KR20120045831A - 용적식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체를 압축하는 압축기에 관한 것으로써, 좀더 구체적으로는 적은 동력을 이용하여 유체를 다단으로 압축하여 필요한 압력의 유량을 얻을 수 있도록 하는 용적식 압축기에 관한 것으로, 용적이 다르며 나란히 설치되는 복수 개의 제1,2 압축기를 다단으로 설치하여 제1 피스톤이 적은 힘으로 전진하거나, 후퇴할 때마다 얻어진 제1 유체의 1차 유압으로 2차 압축기 내의 제2 유체를 압축함에 따라 보다 많은 유량을 얻어 발전기 또는 자동차 분야 등 산업기기에 적용할 수 있도록 한 것이다.
이를 위해, 기어펌프(20)의 구동으로 생성된 유체 압력이 작용됨에 따라 제1 실린더(32)의 내부를 왕복 이동하는 제1 피스톤(33)과, 상기 제1 피스톤의 로드(34a)(34b)에 각각 고정되어 제1 피스톤(33)이 왕복 이동함에 따라 제2 실린더(35)(36)의 내부를 왕복 이동하면서 제1 유체(31)를 압축하는 제2 피스톤(37)(38)으로 이루어진 제1 압축기(30)와; 상기 제2 실린더(35)(36)와 제1,2 연결관(39)(49)으로 연결되어 1차 유압이 작용됨에 따라 제3 실린더(42)의 내부를 왕복 이동하는 제3 피스톤(43)과, 상기 제3 피스톤(43)의 로드(44a)(44b)에 각각 고정되어 제3 피스톤(43)이 왕복 이동함에 따라 제4 실린더(45)(46)의 내부를 왕복 이동하면서 제2 유체를 압축하는 제4 피스톤(47)(48)으로 이루어진 제2 압축기(40)와; 상기 제4 실린더(45)(46)와 제3,4 연결관(51)(52)으로 연결되어 2차 유압이 작용됨에 따라 동작하는 산업기기(50)와, 상기 제3,4 연결관(51)(52) 상에 설치된 여러 개의 체크밸브(53)(54)로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

용적식 압축기{omitted}

본 발명은 유체를 압축하는 압축기에 관한 것으로써, 좀더 구체적으로는 적은 동력을 이용하여 유체를 다단으로 압축하여 필요한 압력의 유량을 얻을 수 있도록 하는 용적식 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 냉동용 압축기는 밀폐된 냉동사이클(refrigerating cycle)을 이루는 4개의 중요한 구성요소 중의 하나로써, 냉동사이클에서 냉매(refrigerant)를 순환시키는 역할을 수행하는데, 나머지 중요 구성요소는 응축기(condensing unit), 증발기(evaporator) 및 팽창기구(expansion unit)이다.

이러한 압축기는 압축방식에 따라 용적식 압축기와 터보식 압축기로 대별된다.

상기 용적식 압축기는 압축실 내의 체적을 감소시켜 압축실로 유입된 냉매의 압력을 증가시키는 구조를 갖는데, 여기에는 왕복동식, 로타리식(회전 피스톤식, 로타리 베인식, 스크류식), 스크롤식, 트로코이드식 등이 포함된다.

이론적인 압축기의 성능은 냉동능력, 소비동력 및 소음과 진동 등 여러 가지 요소를 종합하여 평가하지만, 실제적인 압축기의 성능은 다양한 종류의 손실 및 냉매 상태 등에 의해 이론적인 경우와는 많은 차이를 갖게 되는데, 이는 압축기의 소비동력은 증가시키지만 성능은 감소시키는 결과를 초래한다.

따라서, 압축기의 운전 상태가 최적의 상태로 유지되려면 압축기의 성능을 감소시키는 다양한 종류의 손실이 제거되어야 함은 물론이고, 압축되는 냉매 조건이 최적의 상태가 되도록 유지하여야 된다.

다양한 종류의 손실에 의한 압축기의 성능 저하는, 압축기를 이루는 여러 구성 부품들의 기계적인 가공 정도 향상 및 구조적인 변화 등 손실의 제거를 위한 노력으로 상당한 정도 개선되고 있으나, 냉매 조건에 의한 압축기의 성능 저하는 냉매사이클을 이루는 여러 구성 요소들의 조건 변화에 의해 냉매 조건을 최적의 상태로 유지시키는 것이 매우 곤란하다.

