WO2014081063A1 - 오토-셀프 기체 증압 장치 - Google Patents

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WO2014081063A1
WO2014081063A1 PCT/KR2012/010496 KR2012010496W WO2014081063A1 WO 2014081063 A1 WO2014081063 A1 WO 2014081063A1 KR 2012010496 W KR2012010496 W KR 2012010496W WO 2014081063 A1 WO2014081063 A1 WO 2014081063A1
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WO
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gas
pressure
bellows
flow
chamber
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PCT/KR2012/010496
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English (en)
French (fr)
Inventor
유병수
Original Assignee
Ryu Byung-Sue
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Publication date
Application filed by Ryu Byung-Sue filed Critical Ryu Byung-Sue
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B45/02—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having bellows
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B45/00—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids
    • F04B45/02—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having bellows
    • F04B45/033—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having bellows having fluid drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B9/08—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid
    • F04B9/12—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid the fluid being elastic, e.g. steam or air

Definitions

  • the present invention relates to a gas intensifier for compressing a gas in a low pressure vessel to a higher pressure and discharges the gas into a high pressure vessel. More specifically, a pressure plate is used by using a pressure of a gas introduced from a low pressure vessel without using an additional actuator. It relates to an auto-self gas booster which moves and compresses the gas to a higher pressure and then discharges it into a high pressure vessel.
  • the conventional gas compressor is a method using a piston or vane, the oil is used for smooth operation of the device and maintain airtightness, the use of such oil containing oil or other foreign substances in the gas, the cleanliness of the gas
  • the high-temperature, high-pressure atmosphere is formed by the compression of the gas, there is a risk of explosion.
  • gas compressors constructed using bellows have no friction between parts during operation of the bellows for compression of the gas, and no use of oil is required since there are no parts that require special airtightness. Therefore, the gas compressor configured by using the bellows can maintain the high cleanliness of the compressed gas, and there is an advantage that there is no risk of explosion due to the combustion of impurities such as oil even in the high temperature and high pressure atmosphere formed by the compression of air. .
  • the bellows used in the gas compressor is composed of a combination of thin disk cores to each other so that the bellows can shrink smoothly when compressing the gas, in order to compress the gas by using a bellows composed of a disk core of the thin plate Since the bellows must be repeatedly contracted and extended using a separate actuator, the structure of the related equipment becomes complicated, and energy consumption for driving the actuator is required.
  • the present invention has been made in consideration of the above problems, and an object of the present invention is to compress the gas of the low pressure vessel to a higher pressure to discharge to the high pressure vessel, without using a separate actuator to the gas flowing from the low pressure vessel
  • the present invention provides an auto-self gas boosting device that is driven by itself.
  • Another object of the present invention is to provide an auto-self gas boosting device that can effectively prevent damage to the bellows due to the pressure of the gas to be compressed.
  • the present invention to achieve the object as described above and to solve the conventional drawbacks is connected to the low pressure vessel inlet for the gas inlet of the low pressure vessel, the high pressure vessel is connected to the compressed gas discharged to the high pressure vessel A case provided with an outlet; A first check valve installed at the inlet to allow gas of the low pressure vessel to be introduced into the case through the inlet, and to prevent the gas inside the case from flowing back to the low pressure vessel; A second check valve installed at the outlet to allow the gas in the case to be discharged into the high pressure container, and to prevent the high pressure gas from the high pressure container from flowing back into the case; A pressure plate disposed inside the case and moving in a direction close to the inlet or the outlet, the pressure plate having a first flow port for gas flow; A first bellows having one end connected to the pressure plate and the other end connected to the rear side wall of the case to divide the internal space of the case into a power induction chamber and a pressure chamber; A second bellows inside one side of the power induction chamber connected to the pressure plate and
  • the valve is composed of a valve unit which is connected to the pressure plate so that the pressure plate moves in the direction of extending the first and second bellows by the pressure formed in the compression chamber and the power induction chamber by opening the gas in the pressure chamber into the power induction chamber.
  • the flow path block is connected to the second flow port to enable the flow of gas into the power induction chamber, the third flow port to enable the flow of gas into the pressure chamber, the second flow port and the third flow port And a fourth flow hole formed in the block case to enable the inflow and outflow of gas into the connection chamber,
  • the valve unit includes a lever rotatably provided at a central portion in the connection chamber, a first valve installed at one end of the lever to open and close a third flow port by rotation of the lever, and a third flow port formed by the first valve. At the other end of the lever to open the fourth flow opening when the closing of the first flow path to open the first flow path and to open the second flow opening by closing the fourth flow opening when opening the third flow opening by the first valve.
  • the present invention provides an auto-self gas booster comprising a valve and a connecting rod connecting the lever and the pressure plate to rotate the lever by the movement of the pressure plate.
  • valve unit a spring support member having a structure coupled to the block case hinge is rotatable about the hinge so as to be located adjacent to one side end of the lever; And a toggle spring installed on the spring support member and connected to one end of the lever to assist rotation of the lever for opening the first flow passage or the second flow passage.
  • the plurality of first inner filling member is inserted into the inner groove of the pleats formed in the second bellows, having a ring-like structure extending along the circumference of the second bellows;
  • a plurality of first outer filling members inserted into the outer grooves of the pleats formed in the second bellows and having a ring-shaped structure extending along the circumference of the second bellows;
  • a first filling block installed inside the second bellows to reduce the volume of the compression chamber by the volume of the compression chamber increased due to the insertion of the first inner filling member and the first outer filling member.
  • the pressure applied to the front of the pressure plate by the pressure of the gas flowing into the pressure chamber from the low pressure vessel, and the pressure of the gas introduced into the power induction chamber and the compression chamber to the back of the pressure plate By the force applied and the repulsive force exerted on the back of the pressure plate by the first and second bellows, the pressure plate moves by itself, which makes it possible to compress low-pressure gas to a higher pressure without using a separate actuator. have.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a gas intensifier according to the present invention
  • FIG. 2 is a detailed view showing the structure of the flow path block and the valve unit according to the present invention.
  • FIG. 3 is a detailed view showing the structure of the connecting rod according to the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of an auto-self gas booster further comprising a configuration for reducing the occurrence of voids in the first and second bellows,
  • FIG. 5 is a detailed view showing a structure in which a first inner filling member, a first outer filling member, a first inner reinforcing member, and a first outer reinforcing member are installed on a second bellows;
  • FIG. 6 is a perspective view showing the structure of the first internal filling member
  • FIG. 7 is a perspective view showing the structure of the first external filling member
  • FIG. 8 is a detailed view showing a structure in which a second inner filling member, a second outer filling member, a second inner reinforcing member, and a second outer reinforcing member are installed on the first bellows;
  • FIG. 9 is a view showing a process in which the first and second bellows is contracted by the movement of the pressure plate
  • FIG. 10 is a view showing a state in which the first and second bellows contracted by the movement of the pressure plate
  • FIG. 11 is a view showing a state in which the first and second bellows is fully extended by the movement of the pressure plate
  • FIG. 12 is an exemplary view showing a relationship of forces acting on the front and rear surfaces of a pressure plate.
  • C1 pressure chamber
  • C2 power induction chamber
  • first bellows 151 disc core
  • valve unit 191 lever
  • connecting rod 195 spring support member
  • first inner filling member 220 first outer filling member
  • first filling block 240 first inner reinforcing member
  • first outer reinforcing member 260 second inner filling member
  • Figure 1 shows a cross-sectional view showing the structure of the gas intensifier according to the present invention.
  • the auto-self gas booster according to the present invention is a device for receiving a gas stored in the low pressure vessel 10, compressing the gas to a higher pressure, and then discharging the gas into the high pressure vessel 20, without using an actuator. Due to the pressure difference between the front (140a) and the rear (140b) of the pressure plate 140 has a feature that the compression of the gas is made by shrinking the bellows by itself.
  • the low-pressure vessel 10 and the high-pressure vessel 20 mentioned herein are divided by the magnitude of the relative pressure, the vessel in which the gas of a relatively low pressure is stored is the low-pressure vessel 10, the gas of a relatively high pressure
  • the container to be stored is the high pressure vessel 20.
  • the auto-self gas booster of the present invention having such a feature includes a case 110, a first check valve 120, a second check valve 130, a pressure plate 140, a first bellows 150, and a second bellows. It consists of a 160, the third check valve 170, the flow path block 180, the valve unit 190.
  • the case 110 is connected to the front side wall 111 and the rear side wall 112 spaced apart from each other at regular intervals, and the front side wall 111 and the rear side wall 112 to form a sealed space by connecting to each other It consists of 113.
  • the inlet port 114 is connected to the low pressure vessel 10 in the central portion of the front side wall 111, the low pressure gas stored in the low pressure vessel 10 is introduced, the high pressure vessel in the central portion of the rear side wall 112 A discharge port 115 is formed to be connected to the 20 so that the compressed high pressure gas is discharged to the high pressure vessel 20.
  • the case 110 may be directly connected to the low pressure vessel 10 and the high pressure vessel 20, or may be connected to the low pressure vessel 10 and the high pressure vessel 20 through a separate hose or pipe.
  • 1 illustrates a structure in which a case is connected to the low pressure vessel 10 and the high pressure vessel 20 by separate piping.
  • the first check valve 120 is installed at the inlet 114 formed in the front side wall 111 to allow the gas of the low pressure container 10 to flow into the case 110, but inside the case 110. Outgassing of the gas into the low pressure vessel 10 is suppressed.
  • the check valve is already well known and widely used technology, so the description of the structure or principle of the check valve will be omitted.
  • the first check valve 120 operates to open the inlet 114 when the pressure P2 of the pressure chamber C1 formed inside the case 110 is lower than the pressure P1 of the low pressure vessel 10. Gas in the low pressure vessel 10 flows into the case 110, and conversely, when the pressure P2 of the pressure chamber C1 is higher than the pressure P1 of the low pressure vessel 10, the inlet 114 is formed. It is closed to prevent the gas of the case 110 from flowing back to the low pressure vessel (10).
  • the second check valve 130 is installed in the outlet 115 formed in the rear side wall 112 to allow the gas of the compression chamber (C3) formed in the case 110 to be discharged to the high pressure container 20, The inflow of the gas of the high pressure vessel 20 into the compression chamber C3 is suppressed.
  • the second check valve 130 When the pressure P4 of the compression chamber C3 is greater than the pressure P5 of the high pressure vessel 20, the second check valve 130 operates to open the outlet 115 so that the gas of the compression chamber C3 is opened. Is discharged to the high pressure vessel 20, and conversely, when the pressure P4 of the compression chamber C3 is lower than the pressure P5 of the high pressure vessel 20, the outlet 115 is closed to close the high pressure vessel 20. The gas is prevented from flowing back to the compression chamber C3.
  • the pressure plate 140 is disposed to be located inside the case 110, and the front side 140a facing the front sidewall 111 of the case 110 and the rear side facing the rear sidewall 112 of the case 110.
  • the pressure difference acting on 140b causes the first and second bellows to extend or contract while moving closer to the front sidewall 111 or the rear sidewall 112.
