KR20070065568A - 공기압축기용 실린더 헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축되어 가열된 공기를 효율적으로 냉각시킬 수 있는 공기 압축기용 실린더 헤드에 관한 것이다.

본 발명에 따른 공기 압축기용 실린더 헤드는 배출 밸브 구멍(13)을 통과하는 압축 공기가 우회하여 배출 포트(14)로 배출되도록, 배출 밸브 구멍(13)과 배출 포트(14) 사이에 우회 유도벽(17)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 압축된 공기가 실린더 헤드를 통과하는 시간과 접촉면적이 증가하므로, 압축된 공기의 열을 충분히 실린더 헤드로 전달하여 외부로 방출시킬 수 있다.

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Description

공기압축기용 실린더 헤드 { Cylinder head for air compressor }

도 1은 종래 기술에 따른 공기 압축기용 실린더 헤드의 저면도.

도 2는 본 발명에 따른 공기 압축기용 실린더 헤드의 저면도.

도 3은 본 발명에 따른 공기 압축기용 실린더 헤드의 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 공기 압축기용 실린더 헤드의 저면사시도.

* 도면의 주요 부호에 대한 설명 *

11 : 실린더 헤드 12 : 격벽

13 : 배출 밸브 구멍 14 : 배출 포트

15 : 흡입 포트 16 : 흡입 밸브 구멍

17 : 우회 유도벽 18 : 냉각 핀

21 : 실린더 헤드 22 : 격벽

23 : 배출 밸브 구멍 24 : 배출 포트

25 : 흡입 포트 26 : 흡입 밸브 구멍

본 발명은 공기를 압축시키는 공기 압축기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 는 압축되어 가열된 공기를 효율적으로 냉각시킬 수 있는 공기 압축기용 실린더 헤드에 관한 것이다.

일반적으로 차량, 건설기계에는 공압에 의해 작동하는 각종 장치를 구동시키기 위해 공기 압축기가 구비된다.

공기 압축기에서 압축된 공기는 별도의 공기 건조기를 거쳐 내부에 포함된 수분을 제거한 후 에어 탱크에 저장되고, 저장된 압축 공기를 이용하여 각종 모듈을 작동시키게 된다.

하지만, 상기의 공기 압축기 중에서 실린더 내에서 왕복하는 피스톤에 의해서 공기를 압축시키는 왕복식 공기 압축기는 압축 과정에서 열이 발생하게 된다. 피스톤에 의해서 압축되는 공기는 단열압축과정을 거치기 때문에 압축과정에서 의해서 고열이 발생한다.

이때, 상기의 공기 건조기의 내구 신뢰성을 유지할 수 있는 온도 범위가 공기 압축기에서 토출되는 압축 공기의 온도 범위보다 낮기 때문에 공기 압축기에서 토출된 공기는 연결 파이프의 길이를 길게 하여 공기 건조기를 통과하기 전에 주변 공기에 의해 냉각되도록 하고 있다.

도 1에 저면도로 도시된 바와 같은 종래의 공기압축기의 실린더 헤드를 살펴보면, 둘레가 벽면으로 이루어져 내부에 소정의 공간이 형성된 실린더(미도시)에 접하고 소정의 높이를 갖는 실린더 헤드(21)를 격벽(22)을 이용하여 몇 개의 분할된 영역으로 분할하여, 일측에는 외부에서 실린더 헤드(21)로 공기가 유입되는 흡입 포트(25)와, 상기 흡입 포트(25)에 연통하고 실린더로 공기를 유입시키고 흡입 밸브가 위치하는 흡입 밸브 구멍(25)이 구비되고, 상기 영역과 분리된 타측에는 실린더에서 압축된 공기가 실린더 헤드(21)로 배출시키고 배출 밸브가 위치하는 배출 밸브 구멍(23)과, 실린더 헤드(21)에서 외부로 압축된 공기를 배출하는 배출 포트(24)가 구비되어 있다. 여기에 배출 포트(24)와 에어 탱크를 연결시키는 연결 파이프를 구비하여, 상기 압축 공기가 연결 파이프를 통과하는 동안 외기와 접하여 냉각되도록 하고 있다.

최근의 경향을 살펴보면, 공기 압축기에서 압축되어 토출되는 공기의 압력이 더욱더 높아지도록 요구되기 때문에, 압력의 상승과 동반되어 토출되는 공기의 온도도 따라서 더욱 높아진다.

하지만, 종래의 공기 압축기의 실린더 헤드(21)에서는 실린더로부터 압축 공기가 실린더 헤드(21)로 유입되는 통로인 배출 밸브 구멍(23)과 실린더 헤드(21)로부터 외부로 압축 공기가 배출되는 통로인 배출 포트(24)가 인접하게 위치하고 있어서, 배출 밸브 구멍(23)을 통해 실린더에서 압축된 공기가 바로 배출 포트(24)를 통해서 외부로 배출되기 때문에 압축 공기에 포함된 열에너지를 실린더 헤드(21)로 전달하지 못하고, 곧바로 고온의 상태 그대로 실린더 헤드(21)에서 외부로 배출되고 있다. 따라서, 공기 건조기와 같이 온도에 따라 성능이 발휘되는 기기의 경우, 최적의 성능이 발휘할 수 있는 온도 범위보다 높은 온도로 공기 건조기로 압축된 공기가 유입되기 때문에 수분을 제대로 제거하기 어려웠다.

