KR100816358B1 - 결합된 압축 장치 - Google Patents

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Abstract

스크롤 압축기에서, 고정 단부판의 고정 랩은 궤도 선회 단부판의 궤도 선회 랩과 맞물려 압축실을 형성한다. 가스는 외주로부터 압축실로 도입되고 궤도 선회 단부판이 고정 단부판에 대해 구동 샤프트로 회전함에 따라 중심을 향해 압축된다. 가스는 피스톤이 실린더에서 상하 이동하는 왕복 운동 압축기로 보내져 거기서 더 압축된다.
Figure R1020070003776
스크롤 압축기, 왕복 운동 압축기, 압축실

Description

결합된 압축 장치{COMBINED COMPRESSING APPARATUS}
도 1은 본 발명에 따른 결합된 압축 장치의 개략도이며;
도 2는 본 발명에 따른 결합된 압축 장치의 제 1 실시예의 수직 단면도이고;
도 3은 본 발명에 따른 결합된 압축 장치의 제 2 실시예의 수직 단면도이다.
본 발명은 업스트림 압축기로부터 방출된 압축 가스를 다운스트림 압축기에서 압축하는 결합된 압축 장치에 관한 것이다.
일본 특허 제2703319B2호는 터보형 압축기가 업스트림 압축기로 사용되고 왕복 운동 압축기 또는 스크롤 압축기와 같은 볼륨형 압축기가 다운스트림 압축기로 사용되는 결합된 압축 장치를 개시한다. 터보형 압축기에서의 제 1 압축 가스는 볼륨형 압축기로 보내지고, 여기서 제 1 압축 가스가 더 압축되어 제 2 고압 압축 가스로서 방출된다.
그러나, 공지의 결합된 압축 장치에서는, 대량의 저압 압축 가스가 업스트림 압축기인 터보형 압축기로부터 방출되어서, 터보형 압축기로부터 대량의 제1 압축 가스를 흡입하도록 대형의 볼륨형 압축기가 사용되므로 그 크기가 더 커지고 동력 부하가 증가한다.
본 발명의 목적은 선행 기술의 단점을 고려하여, 크기를 더 작게 하고 동력 부하를 감소시켜 고압 압축 가스를 효과적으로 생산하는 결합된 압축 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 특징과 장점은 첨부된 도면에 도시된 바와 같이 실시예에 관한 다음의 설명으로부터 더 구체화될 것이다:
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 결합된 압축기에서, 소음과 에너지 절약에 뛰어난 스크롤 압축기(1)는 업스트림 압축기로 사용되고, 구조가 간단하고 고압을 공급할 수 있는 왕복 운동 압축기(2)는 다운스트림 압축기로 사용된다. 스크롤 압축기(1)에 의해 압축된 제 1 압축 가스(A)는 왕복 운동 압축기(2)로 보내지고, 이것에 의해 제 1 압축 가스(A)는 탱크(3)로 보내지는 고압 제 2 압축 가스(B)로 더 압축된다.
도 2에는 스크롤 압축기(1)의 원통형 하우징(11)의 배면이 왕복 운동 압축기(2)의 크랭크 케이스(22)의 정면에 고정되는 결합된 압축 장치의 제 1 실시예가 도시되어 있다. 단일 모터(4)는 크랭크 케이스(22)의 배면에 설치된다. 모터(4)는 스크롤 압축기(1)와 왕복 운동 압축기(2)를 구동하기 위한 동력원으로 기능한다.
스크롤 압축기(1)는 밀봉된 하우징(11) 내의 나선형 고정 랩(13)과 상기 나선형 고정 랩(13)과 맞물려 압축실(16)을 형성하는 궤도 선회 랩(15)을 포함한다.
상기 고정 랩(13)은 고정 단부판(12)의 배면에 설치되는 반면, 궤도 선회 랩(15)은 하우징(11)에서 회전가능하게 설치된 궤도 선회 단부판(14)에 설치된다.
궤도 선회 단부판(14)은 하우징(11)의 배면을 폐쇄하는 커버(24)의 중심을 통과하는 구동 샤프트(41)의 편심 축부(42)에 회전가능하게 설치되고 모터(4)에 의해 회전된다. 커버(24)는 또한 왕복 운동 압축기(2)의 크랭크 케이스(22)의 일부분이다. 궤도 선회 단부판(14)은 구동 샤프트(41)의 회전으로 편심 회전되고 원주에 위치된 세개의 핀 크랭크형 자기 회전 방지 장치(17)로 커버(24)에 연결되어 있다.
하우징(11)의 고정 단부판(12)의 외주와 중심에는 각각 외부 가스를 압축실(16)로 흡입하기 위한 스크롤 입구(111) 및 압축실(16)에서 압축된 제 1 압축 가스(A)를 방출하기 위한 스크롤 출구(112)가 있다.