즉, 냉매 조건에 의한 압축기의 성능 저하는 압축되기 전의 냉매의 온도 및 압력이 최적의 범위에서 유지되어야만 압축기를 손상시키지 않고 최적의 냉매사이클을 이루면서 냉방 및 난방기능을 수행하게 된다.

만약, 압축되기 전의 냉매의 상태가 기체와 액체가 공존하는 포화상태보다 과도하게 승온된 상태인 경우 압축기를 이루는 구성부품들이 열화되어 압축기의 수명이 현저하게 감소되며, 압축효율을 현저하게 떨어뜨리는 원인으로 작용되었다.

이와는 반대로, 압축되기 전의 냉매의 온도가 너무 낮으면 냉매에 액체가 존재하여 액 압축이 일어나므로 압축기가 깨지거나, 압축기의 결로 현상 및 냉, 난방이 제대로 수행되지 않는 여러 가지 문제점이 발생되었다.

따라서 압축기로 유입되는 냉매의 압력을 일정하게 유지하여야만 안전한 상태에서 높은 출력(고압)을 얻을 수 있게 된다.

도 1은 종래 용적식 압축기의 일 실시예를 나타낸 종단면도로써, 상부용기(1t)와 하부용기(1b)로 이루어지는 밀폐용기(1)가 구비되고, 상기 밀폐용기(1)의 내부에는 프레임(2)이 지지되어 있는데, 상기 프레임(2)에는 고정자(3)가 고정됨과 동시에 스프링(2S)에 의해 밀폐용기(1) 내부에 지지되어 있다.

그리고 상기 프레임(2)의 중앙을 관통하여서는 크랭크축(5)이 설치되어 있고 상기 크랭크축(5)에는 회전자(4)가 일체로 설치되어 상기 고정자(3)와의 전자기적 상호작용에 의해 상기 크랭크축(5)과 함께 회전된다.

상기 크랭크축(5)의 상단에는 편심편(5b)이 상기 크랭크축(5)의 회전중심에 대해 편심되게 형성되어 있고 상기 편심핀(5b)이 형성된 반대쪽에는 균형추(5c)가 형성되어 있다.

또한, 상기 크랭크축(5)의 하단에는 하부용기(1b)의 저면에 있는 오일(L)을 크랭크축(5)에 형성되어 있는 오일유로(5a)로 빨아올리기 위한 프로펠러(5d)가 설치되어 있다.

한편, 내부에 압축실(도시되지 않음)이 구비된 실린더(6)가 상기 프레임(2)에 일체로 성형되어 있고 상기 압축실에는 피스톤(7)이 설치되어 있는데, 상기 피스톤(7)은 상기 크랭크축(5)의 편심 핀(5b)과 커넥팅로드(8)로 연결되어 있다.

여기서 상기 편심 핀(5b)은 상기 커넥팅로드(8)의 크랭크축연결부(8a)와 연결되어 있고 피스톤(7)과 커넥팅로드(8)의 피스톤연결부(8b)는 피스톤핀(7')에 의해 연결되어 있다.

그리고 상기 실린더(6)의 선단에는 상기 압축실로 유입되고 배출되는 냉매를 제어하는 밸브어셈블리(9)가 설치되어 있는데, 도면 부호 (10)은 헤드커버이고, (12)는 냉매를 밀폐용기(1)의 내부로 전달하는 흡입파이프이며, (13)은 압축된 냉매를 압축기의 외부로 토출하는 토출파이프이다.

그러나 이러한 종래의 용적식 압축기는 냉매를 압축하는 피스톤이 크랭크축의 편심 핀과 커넥팅로드로 연결되어 있어 냉매를 고압으로 압축하는데 한계가 있어 냉매를 고압으로 압축하기 위해서는 반드시 모터의 용량을 증대시켜야만 되었다.

