KR102404201B1 - 변속 운전형 왕복동 공기 압축기 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 실린더를 통해 공기를 재압축시켜 고압의 압축공기를 생성하는 왕복동 공기 압축기 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기탱크의 압력에 따라 변속 운전되도록 하여서 기동시 전기적 쇼크를 해소하고, 생산효율이 개선되고, 소음이 줄어들고, 전력소비를 줄일 수 있는 변속 운전형 왕복동 공기 압축기 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 변속 운전형 왕복동 공기 압축기 장치는 제1 실린더(11)로부터 생성된 압축공기가 제2 실린더(12)로 공급되어 재압축됨으로써 고압의 압축공기를 생성하는 왕복동식 공기압축기(10); 상기 공기압축기(10)를 구동시키는 구동모터(20); 상기 공기압축기(10)에서 생성된 압축공기가 저장되는 공기탱크(30); 상기 공기탱크(30)의 공기압을 감지하는 압력센서(40); 상기 압력센서에서 감지되는 공기압의 세기에 따라 상기 구동모터의 회전속도를 제어하는 컨트롤러(60);를 포함하여 이루어진다.

Description

변속 운전형 왕복동 공기 압축기 장치{Reciprocating Compressor}

본 발명은 복수의 실린더를 통해 공기를 재압축시켜 고압의 압축공기를 생성하는 왕복동 공기 압축기 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기탱크의 압력에 따라 변속 운전되도록 하여서 기동시 전기적 쇼크를 해소하고, 생산효율이 개선되고, 소음이 줄어들고, 전력소비를 줄일 수 있는 변속 운전형 왕복동 공기 압축기 장치에 관한 것이다.

공기 압축기 장치는 공기압축기가 공기를 압축하여 공기탱크에 저장하여 필요할 때마다 공기탱크의 압축공기를 토출시켜 사용하는 장비로서, 이 중 왕복동 공기 압축기 장치는 어느 한 실린더가 생성한 압축공기를 다른 실린더가 공급받아 재차 압축하여 공기탱크에 저장한다.

이러한 왕복동 공기 압축기 장치와 관련된 기술로는 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1205401호 "배기관의 바로 연결이 가능한 공기압축기용 실린더헤드", 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0563636호 "병립형 압축실린더를 갖는 공기압축기의 압축펌프", 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2008-0008442호 "다열식 2단 공기압축기 실린더 간의 흡/배기구 연결구조", 대한민국 등록특허공보 공개번호 제10-2002-0083271호 "4단 압축구조를 가진 3단고압공기압축기 및 그 압축방법" 등이 개시 되었다.

종래기술에 따른 왕복동 공기 압축기 장치는 정속 운전으로 압축공기를 생성하여 공기탱크에 저장한다.

정속 운전형 왕복동 공기 압축기 장치는 시간당 압축공기의 사용량이 공기압축기에서 압축공기 생산량 보다 많은 경우에는 압축공기를 사용하는 압축공기의 부족을 이유로 작업이 중단되는 문제가 발생하고, 시간당 압축공기의 사용량이 공기압축기에서 압축공기 생산량 보다 적은 경우에는 구동모터의 구동과 중단이 짧은 시간 동안 여러번 반복되는 문제가 발생한다.

정속 운전형 왕복동 공기 압축기 장치는 구동 시에 큰 전기적 쇼크와 기계적 소음이 발생되고, 구동모터의 빈번한 구동과 정지를 억제하기 위해서 9.5~10 bar의 높은 압력까지 상승한 후 정지하는 구조로 운전해야 하는 부담이 있고, 이러한 특성으로 가동시간은 길고, 효율을 낮고, 전력소비는 크고, 소음이 크게 발생되고, 기계적인 진동과 벨트마모, 계전기의 소손과 같은 기계적 손실이 발생되는 문제가 있다.

본 발명은 이처럼 종래기술에 따른 정속 운전형 왕복동 공기 압축기 장치가 갖는 문제를 해결하기 위해 안출된 발명으로서, 공기탱크의 압력에 따라 구동모터의 회전속도를 제어하여 구동시 전기적 쇼크를 해소하고, 압축공기의 생산효율을 향상시키고, 소비전력과 소음을 줄이고, 기계적 손실을 줄일 수 있는 변속 운전형 왕복동 공기 압축기 장치를 제공함을 목적으로 한다.

