KR20010030035A

KR20010030035A - 압축장치

Info

Publication number: KR20010030035A
Application number: KR1020000043822A
Authority: KR
Inventors: 사카모토야스오; 니시카와히로시; 아이다마코토; 니시카와다카히로; 사토가즈야; 미즈노다카유키; 사토아리토모
Original assignee: 다카노 야스아키; 산요 덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1999-09-14
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2001-04-16
Also published as: EP1600634A2; CN100439705C; JP3789691B2; KR20060037317A; EP1600634A3; KR20060037316A; EP1085208A2; EP1600632A2; US6547534B1; CN1766316A; JP2001082332A; KR100609556B1; CN1766318A; KR100711455B1; KR20060061317A; US20030082058A1; EP1600633B1; EP1085208A3; EP1600633A2; EP1600632A3

Abstract

본 발명은, 피스톤의 형상, 실린더의 작용면과 피스톤의 위치, 실린더와 피스톤의 특정한 형상, 피스톤과 커넥팅로드의 연결구성의 개량에 의해, 종래의 실린더에 대하여 모터의 회전으로 피스톤을 왕복 구동시켜 이 구동에 의하여 흡입한 작동유체를 압축하여 고압 작동유체를 발생시키는 압축기부를 가진 고압 압축기에 있어서, 피스톤의 변위(變位)에 의한 실린더 내면의 마모의 발생, 배제용적을 높이는 데에는 대형화가 된다는 것, 피스톤과 커넥팅로드의 가공의 곤란성, 상사점 간극이 크다는 등의 문제점의 개량을 도모한다.

Description

압축장치{COMPRESSION APPARATUS}

본 발명은, 흡입한 작동유체를 압축시켜 고압 작동유체를 발생시키는 압축 기구부를 가진 압축식 고압 압축기에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 실린더에 대하여 모터의 회전으로 피스톤을 왕복 구동시키는 압축 기구부의 개량에 관한 것이다.

실린더에 대하여 모터의 회전으로 피스톤을 왕복 구동시켜 이 구동에 의해 흡입한 작동유체를 압축하여 고압 작동유체를 발생시키는 압축 기구부를 가진 압축식 고압 압축기에 관하여, 본 출원인에 관련되는 발명으로서, 본 출원의 출원일 이전에 발명된 고압가스 압축기의 하나인 압축장치(이하 선행기술이라고 함)가 있으며, 그것은, 예를 들면, 일본국 특원평 11-81780호에 개시되어 있다.

이하에, 상기 선행기술을, 도 1 내지 도 4에 의거하여 설명한다.

압축장치(100)는, 4개의 압축부(압축단부)(101, 102, 103, 104)를 가진 4단 압축기로 구성되어 있다.

압축부(101)와 압축부(103)는 수평축(106)위에 배치되고, 압축부(102)와 (104)는 수평축(105)위에 배치되며, 각각 이들 축(106, 105)위에서 고정체인 실린더 내를 왕복 동작하는 가동체인 피스톤을 갖는 왕복운동 압축기구를 구성한다.

이에 의해, 흡입관(118)으로부터 흡입된 작동유체는, 제1단 압축부(101)에서 압축되고, 다음에 제1단 압축부(101)에서 압축된 작동유체가 관로(5)를 거쳐 제2단 압축부(102)로 들어가서 압축되며, 제2단 압축부(102)에서 압축된 작동유체가 관로(6)를 거쳐 제3단 압축부(103)로 들어가서 압축되고, 제3단 압축부(103)에서 압축된 작동유체가 관로(7)를 거쳐서 제4단 압축부(104)로 들어가서 압축되며, 이와 같이 하여 소정의 압력 및 유량을 갖는 고압 작동유체가 출구관(8)으로부터 출력된다.

이와 같은 압축장치(100)에 있어서의 상기 작동유체는, 질소, 천연가스, 6불화유황(SF6), 공기 등, 소위 가스(기체)이며, 압축장치(100)는, 천연가스 사용 자동차의 봄베(BOMBE)에로의 천연가스 충전기, 합성수지의 주입 성형시에 고압 질소가스를 사용하는 가스주입 성형기로의 고압 질소가스의 공급, 공기 봄베로의 고압공기의 충전기 등에 적용된다.

압축장치(100)에 있어서, 제1단 압축부(101)의 피스톤(51)과 제3단 압축부(103)의 피스톤(53)은 축(106)위에 있어서 요크(1A)에 연결되며, 요크(1A)내에서 축(106)을 가로지르도록 이동이 가능하게 설치한 크로스 슬라이더(2A)는 크랭크 핀(3)을 통해서 크랭크축(4)에 연결되어 있다.

축(105)과 축(106)은 수직의 시각으로 90°의 각도를 갖는다.

또, 제2단 압축부(102)의 피스톤(52)과 제4단 압축부(104)의 피스톤(54)은, 축(105)위에 있어서 요크(1B)에 연결되며, 요크(1B)내에서 축(105)을 가로지르도록 이동이 가능하게 설치한 크로스 슬라이더(2B)는 크랭크 핀(3)을 통해서 크랭크축(4)에 연결되어 있다.

크랭크축(4)은 압축부(101) 내지 (104)의 아래쪽에 설치한 전동기(도시하지 않음)에 의해 회전되며, 크랭크축(4)에 편심시켜 설치한 크랭크 핀(3)을 크랭크축(4)의 둘레로 회전시키고, 요크(1A)에 관해서는, 축(105)방향의 크랭크 핀(3)의 변위에는 크로스 슬라이더(2A)가 이동하여 대응하고, 축(106)방향의 변위에는 요크(1A)가 이동하여 대응함으로서, 피스톤(51, 53)은 축(106)의 방향으로만 왕복 운동을 한다.

한편, 요크(1B)에 관해서는, 축(106)방향의 크랭크 핀(3)의 변위에는 크로스 슬라이더(2B)가 이동하여 대응하고, 축(105)방향의 변위에는 요크(1B)가 이동하여 대응함으로서, 피스톤(52, 54)은 축(105)의 방향으로만 왕복운동을 한다.

도 4는, 압축장치(100)의 제1단 압축부(101)의 구조를 나타내는 단면도이다.

제1단 압축부(101)에는, 피스톤(51)의 전후에 제1 압축실(58)과 제2 압축실(59)이 설치되어 있다.

피스톤(51)이 전진하면, 밸브(a, b)가 닫힘의 상태로, 열린 밸브(e, f)를 거쳐서 화살표로 표시한 방향으로부터 작동유체가 제1 압축실(58)로 흡입됨과 동시에 제2 압축실(59)의 작동유체는 압축되어 소정의 압력에 도달하면, 열린 밸브(c, d)를 거쳐서 외부로 토출되며, 화살표로 표시한 바와 같이, 관로(5)를 거쳐서 다음 제2단 압축부(102)로 보내진다.

그리고, 피스톤(51)이 후퇴하면, 밸브(e, f)가 닫히고, 제1 압축실(58)내의 작동유체는 압축되어 소정의 압력에 도달하면, 밸브(a, b)가 열려서 작동유체는 제2 압축실(59)로 토출되도록 되어 있다.

60은, 커넥팅로드(57)를 진동 등이 없이 정해진 위치에 원활하게 가이드하기 위한 로드 가이드이다.

상기와 같이, 압축장치(100)의 제1단 압축부(101)는, 하나의 실린더(55)내에 있어서, 2단계로 작동유체를 흡입, 압축하여 토출하는 구조의 2중 압축기구(더블 액션기구)이다.

제2단 압축부(102), 제3단 압축부(103) 및 제4단 압축부(104)는, 제1단 압축부(101)와 같은 2중 압축구조는 아니며, 각각 실린더에 대한 피스톤의 왕복운동으로 실린더 내에 흡입한 가스를 1단 압축하는 통상동작의 구성, 이른바, 싱글 액션기구이다.

상기의 구성에 있어서, 흡입관(118)으로부터 흡입되는 작동유체인 질소가스의 압력은 약 0.05MPa(G)이며, 이것이 제1단 압축부(101)에서 약 0.5MPa(G)까지 압축되어, 이 압축된 질소가스는 관로(5)를 통과하여 제2단 압축부(102)로 공급된다.

제2단 압축부(102)에서 질소가스는 약 2MPa(G)까지 압축되며, 이 압축된 질소가스는 관로(6)를 통과하여 제3단 압축부(103)로 공급된다.

제3단 압축부(103)에서, 질소가스는 약 7 내지 10MPa(G)까지 압축되며, 이 압축된 질소가스는 관로(7)를 통과하여 제4 압축부(104)로 공급된다.

제4 압축부(104)에서는, 약 20 내지 30MPa(G)까지 압축된 고압가스(고압 작동유체)가 토출관(8)으로부터 압축기로 공급되어, 압축기로부터 가스주입 성형기로 고압 질소가스가 공급된다.

상기와 같은 선행기술에 있어서, 먼저 제1의 구성으로서, 제3단 압축부(103)와 제4단 압축부(104)의 피스톤(53, 54)은, 도 5 및 도 5의 원(P)을 확대하여 도 6에 나타내는 바와 같이, 각각 피스톤(53, 54)의 둘레면에 복수의 래비린스 홈(70)을 형성하고, 압축 기구부는, 피스톤(53, 54)과 실린더(73, 74)의 내면에 설치한 라이너 실린더(73A, 74A)와의 사이에 2 내지 6μm의 간극을 형성하며, 이 간극을 흐르는 가스가 래비린스 홈(70)으로 유입하여 난류(亂流)를 발생하게 함으로서, 가스 실(seal) 방식의 이른바, 무윤활(無潤滑)의 래비린스 실 구조로 하고 있다.

그리고, 피스톤(53, 54)의 선단 둘레테두리부(75)는, 경사직선의 모따기, 즉, 소위 C모따기가 되며, 또, 래비린스 홈(70)의 개구 단부(76)는 첨예한 에지(edge)상태이다.

또, 제2의 구성으로서, 도 7에 나타내는 바와 같이, 제3단 압축부(103)와 제4단 압축부(104)에 있어서, 피스톤(53, 54)의 왕복구동에 있어서의 상사점에서는, 피스톤(53, 54)의 후단(78)이 길이(L1)만큼 라이너 실린더(73A, 74A)내에 위치하며, 또, 도 8에 나타내는 바와 같이, 하사점에 있어서는, 피스톤(53, 54)의 선단(77)이 길이(L2)만큼 라이너 실린더(73A, 74A)내에 위치하고 있다.

즉, 길이(L1, L2)는, 피스톤(53, 54)이 라이너 실린더(73A, 74A)에 대하여 변위(變位)하였을 때의 마찰거리이다.

또, 제3의 구성으로서, 도 9에 나타내는 바와 같이, 제2단 압축부(102)에 있어서, 알루미늄제의 실린더(72)는 디스차지 플레이트(80)를 향해 동일한 내경(직경75mm)의 균일한 원통내면(81)을 형성하고, 이 원통내면(81)을 따라 왕복운동 하는 피스톤(52)을 갖는다.

피스톤(52)은 실린더(72)와의 실(seal)을 행할 수 있도록, 간격을 두고 복수의 PTFE제의 피스톤 링(83)을 갖는다.

도 10에 나타내는 바와 같이, 피스톤(52)은 그 선단에 피스톤 플레이트(84)를 고정시켜 선단부의 피스톤 링(83)을 지지하고 있다.

또, 제4의 구성으로서, 도 11에 나타내는 바와 같이, 제3단 압축부(103)와 제4단 압축부(104)에 있어서, 피스톤(53, 54)은, 각각 커넥팅로드(85, 86)를 통해서 요크(1A, 1B)에 연결되어 있으며, 상기 전동기의 회전에 의해 각각의 실린더(73, 74)내를 왕복운동한다.

피스톤(53)과 커넥팅로드(85)의 연결, 및 피스톤(54)과 커넥팅로드(86)의 연결은, 각각 피스톤(53, 54)으로부터 뻗은 돌기(수컷)형 연결부(87, 88)가 커넥팅로드(85, 86)에 형성된 오목(암컷)형 연결부(89, 90)에 끼워 결합하여 상호 회전운동이 가능하다.

91, 92는 각각 커넥팅로드(85, 86)에 설치된 가이드 링이다.

79, 79A는 각각 돌기형 연결부(87, 88)가 접하는 위치로 커넥팅로드(85, 86)에 채워 넣은 강도 보강제이다.

또, 제5의 구성으로서, 제3단 압축부(103)와 제4단 압축부(104)에 있어서, 도 12에 나타내는 피스톤(53, 54)은, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 그 선단면은, 평탄면이다.

또한, 각각의 선단 둘레테두리부(75)는 경사직선의 모따기, 이른바, C모따기가 되어 있다.

상기한 선행기술에 있어서, 도 5 및 도 6에 나타내는바와 같은 제1의 구성에서는, 피스톤(53, 54)이 실린더(73, 74)의 내면을 마찰시킨다는 문제가 있다.

구체적으로는, 피스톤(53, 54)은, 수평방향으로 배치되어 있으며, 압축기가 시동 전에는, 그 무게에 의해 피스톤(53, 54)과 라이너 실린더(73A, 74A)와의 간극의 몫만큼 아래쪽으로 변위하여 라이너 실린더(73A, 74A)의 내면에 접하며, 이 상태로 압축기가 시동을 하게 되면, 피스톤(53, 54)의 선단부 및 래비린스 홈(70)의 개구 단부에 있는 에지에 의해 라이너 실린더(73A, 74A)의 내면에 깎이는 현상이 생긴다는 문제가 있다.

또, 상기의 선행기술에 있어서, 도 7 및 도 8에 나타내는 제2의 구성에서는, 피스톤(53, 54)이 라이너 실린더(73A, 74A)의 내면을 마모시킨다는 문제가 있다.

구체적으로는, 피스톤(53, 54)의 상사점 및 하사점에 있어서, 피스톤(53, 54)의 단부(77, 78)가 각각 길이 L1, L2 만큼 라이너 실린더(73A, 74A)내에 위치한다.

이 때문에, 상기와 같은 피스톤(53, 54)의 아래쪽으로의 변위에 의해, 피스톤(53, 54)의 선단부 및 후단부가 라이너 실린더(73A, 74A)의 내면을 깎는 현상이 생긴다는 문제가 있다.

또, 상기의 선행기술에 있어서, 도 9 및 도 10에 나타내는 제3의 구성에서는, 실린더(72)의 내면은, 동일한 내경의 균일한 원통내면이기 때문에, 압축공정에 있어서의 배제용량을 크게 하기 위해서는, 실린더의 내경과 피스톤의 외경을 크게 하지 않으면 안되어, 필연적으로 대형화되지 않을 수 없다는 문제가 있다.

또한, 상기의 선행기술에 있어서, 도 11에 나타내는 제4의 구성에서는, 피스톤과 커넥팅로드의 연결이, 돌기형 연결부와 오목형 연결부의 암수가 끼워 결합하는 연결로서, 이 끼워 결합하는 연결부의 가공정밀도의 정확을 유지하기 위한 가공이 상당히 까다롭다는 문제가 있으며, 또한, 성능유지를 위한 강도보강제가 필요하다.