  • a space S for allowing gas flow is formed between the pressure plate 140 and the connection wall 113 disposed inside the case 110, and the pressure chamber C1 is formed at the center of the pressure plate 140.
  • the first flow port 141 is formed to allow gas in the air to flow into the compression chamber C3.
  • the internal space of 110 is divided into a pressure chamber C1 and a power induction chamber C2.
  • the first bellows 150 is composed of a known welded bellows by welding the inner and outer ends of the plurality of disk cores by bonding to each other, as well as a known molded bellows manufactured by molding a thin tube. It may be.
  • the compression chamber C3 having an independent structure is formed inside the power induction chamber C2 by the two bellows 160. Therefore, the inner space of the case 110 is divided into a pressure chamber C1, a power induction chamber C2, and a compression chamber C3 by the pressure plate 140, the first bellows 150, and the second bellows 160. .
  • the second bellows 160 may be configured as a welded bellows or a molded bellows like the first bellows 150.
  • the third check valve 170 is installed in the first flow port 141 formed in the pressure plate 140 to allow the gas in the pressure chamber C1 to flow into the compression chamber C3, but the compression chamber C3 It is suppressed that gas flows into the pressure chamber C1.
  • the third check valve 170 operates to open the first flow port 141 to operate the pressure chamber C1.
  • Gas is introduced into the compression chamber (C3), on the contrary, when the pressure (P2) of the pressure chamber (C1) is lower than the pressure (P4) of the compression chamber (C3) to operate to close the first flow port (141) The gas in the compression chamber C3 is prevented from flowing back to the pressure chamber C1.
  • Figure 2 shows a detailed view showing the structure of the flow path block and the valve unit according to the invention
  • Figure 3 shows a detailed view showing the structure of the connecting rod according to the present invention.
  • the flow block 180 flows gas from the pressure chamber C1 into the power induction chamber C2 in order to generate a difference between the pressures acting on the front surface 140a and the rear surface 140b of the pressure plate 140, or The internal gas of the power induction chamber C2 is discharged to the outside lower than the pressure P2 of the pressure chamber C1.
  • the outside mentioned here is a pressure vessel in which gas is stored at a pressure lower than the pressure P2 of the atmosphere or the pressure chamber C1.
  • the flow block 180 is composed of a second flow port 181, a third flow port 182, a block case 183 and a fourth flow port 184.
  • the second flow port 181 is formed on the rear sidewall 112 of the case 110 to allow the flow of gas into the power induction chamber (C2).
  • the second flow port 181 is always kept open regardless of the valve unit 190.
  • the third flow port 182 opens the pressure chamber C1 so that the gas in the pressure chamber C1 can be introduced into the power induction chamber C2 through the block case 183.
  • the gas is formed on the rear sidewall 112 of the case 110 so that the gas may be discharged into the block case 183.
  • the block case 183 is installed at the rear sidewall 112 of the case 110 to form a connection chamber C4 connected to the second flow hole 181 and the third flow hole 182, and the connection chamber C4. ) Connects the second flow port 181 and the third flow port 182 to each other to provide a function of the flow path to enable the flow of gas.
  • the fourth flow port 184 is formed in the block case 183, and the internal gas of the power induction chamber C2 is discharged to the outside through the fourth flow port 184.
  • the flow path block 180 configured as described above may include a first flow path through which the internal gas of the power induction chamber C2 is externally discharged by opening and closing the third flow hole 182 and the fourth flow hole 184 by the valve unit 190. L1) or a second flow path L2 for introducing gas from the pressure chamber C1 into the power induction chamber C2.
  • the valve unit 190 operates in conjunction with the pressure plate 140 while opening the first flow path L1 and blocking the second flow path L2, or conversely blocking the first flow path L1 and the second flow path L2. ) Is to open.
  • the valve unit 190 includes a lever 191, a first valve 192, a second valve 193, and a connecting rod 194.
  • the lever 191 is installed inside the block case 183, the central portion is installed in a hinged structure to the block case 183 has a structure to rotate around the hinge (H1), one side end (191a) ) Extends toward the third flow port 182, and the other end 191b is installed to have a structure extending toward the second flow hole 181.
  • the first valve 192 is disposed to open or close the third flow port 182 and is connected to one end 191a of the lever 191.
  • the first valve 192 opens or closes the third flow port 182 while moving by the rotation of the lever 191.
  • the second valve 193 is disposed to open or close the fourth flow port 184 and is connected to the other end 191b of the lever 191.
  • the second valve 193 opens or closes the fourth flow port 184 while moving by the rotation of the lever 191.
  • the second valve 193 closes the fourth flow port 184 when the third flow port 182 is opened by the first valve 192, and on the contrary, the third valve (192) is closed by the first valve 192. 182 is configured to open fourth flow port 184 when closed.
  • the first valve 192 closes the third flow port 182 and the second valve 193 opens the fourth flow port 184 by the rotation of the lever 191, the first flow path L1. Is formed so that the internal gas of the power induction chamber C2 is discharged to the outside.
  • the first valve 192 opens the third flow port 182 by the rotation of the lever 191 and the second valve 193.
  • the fourth flow port 184 is closed, the second flow path L2 is formed so that the gas in the pressure chamber C1 flows into the power induction chamber C2.
  • the connecting rod 194 connects the lever 191 and the pressure plate 140 so that the lever 191 operates in conjunction with the movement of the pressure plate 140.
  • the connecting rod 194 is installed to have a structure extending from the other end 191b of the lever 191 to the rear surface of the pressure plate 140 through the second flow port 181.
  • the connecting rod 194 is the pressure plate 140 so that the first flow path (L1) is opened, the second flow path (L2) is open at the end of the process of the second bellows 160 is extended by the movement of the pressure plate 140.
  • the pressure plate 140 and the lever 191 are connected.
  • the connecting rod 194 may include a first rod 1941 installed at the lever 191 to open and close the first flow path L1 and the second flow path L2 at an appropriate time according to the position of the pressure plate 140. ) And a second rod 1942 installed on the pressure plate 140, and the first rod 1942 and the second rod 1942 are coupled to each other to form a connection rod 194.
  • the first rod (1941) has a guide portion (1943) made of a smaller diameter than the other portion is formed over a predetermined period, the first end due to the difference in diameter at both ends of the guide portion (1943) 2 locking jaws (1944, 1945) are formed.
  • the second rod 1942 is coupled to the guide portion 1943 formed in the first rod 1941.
  • the first rod 1942 is moved along the guide portion 1943 by the movement of the pressure plate 140. Since no interference occurs between the 1941 and the second rod 1942, only the movement of the pressure plate 140 and the second rod 1942 is moved, and the first rod 1941 and the lever 191 are originally State is maintained.
  • opening and closing time of the first flow path L1 and the second flow path L2 by using the positions of the first locking jaw 1944 and the second locking jaw 1945 formed at both ends of the guide part 1943. Can be set appropriately.
  • a spring support member 195 and a toggle spring 196 are further included to allow the rotation of the lever 191 for opening the first flow path L1 or opening the second flow path L2. It is preferable.
  • the spring support member 195 is hinged to the inner side of the block case 183 so as to be positioned adjacent to one side end 191a of the lever 191, and is installed to have a structure that rotates about the hinge H2.
  • the toggle spring 196 is installed on the spring support member 195 and is connected to one end 191a of the lever 191.
  • the toggle spring 196 is formed of a known compression spring, and when the lever 191 rotates to open the first flow path L1 or the second flow path L2, one side end 191a of the lever 191 is rotated. ) To assist the rotation of the lever 191 by pushing in the direction of rotation of the lever 191.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a structure of an auto-self gas booster further comprising a configuration for reducing the generation of voids in the first and second bellows
  • Figure 5 is a second inner bellows and the first internal filling member
  • 6 is a detailed view showing the structure of the first outer filling member, the first inner reinforcing member and the first outer reinforcing member
  • FIG. 6 is a perspective view showing the structure of the first inner filling member
  • FIG. 8 is a detailed view illustrating a structure in which a second inner filling member, a second outer filling member, a second inner reinforcing member, and a second outer reinforcing member are installed on the first bellows.
  • the present invention minimizes the occurrence of voids in the interior of the first and second bellows at the end of the process of contracting the first bellows and the second bellows, and is configured to effectively implement the external discharge of heat generated during the compression of the gas. More included.
  • the second bellows 160 is further provided with a first inner filling member 210, the first outer filling member 220 and the first filling block 230.
  • the first inner filling member 210 is configured in plural so as to be inserted into all the inner grooves 162 formed due to the pleats of the second bellows 160.
  • each of the first inner filling member 210 has a ring-shaped structure extending along the circumference of the second bellows 160, and gradually becomes thinner from the inner end 210a to the outer end 210b. It has a triangular cross-sectional structure.
  • the disc core 161 constituting the second bellows 160 is configured to have a cross-sectional structure of the waveform, the first internal filling member 210 is in close contact with the disc core 161 having such a cross-sectional structure.
  • the cross section of the first inner filling member 210 is formed in a corrugated cross section structure corresponding to the corrugated cross section structure of the disc core 161.
  • first inner filling member 210 in order to be able to easily insert the first inner filling member 210 having a ring-like structure into the inner groove 162 located inside the second bellows 160.
  • An incision 211 is formed.
  • the operator inserts the first inner filling member 210 into the inner groove 162 while shrinking and deforming the both ends of the first inner filling member 210 formed by the cutout 211 so as to overlap each other.
  • the first internal filling member 210 may be manufactured by a forging process made of aluminum having excellent thermal conductivity, and may be in close contact with the disc core 161 at the end of the contraction process of the second bellows 160. Occurrence is minimized.
  • the first external filling member 220 is configured in plural so as to be inserted into all the outer grooves 163 formed due to the pleats of the second bellows 160.
  • each of the first outer filling member 220 has a ring-shaped structure extending along the circumference of the second bellows 160, and gradually becomes thinner from the outer end 220b to the inner end 220a It has a triangular cross-sectional structure.
  • the cross section of the first outer filling member 220 has a corrugated cross section of the disk core 161 in order to closely contact the first outer filling member 220 to the disk core 161 having a corrugated cross-sectional structure. Corrugated cross section structure is formed.
  • a cutout 221 is formed at one side of the first external filling member 220 in order to easily couple the first external filling member 220 having a ring structure to the outer groove 163.
  • the operator opens the first outer filling member 220 so that both ends of the first outer filling member 220 formed by the cutout 221 are spaced from each other, and thus the second bellows 160 and the first outer filling member ( A space for coupling 220 is secured and the first external filling member 220 and the second bellows 160 are coupled to each other.
  • the first external filling member 220 may be manufactured by a forging process made of aluminum having excellent thermal conductivity, and similarly to the first internal filling member 210, the second outer bellows 160 may be in a contraction process. It is in close contact with the disc core 161.
  • the first filling block 230 reduces the volume of the compression chamber C3 by the volume of the compression chamber C3 increased due to the insertion of the first inner filling member 210 and the first outer filling member 220. It is disposed in the second bellows 160 so as to be installed in a structure fixed to the case (110).
  • the first filling block 230 is composed of a solid block or a hollow block, the flow path 231 for connecting the compression chamber (C3) and the high-pressure container 20 is formed.
