KR20020077027A - 다기통 압축장치 - Google Patents

Abstract

베어링플레이트의 흡입구를 크게 하는 일없이, 하우징내로의 가스유입량을 증대할 수 있도록 한 다기통 압축장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 크랭크축 (9) 을 지지하는 베어링플레이트 (12) 에 복수개의 흡입구 (12a) 를 원주방향에 일정한 간격을 두고 형성한다. 베어링플레이트 (12) 의 상부에 대략 역접시형상의 커버재 (14) 를 장착하여, 상기 복수개의 흡입구 (12a) 를 피복하는 동시에, 베어링플레이트 (12) 와의 사이에 밀폐공간 (S) 을 형성하고, 또한 커버재 (14) 의 상부 중앙에 흡입구 (12a) 보다 큰 도입구 (14a) 를 형성한다. 이 도입구 (14a) 에는 가스공급관 (15) 을 장착하여 가스공급원 (도시생략) 과 접속한다.

Description

다기통 압축장치{MULTI-CYLINDER COMPRESSION DEVICE}

본 발명은, 복수의 가스압축부를 구비한 다기통 압축장치로서, 특히 흡입가스량을 증대할 수 있도록 한 것에 관한 것이다.

종래, 흡입가스를 복수의 가스압축부에서 압축하여 고압가스를 토출하도록한 다기통 압축장치가 알려져 있다. 예컨대 도 7에 나타내듯이 4개의 가스압축부 A, B, C, D가 십자형으로 대향하여 설치된 4기통 압축장치가 알려져 있다. 이 4기통압축장치에 있어서는, 흡입가스가 최초의 가스압축부 A에서 압축되어 다음 가스압축부 B로 보내어지고, 이 가스압축부 B에서 압축되어 다음 가스압축부 C로 보내어져, 더욱 이 가스압축부 C에서 압축되어 다음 가스압축부 D로 보내어져, 최후에 이 가스압축부 D에서 압축되어 토출 된다. 즉, 최초의 가스압축부 A에서 최후의 가스압축부 D까지 순차로 압축되어, 고압가스로 되어 토출 된다.

이 경우, 최종적으로 30MPa의 고압가스를 토출하기 위해서는, 통상 0∼0.05MPa의 가스를 각 가스압축부 A∼D에서 압축비 3∼5로 압축함으로써 단계적으로 승압하고 있다. 가스압축부 A∼D의 실린더직경은 후단의 것일수록 소직경으로 되어 있고, 4기통 4단압축장치로 불리고 있다.

그런데, 최초에 송입 (送入) 되는 가스압력을 높여 0.5MPa로 하면, 1단계 가스압축부 A를 필요로 하지 않고, 즉 2단계 가스압축부 B와, 3단계 가스압축부 C와, 4단계 가스압축부 D로 이루어지는 3기통 3단 압축장치로써 최종 가스압력 30MPa이 얻어지는 것을 실험을 통해 알았다.

이 3기통 3단 압축장치에서는, 4기통 4단 압축장치와 동일하게 도 8에 나타내듯이 장치본체의 하우징 (F) 의 상부에 위치하는 베어링플레이트 (G) 에 형성된 흡입구 (H) 에서 가스를 흡입하여, 그 가스를 2단계 가스압축부 (B) 가 실린더내에 흡입하여 압축하게 되어있다.

상기의 3기통 3단 압축장치에 있어서, 가스공급원 (도시생략) 으로부터 흡입구 (H) 에 공급하는 최초의 가스압력을 0.5MPa로 하면, 흡입구 (H) 에서의 가스유입량이 감소하는 경향이 있었다. 가스유입량을 증대하기 위해서는, 예컨대 흡입구 (H) 의 구경을 크게 하면 되지만, 도 8 (b) 와 같이 베어링플레이트 (G) 는 구동장치의 크랭크축 (I) 을, 베어링 (J) 을 통하여 축받이를 하고 있기 때문에, 이 베어링 (J) 이 장해가 되어 흡입구 (H) 의 구경을 크게 하는 것은 할 수 없다.

