KR20120078002A

KR20120078002A - 공기압축기의 자동 무부하 기동운전장치

Info

Publication number: KR20120078002A
Application number: KR1020100140156A
Authority: KR
Inventors: 성갑제
Original assignee: 주식회사코핸즈
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2010-12-31
Publication date: 2012-07-10

Abstract

본 발명은 공기압축기를 운전하기 위한 기동을 하거나 자동 정지 후 재기동을 할 때 자동으로 생산된 압축공기를 일시적으로 저장하지 않고 무부하(無負荷)로 운전을 하다가 모터가 정상속도에 도달하면 비로소 생산된 압축공기를 저장하는 부하운전을 하며, 리시버탱크에 설정압력이 저장되면 다시 생산된 압축공기를 저장하지 않고 무부하로 운전되게 자동으로 전환하도록 유도하는 공기압축기의 자동 무부하 기동운전장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 모터축에 순간적으로 발생하던 최대부하를 경감하여 모터축이 부러지거나 피로가 누적됨을 방지하여 내구성을 향상함은 물론 더욱 원활한 자동 무부하 운전을 구현함에도 이에 따른 무부하 운전장치의 구조는 매우 간소함으로써 제작이 용이하고, 코스트가 낮아 매우 경제성이 뛰어난 효과를 제공함을 특징으로 한다.

Description

공기압축기의 자동 무부하 기동운전장치{Booting drive device with auto unloading of air compressor }

본 발명은 공기압축기를 운전하기 위한 기동을 하거나 자동 정지 후 재기동을 할 때 자동으로 생산된 압축공기를 일시적으로 저장하지 않고 무부하(無負荷)로 운전을 하다가 모터가 정상속도에 도달하면 비로소 생산된 압축공기를 저장하는 부하운전을 하며, 리시버탱크에 설정압력이 저장되면 다시 생산된 압축공기를 저장하지 않고 무부하로 운전되게 자동으로 전환하도록 유도하는 기술에 관한 것이다.

통상의 피스톤식 공기압축기는 운전기동을 하거나 또는 운전을 멈추고 정지를 하였다가 다시 기동을 할 때마다 모터는 최대 부하현상이 나타남에 따라 이를 경감시켜줄 필요성이 있고, 또한 압축공기를 저장하는 리시버탱크에 설정압력이 저장되면 공기압축기의 운전을 자동으로 정지하게 하거나 또는 부무하상태로 운전을 하게 할 필요성이 있다.

특히 압축공기의 제공량이 사용량보다 미량만 많을 때에는 공기압축기는 더욱 잦은 정지와 기동을 반복하여야만 하고, 이와 같은 정지와 운전을 전기적으로 자유롭게 제어할 수 있으나 산업전력을 사용하는 모터와 달리 연료를 사용하는 엔진으로 발전을 하는 전기로 모터를 사용하는 공기압축기의 경우는 잦은 기동으로 발전기에 걸리는 과부하를 경감시키거나 해소하기 위해서는 일시적으로 압축공기를 생산하더라도 저장이 되지 않으면서 모터는 연속으로 운전되는 무부하운전상태를 만족할 수 있는 기술이 절대적으로 필요하다.

이러한 필요성을 만족시키기 위한 종래의 기술로는 모터를 사용할 때 저장압력에 반응하도록 설계된 압력자동스위치의 제어를 받아 솔레노이드밸브를 사용하여 무부하운전 또는 무부하 기동을 유도할 수 있는 전기적인 제어방법에 의한 장치가 당 기술분야에서 대표적인 기술로 사용되고 있으며, 이 경우 상기 솔레노이드밸브를 사용하면 셀렉터 스위치의 기능선택에 따라 공기압축기의 운전을 정지시키는 방식과 운전을 연속하되 흡입공기를 다시 흡기밸브로 도로 내보내도록 하여 압축공기로 되지 못하도록 장치의 무부하운전을 선택할 수 있게 된다.