또한, 필요에 따라 냉매를 다단 압축을 하여야 고압의 냉매를 얻을 수 있게 되므로 압축기의 구조가 복잡해지게 됨은 물론 압축기의 설치면적이 넓어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로써, 용적이 다르며 나란히 설치되는 복수 개의 제1,2 압축기를 다단으로 설치하여 제1 피스톤이 적은 힘으로 전진하거나, 후퇴할 때마다 얻어진 제1 유체의 1차 유압으로 제2 압축기 내의 제2 유체를 압축함에 따라 보다 많은 유량을 얻어 발전기 또는 자동차 분야 등 산업기기에 적용할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 기어펌프의 구동으로 생성된 유체 압력이 작용됨에 따라 제1 실린더의 내부를 왕복 이동하는 제1 피스톤과, 상기 제1 피스톤의 로드에 각각 고정되어 제1 피스톤이 왕복 이동함에 따라 제2 실린더의 내부를 왕복 이동하면서 제1 유체를 압축하는 제2 피스톤으로 이루어진 제1 압축기와; 상기 제2 실린더와 제1,2 연결관으로 연결되어 1차 유압이 작용됨에 따라 제3 실린더의 내부를 왕복 이동하는 제3 피스톤과, 상기 제3 피스톤의 로드에 각각 고정되어 제3 피스톤이 왕복 이동함에 따라 제4 실린더의 내부를 왕복 이동하면서 제2 유체를 압축하는 제4 피스톤으로 이루어진 제2 압축기와; 상기 제4 실린더와 제3,4 연결관으로 연결되어 2차 유압이 작용됨에 따라 동작하는 산업기기와, 상기 제3,4 연결관 상에 설치된 여러 개의 체크밸브로 구성된 것을 특징으로 하는 용적식 압축기가 제공된다.

본 발명은 종래의 용적식 압축기에 비하여 다음과 같은 여러 가지 장점을 갖는다.

첫째, 기어펌프에서 생성된 작은 압력을 이용하여 높은 압력을 얻을 수 있게 된다.

둘째, 간단한 구조에 의해 유체를 다단으로 압축함에 따라 한꺼번에 많은 유량을 얻을 수 있게 되므로 여러 산업기기에 널리 적용 가능하다.

셋째, 필요에 따라 제1,2 압축기를 구성하는 각 실린더의 내경을 상호 달리 하는 구조에 의해 높은 압력의 유체는 물론이고 많은 유량을 얻을 수 있게 되므로 적용범위가 넓다.

도 1은 종래 용적식 압축기의 일 실시예를 나타낸 종단면도
도 2는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 종단면도
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 적용된 제1 압축기의 다른 실시예를 나타낸 종단면도

이하, 본 발명을 일 실시예로 도시한 도 2 및 도 3을 참고하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 종단면도이고 도 3a 및 도 3b는 본 발명에 적용된 제1 압축기의 다른 실시예를 나타낸 종단면도로써, 본 발명은 기어펌프(20)의 구동으로 생성된 유체 압력이 작용됨에 따라 제1 유체(31)를 압축하는 제1 압축기(30)와, 상기 제1 압축기(30)에서 압축된 제1 유체(31)가 작용됨에 따라 제2 유체(41)를 압축하는 제2 압축기(40)로 구성되어 원하는 압력으로 압축된 많은 양의 제2 유체(41)를 이용하여 산업기기(50)를 작동시킬 수 있도록 하는데 그 특징이 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 기어펌프(20)를 DC모터 기어펌프로 적용하였으며, 상기 DC모터 기어펌프(20)의 구동으로 유체 탱크(21) 내의 유체가 압축되면 솔레노이드 밸브(22)의 절환으로 유체의 유로가 변경되도록 되어 있다.

상기 제1 압축기(30)는 기어펌프(20)의 구동으로 생성된 유체 압력이 작용됨에 따라 제1 실린더(32)의 내부를 왕복 이동하는 제1 피스톤(33)과, 상기 제1 피스톤의 로드(34a)(34b)에 각각 고정되어 제1 피스톤(33)이 왕복 이동함에 따라 제2 실린더(35)(36)의 내부를 왕복 이동하면서 제1 유체(31)를 압축하는 제2 피스톤(37)(38)으로 이루어져 있다.

본 발명의 일 실시예로 도시한 도 2에서는 상기 제1,2 실린더(32)(35)(36)의 내경을 동일하게 나타내었으나, 필요에 따라 제1 실린더(32)의 내경을 다른 실시예로 나타낸 도 3a와 같이 제2 실린더(35)(36)보다 크게 하거나, 도 3b에 나타낸 바와 같이 작게 적용할 수 있게 됨은 이해 가능한 것이다.

이에 따라, 도 3a의 경우는 제2 실린더(35)(36)의 내경이 제1 실린더(32)의 내경보다 작아 보다 높은 1차 유압을 얻을 수 있게 되지만, 도 3b는 도2 및 도 3a 보다 낮은 1차 유압을 얻을 수 있게 되므로 적용하는 산업기기(50)에 따라 제1,2 실린더(32)(35)(36)의 내경을 적절히 적용하는 것이 보다 바람직하다.