또, 상기의 선행기술에 있어서의 제5의 구성에서는, 피스톤(53, 54)이 라이너 실린더(73A, 74A)의 내면을 마모시킨다는 문제가 있다.

구체적으로는, 도 12에 있어서의 피스톤(53, 54)은, 그 선단면은 평탄면이며, 선단의 둘레테두리부(75)는 C모따기가 되어 있으므로, 피스톤(53, 54)의 아래쪽으로의 변위에 의해 라이너 실린더(73A, 74A)의 내면을 깎는 현상이 생기거나, 또 상사점 간극이 커지는 문제가 있다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 선행기술에 있어서와 같은 실린더 내면의 마모의 방지와, 배제용적의 증대, 가공의 용이성, 상사점 간극을 작게 하여 특성의 향상 등을 도모할 수 있는 압축식 고압압축기의 압축장치를 제공하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.

도 1은, 본 발명이 대상으로 하는 한 실시형태의 압축장치의 평면도.

도 2는, 본 발명이 대상으로 하는 한 실시형태의 압축장치의 각 압축 기구부를 단면으로 나타내는 평면도.

도 3은, 본 발명이 대상으로 하는 한 실시형태의 압축장치의 요크(yoke)와 크로스 슬라이더(cross-slider)부의 평면도.

도 4는, 본 발명이 대상으로 하는 한 실시형태의 압축장치의 제1단 압축 기구부의 다면도.

도 5는, 선행기술의 제1구성에 있어서의 피스톤의 측면도.

도 6은, 도 5의 원(P)의 확대도.

도 7은, 선행기술의 제2구성에 있어서의 피스톤 상사점과 라이너 실린더와의 관계도.

도 8은, 선행기술의 제2구성에 있어서의 피스톤 하사점과 라이너 실린더와의 관계도.

도 9는, 선행기술의 제3구성에 있어서의 피스톤과 실린더와의 관계도.

도 10은, 선행기술의 제3구성에 있어서의 피스톤의 구성도.

도 11은, 선행기술의 제4구성에 있어서의 커넥팅로드 방식의 피스톤의 구성도.

도 12는, 선행기술의 제5구성에 있어서의 압축부의 구성도.

도 13은, 선행기술의 제1구성에 대한 본 발명의 피스톤의 측면도.

도 14는, 도 13의 원(S)의 확대도.

도 15는, 선행기술의 제2구성에 대한 본 발명의 피스톤의 상사점과 라이너 실린더와의 관계도.

도 16은, 선행기술의 제2구성에 대한 본 발명의 피스톤의 하사점과 라이너 실린더와의 관계도.

도 17은, 선행기술의 제3구성에 대한 본 발명의 피스톤의 한 실시형태의 구성도.

도 18은, 선행기술의 제3구성에 대한 본 발명의 피스톤의 하사점과 라이너 실린더와의 관계도.

도 19는, 선행기술의 제3구성에 대한 본 발명의 피스톤의 상사점과 라이너 실린더와의 관계도.

도 20은, 선행기술의 제4구성에 대한 본 발명의 커넥팅로드방식의 피스톤의 구성도.

도 21은, 선행기술의 제4구성에 대한 본 발명의 다른 실시형태의 커넥팅로드방식의 피스톤의 구성도.

도 22는, 선행기술의 제5구성에 대한 본 발명의 압축부의 구성도,

도 23은, 또 하나의 다른 실시형태의 요부를 나타내는 설명도.

도 24는, 도 23의 일부를 확대하여 나타내는 설명도.

도 25는, 4단 압축장치의 구조를 나타내는 설명도.

도 26은, 도 25에 나타낸 4단 압축장치의 구동기구를 나타내는 설명도.

도 27은, 또 하나의 다른 실시형태의 설명에 적용되는 압축장치를 부분적으로 파단한 측면도.

도 28은, 압축수단의 수평단면도.

도 29는, 제4피스톤의 측면도.

도 30은, 래비린스(labyrinth)홈을 동일 피치로 형성한 경우와 변칙 피치로 형성한 경우의 누설(leak)특성을 나타내는 도면.

도 31은, 종래기술의 설명에 적용되는 압축장치의 부분파단 측면도.

도 32는, 도 31의 상면도.

도 33은, 제4피스톤의 측면도.

도 34는, 본 발명의 압축장치의 또 하나의 다른 실시형태의 단면을 나타내는 설명도.

도 35는, 도 34에 나타낸 본 발명의 압축장치의 제4단째 왕복 압축부의 실시형태의 단면을 나타내는 설명도.

도 36은, 도 34에 나타낸 본 발명의 압축장치의 제3단째 왕복 압축부의 실시형태의 단면을 나타내는 설명도.

도 37은, 도 34에 나타낸 본 발명의 압축장치의 제4단째 왕복 압축부의 다른 실시형태의 단면을 나타내는 설명도.

도 38은, 도 34에 나타낸 본 발명의 압축장치의 제4단째 왕복 압축부의 다른 실시형태의 단면을 나타내는 설명도.

도 39의 (A)는, 도 38에 나타낸 내압 구조부재인 슬리브의 종단면을 나타내는 설명도, (B)는, 도 38에 나타낸 내압 구조부재인 슬립의 저면도,

도 40은, 본 발명에서 사용하는 피스톤 링 및 가이드 링을 장착한 피스톤의 단면 설명도.

도 41은, 종래의 피스톤 링 및 가이드 링을 장착한 피스톤의 단면 설명도.

도 42는, 종래 압축장치의 단면을 나타내는 설명도.

도 43은, 다른 실시형태의 단면을 나타내는 설명도.

도 44는, 도 43에 나타낸 본 발명의 압축장치의 요크, 크로스 슬라이더 등의 설명도.

도 45는, 도 43에 나타낸 본 발명의 압축장치의 요크, 크로스 슬라이더 등의 일부단면을 나타내는 설명도.

도 46은, 도 45에 나타낸 요크의 측면도.

도 47은, 본 발명의 또 하나의 다른 압축장치의 요부를 나타내는 설명도.

도 48은, 본 발명의 또 다른 실시형태로서의 압축장치의 요부를 나타내는 설명도.

도 49는, 도 48에 나타낸 본 발명의 압축장치의 제1단째 왕복 압축부의 단면구조를 나타내는 설명도.

도 50은, 종래 압축장치의 제1단째 왕복 압축부의 단면구조를 나타내는 설명도.

도 51은, 종래 압축장치의 단면설명도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

52, 53, 54 : 피스톤 72, 73, 74 : 실린더

73A, 74A : 라이너 실린더 73B, 74B : 실린더 헤드부

70 : 래비린스 홈 75 : 선단 둘레테두리부

76 : 개구 단부 77 : 선단 둘레테두리

78 : 후단 둘레테두리 83 : 피스톤 링

83A : 가이드 링 84 : 피스톤 플레이트

94 : 소경부 압축부 95 : 압축공간

101 : 제1단 압축부 102 : 제2단 압축부

103 : 제3단 압축부 104 : 제4단 압축부

120 : 연결 플렌지부 121 : 연결공간

122 : 스프링

본 발명은, 상기한 과제를 해결하기 위한 하나의 구체적인 수단으로서, 실린더에 대하여 모터의 회전으로 피스톤을 왕복 구동시켜 이 구동에 의해 흡입한 작동유체를 압축하여 고압 작동유체를 발생시키는 압축 기구부를 가진 고압압축기에 있어서, 상기 압축 기구부는, 상기 피스톤의 둘레면에 복수의 래비린스 홈을 형성하여 상기 실린더의 작용내면과의 사이를 무윤활의 래비린스 실 구조로 하며, 상기 피스톤의 선단 둘레테두리부와 상기 래비린스 홈의 개구 단부를 R모따기 한 것이다.

또, 본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위한 하나의 구체적인 수단으로서, 실린더에 대하여 모터의 회전으로 피스톤을 왕복 구동시켜 이 구동에 의해서 흡입한 작동유체를 압축하여 고압 작동유체를 발생시키는 압축 기구부를 가진 고압압축기에 있어서, 상기 압축 기구부는, 상기 피스톤의 둘레면에 복수의 래비린스 홈을 형성하여 상기 실린더의 작용내면과의 사이를 무윤활의 래비린스 실 구조로 하며, 상기 피스톤과 상기 실린더와의 관계를, 상기 피스톤의 왕복구동에 있어서의 상사점과 하사점에 있어서, 상기 피스톤의 선단 둘레테두리 및 후단 둘레테두리가, 실질적으로 상기 실린더의 작용내면에 들어가지 않는 위치에 있게 하는 것이다.

또, 본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위한 하나의 구체적인 수단으로서, 실린더에 대하여 모터의 회전으로 피스톤을 왕복 구동시켜 이 구동에 의해서 흡입한 작동유체를 압축하여 고압 작동유체를 발생시키는 압축 기구부를 가진 고압압축기에 있어서, 상기 압축 기구부는, 상기 실린더의 작용내면과 상기 피스톤과의 사이가 무윤활의 실 구조를 이루며, 상기 피스톤에는 선단에 작은 지름부(선단소경부)를 형성하며, 상기 실린더에는, 상기 피스톤이 상사점에 있을 때 상기 피스톤의 선단소경부가 삽입되는 소경압축부와, 상기 피스톤이 하사점에 있을 때에 상기 피스톤의 선단소경부의 주위에 압축공간을 형성하는 큰 지름부(대경부)를 연속시켜 형성한 것이다.

또한, 본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위한 하나의 구체적인 수단으로서, 실린더에 대하여 모터의 회전으로 피스톤을 왕복 구동시켜 이 구동에 의해서 흡입한 작동유체를 압축하여 고압 작동유체를 발생시키는 압축 기구부를 가진 고압압축기에 있어서, 상기 압축 기구부는, 상기 실린더의 작용내면과 상기 피스톤과의 사이가 무윤활 실 구조를 이루며, 상기 피스톤과 커넥팅로드와의 연결을, 상기 피스톤의 후단으로 뻗은 연결플랜지부가 상기 커넥팅로드에 형성한 연결공간 내에서 스프링으로 압박되어 상기 피스톤이 상기 커넥팅로드에 대하여 요동이 가능하게 한 것이다.

또, 본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위한 하나의 구체적인 수단으로서, 실린더에 대하여 모터의 회전으로 피스톤을 왕복 구동시켜 이 구동에 의해서 흡입한 작동유체를 압축하여 고압 작동유체를 발생시키는 압축 기구부를 가진 고압압축기에 있어서, 상기 압축 기구부는, 상기 실린더의 작용내면과 상기 피스톤과의 사이가 무윤활 실 구조를 이루며, 상기 피스톤의 선단과 이 선단에 대응하는 실린더헤드의 내면형상을 실질적으로 동일한 R 형상으로 한 것이다.

또한, 본 발명은, 실린더와 피스톤으로 이루어지는 압축부를 복수단 구비하며, 기체를 각 압축부로 순차 경유시키는 것에 의해 압축하여 공급하는 압축장치에 있어서, 최종단의 압축부 및 최종단 전단의 압축부가 플런저 피스톤을 구비하도록 한 것이다.

또, 본 발명은, 상기에 있어서, 최종단 압축부의 실린더와 그 내부에서 왕복 동작하는 피스톤과의 직경방향의 간극이, 최종단 전단의 실린더와 그 내부에서 왕복 동작하는 피스톤과의 간극보다 작게되도록 한 것이다.

또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 최종단 전단의 압축부의 실린더와 그 내부에서 왕복 동작하는 피스톤과의 직경방향의 간극을, 3∼10μm이 되도록 한 것이다.

또, 본 발명은, 상기에 있어서, 최종단 압축부의 실린더와 그 내부에서 왕복 동작하는 피스톤과의 직경방향의 간극을, 2∼8μm이 되도록 한 것이다.

또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 최종단 전단 압축부의 실린더의 내부에서 왕복 동작하는 피스톤은, 그 표면에 복수의 홈을 구비하며, 이 홈의 폭(A)에 대한 홈 깊이(B)의 비(B/A)가 0.2∼0.5가 되도록 한 것이다.

또, 본 발명은, 상기에 있어서, 상기의 압축부가 4단으로 구성되도록 한 것이다.

또한, 본 발명은, 복수의 압축부를 구비하며, 또한, 그 압축부 가운데 적어도 하나가 플런저 피스톤형 압축기로 이루어짐과 동시에, 복수의 압축부가 연결관에 의해 직렬로 연결되어, 전단의 압축부에서 압축된 작동유체를 후단의 압축부로 보내고, 그 후단의 압축부에서 압축하는 압축과정을 차례로 행하여 고압의 작동유체로 하는 압축장치에 있어서, 상기 플런저 피스톤형 압축기에 있어서의 플런저 피스톤이, 복수의 래비린스 홈에 의해 구성되는 래비린스 실에 의해 밀봉되며, 또한, 상기 래비린스 홈의 형성밀도가 압축실 측으로부터 배압실(背壓室)측으로 향해서 작게되도록 형성하여, 실(seal)특성을 개선한 것이다.

또, 복수의 압축부를 구비한 압축수단과, 그 압축수단을 구동시키는 구동수단과, 그 구동수단이 내설(內設)됨과 동시에, 상부가 압축수단에 밀착되어 이루어지는 밀폐케이스를 가진 압축장치에 있어서, 상기 밀폐케이스내의 압력이 소정의 압력 이상이 되었을 때에 밸브를 여는 릴리프 밸브가, 상기 밀폐케이스의 바닥에 설치되어, 장치를 분해청소 하는 일이 없이 가동부의 마모분말 등을 릴리프 밸브로부터 장치 밖으로 토출할 수가 있도록 한 것이다.

또한, 본 발명은, 복수의 왕복 압축부의 적어도 1왕복 압축부를 플런저 펌프에 의해 구성하며, 상기 복수의 왕복 압축부를 연동시켜 소요의 기체를 다단계로 압축시키는 압축장치에 있어서, 상기 플런저 펌프는, 세라믹제 실린더라이너 내에 삽입된 피스톤, 피스톤에 연결된 커넥팅로드 등에 의해 구성되어 있으며, 상기 실린더라이너와 플런저 펌프본체의 사이에 내압(耐壓)구조부재로서 슬리브를 개재시켜, 상기 실린더라이너와 슬리브를 플런저 펌프본체에 고정용 볼트로 고정시킨 것을 특징으로 하는 압축장치에 관한 것이다.

또, 본 발명은, 상기에 있어서, 커넥팅로드가 삽입되는 커넥팅로드 슬리브와 상기 고정용 볼트 사이에 판 스프링 등의 탄성 완충부재를 개재시켜 장착한 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 내압 구조부재로서의 슬리브가 고정용 볼트에 접하는 면에 두께방향으로 관통하여 하나 또는 두 개 이상의 압력을 빼는 홈을 설치한 것을 특징으로 하는 것이다.

