KR20220104866A - 복동식 진동 저감형 공기 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복동식 진동 저감형 공기 압축기에 관한 것으로, 한 쌍의 챔버들 사이에 배치된 중심 허브 내에, 그 챔버들에 수용된 기체 압축용 피스톤을 작동시키기 위한 중심 플레이트를 배치시키되, 그 중심 플레이트에 크랭크의 무게 중심을 형성하는 링크부가 연결되게 하고 링크부를 중심으로 대칭인 위치에 마련된 제1축부와 제2축부가 중심 허브에 회전 가능하게 설치되도록 구성됨으로써, 크랭크의 반복적인 회전 동작에 의해 한 쌍의 피스톤이 반복적으로 왕복 이동을 하여 한 쌍의 챔버 내에 존재하는 기체를 압축시킬 수 있게 됨에 따라 기체 압축 효율을 향상시킬 수 있는 효과와, 회전운동을 하는 크랭크의 무게 중심 및 중심 플레이트와의 연결 포인트가 피스톤의 운동 방향과 동축 상에 형성되게 하여, 크랭크가 중심 플레이트에 대해 편심인 위치에서 회전함으로써 진동이 유발되는 종래기술과는 달리, 진동을 현저히 억제시킬 수 있는 효과를 가진다.

Description

복동식 진동 저감형 공기 압축기{Double acting vibration reduction type air compressor}

본 발명은 복동식 진동 저감형 공기 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공기 압축 효율을 향상시킬 수 있고 압축을 위한 동작 과정에서 초래되는 진동을 억제시킬 수 있도록, 구조가 개선된 복동식 진동 저감형 공기 압축기에 관한 것이다.

공기 압축기라 함은 공기를 압축시켜 압력을 높이는 기계적 장치를 뜻한다. 공기 압축기에는 여러 종류의 것들이 있는데, 압축방식에 따라 원심형과 용적형 압축기로 분류된다. 원심형 압축기는 축류식과 사류식 압축기로 나뉘며, 용적형은 왕복동식과 회전식으로 구분된다. 산업현장에서는 주로 왕복동식 압축기가 널리 사용되고 있는데, 이것은 실린더 내에 위치되는 피스톤의 왕복운동에 의하여 공기의 흡입과 압축이 반복적으로 수행되도록 하는 압축기이다. 그리고 상기 왕복동식 압축기는 실린더의 위치에 따라서 횡형, 입형으로 구분되고, 피스톤의 형상에 따라 단동식 또는 복동식으로 나누어진다.

왕복동식 압축기의 작동원리를 살펴보면, 공기는 흡입필터를 거쳐 실린더 내부로 유입되며 피스톤의 왕복운동에 의해 압축되고 공기탱크에 저장되어 배출라인을 통해서 공급된다. 보다 구체적으로는 구동모터에 의해 동력이 발생되며 이 동력은 크랭크샤프트로 전달되고, 상기 크랭크샤프트에는 커넥팅로드의 하단부가 연결되어 있고 커넥팅로드의 상단부에는 피스톤이 연결되어 있다. 상기 커넥팅로드는 편심가공된 크랭크샤프트의 커넥팅로드 연결부에 결합되므로 상기 크랭크샤프트의 회전에 따라 피스톤은 실린더 내부에서 직선 반복운동하게 된다.

왕복동식 공기 압축기는 1Kgf/cm2 이하의 저압에서 1,000Kgf/cm2 이상의 고압까지 폭넓게 적용되고 있지만, 피스톤의 왕복운동으로 공기를 압축하기 때문에 맥동현상이 발생되고 접촉면적이 많아 보수가 용이치 못하는 등의 단점이 있다. 이

러한 단점 외에도 특히 문제가 되는 것은 동작 중 소음과 진동이 많이 발생 된다는 것이다. 진동이나 소음은 새로운 환경공해로 인식되고 있을 정도로 사람들이 민감하게 반응하는 문제인 만큼 이를 해소하기 위한 기술이 절실히 요구된다.

왕복동식 압축기에서 진동이 발생되는 근본적인 이유는 편심축으로 이루어지는 크랭크샤프트와 이와 연결되는 커넥팅로드 및 상기 커넥팅로드에 연결되어 운동되는 피스톤의 연결 메카니즘에 의한 불평형 관성력에 기인하게 된다. 즉, 왕복동식 압축기는 필연적으로 심한 진동을 수반하게 되는 장치이다. 따라서, 이러한 진동 문제를 해결할 수 있는 압축기 개발이 필요하게 된 것이다.