  • the second check valve 130 which has been described as being installed at the outlet 115 of the case 110, is first filled. It is installed in the flow path 231 formed in the block 230.
  • first inner reinforcement member 240 and the first outer reinforcement member 250 may be further included to reinforce the binding force between the disc cores 161 constituting the second bellows 160.
  • the first inner reinforcing member 240 is formed in a ring-shaped structure extending along the circumference of the second bellows 160, and is coupled to the inner coupling portion 161a of the disk core 161 to form the disk core 161. Strengthen the binding force to the inner coupling portion (161a).
  • the first inner reinforcing member 240 is adjacent to the first inner reinforcing members 240 when the first inner filling member 210 is in close contact with the disc core at the end of the contraction process of the second bellows 160. It is configured to be in close contact.
  • the first outer reinforcing member 250 is formed in a ring-shaped structure extending along the circumference of the second bellows 160, is coupled to the outer coupling portion 161b of the disk core 161 of the disk core 161 Strengthen the binding force to the outer coupling portion (161b).
  • the first outer reinforcing member 250 is adjacent to the first outer reinforcing member 250 when the first outer filling member 220 is in close contact with the disc core 161 at the end of the contraction process of the second bellows 160. ) Are configured to be in close contact with each other.
  • the first inner reinforcement member 240 and the first outer reinforcement member 250 may be coupled to the plurality of inner coupling portions 161a and the outer coupling portions 161b respectively formed on the second bellows 160. It is composed of a dog, the process of compressing the gas at high pressure by improving the pressure resistance characteristics of the second bellows 160 by strengthening the binding force between the inner coupling portion (161a) and the outer coupling portion (161b) formed in the second bellows (160) It is possible to prevent damage to the bellows that may occur in the.
  • first inner reinforcing member 240 and the first outer reinforcing member 250 are made of aluminum having excellent thermal conductivity.
  • the first inner filling member 210, the first outer filling member 220, the first filling block 230, the first inner reinforcing member 240, the first outer reinforcing member 250 having the structure and function as described above
  • the second inner filling member 260, the second outer filling member 270, the second filling block 280, the second inner reinforcing member 290, the second outer reinforcing member 300 having the same function as It may be further installed on the first bellows 150.
  • the second inner filling member 260 is installed in the inner groove 152 of the corrugation formed in the first bellows 150, has a ring-shaped structure extending along the circumference of the first bellows (150). Since the second internal filling member 260 has a difference in size depending on the first internal filling member 210 and the installation position, the second internal filling member 260 is substantially the same in structure or function, and thus a detailed description thereof will be omitted.
  • the second external filling member 270 is installed in the outer groove 153 of the corrugation formed in the first bellows 150, and has a ring-shaped structure extending along the circumference of the first bellows 150. Since the second external filling member 270 also has a difference in size depending on the installation position of the second external filling member 270 and the same structure or function, the detailed description thereof will be omitted.
  • the second filling block 280 reduces the volume of the power induction chamber C2 by the volume of the power induction chamber C2 increased due to the insertion of the second inner filling member 260 and the second outer filling member 270. It is disposed in the interior of the first bellows 150 to reduce, is formed in a ring-shaped structure to be located between the first bellows 150 and the second bellows 160, the rear sidewall ( 112).
  • the connecting rod 194 connecting the pressure plate 140 and the lever 191 passes through the second filling block 280. It is installed in a structure, the gas flows through the hole 281 through which the connecting rod 194 passes.
  • the second inner reinforcing member 290 has a ring-shaped structure extending along the circumference of the first bellows 150 and is connected to the inner coupling portion 151a of the disc core 151 constituting the first bellows 150. Coupled to strengthen the binding force between the disc core 151, it is composed of a plurality to be installed in all the inner coupling portion (151a) formed in the first bellows (150).
  • the second outer reinforcing member 300 has a ring-shaped structure extending along the circumference of the first bellows 150, and is connected to the outer coupling portion 151b of the disc core 151 constituting the first bellows 150. Coupled to strengthen the binding force between the disc core 151, it is composed of a plurality to be installed on all the outer coupling portion (151b) formed in the first bellows (150).
  • FIG. 9 is a state diagram showing a process in which the first and second bellows are contracted by the movement of the pressure plate
  • FIG. 10 is a state diagram showing a state in which the first and second bellows are contracted by the movement of the pressure plate
  • FIG. 11 is a movement of the pressure plate
  • FIG. 12 is an exemplary view showing a state in which the first and second bellows are fully extended, and FIG. 12 shows a relationship between the force acting on the front and rear surfaces of the pressure plate.
  • ON / OFF valve 310 may be further provided.
  • the ON / OFF valve 310 is installed in a hose or pipe connecting the inlet 114 formed in the front side wall 111 of the case 110 and the low pressure vessel 10, the low pressure vessel 10 by the operation of the manager The low pressure gas flowing into the case 110 is interrupted.
  • the low pressure vessel 10 is supplied with compressed gas by a separate air compressor driven by using energy obtained from alternative energy sources such as solar heat, wind power, and tidal power, and thus the gas of the low pressure vessel 10 is It is assumed that the pressure is always maintained at about 2 atmospheres.
  • the first check valve 120 installed at the inlet 114 of the case 110 is opened when the pressure P1 of the low pressure vessel 10 is greater than the pressure P2 of the pressure chamber C1, and thus, the pressure chamber ( The pressure P2 of C1) is lower than the pressure of the low pressure vessel 10 but maintains a pressure close to 2 atmospheres.
  • the pressure chamber C1 maintains a pressure close to 2 atm, while the pressure P3 of the power induction chamber C2 maintains the atmospheric pressure depending on the position of the pressure plate 140, or the pressure vessel C1 is larger than the atmospheric pressure. Maintaining a pressure lower than the pressure P2 of 10) or receiving a gas from the pressure chamber C1 maintains the same pressure as the pressure chamber C1.
  • the auto-self gas booster according to the present invention may In the case of a structure arrangement, for example, when several auto-self gas intensifiers are connected in series so that the gas can be compressed in a higher pressure step by step, a power induction chamber (C2) of the following auto-self gas intensifier is used. ) Gas is discharged into the low pressure vessel or the high pressure vessel of the preceding auto-self gas booster.
  • the pressure plate 140 moves in the direction in which the first and second bellows 150 and 160 are extended or the first and second bellows (B) by the pressure difference acting on the front surface 140a and the rear surface 140b of the pressure plate 140.
  • 150, 160 is moved in the contracting direction.
  • the force P1 corresponding to the pressure P2 of the pressure chamber C1 and the area A1 of the front surface 140a of the pressure plate 140 acts on the front surface 140a of the pressure plate 140, and the pressure plate 140 is applied.
  • the rear face 140b of) has a force F2 corresponding to the pressure P3 of the power induction chamber C2 and the pressure P4 of the compression chamber C3 and the area A2 of the rear face 140b of the pressure plate 140. F3) and the repulsive force F4 generated in the process of contracting the first and second bellows 150 and 160 act.
  • the area A1 of the pressure plate 140 and the area A2 of the rear surface 140b may be slightly different due to the installation of the first and second bellows 150 and 160, but the difference is extremely small.
  • the area A1 of the front surface 140a and the area A2 of the rear surface 140b of the pressure plate 140 may be regarded as the same.
  • the pressure plate 140 is formed from the pressure P2 of the pressure chamber C1, the pressure P3 of the power induction chamber C2, the pressure P4 of the compression chamber C3, and the first and second bellows 150, 160. It moves according to the generated repulsive force (F4).
  • the pressure plate 140 of the auto-self gas booster according to the present invention is the first and second bellows (150,160) by the elasticity of the first and second bellows (150,160) in the initial state filled with the atmosphere of the case 110 Since the 150, 160 is maintained in an extended state, the state as shown in FIG. 1 or 4 is maintained.
  • valve unit 190 opens the first flow path L1 and maintains the second flow path L2 in a blocked state.
  • the gas in the pressure chamber C1 flows into the power induction chamber C2, and thus the pressure P2 in the pressure chamber C1.
  • the power induction chamber C2 have the same pressure P3.
  • the pressure P3 of the power induction chamber C2 increases, and a large repulsion force is generated from the first and second bellows 150 and 160, and the second bellows 160 is compressed in the compression chamber C3 as the compressed gas remains.
  • the pressure plate 140 moves again in the direction in which the first and second bellows 150 and 160 are extended.
  • the pressure plate 140 is moved in the direction in which the first and second bellows 150 and 106 are contracted as described above.
  • the auto-self gas booster according to the present invention allows the size of the force acting on the rear face 140b to the front face 140a of the pressure plate 140 to be automatically switched according to the position of the pressure plate 140, thereby providing a separate actuator. There is an advantage that can be driven by using the gas provided from the low pressure vessel 10 without using.
  • the second inner filling member 260 installed in the first bellows 150 and the first inner filling member 210 installed in the second bellows 160 are discs at the end of the contraction process of the first and second bellows 150 and 160.

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Abstract

본 발명은 오토-셀프 기체 증압 장치에 관한 것으로, 그 목적은 저압 용기의 기체를 보다 높은 압력으로 압축하여 고압 용기로 배출함에 있어서, 별도의 엑추에이터를 사용하지 않고 저압 용기로부터 유입되는 저압 기체에 의해 스스로 구동하도록 한 오토-셀프 기체 증압 장치를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 저압 용기(10) 내에 저장된 기체를 제공받아 보다 높은 압력으로 압축한 뒤, 고압 용기(20)로 배출하는 장치로서, 엑추에이터를 사용하지 않고 압력판(140)의 전면(140a)과 후면(140b)의 압력차에 의하여 압력판(140)이 스스로 이동하면서 제2 벨로우즈(160)를 수축시켜 기체의 압축이 이루어지도록 한 오토-셀프 기체 증압 장치를 제공한다.

Description

오토-셀프 기체 증압 장치
본 발명은 저압 용기의 기체를 보다 높은 압력으로 압축하여 고압 용기로 배출하는 기체 증압 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별도의 엑추에이터를 이용하지 않고 저압 용기로부터 유입되는 기체의 압력을 이용하여 압력판을 이동시키며 기체를 보다 높은 압력으로 압축한 뒤 고압 용기로 배출하는 오토-셀프 기체 증압 장치에 관한 것이다.
화석연료의 고갈 문제가 심화됨에 따라 대체에너지자원의 개발을 위한 많은 연구가 이루어지고 있으며, 이와 더불어 대체에너지자원으로부터 얻어지는 에너지를 보다 효과적으로 저장할 수 있도록 하는 에너지 저장기술에 대한 연구도 활발하게 이루어지고 있다.
한편, 에너지 저장기술로는 대체에너지자원으로부터 얻어지는 에너지를 이용하여 전기를 생산 및 저장하는 방식이 주로 사용되어 왔으나, 이러한 방식은 불규칙한 대체에너지자원의 특성 상 에너지의 저장에 효과적이지 못한 문제가 있다.
이에 따라 대체에너지자원으로부터 얻어지는 에너지로 공기를 압축 저장하여 필요시 압축된 공기를 전기로 전환하여 사용할 수 있도록 하는 기술에 대한 관심이 증대되고 있다.