그러나, 이를 해결하기 위해서 연결 파이프를 무한정 늘이는 것은 현실적으로 여러 가지 문제점이 있었다. 연결 파이프의 길이를 길게 하는 것은 협소한 엔진 룸의 내부에서 설치하기가 용이하지 않을 뿐만 아니라, 늘어나는 연결 파이프와 이를 장착하기 위해 소요되는 노동력의 증가로 인하여 각종 비용 상승의 원인이 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 압축되어 가열된 공기를 효율적으로 냉각시킬 수 있는 공기 압축기용 실린더 헤드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 공기 압축기용 실린더 헤드는 실린더에서 압축된 공기를 통과시키는 배출 밸브 구멍과, 상기 배출 밸브 구멍을 거친 압축 공기를 외부로 배출시키는 배출 포트가 서로 인접하여 구비된 공기 압축기용 실린더 헤드에 있어서, 상기 배출 밸브 구멍을 통과하는 압축 공기가 우회하여 상기 배출 포트로 배출되도록, 배출 밸브 구멍과 배출 포트 사이에 우회 유도벽이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 공기 압축기용 실린더 헤드의 외측면에는 다수의 냉각 핀이 형성되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 공기 압축기용 실린더 헤드의 바람직한 실시 예를 설명한다.

본 발명에 따른 공기 압축기용 실린더 헤드(11)는 배출 밸브 구멍(13)과 배출 포트(14)사이에 압축된 공기를 우회시켜 압축 공기가 흐르는 길이를 증가시키는 우회 유도벽(17)이 소정의 높이로 형성된다.

종래의 공기 압축기용 실린더 헤드는 실린더에서 압축된 공기가 실린더 헤드로 유입되는 배출 밸브 구멍(23)과 실린더 헤드에서 외부로 압축 공기를 배출시키는 통로인 배출 포트(24) 사이에 별다른 장애물 또는 구조물이 형성되어 있지 않기 때문에, 배출 밸브 구멍(23)을 통하여 실린더 헤드(21)로 유입되어 배출 포트(24)로 바로 배출되기 때문에 압축 공기의 흐름과 실린더 헤드(21)가 접하는 시간과 면적이 작아서 실린더 헤드(21)와 충분한 열교환이 발생하지 않았다.

그러나, 도 2에서와 같이, 배출 밸브가 구비되는 배출 밸브 구멍(13)과 외부와 연결되는 배출 포트(14) 사이에 압축 공기가 배출 밸브 구멍(13)에서 배출 포트(14)로 곧바로 흐르는 것을 방지하고, 압축 공기를 우회하여 유동되도록 하여 실린더 헤드(11) 내에서 이동되는 거리를 증가시켜 체류 시간을 증가시키는 우회 유도벽(17)을 형성시킨다.

상기 우회 유도벽(17)은 배출 밸브 구멍(13)과 배출 포트(14)를 차단시켜서, 상기 실린더 헤드(11)의 하부면에 체결된 실린더로부터 유입된 압축 공기가 바로 배출 포트(14)로 보내지지 않고 우회 유도벽(17)을 따라 흐르도록 함으로써, 압축된 공기가 실린더 헤드(11)에 체류하는 시간을 증가시켜 압축 공기의 열에너지가 충분히 실린더 헤드(11)로 전달되도록 한다.

이때, 상기 우회 유도벽(17)은 압축 공기가 상기 배출 밸브 구멍(13)과 배출 포트(14)를 최대의 이동거리를 갖도록 형성된다. 즉, 도 2에서와 같이, 우회 유도벽(17)은 흡입 포트(15)와 흡입 밸브 구멍(16)와 격벽(12)으로 구분되어 배출 포트 (14)와 배출 밸브 구멍(13)이 형성된 영역을 압축 공기가 모두 거치도록 우회 유도벽(17)이 형성된다.

또한, 배출 밸브 구멍(13)을 복수로 하여, 실린더에서 토출된 압축 공기가 원할하게 실린더 헤드(11)로 유입되도록 한다.

한편, 실린더 헤드(11)의 외측면에는 다수의 냉각 핀(17)이 형성되어 있어서, 공기 압축기용 실린더 헤드(11)의 열을 외부의 공기로 발산되는 면적을 증가시키도록 한다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 실린더 헤드(11)의 외측면에 실린더 헤드(11)에서 돌출되도록 다수의 냉각 핀(17)을 형성하면, 열이 발산할 수 있는 실린더 헤드(11)의 표면적이 증가하게 되므로, 실린더 헤드(11)의 냉각 속도가 증가한다.

