KR20210099941A - 공기 압축기 배출 공기 냉각 순환 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기 압축기 배출 공기 냉각 순환 구조에 관한 것으로, 보다 구체적으로 1단 압축부에서 토출된 공기가 하우징 외측 둘레를 둘러싼 바이패스 라인을 순환하며 하우징 내부의 냉각 라인과 열교환을 통해 냉각되게 함으로써, 뜨거운 공기가 유입구로 그대로 유입되어 효율이 저하되던 종래의 2단 공기 압축기의 문제점을 해결한 발명이다.

Description

공기 압축기 배출 공기 냉각 순환 구조{Exhaust Air Cooling Circulation Structure Of Air Compressor}
본 발명은 공기 압축기 배출 공기 냉각 순환 구조에 관한 것으로, 보다 구체적으로 1단 압축부에서 토출된 공기가 하우징 외측 둘레를 둘러싼 바이패스 라인을 순환하며 하우징 내부의 냉각 라인과 열교환을 통해 냉각되게 함으로써, 뜨거운 공기가 유입구로 그대로 유입되어 효율이 저하되던 종래의 2단 공기 압축기의 문제점을 해결한 발명이다.
일반적으로 공기 압축기는 공기를 흡입하여 흡입된 공기를 목적하는 압력까지 압축하는 것으로서, 크게 공기의 압축을 위한 압축 펌프와 압축된 공기를 저장하는 탱크로 구성된다.
한편, 공기 압축기는 압축 펌프의 압축부 및 하우징 내에 고열이 발생하게 되고, 이 고열은 각종 부품을 손상시키고 공기 압축기의 효율을 떨어뜨리는 원인이다.
종래 공기 압축기의 일 실시 예를 나타내는 사시도인 도 1 및 도 1에 도시된 공기 압축기의 일부 영역을 절취한 상태의 사시도인 도 2를 참조하면, 종래의 공기 압축기는 압축 공기의 온도를 냉각시키고자 하우징(10) 내부의 뜨거운 공기가 외부로 배출될 수 있도록 관통홀(3)을 뚫거나, 내부의 뜨거운 공기를 1단 압축부로 리턴 시켜서 재활용하고, 혹은 1단 압축부에서 2단 압축부로 공기가 이동하는 배관을 길게 형성하고 별도로 송풍팬 등의 냉각 장치를 설치해 간접적으로나마 공기 압축기 내부의 공기가 냉각될 수 있도록 하였다.
그러나, 관통홀(3)을 통하여 외부의 미세 먼지나 이물질들이 공기 압축기 내부로 들어와 축적되고, 이는 공기 압축기의 또 다른 고장과 효율 저하의 원인이 되는 문제점이 있었다.
또한, 관통홀(3)로부터 배관을 연결하여 압축기 내부에서 나오는 공기를 1단 압축부로 리턴시켜서 재활용하는 기술은 보편적이기는 하나, 그 온도가 120℃ 이상으로 상당히 높은 편이며, 120℃ 이상의 공기를 재활용하게 되면 공기 압축기 성능이 저하될 수 밖에 없는 문제가 있었다.
본 발명은 하우징 내부의 뜨거운 공기가 외부로 배출시키면서, 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있는 2단 공기 압축기 및 이를 포함하는 차량을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 공기 압축기 내부에서 나오는 공기를 1단 압축부로 회수시키는 과정에서, 압축부로 유입 전 냉각시킬 수 있는 2단 공기 압축기 및 이를 포함하는 차량을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 외기가 공급되는 유입구, 압축된 공기가 배출되는 배출구 및 관통홀을 갖는 하우징, 하우징 내부에 배치되며, 유입구로 유입된 공기가 전달되는 1단 압축부; 1단 압축부에서 토출된 공기를 다시 압축하는 2단 압축부, 하우징 내부에 배치된, 냉각 라인, 및 관통홀과 유입구를 연결하며, 적어도 일부 영역이 하우징의 외측 둘레를 둘러싸도록 배치된 바이패스 라인을 포함하는 2단 공기 압축기가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 2단 공기 압축기, 및 상기 2단 공기 압축기로 냉각수를 순환시키기 위한 라디에이터를 포함하는 차량이 제공된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 적어도 일 실시 예와 관련된 공기압축기 배출 공기 냉각 순환 구조는 다음과 같은 효과를 갖는다.
관통홀로부터 바이패스 라인을 연결하여 공기 압축기 외부로부터 이물질이 유입되어 고장과 효율 저하의 문제점을 해결하고, 공기 압축기 내부에서 나오는 공기를 1단 압축부로 리턴시켜서 재활용하되, 공기 압축기 표면의 냉각 및 냉각수와의 열교환을 통해 상기 고열의 공기의 온도를 냉각시켜 효율을 향상시켰다.
도 1은 종래 공기 압축기의 일 실시 예를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 공기 압축기의 일부 영역을 절취한 상태의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 바이패스 라인과 냉각 라인이 열교환을 하는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예와 관련된 2단 공기 압축기의 사시도이다.