더불어. 방진가대를 통해 구동모터와 공기압축기의 구동에 따른 압력을 효과적으로 흡수하여 소음과 기계적 손실을 대폭으로 줄일 수 있는 변속 운전형 왕복동 공기 압축기 장치를 제공함을 또 다른 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 변속 운전형 왕복동 공기 압축기 장치는

제1 실린더(11)로부터 생성된 압축공기가 제2 실린더(12)로 공급되어 재압축됨으로써 고압의 압축공기를 생성하는 왕복동식 공기압축기(10);

상기 공기압축기(10)를 구동시키는 구동모터(20);

상기 공기압축기(10)에서 생성된 압축공기가 저장되는 공기탱크(30);

상기 공기탱크(30)의 공기압을 감지하는 압력센서(40);

상기 압력센서에서 감지되는 공기압의 세기에 따라 상기 구동모터의 운전과 정지 그리고 회전속도를 제어하는 컨트롤러(60);를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 공기탱크(30)의 압력이 최대압력에 이르면 작동되어 상기 구동모터(20)의 구동이 중단되도록 하는 압력스위치(50);를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,

상기 공기압축기(10), 구동모터(20) 및 공기탱크(30)가 장착되는 가동판(103)과, 바닥에 놓이는 고정판(101)과, 상기 고정판(101)과 가동판(103) 사이 곳곳에 개재되어서 가동판(103)을 탄성지지하는 완충스프링(105)들을 포함하는 방진가대(100);를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,

상기 방진가대(100)에는 가해지는 충격을 상기 가동판(103) 전체에 분산시키는 충격분산수단이 구비되되,

상기 충격분산수단은 상기 가동판(103)의 하부면으로 양측 가장자리에 일정 간격으로 배열되는 다수의 가압핀(110)과, 상기 고정판(101)의 상부면으로서 양측 가장자리에서 마주보며 구비되고, 회전 가능한 제1회전봉(121)과 제2회전봉(122), 상기 제1회전봉(121)과 제2회전봉(122)에 돌출되어 구비되며 각자 상기 가압핀(110)에 연결되는 다수의 연결핀(125)과, 상기 제1회전봉(121)과 제2회전봉(122)을 연결하여서 상기 제1회전봉(121)의 회전시에 상기 제2회전봉(122)을 연동하여 회전시키는 제1와이어(131)와, 상기 제2회전봉(122)과 제1회전봉(121)을 연결하여서 상기 제2회전봉(122)의 회전시에 상기 제1회전봉(121)을 연동하여 회전시키는 제2와이어(132)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 변속 운전형 왕복동 공기 압축기 장치는 공기탱크의 압력세기에 따른 변속운전으로 기동전류와 전기적 쇼크를 해소할 수 있고, 압축비를 낮고 작게 설정하여 압축공기 생산효율을 향상시킬 수 있고, 압축공기의 과부족이 발생되지 않도록 공기탱크의 압력을 일정범위 내에서 안정적으로 유지할 수 있고, 불필요한 압력 상승과 모터의 고속회전과 가동시간을 억제하여 전기료 낭비 및 소음을 큰 폭으로 줄일 수 있고, 빈번한 기동정지에 의한 압축기의 기계적인 진동과 벨트마모, 계전기의 소손, 기계적 손실을 최소화 할 수 있고, 아울러 방진가대를 통해 소음의 발생과 기계적 손실을 최소화한 제품으로서, 산업발전에 매우 유용한 발명이다.

도 1 은 본 발명에 따른 변속 운전형 왕복동 공기 압축기 장치의 블럭 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 변속 운전형 왕복동 공기 압축기 장치의 사시도.
도 3 은 본 발명에 따른 방진가대의 구조와 작동 매커니즘을 설명하는 도면.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 변속 운전형 왕복동 공기 압축기 장치에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 변속 운전형 왕복동 공기 압축기 장치에 관하여 보다 구체적으로 설명하기에 앞서,

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 변속 운전형 왕복동 공기 압축기 장치는 공기압축기(10), 구동모터(20), 공기탱크(30), 압력센서(40), 압력스위치(50), 컨트롤러(60)를 포함하여 이루어지고, 도2와 도3에서 보는 바와 같이 이들은 방진가대(100) 위에 설치될 수 있다.

