단지 실린더 라이너 만을 새 것으로 교체하면 되므로 유지비용이 절감된다.

또한, 본 발명은 실린더 헤드 내부에 냉각수 순환 파이프라인 구조체를 설치하여 이를 통해 유동하는 냉각수로부터 실린더 내부의 고열을 보다 직접적이고 효율적으로 냉각시킬 수 있으며, 그로부터 실린더 헤드의 과열을 방지하여 결과적으로 실내 온도가 상승하는 것을 실질적으로 방지할 수 있다.

본 발명은 박스형으로 구성할 수 있으므로 소음감소 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 왕복동식 에어 콤프레셔용 실린더의 구조개선을 위한 구성 분해사시도,
도 2는 도 1에 따른 구성의 일부 조립 사시도,
도 3은 도 2에 따른 조립 단면도,
도 4는 도 1의 실린더를 구비한 본 발명에 따른 왕복동식 에어 콤프레셔의 실린더 헤드와 그 내부에 설치되는 냉각수 순환 파이프라인 구조체를 개략적으로 도시한 전개도,
도 5는 도 4의 냉각수 순환 파이프라인 구조체에서 냉각수 유동라인과 워터펌프에 의한 냉각수의 순환 관계를 보여주는 작동 상태도.

이상 설명한 기본 개념을 토대로 첨부된 도면들을 참조하여 이제 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명하기로 한다.

먼저, 아래의 실시형태들은 본 발명을 설명함에 있어서 필연적인 부분들을 제외하고는 그 도시와 설명을 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 유사한 구성요소에 대하여는 동일한 참조부호를 부여하고 그에 대한 상세한 설명을 반복하지 않고 생략하기로 한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 왕복동식 에어 콤프레셔용 실린더의 구조개선을 위한 구성들의 결합관계를 도시한 도면이고, 도 4는 도 1의 실린더를 구비한 본 발명에 따른 왕복동식 에어 콤프레셔의 실린더 헤드와 그 내부에 설치되는 냉각수 순환 파이프라인 구조체를 개략적으로 도시한 전개도, 도 5는 도 4의 냉각수 순환 파이프라인 구조체에서 냉각수 유동라인과 워터펌프에 의한 냉각수의 순환 관계를 보여주는 작동 상태도이다.

본 발명에 따르면, 왕복동식 에어 콤프레셔는 본체부(2)와 이 본체부의 상부에 적어도 하나 이상이 구비되는 실린더부(1)를 포함하며, 각각의 실린더부(1)는 왕복 피스톤(미도시)이 내장된 적어도 2개의 실린더(11)를 포함하는 실린더 블록(10)과 이 실린더 블록 내의 각 실린더(11)의 개방 상부들을 커버하기 위해 상기 실린더 블록(10)의 상부에 결합되는 실린더 헤드(20)로 구성된다.

여기에 본 발명의 제1 목적인 실린더 내부 구조를 개선하기 위한 것으로, 실린더 블록(10)의 각 실린더(11) 내부에 중공의 실린더 라이너(cylinder liner 또는 sleeve;30)를 삽입하는 구성을 제공한다. 이는 피스톤 헤드(미도시)와 실린더 내벽의 직접적인 접촉을 차단하여 피스톤 헤드와 실린더 내벽 간에 마찰로 인한 마모, 스크래치 또는 균열을 방지하게 되는 것으로, 이러한 실린더 라이너(30)의 장착은 먼저 각 실린더(11)의 구경을 확장하는 보링(boring)작업을 수행하고, 이어서 확장된 실린더의 내벽(11a) 면에 밀착시킨 상태로 중공의 실린더 라이너(30)를 끼워넣음으로써 완성된다.

이와 같이 실린더 블록(10)의 각 실린더(11) 내부에 삽입된 실린더 라이너(30)는 에어 콤프레셔 가동 중에 실린더 라이너 표면이 마모되거나 스크래치 또는 균열이 발생할 경우에는 단지 실린더 라이너 만을 새 것으로 교체하면 되므로 보다 저렴한 유지비용으로 실린더 내벽의 마모, 스크래치 또는 균열을 방지할 수 있게 된다.

상술한 제2 목적인 수냉식 실린더 헤드를 구비한 왕복동식 에어 콤프레셔를 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 전술한 실린더 개선 구조를 갖는 에어 콤프레셔의 실린더 블록(10)을 기본으로 하여 실린더 블록 내 각 실린더(11)의 내부에서 발생되는 고열을 효율적으로 냉각할 수 있는 수냉식 실린더 헤드(20)를 구비한 왕복동식 에어 콤프레셔를 제공한다.

본 발명에 따른 수냉식 실린더 헤드(20)는 실린더 블록(10)의 각 실린더(11)로부터 전달되는 고온의 열을 냉각하기 위한 것으로 내부에 냉각수가 유동하는 냉각수 순환 파이프라인 구조체(22)를 설치하고, 외부로부터 워터펌프(40; 도 5)를 통해 냉각수를 순환시키는 방식을 채용한다. 냉각수 순환 파이프라인 구조체(22)는 실린더 블록(10)의 각 실린더(11)에서 발생된 고온의 열을 식히기 위해 실린더 헤드(20)의 내부를 통과하는 냉각수 유동라인(23)이 일체로 형성된 구조이며, 이러한 냉각수 유동라인(23)의 양 끝은 실린더 헤드(20)의 양단에 형성되는 냉각수 배관(21a)(22b)으로 각각 연장된다.