또, 본 발명은, 상기에 있어서, 커넥팅로드 슬리브에 관통하여 하나 또는 두 개 이상의 압력을 빼는 구멍을 설치한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 피스톤 링 및 가이드 링을 장착하기 위해 피스톤에 설치한 피스톤 링 홈 및 가이드 링 홈의 어느 한쪽 혹은 양자의 폭을 링 자체의 폭보다 크게 형성한 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은, 적어도 한 쌍 이상의 대향하는 피스톤과, 피스톤을 고정시키는 요크와, 요크 내를 슬라이딩하여 이동하는 크로스 슬라이더 등을 구비하며, 피스톤의 왕복운동을 크랭크축의 회전운동으로부터 스카치 요크 기구에 의해 변환시킬 수 있도록 한 압축장치로서, 크랭크 핀의 운동을 방해하지 않도록 중앙부에 개구부를 설치한 커버를, 요크를 샌드위치 하도록 하여 고정시켜 배치한 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 상기 커버를, 요크에 수축 끼워맞춤으로 고정시켜 배치한 것을 특징으로 한 것이다.

또, 본 발명은, 상기에 있어서, 적어도 한 쌍은 대향하는 위치에 피스톤이 구비되어 있지 않는 압축장치로서, 상기의 위치에, 요크에 고정시킨 커넥팅로드와, 커넥팅로드를 왕복운동이 가능하게 가이드 하는 실린더를 배치한 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명은, 복수의 왕복 압축부를 구비하여 기체를 다단계로 압축하는 압축장치에 있어서, 적어도 제1단째 왕복 압축부에, 제1압축실과 제2압축실을 구비하며, 제1압축실에 흡입하여 압축시킨 기체를 제2압축실로 토출하여 재차 압축시킨 후 토출하여 다음 단계의 왕복 압축부로 보내는 2중 압축구조를 설치한 것을 특징으로 하는 것이다.

(실시예)

본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명은, 상기한 선행기술에 나타낸 압축식 고압압축기(100)의 어느 특정부분을 발명으로 하는 것이기 때문에, 본 발명의 실시형태의 설명에 있어서, 상기의 선행기술에 나타낸 고압압축기(100)와 동등한 부분은, 상기 선행기술에 나타낸 고압압축기(100)에서 설명한 부호를 그대로 인용한다.

상기 선행기술에 있어서의 제1의 구성에 대한 본 발명은, 도 13 및 도 13의 원(S)을 확대한 도 14에 나타낸다.

즉, 실린더(73, 74)에 대하여 모터의 회전으로 피스톤(53, 54)을 왕복 구동시켜 이 구동에 의해서 흡입한 작동유체를 압축하여 고압 작동유체를 발생시키는 압축 기구부를 가진 고압압축기(100)에 있어서, 상기 압축 기구부는, 상기 피스톤(53, 54)의 둘레면에 복수의 래비린스 홈(70)을 형성하여 실린더(73, 74)의 작용내면, 즉, 라이너 실린더(73A, 74A)와의 사이를 무윤활의 래비린스 실 구조로 하며, 상기 피스톤(53, 54)의 선단 둘레테두리부(75)와 상기 래비린스 홈(70)의 개구 단부(76)를 R모따기 한 고압압축기(100)의 압축장치를 나타내고 있다.

R모따기의 적절한 실시예로서는, 선단 둘레테두리부(75)는1R, 개구 단부(76)는 0.3R이며, 래비린스 홈(70)은, 폭이 1mm, 깊이가 0.5mm의 단면이 반원형상이다.

이에 의해, 피스톤(53, 54)은, 그 무게로 인해서 피스톤(53, 54)과 라이너 실린더(73A, 74A)와의 간극 만큼 아래쪽으로 변위 하여 라이너 실린더(73A, 74A)의 내면에 접해 있어도, 선행기술과 같이, 라이너 실린더(73A, 74A)의 내면이 피스톤(53, 54)의 선단 둘레테두리부(75)와 래비린스 홈(70)의 개구 단부(76)에 의해 마모되는 것을 방지할 수 있다.

상기의 선행기술에 있어서의 제1의 구성에 대한 본 발명은, 제3단 압축부(103)와 제4단 압축부(104)에 대하여 나타내고 있으나, 본 발명의 기술사상의 범위이내라면, 이에 한정되는 것이 아니다.

다음에, 상기의 선행기술에 있어서의 제2의 구성에 대한 본 발명은, 도 15 및 도16에 나타낸다.

즉, 실린더(73, 74)에 대하여 모터의 회전으로 피스톤(53, 54)을 왕복 구동시켜 이 구동에 의해 흡입한 작동유체를 압축하여 고압 작동유체를 발생시키는 압축 기구부를 가진 압축식 고압압축기(100)에 있어서, 상기 압축 기구부는, 피스톤(53, 54)의 둘레면에 복수의 래비린스 홈(70)을 형성하여 실린더(73, 74)의 작용내면, 즉, 라이너 실린더(73A, 74A)와의 사이를 무윤활의 래비린스 실 구조로 하며, 피스톤(53, 54)과 실린더(73, 74)와의 관계를, 피스톤(53, 54)의 왕복운동에 있어서의 상사점 및 하사점에 있어서, 피스톤(53, 54)의 후단 둘레테두리(78) 및 선단 둘레테두리(77)가 실질적으로 실린더(73, 74)의 작용내면에 들어오지 않는 위치에 있는 고압압축기의 압축장치를 나타내고 있다.

이에 의해, 피스톤(53, 54)이 상사점 및 하사점 위치에서 아래쪽으로 변위 되어 있어도, 선행기술과 같이, 피스톤(53, 54)의 선단부 및 후단부가 라이너 실린더(73A, 74A)의 내면을 깎는 현상은 방지할 수 있다.

도 15와 같이, 피스톤(53, 54)이 상사점에 있을 때에는, 피스톤(53, 54)의 후단 둘레테두리가 실질적으로 실린더(73, 74)의 후단과 거의 일치하며, 또, 도 16과 같이 피스톤(53, 54)이 하사점에 있을 때에는, 피스톤(53, 54)의 선단 둘레테두리가 실질적으로 라이너 실린더(73A, 74A)의 선단과 거의 일치하는 것에 의하여, 라이너 실린더(73A, 74A)의 길이를 유효하게 압축스트로크와 래비린스 실 구조에 활용 할 수가 있게 된다.

상기 선행기술에 있어서의 제2의 구성에 대한 본 발명은, 제3단 압축부(103)와 제4단 압축부(104)에 대하여 나타내고 있으나, 본 발명의 기술사상의 범위 이내라면, 이에 한정되지 않는다.

다음에, 상기 선행기술의 제3의 구성에 대한 본 발명은, 도 17 내지 19에 나타낸다.

즉, 선행기술의 피스톤 플레이트(84)를 설치하지 않아도 좋도록, 피스톤(52)의 선단 둘레면 보다 안쪽으로 들어간 둘레면에 피스톤 링(83) 및 가이드 링(83A)을 유지하는 홈을 형성하고 있다.

그리고, 실린더(72)에 대하여 모터의 회전으로 피스톤(52)을 왕복 구동시켜, 이 구동에 의해 흡입한 작동유체를 압축하여 고압 작동유체를 발생시키는 압축 기구부를 가진 압축식 고압압축기(100)에 있어서, 상기 압축 기구부는, 실린더(72)의 작용내면과 피스톤(52)과의 사이가 무윤활의 실 구조를 이루며, 다시, 피스톤(52)은, 대경부(82)의 선단부에는 선단 소경부(93)를 형성하고, 실린더(72)에는, 피스톤(52)이 상사점에 있을 때 피스톤의 선단 소경부(93)가 거의 꼭 맞게 삽입되는 소경 압축부(94)와, 피스톤(52)이 하사점에 있을 때에 피스톤의 선단 소경부(93)의 주위에 압축공간(95)을 형성하는 대경 압축부(96)를 연속시켜 형성한 고압압축기의 압축장치를 나타내고 있다.

실시예로서, 소경 압축부(94)의 내경은, 선행기술의 도 9에 나타낸 실린더(72)의 내경과 동일한 75mm, 대경 압축부(96)의 소경은, 소경 압축부(94)의 내경의 약 10% 증대시킨 80mm이다.

이에 의해, 대경 압축부(96)가 제1압축부, 소경 압축부(94)가 제2압축부로서 작용하여 2단 압축구성이 된다.

그리고, 압축공간(95)의 존재에 의해 압축용적, 즉, 배제용적을 증대시킬 수 있으며, 예를 들면, 1일의 토출가스의 유량을 100 노멀 입방미터(Nm³/day)에서 200 노멀 입방미터(Nm³/day)로 증대시키는 경우 등과 같이, 가스의 흡입량을 증가시켜, 압축기로부터 토출되는 가스의 토출량을 증가시키기 위한 대응으로서 유효하다.

또, 실린더(72)의 외경을 변경시키지 않고 용적의 증대를 도모할 수가 있기 때문에, 압축기가 대형화되는 일도 없다.

피스톤(52)의 선단 둘레테두리(97)와 실린더(72)의 소경 압축부(94)의 입구 둘레테두리(98)는, R 모따기가 가공되며, 피스톤(52)과 실린더(72)가 서로 갉는 것을 방지하고 있다.

상기 선행기술에 있어서의 제3의 구성에 대한 본 발명은, 제2단 압축부(102)에 대하여 나타내고 있으나, 본 발명의 기술사상의 범위 이내라면, 이에 한정되지 않으며, 제1단 압축부(101)가 싱글액션의 압축기라면, 본 발명의 구성을 채용할 수 있다.

다음에, 선행기술의 제4의 구성에 대한 본 발명은, 도 20 및 도 21에 나타낸다.

먼저, 도 20에 있어서, 실린더(73, 74)에 대하여 모터의 회전으로 피스톤(53, 54)을 왕복 구동시켜 이 구동에 의해서 흡입한 작동유체를 압축하여 고압 작동유체를 발생시키는 압축 기구부를 가진 고압압축기(100)에 있어서, 상기 압축 기구부는, 실린더(73, 74)의 작용내면, 즉, 라이너 실린더(73A, 74A)와 피스톤(53, 54)과의 사이가 무윤활 실 구조를 이루며, 피스톤(53, 54)과 커넥팅로드(85, 86)와의 연결을, 피스톤(53, 54)의 후단에 뻗은 연결 플랜지부(120)가 커넥팅로드(85, 86)에 형성한 연결공간(121)내에서 스프링(122)으로 압박되어 피스톤(53, 54)이 커넥팅로드(85, 86)에 대하여 요동이 가능하게 한 고압압축기의 압축장치를 나타내고 있다.

이에 의해, 연결 플랜지부(120)를 연결공간(121)내에 스프링 압박을 하는 것에 의하여 가공치수의 오차를 흡수할 수 있으며, 선행기술에 있어서의 결합연결부의 가공정밀도를 정확하게 유지하기 위한 가공의 번잡성과, 강도 보강재의 필요성 등이 없어지게 되며, 조립 또한 용이하게 된다.

피스톤(53, 54)의 요동을 위해, 커넥팅로드(85, 86)에 압박되는 연결 플랜지부(120)의 접촉면(120A)은 구면(球面)형상을 이룬다.

도 21에는, 본 발명의 다른 실시형태를 나타내고 있다.

도 20의 구성과 다른 점은, 스프링(122)에 일단부가 삽입되어 연결 플랜지부(120)를 압박하는 안정판(123)을 설치한 점이다.

이에 의해, 스프링(122)에 의한 연결 플랜지부(120)의 압박을 안정시킬 수가 있다.

상기의 선행기술의 제4구성에 대한 본 발명은, 제3단 압축부(103)와 제4단 압축부(104)에 대하여 나타내고 있으나, 본 발명의 기술사상의 범위 이내라면, 이에 한정되지 않는다.

다음에, 상기 선행기술의 제5의 구성에 대한 본 발명은, 도 22에 나타낸다.

즉, 실린더(73, 74)에 대하여 모터의 회전으로 피스톤(53, 54)을 왕복 구동시켜 이 구동에 의해서 흡입한 작동유체를 압축하여 고압 작동유체를 발생시키는 압축 기구부를 가진 압축식 고압압축기에 있어서, 상기 압축 기구부는, 실린더(73, 74)의 작용내면, 즉, 라이너 실린더(73A, 74A)와 피스톤(53, 54)과의 사이가 무윤활 실 구조를 이루며, 피스톤(53, 54)의 선단의 볼록 형상과 이 선단에 대응하는 실린더 헤드부(73B, 74B)의 내면의 오목 형상을 실질적으로 동일한 R형상(123)으로 한 것을 특징으로 하는 고압압축기의 압축장치를 나타내고 있다.

이에 의해서, 선행기술에 있어서 생긴 피스톤(53, 54)의 아래쪽으로의 변위에 의해 라이너 실린더(73A, 74A)의 내면을 깎는 현상도 없고, 신뢰성을 향상시킨다. 또, 피스톤의 선단과 실린더 헤드부의 상사점 간극을 작게할 수가 있어서 압축성능이 향상된다.

상기 선행기술의 제5의 구성에 대한 본 발명은, 제3단 압축부(103)와 제4단 압축부(104)에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술사상의 범위 이내라면, 이에 한정되는 것이 아니다.

본 발명에 의하면, 라이너 실린더 내면의 마모방지와, 배제용적의 증대, 가공의 용이성, 상사점 간극을 작게 하여 특성의 향상 등을 도모할 수 있는 압축식 고압압축기의 압축장치를 제공 할 수 있다.

다음에, 또 하나의 다른 실시형태로서의 압축장치에 대하여 설명한다.

이 압축장치는, 종래에 있어서, 예를 들면 도 25와 같이, 4개의 왕복 압축부(301, 302, 303, 304)를 직교하는 축(305, 306)위에서 왕복운동을 하도록 배치하며, 왕복 압축부(301)로부터 차례로 고압화하여 왕복 압축부(304)의 최종단계의 고압 압축부로 한 4단 압축장치가, 미국특허 5033940 등으로 알려져 있다.

상기의 4단 압축장치에 있어서는, 한 쌍의 대향하는 피스톤(251, 253)은 요크(261A)에 연결되며, 요크(261A)내에서 축(306)을 가로지르도록 이동이 가능하게 설치되는 크로스 슬라이더(262A)는 크랭크 핀(263)을 통해서 크랭크축(264)에 연결되어 있다.

또, 다른 한 쌍의 대향하는 피스톤(252, 254)은 요크(251A)와 방향을 90° 어긋나게 하여 배치한 요크(261B)에 연결하며, 요크(261B)내에서 축(305)을 가로지르도록 이동이 가능하게 설치하는 도시하지 않는 크로스 슬라이더도 크랭크 핀(263)을 통해서 크랭크축(264)에 연결되어 있다.

따라서, 도시하지 않는 전동모터 등에 의하여, 크랭크 축(264)을 회전시켜 크랭크 핀(263)을 크랭크축(264)의 둘레에 회전시키면, 요크(261A)에 있어서는 축(305)방향의 크랭크 핀(263)의 변위에는 크로스 슬라이더(262A)가 이동하여 대응하고, 축(306)의 방향으로는 요크(261A)가 이동하여 대응하기 때문에, 한 쌍의 피스톤(251, 253)은 축(306)의 방향으로만 왕복운동을 한다.