상기 공기압축기(10)는 다수의 실린더가 왕복동식으로 작동하여 공기를 압축한다. 즉, 제1 실린더(11)가 공기를 압축하여 제2 실린더(12)에 공급하고, 제2 실린더(12)는 공급받은 공기를 재압축하여 고압 압축공기를 만들고, 이를 공기탱크(30)로 보내 저장되도록 한다. 여기서, 실런더는 더 구비되는 경우에는 제2 실린더(12)는 압축한 공기를 제3 실린더로 공급하여 다시 한 번 더 재압축하는 방식으로, 공기를 다단으로 압축할 수 있다.

상기 구동모터(20)는 상기 공기압축기(10)의 실린더(11, 12) 내부에 구비되는 피스톤을 왕복운동시켜서 실린더(11, 12)에서 공기가 압축되도록 한다.

상기 공기탱크(30)는 상기 공기압축기(10)를 통해 압축된 압축공기가 저장된다.

상기 압력센서(40)는 상기 공기탱크(30) 내부의 공기압을 감지하여 상시 컨트롤러(60)로 전송한다.

상기 압력스위치(50)는 상기 공기태의 공기압이 설정된 최대압력에 이르면 작동되고, 그 작동신호를 상기 컨트롤러(60)로 전송한다.

상기 컨트롤러(60)는 상기 구동모터(20)에 구동전류를 공급하여 구동시키는 인버터(63)와, 사용자에게 각종 정보를 제공하는 모니터(65)와, 상기 압력센서(40)가 감지하는 공기압과 상기 압력스위치(50)의 작동신호를 받고 기설정된 프로그램에 따라 상기 인버터(63)를 제어하는 제어부(61)를 포함한다.

상기 제어부(61)는 상기 압력스위치(50)의 작동신호가 입력되면, 상기 인버터(63)가 상기 구동모터(20)를 중단시키도록 하여서, 구동모터(20), 공기탱크(30), 인버터(63)를 보호한다.

사용자는 기 압력스위치(50)가 작동되는 최대압력 이내의 범위에서 상기 구동모터(20)가 정지하는 정지압력과, 운전을 재개하는 운전압력을 상기 제어부(61)에 자유롭게 설정할 수 있고, 제어부(61)는 상기 압력센서(40)에서 감지되는 압력과 설정된 정지압력과 운전압력을 비교하여 상기 인버터(63)의 정지와 운전을 제어한다. 또한, 제어부(61)는 운전 시에 상기 압력센서(40)에서 감지되는 압력의 세기에 따라 상기 구동모터(20)의 회전속도가 달라지도록 인버터(63)를 제어한다.

상기 제어부(61)는 상기 압력센서(40)의 공기압이 낮은 경우, 즉, 공기탱크(30)에 저장된 압축공기의 토출량이 상기 공기압축기(10)에서 생성하는 압축공기 보다 많아서 공기압이 낮아진 경우에는 상기 구동모터(20)가 고속으로 회전하도록 상기 인버터(63)에 제어신호를 전송함으로써, 상기 공기압축기(10)가 보다 신속하게 압축공기를 생성하여 공기탱크(30)에 저장시키도록 한다. 그에 따라 사용자가 작업 중에 압축공기가 부족해져서 작업이 중단되는 사고를 예방할 수 있다.

그리고 상기 제어부(61)는 상기 압력센서(40)의 공기압이 높은 경우, 즉, 공기탱크(30)에 저장된 압축공기의 토출량이 상기 공기압축기(10)에서 생성하는 압축공기 보다 적어서 공기압이 높아진 경우에는 상기 구동모터(20)가 저속으로 회전하도록 상기 인버터(63)에 제어신호를 전송함으로써, 상기 공기압축기(10)가 보다 느리게 압축공기를 생성하여 공기탱크(30)에 저장시키도록 한다. 그에 따라 구동모터(20)가 필요 이상으로 구동과 구동중단을 반복하지 않도록 한다.