도 6은 2단 공기 압축기의 내부 공기 순환을 설명하기 위하여 도 5에 도시된 공기 압축기의 일부 영역을 절취한 상태의 사시도이다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 압축기를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1은 종래 공기 압축기의 일 실시 예를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 공기 압축기의 일부 영역을 절취한 상태의 사시도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일 실시 예를 나타내는 개략도이고, 도 4는 본 발명의 바이패스 라인과 냉각 라인이 열교환을 하는 개략도이다. 한편, 도 5는 본 발명의 일 실시 예와 관련된 2단 공기 압축기의 사시도이며, 도 6은 2단 공기 압축기의 내부 공기 순환을 설명하기 위하여 도 5에 도시된 공기 압축기의 일부 영역을 절취한 상태의 사시도이다.
본 발명의 2단 공기 압축기(100)는 외기가 공급되는 유입구(101), 압축된 공기가 배출되는 배출구(102) 및 관통홀(103)을 갖는 하우징(110)을 포함한다.
또한, 상기 하우징(110) 내부에 배치되며, 외부로부터 유입구(101)로 유입된 공기가 전달되어 1차적으로 압축하는 1단 압축부(120)와, 1단 압축부(120)에서 토출된 공기를 다시 2차적으로 압축하는 2단 압축부(130)를 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 공기 압축기는 본 발명의 2단 공기 압축기(100)와 마찬가지로, 유입구(1), 배출구(2) 및 공기 압축기 내부의 고열의 공기를 외부로 배출시키기 위한 관통홀(3)을 포함하였다.
그러나. 관통홀(3)을 포함하는 종래의 공기 압축기들은, 외부의 미세 먼지나 이물질들이 관통홀(3)을 통하여 공기 압축기 내부로 들어와 축적되고, 이는 공기 압축기의 또 다른 고장과 효율 저하의 원인이 되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 관통홀(3)에서 배관으로 연결하여 공기 압축기 내부에서 나오는 공기를 1단 압축부로 리턴시켜서 재활용하는 기술은 보편적이기는 하나, 1단 압축부로 리턴된 공기는 그 온도가 120℃ 이상으로 압축기 성능 및 효율 저하될 수 밖에 없는 상당히 높은 온도라는 문제점이 여전히 있었다.
따라서, 본 발명의 2단 공기 압축기(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 관통홀(103)과 유입구(101)를 연결하며, 적어도 일부 영역이 하우징(110)의 외측 둘레를 둘러싸도록 배치된 바이패스 라인(150)을 포함한다.
또한, 하우징(110) 내부에 배치되는, 2단 공기 압축기(100)의 고열의 공기를 냉각시키기 위한 냉각 라인(140)을 포함한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 바이패스 라인(150)은, 하우징(110) 내부의 냉각 라인(140)과 열교환이 가능하게 배치될 수 있다.
또한, 바이패스 라인(150)은, 하우징(110) 외부에 공급되는 냉각수와 열교환이 가능하게 배치될 수 있다. 2단 공기 압축기(100)의 하우징(110) 외부는 지속적인 냉각수 공급에 의해 표면 온도가 일정하게 유지되기 때문에, 바이패스 라인(150)을 통해 1단 압축부(120)로 재활용되어 유입되는 공기의 온도를 보다 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
또한, 상기 바이패스 라인(150)은 구리, 알루미늄 군으로부터 선택되는 1종 이상의 재질로 형성될 수 있으며, 합금일 수도 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 바이패스 라인(150)은 1단 압축부(120) 측에 인접하여 배치되며, 상기 2단 공기 압축기(100) 외측 둘레를 따라 배치될 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 바이패스 라인(150)은 적어도 1회 이상 하우징(210)의 외측 둘레를 감싸도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 2회 또는 3회 이상 하우징(110)의 외측 둘레를 감싸도록 배치될 수도 있다.
보다 구체적으로, 바이패스 라인(150)이 하우징(210)의 외측 둘레를 감싸는 횟수를 늘려서, 하우징(210) 내부의 냉각 라인(140)과 하우징(210) 외부의 냉각수와 열교환 가능한 접촉 면적을 늘릴 수 있다. 이로 인해, 2단 공기 압축기(100)가 사용되는 용도 및 효율을 고려하여 1단 압축부(120)로 재활용되어 유입되는 공기의 온도를 적절하게 조절 할 수 있다.
또한, 바이패스 라인(250)은 하우징(210)의 외측 둘레에 접촉하도록 배치될 수 있으며, 하우징(210)의 외측 둘레로부터 소정의 간격을 두고 이격되어 배치될 수도 있다.
한편, 관통홀(203)에서 배출된 공기는 고온이고, 고온의 공기가 바로 2단 공기 압축기(200)의 유입구(201) 측으로 순환되는 것은 고온의 공기가 다시 1차 압축부(220)를 통과하며 하우징(210) 내부의 온도가 더욱 상승하기 때문에, 2단 공기 압축기(200)의 효율을 저하하는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명에서는 유입구(201)로 유입되는 제2공기의 온도를 냉각시키기 위하여, 관통홀(203)에서 배출된 공기가 바이패스 라인(250)을 통해 우회하도록 하였다.