한편, 종래의 기체 압축기는 피스톤이나 베인을 이용한 방식으로, 기기의 원활한 구동 및 기밀의 유지를 위하여 오일이 사용되며, 이러한 오일의 사용으로 인하여 기체 중에 오일 또는 기타 이물질 성분이 함유됨으로써, 기체의 청정도가 떨어지는 것은 물론이고, 기체의 압축으로 인하여 고온, 고압의 분위기가 형성되는 경우, 폭발의 위험까지 있다.
이에 반하여, 벨로우즈를 이용하여 구성되는 기체 압축기는 기체의 압축을 위한 벨로우즈의 작동시 부품 간에 마찰되는 부분이 없으며, 또한 특별히 기밀이 요구되는 부분이 존재하지 않으므로 오일의 사용이 요구되지 않는다. 따라서 벨로우즈를 이용하여 구성되는 기체 압축기는 압축되는 기체의 높은 청정도를 유지할 수 있으며, 공기의 압축으로 인해 형성되는 고온 고압의 분위기에서도 오일 등과 같은 불순 성분의 연소에 의한 폭발의 위험이 없는 이점이 있다.
한편, 기체 압축기에 사용되는 벨로우즈는 기체의 압축시 벨로우즈가 원활하게 수축할 수 있도록 박판형의 원반 코어들을 서로 결합시킨 것으로 구성되며, 이처럼 박판의 원반 코어로 구성되는 벨로우즈를 이용하여 기체를 압축하기 위해서는 별도의 엑추에이어를 이용하여 벨로우즈를 반복적으로 수축 및 신장시켜야만 하므로, 관련 설비의 구조가 복잡해지고, 엑추에이터의 구동을 위한 에너지 소모가 요구되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 저압 용기의 기체를 보다 높은 압력으로 압축하여 고압 용기로 배출함에 있어서, 별도의 엑추에이터를 사용하지 않고 저압 용기로부터 유입되는 기체에 의해 스스로 구동하도록 한 오토-셀프 기체 증압 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 압축되는 기체의 압력에 의한 벨로우즈의 손상을 효과적으로 방지할 수 있는 오토-셀프 기체 증압 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 벨로우즈 내에 잔류하는 압축 기체에 의한 에너지 손실을 줄일 수 있는 오토-셀프 기체 증압 장치를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 저압 용기와 연결되어 저압 용기의 기체가 유입되는 유입구와, 고압 용기와 연결되어 압축된 기체를 고압 용기로 배출하는 배출구가 구비된 케이스; 상기 유입구에 설치되어 저압 용기의 기체가 유입구를 통하여 케이스의 내부로 유입되는 것은 허용하되, 케이스 내부의 기체가 저압 용기로 역류하는 것을 억제하는 제1 체크밸브; 상기 배출구에 설치되어 케이스 내의 기체가 고압 용기로 배출되는 것은 허용하되, 고압 용기의 고압 기체가 케이스의 내부로 역류하는 것을 억제하는 제2 체크밸브; 상기 케이스의 내부에 배치되어 유입구 또는 배출구에 근접하는 방향으로 이동하며, 기체의 유동을 위한 제1 유동구가 형성된 압력판; 상기 압력판에 일측단이 연결되고, 타측단이 케이스의 후방 측벽에 연결되게 설치되어 케이스의 내부 공간을 동력 유도실과 압력실로 구분하는 제1 벨로우즈; 상기 동력 유도실의 내부에서 일측단이 압력판에 연결되고, 타측단이 케이스의 후방 측벽에 연결되게 설치되어 압력판의 이동에 의해 수축되면서 기체를 압축하여 배출구를 통해 고압 용기로 배출시키는 제2 벨로우즈; 상기 제1 유동구에 설치되어 압력실의 기체가 압축실로 유동하는 제2 외측 보강부재 허용하되, 압축실의 기체가 압력실로 유동하는 것은 억제하는 제3 체크밸브; 상기 동력 유도실의 내부 기체를 외부로 배출시키기 위한 제1 유로와, 압력실의 기체가 동력 유도실로 유입되게 하는 제2 유로를 형성하도록 케이스에 설치되는 유로블록; 상기 압력판의 전면과 후면에 작용하는 압력차에 의하여 압력판이 제1,2 벨로우즈를 신장시키는 방향으로 이동하는 과정에서 제1 유로는 개방하고 제2 유로는 차단하여 동력 유도실의 내부 기체가 압력실 보다 압력이 낮은 외부로 배출되게 함으로써 압력판이 제1,2 벨로우즈를 수축시키는 방향으로 이동하도록 하거나, 압력판이 제1,2 벨로우즈를 수축시키는 방향으로 이동하는 과정에서 제1 유로는 차단하고 제2 유로는 개방하여 압력실의 기체가 동력 유도실로 유입되게 함으로써 압축실과 동력 유도실에 형성된 압력에 의하여 압력판이 제1,2 벨로우즈를 신장시키는 방향으로 이동하도록 압력판과 연결되어 작동하는 밸브유닛으로 구성된 오토-셀프 기체 증압 장치를 제공한다.
또한 본 발명은, 상기 유로블록은, 동력 유도실로 기체의 유출입이 가능하게 하는 제2 유동구와, 상기 압력실로 기체의 유출입이 가능하게 하는 제3 유동구와, 상기 제2 유동구 및 제3 유동구와 연결되는 연결챔버를 형성하는 블록 케이스와, 상기 연결챔버로 기체의 유출입이 가능하도록 블록 케이스에 형성된 제4 유동구로 구성되며,
상기 밸브유닛은, 연결챔버 내에서 중앙부가 회전가능하게 설치된 레버와, 상기 레버의 회전에 의해 제3 유동구를 개폐하도록 레버의 일측단에 설치된 제1 밸브와, 상기 제1 밸브에 의한 제3 유동구의 폐쇄시 제4 유동구를 개방하여 제1 유로의 개방이 이루어지도록 하며 제1 밸브에 의한 제3 유동구의 개방시 제4 유동구를 폐쇄하여 제2 유로의 개방이 이루어지도록 레버의 타측단에 설치된 제2 밸브와, 상기 레버와 압력판을 연결하여 압력판의 이동에 의하여 레버의 회전이 이루어지도록 하는 연결로드로 구성된 오토-셀프 기체 증압 장치를 제공한다.
또한 본 발명은, 상기 밸브유닛이, 상기 레버의 일측단과 인접한 곳에 위치하도록 블록 케이스 힌지 결합되어 힌지를 중심으로 회전 가능한 구조를 갖는 스프링 지지부재; 및 상기 스프링 지지부재에 설치되며, 레버의 일측단과 연결되어 제1 유로 또는 제2 유로의 개방을 위한 레버의 회전을 돕는 토글 스프링을 더 포함하는 오토-셀브 기체 증압 장치를 제공한다.
또한 본 발명은, 상기 제2 벨로우즈에 형성된 주름의 내측홈에 삽입되며, 제2 벨로우즈의 원주를 따라 연장되는 링형의 구조를 갖는 다수개의 제1 내부 충진부재; 상기 제2 벨로우즈에 형성된 주름의 외측홈에 삽입되며, 제2 벨로우즈의 원주를 따라 연장되는 링형의 구조를 갖는 다수개의 제1 외부 충진부재; 및 상기 제1 내부 충진부재 및 제1 외부 충진부재의 삽입으로 인하여 증가된 압축실의 용적만큼 압축실의 용적을 감소시키도록 제2 벨로우즈의 내부에 설치된 제1 충진블록을 더 포함하는 오토-셀프 기체 증압 장치를 제공한다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 저압 용기로부터 압력실로 유입되는 기체의 압력에 의하여 압력판의 전면에 가해지는 힘과, 동력 유도실 및 압축실에 유입된 기체의 압력에 의하여 압력판의 후면에 가해지는 힘과, 제1,2 벨로우즈에 의하여 압력판의 후면에 가해지는 반발력에 의하여 압력판이 스스로 이동하는 방식으로, 별도의 엑추에이터를 사용하지 않고도 저압의 기체를 보다 높은 압력으로 압축할 수 있는 효과가 있다.
이처럼 엑추에이터의 사용이 요구되지 않으므로, 관련 설비 구조를 단순화하고, 유지 보수의 편의성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 제2 벨로우즈의 내부에 공극이 발생하는 것을 최소화함으로써, 공극 내에 잔류한 압축 기체에 의한 에너지 손실을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 기체 증압 장치의 구조를 보인 단면도,
도 2 는 본 발명에 따른 유로블록 및 밸브유닛의 구조를 보인 상세도,
도 3 은 본 발명에 따른 연결로드의 구조를 보인 상세도,
도 4 는 제1,2 벨로우즈의 내부에 공극이 발생하는 것을 감소시키기 위한 구성이 더 포함된 오토-셀프 기체 증압 장치의 구조를 보인 단면도,
도 5 는 제2 벨로우즈에 제1 내부 충진부재와 제1 외부 충진부재 및 제1 내측 보강부재 그리고 제1 외측 보강부재가 설치된 구조를 보인 상세도,
도 6 은 제1 내부 충진부재의 구조를 보인 사시도,
도 7 은 제1 외부 충진부재의 구조를 보인 사시도,
도 8 은 제1 벨로우즈에 제2 내부 충진부재와 제2 외부 충진부재 및 제2 내측 보강부재 그리고 제2 외측 보강부재가 설치된 구조를 보인 상세도,
도 9 는 압력판의 이동에 의하여 제1,2 벨로우즈가 수축되는 과정을 보인 상태도,
도 10 은 압력판의 이동에 의하여 제1,2 벨로우즈가 수축된 상태를 보인 상태도,
도 11 은 압력판의 이동에 의하여 제1,2 벨로우즈가 완전히 신장된 상태를 보인 상태도,
도 12 는 압력판의 전후면에 작용하는 힘의 관계를 보인 예시도.
(부호의 설명)
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
C1: 압력실 C2: 동력 유도실
C3: 압축실 C4: 연결챔버
L1: 제1 유로 L2: 제2 유로
10: 저압 용기 20: 고압 용기
110: 케이스 112: 후방 측벽
114: 유입구 115: 배출구
120: 제1 체크밸브 130: 제2 체크밸브
140: 압력판 140a: 전면
140b: 후면 141: 제1 유동구
150: 제1 벨로우즈 151: 원반 코어
151a: 내측 결합부 151b: 외측 결합부
152: 내측홈 153: 외측홈
160: 제2 벨로우즈 161: 원반 코어
161a: 내측 결합부 161b: 외측 결합부
162: 내측홈 163: 외측홈
170: 제3 체크밸브 180: 유로블록
181: 제2 유동구 182: 제3 유동구
183: 블록 케이스 184: 제4 유동구
190: 밸브유닛 191: 레버
192: 제1 밸브 193: 제2 밸브
194: 연결로드 195: 스프링 지지부재
196: 토글 스프링
210: 제1 내부 충진부재 220: 제1 외부 충진부재
230: 제1 충진블록 240: 제1 내측 보강부재
250: 제1 외측 보강부재 260: 제2 내부 충진부재
270: 제2 외부 충진부재 280: 제2 충진블록
290: 제2 내측 보강부재 300: 제2 외측 보강부재
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 기체 증압 장치의 구조를 보인 단면도를 도시하고 있다.
