KR20090018436A - 2단 압력 제어 공기 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 제 1 및 제 2 압력 스위치를 구비하여, 고압의 공기가 저장되는 탱크 내 압력을 2단으로 제어할 수 있는 공기 압축기에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 2단 압력 제어 공기 압축기는, 흡기 밸브 및 배기 밸브를 포함하는 실린더; 상기 흡기 밸브를 강제 개방시키는 무부하 피스톤; 상기 무부하 피스톤의 구동을 제어하는 솔레노이드 밸브; 상기 실린더 내의 피스톤에 동력을 전달하는 모터; 상기 피스톤의 구동에 의해 압축된 공기를 저장하는 탱크; 상기 탱크 내 압력이 제 1 설정압력을 초과하면, 스위칭 동작에 의해 솔레노이드 밸브를 개방시키는 제 1 압력 스위치; 및 상기 탱크 내의 압력을 감지하여, 제 2 설정압력에 따라 스위칭 동작을 하며, 상기 탱크 내 압력이 제 2 설정압력을 초과하면, 상기 모터로 인가되는 전원을 차단시키는 제 2 압력 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 공기 압축기는 2단으로 압력을 제어하므로, 탱크 내 압력을 보다 효율적으로 제어할 수 있어서, 고압의 공기에 의한 안전 사고 예방에 유리한 효과가 있다.
공기 압축기, 솔레노이드 밸브, 압력 제어

Description

2단 압력 제어 공기 압축기 {AIR COMPRESSOR HAVING DUAL PRESSURE SWITCH CONTROL SYSTEM}
본 발명은 공기 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 제 1 및 제 2 압력 스위치를 구비하여, 고압의 공기가 저장되는 탱크 내 압력을 2단으로 제어할 수 있는 공기 압축기에 관한 것이다.
공기 압축기는 전기모터나 내연기관 또는 터빈 등의 동력장치로부터 동력을 전달받아 공기에 압축일을 가하여, 공기를 압축시켜 압력을 높여주는 기계이다. 공기 압축기는 고압의 공기로 인한 안전 사고를 예방하기 위해, 고압의 공기가 저장되는 탱크 내 압력을 제어하는 수단이 요구된다.
도 1은 종래의 공기 압축기의 구성을 도시한 도면이며, 도 2는 도 1의 A 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 공기 압축기는 구동방식에 따라, 단속운전 타입과 연속운전 타입으로 구분될 수 있으며, 단속운전 타입은 압력 스위치 제어 구동방식을 의미하고, 연속운전 타입은 솔레노이드 밸브 제어 구동방식을 의미한다.
단속운전 타입은 공기 압축기의 탱크 내 압력이 설정압력에 도달하면 압력 스위치가 작동하여, 공기 압축기의 운전을 정지시키고, 차압범위까지 압력이 떨어지면, 자동으로 공기 압축기가 운전하는 방식이다. 단속운전 타입의 구동방식은 사용횟수가 적고, 사용시간이 짧은 곳에 적합하며, 주로 자동차 정비공장, 세차장, 타이어 취급점, 전력차단기, 주차설비 등에 적용될 수 있다.
연속운전 타입은 공기 압축기의 운전/정지가 빈번할 경우, 기동 토크로 인해 모터 및 압축기의 부하량이 많아지며, 여기서, 모터를 정지시키지 않고, 솔레노이드 밸브를 개방하여, 흡기 밸브를 강제 개방시키고, 이어서, 공기 압축기를 무부하 상태로 운전시켜서, 공기의 압력의 차압설정범위까지 떨어지면, 솔레노이드 밸브를 폐쇄하여, 부하운전 상태로 압축하는 방식의 운전방식이다. 연속운전 타입의 구동방식은 사용횟수가 빈번하고, 사용시간이 긴 곳에 적합하며, 주로 조립공정, 도장반, 자동화 라인, 섬유산업 등에 적용될 수 있다.
이하에서는 종래의 공기 압축기의 구동에 대해서 설명하도록 한다.
실린더(10) 내부의 피스톤(11)의 상하 왕복운동에 따라 흡기 밸브(12)를 거쳐 외부의 공기가 유입되며, 압축된 공기는 배기 밸브(13)를 거쳐 탱크(20) 내로 저장된다. 흡기 밸브(12) 및 배기 밸브(13)는 별도의 전원이 인가되지 않더라도, 피스톤(11)의 상하 이동에 따라, 개방 및 폐쇄가 조절된다. 즉, 피스톤(11)이 하강하면, 배기 밸브(13)가 폐쇄되면서, 흡기 밸브(12)가 개방되어 외부의 공기가 유입되고, 피스톤(11)이 상승하면, 흡기 밸브(12)가 폐쇄되면서, 배기 밸브(13)가 개방되어, 압축된 공기가 탱크 내로 저장된다.