그러나 상기 압력자동스위치 이외에도 별도의 솔레노이드밸브, 타이머 또는 압력배출지연밸브와 같은 다수의 추가부품을 사용하여야만 함으로써 구조가 매우 복잡한 단점이 있고, 코스트가 높아 경제성이 저하는 불합리한 문제점이 야기되며, 특히 솔레노이드밸브는 동절기에 한파의 영향으로 얼어서 작동이 되지 못 하다가 관형코일이 타버리는 경향이 왕왕 발생하는 것이 사실이다.

한편, 파일럿밸브를 사용한 기계적인 제어방법에 의한 장치가 제안되고 있는 것으로, 상기 파일럿밸브는 리시버탱크의 압력에 의하여 밸브가 열리게 하여 리시버탱크의 압력이 파일럿밸브의 작동구로 압력이 배출될 때 이 압력을 이용하여 실린더헤드에 설치된 흡입밸브를 강제로 누를 수 있는 압력회로를 연결하여 줌으로써 상기 흡입밸브가 닫히지 못하면서 생성되는 압축공기가 흡입구로 토출되어 무부하운전을 유도한다.

그러나 이 과정에서 흡입구에 연결된 에어필터가 쉽게 손상되며, 그나마 에어필터의 손상을 방지하기 위해서는 필터지의 내, 외부를 철이나 플라스틱으로 제조된 타공망으로 감싸는 구조가 동반되어야만 함으로써 그만큼 비용이 증가하는 문제점이 야기된다.

또한, 무부하운전에 관련한 또 다른 선행기술은 여러 기통의 흡입구를 하나의 매니폴드로 유도하는 구조로 만들어서 흡입구를 닫아버리고 있으나, 이 경우 흡입구를 강제적으로 막게 되어 실제는 고정된 압축실린더와 상하로 작동하는 피스톤은 진공상태에서 피스톤 작용을 하게 되므로 크랭크실의 윤활유를 흡입할 우려가 큰 것이었다.

아울러 상기한 종래의 모든 선행기술은 정속으로 운전되고 있는 모터의 축에 무부하 제어가 해제되면서 갑자기 흡입밸브를 작동하게 되면 모터축에는 순간 최대부하가 갑자기 걸리게 되어 상기 모터축이 부러지는 일이 발생하는 공통적인 폐단이 있다.

본 발명은 흡입공기를 도로 토출시키거나 아예 흡입을 차단하던 종래의 무부하 운전장치가 내포하고 있는 제반 문제점을 적극적으로 해소하기 위한 것으로, 공기압축기를 초기 기동하거나 또는 정지하였다가 재기동할 때 자동으로 모터의 부하를 경감시키거나 해제하는 방안으로 항상 개방된 상태의 무부하 밸브를 통해 배기를 압축공기로 저장되지 못하게 대기중으로 자연 방출하다가 상기 모터가 정상속도에 도달하여 압축공기의 생산주기가 빨라지면 자동으로 무부하 밸브가 닫히면서 압축공기를 리시버탱크로 유입하여 저장할 있도록 하고, 상기 리시버탱크에 설정된 압력의 압축공기가 저장되면 리시버탱크에 설치된 파일럿밸브에서 토출되는 토출압력을 이용하여 상기 무부하 밸브를 강제로 개방하여 계속 생산되는 압축공기를 대기중으로 방출하면서 무부하 운전상태를 유지할 수 있도록 함을 발명의 해결과제로 한다.

본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위한 수단으로 실린더헤드에 수평상으로 형성된 배기통로와 수직으로 연통하는 배기구에 리시버탱크와 연결된 배기관을 연결 설치하고, 상기 배기통로의 개방된 선단에는 무부하 밸브를 끼움 설치하며, 상기 무부하 밸브에 일체로 연결된 밸브개방용 압력관을 리시버탱크에 설치된 파일럿밸브와 연결하는 기술을 강구한다.