한편, 요크(261B)에 있어서는, 축(306)방향으로는 도시하지 않는 크로스 슬라이더가 이동하여 대응하고, 축(305)방향으로는 요크(261B)가 이동하여 대응하기 때문에, 한 쌍의 피스톤(252, 254)은 축(305)의 방향으로만 왕복운동을 한다.

또, 크랭크축(264)의 정속(定速)회전으로부터, 피스톤(251, 252, 253, 254)의 원활한 왕복운동으로 변환시킬 수 있게 하기 위해서는, 크로스 슬라이더(262)가 요크(261)내에서 무리 없이 슬라이딩 운동을 할 필요가 있으므로, 예를 들면, 도 26에 나타낸 바와 같이 구름 축받이(rolling bearing)(265)를 요크(261)와 크로스 슬라이더(262)와의 사이에 개재시키고 있다.

그리고, 최종단의 왕복 압축부(304)의 피스톤(254)에는, 표면에 래비린스 실 홈(도시하지 않음)을 구비한 플런저 피스톤을 사용하며, 다른 왕복 압축부의 피스톤(251, 252, 253)에는 각각 피스톤 링(251A, 252A, 253A)을 끼워 넣어 실린더와의 사이의 밀봉을 꾀하고 있다.

그러나, 상기 구성의 4단 압축장치에 의해서, 예를 들면, 질소가스를 가스주입용 탱크로서의 봄베에, 규격의 30MPa 까지 가압 압축하여 충전시키는 경우에는, 3단째의 압축을 행하는 왕복 압축부(303)에서는 3MPa 정도의 질소가스를 10MPa 정도까지 피스톤(253)에 의해 가압 압축할 필요가 있으나, 피스톤(253)의 피스톤 링(253A)이 마모되어 왕복 압축부(303)에 있어서의 밀봉성이 저하하며, 이에 의해 ① 소요의 고압을 얻을 수 없게 된다, ② 소요량의 질소가스의 공급을 할 수 없게 된다는 문제점이 있었다.

즉, 밀봉성을 높이기 위해서는, 피스톤 링(253A)에 경질이며 윤활성이 우수한 테플론 등의 수지제 피스톤 링을 사용하여도, 피스톤(253)은 피스톤 링(253A)을 왕복 압축부(303)의 실린더(201)와 접촉시키면서 왕복 운동을 하기 때문에, 그 마모를 피할 수가 없다.

이 때문에, 피스톤 링(253A)은 사용시간이 길어질수록 마모량은 증가하여 왕복 압축부(303)의 실린더(201)와의 사이에 간극이 생기며, 소요의 고압을 얻을 수 없게 된다.

그리고, 압력이 높기 때문에 근소한 간극에서도 누출하는 양은 많으며, 소요의 양의 공급도 확보하지 못한다는 문제점도 있으므로, 3단째의 왕복 압축부(303)에 있어서의 밀봉성의 저하를 방지하여야할 필요가 있었다.

그래서, 상기 종래기술의 과제를 해결할 수 있는 압축장치에 대하여 도 23 내지 26을 참조하여 설명한다.

도 23은, 본 발명에 의한 질소가스용의 4단 압축장치(300)에 있어서의 3단째의 왕복 압축부(303)의 설명도이며, 실린더(201)의 내부에서 플런저 피스톤(202)이 왕복운동하여, 압축실(303S)에 흡입한 질소가스를 압축하도록 되어 있다.

또한, 이 압축실(303S)은, 플런저 피스톤(202)이 압축실(303S)의 용적이 확대하도록 후퇴동작을 할 때에, 밸브기구(203)를 통해서 2단째의 왕복 압축부(302)의 압축실(302S)에 연이어 통하며, 플런저 피스톤(202)이 압축실(303S)의 용적이 축소되도록 전진동작을 할 때에(이하, 이 동작을 압축동작이라고 함), 밸브기구(204)를 통해서 4단째의 왕복 압축부(304)의 압축실(304S)에 연이어 통하도록 되어 있다.

그리고, 실린더(201)와 플런저 피스톤(202)은, 직경방향의 간극이 전체에 있어서 3∼10μm의 범위에 머물도록 형성되어, 플런저 피스톤(202)이 압축동작 할 때의 압축실(303S)에 있어서의 압력손실의 방지를 도모함과 동시에, 실린더(201)와 플런저 피스톤(202)의 간극에서 누출하는 가스량을 감소시켜서, 왕복 압축부(304)의 압축실(304S)에 공급하는 가스의 양이 부족하지 않도록 되어 있다.

실린더(201)와 플런저 피스톤(202)과의 직경방향의 간극은, 압력손실 등의 관점에서는 작을수록 바람직 하지만, 22mm정도의 직경[또한, 왕복 압축부(301)의 그것은 78mm, 왕복 압축부(102)의 그것은 39mm]에 형성하는 실린더(201)와 플런저 피스톤(202)과의 간극을 3μm보다 작게 한다는 것은 그만큼 높은 정밀도가 요구되는 것으로서, 제조비용이 증대하여 불리하며, 3μm이상의 간극이 있어도 4단째의 왕복 압축부(304)에 있어서의 압축으로 소정의 30MPa까지 가압 압축하는 것은 충분히 가능하기 때문에, 상기의 간극은 3μm 이상이 되어도 좋다.

한편, 플런저 피스톤(202)의 표면에 후술하는 래비린스 실 홈(205)을 설치하였다 하여도, 실린더(201)와 플런저 피스톤(202) 사이에 10μm 보다 큰 간극이 있으면, 이 간극으로부터 누출되는 가스의 양이 과다하게 되어 4단째의 왕복 압축부(304)의 압축실(304S)에 공급하는 가스의 양이 부족하게 됨과 동시에, 소정의 10MPa 정도까지 가압하여 압축실(304S)로 공급할 수 없게 된다.

따라서, 실린더(201)와 플런저 피스톤(202)은, 직경방향의 간극이 상기한 바와 같이 3∼10μm의 범위 내에 머물도록 형성된다.

또, 플런저 피스톤(202)의 표면에는, 래비린스 실 홈(205)이 4mm간격으로 복수개, 예를 들면 7개 설치되어, 밀봉효과를 높이고 있다.

각 래비린스 실 홈(205)은, 깊이(200B)가 0.2∼0.5mm, 폭(200A)이 1.0이며, 또한, 깊이(200B)/폭(200A)의 비율이 0.2∼0.5가 되도록 설치되어 있다.

깊이(200B)/폭(200A)의 비율이 0.2 미만이면, 홈 내부의 압력변동이 작고, 소용돌이가 발생하기 어렵기 때문에 밀봉성이 나빠지는 문제가 있으며, 0.5를 초과하면, 축류(縮流)효과가 작게되며, 홈이 없는 경우와 동둥한 성능으로 되어버리는 문제가 있기 때문에, 래비린스 실 홈(205)은 깊이(200B)/폭(200A)의 비율이 0.2∼0.5의 범위에 머물도록 설치되어 있다.

한편, 4단째의 왕복 압축부(304)를 구성하고 있는 실린더(206)와 그 내부에서 왕복동작하여 압축실(304S)에 흡입한 질소가스를 가압 압축하는 플런저 피스톤(254)과의 직경방향의 간극은, 전체에 있어서 2∼8μm이 되도록 형성되어 있다(도 25참조).

이 실린더(206)와 플런저 피스톤(254)과의 직경방향의 간극도, 압력손실 등의 관점에서는 작을수록 바람직하지만, 13mm정도의 직경에 형성하는 실린더(206)와 플런저 피스톤(254)과의 간극을, 2μm보다 작게 하는 것은 그만큼 높은 정밀도가 요구되는 것으로서, 제조비용이 증대하여 불리하며, 2μm이상의 간극이 있어도 10MPa정도까지 가압 압축되어 왕복 압축부(303)로부터 공급되는 질소가스를, 소정의 30MPa까지 가압 압축하는 것은 충분히 가능하기 때문에, 상기의 간극은 2μm이상이 되어도 좋다.

그러나, 실린더(206)와 플런저 피스톤(254)과의 사이에 8μm보다 큰 간극이 존재하면, 플런저 피스톤(254)의 표면에 래비린스 실 홈을 설치하여도, 이 간극으로부터 누출되는 가스의 양이 과다하게 되어 질소가스를 소정의 30MPa 정도까지 가압 압축할 수가 없을 뿐만 아니라, 소요량의 고압 질소가스를 소정의 시간 내에 공급할 수가 없게되는 문제가 있다.

따라서, 실린더(206)와 플런저 피스톤(254)은, 직경방향의 간극이 상기한 바와 같이 2∼8μm의 범위 내에 머물도록 형성된다.

그리고, 이 플런저 피스톤(254)의 표면에도, 도시하지 않는 래비린스 실 홈이 복수개가 형성되어, 실린더(206)와의 사이의 밀봉효과를 높이고 있다.

또, 4단째의 왕복 압축부(304)의 실린더(206)와 플런저 피스톤(254)과의 직경방향의 간극은, 3단째의 왕복 압축부(103)의 실린더와 플런저 피스톤(202)과의 간극보다는 작게 하여, 압력손실이나 누출되는 가스량의 증가를 방지하고 있다.

또한, 다른 구성은, 상기 도 25, 도 26에 나타낸 종래의 압축장치와 거의 동일하다.

따라서, 상기의 구성으로 이루어지는 본 발명의 4단 압축장치에 의하면, 왕복 압축부(301)의 압축실(301S), 왕복 압축부(302)의 압축실(302S), 왕복 압축부(303)의 압축실(303S), 왕복 압축부(304)의 압축실(304S)에서 질소가스를 차례로 가압 압축하여 가스주입용 등의 봄베에 충전시킬 때에, 고압이 되는 왕복 압축부(303)의 압축실(303S) 및 왕복 압축부(304)의 압축실(304S)에서의 가압 압축시에 실린더와 플런저 피스톤과의 간극에서 누출되는 질소가스의 양이 작게 되어, 소정의 고압이 용이하게 얻어짐과 동시에, 충전시간의 단축도 가능하게 된다.

또한, 본 발명은 상기의 실시형태에 한정되는 것이 아니기 때문에, 특허청구의 범위에 기재된 취지에서 일탈하지 않는 범위에서 각종의 변형실시가 가능하다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 압축장치에 의하면, 주로 소정의 고압을 얻는 후단 압축부에 있어서의 가스누출이 방지되기 때문에, 질소가스 등을, 예를 들면 30MPa라는 고압으로 신속하게 가압 압축하여 공급할 수가 있다.

이 압축장치는, 종래, 천연가스 등의 작동유체를 천연가스 자동차의 가스봄베 등에 충전할 때에는, 그 작동유체를 압축장치 등에 의해 고압 압축하여 충전을 실시하고 있다.

이와 같은 압축장치에 대해서는 여러 가지 구성이 제안되어 있으며, 도 31에 나타내는 구성도 그 중의 하나이다. 또한, 도 32는 그 상면도 이다.

상기 압축장치는, 상부에 압축수단(502)이 배치되며, 그 하부에 밀폐케이스(504)에 수납된 구동수단(503)이 배치되어 있다.

케이스(504)내의 공간은, 압축수단(502)에 있어서의 배압실(背壓室)과 연이어 통하도록 형성되어 있다.

그리고, 흡입구(510)로부터 흡기된 작동유체는 압축실에서 압축되어 토출구(514)로부터 장치 밖으로 토출되는 구성으로 되어있다.

압축수단(502)은, 작동유체를 압축하는 제1∼제4압축부(500A, 500B, 500C), (500D)로 구성되며, 각각 十자 위치에 배치되어 있다.

또한, 제1∼제4압축부(500A∼500D)는, 도시하지 않는 제1∼제4피스톤을 각각 구비하고 있다.

작동유체는, 제1압축부(500A)에서 압축되면서 제2압축부(500B)로 보내지며, 그 제2압축부(500B)에서 압축되면서 제3압축부(500C)로 보내진다.

이와 같이 하여 차례로 압축되면서 제4압축부(500D)로 보내지고, 그 제4압축부(500D)에서 최종 압축되어 토출구(514)로부터 토출된다.

이때 각 압축실의 작동유체가, 피스톤과 그 피스톤을 수납하는 피스톤실린더와 사이의 공간을 통해서 배압실 측으로 유동하면, 각 압축부(500A)∼(500D)의 압축효율이 저하한다.

또한, 이하의 설명에서는, 피스톤과 피스톤실린더와의 사이의 공간을 간극(clearance)이라고 표기하며, 그 간극을 유동하여 배압실 측으로 흐르는 작동유체를 피스톤누설이라고 기재한다.

따라서, 피스톤누설은 피스톤의 측면(슬라이딩 운동 면)을 따라서 유동한다.

제2∼제3피스톤에는, 예를 들면 O 링 등의 접촉형 실(seal)이 설치되며, 최종단의 제4피스톤(521)에는 도 33에 나타내는 바와 같은 비접촉형 실인 래비린스 실(523)이 설치되어 상기 피스톤누설을 억제하고 있다.

도 33에 나타내는 래비린스 실(523)은, 제4피스톤(521)의 슬라이딩 운동면에 형성된 홈의 깊이가 약 수100μm의 환상 홈(래비린스 홈으로 기재함)으로서, 그 래비린스 홈이 등거리 간격으로 복수로 형성되어 밀봉특성을 향상시키고 있다.

한편, 케이스(504)의 측면에는 릴리프 밸브(505)가 설치되어 있다.

그 릴리프 밸브(505)는, 예기치 못하는 이유로, 케이스(504)내의 압력이 이상상태로 높아지는 일이 있으며, 이와 같은 상태를 방치하면 케이스(504)가 변형하고, 균열 등을 일으키는 예기치 못하는 사태를 회피하기 위하여 설치되어 있는 것이다.

즉, 케이스(504)내의 압력이 소정의 압력에 도달하면 해당 릴리프 밸브(505)를 열어서 상기와 같은 예기치 못한 사태를 미연에 방지하고 있다.

그러나, 래비린스 실(523)의 밀봉특성을 높이기 위해서는, 래비린스 홈의 수를 증가시키거나, 래비린스 홈의 형성밀도를 크게 할 필요가 있으나, 래비린스 홈의 수를 증가시키는 경우 및 래비린스 홈의 밀도를 크게 하는 경우에는, 그 만큼 래비린스 홈의 형성비용이 제품의 코스트를 증대시키는 문제가 있다.

또, 래비린스 홈은 등거리간격으로 설치되어 있기 때문에, 제4피스톤(521)의 길이가 결정되면, 필연적으로 형성될 수 있는 래비린스 홈의 수가 결정되며, 그 이상의 밀봉특성을 달성한다는 것이 곤란하게 되는 문제가 있다.

한편, 이와 같은 압축장치를 장시간 사용하고 있으면, 제1∼제3피스톤에 설치되어 있는 O 링 등의 접촉형 실이나, 피스톤 축 등의 가동부가 서서히 마모되거나, 작동유체에 포함되는 수분 등이 응축하는 등 하여 물방울로 되는 경우가 있다.

이와 같은 마모분말이나 물방울 등은, 케이스(504)의 바닥에 저류 되어 버리므로, 이것을 제거하기 위해서는 해당 압축장치를 분해청소 할 수밖에 없어 유지보수의 용이성에 문제가 있었다.