대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1726389호 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0732908호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 간소한 구성에 의해서도 압축 효율 향상 및 진동 저감을 가능하게 하는 복동식 진동 저감형 공기 압축기를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 복동식 진동 저감형 공기 압축기는 저장 탱크에 기체를 압축시킨 상태로 저장하기 위한 것으로, 각각 상기 저장탱크의 내부와 유체 이동 가능하게 연결되고, 일방향 축선을 따라 간격을 두고 대칭인 위치에 마련되며, 각 내부에 상기 저장탱크와 소통되는 챔버의 압축 공간을 두 개의 공간으로 구획시키는 피스톤이 배치되는 한 쌍의 챔버들; 상기 피스톤을 작동시키기 위한 부품들이 설치되고, 상기 한 쌍의 챔버들 사이에 배치되는 중심 허브; 상기 중심 허브의 내부에 상기 일방향 축선과 동축 상에 배치되고, 상기 각 피스톤에 연결된 한 쌍의 로드들 사이에 개재되며, 상기 로드들과 함께 상기 일방향 축선을 따라 직선운동을 하는 중심 플레이트; 및 상기 중심 허브에 설치되는 모터의 회전력을 전달받아 상기 중심 플레이트를 직선 운동시켜 주기 위한 것으로, 일측은 상기 모터에 연결되고 타측은 상기 중심 허브에 회전 가능하게 설치되며 일측과 타측 사이의 무게 중심이 상기 중심 플레이트에 연결되는 크랭크;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 크랭크는, 상기 모터에 의해 회전되는 회전판의 중심에 연결되어서 그 회전판과 함께 회전되는 제1축부; 상기 중심 플레이트를 기준으로 상기 제1축부와 반대측에 위치하고, 상기 중심 허브에 상대회전 가능하게 설치되는 제2축부; 및 상기 제1축부와 제2축부 사이에 마련되고, 상기 제1축부와 제2축부를 잇는 축선에 대해 편심인 위치에 배치되어서 회전동작시 큰 원을 그리게 되고, 회전동작이 상기 중심 플레이트의 직선운동에 영향을 줄 수 있도록 중심이 상기 중심 플레이트에 연결되는 링크부;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 중심 플레이트는 상기 크랭크의 링크부가 관통하는 관통공을 포함하여 이루어지고, 상기 링크부는 그 중심에 상대회전 가능하게 설치되고 상기 중심 플레이트의 관통공을 한정하는 내면에 구름접촉되는 롤러를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 챔버는, 상기 피스톤이 설치되는 실린더 케이스; 및 상기 실린더 케이스의 양단에 각각 연결되는 것으로, 상기 실린더 케이스의 내부와 유체 이동 가능하게 연결되고 외부 공기 유입을 가능하게 하는 유입부와 상기 공기 유입부로부터 상기 실린더 케이스 내부로 유입된 공기를 상기 피스톤에 의한 가압 작용에 의해 상기 저장 탱크 측으로 토출시키는 토출부를 구비하는 한 쌍의 연결 허브들;을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 복동식 진동 저감형 공기 압축기는, 한 쌍의 챔버들 사이에 배치된 중심 허브 내에, 그 챔버들에 수용된 기체 압축용 피스톤을 작동시키기 위한 중심 플레이트를 배치시키되, 그 중심 플레이트에 크랭크의 무게 중심이 연결되게 함으로써, 크랭크의 반복적인 회전 동작에 의해 한 쌍의 피스톤이 반복적으로 왕복 이동을 하여 한 쌍의 챔버 내에 존재하는 기체를 압축시킬 수 있게 됨에 따라 기체 압축 효율을 향상시킬 수 있는 효과와, 회전운동을 하는 크랭크의 무게 중심 및 중심 플레이트와의 연결 포인트가 피스톤의 운동 방향과 동축 상에 형성되게 하여, 크랭크가 중심 플레이트에 대해 편심인 위치에서 회전함으로써 진동이 유발되는 종래기술과는 달리, 진동을 현저히 억제시킬 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복동식 진동 저감형 공기 압축기의 사시도.
도 2는 본 발명 일실시예의 평면도.
도 3은 본 발명 일실시예에 채용된 중심 허브 내부에 배치되는 구성들을 설명하기 위한 부분발췌 사시도.
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ 단면도.
도 5는 도 4의 Ⅴ부분 확대도.
도 6은 도 5와는 다른 동작상태도.
도 7은 도 4의 Ⅶ-Ⅶ 단면도.
도 8은 도 7과는 다른 동작상태도.

