KR20030015693A

KR20030015693A - 왕복동식 압축기의 가스 압축장치

Info

Publication number: KR20030015693A
Application number: KR1020010049573A
Authority: KR
Inventors: 허종태; 이형국
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2001-08-17
Filing date: 2001-08-17
Publication date: 2003-02-25
Also published as: JP4130548B2; CN1190592C; ITMI20020144A0; JP2003065228A; CN1401900A; US20030035743A1; KR100438605B1; DE10203703B4; US6676388B2; DE10203703A1; ITMI20020144A1

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 가스 압축장치에 관한 것으로, 본 발명은 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터와, 그 왕복동식 모터와 소정의 간격을 두고 각각 위치하는 압축용 실린더 및 위치조절용 실린더와, 상기 압축용 실린더와 위치조절용 실린더에 삽입됨과 아울러 상기 왕복동식 모터에 결합되어 그 왕복동식 모터의 구동력을 전달받아 상기 압축용 실린더 및 위치조절용 실린더내부에서 직선 왕복 운동하는 피스톤과, 그 피스톤의 공진 운동을 유발시키는 공진 스프링과, 상기 압축용 실린더의 단부에 복개 결합되어 토출실을 형성하는 토출커버와, 상기 피스톤의 직선 왕복 운동에 따라 상기 압축용 실린더 내부로 가스를 흡입시킴과 아울러 압축된 가스를 상기 토출커버의 토출실로 토출시키는 밸브 유닛과, 상기 토출커버의 토출실과 위치조절용 실린더를 연결하는 연결관과, 그 연결관의 일측에 장착되어 상기 토출실에서 토출되는 가스 압력으로 상기 위치조절용 실린더 내부의 압력을 조절하는 압력제어수단을 포함하도록 구성하여 상기 모터의 전압 제어에 의해 피스톤의 행정거리를 제어함과 동시에 그 피스톤 행정거리에 대한 피스톤 기준 위치를 제어함으로써 가스 압축량의 조절이 가능할 뿐만 아니라 피스톤의 톱 클리어런스를 항상 일정하게 유지하여 시스템의 효율을 높이고 사체적을 최소화할 수 있도록 한 것이다.

Description

왕복동식 압축기의 가스 압축장치{APPARATUS FOR COMPRESSING GAS IN RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기의 가스 압축장치에 관한 것으로, 특히 가스 압축 양의 조절을 위한 피스톤 행정거리의 제어가 가능할 뿐만 아니라 사체적을 최소화할 수 있도록 한 왕복동식 압축기의 가스 압축장치에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 유체를 압축하는 기기이다. 상기 압축기의 일예로 왕복동식 압축기는 모터에서 발생되는 직선 왕복 구동력이 피스톤에 전달되어 그 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 가스를 압축하게 된다.

도 1은 본 출원인이 선출원한 바 있고 현재 연구 개발 중인 왕복동식 압축기의 일예를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 상기 왕복동식 압축기는 용기(10)와 그 용기(10)의 내부에 장착되어 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터(20)와, 상기 모터(20)의 양측을 각각 지지하는 후방 프레임(30) 및 중간 프레임(40)과, 상기 중간 프레임(40)에 이어 결합되는 전방 프레임(50)과, 상기 왕복동식 모터(20)와 소정의 거리를 두도록 상기 전방 프레임(50)에 고정 결합되는 실린더(60)와, 상기 왕복동식 모터(20)와 연결됨과 아울러 상기 실린더(60)에 삽입되어 그 왕복동식 모터(20)의 직선 왕복 구동력을 전달받아 상기 실린더(60) 내부에서 직선 왕복 운동하는 피스톤(70)과, 상기 실린더(60) 및 피스톤(70)에 결합되어 그 피스톤(70)의 왕복 운동에 의해 발생되는 압력차에 의해 상기 실린더(60) 내부로 가스를 흡입시키고 토출시키는 밸브 조립체(80)와, 상기 왕복동식 모터(20)및 피스톤(70)의 직선 왕복 운동을 탄성 지지하는 공진 스프링유닛(90)을 포함하여 구성된다.