그래서, 본 발명은, 래비린스 홈의 수를 증가시키지 않고, 보다 효율적으로 피스톤누설을 적게 할 수 있게 함과 동시에, 유지보수가 용이하게 되도록 하는 압축장치에 대하여 도 27 내지 도 30을 참조하여 설명한다.

도 27은, 본 발명의 압축장치의 부분파단 측면도를 나타내며, 도 28은, 압축수단의 수평 단면도이며, 도 29는 제4피스톤의 측면도를 나타내고 있다.

압축장치는, 상부에 압축수단(402)이 배치되며, 그 하부에 밀폐케이스(404)에 수납된 구동수단(403)이 배치되어 있다.

흡입구(410)로부터 공급되는 천연가스 등의 작동유체는, 케이스(404)내의 공간에 공급되며, 상기 케이스(404)내의 공간은, 압축수단(402)에 있어서의 작동유체의 공급실을 겸하고 있는 배압실(411)과 연이어 통하게 형성되어 있다.

그리고, 배압실(411)로부터 압축실로 공급된 작동유체는, 그 압축실에서 압축되어 토출구(414)로부터 장치 밖으로 토출되는 구성으로 되어 있다.

또한, 케이스(404)의 바닥(406)에는, 연직선 하방의 방향으로 릴리프 밸브(405)가 설치되어 있다.

압축수단(402)은, 작동유체를 압축하는 제1∼제4압축부(A∼D)가 十자 위치에 각각 배치된 구성으로서, 제1∼제4압축부(A∼D)는, 제1∼제4피스톤(421A∼421D)을 각각 가지고 있다.

제1피스톤(421A)과 제3피스톤(421C)은, 피스톤 축(412)에 의해 연결되며, 제2피스톤(421B)과 제4피스톤(421D)은 피스톤 축(413)에 연결되어, 각각이 연동 하여 동일방향으로 왕복운동 하도록 되어 있다.

피스톤 축(412, 413)은 각 피스톤(421A∼421D)의 배압실(411)측에 설치되어 있다.

제1피스톤(421A)에는 배압실(411)과 제1압축실(422A)을 연통하는 도시하지 않는 흡기구가 설치되며, 그 흡기구의 도중에는 도시하지 않는 흡기측 체크밸브가 설치되어 있다.

또, 각 압축실(422A∼422D)은, 연결관(430)에 의해 접속되며, 그 연결관(430)에는 도시하지 않는 흡기측 체크밸브 및 토출측 체크밸브가 각각 설치되어 있다.

각 피스톤(421A∼421D)의 위상은, 제1압축부(A)→제2압축부(B)→제3압축부(C)→제4압축부(D)와 후단의 압축부로 진행함에 따라서 45°씩 늦어지며, 또 각 피스톤(421A∼421D)의 지름은 후단으로 진행함에 따라서 작아지고 있다.

따라서, 각 압축실(422A∼422D)도 작아지고 있다.

그리고, 제1피스톤(421A)이 배압실(411)측에 이동하였을 때에는 흡기측 체크밸브는 열리고, 상기 배압실(411)측의 작동유체가 제1압축실(422A)에 흡입되어 압축된다. 물론, 압축시에는 흡기측 체크밸브는 닫혀있다.

이에 의해서 작동유체는, 제1압축부(A)에서 압축되면서 제2압축부(B)로 이송되며, 제2압축부(B)에서 압축되면서 제3압축부(C)로 이송된다.

이와 같이 하여 차례로 압축되면서 제4압축부(D)로 작동유체가 이송되어, 상기 제4압축부(D)에서 최종 압축되어 토출구(414)로부터 토출된다.

이때, 각 압축실(422A∼422D)의 작동유체가, 간극을 유동하는 것에 의한 피스톤누설을 억제하기 위하여 제1, 제2피스톤(421A, 421B)에는, 예를 들면, O 링 등의 접촉형 실(423A, 423B)이 설치되며, 제3, 제4피스톤(421C, 421D)에는, 도 29에 나타내는 바와 같은 래비린스 실(423C, 423D)이 설치된 플런저 피스톤으로 구성되어 있다.

도 29에 나타내는 제4피스톤(421D)의 래비린스 실(423D)은, 제4피스톤(421D)의 슬라이딩 운동면에 형성된 홈의 깊이가 약 수100미크론의 환상의 홈으로 이루어지는 래비린스 홈으로서, 그 래비린스 홈의 밀도는 제4압축실(422D)측으로부터 배압실(411)측을 향해서 작게되도록 형성되어 있다.

또한, 본 명세서에서는, 래비린스 홈의 밀도가 똑같은 경우를「등 피치」라하며, 밀도의 변화가 있는 경우를「변칙피치」라고 한다.

도 30은, 래비린스 홈의 수를 동일하게 하였을 때의 등 피치(실선)와 변칙 피치(점선)와의 밀봉특성을 비교한 도면으로서, 세로축에 작동유체의 유속, 가로축에 제4압축실(422D)의 피스톤의 작용면으로부터의 거리를 나타내고 있다.

본 실시의 형태에서는, 피치의 간격은 제4압축실(422D)측으로부터 배압실(411)측을 향해 등차 급수적인 조밀도(粗密度)로 되어 있다.

배압실(411)측으로 가장 가까운 래비린스 홈은, 약 0.242mm당, 도 3에 있어서의 영역(P)은, 그 래비린스 홈과 배압실(411) 사이의 간극영역에서의 유속을 나타내고 있다.

도 30에서 변칙피치로 하는 것에 의하여, 적어도 영역(P)에서의 유속을 작게 할 수가 있다는 것을 알게된다.

또한, 간극은 등 피치 또는 변칙피치 어느 경우에 있어서도 동일하므로, 유속이 작아진다는 것은, 피스톤누설이 억제되고 있다는 것을 의미하고 있다.

이와 같이, 변칙피치로 함으로서 피스톤누설이 억제되었다는 것은 다음과 같은 이유에 의한 것으로 추찰(推察)된다.

일반적으로 누설은, 고압 측으로부터 저압 측으로 작동유체가 유동하는 것에 의하여 발생하며, 그 누설량은 압력차와 컨덕턴스(conductance)에 의해 대강 규정된다.

즉, 동일한 누설로에 있어서도 압력차가 크면, 누설량은 크게되며, 동일한 압력차에 있어서도 컨덕턴스가 작으면 누설량은 크게 된다.

본 발명의 경우, 압력차는 제4압축실(422D)과 배압실(411)과의 압력차이 이다.

또, 컨덕턴스는 제4압축실(422D)로부터 배압실(411)로 작동유체가 유동할 때의 유동저항의 역수(逆數)라고 해석되며, 상기 컨덕턴스를 작게 하는데는 래비린스 홈의 수를 증가시키거나 밀도를 크게 하면 좋다.

그리고, 래비린스 실(423D)은, 간극을 유동하여 온 작동유체가 래비린스 홈에서 팽창하는 것에 의하여, 인접하는 저압 측의 래비런스 홈과의 압력차를 작게하며, 이에 의해 작동유체의 유동량을 억제하는 것에 의하여 일어난다.

따라서, 제4압축실(422D)측의 래비린스 홈의 밀도를 배압실(411)측보다 크게 하는 것에 의하여, 그 고밀도 영역에서 효율적(급격하게)으로 압력강하가 발생하여 피스톤누설이 억제되는 것이라고 해석된다.

이것은, 제4압축실(422D)과 배압실(411)과의 컨덕턴스가 실질적으로 작아진 것과 등가이며, 래비린스 홈의 수나 형성밀도를 증가시킨 것과 동일한 효과가, 상술한 변칙피치에 의해 얻어진다는 것을 알게된다.

또, 제3압축실에 플런저 피스톤을 사용한 경우에도, 상술한바와 동일한 변칙피치의 래비린스 실을 사용하는 것에 의하여 동일한 효과를 얻을 수가 있다.

다음에, 상기 구성의 압축장치의 유지보수에 대하여 설명한다.

상술한바와 같이, 압축장치에는 복수의 가동부가 설치되며, 운전과 더불어 그 가동부는 마모되며 마모분말이 케이스(404)의 바닥(406)에 저류되며, 또, 작동유체에는 수분이 함유되어 있는 경우가 있으며, 이와 같은 수분이 케이스(404)내에서 응축하여 물방울이 되어 케이스(404)의 바닥에 저류하는 경우가 있다.

그래서, 종래에는 분해청소를 하여 이들을 제거하고 있었다.

그러나, 본 발명에서는, 릴리프 밸브(405)를 케이스(404)의 바닥(406)에 설치하며, 또한, 하향으로 설치하고 있다.

이에 의해, 마모분말 등이 저류 되었을 때에는, 케이스(404)내의 압력을 인위적으로 높여서 릴리프 밸브(405)를 열어 작동유체와 함께 그 마모분말 등을 장치의 밖으로 토출시키도록 되어 있다.

물론, 예측하지 못한 이유로 케이스(404)내의 압력이 이상하게 높아질 때에도 릴리프 밸브(405)는 열리기 때문에, 이때에도 마모분말 등이 장치 밖으로 토출 된다는 것은 물론이다.

따라서, 분해청소를 하지 않아도 케이스(404)내를 청소할 수가 있기 때문에 유지보수성이 대단히 향상된다.

또한, 상기의 설명에서, 압축장치는 오일리스(oilless)기구로 구성되어 있는 것을 전제로 하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

이 경우, 릴리프 밸브(405)를 바닥(406)에 설치함으로서, 그 릴리프 밸브(405)가 열리면 오일이 장치 밖으로 토출되어, 장치의 외부가 오염되거나 오일을 낭비하게 된다는 우려가 생긴다.

장치 외부의 오염에 대해서는, 릴리프 밸브(405)에서 토출된 오일을 저류 시키는 저류통(도시하지 않음)을 별도로 설치해 두면 좋다.

또, 오일이 낭비된다는 문제는, 후술하는 바와 같이 본질적으로 무의미한 우려이다.

즉, 마모분말 등이 함유된 오일을 윤활제로서 계속 사용하게 되면, 그 마모분말이 가동부 등에 부착하여, 예를 들면 피스톤을 로크 시켜 버리는 등 중대한 장해가 발생한다.

따라서, 분해청소를 하는 경우에도 오일은 교환하지 않으면 안 된다.

이상 설명한 바와 같이, 래비린스 홈의 형성밀도를 압축실 측으로부터 배압실 측을 향해서 작게 되도록 하고 있기 때문에, 효율적으로 밀봉특성을 향상시킬 수 있게 된다.

또, 릴리프 밸브를 밀폐케이스의 바닥에 설치하였기 때문에, 장치를 분해청소 할 필요가 없이 가동부의 마모분말 등을 그 릴리프 밸브로부터 장치의 외부로 토출시킬 수가 있기 때문에, 유지보수성이 향상된다.

다음에, 또 다른 실시형태로서의 압축장치에 대하여 설명한다.

이 압축장치는, 종래, 압축단수의 증가에 따라서 왕복 압축부, 즉 실린더와 피스톤에 의한 압축부를 고압 측이 될수록 실린더와 피스톤의 직경을 가늘게 함과 동시에, L형·V형·W형·반별형·별형·대향 균형형 등으로 배치하며, 각 압축부를 소요의 위상으로 어긋나게 한 행정으로 동작하도록, 크랭크축에 연결시켜 연동하는 것에 의하여 다단계의 압축동작을 행하는 기구를 전동기 등의 구동원에 의해 운전하는 구성이 개시되어 있다(일본국 일본기계학회 쇼와 45년 9월 15일「기계공학 편람」제10편 제30도∼제32도 등).

또, 종래, 도 42에 나타낸 바와 같이, 4개의 왕복 압축부(701, 702, 703, 704)를 직교하는 축(705, 706)위에서 왕복연동 하도록 배치하며, 왕복 압축부(701)로부터 차례로 고압화 시켜 왕복 압축부(704)를 최종단계의 고압 압축부로 한 압측장치(700)가 잘 알려져 있다.

그리고 상기의 압축기(700)에 있어서는, 한 쌍의 대향하는 피스톤(651, 653)은 요크(601A)에 연결되고, 다른 한 쌍의 대향하는 피스톤(652, 654)은, 요크(601A)와 방향을 90°어긋나게 하여 배치한 요크(601B)에 연결되며, 도시하지 않는 전동기부의 전동모터 등에 의하여, 크랭크축(655)을 회전시켜 크랭크 핀(656)을 크랭크축(655)의 둘레를 회전시키고, 한 쌍의 피스톤(651, 653)을 축(706)의 방향으로만 왕복 운동시키며, 다른 한 쌍의 피스톤(652, 654)을 축(705)의 방향으로만 왕복 운동시키도록 되어 있다.

이 예에 있어서는, 제4단째 왕복 압축부(704)가 플런저 펌프에 의해 구성되어 있다.

종래, 상기의 왕복 압축부(704)는 실린더(658)내에 피스톤(654)이 삽입되어 있는 구성되어 있다.

실린더(658)는 선 팽창계수, 표면마감 등의 관점에서 세라믹으로 만들어져 있기 때문에 내압 강도가 약하다는 문제가 있으며, 또, 진동하거나, 실린더(658)가 움직여서 손상을 입거나, 실린더(658)와 피스톤(654)의 간극 정밀도가 저하하거나 하여 성능이 저하되는 등 신뢰성이 결여된다는 문제가 있었다.

그래서, 본 발명은, 질소가스 등 소요의 기체를 다단계로 고압 압축하는 적어도 1왕복 압축부를 플런저 펌프에 의해 구성한 압축장치에 있어서, 플런저 펌프의 실린더의 내압 강도를 향상시키며, 또한, 진동하거나, 실린더가 움직여서 손상을 입거나, 실린더와 피스톤의 간극 정밀도가 저하하거나 하여 성능이 저하하는 등 종래의 플런저 펌프의 문제를 해결하고, 내구성을 향상시킨 신뢰성 높은 압축장치를 제공하는데 그 목적이 있으며, 또 피스톤 링 및 가이드 링을 장착한 피스톤[예를 들면, 피스톤(51)]에 대해서는 피스톤 링이나 가이드 링의 PV값을 저감시켜, 기계손실의 저감, 신뢰성의 향상을 도모한 압축장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도 34∼도 40에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 34는, 본 발명의 압축장치의 또 하나의 실시형태의 단면을 나타내는 설명도이고, 도 35는, 도 34에 나타낸 본 발명의 압축장치의 제4단째 왕복 압축부(플런저 펌프)의 단면을 나타내는 설명도이며, 도 36은, 도 34에 나타낸 본 발명의 압축장치의 제3단째 왕복 압축부(플런저 펌프)의 단면을 나타내는 설명도이다.

또한, 이들 도면에 있어서, 상기 도 42의 부호와 동일부호로 표시한 부분은, 종래기술의 항에서 설명한 것과 동일한 기능을 갖는 부분이며, 본 발명의 이해를 방해하지 않는 범위 내에서는 설명을 생략하였다.