궤도 선회 단부판(14)이 모터(4)에 의해 편심 회전될 때, 고정 랩(13)과 궤도 선회 랩(15)에 의해 규정된 압축실(16)은 점차 외주에서 중심으로 부피가 감소한다. 따라서, 스크롤 입구(111)로부터 흡입된 외부 가스는 점차 센터를 향해서 압축되고 제 1 압축 가스(A)는 스크롤 출구(112)로부터 방출된다. 스크롤 출구(112)로부터의 제 1 압축 가스(A)는 왕복 운동 압축기(2)로 보내져서 왕복 운동 압축기(2)의 크랭크 케이스(22)로 부분 도입된다.
왕복 운동 압축기(2)에서, 피스톤(23)은 실린더(21)에서 왕복 운동하여 가스를 반복해서 흡입하고 방출시킨다. 실린더(23)에는 스크롤 출구(112)에서 실린더(21)로 방출된 제 1 압축 가스(A)를 도입하는 실린더 입구(25) 및 실린더(21)에서 압축된 제 2 압축 가스(B)를 방출하는 실린더 출구(26)가 있다.
피스톤(23)은 피스톤 로드(27)를 통해 모터(4)에 의해 구동된 구동 샤프트(41)의 크랭크 샤프트(43)로 실린더(21)에서 왕복 운동된다.
크랭크 케이스(22)의 상부 부분에는 스크롤 출구(112)에서 크랭크 케이스(22)로 방출된 제 1 압축 가스(A)를 부분 흡입하는 크랭크 케이스 입구(221)가 있다.
피스톤(23)은 실린더(21)에서 왕복 운동해서, 제 1 압축 가스(A)는 실린더 입구(25)로부터 흡입 밸브(28)를 통해 실린더(21)의 피스톤(23) 상측에 도입되고 더 압축된다. 그 다음, 고압 제 2 압축 가스(B)는 방출 밸브(29)를 통해 실린더 출구(26)로 방출되고 탱크(3)로 보내진다.
피스톤(23)의 왕복 운동 동안, 스크롤 압축기(1)의 스크롤 출구(112)로부터 방출된 제 1 압축 가스(A)는 크랭크 케이스(22)로 부분 도입되어 크랭크 케이스(22)의 내부가 대기압 이상으로 가압되게 한다. 따라서, 피스톤(23) 상측의 압축실 내의 압축 가스와 크랭크 케이스(22) 내의 압축 가스 사이의 압력 차이는 크랭크 케이스(22)의 대기압에 대한 것보다 더 작다. 그러므로, 피스톤(23)의 상부면과 하부면 사이의 압력 차이가 크면, 신속하고 강한 하방으로의 힘이 피스톤(23)상으로 작용하여, 과도하고 불균일한 힘이 피스톤(23)의 외주면, 피스톤 링, 베어링, 및 실링 부분에 가해짐으로써 조기 기능 불량을 일으킨다. 본 발명의 실시예에서는 압력 차이가 더 작아져 조기 기능 불량의 원인을 회피함으로써 더 적은 고압 압축 가스를 효과적으로 방출한다.
제 1 실시예에서, 소음과 에너지 절약에 뛰어난 스크롤 압축기(1)에서 압축된 제 1 압축 가스(A)는, 구조가 간단하고 고압을 얻을 수 있는 왕복 운동 압축기(2)에서 더 압축되어 제 2 고압 압축 가스(B)를 방출시킨다. 스크롤 압축기(1)는 단일 모터(4)에 의해 왕복 운동 압축기(2)와 함께 구동되어, 크기를 줄이고 비용을 절약한다. 게다가, 상술한 바와 같이, 스크롤 압축기(1)의 스크롤 출구(112)로부터 방출된 제 1 압축 가스(1)는 크랭크 케이스(2)로 부분 도입되어 왕복 운동 압축기(2)의 크기를 줄이고 소음을 개선한다.
도 3의 결합된 압축 장치의 제 2 실시예에서, 스크롤 압축기(1)와 왕복 운동 압축기(3)는 동력원으로서 모터(4, 5)를 각각 포함한다. 스크롤 압축기(1)에서 압축된 제 1 압축 가스(A)가 왕복 운동 압축기(2)의 실린더 입구(25)로 보내지는 유체 경로의 도중에 선택 밸브(6)가 설치된다. 그것을 제외하고는 제 1 실시예와 유사하다. 동일한 숫자가 제 1 실시예에서와 동일한 부재에 할당되고 그 설명은 생략된다.