본 발명에 따른 오토-셀프 기체 증압 장치는 저압 용기(10) 내에 저장된 기체를 제공받아 보다 높은 압력으로 압축한 뒤, 고압 용기(20)로 배출하는 장치로서, 엑추에이터를 사용하지 않고 압력판(140)의 전면(140a)과 후면(140b)의 압력차에 의하여 압력판(140)이 스스로 이동하면서 벨로우즈를 수축시켜 기체의 압축이 이루어지도록 한 특징을 갖고 있다. 여기서 언급된 저압 용기(10)와 고압 용기(20)는 상대적인 압력의 크기에 의하여 구분된 것으로, 상대적으로 낮은 압력의 기체가 저장되는 용기가 저압 용기(10)이고, 상대적으로 높은 압력의 기체가 저장되는 용기가 고압 용기(20)이다.
이러한 특징을 갖는 본 발명의 오토-셀프 기체 증압 장치는 케이스(110), 제1 체크밸브(120), 제2 체크밸브(130), 압력판(140), 제1 벨로우즈(150), 제2 벨로우즈(160), 제3 체크밸브(170), 유로블록(180), 밸브유닛(190)으로 구성된다.
상기 케이스(110)는 서로 일정한 간격을 두고 이격된 전방 측벽(111) 및 후방 측벽(112)과, 상기 전방 측벽(111) 및 후방 측벽(112)을 서로 연결하여 밀폐된 공간을 형성하는 연결벽(113)으로 구성된다.
한편, 상기 전방 측벽(111)의 중앙부에는 저압 용기(10)와 연결되어 저압 용기(10)에 저장된 저압 기체가 유입되는 유입구(114)가 형성되고, 상기 후방 측벽(112)의 중앙부에는 고압 용기(20)와 연결되어 압축된 고압 기체가 고압 용기(20)로 배출되게 하는 배출구(115)가 형성되어 있다.
이와 같은 케이스(110)는 저압 용기(10) 및 고압 용기(20)와 직접 연결될 수도 있고, 또는 별도의 호스나 배관을 매개로 하여 저압 용기(10) 및 고압 용기(20)와 연결될 수도 있으며, 도 1에는 별도의 배관에 의하여 케이스가 저압 용기(10) 및 고압 용기(20)와 연결된 구조가 도시되어 있다.
상기 제1 체크밸브(120)는 전방 측벽(111)에 형성된 유입구(114)에 설치되어 저압 용기(10)의 기체가 케이스(110)의 내부로 유입되는 것은 허용하되, 케이스(110)의 내부 기체가 저압 용기(10)로 배출되는 것은 억제하는 것이다. 한편, 체크밸브는 이미 널리 사용되고 있는 주지 관용된 기술이므로 체크밸브의 구조나 원리에 대한 설명은 생략하도록 한다.
이러한 제1 체크밸브(120)는 케이스(110)의 내부에 형성된 압력실(C1)의 압력(P2)이 저압 용기(10)의 압력(P1) 보다 낮은 경우, 유입구(114)를 개방하도록 작동하여 저압 용기(10)의 기체가 케이스(110)의 내부로 유입되게 하고, 반대로 압력실(C1)의 압력(P2)이 저압 용기(10)의 압력(P1) 보다 높은 경우, 유입구(114)를 폐쇄하여 케이스(110)의 기체가 저압 용기(10)로 역류하는 것을 방지하게 된다.
상기 제2 체크밸브(130)는 후방 측벽(112)에 형성된 배출구(115)에 설치되어 케이스(110) 내부에 형성되는 압축실(C3)의 기체가 고압 용기(20)로 배출되는 것을 허용하되, 고압 용기(20)의 기체가 압축실(C3)로 유입되는 것은 억제하는 것이다.
이러한 제2 체크밸브(130)는 압축실(C3)의 압력(P4)이 고압 용기(20)의 압력(P5) 보다 큰 경우, 배출구(115)를 개방하도록 작동하여 압축실(C3)의 기체가 고압 용기(20)로 배출되게 하고, 반대로 압축실(C3)의 압력(P4)이 고압 용기(20)의 압력(P5) 보다 낮은 경우, 배출구(115)를 폐쇄하여 고압 용기(20)의 기체가 압축실(C3)로 역류하는 것을 방지하게 된다.
상기 압력판(140)은 케이스(110)의 내부에 위치하도록 배치되며, 케이스(110)의 전방 측벽(111)과 마주하는 전면(140a)과 케이스(110)의 후방 측벽(112)과 마주하는 후면(140b)에 작용하는 압력차에 의하여 전방 측벽(111) 또는 후방 측벽(112)에 근접하도록 이동하면서 제1,2 벨로우즈를 신장시키거나 수축시키게 된다.
한편, 케이스(110)의 내부에 배치되는 압력판(140)과 연결벽(113)의 사이에는 기체의 유동이 가능하게 하는 공간(S)이 형성되며, 압력판(140)의 중앙부에는 압력실(C1)의 기체가 압축실(C3)로 유동할 수 있도록 하는 제1 유동구(141)가 형성되어 있다.
상기 제1 벨로우즈(150)는 압력판(140)에 일측단이 연결되고, 타측단이 케이스(110)의 후방 측벽(112)에 연결되게 설치되며, 이처럼 설치된 제1 벨로우즈(150)에 의하여 케이스(110)의 내부 공간은 압력실(C1)과 동력 유도실(C2)로 구분된다.
한편, 상기 제1 벨로우즈(150)는 다수개의 원반 코어의 내측단과 외측단을 서로 용접하여 결합시킨 공지의 용접형 벨로우즈로 구성되며, 물론 박판 튜브를 성형하여 제조되는 공지의 성형 벨로우즈로도 구성될 수도 있다.
상기 제2 벨로우즈(160)는 동력 유도실(C2)의 내부에서 압력판(140)에 일측단이 연결되고, 타측단이 케이스(110)의 후방 측벽(112)에 연결되게 설치되며, 이처럼 설치된 제2 벨로우즈(160)에 의하여 동력 유도실(C2)의 내부에는 독립된 구조의 압축실(C3)이 형성된다. 따라서 케이스(110)의 내부 공간은 압력판(140)과 제1 벨로우즈(150) 및 제2 벨로우즈(160)에 의하여 압력실(C1)과 동력 유도실(C2) 및 압축실(C3)로 나누어진다.
이와 같은 제2 벨로우즈(160)는 제1 벨로우즈(150)와 마찬가지로 용접형 벨로우즈 또는 성형 벨로우즈로 구성될 수 있다.
상기 제3 체크밸브(170)는 압력판(140)에 형성된 제1 유동구(141)에 설치되어 압력실(C1)의 기체가 압축실(C3)로 유동하는 것은 허용하되, 압축실(C3)의 기체가 압력실(C1)로 유동하는 것은 억제하는 것이다.
이러한 제3 체크밸브(170)는 압력실(C1)의 압력(P2)이 압축실(C3)의 압력(P4) 보다 큰 경우, 제1 유동구(141)를 개방하도록 작동하여 압력실(C1)의 기체가 압축실(C3)로 유입되게 하고, 반대로 압력실(C1)의 압력(P2)이 압축실(C3)의 압력(P4) 보다 낮은 경우, 제1 유동구(141)를 폐쇄하도록 작동하여 압축실(C3)의 기체가 압력실(C1)로 역류하는 것을 방지하게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 유로블록 및 밸브유닛의 구조를 보인 상세도를, 도 3은 본 발명에 따른 연결로드의 구조를 보인 상세도를 도시하고 있다.
상기 유로블록(180)은 압력판(140)의 전면(140a)과 후면(140b)에 각기 작용하는 압력의 차이를 발생시키기 위하여 동력 유도실(C2)로 압력실(C1)의 기체를 유입시거나 또는 동력 유도실(C2)의 내부 기체를 압력실(C1)의 압력(P2) 보다 낮은 외부로 배출시키는 것이다. 여기서 언급된 외부는 대기 또는 압력실(C1)의 압력(P2) 보다 낮은 압력으로 기체가 저장된 압력 용기이다.
이러한 유로블록(180)은 제2 유동구(181)와, 제3 유동구(182)와, 블록 케이스(183)와 제4 유동구(184)로 구성된다.
상기 제2 유동구(181)는 동력 유도실(C2)로 기체의 유출입이 가능하도록 케이스(110)의 후방 측벽(112)에 형성된다. 이러한 제2 유동구(181)는 밸브유닛(190)에 상관없이 항상 개방된 상태를 유지하게 된다.
상기 제3 유동구(182)는 압력실(C1)의 기체가 블록 케이스(183)를 통하여 동력 유도실(C2)로 유입될 수 있도록 압력실(C1)을 개방하는 것으로, 압력실(C1)의 기체가 블록 케이스(183)의 내부로 배출될 수 있도록 케이스(110)의 후방 측벽(112)에 형성된다.
상기 블록 케이스(183)는 제2 유동구(181) 및 제3 유동구(182)와 연결되는 연결챔버(C4)를 형성하도록 케이스(110)의 후방 측벽(112)에 설치되며, 상기 연결챔버(C4)는 제2 유동구(181)와 제3 유동구(182)를 서로 연결하여 기체의 유동이 가능하게 하는 유로의 기능을 제공하게 된다.
상기 제4 유동구(184)는 블록 케이스(183)에 형성되며, 이러한 제4 유동구(184)를 통하여 동력 유도실(C2)의 내부 기체가 외부로 배출된다.
이와 같이 구성된 유로블록(180)은 밸브유닛(190)에 의한 제3 유동구(182)와 제4 유동구(184)의 개폐에 의하여 동력 유도실(C2)의 내부 기체가 외부 배출되는 제1 유로(L1)를 형성하거나, 또는 압력실(C1)의 기체를 동력 유도실(C2)로 유입시키는 제2 유로(L2)를 형성하게 된다.
상기 밸브유닛(190)은 압력판(140)과 연동하여 작동하면서 제1 유로(L1)는 개방하고 제2 유로(L2)는 차단하거나, 반대로 제1 유로(L1)는 차단하고 제2 유로(L2)는 개방하는 것이다.
이러한 밸브유닛(190)은 레버(191)와, 제1 밸브(192)와, 제2 밸브(193)와, 연결로드(194)로 구성된다.
상기 레버(191)는 블록 케이스(183)의 내부에 설치되며, 중심부가 블록 케이스(183)에 힌지 결합된 구조로 설치되어 힌지(H1)를 중심으로 회전하는 구조를 갖고 있으며, 일측단(191a)은 제3 유동구(182) 측으로 연장되고, 타측단(191b)은 제2 유동구(181) 측으로 연장된 구조로 설치된다.
상기 제1 밸브(192)는 제3 유동구(182)를 개방하거나 폐쇄하도록 배치되며, 레버(191)의 일측단(191a)과 연결된다. 이러한 제1 밸브(192)는 레버(191)의 회전에 의해 이동하면서 제3 유동구(182)를 개방하거나 폐쇄하게 된다.