이하의 설명에서 본 발명에 대한 이해를 명확히 하기 위하여, 본 발명의 특징에 대한 공지의 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하의 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아님은 당연할 것이다. 따라서, 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 균등한 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.

그리고, 이하의 설명에서 동일한 식별 기호는 동일한 구성을 의미하며, 불필요한 중복적인 설명 및 공지 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 상기 발명의 배경이 되는 기술에 대한 기재 내용과 중복되는 이하의 본 발명의 각 실시예에 관한 설명 역시 생략하기로 한다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 복동식 진동 저감형 공기 압축기를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복동식 진동 저감형 공기 압축기의 사시도이고, 도 2는 본 발명 일실시예의 평면도이며, 도 3은 본 발명 일실시예에 채용된 중심 허브 내부에 배치되는 구성들을 설명하기 위한 부분발췌 사시도이며, 도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ 단면도이며, 도 5는 도 4의 Ⅴ부분 확대도이며, 도 6은 도 5와는 다른 동작상태도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 복동식 진동 저감형 공기 압축기는, 저장 탱크(1)에 기체를 압축시킨 상태로 저장하기 위한 것으로, 한 쌍의 챔버(23)들과 중심 허브(4)와 중심 플레이트(7)와 크랭크(8)를 포함하여 이루어진다.

상기 한 쌍의 챔버(23)들은, 복동식 압축 방식 구현을 위해 압축 동작 구현을 위해 부품들이 배치되는 상기 중심 플레이트(7)를 중심으로 일방향 축선을 따라 대칭인 위치에 배치되는 것으로, 각각 상기 기체가 수용되어 있는 저장 탱크(1)의 내부와 유체 이동 가능하게 연결되고, 각 내부에 피스톤(61)이 배치된다.

상기 피스톤(61)은 챔버(23)에 있는 공기를 압축시켜 주기 위한 것으로, 상기 저장탱크와 소통되는 챔버(23)의 압축 공간을 두 개의 공간으로 구획시켜서, 도 4 및 도 5와 같이 두 개의 공간들 중 어느 하나의 공간을 축소시키는 방향으로 이동시 그 공간에 존재하는 기체를 압축시키고 동시에 다른 하나의 공간 측에 기체를 유입시킨다. 이와는 반대로, 도 6과 같이 상기 어느 하나의 공간을 확장시키고 다른 하나의 공간 측을 축소시키는 방향으로 이동시에는 그 다른 하나의 공간에 유입된 기체를 압축시키고 어느 하나의 공간에 기체를 유입시킨다.

상기 중심 허브(4)는 상기 피스톤(61)을 작동시키기 위한 부품들이 설치되고, 상기 한 쌍의 챔버(23)들 사이에 배치되어서, 복동식 기체 압축 방식을 간소하고 컴팩트한 구조로 구현할 수 있게 한다.

상기 중심 플레이트(7)는, 상기 중심 허브(4)의 내부에 상기 일방향 축선과 동축 상에 배치되고, 상기 각 피스톤(61)에 연결된 한 쌍의 로드(62)들 사이에 개재되며, 상기 로드(62)들과 함께 상기 일방향 축선을 따라 직선운동을 한다.

즉, 상기 중심 플레이트(7)는 상기 중심 허브(4) 내에 배치되는 부품들 중 하나로, 상기 피스톤(61)의 각 로드(62)에 연결되어서, 그 피스톤(61)과 함께 상기 한 쌍의 챔버(23)들의 중심을 잇는 축선과 동일한 축선을 따라 이동된다.

도 3 및 도 4에 잘 도시된 바와 같이, 상기 크랭크(8)는 상기 중심 허브(4)에 설치되는 모터(M)의 회전력을 전달받아 상기 중심 플레이트(7)를 직선 방향의 축선을 따라 왕복 운동시켜 주기 위한 것으로, 일측은 상기 모터(M)에 연결되고 타측은 중심 허브(4)에 회전 가능하게 설치되고 일측과 타측 사이의 무게중심이 상기 중심 플레이트(7)에 연결된다.