또한, 본 발명의 무부하 밸브는 상기 배기통로의 선단에 밸브몸체를 나사결합 설치하되 상기 밸브몸체는 중앙의 관통부 양측에 각각 스프링 작동부 및 플런저 작동부를 개방 형성하고, 상기 관통부의 외측에는 스프링 지지홈을 함몰 형성하며, 상기 스프링 지지홈에는 밸브몸체의 외경에 개방 형성된 압축공기 방출로와 연통하는 다수의 유로를 형성하는 기술을 강구하는 한편, 상기 관통부에는 일측 선단에 플런저가 형성된 플런저로드를 관통 설치하고, 상기 플런저로드의 타측에는 밸브디스크를 설치하며, 상기 밸브디스크와 스프링 지지홈의 사이에는 스프링을 탄력 설치하고, 상기 플런저 작동부의 선단에는 밸브개방용 압력관과 연결되는 엔드캡을 막음 설치하는 기술을 강구한다.

본 발명에 따르면, 공기압축기를 초기 기동하거나 운전 정지 후 재기동을 할 흡입밸브는 지속적으로 정상 가동하면서 압축공기를 생산함에도 무부하 밸브를 통해 상기 압축공기를 저장되지 못하게 대기중으로 자연 방출하는 일시적인 무부하(無負荷) 운전을 수행함으로써 상기 흡입밸브가 갑자기 작동함으로 인해 모터축에 순간적으로 발생하던 최대부하를 경감하여 모터축이 부러지거나 피로가 누적됨을 방지하여 내구성을 향상시키는 효과를 제공한다.

또한, 원활한 자동 무부하 운전을 구현함에도 이에 따른 무부하 운전장치의 구조는 매우 간소함으로써 제작이 용이하고, 코스트가 낮아 매우 경제성이 뛰어난 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명이 적용된 공기압축기의 정면도
도 2는 본 발명의 실린더헤드에 배기관, 무부하 밸브가 설치된 상태의 종단면도
도 3은 본 발명의 무부하 밸브가 개방된 상태의 압축공기 방출상태도
도 4는 본 발명 도 3의 A-A선 단면도
도 5는 본 발명 밸브몸체의 내부구조를 나타낸 종단면도
도 6은 본 발명의 무부하 밸브가 닫히는 상태의 종단면도
도 7은 본 발명의 파일럿밸브에서 압력이 토출되는 상태도
도 8은 본 발명의 무부하 밸브가 자동으로 개방되는 상태의 종단면도

본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결수단을 보다 구체적으로 구현하기 위한 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전체적인 기술구성을 첨부된 도면에 의거 개략적으로 살펴보면, 압축펌프(2)의 압축실린더(3) 상단에 설치되되, 저면 양측에 형성된 흡기홀(102) 및 배기홀(103)과 각각 상측으로 연통하는 흡기구(104) 및 배기통로(105)가 수평상으로 마주하게 설치되고, 상기 배기통로(105)의 선단에 인접하는 저면에 배기통로(105)와 수직으로 연통하는 배기구(106)가 형성된 실린더헤드(100)와; 상기 배기구(106)와 리시버탱크(4)의 사이에 연결 설치된 배기관(200)과; 상기 배기통로(105)의 선단에 끼움 설치된 무부하 밸브(300)와; 상기 무부하 밸브(300)와 리시버탱크(4)에 설치된 파일럿밸브(450)의 사이에 연결 설치된 밸브개방용 압력관(400)의 유기적인 결합구성으로 이루어짐을 알 수 있다.

이하, 상기 개략적인 구성으로 이루어진 본 발명을 실시 용이하도록 좀더 상세하게 설명하기로 한다.

우선적으로 본 발명의 실린더헤드(100)는 공기압축기(1)를 구성하는 압축펌프(2)의 압축실린더(3) 상단에 설치되는 것으로, 저면에 돌출형성된 밸브시트면(101)의 중앙에 각각 하부가 개방된 한 쌍의 흡기홀(102) 및 배기홀(103)이 이격된 상태로 형성되고, 상기 흡기홀(102) 및 배기홀(103)과 각각 상측으로 연통하는 흡기구(104) 및 배기통로(105)가 수평상으로 마주하게 설치됨으로써 상기 흡기구(104) 및 배기통로(105)는 내측 선단부가 흡기홀(102) 및 배기홀(103)의 상부와 각각 일체로 연통하는 상태를 유지하면서 상호 ㄱ형의 흡기회로 및 배기회로를 구성하며, 상기 배기통로(105)의 선단에 인접하는 저면에는 배기통로(105)와 수직으로 연통하는 배기구(106)가 형성되는 특별한 구성으로 이루어진다.