상기 제2 밸브(193)는 제4 유동구(184)를 개방하거나 폐쇄하도록 배치되며, 레버(191)의 타측단(191b)에 연결된다. 이러한 제2 밸브(193)는 레버(191)의 회전에 의해 이동하면서 제4 유동구(184)를 개방하거나 폐쇄하게 된다.
한편, 상기 제2 밸브(193)는 제1 밸브(192)에 의하여 제3 유동구(182)가 개방되면 제4 유동구(184)를 폐쇄하고, 반대로 제1 밸브(192)에 의하여 제3 유동구(182)가 폐쇄되면 제4 유동구(184)를 개방하도록 구성된다.
따라서, 레버(191)의 회전에 의하여 제1 밸브(192)가 제3 유동구(182)를 폐쇄하고 제2 밸브(193)가 제4 유동구(184)를 개방하게 되면, 제1 유로(L1)가 형성되어 동력 유도실(C2)의 내부 기체가 외부로 빠져나가게 되며, 반대로 레버(191)의 회전에 의하여 제1 밸브(192)가 제3 유동구(182)를 개방하고 제2 밸브(193)가 제4 유동구(184)를 폐쇄하게 되면, 제2 유로(L2)가 형성되어 압력실(C1)의 기체가 동력 유도실(C2)로 유입된다.
상기 연결로드(194)는 레버(191)와 압력판(140)을 연결하여 레버(191)가 압력판(140)의 이동과 연동하여 동작하도록 하는 것이다. 이러한 연결로드(194)는 레버(191)의 타측단(191b)으로부터 제2 유동구(181)를 통하여 압력판(140)의 후면으로 연장되는 구조를 갖도록 설치된다.
한편, 연결로드(194)는 압력판(140)의 이동에 의하여 제2 벨로우즈(160)가 신장되는 과정 말기에 제1 유로(L1)가 개방되고, 제2 유로(L2)는 차단되도록 압력판(140)과 레버(191)를 연결하고, 또한 압력판(140)의 이동에 의하여 제2 벨로우즈(160)가 수축되는 과정 말기에 제1 유로(L1)는 차단되고, 제2 유로(L2)가 개방되도록 압력판(140)과 레버(191)를 연결하게 된다.
이처럼 압력판(140)의 위치에 따라 적절한 시기에 제1 유로(L1) 및 제2 유로(L2)의 개폐가 이루어질 수 있도록 하기 위하여 연결로드(194)는 레버(191)에 설치된 제1 로드(1941)와, 압력판(140)에 설치된 제2 로드(1942)로 구성되며, 제1 로드(1941)와 제2 로드(1942)가 서로 결합되어 연결로드(194)를 구성하게 된다.
한편, 상기 제1 로드(1941)에는 다른 부분에 비하여 작은 직경으로 이루어진 안내부(1943)가 일정 구간에 걸쳐 형성되어 있으며, 이러한 안내부(1943)의 양 끝단에는 직경의 차이로 인한 제1,2 걸림턱(1944,1945)이 형성된다.
이와 같이 제1 로드(1941)에 형성된 안내부(1943)에 제2 로드(1942)가 결합된다.
이와 같은 구조의 제1 로드(1941)와 제2 로드(1942)에 의하면, 압력판(140)의 이동에 의하여 제2 로드(1942)가 안내부(1943)를 따라 이동하는 과정에서는 제1 로드(1941)와 제2 로드(1942)의 사이에 간섭이 발생되지 않으므로, 압력판(140)과 제2 로드(1942)의 이동만이 이동할 뿐, 제1 로드(1941)와 레버(191)는 원래의 상태를 유지하게 된다.
한편, 압력판(140)과 제2 로드(1942)의 이동에 의하여 제2 로드(1942)가 안내부(1943)의 끝단부에 형성된 제1 걸림턱(1944) 또는 제2 걸림턱(1945)과 접촉하게 되면, 이때부터 제2 로드(1942)에 의하여 제1 로드(1941)가 당겨지거나 밀려나면서 레버(191)를 회전시키게 된다.
따라서, 안내부(1943)의 양 끝단부에 형성되는 제1 걸림턱(1944)과 제2 걸림턱(1945)의 위치를 이용하여 제1 유로(L1) 및 제2 유로(L2)의 개폐시기를 적절하게 설정할 수 있게 된다.
한편, 제1 유로(L1)를 개방시키거나 제2 유로(L2)를 개방시키는 레버(191)의 회전이 확실하게 이루어질 수 있도록 하는 스프링 지지부재(195) 및 토글 스프링(196)이 더 포함되는 것이 바람직하다.
상기 스프링 지지부재(195)는 레버(191)의 일측단(191a)과 인접한 곳에 위치하도록 블록 케이스(183)의 내측에 힌지 결합되어 힌지(H2)를 중심으로 회전하는 구조를 갖도록 설치된다.
상기 토글 스프링(196)은 스프링 지지부재(195)에 설치되며, 레버(191)의 일측단(191a)과 연결되어 있다. 이러한 토글 스프링(196)은 공지의 압축 스프링으로 이루어지며, 제1 유로(L1) 또는 제2 유로(L2)의 개방을 위하여 레버(191)가 회전할 때, 레버(191)의 일측단(191a)을 레버(191)의 회전방향으로 밀어내는 방식으로 레버(191)의 회전을 보조하게 된다.
도 4는 제1,2 벨로우즈의 내부에 공극이 발생하는 것을 감소시키기 위한 구성이 더 포함된 오토-셀프 기체 증압 장치의 구조를 보인 단면도를, 도 5는 제2 벨로우즈에 제1 내부 충진부재와 제1 외부 충진부재 및 제1 내측 보강부재 그리고 제1 외측 보강부재가 설치된 구조를 보인 상세도를, 도 6은 제1 내부 충진부재의 구조를 보인 사시도를, 도 7은 제1 외부 충진부재의 구조를 보인 사시도를, 도 8은 제1 벨로우즈에 제2 내부 충진부재와 제2 외부 충진부재 및 제2 내측 보강부재 그리고 제2 외측 보강부재가 설치된 구조를 보인 상세도를 도시하고 있다.
참고로 벨로우즈를 이용하여 기체를 압축할 때, 벨로우즈를 형성하는 주름 사이에 형성되는 공극이 클수록 기체의 압축 효율이 떨어지고, 공극 내에 잔류하는 압축 기체의 교축 작용에 의하여 에너지 손실이 발생되는 문제가 있다.
이에 본 발명은 제1 벨로우즈와 제2 벨로우즈가 수축되는 과정 말기에 제1,2 벨로우즈의 내부에 공극이 발생하는 것을 최소화하고, 기체의 압축과정에서 발생되는 열의 외부 방출을 효과적으로 구현하기 위한 구성이 더 포함된다.
보다 구체적으로, 상기 제2 벨로우즈(160)에는 제1 내부 충진부재(210)와, 제1 외부 충진부재(220) 및 제1 충진블록(230)이 더 설치된다.
상기 제1 내부 충진부재(210)는 제2 벨로우즈(160)의 주름으로 인하여 형성되는 모든 내측홈(162)에 삽입될 수 있도록 다수개로 구성된다.
한편, 각각의 제1 내부 충진부재(210)는 제2 벨로우즈(160)의 원주를 따라 연장되는 링형의 구조를 가지며, 더불어 내측단(210a)으로부터 외측단(210b)으로 갈수록 두께가 점차적으로 얇아지는 삼각형의 단면구조를 갖고 있다.
또한, 제2 벨로우즈(160)를 구성하는 원반 코어(161)는 파형의 단면 구조를 갖도록 구성되며, 이러한 파형 단면 구조를 갖는 원반 코어(161)에 제1 내부 충진부재(210)가 긴밀하게 밀착될 수 있도록 하기 위하여 제1 내부 충진부재(210)의 단면은 원반 코어(161)의 파형 단면 구조에 대응하는 파형 단면 구조로 형성된다.
또한, 링형 구조로 이루어진 제1 내부 충진부재(210)를 제2 벨로우즈(160)의 내부에 위치한 내측홈(162)으로 용이하게 삽입할 수 있도록 하기 위하여 제1 내부 충진부재(210)의 일측에는 절개부(211)가 형성되어 있다.
따라서, 작업자는 절개부(211)에 인해 형성된 제1 내부 충진부재(210)의 양끝단부가 서로 겹쳐지도록 제1 내부 충진부재(210)를 수축변형시키면서 내측홈(162)으로 삽입하게 된다.
이와 같은 제1 내부 충진부재(210)는 열전도성이 우수한 알루미늄을 소재로 한 단조 공정에 의해 제작될 수 있으며, 제2 벨로우즈(160)의 수축과정 말기에 원반 코어(161)에 밀착되면서 공극의 발생을 최소화하게 된다.
상기 제1 외부 충진부재(220)는 제2 벨로우즈(160)의 주름으로 인하여 형성되는 모든 외측홈(163)에 삽입될 수 있도록 다수개로 구성된다.
한편, 각각의 제1 외부 충진부재(220)는 제2 벨로우즈(160)의 원주를 따라 연장되는 링형의 구조를 가지며, 더불어 외측단(220b)으로부터 내측단(220a)으로 갈수록 두께가 점차적으로 얇아지는 삼각형의 단면구조를 갖고 있다.
또한, 파형 단면 구조를 갖는 원반 코어(161)에 제1 외부 충진부재(220)가 긴밀하게 밀착될 수 있도록 하기 위하여 제1 외부 충진부재(220)의 단면은 원반 코어(161)의 파형 단면 구조에 대응하는 파형 단면 구조로 형성된다.
또한, 링형 구조로 이루어진 제1 외부 충진부재(220)를 외측홈(163)에 용이하게 결합시킬 수 있도록 하기 위하여 제1 외부 충진부재(220)의 일측에는 절개부(221)가 형성되어 있다.
따라서, 작업자는 절개부(221)에 의해 형성된 제1 외부 충진부재(220)의 양끝단부가 서로 이격되도록 제1 외부 충진부재(220)를 벌려 제2 벨로우즈(160)와 제1 외부 충진부재(220)의 결합을 위한 공간을 확보하고, 제1 외부 충진부재(220)와 제2 벨로우즈(160)를 결합하게 된다.
이와 같은 제1 외부 충진부재(220)는 열전도성이 우수한 알루미늄을 소재로 한 단조 공정에 의해 제조될 수 있으며, 제1 내부 충진부재(210)와 마찬가지로 제2 벨로우즈(160)의 수축과정 말기에 원반 코어(161)에 밀착된다.
상기 제1 충진블록(230)은 제1 내부 충진부재(210)와 제1 외부 충진부재(220)의 삽입으로 인하여 증가되는 압축실(C3)의 용적만큼 압축실(C3)의 용적을 감소시키도록 제2 벨로우즈(160)의 내부에 배치되고, 케이스(110)에 고정된 구조로 설치된다.
이러한 제1 충진블록(230)은 중실블록 또는 중공블록으로 구성되며, 압축실(C3)과 고압 용기(20)를 연결하기 위한 유로(231)가 형성되어 있다.