스크롤 압축기(1)를 구동하는 모터(5)는 밀봉된 원통형 하우징(11)의 정면에 설치된다. 궤도 선회 랩(15)을 갖는 궤도 선회 단부판(14)은 모터(5)에 의해 구동되고 하우징(11)의 커버(18)의 센터를 관통하는 구동 샤프트(51)의 편심 축부(52)에 회전가능하게 설치되고, 핀 크랭크형 자기 회전 방지 장치(17)를 통해 커버(18)에 연결되어 구동 샤프트(51)의 회전으로 편심 회전한다.
하우징(11)의 상부 및 고정 단부판(12)의 중심에는, 압축실(16)로 외부 가스를 흡입하는 스크롤 입구(111A)와 압축실(16)에 의해 압축된 제 1 압축 가스를 방출시켜 왕복 운동 압축기(2)의 크랭크 케이스(22)로 그것을 도입하는 스크롤 출구(112A)가 있다.
스크롤 출구(112A)로부터 방출된 제 1 압축 가스(A)는, 모터(4)의 구동 샤프트(41)의 단부를 향해 축 방향으로 연장하는 관통 구멍(44)을 통해, 크랭크 케이스(22)로 도입된다.
크랭크 케이스(22)의 상부에는 크랭크 케이스(22)로 도입된 제 1 압축 가스(A)를 방출하고 실린더 입구(25)로 그것을 보내는 크랭크 케이스 출구(222)가 형성되어 있다.
선택 밸브(6)는 크랭크 케이스 출구(222)와 실린더 입구(25) 사이의 유체 경로의 도중에 설치되어, 선택 밸브(6)가 크랭크 케이스 출구(222)에서 실린더 입구(25)로 방출되는 제 1 압축 가스(A)를 보내기 위한 제 1 유체 경로(9) 또는 왕복 운동 압축기(2)를 우회하여 실린더 출구(26)의 다운스트림측으로 그것을 보내기 위한 제 2 유체 경로(10)로 스위치되게 할 수 있다.
선택 밸브(6)는 전기 회로를 갖는 컨트롤 장치(7)에 의해 스위치되고, 모터(4, 5)는 컨트롤 장치(7)에 의해 구동, 정지, 및 조절된다. 탱크(3)에서 압력을 측정하기 위한 압력 센서(8)는 실린더 출구(26)의 다운스트림측에 설치된다. 압력 센서(8)에 의해 측정된 값과 같은 정보는, 탱크(3) 내의 압축 가스가 소비량이 감소하여 탱크(3)로 보내진 압축 가스가 증가할 때 정지하는 컨트롤 장치(7)로 보내진다.
제 2 고압 압축 가스(B)를 필요로 하는 경우, 컨트롤 장치(7)의 스위치(도시되지 않음)는 고압측으로 스위치된다. 따라서, 선택 밸브(6)의 제 1 유체 경로(9)가 개방되는 반면, 제 2 유체 경로(10)가 폐쇄되어 모터(4, 5)가 함께 구동되게 된다.
그 결과, 스크롤 압축기(1)와 왕복 운동 압축기(2)가 작동되어, 스크롤 압축기(1)에서 압축된 제 1 압축 가스(A)는 스크롤 출구(112A)와 관통 구멍(44)을 통해서 크랭크 케이스(22)로 도입되고 크랭크 케이스 출구(222)로부터 방출된다.
크랭크 케이스 출구(222)로부터의 제 1 압축 가스(A)는 선택 밸브(6)와 제 1 유체 경로(9)를 통해서 실린더 입구(25)로 보내지고 실린더(21)로 도입된다. 따라서, 제 2 고압 압축 가스(B)는 실린더 출구(26)로부터 방출된다.
제 1 저압 압축 가스(A)를 필요로 하는 경우, 컨트롤 장치(7)의 스위치는 저압측으로 스위치된다. 따라서, 선택 밸브(6)의 솔레노이드(61)는 선택 밸브(6)의 제 1 유체 경로(9)를 폐쇄하고 제 2 유체 경로(10)를 개방하기 위해서 자화되고 모터(5)만을 구동한다. 그 결과, 스크롤 압축기(1)만이 작동되어, 스크롤 압축기(1)에서 압축된 제 1 압축 가스(A)는 스크롤 출구(112A)와 관통 구멍(44)을 통해서 크랭크 케이스(22)로 도입되고 크랭크 케이스 출구(222)로부터 방출된다. 그리고, 크랭크 케이스 출구(222)로부터 방출된 제 1 압축 가스(A)는 실린더 입구(25)로 보내지는 것이 아니라, 선택 밸브(6)와 제 2 유체 경로(10)를 통해서 실린더 출구(26)의 다운스트림측으로 보내진다.