상기 왕복동식 모터(20)는 원통 형태로 형성되어 후방 프레임(30) 및 중간 프레임(40)에 고정 결합되는 아우터 스테이터(21)와 그 아우터 스테이터(21)에 일정 간격을 두고 삽입되는 이너 스테이터(22)와 상기 아우터 스테이터(21)에 결합되는 권선 코일(23)과 상기 아우터 스테이터(21)와 이너 스테이터(22)사이에 직선 왕복 운동 가능하게 삽입되는 가동자(A)를 포함하여 구성된다.

상기 가동자(A)는 원통 형태로 형성되는 자석 홀더(24)와 그 자석 홀더(24)에 일정 간격을 두고 결합되는 다수개의 영구자석(25)으로 구성되며 그 자석 홀더(24)는 상기 피스톤(70)과 연결된다.

상기 공진 스프링유닛(90)은 소정의 면적을 갖도록 절곡 형성되어 상기 전방 프레임(50)과 중간 프레임(40)사이에 위치하도록 그 일측이 상기 피스톤(70)의 일측 또는 가동자(A)에 결합되는 지지대(91)와, 상기 전방 프레임(50)과 지지대(91)사이에 위치하는 전방 스프링(92)과, 상기 지지대(91)와 중간 프레임(40)사이에 위치하는 후방 스프링(93)을 포함하여 구성된다.

상기 밸브 조립체(80)는 상기 실린더(60)의 압축공간(P)을 복개하는 토출커버(81)와 그 토출커버(81)의 내부에 위치하여 상기 실린더(60)의 압축공간(P)을 개폐하는 토출밸브(82)와 상기 토출밸브(82)를 탄성 지지하는 밸브스프링(83)과 상기 피스톤(70)의 단부에 결합되어 그 피스톤(70) 내부에 형성된 흡입유로(F)를 개폐하는 흡입밸브(84)를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 토출커버(81)의 일측에 고온 고압으로 압축된 가스가 외부로 배출되도록 안내하는 토출관(2)이 결합되고 상기 후방프레임(30)측에 위치하도록 상기 밀폐용기(10)에 가스가 그 밀폐용기(10) 내부로 흡입되도록 안내하는 흡입관(1)이 결합된다.

상기한 바와 같은 왕복동식 압축기의 작동은 다음과 같다.

먼저 상기 왕복동식 모터(20)에 전원이 공급되어 권선 코일(23)에 전류가 흐르게 되면 그 권선 코일(23)에 흐르는 전류에 의해 상기 아우터 스테이터(21)와 이너 스테이터(22)에 형성되는 플럭스와 영구자석(25)의 상호작용에 의해 그 영구자석(25)을 포함하는 가동자(A)가 직선 왕복 운동하게 된다.

상기 가동자(A)의 직선 왕복 구동력이 상기 피스톤(70)에 전달되어 그 피스톤(70)이 실린더 압축공간(P)에서 직선 왕복 운동함과 동시에 상기 밸브 조립체(80)가 작동하면서 가스가 실린더 압축공간(P)으로 흡입되고 압축되어 토출되는 과정을 반복하게 된다.

그리고 상기 스프링유닛(90)은 상기 왕복동식 모터(20)의 직선 왕복 운동력을 탄성에너지로 저장 방출함과 아울러 공진 운동을 유발시키게 된다.