이러한 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따른 복동식 진동 저감형 공기 압축기는 한 쌍의 챔버(23)들 사이에 배치된 중심 허브(4) 내에, 그 챔버(23)들에 수용된 기체 압축용 피스톤(61)을 작동시키기 위한 중심 플레이트(7)를 배치시키되, 그 중심 플레이트(7)에 크랭크(8)의 무게 중심이 연결되게 함으로써, 크랭크(8)의 반복적인 회전 동작에 의해 한 쌍의 피스톤(61)이 반복적으로 왕복 이동을 하여 한 쌍의 챔버(23) 내에 존재하는 기체를 압축시킬 수 있게 됨에 따라 기체 압축 효율을 향상시킬 수 있는 장점과, 회전운동을 하는 크랭크(8)의 무게 중심 및 상기 중심 플레이트(7)와의 연결 포인트가 피스톤(61)의 운동 방향과 동축 상에 형성되게 하여, 크랭크(8)가 중심 플레이트(7)에 대해 편심인 위치에서 회전함으로써 진동이 유발되는 종래기술과는 달리, 진동을 현저히 억제시킬 수 있는 장점을 기대할 수 있게 한다.

본 실시예에 채용된 크랭크(8)는 제1축부(81)와 제2축부(82)와 링크부(83)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1축부(81)는 상기 모터(M)에 의해 회전되는 회전판의 중심에 연결되어서 그 회전판과 함께 회전되고, 상기 제2축부(82)는 상기 중심 플레이트(7)를 기준으로 상기 제1축부(81)와 반대측에 위치하고 상기 중심 허브(4)에 상대회전 가능하게 설치되며, 상기 링크부(83)는 상기 제1축부(81)와 제2축부(82) 사이에 마련된다.

상기 링크부(83)는, 도 5 및 도 6에 잘 도시된 바와 같이, 상기 제1축부(81)와 제2축부(82)를 잇는 축선에 대해 편심인 위치에 배치되어서 회전동작시 큰 원을 그리게 되고, 상기 링크부(83)의 회전동작이 중심 플레이트(7)의 직선운동에 영향을 줄 수 있도록 그 링크부(83)의 중심이 중심 플레이트(7)에 연결된다.

즉, 상기 크랭크(8)는, 중심에 마련된 링크부(83)가 상기 중심 플레이트(7)에 연결되고 그 링크부(83)를 중심으로 대칭인 위치에 마련된 제1축부(81) 및 제2축부(82)가 상기 중심 허브(4) 내에 회전 가능하게 설치됨으로써, 그 크랭크(8)의 무게 중심 및 상기 중심 플레이트(7)와의 연결 포인트가 피스톤(61)의 운동 방향인 상기 일방향 축선에 위치하게 되어, 크랭크(8)가 편심인 위치에서 회전 운동을 하는 종래기술과는 달리 진동을 현저히 저감시킬 수 있게 한다.

상기 중심 플레이트(7)는 상기 크랭크(8)의 링크부(83)가 관통하는 관통공(70)을 포함하여 이루어지고, 상기 링크부(83)는 상기 관통공(70)을 한정하는 내면에 구름접촉되는 롤러(83a)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 롤러(83a)는 상기 링크부(83)의 중심에 상대회전 가능하게 설치되는 것으로, 완충성이 있는 고무와 같은 수지 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

이러한 구성을 가지는 본 실시예는 링크부(83)와 중심 플레이트(7) 간의 연결을 회전운동을 하는 롤러(83a)를 통해 이루어지게 하여, 부품 간 마모 및 진동을 현저히 줄일 수 있게 한다.

상기 챔버(23)는, 상기 피스톤(61)이 설치되는 실린더 케이스(2)와, 상기 실린더 케이스(2)의 양단에 각각 연결되는 한 쌍의 연결 허브(3)들을 포함하여 이루어진다.

상기 각 연결 허브(3)는, 상기 실린더 케이스(2)의 내부와 유체 이동 가능하게 연결되고 외부 공기의 유입을 가능하게 하는 유입부(31)와, 상기 유입부(31)로부터 상기 실린더 케이스(2) 내부로 유입된 공기를 상기 피스톤(61)에 의한 가압 작용에 의해 상기 저장 탱크(1) 측으로 토출시키는 토출부(32)를 구비한다.