솔레노이드 밸브(30)는 전원 미인가 시, 개방 상태를 유지하며, 전원 인가 시, 폐쇄된다. 솔레노이드 밸브(30)의 개폐는 압력 스위치(40)의 스위칭 동작에 따라 조절된다. 도 1에 도시된 공기 압축기의 경우, 솔레노이드 밸브(30)에 전원이 인가되는 상태로써, 솔레노이드 밸브(30)는 폐쇄 상태이며, 이에 따라, 공기 라인(32)을 따라 이동하는 탱크(20) 내 고압의 공기가 제어 라인(34)으로 이동하는 것이 차단된다.
압력 스위치(40)는 설정압력에 따라 온/오프(on/off)가 제어되며, 공기 압축기의 정상운전 상태에서는 온 된다. 한편, 탱크(20) 내 압축된 공기의 압력이 압력 스위치(40)에 설정된 압력을 초과하게 되면, 압력 스위치(40)는 오프 되며, 솔레노이드 밸브(30)에 인가되는 전원이 차단된다. 이에 따라, 솔레노이드 밸브(30)는 개방되며, 탱크(20) 내 고압의 공기가 공기 라인(32) 및 제어 라인(34)을 따라 이동한다.
계속하여, 상기 고압의 공기는 무부하 피스톤(16)에 압력을 가하며, 무부하 피스톤(16)의 구동에 의해 흡기 밸브(12)는 피스톤(11)의 상하 이동에 관계없이 개방 상태를 유지하게 된다. 이에 따라, 피스톤(11)이 상하 왕복 구동하더라도, 흡기 밸브(12)를 통해 유입된 공기가 다시 흡기 밸브(12)를 통해 배출될 수 있으므로, 즉, 피스톤(11)이 무부하 운전을 하므로, 탱크(20) 내 압력이 일정 압력 이상으로 상승하는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 종래의 공기 압축기의 정상운전 상태를 도시한 그래프이며, 도 4는 종래의 공기 압축기의 이상 발생시의 운전 상태를 도시한 그래프이다.
도 4를 참조하면, a 에서 b 상태로의 압력 변화는 솔레노이드 밸브(30) 손상 에 의한 것으로, 상기 손상에 의해, 솔레노이드 밸브(30)의 개방 상태가 지속되어, 피스톤(11)이 무부하 운전을 하면서, 탱크(20) 내 압력이 하강하는 것을 나타낸다.
한편, a 에서 c 상태로의 압력 변화는 제어 라인(34)의 공기 유출 등에 의한 무부하 피스톤(16)의 고착, 솔레노이드 밸브(30)의 오리피스(oriffice) 막힘 또는 압력 스위치(40)의 고장에 의한 온 상태 유지 등에 의한 것이다. 상기 원인들에 의해 탱크(20) 내 압력은 상승하며, 폭발 등의 안전 사고 방지를 위해서 탱크(20)에 설치된 안전 밸브(22)를 작동시켜야 한다.
종래의 공기 압축기의 경우, 상술한 바와 같이, 압력 제어를 위해 설치된 압력 스위치(40) 자체가 고장나는 경우, 탱크(20) 내 압력을 제어할 수 없게 되는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 공기 압축기는 그 구동 방식에 따라, 일정 압력에서 모터의 전원이 불필요하게 차단되는 경우가 발생하여, 공기 압축기의 동작 및 압축 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 2단으로 압력을 제어하여, 탱크 내 압력을 보다 효율적으로 제어할 수 있어서, 고압의 공기에 의한 안전 사고 예방에 유리한 공기 압축기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 2단으로 압력을 제어하므로, 모터의 전원이 불필요하게 차단되지 않아서, 공기 압축기의 동작 및 압축 효율을 향상시킬 수 있는 공기 압축기를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 2단 압력 제어 공기 압축기는, 흡기 밸브 및 배기 밸브를 포함하는 실린더; 상기 흡기 밸브를 강제 개방시키는 무부하 피스톤; 상기 무부하 피스톤의 구동을 제어하는 솔레노이드 밸브; 상기 실린더 내의 피스톤에 동력을 전달하는 모터; 상기 피스톤의 구동에 의해 압축된 공기를 저장하는 탱크; 상기 탱크 내 압력이 제 1 설정압력을 초과하면, 스위칭 동작에 의해 솔레노이드 밸브를 개방시키는 제 1 압력 스위치; 및 상기 탱크 내의 압력을 감지하여, 제 2 설정압력에 따라 스위칭 동작을 하며, 상기 탱크 내 압력이 제 2 설정압력을 초과하면, 상기 모터로 인가되는 전원을 차단시키는 제 2 압력 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 설정압력은 상기 제 1 설정압력에 비해 크게 설정될 수 있다.