한편, 상기 왕복동식 압축기는, 도 2에 도시한 바와 같이, 초기 조립시 상기 실린더(60)의 내부에 위치하는 피스톤(70)의 단부가 피스톤(70)의 최대 상사점(Hm)과 최소 하사점(Lm)사이에 중간에 위치하도록 초기 위치(a)가 세팅된 상태로 조립되며 이와 같은 상태에서 전원의 전압을 제어함에 따라 그 최대 상사점(Hm)과 최소 하사점(Lm)의 중간을 기준으로 하여 임의 상사점(H1)과 하사점(L1)사이, 즉임의 행정거리(S1)를 움직이면서 가스를 압축하게 된다. 즉, 상기 실린더의 압축공간(P)에서 압축 토출 가스량을 상대적으로 많게 할 경우, 도 3에 도시한 바와 같이, 최대 행정거리(Sm)보다 작지만 상기 피스톤의 행정거리(S2)를 크게 하여 압축 가스의 양을 많게 하고, 또한 압축 토출 가스량을 상대적으로 적게 할 경우, 도 4에 도시한 바와 같이, 피스톤의 행정거리(S3)를 작게 하여 압축 가스의 양을 적게 제어하게 된다. 이때 상기 피스톤은 최대 상사점(Hm)과 최소 하사점(Lm)의 중간 위치인 초기 위치(a)를 기준으로 하여 변화되는 상사점과 하사점, 즉 행정거리를 움직이게 되며 이로 인하여 피스톤의 행정거리를 크게 할 경우 피스톤의 상사점과 톱 클리어런스(Top Clearance)가 작게 되고 피스톤의 행정거리를 작게 할 경우 피스톤의 상사점과 톱 클리어런스가 크게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 구조는 전압 제어에 의해 피스톤의 행정거리(S)를 제어하여 압축되는 가스의 양을 조절하게 되므로 원하는 양만큼 가스의 압축이 가능하게 되는 장점이 있으나, 상기 피스톤의 행정거리(S)가 최대 상사점(Hm)과 최소 하사점(Lm)의 중간점(a)을 기준으로 하여 상기 피스톤이 설정된 행정거리를 움직이게 되므로 피스톤의 상사점과 톱 클리어런스사이의 공차가 크게 벌어지게 됨으로써 사체적(Dead Volume)이 증가하게 되어 상대적으로 압축 효율을 저하시키게 되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 가스 압축 양의 조절을 위한 피스톤 행정거리의 제어가 가능할 뿐만 아니라 사체적을 최소화할 수있도록 한 왕복동식 압축기의 가스 압축장치를 제공함에 있다.

도 1은 현재 개발진행 중인 왕복동식 압축기를 도시한 단면도,

도 2,3,4는 상기 왕복동식 압축기의 가스 압축과정을 개략적으로 각각 도시한 단면도,

도 5는 본 발명의 왕복동식 압축기의 가스 압축장치가 구비된 왕복동식 압축기의 단면도,

도 6,7은 본 발명의 왕복동식 압축기의 가스 압축장치의 작동상태를 각각 도시한 단면도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