실린더 헤드(11)의 표면적이 증가하면, 압축된 공기와 열교환하여 온도가 상승된 실린더 헤드(11)의 열을 신속하게 외부로 방출할 수 있어서 냉각속도를 증가시킨다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 공기 압축기용 실린더 헤드의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 공기 압축기용 실린더 헤드(11)는 그 하부면에 실린더가 체결되어, 실린더 헤드(11)를 통하여 실린더로 공기가 흡입되도록 하고, 실린더 헤드(11)를 통하여 압축된 공기가 배출되도록 한다.

실린더에서 압축되는 공기는 압력의 상승뿐만 아니라, 단열 압축되는 과정에서 온도도 상승하게 된다. 따라서, 실린더에서 압축되어 실린더 헤드(11)로 유입되는 공기는 실린더 헤드(11)를 통과한 후 실린더 헤드(11)에서 배출된다.

실린더의 상단을 폐쇄하고 있던 배출 밸브 구멍(13)이 개방되면, 실린더에서 압축된 공기는 실린더 헤드(11)로 유입된다. 이때, 공기는 실린더에서 단열 압축되어 압력과 함께 온도가 상승된 상태이다.

실린더 헤드(11)로 유입된 공기는 상대적으로 압력이 낮은 배출 포트(14)를 거쳐 에어 탱크로 보내진다.

이 과정에서 압축 공기는 우회 유도벽(17)에 의해서 바로 배출 포트(14)로 배출되지 못하고, 우회 유도벽(17)을 따라 우회한 후 배출 포트(14)로 통과하게 된다. 우회 유도벽(17)에 의해서 바로 배출 포트(14)로 진행하지 못하고 우회 유도벽(17)을 따라 흐르는 압축 공기는, 압축 공기의 열에너지를 우회 유도벽(17) 및 실린더 헤드(11)의 구획을 구분 짓는 격벽(12) 및 내부 벽면에 열전달을 하게 된다.

따라서, 실린더에서 압축된 공기는 우회 유도벽(17)에 의해서 충분히 실린더 헤드(11)의 내부에 머물고, 이때 우회 유도벽(17) 및 실린더 헤드(11)의 벽면과 충분히 접하므로, 압축 공기에 포함된 열에너지가 충분히 실린더 헤드(11)로 전달된다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 실린더 헤드(11)의 외측 표면에 다수의 냉각 핀(17)이 소정의 간격을 두고 형성되어 있으므로, 실린더 헤드(11)의 냉각 성능이 향상된다.

압축으로 온도가 상승된 실린더 헤드(11) 내부의 공기가 실린더 헤드(11)의 내부를 통과하는 시간이 충분히 늘어나고, 접촉 면적이 증가하여, 압축 공기로부터 충분하게 열전달되므로, 실린더 헤드(11)의 온도도 상승한다. 실린더 헤드(11)에 형성된 냉각 핀(17)은 실린더 헤드(11)의 표면적을 증가시켜 열전달량을 증가시키므로, 압축된 공기에 의해서 온도가 상승한 실린더 헤드(11)의 열이 상기 냉각 핀(17)을 통하여 발산이 촉진되므로, 실린더 헤드(11)의 온도를 적정 수준으로 유지할 수 있다.

따라서, 공기 건조기와 같이 일정한 범위의 온도 이하에서만 신뢰성이 요구되는 부품에 충분한 압력을 갖고 있으면서도, 적정한 온도 범위 이하의 압축 공기를 제공할 수 있다.

이상에서 살펴본 바에 따른 본 발명의 공기압축기용 실린더 헤드에 따르면, 피스톤에 의해서 압축된 공기가 실린더 헤드를 통하여 배출되는 과정에서 실린더 헤드와 접촉되는 면적과 접촉되는 시간과 접촉되는 면적이 증가되도록 함으로써, 압축된 공기를 일차로 냉각시킨 상태에서 배출시키게 된다.

실린더 헤드에 의해서 압축된 공기가 일차적으로 냉각되므로, 압축된 공기의 온도를 낮추기 위한 연결 파이프의 길이가 감소되거나, 동일한 길이의 연결 파이프에서는 냉각 성능이 높아지기 때문에 공기 압축기에서 토출되는 공기의 압력을 상승시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 실린더에서 압축된 공기를 통과시키는 배출 밸브 구멍(13)과, 상기 배출 밸브 구멍(13)을 거친 압축 공기를 외부로 배출시키는 배출 포트(14)가 서로 인접되게 구비된 공기 압축기용 실린더 헤드에 있어서,

   상기 배출 밸브 구멍(13)을 통과하는 압축 공기가 우회하여 상기 배출 포트(14)로 배출되도록, 배출 밸브 구멍(13)과 배출 포트(14) 사이에 우회 유도벽(17)이 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 압축기용 실린더 헤드.
2. 제1항에 있어서,

   상기 공기 압축기용 실린더 헤드의 외측면에는 다수의 냉각 핀(17)이 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 압축기용 실린더 헤드.

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