이와 같은 구조의 실린더헤드(100)에 형성된 배기구(106)와 리시버탱크(4)의 사이에는 배기관(200)이 연결 설치됨으로써 압축공기를 리시버탱크(4)에 압축 저장할 수 있으며, 이때 상기 배기관(200)과 리시버탱크(4)의 사이에는 압축공기가 역류됨을 방지하는 역류방지변(5)이 추가로 설치된다.

한편, 상기 배기통로(105)의 선단에는 본 발명의 핵심기술인 무부하 밸브(300)가 끼움 설치되고, 상기 리시버탱크(4)에는 설정안전압력 이상으로 상승하면 유체를 토출시켜 압력을 조절하는 파일럿밸브(450)가 설치되며, 상기 무부하 밸브(300)와 파일럿밸브(450)의 사이에는 밸브개방용 압력관(400)이 연결 설치됨으로써 공기압축기(1)를 초기 기동하거나 운전 정지 후 재기동을 할 때 자연스럽게 일시적으로 무부하 상태를 유지함은 물론 상기 리시버탱크(4)에 설정 압력이 저장되면 상기 파일럿밸브(450)를 통해 토출하는 압력을 이용하여 무부하 밸브(300)를 개방함으로써 압축공기를 정상적으로 압축저장하던 부하 운전상태에서 무부하 운전상태로 자동 전환할 수 있는 특별한 효과를 제공한다.

이와 같은 본 발명의 핵심기술인 무부하 밸브(300)는 도 3 내지 도 5와 같이 배기통로(105)의 선단에 일체로 나사결합 설치되는 밸브몸체(310), 플런저로드(320), 플런저(330), 밸브디스크(340), 스프링(350), 엔드캡(360)의 구성요소로 크게 나눌 수 있다.

상기 밸브몸체(310)는 중앙에 관통부(311)가 형성되고, 상기 관통부(311)의 양측에 각각 스프링 작동부(312) 및 플런저 작동부(313)가 개방 형성되며, 외주연에는 선택적으로 압축공기를 대기중으로 방출하면서 무부하 운전을 만족할 수 있도록 하는 압축공기 방출로(314)가 형성되고, 상기 관통부(311)의 외측에는 스프링 작동부(312)와 연결된 스프링 지지홈(315)이 함몰 형성되며, 상기 스프링 지지홈(315)에는 상기 압축공기 방출로(314)와 연통하는 다수의 유로(316)가 방사상으로 형성됨으로써 상기 유로(316)를 통과하는 압축공기는 압축공기 방출로(314)를 통해 대기중으로 방출될 수 있게 된다.

상기 관통부(311)와 스프링 작동부(312)에는 플런저로드(320)가 좌우로 슬라이딩 이동가능하도록 관통하여 설치되고, 상기 플런저로드(320)의 일측 선단에는 플런저(330)가 형성되되 이 플런저(330)는 플런저 작동부(313)에 삽입 설치된 상태를 유지한다.

그리고 상기 플런저로드(320)의 타측 선단에는 플런저로드(320)보다 작은 직경으로 형성된 디스크축(325)이 상기 스프링 작동부(312)를 관통하여 외부로 노출하도록 일체로 연장 설치되고, 상기 디스크축(325)의 외경에는 선택적으로 밸브몸체(310)의 측면(310a)에서 떨어지거나 또는 밀착되면서 무부하 밸브(300)의 개폐를 자동으로 단속하는 역할을 수행하는 밸브디스크(340)가 끼움 설치되며, 순차적으로 밸브디스크(340)에 연속하여 디스크축(325)에는 너트부재(327)가 나사결합됨으로써 상기 밸브디스크(340)는 디스크축(325)에서 유동 없는 견고한 고정상태를 유지할 수 있게 된다.