본 발명은, 이러한 종래의 문제를 해결하기 위해서 이루어지고, 베어링플레이트 (G) 의 흡입구 (H) 의 구경을 크게 하는 일없이, 가스유입량의 증대를 도모할 수 있도록 한 다기통 압축장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명을 3기통 3단 압축장치에 적용한 실시형태를 나타내는 개략 횡단면도.

도 2 는 동일하게 개략 종단면도.

도 3 은 흡입구의 상태를 나타내는 것으로, (a) 는 베어링플레이트의 평면도, (b) 는 개략 종단면도.

도 4 는 흡입구의 다른 실시형태를 나타내는 것으로, (a) 는 커버재의 반단면사시도, (b) 는 커버재를 베어링플레이트에 장착시킨 상태에서의 종단면도.

도 5 는 본 발명을 4기통 1단 압축장치에 적용한 실시형태를 나타내는 평면도.

도 6 은 동일하게 개략 횡단면도.

도 7 은 종래의 4기통 4단 압축장치의 개략 횡단면도.

도 8 은 종래의 흡입구의 상태를 나타내는 것으로, a) 는 베어링플레이트의 평면도, b) 는 개략 종단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 1단계 가스압축부2 2단계 가스압축부

3 3단계 가스압축부4A, 4B 요크

5 제 1 연결관6 제 2 연결관

7 토출관8 전동모터

9 크랭크축10 크랭크핀

11 하우징12 베어링플레이트

12a 흡입구13 베어링

14 커버재14a 도입구

15 가스공급관21 제 1 가스압축부

22 제 2 가스압축부23 제 3 가스압축부

24 제 4 가스압축부25A, 25B 요크

26 제 1 송기관27 제 2 의 송기관

28 제 3 송기관29 하우징

30 베어링플레이트30a 흡입구

상기의 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명은, 피스톤과 실린더로 이루어지는 복수의 가스압축부를 구비하여, 각 가스압축부의 피스톤을 작동시키는 크랭크축이 하우징의 상부에 설치된 베어링플레이트에 축지지되며, 이 베어링플레이트에 흡입구를 형성한 다기통 압축장치에 있어서, 상기 베어링플레이트의 흡입구를 복수개 형성한 것을 요지로 한다.

또한, 이 다기통 압축장치에 있어서, 상기 베어링플레이트의 상부에 도입구를 형성한 커버재를 장착시켜, 이 커버재로 복수의 흡입구를 덮는 동시에 베어링플레이트와의 사이에 밀폐공간을 형성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 가스압축부는 다단 압축방식인 것, 또는 l단 압축방식인 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에서는, 베어링플레이트에 복수개의 흡입구를 형성하였기 때문에, 종래의 흡입구의 구경을 크게 하는 일없이, 가스유입량을 증대시킬 수 있다. 또한,도입구를 형성한 커버재를 베어링플레이트의 상부에 장착함으로써, 도입구로부터 도입하는 가스를 복수개의 흡입구에 유입시킬 수 있고, 또한 가스공급원과의 관접속이 용이하게 된다.

발명의 실시형태

다음에, 본 발명에 관련되는 다기통 압축장치의 실시형태를 첨부도면에 따라서 설명한다. 도 1은 3기통 3단 압축장치를 나타내는 것으로, 1단계 가스압축부 (1) 와, 2단계 가스압축부 (2) 와, 3단계 가스압축부 (3) 가 T 자형에 대향하여 설치되어 있다.

1단계 가스압축부 (1) 는, 피스톤 (1a) 과 실린더 (1b) 를 가지며, 피스톤 (1a) 은 이것에 대향하는 3단계 가스압축부 (3) 의 피스톤 (3a) 과 함께 요크 (4A) 를 통하여 동일 축상에서 연결되어 있고, 실린더 (1b) 의 헤드부에는 토출구 (1c) 가 형성되어 있다.

