KR20120102904A - 가스압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스를 압축하는 가스압축기에 관한 것으로, 압축기의 구조를 획기적으로 개선하여 소용량의 기어펌프를 이용하여 얻어진 오일의 힘을 이용하여 흡입된 저압의 가스를 고압으로 압축하여 냉동싸이클 등에 적용할 수 있도록 한 것이다.
이를 위해, 오일탱크(23) 내에 담겨진 오일(24)을 모터(21)의 구동으로 펌핑하는 기어펌프(22)와, 상기 기어펌프의 일 측에 수직으로 설치된 제1실린더(25)와, 상기 제1실린더의 내부에 승강 가능하게 설치된 피스톤로드(26)에 고정되어 각 포트(28a)(28b)에 연결된 연결관(29a)(29b)을 통해 솔레노이드밸브(30)의 절환으로 기어펌프(22)에서 펌핑된 오일(24)이 공급됨에 따라 피스톤로드(26)를 승강시키는 제1피스톤(27)과, 상기 제1실린더의 상부에 설치되어 흡입된 가스가 압축되도록 하는 제2실린더(34)와, 상기 제2실린더의 하부를 폐쇄함과 동시에 제2실린더의 내부에 있던 공기를 외부로 배출하는 공기통로(36a)를 갖는 폐쇄판(36)과, 상기 제2실린더(34)의 내부에 위치하는 피스톤로드(26)의 선단에 고정되어 가스를 압축하는 제2피스톤(35)과, 상기 제2실린더(34)의 상부에 설치된 흡,배기밸브(32)(33)로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

가스압축기{omitted}

본 발명은 가스를 압축하는 가스압축기에 관한 것으로써, 좀더 구체적으로는 적은 동력을 이용하여 유체를 압축하여 필요한 압력의 가스를 얻을 수 있도록 하는 가스압축기에 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 되었고, 이에 따라 냉동싸이클이 적용되는 기기의 크기가 커지게 되었음은 물론 기기의 가동에 따른 소비전력이 증대되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로써, 압축기의 구조를 획기적으로 개선하여 소용량의 기어펌프를 이용하여 얻어진 오일의 힘을 이용하여 흡입된 저압의 가스를 고압으로 압축하여 냉동싸이클 등에 적용할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 오일탱크 내에 담겨진 오일을 모터의 구동으로 펌핑하는 기어펌프와, 상기 기어펌프의 일 측에 수직으로 설치된 제1실린더와, 상기 제1실린더의 내부에 승강 가능하게 설치된 피스톤로드에 고정되어 각 포트에 연결된 연결관을 통해 솔레노이드밸브의 절환으로 기어펌프에서 펌핑된 오일이 공급됨에 따라 피스톤로드를 승강시키는 제1피스톤과, 상기 제1실린더의 상부에 설치되는 제2실린더와, 상기 제2실린더의 하부를 폐쇄함과 동시에 제2실린더의 내부에 있던 공기를 외부로 배출하는 공기통로를 갖는 폐쇄판과, 상기 제2실린더의 내부에 위치하는 피스톤로드의 선단에 고정되어 가스를 압축하는 제2피스톤과, 상기 제2실린더의 상부에 설치된 흡, 배기밸브로 구성된 것을 특징으로 하는 가스압축기가 제공된다.

본 발명은 기어펌프에서 생성된 작은 압력을 이용하여 제2실린더의 내부로 흡입된 가스를 높은 압력으로 압축할 수 있게 됨은 물론 원하는 가스압력 및 양에 따라 제2실린더 및 제2피스톤의 크기를 임의로 변경하여 적용할 수 있게 되므로 그 구조를 크게 변경하지 않고도 다양한 용량의 압축기를 생산할 수 있게 되고, 이에 따라 가스압축기를 저렴한 가격으로 널리 보급할 수 있는 효과를 얻게 된다.

도 1은 종래 용적식 압축기의 일 실시예를 나타낸 종단면도
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 종단면도로써,
도 2a는 제1,2피스톤이 하사점에 위치되어 제2실린더의 내부에 가스를 흡입한 상태도
도 2b는 제1,2피스톤이 상사점에 위치되어 압축된 가스를 배출한 상태도
도 3은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 종단면도

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

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 종단면도로써, 본 발명은 모터(21)에 의해 기어펌프(22)가 구동함에 따라 상기 기어펌프가 오일탱크(23) 내에 담겨진 오일(24)을 펌핑하도록 되어 있고 상기 기어펌프(22)의 일 측에는 제1실린더(25)가 수직으로 설치되어 있다.

그리고 상기 제1실린더(25)의 내부에 피스톤로드(26)가 승, 하강 가능하게 설치되어 있고 상기 피스톤로드의 하부에는 제1피스톤(27)이 고정되어 있어 제1실린더의 각 포트(28a)(28b)에 연결된 연결관(29a)(29b) 중 어느 하나의 연결관을 통해 솔레노이드밸브(30)의 절환으로 기어펌프(22)에서 펌핑된 오일(24)이 공급됨에 따라 피스톤로드(26)가 승, 하강하도록 되어 있다.