이처럼, 구동모터(20)가 공기탱크(30)의 공기압의 세기에 따라 회전속도가 달라지는 변속 운전을 함으로써, 압축비를 낮고 작게 설정하여 압축공기 생산효율이 향상되고, 구동모터(20)의 구동초기에 전기적 쇼크를 해소할 수 있고, 불필요한 압력 상승과 구동모터(20)의 고속회전과 가동시간을 억제하여 전기료 낭비를 줄이고, 소음을 큰 폭으로 줄일 수 있고, 구동모터(20)가 불필요한 구동과 중단을 반복하지 아니하여 공기압축기(10)의 기계적인 진동과 벨트마모와 계전기의 소손 등과 같은 기계적 손실을 최소화 할 수 있다.

그리고 상기 제어부(61)는 공기탱크(30) 내의 공기압력, 상기 구동모터(20)의 회전속도를 포함하는 각종 정보가 모니터(65)에 디스플레이 되어 사용자에게 제공되도록 한다.

도2를 참조하면, 상기 공기탱크(30)의 상부에는 상기 공기압축기(10), 구동모터(20) 및 컨트롤러(60)가 장착되고, 공기탱크(30)는 방진가대(100)의 상부에 장착된다.

도3을 참조하면, 상기 방진가대(100)는 바닥에 장착되는 고정판(101)과, 상기 고정판(101) 상부에 배치되고 그 위에 공기탱크(30)가 장착되는 가동판(103)과, 상기 고정판(101)과 가동판(103) 사이 곳곳에 개재되어서 가동판(103)을 탄성지지하는 완충스프링(105)들로 구성된다.

일반적으로 충격은 방진가대(100) 전체에 골고루 분산되기 보다는 특정 부위에 집중되는 경우가 많다. 충격이 방진가대(100)의 특정 부위에 집중되면 방진가대(100)는 완충 효율이 떨어지고, 구동모터(20)와 공기압축기(10) 등의 보호와 소음을 줄여주는 효과가 저하된다.

그래서 본 발명은 방진가대(100)에 충격이 가해지는 경우에, 그 충격을 방진가대(100)의 가동판(103) 전체에 분사시켜서 가동판(103)이 전체가 같은 깊이로 눌리도록 하는 충격분산수단을 도입하였다.

도3a를 참조하면, 본 발명에 따른 방진가대(100)의 충격분산수단은 가동판(103)의 하부면으로 양측 가장자리에 일정 간격으로 배열되는 다수의 가압핀(110)과, 상기 고정판(101)의 상부면으로서 양측 가장자리에서 마주보며 구비되고, 회전 가능한 제1회전봉(121)과 제2회전봉(122), 상기 제1회전봉(121)과 제2회전봉(122)에 돌출되어 구비되며 각자 상기 가압핀(110)에 연결되는 다수의 연결핀(125)과, 상기 제1회전봉(121)과 제2회전봉(122)을 연결하여서 상기 제1회전봉(121)의 회전시에 상기 제2회전봉(122)을 연동하여 회전시키는 제1와이어(131)와, 상기 제2회전봉(122)과 제1회전봉(121)을 연결하여서 상기 제2회전봉(122)의 회전시에 상기 제1회전봉(121)을 연동하여 회전시키는 제2와이어(132)를 포함하여 이루어진다.

상기 가압핀(110)은 브라켓(111)을 통해 상기 가동판(103)의 하부면에 결합되고, 상기 제1회전봉(121)과 제2회전봉(122)은 베어링(123)을 통해 상기 고정판(101)의 상부에 회전 가능하게 결합된다.

도3b를 참조하면, 마주보는 제1회전봉(121)과 제2회전봉(122)은 방진가대(100)의 좌우 양측 가장자리와, 전후 양측 가장자리에 구비된다.

도3c에서 [A]를 참조하면, 평상시에는 방진가대(100)의 고정판(101)과 가동판(103)은 완충스프링(105)으로 탄성지지되어 일정 간격을 유지한다.