또한, 상기 플런저로드(320)의 외측에는 스프링(350)이 끼워진 상태에서 상기 스프링(350)의 양측은 밸브디스크(340) 및 스프링 지지홈(315)에 각각 탄력 지지된 상태를 유지함으로써 상기 스프링(350)의 탄성에 의해 밸브디스크(340)는 배기통로(105)의 내측 방향으로 밀리면서 밸브몸체(310)의 측면(310a)과 떨어진 개방상태를 항상 유지함에 따라 공기압축기(1)의 초기 기동이나 재기동시 압축공기를 저장하지 못하도록 대기중으로 방출할 수 있는 효과를 제공한다.

아울러 상기 플런저 작동부(313)의 선단에는 플런저(330)가 외부로 이탈되거나 노출됨을 방지하는 엔드캡(360)이 막음 설치되되, 상기 엔드캡(360)의 외경에 끼움 설치된 오링(361)은 플런저 작동부(313)의 내경에 밀착되면서 뛰어난 기밀성을 유지하고, 상기 엔드캡(360)의 중앙에는 플런저 작동부(313)와 상호 연통하는 밸브개방용 압력관(400)이 관통 설치된다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 도 3과 같이 밸브디스크(340)가 밸브몸체(310)의 측면(310a)과 떨어지면서 개방된 상태를 유지함으로써 공기압축기(1)의 모터(6)를 초기 기동하거나 또는 정지하였다가 재기동할 때 배기통로(105) 내의 압축공기가 배기관(200)으로 유입되면서 압축 저장되지 않고, 상기 스프링 작동부(312) 및 다수의 유로(316)를 순차적으로 경유하여 압축공기 방출로(314)를 통해 대기중으로 방출하면서 무부하 상태를 유지한다.

이때 상기 리시버탱크(4) 내의 공기는 역류방지변(5)에 의해 대기중으로 배출되지 않고, 다만 배기관(200) 내의 압축공기만 외부로 배출하면서 부하를 경감할 수 있게 된다.

이와 같이 압축공기를 대기중으로 방출하다가 상기 모터(6)가 정상속도에 도달하여 압축공기의 생산주기가 빨라지면 상기 압축공기의 압력이 6과 같이 밸브디스크(340)에 가해지면서 밸브디스크(340)는 스프링(350)의 탄성이 작용함에도 수평 이동하여 밸브몸체(310)의 측면(310a)에 밀착됨으로써 상기 무부하 밸브(300)는 닫힌 상태를 유지하여 더이상 압축공기는 대기중으로 방출하지 않고 배기관(200)을 통해 리시버탱크(4)에 압축 저장되는 부하 운전을 한다.

한편, 상기 리시버탱크(4)에는 설정 압력이 저장되면 도 7과 같이 파일럿밸브(450)가 자동으로 압력을 토출하고, 이 토출압력은 도 8과 같이 밸브개방용 압력관(400)을 경유하여 플런저 작동부(313)로 공급됨에 따라 플런저(330)를 가압하여 강제 이동시켜 밸브디스크(340)는 밸브몸체(310)의 측면(310a)으로부터 떨어지면서 무부하 밸브(300)를 자동으로 개방한다.

따라서, 상기 무부하 밸브(300)는 개방된 무부하 운전상태로 자동 전환됨으로써 계속 생산되는 압축공기를 대기중으로 방출할 수 있으며, 상기 리시버탱크(4)에 저장된 압축공기를 사용하여 저장량이 줄어들면 상기 무부하 밸브(300)는 다시 닫히면서 정상적으로 압축공기를 리시버탱크(4)에 저장할 수 있게 된다.