또한, 냉각수 유동라인(23)은 각각의 실린더의 상부 부분과 흡·배기 밸브들의 주위를 대체로 둘러싸는 형태로 배열될 수 있으며, 이를 위해 냉각수 유동라인(23)은 도 4 및 5에 도시하는 바와 같이 실린더 헤드(20)를 중심으로 냉각수의 순환을 위한 제1 유동라인(23a)과 제2 유동라인(23b)으로 각각 형성될 수 있다. 이와 같이 실린더 헤드(20) 내부에 각각의 실린더 상부 부분과 흡·배기 밸브들의 주위를 둘러싸는 제1 유동라인(23a) 및 제2 유동라인(23b)으로 이루어진 냉각수 유동라인(23)을 갖는 냉각수 순환 파이프라인 구조체(22)를 설치함으로써 이를 통해 유동하는 냉각수로부터 실린더 내부의 고열을 보다 직접적이고 효율적으로 냉각시킬 수 있으며, 그로부터 실린더 헤드의 과열을 방지하여 결과적으로 실내 온도가 상승하는 것을 실질적으로 방지할 수 있게 된다.

한편, 실린더 헤드(20)의 일측으로부터 연장된 냉각수 배관(21a)은 상기 냉각수 유동라인(23)을 통해 냉각수를 순환시키는 워터펌프(40)와 연결될 수 있으며, 또한 실린더 헤드로부터 인출된 냉각수를 외부공기를 이용하여 식히기 위한 라디에이터(70)와 연결될 수 있다. 이를 위해 냉각수 배관의 관로 상에는 도 5에 도시된 바와 같이 송풍팬(50)과 수온조절기(60)가 구비될 수 있으며, 실린더 헤드(20)의 타측으로부터 연장된 냉각수 배관(22b)은 히터(80)를 경유하도록 구성될 수 있다. 도 5의 냉각수 회로 구성에서 송풍팬(50), 수온조절기(60), 라디에이터(70) 및 히터(80)와 같은 요소들은 모두 선택적인 사항이며 언제든지 필요에 따라 추가 내지 제거가 가능하다.

본 발명의 왕복동식 에어 콤프레셔는 도면에 도시된 바와 같이 박스형 구조로 구성될 수 있으며, 이는 소음저감 효과와 같은 장점을 본 발명에 제공한다.

이상 본 발명의 다양한 실시예와 작동형태들을 설명하였으나, 지금까지 설명한 내용들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 그 일부를 예시한 정도에 불과하다.

따라서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 범위내에서 발명의 요지를 변경시키지 않고 본 발명에 대하여 다양한 변형을 가할 수 있음은 물론이다.

1 : 실린더부
2 : 본체부
10 : 실린더 블록
11 : 실린더
20 : 실린더 헤드
21a,22b : 냉각수 배관
22 : 냉각수 순환 파이프라인 구조체
23 : 냉각수 유동라인
23a : 제1 유동라인
23b : 제2 유동라인
30 : 실린더 라이너
40 : 워터펌프
50 : 송풍팬
60 : 수온조절기
70 : 라디에이터
80 : 히터

Claims (5)

1. 본체부와, 상기 본체부의 상부에 적어도 하나 이상이 구비되는 실린더부를 포함하는 에어 콤프레셔로서,
   각각의 실린더부는 피스톤이 동작하는 적어도 2개의 실린더를 포함하는 실린더 블록과, 상기 실린더 블록 내의 각 실린더의 개방 상부들을 커버하기 위해 상기 실린더 블록의 상부에 결합되는 실린더 헤드로 구성되고,
   상기 각 실린더의 내부는 피스톤 헤드와 실린더 내벽의 직접적인 접촉을 차단하도록 중공의 실린더 라이너를 삽입하여 구성하고,
   상기 실린더 헤드는 실린더 블록 내 각 실린더의 내부에서 발생되는 고열을 효율적으로 냉각할 수 있는 수냉식 실린더 헤드로서 구성하되, 상기 수냉식 실린더 헤드는 상기 실린더 블록 내 각 실린더로부터 전달되는 고온의 열을 냉각하기 위해, 내부에 냉각수가 유동하는 냉각수 순환 파이프라인 구조체를 설치하고 외부로부터 워터펌프를 통해 냉각수를 순환시키도록 구성하며,
   상기 냉각수 순환 파이프라인 구조체는 상기 실린더 헤드의 내부를 통과하는 냉각수 유동라인이 일체로 형성되고, 상기 냉각수 유동라인의 양 끝은 실린더 헤드의 양단에 형성되는 냉각수 배관으로 각각 연장되며,
   상기 냉각수 유동라인은 상기 실린더 헤드를 중심으로 냉각수의 순환을 위한 복수의 제1 유동라인 및 복수의 제2 유동라인으로 형성되어, 각각의 제1 및 제2 유동라인이 각각의 실린더의 상부 부분과 흡·배기 밸브들의 주위를 둘러싸는 배열을 갖는 것을 특징으로 하는 왕복동식 에어 콤프레셔.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 실린더 헤드의 일측으로부터 연장된 냉각수 배관은 상기 냉각수 유동라인을 통해 냉각수를 순환시키는 워터펌프와 연결되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 에어 콤프레셔.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 실린더 헤드의 일측으로부터 연장된 냉각수 배관은 상기 실린더 헤드로부터 인출된 냉각수를 외부공기를 이용하여 식히기 위한 라디에이터와 연결되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 에어 콤프레셔.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 냉각수 배관의 관로 상에는 송풍팬 및 수온조절기가 구비되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 에어 콤프레셔.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 실린더 헤드의 타측으로부터 연장된 냉각수 배관은 히터를 경유하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 에어 콤프레셔.

Images