그리고 제2 압축기(40)는 제1 압축기(30)에서 얻어진 1차 유압이 작용됨에 따라 제3 실린더(42)의 내부를 왕복 이동하는 제3 피스톤(43)과, 상기 제3 피스톤(43)의 로드(44a)(44b)에 각각 고정되어 제3 피스톤(43)이 왕복 이동함에 따라 제4 실린더(45)(46)의 내부를 왕복 이동하면서 제2 유체(41)를 압축하는 제4 피스톤(47)(48)으로 이루어져 있다.

이 때, 상기 제2 압축기(40)를 구성하는 제3,4 실린더(42)(45)(46)의 내경을 필요에 따라 제1 압축기(30)를 구성하는 제1,2 실린더(32)(35)(36)의 내경과 같게 형성하거나, 또는 작거나 크게 형성할 수 있음은 이해 가능한 것이다.

이러한 제1 압축기(30)를 구성하는 제2 실린더(35)(36) 및 제2 압축기(40)를 구성하는 제3 실린더(42)는 제1,2 연결관(39)(49)으로 연결되어 있고 제2 압축기(40)를 구성하는 제 4실린더(45)(46) 및 산업기기(50)는 제3,4 연결관(51)(52)으로 연결되어 있는데, 상기 제3,4 연결관(51)(52)에는 압축된 제2 유체(41)가 일 방향(화살표 방향)으로만 흐를 수 있도록 하는 체크밸브(53)(54)가 설치되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2에 나타낸 바와 같이 제1,3 피스톤(33)(43)이 도면 상 우측에 위치된 상태에서 전원의 인가로 기어펌프(20)가 구동하면 유체 탱크(21) 내의 유체가 소정의 압력으로 압축되는데, 이 때 솔레노이드 밸브(22)는 유로를 절환하여 도면 상 우측에 위치된 유로(23)를 통해 압축된 유체를 제1 실린더(32)의 내부로 공급하게 된다.

이에 따라, 제1 실린더(32)의 우측에 위치되어 있던 제1 피스톤(33)이 유체의 압력에 의해 도면 상 좌측으로 이동하게 되는데, 상기 제1 피스톤(33)의 양측으로 고정된 로드(34a)(34b)는 제1 실린더(32)의 양측에 위치하는 제2 실린더(35)(36)의 내부를 관통하여 그 끝단에 제2 피스톤(37)(38)이 각각 고정되어 있어 제1 피스톤(33)이 좌측으로 이동함에 따라 로드(34a)(34b)로 연결된 제2 피스톤(37)(38)도 함께 이동하면서 제2 실린더(35)(36)의 내부에 있던 제1 유체(31)를 동시에 압축하게 된다.

상기 제1 피스톤(33)이 좌측으로 이동함에 따라 제1 실린더(32)의 좌측에 위치되어 있던 유체는 유로(24)를 따라 유체 탱크(21)의 내부로 드레인(drain)된다.

상기한 바와 같은 동작으로 제2 실린더(35)(36)의 내부에 있던 1차 유체(31)가 점진적으로 압축되면 제1 연결관(39)을 통해 제2 압축기(40)를 구성하는 제3 실린더(42)의 우측으로 유입되어 제3 실린더(42)의 우측에 위치되어 있던 제3 피스톤(43)을 도면 상 좌측으로 밀게 된다.

상기 제3 실린더(42)의 우측에 위치되어 있던 제3 피스톤(43)이 제1 유체(31)의 압력에 의해 좌측으로 이동하면 상기 제3 피스톤(43)의 양측으로 고정된 로드(44a)(44b)는 제3 실린더(42)의 양측에 위치하는 제4 실린더(45)(46)의 내부를 관통하여 그 끝단에 제4 피스톤(47)(48)이 각각 고정되어 있어 제3 피스톤(43)이 좌측으로 이동함에 따라 로드(44a)(44b)로 연결된 제4 피스톤(47)(48)도 함께 이동하면서 제4 실린더(45)(46)의 내부에 있던 제2 유체(41)를 동시에 압축하게 된다.

상기 제3 피스톤(43)이 좌측으로 이동함에 따라 제3 실린더(42)의 좌측에 위치되어 있던 제1 유체(31)는 제2 연결관(49)을 통해 제2 실린더(35)(36)의 우측으로 이동하게 된다.