2 ; 토출관 20 ; 왕복동식 모터

100 ; 압축용 실린더 110 ; 위치조절용 실린더

111 ; 실린더 몸체부 112 ; 가스통공

113 ; 결합부 114 ; 연결구멍

120 ; 가변위치형 피스톤 121 ; 원통 몸체부

122 ; 연결 지지부 123 ; 흡입구멍

124 ; 유출구멍 130 ; 공진스프링

140 ; 토출커버 150 ; 밸브 유닛

160 ; 연결관 170 ; 압력제어수단

D ; 토출실

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터와, 그 왕복동식 모터와 소정의 간격을 두고 위치하는 압축용 실린더와, 그 압축용 실린더와 소정의 간격을 두고 위치하는 위치조절용 실린더와, 상기 압축용 실린더와 위치조절용 실린더에 삽입됨과 아울러 상기 왕복동식 모터에 결합되어 그 왕복동식 모터의 구동력을 전달받아 상기 압축용 실린더 및 위치조절용 실린더내부에서 직선 왕복 운동하는 가변위치형 피스톤과, 그 가변위치형 피스톤의 공진 운동을 유발시키는 공진 스프링과, 상기 압축용 실린더의 단부에 복개 결합되어 그 압축용 실린더에서 압축된 가스가 토출되는 토출실을 형성하는 토출커버와, 상기 가변위치형 피스톤의 직선 왕복 운동에 따라 그 가변위치형 피스톤의 내부에 형성된 가스 흡입유로를 통해 상기 압축용 실린더 내부로 흡입시킴과 아울러 상기 압축용 실린더에서 압축된 가스를 상기 토출커버의 토출실로 토출시키는 밸브 유닛과, 상기 토출커버의 토출실로 토출된 가스 압력 일부가 상기 위치조절용 실린더 내부로 유입되도록 안내하는 연결관과, 그 연결관의 일측에 장착되어 그 연결관을 통해 상기 위치조절용 실린더 내부로 유입되는 가스 압력을 조절하는 압력제어수단을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 가스 압축장치가 제공된다.

이하, 본 발명의 왕복동식 압축기 가스 압축장치를 첨부도면에 도시한 실시례에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 5는 상기 왕복동식 압축기 가스 압축장치의 일예가 구비된 왕복동식 압축기를 도시한 것으로, 이를 참조하여 설명하면, 먼저 상기 왕복동식 압축기는 소정의 내부 공간을 갖는 용기(10)의 내부에 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터(20)가 장착되고 그 왕복동식 모터(20)의 양측에 후방 프레임(30)과 전방 프레임(50)이 결합된다.

상기 왕복동식 모터(20)는 원통 형태로 형성되는 후방 프레임(30)과 중간 프레임(40)에 고정 결합되는 아우터 스테이터(21)와 그 아우터 스테이터(21)에 일정 간격을 두고 삽입되는 이너 스테이터(22)와 상기 아우터 스테이터(21)에 결합되는 권선 코일(23)과 상기 아우터 스테이터(21)와 이너 스테이터(22)사이에 직선 왕복 운동 가능하게 삽입되는 가동자(A)를 포함하여 구성된다.

상기 이너 스테이터(22)는 일정 두께와 폭을 갖는 원통 형태로 형성되며, 상기 가동자(A)는 원통 형태로 형성되는 자석 홀더(24) 및 그 자석 홀더(24)에 일정 간격을 두고 결합되는 다수개의 영구자석(25)으로 구성된다.

그리고 상기 중간 프레임(40)에 이어 소정 형상으로 형성된 전방 프레임(50)이 결합되고 그 전방 프레임(50)에 관통 형성된 관통구멍에 압축용 실린더(100)가 결합되며 상기 왕복동식 모터의 이너 스테이터(22)에 위치조절용 실린더(110)가 결합되고 상기 압축용 실린더(100) 및 위치조절용 실린더(110)에 삽입되는 가변위치형 피스톤(120)이 상기 왕복동식 모터(20)과 연결 결합된다.

상기 압축용 실린더(100)는 일정 길이를 갖도록 형성되는 실린더 몸체부(101)와 그 실린더 몸체부(101)의 단부에 일정 폭과 높이를 갖도록 연장 형성된 단턱부(102)를 구비하여 이루어진다. 상기 압축용 실린더(100)는 그 실린더 몸체부(101)가 상기 전방 프레임(50)의 관통구멍에 삽입됨과 아울러 그 단턱부(102)가 실린더의 단부에 걸리도록 결합된다.

상기 위치조절용 실린더(110)는 일측이 막힌 원통 형태로 형성되는 실린더 몸체부(111)와 그 몸체부(111)의 개구측 단부에 소정의 면적으로 절곡 연장 형성되어 가스가 통하는 복수개의 가스통공(112)이 구비되어 타 부품과 결합되는 결합부(113)와 상기 실린더 몸체부(111)의 일측에 관통 형성된 연결구멍(114)으로 이루어진다. 상기 위치조절용 실린더(110)는 그 실린더 몸체부(111)가 상기 이너 스테이터(22) 내측에 위치한 상태에서 그 결합부(113)가 상기 이너 스테이터(22)의 측면에 고정 결합된다.