이와 같은 제1 충진블록(230)이 제2 벨로우즈(160)의 내부에 더 설치되는 경우, 케이스(110)의 배출구(115)에 설치되는 것으로 설명되었던 제2 체크밸브(130)는 제1 충진블록(230)에 형성된 유로(231)에 설치된다.
한편, 제2 벨로우즈(160)를 구성하는 원반 코어(161)간의 결속력을 강화하기 위한 제1 내측 보강부재(240)와, 제1 외측 보강부재(250)가 더 포함될 수 있다.
상기 제1 내측 보강부재(240)는 제2 벨로우즈(160)의 원주를 따라 연장되는 링형의 구조로 형성되며, 원반 코어(161)의 내측 결합부(161a)에 결합되어 원반 코어(161)의 내측 결합부(161a)에 대한 결속력을 강화하게 된다. 이러한 제1 내측 보강부재(240)는 제2 벨로우즈(160)의 수축과정 말기에 제1 내부 충진부재(210)가 원반 코어에 완전히 밀착될 때, 이웃한 제1 내측 보강부재(240)들이 서로 밀착되게 구성된다.
상기 제1 외측 보강부재(250)는 제2 벨로우즈(160)의 원주를 따라 연장되는 링형의 구조로 형성되며, 원반 코어(161)의 외측 결합부(161b)에 결합되어 원반 코어(161)의 외측 결합부(161b)에 대한 결속력을 강화하게 된다. 이러한 제1 외측 보강부재(250)는 제2 벨로우즈(160)의 수축과정 말기에 제1 외부 충진부재(220)가 원반 코어(161)에 완전히 밀착될 때, 이웃한 제1 외측 보강부재(250)들이 서로 밀착되게 구성된다.
이와 같은 제1 내측 보강부재(240)와 제1 외측 보강부재(250)는 제2 벨로우즈(160)에 형성된 다수개의 내측 결합부(161a)와 외측 결합부(161b)에 각각 결합될 수 있도록 다수개로 구성되며, 제2 벨로우즈(160)에 형성된 내측 결합부(161a)와 외측 결합부(161b)의 결속력을 강화함에 따라 제2 벨로우즈(160)의 내압 특성을 향상시켜 기체를 고압으로 압축하는 과정에서 발생될 수 있는 벨로우즈의 손상을 방지할 수 있게 된다.
한편, 상기 제1 내측 보강부재(240)와 제1 외측 보강부재(250)는 열전도율이 우수한 알루미늄을 소재로 하여 구성된다.
상기와 같은 구조와 기능을 갖는 제1 내부 충진부재(210), 제1 외부 충진부재(220), 제1 충진블록(230), 제1 내측 보강부재(240), 제1 외측 보강부재(250)와 동일한 기능을 갖는 제2 내부 충진부재(260), 제2 외부 충진부재(270), 제2 충진블록(280), 제2 내측 보강부재(290), 제2 외측 보강부재(300)가 제1 벨로우즈(150)에 더 설치될 수 있다.
이때, 상기 제2 내부 충진부재(260)는 제1 벨로우즈(150)에 형성된 주름의 내측홈(152)에 설치되며, 제1 벨로우즈(150)의 원주를 따라 연장되는 링형의 구조를 갖고 있다. 이러한 제2 내부 충진부재(260)는 제1 내부 충진부재(210)와 설치 위치에 따른 크기에 차이가 있을 뿐, 실질적인 구조나 기능을 동일하므로 보다 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
상기 제2 외부 충진부재(270)는 제1 벨로우즈(150)에 형성된 주름의 외측홈(153)에 설치되며, 제1 벨로우즈(150)의 원주를 따라 연장되는 링형의 구조를 갖고 있다. 이러한 제2 외부 충진부재(270) 또한 제2 외부 충진부재(270)와 설치 위치에 따른 크기에 차이가 있을 뿐, 실질적인 구조나 기능을 동일하므로 보다 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
상기 제2 충진블록(280)은 제2 내부 충진부재(260)와 제2 외부 충진부재(270)의 삽입으로 인하여 증가된 동력 유도실(C2)의 용적만큼 동력 유도실(C2)의 용적을 감소시키도록 제1 벨로우즈(150)의 내부에 배치되고, 제1 벨로우즈(150)와 제2 벨로우즈(160)의 사이에 위치할 수 있도록 링형의 구조로 형성되며, 케이스(110)의 후방 측벽(112)에 고정된다.
이처럼 제1 벨로우즈(150)의 내부에 제2 충진블록(280)이 설치되는 경우, 압력판(140)과 레버(191)를 연결하는 연결로드(194)는 제2 충진블록(280)을 관통하는 구조로 설치되며, 연결로드(194)가 관통하는 구멍(281)을 통하여 기체가 유동하게 된다.
상기 제2 내측 보강부재(290)는 제1 벨로우즈(150)의 원주를 따라 연장되는 링형의 구조를 가지며, 제1 벨로우즈(150)를 구성하는 원반 코어(151)의 내측 결합부(151a)에 결합되어 원반 코어(151)간의 결속력을 강화하게 되며, 제1 벨로우즈(150)에 형성된 모든 내측 결합부(151a)에 설치될 수 있도록 다수개로 구성된다.
상기 제2 외측 보강부재(300)는 제1 벨로우즈(150)의 원주를 따라 연장되는 링형의 구조를 가지며, 제1 벨로우즈(150)를 구성하는 원반 코어(151)의 외측 결합부(151b)에 결합되어 원반 코어(151)간의 결속력을 강화하게 되며, 제1 벨로우즈(150)에 형성된 모든 외측 결합부(151b)에 설치될 수 있도록 다수개로 구성된다.
도 9는 압력판의 이동에 의하여 제1,2 벨로우즈가 수축되는 과정을 보인 상태도를, 도 10은 압력판의 이동에 의하여 제1,2 벨로우즈가 수축된 상태를 보인 상태도를, 도 11은 압력판의 이동에 의하여 제1,2 벨로우즈가 완전히 신장된 상태를 보인 상태도를, 도 12는 압력판의 전후면에 작용하는 힘의 관계를 보인 예시도를 도시하고 있다.
상기와 같이 구성된 오토-셀프 기체 증압 장치를 이용하여 저압 용기(10)에 저장된 저압 기체를 압축한 후, 고압 용기(20)에 저장하는 과정을 설명하도록 한다. 이때 저압 용기(10)의 기체 압력은 2기압인 것으로 가정하도록 한다.
한편, 오토-셀프 기체 증압 장치는 저압 용기(10)로부터 공급되는 저압 기체에 의하여 스스로 구동하도록 구성되므로, 관리자가 오토-셀프 기체 증압 장치의 구동을 임의로 정지시키거나, 다시 구동시킬 수 있도록 하기 위한 ON/OFF 밸브(310)가 더 구비될 수 있다.
상기 ON/OFF 밸브(310)는 케이스(110)의 전방 측벽(111)에 형성된 유입구(114)와 저압 용기(10)를 연결하는 호스나 배관에 설치되며, 관리자의 조작에 의하여 저압 용기(10)로부터 케이스(110)로 유동하는 저압 기체를 단속하게 된다.
한편, 상기 저압 용기(10)는 태양열이나 풍력, 조력과 같은 대체에너지자원으로부터 얻어지는 에너지를 이용하여 구동하는 별도의 공기 압축기에 의해 압축된 기체를 공급받으며, 이에 따라 저압 용기(10)의 기체는 항상 2기압 정도의 압력을 유지하는 것으로 가정하도록 한다.
케이스(110)의 유입구(114)에 설치된 제1 체크밸브(120)는 저압 용기(10)의 압력(P1)이 압력실(C1)의 압력(P2) 보다 큰 경우 개방되므로, 결국 압력실(C1)의 압력(P2)은 저압 용기(10)의 압력 보단 낮으나 2기압에 가까운 압력을 유지하게 된다.
이처럼 압력실(C1)은 2기압에 가까운 압력을 유지하는 반면, 동력 유도실(C2)의 압력(P3)은 압력판(140)의 위치에 따라 대기압을 유지하거나, 또는 대기압 보단 크지만 저압 용기(10)의 압력(P2) 보다 낮은 압력을 유지하거나, 또는 압력실(C1)의 기체를 유입받아 압력실(C1)과 같은 압력을 유지하게 된다.
여기서 동력 유도실(C2)의 압력(P3)이 대기압 보단 크지만 저압 용기(10)의 압력(P2) 보다 낮은 압력을 유지하는 경우로는, 본 발명에 따른 오토-셀프 기체 증압 장치를 다단계의 구조로 배치한 경우로써, 예컨대 여러 대의 오토-셀프 기체 증압 장치를 직렬 구조로 연결하여 기체를 단계적으로 보다 높은 압력으로 압축할 수 있도록 하는 경우, 후행 오토-셀프 기체 증압 장치의 동력 유도실(C2)의 기체가 선행 오토-셀프 기체 증압 장치의 저압 용기 또는 고압 용기로 배출되게 한 경우이다.
한편, 압력판(140)의 전면(140a)과 후면(140b)에 작용하는 압력차에 의하여 압력판(140)은 제1,2 벨로우즈(150,160)를 신장시키는 방향으로 이동하거나 또는 제1,2 벨로우즈(150,160)를 수축시키는 방향으로 이동하게 된다.
즉, 압력판(140)의 전면(140a)에는 압력실(C1)의 압력(P2)과 압력판(140)의 전면(140a) 면적(A1)에 상응하는 힘(F1)이 작용하고, 압력판(140)의 후면(140b)에는 동력 유도실(C2)의 압력(P3)과 압축실(C3)의 압력(P4) 및 압력판(140)의 후면(140b) 면적(A2)에 상응하는 힘(F2,F3)과, 제1,2 벨로우즈(150,160)가 수축되는 과정에서 발생되는 반발력(F4)이 작용하게 된다.
이때, 압력판(140)의 전면(140a) 면적(A1)과 후면(140b) 면적(A2)은 제1,2 벨로우즈(150,160)의 설치로 인하여 다소 차이가 있을 수 있으나, 그 차이는 극히 미미하므로 압력판(140)의 전면(140a) 면적(A1)과 후면(140b) 면적(A2)은 동일한 것으로 볼 수 있다.
따라서, 압력판(140)은 압력실(C1)의 압력(P2)과 동력 유도실(C2)의 압력(P3) 및 압축실(C3)의 압력(P4) 그리고 제1,2 벨로우즈(150,160)로부터 발생되는 반발력(F4)에 따라 이동하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 오토-셀프 기체 증압 장치의 압력판(140)은 케이스(110)의 내부가 대기로 채워진 초기 상태에는 제1,2 벨로우즈(150,160)가 갖는 탄성에 의하여 제1,2 벨로우즈(150,160)가 신장된 상태를 유지하게 되므로, 도 1 또는 도 4와 같은 상태를 유지하게 된다.
도 1 또는 도 4와 같은 초기 상태에서 밸브유닛(190)은 제1 유로(L1)를 개방하고, 제2 유로(L2)는 차단한 상태를 유지하게 된다.