상기 2단 압력 제어 공기 압축기는, 압력 스위치 제어 구동방식인 단속운전 타입과 솔레노이드 밸브 제어 구동방식인 연속운전 타입 중, 어느 하나를 선택시키는 선택 스위치를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 2단 압력 제어 공기 압축기는, 상기 탱크 내의 압력을 수동적으로 조절하는 안전 밸브를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 공기 압축기는 2단으로 압력을 제어하므로, 탱크 내 압력을 보다 효율적으로 제어할 수 있어서, 고압의 공기에 의한 안전 사고 예방에 유리한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 공기 압축기는 2단으로 압력을 제어하므로, 모터의 전원이 불필요하게 차단되지 않아서, 공기 압축기의 동작 및 압축 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2단 압력 제어 공기 압축기에 대해서 상세하게 설명하며, 종래 기술의 구성요소와 동일 내지 유사한 구성요소에 대해서는 상세한 중복설명을 생략한다.
본 발명의 구동방식에 있어서, 단속운전 타입은 압력 스위치 제어 구동방식을 의미하며, 연속운전 타입은 솔레노이드 밸브 제어 구동방식을 의미하는 것으로써, 단속운전 타입 또는 연속운전 타입의 선택 방식은 도면에 도시된 바와 같은 스위칭 방식의 전환에 한정되지 않는다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 압축기의 구성을 도시한 도면이며, 도 6은 도 5의 B 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 제 1 압력 스위치(400) 및 제 2 압력 스위치(500)는 각각 제 1 설정압력과 제 2 설정압력에 따라 온/오프 방식으로 작동한다. 상기 제 1 설정압력은 제 2 설정압력에 비해 낮게 설정될 수 있으며, 예를 들면, 제 1 설정압력은 8.5 kgf/cm2 이고, 제 2 설정압력은 9.0 kgf/cm2 가 될 수 있다. 이해를 위해, 도면에 상기 압력을 기재하였으나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않고, 본 발명이 적용되는 분야에 따라 다양하게 설정압력을 정할 수 있다.
본 발명의 솔레노이드 밸브(300)는, 종래의 솔레노이드 밸브(30)와 달리, 전원 미인가 시, 폐쇄 상태를 유지하며, 전원 인가 시, 개방된다. 솔레노이드 밸브(300)의 개폐는 제 1 압력 스위치(400) 및 제 2 압력 스위치(500)의 스위칭 동작에 따라 조절된다.
공기 압축기가 정상운전 상태인 경우, 즉, 탱크(200) 내 압력이 제 1 설정압력보다 낮은 경우, 제 1 압력 스위치(400)는 제 1 노드(410)에 연결되며, 제 2 압력 스위치(500)는 온 상태이다. 이에 따라, 전원(600)이 솔레노이드 밸브(300)에 인가되지 않으며, 솔레노이드 밸브(300)는 폐쇄된다.
다음으로, 탱크(200) 내 압력이 제 1 설정압력보다 높고, 제 2 설정압력보다 낮은 경우를 고려한다. 공기 라인(320)을 통해 탱크(200) 내 압력이 제 1 설정압력보다 높은 것이 감지되면, 제 1 압력 스위치(400)는 제 2 노드(420)로 연결되며, 제 2 압력 스위치(500)는 온 상태를 유지한다.
제 1 압력 스위치(400)의 스위칭 동작에 따라 전원(600)이 솔레노이드 밸브(300)에 인가되며, 솔레노이드 밸브(300)가 개방된다. 상기 개방에 따라, 탱크(200) 내 고압의 공기가 공기 라인(320) 및 제어 라인(340)을 통해 이동하며, 무부하 피스톤(160)을 가압한다. 이어서, 흡기 밸브(120)가 강제 개방되며, 피스톤(110)은 무부하 운전을 한다. 상기 무부하 운전은 탱크(200) 내 압력이 제 1 설정압력보다 낮아질 때까지 계속되며, 탱크(200) 내 압력이 제 1 압력 스위치(400)의 차압범위까지 낮아지면, 제 1 압력 스위치(400)는 제 1 노드(410)로 재연결되고, 이에 따라, 공기 압축기는 다시 정상운전을 하게 된다.