2단계 가스압축부 (2) 는, 피스톤 (2a) 과 실린더 (2b) 를 가지며, 피스톤 (2a) 은 이것에 대향하는 안정용 피스톤 (P) 과 함께, 상기 요크 (4A) 에 대하여 90도 위상을 어긋나게 한 요크 (4B) 를 통하여 동일 축상에 연결되어 있고, 실린더 (2b) 의 헤드부에는 토출구 (2c) 와 흡입구 (2d) 가 형성되어 있다. 이 2단계 가스압축부 (2) 의 흡입구 (2d) 와, 상기 l단계 가스압축부 (1) 의 토출구 (1c) 와는 제 1 연결관 (5) 으로 연결되어 있다. 또, 안정용 피스톤 (P) 은, 실린더 (Q) 내에 위치하고 있지만 이 부분에는 압축부가 설치되어 있지 않으며, 캡 (R) 에 의해 폐색되어 있다.

3단계 가스압축부 (3) 는, 피스톤 (3a) 과 실린더 (3b) 를 가지며, 피스톤 (3a) 은 상기 요크 (4A) 에 장착되며, 실린더 (3b) 의 헤드부에는 토출구 (3c) 와 흡입구 (3d) 가 형성되어 있다. 이 3단계 가스압축부 (3) 의 흡입구 (3d) 와, 상기 2단계 가스압축부 (2) 의 토출구 (2c) 와는 제 2 연결관 (6) 으로 연결되며, 3단계 가스압축부 (3) 의 토출구 (3c) 에는 토출관 (7) 이 장착되어 있다. 상기 1단계 가스압축부 (1∼3) 는, 종래의 4단계 압축장치에 있어서의 2단계 가스압축부∼4단계 가스압축부에 각각 상당하는 것이다.

이들의 가스압축부의 하방에는, 도 2와 같이 전동기부가 형성되고, 이 전동기부에는 전동모터 (8) 가 설치되어, 로터 (8a) 가 회전하게 되어 있으며, 이 로터 (8a) 에는 크랭크축 (9) 이 장착되어 있다. 크랭크축 (9) 의 상부에는 크랭크핀 (10) 이 편심하여 장착되고, 또한 상기 요크 (4A,4B) 에 걸어맞춤되어 있다. 또한, 크랭크축 (9) 에는 상측 밸런서 (balancer:9a) 와 하측 밸런서 (9b) 가 장착되고, 이들의 밸런서에 적시의 밸런스웨이트 (balance weight:도시생략) 를 고정하여 크랭크축 (9) 의 회전을 양호하게 유지하도록 하고 있다.

크랭크축 (9) 의 상단부는, 도 3 (b) 와 같이 하우징 (11) 의 상부에 장착된 베어링플레이트 (12) 에, 베어링 (13) 을 통하여 축지지되어 있고, 베어링플레이트 (12) 에는 도 3 (a) 와 같이 복수개 (4개) 의 흡입구 (12a) 가 원주방향으로 일정한 간격을 두고 형성되어 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시형태를 나타내는 것으로, (b) 와 같이 상기 베어링플레이트 (12) 의 상부에 역접시형상의 커버재 (14) 를 장착한 것으로, 이 커버재 (14) 하단의 방형 플랜지부 (14b) 가 베어링플레이트 (12) 에 고정되며, 상기 복수개의 흡입구 (12a) 를 덮고 있는 동시에, 베어링플레이트 (12) 와 커버재 (14) 와의 사이에 밀폐공간 (S) 이 형성되고, 또한 (a) 와 같이 커버재 (14) 의 상부 중앙에는 흡입구 (12a) 보다 큰 (지름25∼30mm 정도) 도입구 (14a) 가 형성되어 있다.