이러한 구성을 가지는 본 실시예는 상기 실린더 케이스(2)를 중심으로 서로 대층인 위치에 한 쌍의 연결 허브(3)를 배치시키고 각 연결 허브(3)의 유입부(31)를 통해 공기가 실린더 내부로 유입되게 하고 각 연결 허브(3)의 토출부(32)를 통해 압축된 기체가 저장 탱크(1) 내로 수용되게 함으로써, 여러 경로를 통해 동시에 기체 압축 과정이 수행됨에 따라, 간소한 구성에 의해서도 기체 압축 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 장점을 도출한다.

한편, 도 7은 도 4의 Ⅶ-Ⅶ 단면도이고, 도 8은 도 7과는 다른 동작상태도이다.

도 7 및 도 8에 잘 도시된 바와 같이, 위에서 설명한 챔버(23), 피스톤(61), 중심 플레이트(7) 및 크랭크(8)에 관한 구성이 모터(M)에 의해 회전되는 회전판을 기준으로 대칭인 위치에 마련된다.

이와 같이, 본 실시예는 중심 허브(4) 내에 부품을 최적 배치함으로써, 간소한 구성에 의해서도 압축 효율을 향상시킬 수 있고 진동을 최소화시킬 수 있는 장점을 기대할 수 있게 한다.

이상 본 발명의 다양한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.

1:저장 탱크 2:실린더 케이스
23:챔버 3:연결 허브
31:유입부 32:토출부
4:중심 허브 61:피스톤
62:로드 7:중심 플레이트
70:관통공 8:크랭크
81:제1축부 82:제2축부
83:링크부 83a:롤러
M:모터

Claims (4)

1. 저장 탱크에 기체를 압축시킨 상태로 저장하기 위한 것으로,
   각각 상기 저장탱크의 내부와 유체 이동 가능하게 연결되고, 일방향 축선을 따라 간격을 두고 대칭인 위치에 마련되며, 각 내부에 상기 저장탱크와 소통되는 챔버의 압축 공간을 두 개의 공간으로 구획시키는 피스톤이 배치되는 한 쌍의 챔버들;
   상기 피스톤을 작동시키기 위한 부품들이 설치되고, 상기 한 쌍의 챔버들 사이에 배치되는 중심 허브;
   상기 중심 허브의 내부에 상기 일방향 축선과 동축 상에 배치되고, 상기 각 피스톤에 연결된 한 쌍의 로드들 사이에 개재되며, 상기 로드들과 함께 상기 일방향 축선을 따라 직선운동을 하는 중심 플레이트; 및
   상기 중심 허브에 설치되는 모터의 회전력을 전달받아 상기 중심 플레이트를 직선 운동시켜 주기 위한 것으로, 일측은 상기 모터에 연결되고 타측은 상기 중심 허브에 회전 가능하게 설치되며 일측과 타측 사이의 무게 중심이 상기 중심 플레이트에 연결되는 크랭크;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복동식 진동 저감형 공기 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 크랭크는,
   상기 모터에 의해 회전되는 회전판의 중심에 연결되어서 그 회전판과 함께 회전되는 제1축부;
   상기 중심 플레이트를 기준으로 상기 제1축부와 반대측에 위치하고, 상기 중심 허브에 상대회전 가능하게 설치되는 제2축부; 및
   상기 제1축부와 제2축부 사이에 마련되고, 상기 제1축부와 제2축부를 잇는 축선에 대해 편심인 위치에 배치되어서 회전동작시 큰 원을 그리게 되고, 회전동작이 상기 중심 플레이트의 직선운동에 영향을 줄 수 있도록 중심이 상기 중심 플레이트에 연결되는 링크부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복동식 진동 저감형 공기 압축기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 중심 플레이트는 상기 크랭크의 링크부가 관통하는 관통공을 포함하여 이루어지고,
   상기 링크부는 그 중심에 상대회전 가능하게 설치되고 상기 중심 플레이트의 관통공을 한정하는 내면에 구름접촉되는 롤러를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복동식 진동 저감형 공기 압축기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 챔버는,
   상기 피스톤이 설치되는 실린더 케이스; 및
   상기 실린더 케이스의 양단에 각각 연결되는 것으로, 상기 실린더 케이스의 내부와 유체 이동 가능하게 연결되고 외부 공기 유입을 가능하게 하는 유입부와 상기 공기 유입부로부터 상기 실린더 케이스 내부로 유입된 공기를 상기 피스톤에 의한 가압 작용에 의해 상기 저장 탱크 측으로 토출시키는 토출부를 구비하는 한 쌍의 연결 허브들;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복동식 진동 저감형 공기 압축기.

Images