도3c에서 [B]를 참조하면, 방진가대(100)의 가동판(103)의 특정 위치에 압력이 가해져서 그 위치의 가동판(103)이 하강하면(①), 가압핀(110)이 연결핀(125)을 아래로 눌러서(②), 제1회전봉(121)이 회전을 하고(③), 제1회전봉(121)이 회전하면 제1와이어(131)는 제1회전봉(121)에 감기면서 당겨지게 되어서 제2회전봉(122)을 회전시키게 되고(④), 회전하는 제2회전봉(122)의 연결핀(125)이 가압핀(110)을 아래로 당기게 되고(⑤), 그에 따라 가동판(103)의 반대측이 아래로 눌리게 된다(⑥). 그리고 제1와이어(131)에 의해 제2회전봉(122)이 회전을 하게 되면, 제2와이어(132)에 의해 제1회전봉(121)이 회전을 하게되는 구조가 된다.

이처럼, 방진가대(100)의 특정 위치에 충격이 가해져서 그 위치의 가동판(103)이 하강하는 압력을 받게 되는 경우, 이 압력은 충격분산수단을 통해 반대측으로 전달되어 분산되고, 가동판(103)은 특정 부위에 하강하는 압력을 받더라도 충격분산수단에 의해 가동판(103) 전체가 함께 하강을 하게된다. 그래서 충격이 가해지는 경우에 그 충격을 방진가대(100) 전체에 분산시켜서 공기압축기(10)와 구동모터(20)의 작동에 따른 소음을 줄이고, 작동에 따른 진동이나 충격에 의한 고장과 수명단축을 효율적으로 방지한다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 변속 운전형 왕복동 공기 압축기 장치에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 공기압축기 20 : 구동모터
30 : 공기탱크 40 : 압력센서
50 : 압력스위치 60 : 컨트롤러
61 : 제어부 63 : 인버터
65 : 모니터 100 : 방진가대
101 : 고정판 103 : 가동판
105 : 완충스프링 110 : 가압핀
121 : 제1회전봉 122 : 제2회전봉
123 : 베어링 125 : 연결핀
131 : 제1와이어 132 : 제2와이어

Claims (4)

1. 제1 실린더(11)로부터 생성된 압축공기가 제2 실린더(12)로 공급되어 재압축됨으로써 고압의 압축공기를 생성하는 왕복동식 공기압축기(10);
   상기 공기압축기(10)를 구동시키는 구동모터(20);
   상기 공기압축기(10)에서 생성된 압축공기가 저장되는 공기탱크(30);
   상기 공기탱크(30)의 공기압을 감지하는 압력센서(40);
   상기 압력센서에서 감지되는 공기압의 세기에 따라 상기 구동모터의 운전과 정지 그리고 회전속도를 제어하는 컨트롤러(60);
   상기 공기압축기(10), 구동모터(20) 및 공기탱크(30)가 장착되는 가동판(103)과, 바닥에 놓이는 고정판(101)과, 상기 고정판(101)과 가동판(103) 사이 곳곳에 개재되어서 가동판(103)을 탄성지지하는 완충스프링(105)들을 포함하는 방진가대(100);를 포함하여 이루어지고,
   
   상기 방진가대(100)에는 가해지는 충격을 상기 가동판(103) 전체에 분산시키는 충격분산수단이 구비되되,
   상기 충격분산수단은 상기 가동판(103)의 하부면으로 양측 가장자리에 일정 간격으로 배열되는 다수의 가압핀(110)과, 상기 고정판(101)의 상부면으로서 양측 가장자리에서 마주보며 구비되고, 회전 가능한 제1회전봉(121)과 제2회전봉(122), 상기 제1회전봉(121)과 제2회전봉(122)에 돌출되어 구비되며 각자 상기 가압핀(110)에 연결되는 다수의 연결핀(125)과, 상기 제1회전봉(121)과 제2회전봉(122)을 연결하여서 상기 제1회전봉(121)의 회전시에 상기 제2회전봉(122)을 연동하여 회전시키는 제1와이어(131)와, 상기 제2회전봉(122)과 제1회전봉(121)을 연결하여서 상기 제2회전봉(122)의 회전시에 상기 제1회전봉(121)을 연동하여 회전시키는 제2와이어(132)를 포함하는 것을 특징으로 하는 변속 운전형 왕복동 공기 압축기 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 공기탱크(30)의 압력이 최대압력에 이르면 작동되어 상기 구동모터(20)의 구동이 중단되도록 하는 압력스위치(50);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변속 운전형 왕복동 공기 압축기 장치.
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