1: 공기압축기 4: 리시버탱크
5: 역류방지변 100: 실린더헤드
104: 흡기구 105: 배기통로
106: 배기구 200: 배기관
300: 무부하 밸브 310: 밸브몸체
312: 스프링 작동부 313: 플런저 작동부
314: 압축공기 방출로 315: 스프링 지지홈
316: 유로 320: 플런저로드
325: 디스크축 327: 너트부재
330: 플런저 340: 밸브디스크
350: 스프링 360: 엔드캡
400: 밸브개방용 압력관 450: 파일럿밸브

Claims

압축펌프(2)의 압축실린더(3) 상단에 설치되되, 저면 양측에 형성된 흡기홀(102) 및 배기홀(103)과 각각 상측으로 연통하는 흡기구(104) 및 배기통로(105)가 수평상으로 마주하게 설치되고, 상기 배기통로(105)의 선단에 인접하는 저면에 배기통로(105)와 수직으로 연통하는 배기구(106)가 형성된 실린더헤드(100)와;
상기 배기구(106)와 리시버탱크(4)의 사이에 연결 설치된 배기관(200)과;
상기 배기통로(105)의 선단에 끼움 설치된 무부하 밸브(300)와;
상기 무부하 밸브(300)와 리시버탱크(4)에 설치된 파일럿밸브(450)의 사이에 연결 설치된 밸브개방용 압력관(400)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기압축기의 자동 무부하 기동운전장치.
제 1항에 있어서,
무부하 밸브(300)는,
배기통로(105)의 선단에 일체로 나사결합 설치되고, 중앙에 형성된 관통부(311)의 양측에 각각 스프링 작동부(312) 및 플런저 작동부(313)가 개방 형성되며, 상기 관통부(311)의 외측에 스프링 작동부(312)와 연결된 스프링 지지홈(315)이 함몰 형성되고, 상기 스프링 지지홈(315)에는 밸브몸체(310)의 외주연에 형성된 압축공기 방출로(314)와 연통하는 다수의 유로(316)가 형성된 밸브몸체(310)와;
상기 관통부(311) 및 스프링 작동부(312)를 관통하여 설치된 플런저로드(320)와;
상기 플런저로드(320)의 일측 선단에 일체로 형성된 채 플런저 작동부(313)에 삽입 설치된 플런저(330)와;
상기 플런저로드(320)의 타측 외경에 끼움 설치된 밸브디스크(340)와;
상기 밸브디스크(340) 및 스프링 지지홈(315)에 양측이 탄력 지지된 스프링(350)과;
상기 플런저 작동부(313)의 선단에 막음 설치되고, 중앙에는 밸브개방용 압력관(400)이 플런저 작동부(313)와 연통가능하게 관통 설치된 엔드캡(360)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기압축기의 자동 무부하 기동운전장치.
제 1항에 있어서,
배기관(200)과 리시버탱크(4)의 사이에는 상기 리시버탱크(4)의 압축공기가 역류됨을 방지하는 역류방지변(5)가 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 공기압축기의 자동 무부하 기동운전장치.
제 1항에 있어서,
플런저로드(320)는 타측 선단에 스프링 작동부(312)를 관통하여 외부로 노출된 디스크축(325)이 일체로 연장 설치되고, 상기 디스크축(325)의 외경에 끼움 설치되는 밸브디스크(340)는 밸브몸체(310)의 측면(310a)에서 떨어지거나 밀착되면서 무부하 밸브(300)의 개폐를 자동으로 단속하며, 상기 밸브디스크(340)에 연속하여 디스크축(325)에는 너트부재(327)가 나사결합된 것을 특징으로 하는 공기압축기의 자동 무부하 기동운전장치.
제 2항에 있어서,
파일럿밸브(450)는 리시버탱크(4)에 설정 압력이 저장되면 자동으로 압력을 토출하고, 이 토출압력은 밸브개방용 압력관(400)을 경유하여 플런저 작동부(313)로 공급되면서상기 플런저(330)를 가압, 이동시켜 밸브디스크(340)가 밸브몸체(310)의 측면(310a)에서 떨어지면서 무부하 밸브(300)를 개방시켜 자동으로 무부하 운전상태로 전환하는 것을 특징으로 하는 공기압축기의 자동 무부하 기동운전장치.