상기 가변위치형 피스톤(120)은 소정의 길이를 가지며 그 양단이 막힌 원통체로 그 양단이 상기 압축용 실린더(100)와 위치조절용 실린더(110) 내부에 각각 삽입되는 원통 몸체부(121)와, 그 원통 몸체부(121)의 외주면에 소정의 면적을 갖도록 연장 돌출 형성되는 연결 지지부(122)와, 상기 원통 몸체부(121)의 일측에 형성되는 흡입구멍(123) 및 그 흡입구멍(123)으로 흡입된 가스가 원통 몸체부(121) 내부를 통해 상기 압축용 실린더(100)로 내부로 유입되는 유출구멍(124)을 포함하는 가스 흡입유로를 구비하여 이루어진다. 상기 가변위치형 피스톤의 원통 몸체부(121)는 하나의 부품으로 구성할 수 있고 또한 두 개의 부품으로 분리하고 그 두 개의 부품을 결합하여 구성할 수 있다. 상기 가변위치형 피스톤(120)은 그 유출구멍(124)이 형성된 원통 몸체부(121)측이 상기 압축용 실린더(100)에 삽입되고 그 원통 몸체부(121) 반대측이 상기 위치조절용 실린더(110)에 삽입되며 그 연결 지지부(122)가 상기 왕복동식 모터의 가동자(A)와 결합된다.

그리고 상기 가변위치형 피스톤 연결 지지부(122)의 양측에 그 가변위치형 피스톤(120)을 지지하는 공진 스프링(130)이 각각 위치하게 된다. 즉, 상기 가변위치형 피스톤의 연결 지지부(122)의 일면과 상기 중간 프레임(40)사이에 공진 스프링(130)이 결합되고 상기 가변위치형 피스톤 연결 지지부(122)의 타면과 상기 전방 프레임(50)사이에 공진 스프링(130)이 결합된다.

상기 압축용 실린더(100)의 단부에 그 압축용 실린더(100)를 복개하도록 토출커버(140)가 결합된다. 상기 토출커버(140)는 상기 압축용 실린더(100)에서 압축된 가스가 토출되는 토출실(D)을 형성하게 된다.

그리고 상기 가변위치형 피스톤(120)의 직선 왕복 운동에 따라 그 가변위치형 피스톤(120)의 내부에 형성된 가스 흡입유로를 통해 상기 압축용 실린더(100) 내부로 흡입됨과 아울러 상기 압축용 실린더(100)에서 압축된 가스를 상기 토출커버의 토출실(D)로 토출시키는 밸브유닛(150)이 구비된다.

상기 밸브유닛(150)은 상기 토출커버(140)의 내부에 위치하여 상기 압축용 실린더(100)의 내부 공간을 개폐하는 토출밸브(151)와 상기 토출밸브(151)를 탄성 지지하는 밸브스프링(152)과 상기 가변위치형 피스톤(120)의 단부에 결합되어 그 가변위치형 피스톤(120) 내부에 형성된 가스 흡입유로를 개폐하는 흡입밸브(153)를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 토출커버(140)의 일측에 그 토출실(D)로 토출된 고압 가스를 외부로 토출되도록 안내하는 토출관(2)이 결합되고 상기 토출관(2)으로 토출되는 가스의 일부가 상기 위치조절용 실린더(110) 내부로 유입되도록 안내하는 연결관(160)이 결합된다. 상기 연결관(160)은 그 일측이 상기 토출관(2)의 일측에 결합되고 그 타측이 상기 위치조절용 실린더(110)의 연결구멍(114)에 결합된다.

상기 연결관(160)의 일측에 그 연결관(160)을 통해 상기 위치조절용 실린더(110) 내부로 유입되는 가스 압력을 조절하는 압력제어수단(170)이 구비된다.