이와 같은 상태에서 저압 용기(10)로부터 압력실(C1)로 2기압의 저압 기체가 유입되면, 압력실(C1)과 압축실(C3)은 2기압의 저압 기체로 채워지게 되며, 이러한 경우 압력실(C1)과 압축실(C3)의 압력은 같지만, 제1 유로(L1)의 개방으로 인하여 동력 유도실(C2)의 내부 기체가 외부로 빠져나게 되며, 이로 인하여 동력 유도실(C2)의 압력(P3)은 압력실(C1)의 압력(P2) 보다 작아지게 되므로, 결과적으로 압력판(140)은 제1,2 벨로우즈(150,160)를 수축시키는 방향으로 이동하게 된다.
따라서 압력실(C1) 내의 기체는 압축되며, 위와 같은 압력판(140)의 이동은 압력판(140)의 전면(140a)과 후면(140b)에 작용하는 힘의 균형이 이루어질 때까지 이루어지게 된다.
이처럼 압력판(140)의 이동에 의하여 압축실(C3)의 기체가 압축되는 과정에서 압축실(C3)의 압력(P4)이 고압 용기(20)의 압력(P5) 보다 커지게 되면, 제2 체크밸브(130)가 개방되면서 압축실(C3)의 기체가 고압 용기(20)로 유동하게 된다.
한편, 제1 벨로우즈(150)와 제2 벨로우즈(160)에는 수축되는 길이에 비례하는 반발력(F4)이 발생되므로, 도 10과 같은 제2 벨로우즈(160)의 수축과정 말기에는 제1,2 벨로우즈(150,160)로부터 큰 반발력(F4)이 발생하게 된다.
또한, 제2 벨로우즈(160)가 수축되는 과정 말기에는 압력판(140)과 연결로드(194)를 매개로 연결된 레버(191)가 정방향(CW)으로 회전하게 되며, 이때 제2 밸브(193)는 제4 유동구(184)를 폐쇄하고, 제1 밸브(192)는 제3 유동구(182)를 개방하게 된다.
따라서, 제1 유로(L1)는 차단되고 제2 유로(L2)가 개방됨에 따라 압력실(C1)의 기체가 동력 유도실(C2)로 유입되며, 이로 인하여 압력실(C1)의 압력(P2)과 동력 유도실(C2)은 압력(P3)은 같아지게 된다.
이처럼 동력 유도실(C2)의 압력(P3)이 증가하고, 더불어 제1,2 벨로우즈(150,160)로부터 큰 반발력이 발생되며, 압축실(C3)에는 압축된 기체가 잔류함에 따라서 제2 벨로우즈(160)의 수축과정 말기에는 압력판(140)이 다시 제1,2 벨로우즈(150,160)를 신장시키는 방향으로 이동하게 된다.
이러한 압력판(140)의 이동에 의하여 압축실(C3)의 용적이 점차적으로 증가함에 따라 압축실(C3)의 압력(P4)은 저하되고, 압력실(C1)의 용적은 줄어들게 됨으로 압력실(C1)의 압력(P2)은 증가하게 된다. 따라서 압력판(140)이 어느 정도 이동한 시점에는 압력실(C1)의 압력(P2)이 압축실(C3)의 압력(P4) 보다 커지게 되며, 이로 인하여 제3 체크밸브(170)가 개방되면서 압력실(C1)의 기체가 압축실(C3)로 유입된다.
한편, 제1,2 벨로우즈(150,160)가 신장되어 반발력(F4)이 사라지는 시점에서 압력판(140)의 전면(140a)과 후면(140b)에 작용하는 힘의 균형이 이루어지게 되며, 이와 동시에 압력판(140)과 연결로드(194)를 매개로 연결된 레버(191)가 역방향(CCW)으로 회전하게 되며, 이에 따라 제2 밸브(193)에 의해 제4 유동구(184)가 개방되고, 제1 밸브(192)에 의해 제3 유동구(182)가 폐쇄되므로, 도 9와 같이 제1 유로(L1)가 개방되어 동력 유도실(C2)의 내부 기체가 다시 외부로 빠져나게 된다.
따라서 압력판(140)은 앞서 설명된 바와 같이, 제1,2 벨로우즈(150,106)를 수축시키는 방향으로 이동하게 된다.
이처럼 본 발명에 따른 오토-셀프 기체 증압 장치는 압력판(140)의 위치에 따라 압력판(140)의 전면(140a)에 후면(140b)에 작용하는 힘의 크기가 자동으로 전환되게 함으로써, 별도의 엑추에이터를 사용하지 않고도 저압 용기(10)로부터 제공되는 기체를 이용하여 스스로 구동할 수 있는 이점이 있다.
또한, 제1 벨로우즈(150)에 설치된 제2 내부 충진부재(260) 그리고 제2 벨로우즈(160)에 설치된 제1 내부 충진부재(210)는 제1,2 벨로우즈(150,160)의 수축과정 말기에 원반 코어(151,161)에 밀착되어 제1,2 벨로우즈의 내부에 공극이 발생되는 것으로 최소화하여 줌으로써, 공극 내에 잔류한 압축 기체에 의한 에너지 손실과 같은 피해가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (4)

  1. 저압 용기(10)와 연결되어 저압 용기(10)의 기체가 유입되는 유입구(114)와, 고압 용기(20)와 연결되어 압축된 기체를 고압 용기(20)로 배출하는 배출구(115)가 구비된 케이스(110);
    상기 유입구(114)에 설치되어 저압 용기(10)의 기체가 유입구(114)를 통하여 케이스(110)의 내부로 유입되는 것은 허용하되, 케이스(110) 내부의 기체가 저압 용기(10)로 역류하는 것을 억제하는 제1 체크밸브(120);
    상기 배출구(115)에 설치되어 케이스(110) 내의 기체가 고압 용기(20)로 배출되는 것은 허용하되, 고압 용기(20)의 고압 기체가 케이스(110)의 내부로 역류하는 것을 억제하는 제2 체크밸브(130);
    상기 케이스(110)의 내부에 배치되어 유입구(114) 또는 배출구(115)에 근접하는 방향으로 이동하며, 기체의 유동을 위한 제1 유동구(141)가 형성된 압력판(140);
    상기 압력판(140)에 일측단이 연결되고, 타측단이 케이스(110)의 후방 측벽(112)에 연결되게 설치되어 케이스(110)의 내부 공간을 동력 유도실(C2)과 압력실(C1)로 구분하는 제1 벨로우즈(150);
    상기 동력 유도실(C2)의 내부에서 일측단이 압력판(140)에 연결되고, 타측단이 케이스(110)의 후방 측벽(112)에 연결되게 설치되어 압력판(140)의 이동에 의해 수축되면서 기체를 압축하여 배출구(115)를 통해 고압 용기(20)로 배출시키는 제2 벨로우즈(160);
    상기 제1 유동구(141)에 설치되어 압력실(C1)의 기체가 압축실(C3)로 유동하는 것은 허용하되, 압축실(C3)의 기체가 압력실(C1)로 유동하는 것은 억제하는 제3 체크밸브(170);
    상기 동력 유도실(C2)의 내부 기체를 외부로 배출시키기 위한 제1 유로(L1)와, 압력실(C1)의 기체가 동력 유도실(C2)로 유입되게 하는 제2 유로(L2)를 형성하도록 케이스(110)에 설치되는 유로블록(180);
    상기 압력판(140)의 전면(140a)과 후면(140b)에 작용하는 압력차에 의하여 압력판(140)이 제1,2 벨로우즈를 신장시키는 방향으로 이동하는 과정에서 제1 유로(L1)는 개방하고 제2 유로(L2)는 차단하여 동력 유도실(C2)의 내부 기체가 압력실(C1) 보다 압력이 낮은 외부로 배출되게 함으로써 압력판(140)이 제1,2 벨로우즈를 수축시키는 방향으로 이동하도록 하거나, 압력판(140)이 제1,2 벨로우즈를 수축시키는 방향으로 이동하는 과정에서 제1 유로(L1)는 차단하고 제2 유로(L2)는 개방하여 압력실(C1)의 기체가 동력 유도실(C2)로 유입되게 함으로써 압축실(C3)과 동력 유도실(C2)에 형성된 압력에 의하여 압력판(140)이 제1,2 벨로우즈를 신장시키는 방향으로 이동하도록 압력판(140)과 연결되어 작동하는 밸브유닛(190)으로 구성된 것을 특징으로 하는 오토-셀프 기체 증압 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유로블록(180)은, 동력 유도실(C2)로 기체의 유출입이 가능하게 하는 제2 유동구(181)와, 상기 압력실(C1)로 기체의 유출입이 가능하게 하는 제3 유동구(182)와, 상기 제2 유동구(181) 및 제3 유동구(182)와 연결되는 연결챔버(C4)를 형성하는 블록 케이스(183)와, 상기 연결챔버(C4)로 기체의 유출입이 가능하도록 블록 케이스(183)에 형성된 제4 유동구(184)로 구성되며,
    상기 밸브유닛(190)은, 연결챔버(C4) 내에서 중앙부가 회전가능하게 설치된 레버(191)와, 상기 레버(191)의 회전에 의해 제3 유동구(182)를 개폐하도록 레버(191)의 일측단(191a)에 설치된 제1 밸브(192)와, 상기 제1 밸브(192)에 의한 제3 유동구(182)의 폐쇄시 제4 유동구(184)를 개방하여 제1 유로(L1)의 개방이 이루어지도록 하며 제1 밸브(192)에 의한 제3 유동구(182)의 개방시 제4 유동구(184)를 폐쇄하여 제2 유로(L2)의 개방이 이루어지도록 레버(191)의 타측단(191b)에 설치된 제2 밸브(193)와, 상기 레버(191)와 압력판(140)을 연결하여 압력판(140)의 이동에 의하여 레버(191)의 회전이 이루어지도록 하는 연결로드(194)로 구성된 것을 특징으로 하는 오토-셀프 기체 증압 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 밸브유닛(190)은, 상기 레버(191)의 일측단(191a)과 인접한 곳에 위치하도록 블록 케이스(183) 힌지 결합되어 힌지를 중심으로 회전 가능한 구조를 갖는 스프링 지지부재(195); 및
    상기 스프링 지지부재(195)에 설치되며, 레버(191)의 일측단(191a)과 연결되어 제1 유로(L1) 또는 제2 유로(L2)의 개방을 위한 레버(191)의 회전을 돕는 토글 스프링(196)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오토-셀브 기체 증압 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 벨로우즈(160)에 형성된 주름의 내측홈(162)에 삽입되며, 제2 벨로우즈(160)의 원주를 따라 연장되는 링형의 구조를 갖는 다수개의 제1 내부 충진부재(210);
    상기 제2 벨로우즈(160)에 형성된 주름의 외측홈(163)에 삽입되며, 제2 벨로우즈(160)의 원주를 따라 연장되는 링형의 구조를 갖는 다수개의 제1 외부 충진부재(220); 및
    상기 제1 내부 충진부재(210) 및 제1 외부 충진부재(220)의 삽입으로 인하여 증가된 압축실(C3)의 용적만큼 압축실(C3)의 용적을 감소시키도록 제2 벨로우즈(160)의 내부에 설치된 제1 충진블록(230)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오토-셀프 기체 증압 장치.
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