본 발명에 관련되는 3기통 3단 압축장치는 상기한 바와 같이 구성되며, 상기 1단계 가스압축부 (1) 로부터 순차로 가스를 압축 승압하여, 최종의 3단계 가스압축부 (3) 에서 30MPa의 고압가스를 토출관 (7) 으로부터 토출할 수 있다. 그 때, 최초에 베어링플레이트 (12) 의 복수개의 흡입구 (12a) 로부터 하우징 (11) 내에 0.5MPa의 가스가 공급된다. 이 가스는 흡입구 (12a) 가 4개 있기 때문에, 흡입시의 압력손실이 저감되어 흡입가스량이 증가하는 동시에 맥동 (脈動) 이 저감하였다.

흡입구 (12a) 가 4개 있기 때문에, 가스공급원 (도시생략) 으로부터 각 흡입구 (12a) 에 접속하는 가스공급관 (도시생략) 이 4개 필요하지만, 도 6의 실시형태의 경우에는, 커버재 (14) 의 도입구 (14a) 에 접속하기 위한 굵은 가스공급관 (15) 이 1개 있으면 충분하기 때문에 적합하다. 또한, 커버재 (14) 가 붙어 있는 경우에는, 도입구 (14a) 에서 도입된 가스가 상기 밀폐공간 (S) 으로 확대되어 소음 (消音) 된다. 즉, 커버재 (14) 가 팽창형머플러로서 작용하여, 가스흡입시의 소음 (騷音) 이 저감하였다. 소음된 가스는 상기 베어링플레이트 (12) 의 4개의 흡입구 (12a) 에서 하우징 (11) 내에 유입한다. 또한, 커버재 (14) 는 베어링플레이트 (12) 를 보강하기 때문에, 베어링플레이트 (12) 의 강성을 높이는 작용도 하고 있다.

그런데, 상기 가스공급원에서의 가스압력은 원래 0.5MPa를 갖고 있고, 종래의 4단 압축장치에 대해서는 도중에 감압장치를 설치하여 0∼0.05MPa로 감압한 후 공급하고 있었지만, 본 발명에서는 가스공급원으로부터 그대로 0.5MPa의 가스를 공급할 수 있으므로, 감압장치가 불필요하여 적합하다.

하우징 (11) 내에 유입한 가스는, 1단계 가스압축부 (1) 의 실린더 (1b) 내에 흡입되는 동시에, 2MPa로 압축되어 제 1 연결관 (5) 을 통하여 2단계 가스압축부 (2) 에 보내어진다. 1단계 가스압축부 (1) 에서, 실린더 (1b) 로의 흡입구 (도시생략) 및 토출구 (1c) 에는 각각 역지밸브가 장착되고, 흡입 및 토출공정을 원활하게 행할 수 있도록 하고 있다. 이것은 2단계 가스압축부 (2) 및 3단계 가스압축부 (3) 에 있어서도 동일하다.

2단계 가스압축부 (2) 에 송입된 압축가스는, 여기서 10MPa까지 승압된다. 또한, 2단계 압축기 (2) 에서 승압된 압축가스는, 상기 제 2 연결관 (6) 을 통하여 3단계 압축기 (3) 에 송입되어 30MPa까지 승압된다. 이 3단계 압축기 (3) 에서 승압된 고압가스는, 상기 토출관 (7) 으로부터 토출 된다. 이 토출관 (7) 로부터 토출된 고압가스는 봄베 (bombe) 등에 충전된다. 이에 의해, 3기통 3단 압축장치 이면서, 종래의 4기통 4단 압축장치와 같은 최종압력 30MPa의 고압가스를 얻을 수 있다.