도 35에 나타내는 바와 같이, 도 34에 나타낸 본 발명의 압축장치(700A)의 제4단째 왕복 압축부(플런저 펌프)(704)는 세라믹제 실린더라이너(601)내에 삽입된 피스톤(654)과, 피스톤(654)에 연결된 커넥팅로드(602)[피스톤(654)과 요크(601B)를 연결하는 커넥팅로드] 등으로 구성되어 있으며, 상기 실린더라이너(601)와 플런저 펌프본체(603) 사이에 내압 구조부재로서 슬리브(604)를 개재시켜 놓고 있다.

그리고, 상기 실린더라이너(601)와 슬리브(604)는 플런저 펌프본체(603)에 고정용 볼트(605)를 나사 박음하여 고정되어 있다.

도 36에 나타낸 바와 같이, 도 34에 나타낸 본 발명의 압축장치(700A)의 제3단째 왕복 압축부(플런저 펌프)(703)는 세라믹제 실린더라이너(601a)내에 삽입된 피스톤(653)과, 피스톤(653)에 연결된 커넥팅로드(602a)[피스톤(653)과 요크(601A)를 연결하는 커넥팅로드] 등으로 구성되어 있으며, 상기 실린더라이너(601a)와 플런저 펌프본체(603a)의 사이에 내압 구조부재로서 슬리브(604a)를 개재시켜 놓고 있다.

그리고, 상기 실린더라이너(601a)와 슬리브(604a)는 플런저 펌프본체(603a)에 고정용 볼트(605a)를 나사 박음하여 고정되어 있다.

도 35, 도 36에 나타낸 바와 같이 내압 구조부재로서 슬리브(604, 604a)를 개재시켜, 고정용 볼트(605, 605a)로 실린더라이너(601, 601a)와 슬리브(604, 604a)를 플런저 펌프본체(603, 603a)에 각각 고정시키는 것에 의하여, 세라믹제 실린더라이너(601, 601a)의 내압 강도를 향상시킬 수가 있다.

그 위에 이와 같은 구성의 플런저 펌프로 함으로서 진동하거나, 실린더라이너(601, 601a)가 움직여서 손상을 입거나, 실린더라이너(601, 601a)와 피스톤(654, 653)의 간극 정밀도가 저하하거나 하여 성능이 저하하는 등의 문제가 없어지며, 내구성을 향상시키고, 신뢰성 높은 압축장치를 제공할 수 있게 된다.

도 37은, 본 발명의 압축장치의 제4단째 왕복 압축부의 또 다른 실시형태의 단면을 나타내는 설명도이다.

도 37에 나타낸 바와 같이, 이 예의 제4단째 왕복 압축부(플런저 펌프)(704a)에 있어서는, 커넥팅로드(602)가 삽입되는 커넥팅로드 슬리브(606)와 상기 고정용 볼트(605)의 사이에 판 스프링 등의 탄성 완충부재(607)가 개재 장착되어 있는 이외는, 도 35에 나타낸 제4단째 왕복 압축부(704)와 동일하게 구성되어 있다.

커넥팅로드 슬리브(606)와 고정용 볼트(605)의 사이에 판 스프링 등의 탄성 완충부재(607)를 개재시켜 장착하고 있으므로, 실린더라이너(601), 슬리브(604)의 움직임이 한층 억제되며, 진동이 저감되어 신뢰성이 한층 향상된다.

도 38은, 본 발명의 압축장치의 제4단째 왕복 압축부의 또 다른 실시형태의 단면을 나타내는 설명도이다.

도 38에 나타낸 바와 같이, 이 예의 제4단째 왕복 압축부(플런저 펌프)(704b)에 있어서는, 내압 구조부재로서의 슬리브(604b)가 고정용 볼트(605)에 접하는 면에 슬리브(604b)의 두께방향으로 관통하여 하나의 압력 발취 홈(608)(도39 참조)이 설치되어 있다.

그리고, 커넥팅로드 슬리브(606a)에는 커넥팅로드 슬리브(606a)를 상방에서 하방으로 관통하여 2개의 압력 발취 구멍(609)이 설치되어 있다.

도 39(A)에, 슬리브(604b)의 세로단면을 나타내며, (B)에, 슬리브(604b)가 고정용 볼트(605)에 접하는 면에 슬리브(604b)의 두께방향으로 관통하여 설치한 압력 발취 홈(608)을 나타낸다.

610은 슬리브(604b)의 내벽면에 설치한 환상의 홈이다.

슬리브(604b)와 플런저 펌프본체(603) 사이의 기체는 압력 발취 홈(608)을 경유한 후, 압력 발취 구멍(609)을 거쳐 화살표로 나타내는 바와 같이 본 발명의 압축장치 내로 빠져나가도록 되어있다.

또, 실린더라이너(601)와 슬리브(604b)의 사이나 커넥팅로드(602)와 커넥팅로드 슬리브(606a)와의 사이의 기체도 동일하게 하여 압력 발취 구멍(609)을 거쳐 본 발명의 압축장치 내로 빠져나가도록 되어있다.

이와 같이 구성함으로서, 실린더 배후의 압력상승을 방지할 수 있으며, 또, 커넥팅로드(602)와 커넥팅로드 슬리브(606a)와의 사이의 압력상승을 방지할 수 있으며, 피스톤(654)이 원활하게 움직일 수 있기 때문에, 입력의 저감을 기할 수 있으며, 피스톤(654)의 갉기 등이 방지되어 신뢰성을 향상시킬 수가 있다.

도 41은, 피스톤 링 및 가이드 링을 장착한 종래의 피스톤(예를 들면 도 42의 피스톤(651))의 단면을 나타내는 설명도이다.

도 41에 나타내는 바와 같이, 피스톤 링(611) 및 가이드 링(612)은 피스톤(651)에 설치한 피스톤 링 홈(611a) 및 가이드 링 홈(612a) 중에 각각 정확히 수납하여 장착되어 있다.

도 40은, 피스톤 링 및 가이드 링을 장착한 본 발명에 사용하는 피스톤(651a)의 단면을 나타내는 설명도이다.

도 40에 나타내는바와 같이, 피스톤 링(611)은 피스톤 링(611)의 폭보다 큰 폭을 구비한 피스톤 링 홈(611b)중에 수납하여 장착되어 있다.

가이드 링(612)은 가이드 링 홈(612a)중에 정확히 수납되어 장착되어 있다.

이와 같이 구성함으로서, 피스톤(651a)이 왕복을 할 때, 피스톤 링(611)도 피스톤 링 홈(611b)중에 화살표로 나타낸 바와 같이 왕복하기 때문에, 피스톤 링(611)에 걸리는 부하를 감소시킬 수가 있으며, 도 41로 나타낸 피스톤(651)의 경우와 비교하여 PV값을 저감시킬 수가 있어서, 기계손실의 저감을 꾀할 수가 있다.

가이드 링(612)과 가이드 링 홈(612a)에 대해서도 피스톤 링(611)과 피스톤 링 홈(611b)과 동일하게 구성할 수가 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니므로, 특허청구범위에 기재한 취지에서 일탈하지 않는 범위에서 각종의 변형실시가 가능하다.

예를 들면, 복수의 왕복 압축부를 상기의 L형·V형·W형·반별형·별형·대향 균형형 등으로 배치한 구성, 또는 3개 또는 5개 이상의 왕복 압축부를 별형으로 배치한 구성의 압축장치로 하여도 좋다.

이에 의해, 실린더라이너와 플런저 펌프본체의 사이에 내압 구조부재로서 슬리브를 개재시켜, 상기 실린더라이너와 슬리브를 플런저 펌프본체에 고정용 볼트로 고정시킴으로서, 플런저 펌프의 실린더의 내압 강도를 향상시키며, 또한, 진동하거나, 실린더가 움직여서 손상을 받거나, 실린더와 피스톤의 간극 정밀도가 저하하거나 하여 성능이 저하하는 등의 문제를 방지할 수가 있으므로 내구성을 향상시킨 신뢰성 높은 압축장치를 제공할 수가 있다.

커넥팅로드가 삽입되는 커넥팅로드 슬리브와 상기 고정용 볼트 사이에 판 스프링 등의 탄성완충부재를 개재시켜 장착함으로서, 실린더라이너, 슬리브의 움직임이 한층 억제되며, 진동이 저감되어, 신뢰성이 한층 향상된다.

내압 구조로서의 슬리브가 고정용 볼트에 접하는 면에 두께방향으로 관통시켜 하나 또는 두 개 이상의 압력 발취 홈을 설치함으로서, 실린더 배후의 압력상승을 방지할 수 있으므로 입력저감, 및 피스톤의 갉음(scuffing) 등이 방지되어 신뢰성을 향상시킨다.

커넥팅로드 슬리브에 관통시켜 하나 또는 두 개 이상의 압력 발취 구멍을 설치함으로서, 커넥팅로드 슬리브와 커넥팅로드 사이의 압력상승을 방지할 수 있으므로 피스톤이 원활하게 움직이게 됨으로, 입력저감, 그리고 피스톤의 갉음 등이 방지되어 신뢰성이 향상된다.

피스톤 링 및 가이드 링을 장착하기 위해 피스톤에 설치한 피스톤 링 홈 및 가이드 링 홈의 어느 한 쪽 혹은 양자의 폭을 링 자체의 폭보다 크게 하는 것에 의하여, 피스톤 링이나 가이드 링의 PV값을 저감시킬 수 있으며, 기계손실의 저감을 도모할 수가 있다.

그리고, 종래의 압축장치에 대하여 도 42를 참조하여 설명한다.

이 압축장치(700)에 있어서는, 한 쌍의 대향하는 피스톤(651, 653)은 요크(601A)에 연결되며, 요크(601A)내에서 축(706)을 가로지르도록 이동이 가능하게 설치되는 크로스 슬라이더(602A)는 크랭크 핀(656)을 통해서 크랭크축(655)에 연결되어 있다.

또, 다른 한 쌍의 대향하는 피스톤(652, 654)은 요크(601A)와 방향을 90도 어긋나게 하여 배치한 요크(601B)에 연결시키며, 요크(601B)내에서 축(705)을 가로지르도록 이동이 가능하게 설치되는 크로스 슬라이더(602B)도 크랭크 핀(656)을 통해서 크랭크축(655)에 연결되어 있다.

그리고, 도시하지 않는 전동모터 등에 의하여, 크랭크 축(655)을 회전시켜서 크랭크 핀(656)을 크랭크축 둘레로 회전시키면, 요크(601A)에 있어서는 축(705)방향의 크랭크 핀(656)의 변위에는 크로스 슬라이더(602A)가 이동하여 대응하고, 축(706)의 방향으로는 요크(601A)가 이동하여 대응하게 됨으로, 한 쌍의 피스톤(651, 653)은 축(706)의 방향으로만 왕복운동을 한다.

한편, 요크(601B)에 있어서는 축(706)의 방향으로는 크로스 슬라이더(602B)가 이동하여 대응하며, 축(705)의 방향으로는 요크(601B)가 이동하여 대응함으로, 한 쌍의 피스톤(652, 654)은 축(705)의 방향으로만 왕복운동을 한다.

그리고, 크랭크축(655)의 정속회전(定速回傳)으로부터, 피스톤(651, 652, 653, 654)의 원활한 왕복운동으로 변환시킬 수 있게 하기 위해서는, 크로스 슬라이더(602A)가 요크(601A)내에서 무리 없이 슬라이딩 운동하고, 크로스 슬라이더(602B)가 요크(601B)내에서 무리 없이 슬라이딩 운동을 할 필요가 있다.

그러기 위해, 슬라이딩 운동부에 그리스를 충전시켜 사용하고 있다.

그러나, 압축장치(700)는, 요크(601A)와 크로스 슬라이더(602A)의 슬라이딩 운동부나 요크(601B)와 크로스 슬라이더(602B)의 슬라이딩 운동부가 개방상태로 되어있기 때문에, 운전 중에 그리스가 비산하여 슬라이딩 운동부로의 그리스의 공급이 불충분하게 되는 문제가 있었다.

이와 같이 하여 슬라이딩 운동부로의 그리스의 공급이 불충분하게 되면 장기간의 운전에 있어서 진동, 마모 등을 억제할 수 없고 신뢰성이 떨어진다.

한편, 대향하는 위치에 피스톤이 구비되어 있지 않는 압축장치의 경우는, 운전 중에 상기의 위치에 대향하는 측에 있는 피스톤의 축의 요동이 발생하기 쉬우며, 피스톤의 축의 요동이 발생하면, 갉음 등의 악영향이 일어나기 때문에 신뢰성이 저하하는 문제가 또한 있었다.

그래서, 본 발명은, 질소가스 등의 소요의 기체를 다단계로 고압으로 압축하는 압축장치의 운전 중의 그리스의 흩어지는 것을 방지하여, 진동, 소음, 마모 등을 억제한 신뢰성 높은 압축장치를 제공하는데 그 목적을 두며, 또, 대향하는 위치에 피스톤이 구비되어 있지 않는 경우에도, 운전 중의 상기 피스톤 축의 요동의 발생을 억제시킨 신뢰성 높은 압축장치를 제공하는 것이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도 43 내지 47에 의거하여 상세히 설명한다.

도 43은, 본 발명의 압축장치의 요부를 나타내는 설명도이며, 도 44는, 도 43에 나타낸 본 발명의 압축장치의 요크, 크로스 슬라이더 등의 설명도이고, 도 45는, 도 43에 나타낸 본 발명의 압축장치의 요크, 크로스 슬라이더 등의 일부 단면을 나타내는 설명도이며, 도 46은, 도 45에 나타낸 요크의 측면도이고, 도 47은, 본 발명의 다른 압축장치의 요부를 나타내는 설명도이다.

도 43에 나타낸 본 발명의 압축장치(900A)는, 4개의 왕복 압축부(901, 902, 903, 904)를 직교하는 축(905, 906)의 위에서 왕복운동 하도록 배치되며, 각 왕복 압축부에서 압축한 기체를 관로(805)∼(808)를 거쳐서 이송하여 왕복 압축부(901)로부터 왕복 압축부(904)의 순서로 차례로 고압화 시킴과 동시에, 중앙부에 개구부(909)를 설치한 커버(810)를, 요크(801A) 및 (801B)를 각각 샌드위치 하도록 배치하고 있다.

이하, 요크(801A)의 경우에 대하여 설명하는바, 요크(801B)는 요크(801A)와 동일하게 되어 있다.

도 44∼도 46에 나타낸 바와 같이, 커버(810)의 개구부(809)는, 장치의 운전 중에 개구부(809)의 단부가 크랭크 핀(803)에 접촉하거나 하여 크랭크 핀(803)의 움직임을 방해하지 않도록 중앙부에 설치되어 있다.

도 46에 나타내는 바와 같이, 커버(810)의 개구부(809) 이외의 개소는 요크(801A)의 개구부를 커버하도록 요크(801A)를 샌드위치로 하여 고정시켜 배치하고 있다.

커버(810)의 재질은 금속, 또는 세라믹, FRP, 엔지니어링 플라스틱 등의 비금속, 혹은 이들의 조합이라도 좋고 특별히 한정되지 않는다.