다음으로, 제 1 압력 스위치(400)가 고장나고, 탱크(200) 내 압력이 제 2 설정압력보다 높아지는 경우를 고려한다. 탱크(200) 내 압력이 제 1 설정압력보다 높아졌음에도, 고장에 의해 제 1 압력 스위치(400)는 제 1 노드(410)에 연결된 상태에서, 탱크(200) 내 압력이 제 2 설정압력보다 높아지면, 공기 라인(320)을 통해 압력이 감지되고, 제 2 압력 스위치(500)가 오프 된다. 이에 따라, 전원(600)이 제 1 전력 라인(610) 및 제 2 전력 라인(620)을 따라 커넥터(700)에 인가되던 상태에서, 제 1 전력 라인(610)을 따라 커넥터(700)에 인가되던 전원(600)이 차단된다.
이어서, 커넥터(700)에 연결된 모터(800)의 구동이 정지되며, 탱크(200) 내로 압축된 공기가 유입되지 않는다. 따라서, 본 발명의 공기 압축기는 제 1 압력 스위치(400)가 고장나는 경우에도, 제 2 압력 스위치(500)를 통해 탱크(200) 내 압력을 제어할 수 있으므로, 압력 제어에 있어 보다 효율적이다.
한편, 본 발명의 공기 압축기는, 제 1 압력 스위치(400) 및 제 2 압력 스위 치(500) 모두 고장에 의해 이상 발생시, 탱크(200) 내의 압력을 수동적으로 조절할 수 있는 안전 밸브(220)를 더 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 공기 압축기의 정상운전 상태를 도시한 그래프이며, 도 8 및 도 9는 본 발명의 공기 압축기의 이상 발생시의 운전 상태를 도시한 그래프들이다.
도 8을 참조하면, 제 2 압력 스위치(500)의 제 2 차압범위가 제 1 압력 스위치(400)의 제 1 차압범위보다 높게 설정된 경우를 나타낸다. 여기서, 차압범위는 제 1 압력 스위치(400) 및 제 2 압력 스위치(500)가 각각 제 1 설정압력 및 제 2 설정압력에서 스위칭 동작한 후, 다시 본래 위치로 회복되는 스위칭 동작을 수행하게 되는 압력이다. 이해를 위해, 제 1 차압범위는 7.0 kgf/cm2 이고, 제 2 차압범위는 8.0 kgf/cm2 로 도시하였으나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않고, 본 발명이 적용되는 분야에 따라 다양하게 차압범위를 설정할 수 있다.
d 에서 e 상태로의 압력 변화는 전술한 바와 같이, 제 1 압력 스위치(400)가 고장난 경우의 압력 변화로써, 탱크(200) 내 압력이 제 2 설정압력에 이르면, 무부하 운전을 하여, f 상태까지 압력이 하강한다. 이어서, 탱크(200) 내 압력이 제 2 차압범위에 이르면, 제 2 압력 스위치(500)가 스위칭 동작을 하여, 모터(800)가 재구동하면서, 연속운전 타입(U TYPE) 복귀운전을 하게 된다.
f 에서 h 상태로의 압력 변화는 제 1 압력 스위치(400)가 고장에 의해, 제 1 노드(410)에 연결된 상태가 지속되는 것으로써, 탱크(200) 내 압력이 제 2 설정압 력까지 상승하는 것을 나타낸다. 상기 제 2 설정압력에 이르면, 공기 라인(320)을 통한 압력이 감지되어, 제 2 압력 스위치(500)가 오프 된다. 이에 따라, 제 1 전력 라인(610)을 통한 전원(600) 인가가 차단되어, 모터(800)의 구동이 정지된다.
한편, g 에서 h 상태로의 압력 변화는 제어 라인(340)의 공기 유출 등에 의한 무부하 피스톤(160)의 고착, 솔레노이드 밸브(300)의 오리피스 막힘, 또는 솔레노이드 밸브(300) 코일 손상 등에 의한 솔레노이드 밸브(300)의 폐쇄 등에 의해, 탱크(200) 내 압력이 제 2 설정압력까지 상승하는 것을 나타낸다. 상기 제 2 설정압력에 이르면, 공기 라인(320)을 통해 압력이 감지되어, 제 2 압력 스위치(500)가 오프 된다. 이에 따라, 제 1 전력 라인(610)을 통한 전원(600) 인가가 차단되어, 모터(800)의 구동이 정지된다.