미설명 부호 1은 흡입관이다.

이하, 본 발명의 왕복동식 압축기 가스 압축장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 왕복동식 모터(20)에 전원이 공급되어 권선 코일(23)에 전류가 흐르게 되면 그 권선 코일(23)에 흐르는 전류에 의해 상기 아우터 스테이터(21)와 이너 스테이터(22)에 형성되는 플럭스와 영구자석(25)의 상호작용에 의해 그 영구자석(25)을 포함하는 가동자(A)가 직선 왕복 운동하게 된다.

상기 가동자(A)의 직선 왕복 구동력이 상기 가변위치형 피스톤(120)에 전달되어 그 가변위치형 피스톤(120)이 압축용 실린더(100)와 위치조절용 실린더(110)내부에서 직선 왕복 운동함과 동시에 상기 밸브유닛(150)이 작동하면서 가스가 압축용 실린더(100)의 내부 공간으로 흡입되고 압축되어 토출되는 과정을 반복하게 된다. 이때, 가스가 압축용 실린더(100)의 내부로 흡입되는 과정은 그 압축용 실린더(100) 내부 공간의 압력차에 의해 상기 흡입관(1)으로 흡입되는 가스가 후방 프레임(30)의 가운데 관통 형성된 관통구멍을 통해 유동하여 상기 위치조절용 실린더(110)의 가스통공(112)을 통해 가변위치형 피스톤의 흡입구멍(123)으로 흡입된다. 상기 가변위치형 피스톤의 흡입구멍(123)으로 흡입된 가스는 내부를 거쳐 유출구멍(124)을 통해 상기 압축용 실린더(100)의 내부 공간으로 흡입된다.

그리고 상기 압축용 실린더(100)에서 압축되어 토출된 가스는 토출커버(140)의 토출실(D)을 거쳐 토출관(2)을 통해 외부로 토출되며 그 토출관(2)으로 토출되는 고압 상태 가스의 일부가 상기 연결관(160)을 통해 상기 위치조절용 실린더(110)의 내부 공간으로 유입되어 그 위치조절용 실린더(110) 내부 공간의 압력을 설정된 압력 상태로 유지시켜 상기 가변위치형 피스톤(120)의 상사점과 하사점의 중간 위치를 설정하게 된다. 이때. 상기 압력제어수단(170)이 열린 상태가 된다.

상기 공진 스프링(130)은 상기 왕복동식 모터(20)의 직선 왕복 운동력을 탄성에너지로 저장 방출함과 아울러 공진 운동을 유발시키게 된다.

상기 가변위치형 피스톤(120)의 초기 위치는 상기 압축용 실린더(100) 내부 공간에 위치하는 가변위치형 피스톤(120)의 단부를 기준으로 하며 그 가변위치형 피스톤(120)의 기준 단부는 그 가변위치형 피스톤의 상사점과 하사점의 중간, 즉 행정거리의 중간에 위치하게 된다. 이때 상기 가변위치형 피스톤(120)의 기준 단부는 가스 압축량의 최대값에 해당되는 최대 상사점과 최소 하사점사이 즉, 최대 행정거리사이에 위치함이 바람직하다.

이와 같이 상기 가변위치형 피스톤(120)의 기준 단부의 초기 위치가 상사점과 하사점사이의 중간인 임의 기준 위치에 위치한 상태에서 전원의 전압을 제어함에 따라 상기 가변위치형 피스톤(120)의 상사점과 하사점의 위치, 즉 행정거리를 제어하게 된다. 즉, 가스의 압축량을 상대적으로 많게 할 경우 행정거리를 크게 제어하고 가스 압축량을 상대적으로 적게 할 경우 행정거리를 작게 제어하게 된다.