상기 1단계 가스압축부 1∼3단계 가스압축부 (3) 에서의 각 압축공정은, 소위 스코치요크기구에 의해 이루어진다. 즉, 상기 전동모터 (8) 에 의한 크랭크축(9) 의 회전에 따라 크랭크핀 (10) 이 크랭크축 (9) 의 중심축 주위에 회전하여, 이 크랭크핀 (10) 에 걸어맞춰져 있는 요크 (4A,4B) 를 통하여 회전운동이 왕복운동으로 변환됨으로써 각 피스톤을 작동시킨다. 요크 (4A,4B) 는 상기와 같이 90도 위상이 어긋나 있기 때문에, 각 가스압축부에서의 압축공정이 어긋나 1단계 가스압축부 (1) 로부터 3단계 가스압축부 (3) 까지 순차로 타이밍을 취하면서 압축할 수가 있다. 또한, 2단계 가스압축부 (2) 의 압축공정은, 상기와 같이 대향측에 안정용 피스톤 (P) 과 실린더 (Q) 가 설치되어 있기 때문에, 진동이나 요동을 방지하여 안정성 좋게 행할 수 있다.

도 5는, 본 발명을 4기통 1단 압축기에 적용한 실시예를 나타내는 것으로, 제 1 가스압축부 (21) 와, 제 2 가스압축부 (22) 와, 제 3 가스압축부 (23) 와, 제 4 가스압축부 (24) 가 십자형으로 대향하여 설치되어 있다.

제 1 가스압축부 (21) 는, 피스톤 (21a) 과 실린더 (2lb) 를 가지며, 피스톤 (21a) 은 이것에 대향하는 제 3 가스압축부 (23) 의 피스톤 (23a) 과 함께 요크 (25A) 를 통하여 동일 축상에서 연결되어 있고, 실린더 (21b) 의 헤드부에는 토출구 (21c) 가 형성되어 있다.

제 2 가스압축부 (22) 는, 피스톤 (22a) 과 실린더 (22b) 를 가지며, 피스톤 (22a) 은 이것에 대향하는 제 4 가스압축부 (24) 의 피스톤 (24a) 과 함께, 상기 요크 (25A) 에 대하여 90도 위상을 어긋나게 한 요크 (25B) 를 통하여 동일 축상에서 연결되어 있고, 실린더 (22b) 의 헤드부에는 토출구 (22c) 가 형성되어 있다.

제 3 가스압축부 (23) 는, 피스톤 (23a) 과 실린더 (23b) 를 가지며, 피스톤(23a) 은 상기 요크 (25A) 에 장착되고, 실린더 (23b) 의 헤드부에는 토출구 (23c) 가 형성되어 있다.

상기 제 1 가스압축부 (21) 와 제 4 가스압축부 (24) 는 제 1 송기관 (26) 으로 연결되며, 이 제 1 송기관 (26) 은 제 1 가스압축부 (21) 의 토출구 (21c) 에 연이어 통하여 있음과 동시에, 제 4 가스압축부 (24) 의 헤드부 (24d) 내의 통로 (도시생략) 에 연이어 통하여 있다. 이것에 의해, 제 1 가스압축부 (21) 에서 압축된 가스는, 제 1 송기관 (26) 을 통하여 제 4 가스압축부 (24) 의 헤드부 (24d) 내에 송입된다.

이와 같이, 상기 제 2 가스압축부 (22) 와 제 4 가스압축부 (24) 는 제 2 송기관 (27) 으로 연결되며, 상기 제 3 가스압축부 (23) 와 제 4 가스압축부 (24) 는 제 3 송기관 (28) 으로 연결됨으로써, 제 2 가스압축부 (22) 에서 압축된 가스 및 제 3 가스압축부 (23) 에서 압축된 가스가, 제 2 송기관 (27) 및 제 3 송기관 (28) 을 통하여 각각 제 4 가스압축부 (24) 의 실린더헤드부 (24d) 내에 송입된다.