상기 제1실린더(25)의 하부에 스토퍼(31)를 설치하면 스토퍼의 높이에 따라 제1피스톤(27)의 스트로크를 용이하게 조절할 수 있게 된다.

또한, 상기 제1실린더(25)의 상부에 흡, 배기밸브(32)(33)를 구비하는 제2실린더(34)가 설치되어 있고 상기 제2실린더의 내부에 위치하는 피스톤로드(26)의 선단에는 제2피스톤(35)이 고정되어 있으며 상기 제2실린더(34)의 하부는 공기통로(36a)가 형성된 폐쇄판(36)으로 폐쇄되어 있는데, 이 때 상기 폐쇄판(36)은 제2실린더(34)의 하부는 물론 제1실린더(25)의 상부도 함께 폐쇄하게 된다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 종단면도로써, 압축기(P)가 병렬로 설치되어 있고 상기 각 압축기를 구성하는 제1실린더(25)의 내부에는 제1피스톤(27)이 고정된 피스톤로드(26)가 설치됨과 동시에 상기 제2실린더(34)의 내부에 위치하는 피스톤로드(26)의 선단에는 제2피스톤(35)이 고정되어 있으며 각 제1실린더(25)의 각 포트(28a)(28b)에 연결된 연결관(29a)(29b)에는 솔레노이드밸브(30)가 각각 설치되어 있다.

이러한 구성은 1개의 기어펌프(22)를 이용하여 여러 개의 압축기(P)를 동시에 구동시킬 수 있도록 한 것으로, 기어펌프(22)의 용량에 따라 압축기를 적절히 배치하여 사용할 수 있는 특징을 갖는다.

이 경우, 압축기(P)를 짝수 개로 배치하여 홀 수 번째의 압축기가 압축될 때 짝 수 번째에 위치하는 압축기는 배기되도록 구성하는 것이 적은 용량의 기어펌프(22)를 이용하여 최대한의 압축가스를 얻을 수 있으므로 보다 바람직하다.

도면 중 미설명 부호, (37)은 콘트롤 패널이고, (38)은 제1피스톤(27)의 외주면에 설치되는 오링이며, (39)는 폐쇄판(36)에 설치되는 오링이고, (40)은 제2피스톤(35)의 외주면에 고정된 피스톤 링이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2a와 같이 제1,2피스톤(27)(35)이 하사점에 위치된 상태에서는 흡입밸브(32)를 통해 저압의 가스가 제2실린더(34)의 내부로 흡입된 상태이다.

이러한 상태에서 흡입된 저압의 가스를 압축하기 위해 솔레노이드밸브(30)가 절환되어 기어펌프(22)의 구동으로 압축된 오일(24)이 연결관(29b) 및 포트(28b)를 통해 제1실린더(25)의 하부로 유입되면 하사점에 위치되어 있던 제1피스톤(27)이 유입된 오일(24)의 압력에 의해 점진적으로 상승하게 되고, 이에 따라 피스톤로드(26)의 선단에 고정되어 제2실린더(34)의 하사점에 위치되어 있던 제2피스톤(35)도 상승하면서 제2실린더(34)에 있던 저압의 가스를 압축하게 된다.

계속되는 피스톤로드(26)의 상승으로 제2피스톤(35)이 도 2b와 같이 상사점까지 이동하여 제2실린더(34)의 내부에 있던 가스를 고압으로 압축시키고 나면 배기밸브(33)가 개방되어 압축된 고압가스를 배출시키게 되므로 소정의 압력으로 압축된 고압가스가 냉동싸이클(도시는 생략함) 측으로 공급된다.

한편, 제2피스톤(35)이 상사점에 도달하여 제2실린더(34)에서 고압으로 압축된 가스를 배출한 다음 솔레노이드밸브(30)의 절환으로 기어펌프(22)에서 압축된 오일(24)이 또 다른 연결관(29a) 및 포트(28a)를 통해 제1실린더(25)의 상부로 공급되면 상사점에 위치되어 있던 제1피스톤(27)이 하강하게 되므로 피스톤로드(26)의 선단에 고정되어 있던 제2피스톤(35)도 함께 하강하게 된다.

이에 따라, 제2실린더(34)의 내부 압력이 떨어져 흡입밸브(32)가 개방되어 냉동싸이클에서 열 교환을 하고 난 저압의 가스를 제2실린더(34)의 내부로 흡입하게 되는데, 상기 제2피스톤(35)의 하강 시 제2피스톤(35)의 하부에 존재하던 공기는 폐쇄판(36)에 형성된 공기통로(36a)를 통해 외부로 배출되므로 제2피스톤(35)의 원활한 하강이 가능해지게 된다.