도 9를 참조하면, 제 2 압력 스위치(500)의 제 2 차압범위가 제 1 압력 스위치(400)의 제 1 차압범위보다 낮게 설정된 경우를 나타낸다. 이해를 위해, 제 1 차압범위는 7.0 kgf/cm2 이고, 제 2 차압범위는 6.5 kgf/cm2 로 도시하였으나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않는다.
i 에서 k 상태로의 압력 변화는 제어 라인(340)의 공기 유출 등에 의한 무부하 피스톤(160)의 고착, 솔레노이드 밸브(300)의 오리피스 막힘, 또는 솔레노이드 밸브(300) 코일 손상 등에 의한 솔레노이드 밸브(300)의 폐쇄 등에 의해, 탱크(200) 내 압력이 제 2 설정압력까지 상승하는 것을 나타낸다. 상기 제 2 설정압력에 이르면, 공기 라인(320)을 통해 압력이 감지되어, 제 2 압력 스위치(500)가 오프 된다. 이에 따라, 제 1 전력 라인(610)을 통한 전원(600) 인가가 차단되어, 모터(800)의 구동이 정지된다.
i 에서 j 상태로의 압력 변화는 제 1 차압범위에서 제 1 압력 스위치(400)가 스위칭 동작을 하였으나, 제 2 압력 스위치(500)는 오프 된 상태이므로, 공기 압축기가 단속운전 타입(P TYPE)으로 전환운전하는 것과 같다.
한편, j 에서 k 상태로의 압력 변화는, 제 2 차압범위에서 제 2 압력 스위치(500)가 온 된 상태에서, 제 1 압력 스위치(400)가 고장에 의해, 제 1 노드(410)에 연결된 상태가 지속되는 것으로써, 탱크(200) 내 압력이 제 2 설정압력까지 상승하는 것을 나타낸다. 상기 제 2 설정압력에 이르면, 공기 라인(320)을 통한 압력이 감지되어, 제 2 압력 스위치(500)가 오프 된다. 이에 따라, 제 1 전력 라인(610)을 통한 전원(600) 인가가 차단되어, 모터(800)의 구동이 정지된다.
도 10은 도 5에 도시한 공기 압축기의 회로도이다.
도면 부호 710은 전자 접촉기(magnatic contactor), 720은 과전류 계전기(over current relay), 900은 전원 스위치, 910은 단속운전 타입 또는 연속운전 타입의 선택 스위치를 나타낸다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 종래의 공기 압축기의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 3은 종래의 공기 압축기의 정상운전 상태를 도시한 그래프이다.
도 4는 종래의 공기 압축기의 이상 발생시의 운전 상태를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 압축기의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 B 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 공기 압축기의 정상운전 상태를 도시한 그래프이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 공기 압축기의 이상 발생시의 운전 상태를 도시한 그래프들이다.
도 10은 도 5에 도시한 공기 압축기의 회로도이다.

Claims (4)

  1. 흡기 밸브 및 배기 밸브를 포함하는 실린더;
    상기 흡기 밸브를 강제 개방시키는 무부하 피스톤;
    상기 무부하 피스톤의 구동을 제어하는 솔레노이드 밸브;
    상기 실린더 내의 피스톤에 동력을 전달하는 모터;
    상기 피스톤의 구동에 의해 압축된 공기를 저장하는 탱크;
    상기 탱크 내 압력이 제 1 설정압력을 초과하면, 스위칭 동작에 의해 상기 솔레노이드 밸브를 개방시키는 제 1 압력 스위치; 및
    상기 탱크 내의 압력을 감지하여, 제 2 설정압력에 따라 스위칭 동작을 하며, 상기 탱크 내 압력이 제 2 설정압력을 초과하면, 상기 모터로 인가되는 전원을 차단시키는 제 2 압력 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 2단 압력 제어 공기 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 설정압력은 상기 제 1 설정압력에 비해 큰 것을 특징으로 하는 2단 압력 제어 공기 압축기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 2단 압력 제어 공기 압축기는,
    압력 스위치 제어 구동방식인 단속운전 타입과 솔레노이드 밸브 제어 구동방식인 연속운전 타입 중, 어느 하나를 선택시키는 선택 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2단 압력 제어 공기 압축기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 탱크 내의 압력을 수동적으로 조절하는 안전 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2단 압력 제어 공기 압축기.
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