상기 실시형태의 경우와 같이, 하우징 (29) 의 상부에 장착된 베어링플레이트 (30) 에는, 도 5와 같이 복수의 흡입구 (30a) 가 원주방향에 일정한 간격을 두고 형성되어 있다. 이 경우, 4개의 흡입구 (30a) 가 제 1 가스압축부 (21) ∼제 4 가스압축부 (24) 에 대응하는 위치에 형성되어 있지만, 흡입구 (30a) 의 수 또는 위치는 도시하는 것에 한정되지 않는다. 또한, 도에 나타내지는 않았지만 가스공급원과의 관접속을 쉽게 하기 위해서, 베어링플레이트 (30) 의 위에 상기 커버재 (14) 를 장착시키는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 4기통 1단 압축장치에 있어서, 구동방식은 상기 3기통 3단 압축장치와 같지만, 1단 압축방식인 점에서 상이하고 있다. 즉, 상기 흡입구 (30a) 에서 하우징 (29) 내에 유입한 가스는, 제 1 가스압축부 (21) ∼제 4 가스압축부 (24) 에 각각 흡입되어 압축되며, 각 압축가스는 전부 제 4 가스압축부 (24) 의 헤드부 (24d) 에 송입되어 합류하여, 그 헤드부 (24d) 로부터 토출된다.

상기와 같이 스코치요크기구의 요크 (25A,25B) 의 위상이 90도 어긋나 있기 때문에, 제 1 가스압축부 (21) ∼제 4 가스압축부 (24) 에서의 압축공정이 동시에 행하여지는 것은 아니고, 제 1 가스압축부 (21) 로부터 제 4 가스압축부 (24) 까지 이 순서로 압축공정이 행하여진다. 제 4 가스압축부 (24) 의 압축전에, 이미 압축공정을 끝낸 제 1 가스압축부 (21) ∼제 3 가스압축부로부터의 압축가스가 상기 제 1 송기관 (26) ∼제 3 송기관 (28) 을 통하여 제 4 가스압축부 (24) 의 헤드부 (24d) 에 송입된다. 그리고, 제 4 가스압축부 (24) 에서의 압축공정시에 압축된 가스와 이미 송입되고 있는 압축가스가 헤드부 (24d) 내에서 합류되어 토출된다.

상기와 같이 베어링플레이트 (30) 에는 복수의 흡입구 (30a) 가 형성되어 있기 때문에, 흡입시의 압력손실이 저감되어 흡입가스량이 증가하는 동시에 맥동이 저감한다. 이에 의해, 각 가스압축부 (21∼24) 는 각각 충분한 량의 가스를 흡입하여 효율 좋게 압축할 수 있다. 더구나, 이 경우는 각 가스압축부 (21∼24) 의 실린더직경이 동일하기 때문에, 동일 압축비로 압축된 안정가스를 다량으로 토출 할 수가 있다.

이상 설명하였듯이, 본 발명은, 다기통 압축장치에 있어서, 베어링플레이트에 복수의 가스흡입구를 형성함으로써, 흡입구의 구경을 크게 하는 일없이 가스유입량을 증대할 수 있다. 또, 베어링플레이트에 도입구를 갖는 커버재를 장착시킴으로써, 가스공급원과의 접속이 1개의 접속관으로 용이하게 할 수 있고, 또한 유입가스를 소음 (消音) 하는 팽창형 머플러로서의 작용 및 베어링플레이트의 강성업(up)을 도모할 수 있는 등의 뛰어 난 효과를 얻는다.

Claims (4)

1. 피스톤과 실린더로 이루어지는 복수의 가스압축부를 구비하며, 각 가스압축부의 피스톤을 작동시키는 크랭크축이 하우징의 상부에 설치된 베어링플레이트에 축지지되고, 이 베어링플레이트에 흡입구를 형성한 다기통 압축장치에 있어서, 상기 베어링플레이트의 흡입구를 복수개 형성한 것을 특징으로 하는 다기통 압축장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 베어링플레이트의 상부에 도입구를 형성한 커버재를 장착시켜, 이 커버재로 복수의 흡입구를 덮는 동시에 베어링플레이트와의 사이에 밀폐공간을 형성한 것을 특징으로 하는 다기통 압축장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 가스압축부는 다단압축방식인 것을 특징으로 하는 다기통 압축장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 가스압축부는 1단 압축방식인 것을 특징으로 하는 다기통 압축장치.