한편, 도 3과 같이 압축기(P)를 병렬로 복수 개 설치하여 1개의 기어펌프(22)에 의해 복수 개의 압축기를 동시에 작동시킴에 따라 많은 양의 가스를 압축시키기 위해 기어펌프(22)가 작동하면 기어펌프(22) 측으로부터 1,3번째 위치하는 압축기(P)의 제2피스톤(35)은 상사점에 위치되어 있어 기어펌프에서 압축된 오일(24)이 연결관(29a) 및 포트(28a)를 통해 제1실린더(25)의 상부로 공급되고, 2,4번째 위치하는 압축기(P)의 제2피스톤(35)은 하사점에 위치되어 있어 기어펌프에서 압축된 오일(24)이 연결관(29b) 및 포트(28b)를 통해 제1실린더(25)의 하부로 공급되므로 1,3번째 위치하는 압축기의 제2피스톤(35)은 하강하고, 2,4번째 위치하는 압축기의 제2피스톤(35)은 상승하게 된다.

이에 따라, 1,3번째 위치하는 압축기(P)의 제2실린더(34)에서 흡입밸브(32)가 개방되어 저압의 가스가 제2실린더(34)의 내부로 흡입됨과 동시에 2,4번째 위치하는 압축기(P)의 제2실린더(34)의 내부에 있던 저압의 가스가 점진적으로 압축되므로 제2피스톤(35)이 상사점에 도달하는 지점에서 배기밸브(33)가 열려 고압의 가스를 배출시키게 된다.

전술한 바와 같은 동작으로 1,3번째 위치하는 압축기(P)의 제2실린더(34)의 내부에 저압의 가스를 흡입함과 동시에 2,4번째 위치하는 압축기(P)의 제2실린더(34)에서 가스를 고압으로 압축하여 배출시키고 나면 각 솔레노이드밸브(30)가 절환되므로 기어펌프(22)에서 압축된 오일(24)이 연결관(29b) 및 포트(28b)를 통해 1,3번째 위치하는 제1실린더(25)의 하부로, 연결관(29a) 및 포트(28a)를 통해 2,4번째 위치하는 제1실린더(25)의 상부로 각각 공급된다.

이에 따라, 1,3번째 위치하는 압축기(P)의 제2피스톤(35)이 상승하고, 2,4번째 위치하는 압축기(P)의 제2피스톤(35)은 하강하게 되므로 1,3번째 위치하는 압축기(P)의 제2실린더(34)의 내부에 있던 저압의 가스를 점진적으로 압축시켜 제2피스톤(35)이 상사점에 도달하는 지점에서 배기밸브(33)를 통해 고압의 가스를 배출시킴과 동시에 2,4번째 위치하는 압축기(P)의 제2실린더(34)에 있던 흡입밸브(32)는 개방하게 되므로 저압의 가스를 제2실린더(34)의 내부로 흡입하게 된다.

이러한 동작은 모터(21)의 구동으로 기어펌프(22)가 작동하는 동안에 지속적으로 반복 동작하게 됨은 이해 가능한 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.

21 : 모터 22 : 기어펌프
23 : 오일탱크 25 : 제1실린더
26 : 피스톤로드 27 : 제1피스톤
28a, 28b : 포트 29a, 29b : 연결관
30 : 솔레노이드밸브 31 : 스토퍼
32 : 흡입밸브 33 : 배기밸브
34 : 제2실린더 35 : 제2피스톤
36 : 폐쇄판

Claims (3)

1. 오일탱크(23) 내에 담겨진 오일(24)을 모터(21)의 구동으로 펌핑하는 기어펌프(22)와, 상기 기어펌프의 일 측에 수직으로 설치된 제1실린더(25)와, 상기 제1실린더의 내부에 승강 가능하게 설치된 피스톤로드(26)에 고정되어 각 포트(28a)(28b)에 연결된 연결관(29a)(29b)을 통해 솔레노이드밸브(30)의 절환으로 기어펌프(22)에서 펌핑된 오일(24)이 공급됨에 따라 피스톤로드(26)를 승강시키는 제1피스톤(27)과, 상기 제1실린더의 상부에 설치되어 흡입된 가스가 압축되도록 하는 제2실린더(34)와, 상기 제2실린더의 하부를 폐쇄함과 동시에 제2실린더의 내부에 있던 공기를 외부로 배출하는 공기통로(36a)를 갖는 폐쇄판(36)과, 상기 제2실린더(34)의 내부에 위치하는 피스톤로드(26)의 선단에 고정되어 가스를 압축하는 제2피스톤(35)과, 상기 제2실린더(34)의 상부에 설치된 흡,배기밸브(32)(33)로 구성된 것을 특징으로 하는 가스압축기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1실린더(25)의 하부에 제1피스톤(27)의 스트로크를 조절하기 위한 스토퍼(31)가 설치된 것을 특징으로 하는 가스압축기.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1,2실린더(25)(34)를 병렬로 설치하여 상기 각 제1실린더(25)의 내부에 제1피스톤(27)이 고정된 피스톤로드(26)를 설치함과 동시에 상기 제2실린더(34)의 내부에 위치하는 피스톤로드(26)의 선단에는 제2피스톤(35)을 고정하고 각 제1실린더(25)의 각 포트(28a)(28b)에 연결된 연결관(29a)(29b)에는 솔레노이드밸브(30)를 각각 설치하여서 된 것을 특징으로 하는 가스압축기.

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