장치운전 중의 온도, 압력 등에 견딜 수 있는 물리적, 기계적 특성을 가지고, 또한 압축하는 기체에 내성이 있으며, 내 그리스성이 있는 엔지니어링 플라스틱은 바람직하게 사용될 수 있다.

도 45에 있어서도, 811은 구름축받이(rolling bearing), 812는 라이너플레이트, 813은 스프링, 814는 고정구를 나타낸다.

구름축받이(811)는 라이너플레이트(812)를 통해서 받는 스프링(813)의 탄성력에 의해 크로스 슬라이더(802A)의 양 측면에 압박하여 설치되어 있으며, 요크(801A)내에서 크로스 슬라이더(802A)의 슬라이딩 운동을 돕고 있다.

본 발명의 압축장치(900A)는, 커버(810)를, 요크(801A) 및 (801B)를 샌드위치 하도록 하여 고정시켜 배치하였기 때문에, 장치의 운전 중에 요크(801A) 및 (801B)내로부터의 그리스의 비산을 억제 할 수 있다.

본 발명의 압축장치(900A)는 이와 같이 하여 요크(801A) 및 (801B)내의 슬라이딩 운동부로의 그리스의 공급이 충분하게 됨으로, 장기 운전에 있어서도, 진동, 소음, 마모 등을 억제할 수가 있으므로 신뢰성이 향상된다.

커버(810)를 요크(801A) 및 (801B)에 수축 끼워맞춤으로 고정시켜 배치하도록 하면, 커버(810)의 조립도 용이하게 될 뿐 아니라, 커버(810)를 견고하게 배치할 수 있음으로 탈락이 방지되어, 신뢰성이 한 층 향상된다.

도 47에 나타낸 본 발명의 압축장치(900B)(3단 압축장치)는, 왕복 압축부(902)의 피스톤(852)에 대향하는 위치(904A)에 피스톤이 구비되어 있지 않는다.

3개의 왕복 압축부(901, 902, 903)의 피스톤(851, 853)은 축(905)의 방향으로만 왕복운동 하며, 피스톤(852) 및 커넥팅로드(854A)는 축(906)의 위에서 왕복운동 하도록 배치하며, 왕복 압축부(901)로부터 왕복 압축부(903)까지 차례로 고압화 시켜 왕복 압축부(903)를 최종단의 고압압축부로 한 압축장치이다.

상기 커넥팅로드(854A)는 피스톤(852)에 대향하는 위치(904A)에 있어서 요쿠(801B)에 고정시켜 배치되어 있으며, 또, 커넥팅로드(854A)는 왕복운동이 가능하게 가이드 하는 실린더(815)내에 배치되어 있다.

상기와 같이 압축장치(900B)에 있어서는, 한 쌍의 대향하는 피스톤(851, 853)은 요크(801A)에 연결되며, 다른 한 쌍의 대향하는 피스톤(582)과 커넥팅로드(854A)는 요크(801A)와 방향을 90도 어긋나게 하여 배치한 요크(801B)에 연결하여, 도시하지 않는 전동모터 등에 의해 크랭크축(804)을 회전시켜 크랭크 핀(803)을 크랭크축(804)의 둘레로 회전시키고, 한 쌍의 피스톤(851, 853)을 축(905)의 방향으로만 왕복 운동시켜, 다른 한 쌍의 피스톤(852)과 커넥팅로드(854A)를 축(906)의 방향으로만 왕복 운동시키도록 되어있다.

본 발명의 압축장치(900B)는, 본 발명의 압축장치(900A)와 동일하게 커버(810)를, 요크(801A) 및 (801B)를 샌드위치 되도록 하여 고정시켜 배치하였기 때문에, 장치의 운전 중에 그리스의 비산을 억제 할 수 있으므로 슬라이딩 운동부에로의 그리스의 공급이 충분하게 된다.

따라서, 장기 운전에 있어서도, 진동, 소음, 마모 등을 억제할 수가 있으므로 신뢰성이 향상된다.

또, 요크(801B)에 고정시킨 커넥팅로드(854A)와 커넥팅로드(854A)를 왕복운동이 가능하게 가이드 하는 실린더(815)를 배치하고 있으므로, 운전 중에 커넥팅로드(854A)에 대향하는 피스톤(852)축의 요동의 발생을 방지할 수 있어, 갉음 등이 발생하지 않으며, 안정적으로 운전할 수 있으므로 신뢰성이 한 층 향상된다.

또한, 본 발명은, 상기의 실시예에 한정되는 것이 아니므로, 특허청구의 범위에 기재된 취지에서 일탈하지 않는 범위 내에서 각종의 변형실시가 가능하다.

예를 들면, 복수의 왕복 압축부를 L형·V형·W형·반별형·별형·대향균형형 등으로 배치한 구성, 또는, 3 또는 5개 이상의 왕복 압축부를 별형으로 배치한 구성의 압축장치로 하여도 좋다.

이상과 같은 구성에 의하여, 크랭크 핀의 운동을 방해하지 않도록 중앙부에 개구부를 설치한 커버를, 요크를 샌드위치 하도록 하여 고정시켜 배치한 본 발명의 압축장치는 운전 중에 요크 내로부터의 그리스의 비산을 억제할 수 있으므로, 크로스 슬라이더의 슬라이딩 운동부에로의 그리스의 공급이 충분하게 되어, 장기운전에 있어서도 진동, 소음, 마모 등을 억제할 수 있기 때문에 신뢰성이 향상된다.

커버를 요크에 수축 끼워 맞춤으로 고정시켜 배치하는 것이 바람직하며, 그렇게 하면 커버의 조립이 용이하게 될 뿐만 아니라, 커버를 요크에 견고하게 배치할 수가 있으므로 탈락을 방지할 수 있으며, 신뢰성이 한 층 향상된다.

적어도 한 쌍은 대향하는 위치에 피스톤이 구비되어 있지 않는 경우에도, 상기 위치에, 요크에 고정시킨 커넥팅로드와, 커넥팅로드를 왕복운동이 가능하게 가이드 하는 실린더를 배치하는 것에 의하여, 커넥팅로드에 대향하는 피스톤 축의 요동의 발생을 방지할 수 있으므로, 신뢰성이 향상된다.

다음에, 다시 또 하나의 다른 실시형태로서의 압축장치에 대하여 설명한다.

종래 이와 같은 종류의 압축장치는, 도 51에 나타낸 바와 같이, 4개의 왕복 압축부(1101, 1102, 1103, 1104)를 직교하는 축(1105, 1106)의 위에서 왕복연동 하도록 배치하며, 왕복 압축부(1101)로부터 차레로 고압화 하여 왕복 압축부(1104)를 최종단계의 고압 압축부로 한 압축장치(1100)가 널리 알려져 있다.

그리고, 상기 압축장치(1100)에 있어서는, 한 쌍의 대향하는 피스톤(1051, 1053)은 요크(1001A)에 연결되며, 요크(1001A)내에서 축(1106)을 가로지르도록 이동이 가능하게 설치되는 크로스 슬라이더(1002A)는 크랭크 핀(1003)을 통해서 크랭크축(1004)에 연결되어 있다.

또, 다른 한 쌍의 대향하는 피스톤(1052, 1054)은 요크(1001A)와 방향을 90° 어긋나게 하여 배치한 요크(1001B)에 연결시키며, 요크(1001B)내에서 축(1005)을 가로지르도록 이동이 가능하게 설치되는 도시하지 않는 크로스 슬라이더도 크랭크 핀(1003)을 통해서 크랭크축(1004)에 연결되어 있다.

그리고, 도시하지 않는 전동모터 등에 의하여, 크랭크축(1004)을 회전시켜서 크랭크 핀(1003)을 크랭크축 둘레로 회전시키면, 요크(1001A)에 있어서는 축(1105)방향의 크랭크 핀(1003)의 변위에는 크로스 슬라이더(1002A)가 이동하여 대응하고, 축(1006)의 방향으로는 요크(1001A)가 이동하여 대응하게 됨으로, 한 쌍의 피스톤(1051, 1053)은 축(1106)의 방향으로만 왕복운동 한다.

한편, 요크(1001B)에 있어서는 축(1106)의 방향으로는 도시하지 않는 크로스 슬라이더가 이동하여 대응하며, 축(1105)의 방향으로는 요크(1001B)가 이동하여 대응함으로, 한 쌍의 피스톤(1052, 1054)은 축(1105)의 방향으로만 왕복운동 한다.

도 50은, 압축장치(1100)의 제1단째 왕복 압축부(1101)의 단면구조를 나타내는 설명도이다.

제1단째 왕복 압축부(1101)의 피스톤(1051)이 후퇴하여 밸브(c, d)가 닫히고 밸브(a, b)가 열려서 실린더(1055)내의 압축실(1056)에 밸브(a, b)를 거쳐 화살표로 나타낸 방향으로부터 흡입된 기체는, 피스톤(1051)이 전진하면 밸브(a, b)가 닫혀서 압축실(1056)내에서 압축되고, 소정의 압력에 도달하면 밸브(c, d)가 열려 압축실(1056)로부터 밸브(c, d)를 거쳐 화살표로 나타낸 방향으로 토출되며, 도시하지 않는 제2단째 왕복 압축부(1102)로 반송되도록 되어있다.

1057은 피스톤(1051)과 요크(1001A)를 연결하는 커넥팅로드이다.

상기의 압축장치(1100)에 있어서, 예를 들면 제1단째 왕복 압축부(1101)의 실린더(1055)의 지름을 크게 하지 않고도 토출량을 효율 좋게 증가시킬 수 있게 되도록 요망되고 있다.

그래서, 본 발명은, 질소가스 등의 소요의 기체를 다단계로 고압으로 압축시키는 압축장치에 있어서, 예를 들면, 제1단째 왕복 압축부의 실린더의 지름을 크게 하지 않고도 토출량을 효율 좋게 증가시킬 수 있게 한 것이다.

이하에, 본 발명의 실시형태를 도 48 내지 도 49에 의거하여 상세히 설명한다.

도 48은, 본 발명의 압축장치의 실시형태의 요부를 나타내는 설명도이며, 도 49는, 도 48에 나타낸 본 발명의 압축장치의 제1단째 왕복 압축부의 단면구조를 나타내는 설명도이다.

또한, 이들 도면에 있어서 도 50, 도 51의 부호와 동일한 부호로 나타낸 부분은, 종래기술의 항에서 설명한 것과 동일한 기능을 갖는 부분이며, 본 발명의 이해를 방해하지 않는 범위에서 설명을 생략하였다.

도 48에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 압축장치(1100A)에 있어서는, 2중 압축구조를 설치한 제1단째 왕복 압축부(1101)에서 압축한 기체를 관로(1060)를 거쳐 다음 왕복 압축부로 반송하여 차례로 고압화 하도록 한 것, 이외에는 도 51에 나타낸 압축장치(1100)와 동일하게 왕복 압축부(1101, 1102, 1103, 1104)를 직교하는 축(1105, 1106)위에서 왕복연동 하도록 배치되어 있으며, 제1단째 왕복 압축부(1101)로부터 차레로 고압화 하여 관로(1060)를 거쳐서 다음의 왕복 압축부로 반송하여 제4단째 왕복 압축부(1104)를 최종단계의 고압 압축부로 하고 있다.

도 49는, 본 발명의 압축장치(1100A)의 제1단째 왕복 압축부(1101)의 단면구조를 나타내는 설명도이다.

제1단째 왕복 압축부(1101)에는 제1압축실(1058)과 제2압축실(1059)이 설치되어 있다.

피스톤(1051)이 전진하면, 밸브(10a, 10b)가 닫힘 상태로, 열린 밸브(10e, 10f)를 거쳐 화살표로 나타낸 방향으로부터 기체가 제1압축실(1058)로 흡입됨과 동시에 제2압축실(1059)내의 기체는 압축되어 소정의 압력에 도달하면, 열린 밸브(10c, 10d)를 거쳐서 외부로 토출되고, 화살표로 나타내는 바와 같이 다음의 왕복 압축부로 반송된다.

그리고, 피스톤(1051)이 후퇴하면 밸브(10e, 10f)가 닫히며, 제1압축실(1058)내의 기체는 압축되어 소정의 압력에 도달하면 밸브(10a, 10b)가 열려 기체는 제2압축실(1059)로 토출되도록 되어 있다.

또한, 1060은 커넥팅로드(1057)가 진동하지 않도록 정해진 위치에 원활하게 가이드 하기 위한 로드가이드 이다.

본 발명에 있어서, 이와 같이 하나의 실린더(1055)내에서 2단계로 기체를 흡입, 압축하여 토출하는 구조를 2중 구조라고 칭한다.

질소가스를 사용하며, 동일한 규격의 실린더를 사용하고 실제기계를 사용하여 도 50에 나타낸 것과 같은 통상의 압축구조를 갖는 제1단째 왕복 압축부의 경우와, 도 49에 나타낸 것과 같은 2중 압축구조를 갖는 제1단째 왕복 압축부의 경우의 토출량(m³/hr)을 측정하였다.

이 시험의 결과, 통상의 압축구조를 갖는 압축부의 경우는 토출량 4.3(m³/hr)이 얻어지며, 2중 구조를 갖는 압축부의 경우는 토출량 4.8(m³/hr)이 얻어졌다.

이 시험결과로부터, 2중 구조를 갖는 압축부를 사용하면 토출량이 4.8/4.3 = 1.116과, 약 11.6%정도 증가할 수 있다는 것을 알게 되었다.

이론치는, 12%이므로, 이 시험에서는 이론치와 거의 동일한 값이 얻어진 것으로 된다.

또한, 본 발명은, 상기 실시예에 한정되는 것이 아니므로, 특허청구의 범위에 기재된 취지에서 일탈하지 않는 범위 내에서 각종의 변형실시가 가능하다.

예를 들면, 상기 실시예에 있어서는 제1단째 왕복 압축부에 2중 압축구조를 설치하였으나, 제2단째 왕복 압축부에도 2중 압축구조를 설치한 구성의 압축장치로 하여도 좋다.

또, 복수의 왕복 압축부를 상기한 L형·V형·W형·반별형·별형·대향균형형 등으로 배치한 구성, 또는, 3개 또는 5개 이상의 왕복 압축부를 별형으로 배치한 구성의 압축장치로 하여도 좋다.

본 발명의 압축장치는, 에를 들면, 제1단째 왕복 압축부에 2중 압축구조를 설치한 것에 의하여, 실린더의 지름을 크기하지 않고도 토출량을 효율좋게 증가시킬 수가 있다.

본 발명에 의하면, 피스톤의 형상, 실린더의 작용면과 피스톤의 위치, 실린더와 피스톤의 특정한 형상, 피스톤과 커넥팅로드의 연결구성의 개량에 의해, 종래의 실린더에 대하여 모터의 회전으로 피스톤을 왕복 구동시켜 이 구동에 의하여 흡입한 작동유체를 압축하여 고압 작동유체를 발생시키는 압축기부를 가진 고압 압축기에 있어서, 피스톤의 변위에 의한 실린더 내면의 마모의 발생, 배제용적을 높이는 데에는 대형화가 된다는 점, 피스톤과 커넥팅로드의 가공의 곤란성, 상사점 간극이 큼 등의 문제점의 개량을 실현한 다단 압축식 고압압축기의 압축장치가 제공된다.