상기한 바와 같은 동작으로 제4 실린더(45)(46)의 내부에 있던 제2 유체(41)가 점진적으로 압축되면 압축된 2차 유압이 제3 연결관(51)을 통해 산업기기(50)에 공급되므로 산업기기(50)를 구동시키게 되는데, 이 때 상기 제3 연결관(51) 상에 위치하는 체크밸브(43)는 제2 유체(41)가 화살표방향으로만 이동 가능한 구조를 갖고 있어 제2 유체(41)가 제4 실린더(45)(46)의 우측으로 역류되지 않고 산업기기(50) 측으로만 이동하게 된다.

한편, 산업기기(50)를 구동하고 난 제2 유체(41)는 유체 탱크(55)로 드레인 되었다가 제4 피스톤(47)(48)이 좌측으로 이동함에 따라 제4 연결관(52)을 통해 제4 실린더(45)(46)의 우측으로 채워지게 된다.

지금까지 설명한 것은, 기어펌프(20)의 구동으로 제1 압축기(30)의 제1 피스톤(33)이 좌측으로 이동함에 따라 생성된 제1 유체(31)의 1차 유압을 제2 압축기(40)의 제3 실린더(42)로 공급하여 1차 유압으로 제3 피스톤(43)을 좌측으로 이동시킴으로써 제4 피스톤(47)(48)에 의해 2차 유압을 생성하는 과정을 설명한 것으로 이러한 동작은 제1, 3 피스톤(33)(43)이 좌우로 왕복 이동함에 따라 연속적으로 이루어지게 되는 것이다.

본 발명의 기술사상은 상기한 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.

또한, 본 발명의 기술분야에서 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양하게 변화하여 실시할 수 있음은 이해 가능한 것이다.

20 : 기어펌프 22 : 솔레노이드 밸브
30 : 제1 압축기 32 : 제1 실린더
33 : 제1 피스톤 34a, 34b, 44a, 44b : 로드
35, 36 : 제2 실린더 37, 38 : 제2 피스톤
39 : 제1 연결관 40 : 제2 압축기
42 : 제3 실린더 43 : 제3 피스톤
45, 46 : 제3 실린더 47, 48 : 제4 피스톤
49 : 제2 연결관 50 : 산업기기
51 : 제3 연결관 52 : 제4 연결관
53, 54 : 체크밸브

Claims (6)

1. 기어펌프(20)의 구동으로 생성된 유체 압력이 작용됨에 따라 제1 실린더(32)의 내부를 왕복 이동하는 제1 피스톤(33)과, 상기 제1 피스톤의 로드(34a)(34b)에 각각 고정되어 제1 피스톤(33)이 왕복 이동함에 따라 제2 실린더(35)(36)의 내부를 왕복 이동하면서 제1 유체(31)를 압축하는 제2 피스톤(37)(38)으로 이루어진 제1 압축기(30)와; 상기 제2 실린더(35)(36)와 제1,2 연결관(39)(49)으로 연결되어 1차 유압이 작용됨에 따라 제3 실린더(42)의 내부를 왕복 이동하는 제3 피스톤(43)과, 상기 제3 피스톤(43)의 로드(44a)(44b)에 각각 고정되어 제3 피스톤(43)이 왕복 이동함에 따라 제4 실린더(45)(46)의 내부를 왕복 이동하면서 제2 유체를 압축하는 제4 피스톤(47)(48)으로 이루어진 제2 압축기(40)와; 상기 제4 실린더(45)(46)와 제3,4 연결관(51)(52)으로 연결되어 2차 유압이 작용됨에 따라 동작하는 산업기기(50)와, 상기 제3,4 연결관(51)(52) 상에 설치된 여러 개의 체크밸브(53)(54)로 구성된 것을 특징으로 하는 용적식 압축기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 기어펌프(20)는 DC모터 기어펌프인 것을 특징으로 하는 용적식 압축기.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1,2 압축기(30)(40)의 내경이 동일한 것을 특징으로 하는 용적식 압축기.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 압축기(30)의 내경이 제2 압축기(40)의 내경보다 크거나, 작은 것을 특징으로 하는 용적식 압축기.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1,2 실린더(32)(35)(36)의 내경이 동일한 것을 특징으로 하는 용적식 압축기.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 실린더(32)의 내경이 제2 실린더(35)(36)의 내경보다 크거나, 작은 것을 특징으로 하는 용적식 압축기.

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