아울러, 외부로부터 유입구(101)를 통해 1단 압축부(120)로 전달되는 제1 공기 및 바이패스 라인(150)을 통해 유입구(101)로 재활용되어 전달되는 제2 공기의 온도 차이는 60℃ 이하일 수 있다.
나아가, 2단 공기 압축기(100)의 하우징(110) 내부의 각종 부품을 손상시키지 않고 효율을 떨어뜨리지 않는 상기 제2공기의 온도는 100℃일 수 있다. 보다 구체적으로 90℃ 내지 120℃, 95℃ 내지 120℃, 100℃ 내지 120℃, 105℃ 내지 120℃, 110℃ 내지 120℃, 115℃ 내지 120℃, 90℃ 내지 115℃, 95℃ 내지 115℃, 100℃ 내지 115℃, 105℃ 내지 115℃, 110℃ 내지 115℃, 90℃ 내지 110℃, 95℃ 내지 110℃, 100℃ 내지 110℃, 105℃ 내지 110℃, 90℃ 내지 105℃, 95℃ 내지 105℃, 100℃ 내지 105℃, 90℃ 내지 100℃, 또는 95℃ 내지 100℃일 수도 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상기 2단 공기 압축기(100)로 냉각수를 순환시키기 위한 라디에이터(160)를 더 포함할 수 있고, 상기 2단 공기 압축기(100) 및 라디에이터(160)를 포함하는 차량을 제공한다. 상기 2단 공기 압축기(100)는 수소 차량, 자동차 정비소, 조선소, 도장 업체, 공기 포장을 위한 식음료 분야, 가스석유 탐사를 위한 설비 및 산업 전반에 걸쳐 상기 2단 공기 압축기(100)가 필요한 분야에는 활용될 수 있으며, 특정한 분야에 제한되지 않는다.
아울러, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 2단 공기 압축기의 내부 공기 순환을 나타낸 이미지로서, 외부로부터 유입구(201)로 유입된 공기가 전달되어 1차적으로 압축하는 1단 압축부(220)와, 1단 압축부(220)에서 토출된 공기를 다시 2차적으로 압축하는 2단 압축부(230)로 유입되는 공기 순환을 알 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 적어도 일 실시 예와 관련된 공기압축기 배출 공기 냉각 순환 구조는 다음과 같은 효과를 갖는다.
관통홀(103)로부터 바이패스 라인(150)을 연결하여 2단 공기 압축기(100) 외부로부터 이물질이 유입되어 고장과 효율 저하의 문제점을 해결하고, 하우징(110) 내부에서 나오는 고열의 공기를 1단 압축부(120)로 리턴시켜서 재활용하되, 2단 공기 압축기(100)의 냉각 라인(140) 및 냉각수와의 열교환을 통해 상기 고열의 공기의 온도를 냉각시켜 효율을 향상시켰다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시 예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가할 수 있을 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
또한, 본 발명은 2단 공기 압축기(100)가 예시된 바이나, 2단 이상의 공기 압축기도 본 발명의 범주에 속할 수 있다.
100, 200: 2단 공기 압축기
1, 101, 201: 유입구
2, 102, 202: 배출구
3, 103, 203: 관통홀
10, 110, 210: 하우징
120, 220: 1단 압축부
130, 230: 2단 압축부
140: 냉각 라인
150, 250: 바이패스 라인
160: 라디에이터

Claims (8)

  1. 외기가 공급되는 유입구, 압축된 공기가 배출되는 배출구 및 관통홀을 갖는 하우징;
    하우징 내부에 배치되며, 유입구로 유입된 공기가 전달되는 1단 압축부;
    1단 압축부에서 토출된 공기를 다시 압축하는 2단 압축부;
    하우징 내부에 배치된, 냉각 라인; 및
    관통홀과 유입구를 연결하며, 적어도 일부 영역이 하우징의 외측 둘레를 둘러싸도록 배치된 바이패스 라인을 포함하는 2단 공기 압축기.
  2. 제1 항에 있어서,
    바이패스 라인은, 하우징 내 냉각 라인과 열교환 가능하게 배치된 2단 공기 압축기.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 바이패스 라인은 구리, 알루미늄 군으로부터 선택되는 1종 이상의 재질로 형성된 2단 공기 압축기.
  4. 제1 항에 있어서,
    바이패스 라인은 1단 압축부 측에 인접하여 배치된,
    상기 2단 공기 압축기 외측 둘레를 따라 배치되는 2단 공기 압축기.
  5. 제1 항에 있어서,
    바이패스 라인은 적어도 1회 하우징의 외측 둘레를 감싸도록 배치되는 2단 공기 압축기.
  6. 제1 항에 있어서,
    바이패스 라인은 하우징의 외측 둘레에 접촉하도록 배치되는 2단 공기 압축기.
  7. 제1 항에 있어서,
    유입구를 통해 1단 압축부로 전달되는 제1공기 및 바이패스 라인을 통해 유입구로 전달되는 제 2 공기의 온도 차이는 60℃ 이하인 2단 공기 압축기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 2단 공기 압축기; 및
    상기 2단 공기 압축기로 냉각수를 순환시키기 위한 라디에이터; 를 포함하는 차량.
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