Claims

실린더에 대하여 모터의 회전으로 피스톤을 왕복 구동시켜 이 구동에 의해 흡입한 작동유체를 압축하여 고압 작동유체를 발생시키는 압축 기구부를 가진 고압압축기에 있어서,

상기 압축 기구부는, 상기 피스톤의 둘레면에 복수의 래비린스 홈을 형성하여 상기 실린더의 작용내면과의 사이를 무윤활의 래비린스 실(labyrinth seal) 구조로 하며, 상기 피스톤의 선단 둘레테두리부와 상기 래비린스 홈의 개구 단부를 R 모따기 한 것을 특징으로 하는 압축장치.
실린더에 대하여 모터의 회전으로 피스톤을 왕복 구동시켜 이 구동에 의해 흡입한 작동유체를 압축하여 고압 작동유체를 발생시키는 압축 기구부를 가진 고압압축기에 있어서,

상기 압축 기구부는, 상기 피스톤의 둘레면에 복수의 래비린스 홈을 형성하여 상기 실린더의 작용내면과의 사이를 무윤활의 래비린스 실(labyrinth seal) 구조로 하며, 상기 피스톤과 상기 실린더와의 관계를, 상기 피스톤의 왕복구동에 있어서의 상사점과 하사점에 있어서, 상기 피스톤의 선단 둘레테두리 및 후단 둘레테두리가, 실질적으로 상기 실린더의 작용내면에 들어가지 않는 위치에 있는 것을 특징으로 하는 압축장치.
실린더에 대하여 모터의 회전으로 피스톤을 왕복 구동시켜 이 구동에 의해 흡입한 작동유체를 압축하여 고압 작동유체를 발생시키는 압축 기구부를 가진 고압압축기에 있어서,

상기 압축 기구부는, 상기 실린더의 작용내면과 상기 피스톤의 사이가 무윤활의 실 구조를 이루고, 상기 피스톤에는 선단소경부를 형성하며, 상기 실린더에는, 상기 피스톤이 상사점에 있을 때 상기 피스톤의 선단소경부가 삽입되는 소경압축부와, 상기 피스톤이 하사점에 있을 때에 상기 피스톤의 선단소경부의 주위에 압축공간을 형성하는 대경부를 연속시켜 형성한 것을 특징으로 하는 압축장치.
실린더에 대하여 모터의 회전으로 피스톤을 왕복 구동시켜 이 구동에 의해 흡입한 작동유체를 압축하여 고압 작동유체를 발생시키는 압축 기구부를 가진 고압압축기에 있어서,

상기 압축 기구부는, 상기 실린더의 작용내면과 상기 피스톤의 사이가 무윤활의 실 구조를 이루고, 상기 피스톤과 커넥팅로드와의 연결을, 상기 피스톤의 후단으로 뻗은 연결플랜지부가 상기 커넥팅로드에 형성한 연결공간 내에서 스프링으로 압박되어 상기 피스톤이 상기 커넥팅로드에 대하여 요동 가능하게 한 것을 특징으로 하는 압축장치.
실린더에 대하여 모터의 회전으로 피스톤을 왕복 구동시켜 이 구동에 의해 흡입한 작동유체를 압축하여 고압 작동유체를 발생시키는 압축 기구부를 가진 고압압축기에 있어서,

상기 압축 기구부는, 상기 실린더의 작용내면과 상기 피스톤의 사이가 무윤활의 실 구조를 이루고, 상기 피스톤 선단의 볼록 형상과 이 선단에 대응하는 실린더헤드의 내면형상을 실질적으로 동일한 R 형상으로 한 것을 특징으로 하는 압축장치.
실린더와 피스톤으로 이루어지는 압축부를 복수단 구비하며, 기체를 각 압축부로 순차 경유시키는 것에 의해 압축하여 공급하는 압축장치에 있어서,

최종단의 압축부 및 최종단 전단의 압축부가 플런저 피스톤을 구비하도록 한 것을 특징으로 하는 압축장치.
제6항에 있어서,

상기 최종단 압축부의 실린더와 그 내부에서 왕복 동작하는 피스톤과의 직경방향의 간극이, 최종단 전단의 실린더와 그 내부에서 왕복 동작하는 피스톤과의 간극보다 작은 것을 특징으로 하는 압축장치.
제 6항 또는 제7항에 있어서,

상기 최종단 전단의 압축부의 실린더와 그 내부에서 왕복 동작하는 피스톤과의 직경방향의 간극이, 3∼10μm인 것을 특징으로 하는 압축장치.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 최종단 압축부의 실린더와 그 내부에서 왕복 동작하는 피스톤과의 직경방향의 간극이, 2∼8μm인 것을 특징으로 하는 압축장치.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 최종단 전단 압축부의 실린더의 내부에서 왕복 동작하는 피스톤은, 그 표면에 복수의 홈이 설치되어 있으며, 이 홈의 폭(A)에 대한 홈 깊이(B)의 비(B/A)가 0.2∼0.5인 것을 특징으로 하는 압축장치.
제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 압축부가 4단으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 압축장치.
복수의 압축부를 구비하며, 또한, 그 압축부 가운데 적어도 하나가 플런저 피스톤형 압축기로 이루어짐과 동시에, 상기 복수의 압축부가 연결관에 의해 직렬로 연결되어, 전단의 상기 압축부에서 압축된 작동 유체를 후단의 상기 압축부로 보내고, 그 후단의 압축부에서 압축하는 압축과정을 차례로 행하여 고압의 작동유체로 하는 압축장치에 있어서,

상기 플런저 피스톤형 압축기에 있어서의 플런저 피스톤이, 복수의 래비린스 홈에 의해 구성되는 래비린스 실에 의해 밀봉되며, 또한, 상기 래비린스 홈의 형성밀도가 압축실 측으로부터 배압실 측으로 향해 작아지도록 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축장치.
복수의 압축부를 구비한 압축수단과, 그 압축수단을 구동시키는 구동수단과, 그 구동수단이 내설(內設)됨과 동시에 상부가 상기 압축수단에 밀착되어 이루어지는 밀폐케이스를 가진 압축장치에 있어서,

상기 밀폐케이스내의 압력이 소정의 압력 이상이 되었을 때에 밸브를 여는 릴리프 밸브가, 상기 밀폐케이스의 바닥에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 압축장치.
복수의 왕복 압축부의 적어도 1왕복 압축부를 플런저 펌프에 의해 구성하며, 상기 복수의 왕복 압축부를 연동시켜 소요의 기체를 다단계로 압축시키는 압축장치에 있어서,

상기 플런저 펌프는, 세라믹제 실린더라이너 내에 삽입된 피스톤과, 피스톤에 연결된 커넥팅로드 등에 의해 구성되어 있으며, 상기 실린더라이너와 플런저 펌프본체의 사이에 내압(耐壓)구조부재로서 슬리브를 개재시키고, 상기 실린더라이너와 슬리브를 플런저 펌프본체에 고정용 볼트로 고정시킨 것을 특징으로 하는 압축장치.
제14항에 있어서,

상기 커넥팅로드가 삽입되는 커넥팅로드 슬리브와 상기 고정용 볼트와의 사이에 판 스프링 등의 탄성 완충부재를 개재시켜 장착한 것을 특징으로 하는 압축장치.
제14항 혹은 제15항에 있어서,

상기 내압 구조부재로서의 슬리브가 고정용 볼트에 접하는 면에 두께방향으로 관통하여 하나 또는 두 개 이상의 압력 발취 홈을 설치한 것을 특징으로 하는 압축장치.
제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 커넥팅로드 슬리브에 관통하여 하나 또는 두 개 이상의 압력 발취 구멍을 설치한 것을 특징으로 하는 압축장치.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

피스톤 링 및 가이드 링을 장착하기 위해 피스톤에 설치한 피스톤 링 홈 및 가이드 링 홈의 어느 한쪽 혹은 양자의 폭을 링 자체의 폭보다 크게 형성한 것을 특징으로 하는 압축장치.
적어도 한 쌍 이상의 대향하는 피스톤과, 피스톤을 고정시키는 요크와, 요크 내를 슬라이딩하여 이동하는 크로스 슬라이더 등을 구비하며, 피스톤의 왕복운동을 크랭크축의 회전운동으로부터 스카치 요크 기구에 의해 변환시킬 수 있도록 한 압축장치로서,

크랭크 핀의 운동을 방해하지 않도록 중앙부에 개구부를 설치한 커버를, 요크를 샌드위치 하도록 하여 고정시켜 배치한 것을 특징으로 하는 압축장치.
제19항에 있어서,

상기 커버를, 요크에 수축 끼워 맞춤으로 고정시켜 설치한 것을 특징으로 하는 압축장치.
제19항 또는 제20항에 있어서,

적어도 한 쌍은 대향하는 위치에 피스톤이 구비되어 있지 않는 압축장치로서, 상기의 위치에, 요크에 고정시킨 커넥팅로드와, 커넥팅로드를 왕복운동 가능하게 가이드 하는 실린더를 배치한 것을 특징으로 하는 압축장치.
복수의 왕복 압축부를 구비하여 기체를 다단계로 압축하는 압축장치에 있어서, 적어도 제1단째 왕복 압축부에, 제1압축실과 제2압축실을 구비하며, 제1압축실에 흡입하여 압축시킨 기체를 제2압축실로 토출하여 재차 압축시킨 후 토출하여 다음 단계의 왕복 압축부로 보내는 2중 압축구조를 설치한 것을 특징으로 하는 압축장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

실린더와 피스톤으로 이루어지는 압축부를 복수단 구비하며, 기체를 각 압축부로 순차 경유시키는 것에 의해 압축하여 공급하는 압축장치에 있어서, 최종단의 압축부 및 최종단 전단의 압축부가 플런저 피스톤을 구비하는 것을 특징으로 하는 압축장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

최종단 압축부의 실린더와 그 내부에서 왕복 동작하는 피스톤과의 직경방향의 간극이, 최종단 전단의 실린더와 그 내부에서 왕복 동작하는 피스톤과의 간극보다 작은 것을 특징으로 하는 압축장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

최종단 전단의 압축부의 실린더와 그 내부에서 왕복 동작하는 피스톤과의 직경방향의 간극이, 3∼10μm인 것을 특징으로 하는 압축장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

최종단 압축부의 실린더와 그 내부에서 왕복 동작하는 피스톤과의 직경방향의 간극이, 2∼8μm인 것을 특징으로 하는 압축장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

최종단 전단 압축부의 실린더의 내부에서 왕복 동작하는 피스톤은, 그 표면에 복수의 홈이 설치되어 있으며, 이 홈의 폭(A)에 대한 홈 깊이(B)의 비(B/A)가 0.2∼0.5인 것을 특징으로 하는 압축장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 압축부가 4단으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 압축장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

복수의 압축부를 구비하며, 또한, 그 압축부 가운데 적어도 하나가 플런저 피스톤형 압축기로 이루어짐과 동시에, 상기 복수의 압축부가 연결관에 의해 직렬로 연결되어, 전단의 상기 압축부에서 압축된 작동유체를 후단의 상기 압축부로 보내고, 그 후단의 압축부에서 압축하는 압축과정을 차례로 행하여 고압의 작동유체로 하는 압축장치에 있어서, 상기 플런저 피스톤형 압축기에 있어서의 플런저 피스톤이, 복수의 래비린스 홈에 의해 구성되는 래비린스 실에 의해 밀봉되며, 또한, 상기 래비린스 홈의 형성밀도가 압축실 측으로부터 배압실 측으로 향해서 작아지도록 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

복수의 압축부를 구비한 압축수단과, 그 압축수단을 구동시키는 구동수단과, 그 구동수단이 내설됨과 동시에, 상부가 상기 압축수단에 밀착되어 이루어지는 밀폐케이스를 가진 압축장치에 있어서, 상기 밀폐케이스내의 압력이 소정의 압력 이상이 되었을 때에 밸브를 여는 릴리프 밸브가, 상기 밀폐케이스의 바닥에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 압축장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

복수의 왕복 압축부의 적어도 1왕복 압축부를 플런저 펌프에 의해 구성하며, 상기 복수의 왕복 압축부를 연동시켜 소요의 기체를 다단계로 압축시키는 압축장치에 있어서, 상기 플런저 펌프는, 세라믹제 실린더라이너 내에 삽입된 피스톤과, 피스톤에 연결된 커넥팅로드 등에 의해 구성되어 있으며, 상기 실린더라이너와 플런저 펌프 본체의 사이에 내압구조부재로서 슬리브를 개재시켜, 상기 실린더라이너와 슬리브를 플런저 펌프본체에 고정용 볼트로 고정시킨 것을 특징으로 하는 압축장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

커넥팅로드가 삽입되는 커넥팅로드 슬리브와 상기 고정용 볼트 사이에 판 스프링 등의 탄성 완충부재를 개재시켜 장착한 것을 특징으로 하는 압축장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

내압 구조부재로서의 슬리브가 고정용 볼트에 접하는 면에 두께방향으로 관통하여 하나 또는 두 개 이상의 압력 발취 홈을 설치한 것을 특징으로 하는 압축장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

커넥팅로드 슬리브에 관통하여 하나 또는 두 개 이상의 압력 발취 구멍을 설치한 것을 특징으로 하는 압축장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

피스톤 링 및 가이드 링을 장착하기 위해 피스톤에 설치한 피스톤 링 홈 및 가이드 링 홈의 어느 한쪽 혹은 양자의 폭을 링 자체의 폭보다 크게 형성한 것을 특징으로 하는 압축장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

적어도 한 쌍 이상의 대향하는 피스톤과, 피스톤을 고정시키는 요크와, 요크 내를 슬라이딩하여 이동하는 크로스 슬라이더 등을 구비하며, 피스톤의 왕복운동을 크랭크축의 회전운동으로부터 스카치 요크 기구에 의해 변환시킬 수 있도록 한 압축장치로서, 크랭크 핀의 운동을 방해하지 않도록 중앙부에 개구부를 설치한 커버를, 요크를 샌드위치 하도록 하여 고정시켜 배치한 것을 특징으로 하는 압축장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 커버를, 요크에 수축 끼워 맞춤으로 고정시켜 배치한 것을 특징으로 하는 압축장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

적어도 한 쌍은 대향하는 위치에 피스톤이 구비되어 있지 않는 압축장치로서, 상기의 위치에, 요크에 고정시킨 커넥팅로드와, 커넥팅로드를 왕복운동 가능하게 가이드 하는 실린더를 배치한 것을 특징으로 하는 압축장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

복수의 왕복 압축부를 구비하여 기체를 다단계로 압축하는 압축장치에 있어서, 적어도 제1단째 왕복 압축부에, 제1압축실과 제2압축실을 구비하며, 제1압축실에 흡입하여 압축시킨 기체를 제2압축실로 토출하여 재차 압축시킨 후 토출하여 다음 단계의 왕복 압축부로 보내는 2중 압축구조를 설치한 것을 특징으로 하는 압축장치.