이와 동시에 상기 압력제어수단(170)에 의해 상기 연결관(160)의 개도를 조절하게 되면 상기 압축용 실린더(100)에서 토출되어 상기 토출관(2)으로 토출되는 고압 상태 가스의 일부가 연결관(160)을 통해 상기 위치조절용 실린더(110)의 내부 공간으로 유입되어 그 위치조절용 실린더(110)의 내부 공간 압력을 조절하게 되며 이로 인하여 상기 가변위치형 피스톤(120)이 상기 위치조절용 실린더(110)의 내부 공간 압력에 의해 상기 가변위치형 피스톤(120)이 압축용 실린더(100)측으로 이동하거나 상기 위치조절용 실린더(110)측으로 이동된 상태에서 왕복 운동하게 되며 이때 상기 위치조절용 실린더(110)에 채워진 가스 압력이 상기 가변위치형 피스톤(120)의 왕복 운동시 가스 스프링 역할을 하게 된다.

즉, 상기 가변위치형 피스톤 행정거리의 기준 위치가 상기 위치조절용 실린더 내부의 압력상태에 따라 압축용 실린더(100)측으로 이동하거나 위치조절용 실린더(110)측으로 이동된 상태에서 그 가변위치형 피스톤(120)이 전압에 의해 제어되는 행정거리를 움직이면서 가스를 흡입하고 압축하여 토출시키게 된다.

예를 들면, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 가변위치형 피스톤(120)의 기준 단부가 최대 상사점(Hm)과 최소 하사점(Lm)의 중간 위치(a)에 위치한 상태에서 최대 가스 압축량보다 작지만 상대적으로 가스의 압축량을 많게 할 경우 그 설정된가스 압축량에 맞는 가변위치형 피스톤의 행정거리(S4)를 갖도록 전원의 전압을 제어함과 동시에 상기 압력제어수단(170)의 조절에 의해 위치조절용 실린더(110) 내부 공간이 설정된 압력 상태가 되도록 토출되는 고압 가스의 일부를 유입시켜 그 가변위치형 피스톤(120)의 기준 단부의 위치가 압축용 실린더(100)측으로 이동된 상태의 기준 위치(a4)에서 상기 가변위치형 피스톤(120)이 상기 전압 제어에 맞는 상사점(H4)과 하사점(L4)으로 움직이면서 가스를 압축하게 된다.

그리고 위에서 설명한 가스의 압축량보다 작은 양의 가스를 압축할 경우, 도 7에 도시한 바와 같이, 그 설정된 가스 압축량에 맞도록 작은 행정거리(S5)가 되도록 전원의 전압을 제어함과 동시에 상기 압력제어수단(170)을 조절하여 상기 위치조절용 실린더(110) 내부 공간의 압력을 증가시킴으로써 상기 가변위치형 피스톤(120)의 기준 단부의 위치가 위에서 설정된 기준 위치(a4)에서 상기 압축용 실린더(100)측으로 이동된 상태의 위치(a5)에서 전압 제어에 따른 행정거리(S5)로 왕복 운동하면서 가스를 압축하게 된다.

이로 인하여 가스 압축량에 따라 가변위치형 피스톤의 행정거리를 제어할 뿐만 아니라 그 가변위치형 피스톤 행정거리에 대한 가변위치형 피스톤(120)의 기준 위치를 제어하게 되어 상기 가변위치형 피스톤(120)의 톱 클리어런스를 항상 일정 거리로 유지하게 된다. 즉, 상대적으로 가스 압축량을 많게 하기 위하여 행정거리를 증가시킬 경우 상기 위치조절용 실린더(110) 내부 공간의 압력을 조절하여 최대 행정거리와 설정된 행정거리의 차이만큼 상기 가변위치형 피스톤 행정거리의 기준 위치를 압축용 실린더(100)측으로 이동시켜 상기 가변위치형 피스톤의 톱 클리어런스가 일정하게 되고, 또한 가스 압축량을 상대적으로 감소시키기 위하여 행정거리를 적게 할 경우 상기 위치조절용 실린더(110)의 내부 공간 압력을 증가시켜 가변위치형 피스톤의 행정거리 기준위치를 압축용 실린더(100)측으로 더 이동시켜 상기 가변위치형 피스톤의 톱 클리어런스가 항상 최소가 되도록 일정하게 유지된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 가스 압축장치는 모터의 전압 제어에 의해 가변위치형 피스톤의 행정거리를 제어함과 동시에 그 가변위치형 피스톤 행정거리에 대한 가변위치형 피스톤 기준 위치를 제어하여 가스 압축량의 조절이 가능하게 될 뿐만 아니라 가변위치형 피스톤의 톱 클리어런스를 항상 일정하게 유지하게 됨으로써 필요한 양만큼의 가스 압축이 가능하여 가스 압축 손실 방지로 인한 시스템의 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 사체적을 최소화하여 재팽창 손실 방지로 인한 압축 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims

직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터와, 그 왕복동식 모터와 소정의 간격을 두고 위치하는 압축용 실린더와, 그 압축용 실린더와 소정의 간격을 두고 위치하는 위치조절용 실린더와, 상기 압축용 실린더와 위치조절용 실린더에 삽입됨과 아울러 상기 왕복동식 모터에 결합되어 그 왕복동식 모터의 구동력을 전달받아 상기 압축용 실린더 및 위치조절용 실린더내부에서 직선 왕복 운동하는 가변위치형 피스톤과, 그 가변위치형 피스톤의 공진 운동을 유발시키는 공진 스프링과, 상기 압축용 실린더의 단부에 복개 결합되어 그 압축용 실린더에서 압축된 가스가 토출되는 토출실을 형성하는 토출커버와, 상기 가변위치형 피스톤의 직선 왕복 운동에 따라 그 가변위치형 피스톤의 내부에 형성된 가스 흡입유로를 통해 상기 압축용 실린더 내부로 흡입시킴과 아울러 상기 압축용 실린더에서 압축된 가스를 상기 토출커버의 토출실로 토출시키는 밸브 유닛과, 상기 토출커버의 토출실로 토출된 가스 압력 일부가 상기 위치조절용 실린더 내부로 유입되도록 안내하는 연결관과, 그 연결관의 일측에 장착되어 상기 토출실에서 토출되는 가스 압력으로 상기 위치조절용 실린더 내부의 압력을 조절하는 압력제어수단을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 가스 압축장치.
제1항에 있어서, 상기 위치조절용 실린더는 일측이 막힌 원통 형태로 형성되는 실린더 몸체부와 그 몸체부의 개구측 단부에 소정의 면적으로 절곡 연장 형성되어 그 내부에 다수개의 가스통공이 구비됨과 아울러 타 부품과 결합되는 결합부와 상기 실린더 몸체부의 일측에 상기 연결관의 일측이 결합되는 연결구멍이 구비된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 가스 압축장치.
제1항에 있어서, 상기 가변위치형 피스톤은 소정의 길이를 가지며 그 양단이 막힌 원통체로 그 양단이 상기 압축용 실린더와 위치조절용 실린더 내부에 각각 삽입되는 원통 몸체부와 그 원통 몸체부의 일측 외주면에 소정의 면적을 갖도록 연장 형성되어 상기 공진 스프링이 지지됨과 아울러 상기 모터와 연결되는 연결 지지부와 상기 원통 몸체부의 일측에 형성되는 흡입구멍 및 그 흡입구멍으로 흡입된 가스가 원통 몸체부 내부를 통해 상기 압축용 실린더로 내부로 유입되는 유출구멍을 포함하는 가스 흡입유로를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 가스 압축장치.
제1항에 있어서, 상기 토출커버의 일측에 가스가 외부로 토출되는 토출관이 연결되고 그 토출관에 상기 연결관의 일측이 연통되도록 결합된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 가스 압축장치.