제 2 실시예에서, 제 2 고압 압축 가스는 효과적으로 제 1 실시예와 유사하게 얻어질 수 있다. 스크롤 압축기(1)에 압축된 제 1 압축 가스(A)는 크랭크 케이스(22)로 도입되어 왕복 운동 압축기(2)가 더 작아지도록 하고 소음을 개선한다. 또한, 선택 밸브(6)를 스위치함으로써, 제 1 저압 압축 가스(A)와 제 2 압축 가스(B)는 필요하다면 선택적으로 얻어질 수 있다. 특히, 제 1 저압 압축 가스(A)를 필요로 하는 경우, 왕복 운동 압축기(2)가 정지하고 스크롤 압축기(1)만이 구동되게 하므로, 이로써 소음을 개선하고 에너지를 절약한다.
본 발명의 실시예가 설명되고 다음의 변화와 수정은 이하의 청구범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 것이다.
(i) 제 1 실시예에서 스크롤 압축기(1)에서 압축되고 방출되는 제 1 압축 가스(A)는 제 2 실시예에서 설명된 바와 같이 왕복 운동 압축기(2)의 크랭크 케이스(22)로 직접 도입된다. 그리고, 크랭크 케이스(22)로 도입된 제 1 압축 가스(A)는 크랭크 케이스(22)로부터 방출되고 실린더 입구(25)로 보내진다.
(ii) 제 2 실시예에서 스크롤 압축기(1)에서 압축되고 방출된 제 1 압축 가스(A)는 제 1 실시예에서 설명된 바와 같이 왕복 운동 압축기의 크랭크 케이스(22)로 부분 도입된다.
(iii) 제 2 실시예에서, 선택 밸브(6)는 왕복 운동 압축기(2)의 실린더 출구(26)로부터 방출된 제 2 압축 가스(B)를 저장하는 탱크(6)에서 압력을 측정하는 압력 센서(8)에 의한 소정의 값보다 더 높은 측정 값에 기초하여 제 1 유체 경로(9)가 폐쇄되고 제 2 유체 경로가 개방되도록 하는 반면, 선택 밸브(6)는 압력 센서(8)에 의한 소정의 값보다 더 낮은 측정 값에 기초하여 제 1 유체 경로(9)가 개방되고 제 2 유체 경로(10)가 폐쇄되도록 한다.
본 발명은 크기를 더 작게 하고 동력 부하를 감소시켜 고압 압축 가스를 효과적으로 생산하는 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 스크롤 압축기는 구동 샤프트, 고정 단부판, 및 상기 구동 샤프트에 회전가능하게 설치된 궤도 선회 단부판을 포함하며, 상기 고정 단부판의 고정 랩은 상기 궤도 선회 단부판의 궤도 선회 랩에 맞물려 압축실을 형성하고, 상기 궤도 선회 단부판은 중심을 향하여 상기 고정 단부판의 외주에서 스크롤 입구를 통해 도입된 가스를 압축하는 상기 구동 샤프트의 회전으로 상기 고정 단부판에 대하여 회전하여 상기 중심에서 스크롤 출구를 통해 제 1 압축 가스를 방출하고;
    왕복 운동 압축기는 실린더, 및 상기 실린더에서 상하 이동하는 피스톤을 포함하며, 상기 실린더는 실린더 입구 및 실린더 출구를 갖고, 상기 실린더 입구는 상기 스크롤 출구에 연결되어 제 1 압축 가스가 상기 실린더로 도입되게 하고, 상기 왕복 운동 압축기는 상기 피스톤을 상기 실린더에서 왕복 운동시킴으로써 제 1 압축 가스가 압축되게 하는 것을 특징으로 하는 결합된 압축 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 왕복 운동 압축기는 크랭크 케이스, 상기 크랭크 케이스 내의 피스톤의 하부면에 설치된 피스톤 로드, 및 상기 크랭크 케이스 내의 피스톤 로드의 하부 부분에 연결된 크랭크 샤프트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결합된 압축 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스크롤 압축기 및 왕복 운동 압축기는 단일 모터에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 결합된 압축 장치.
  4. 삭제
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 스크롤 출구가 상기 크랭크 케이스의 크랭크 케이스 입구에도 연결되어 상기 크랭크 케이스로 도입되는 상기 제 1 압축 가스가 상기 크랭크 케이스에서 내부 압력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 결합된 압축 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 궤도 선회 단부판을 구동하는 구동 샤프트는 왕복 운동 압축기의 크랭크 샤프트에 연결되어 상기 스크롤 압축기 및 상기 왕복 운동 압축기가 함께 구동되게 하는 것을 특징으로 하는 결합된 압축 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 스크롤 압축기 및 상기 왕복 운동 압축기는 제 1 및 제 2 모터 각각에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 결합된 압축 장치.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 압축 가스가 상기 왕복 운동 압축기로 가는지 또는 왕복 운동 압축기로 가지 않고 직접 방출되는 지를 스위치하도록 상기 스크롤 압축기로부터 상기 왕복 운동 압축기까지의 제 1 압축 가스의 흐름 경로에 선택 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결합된 압축 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 압축 가스가 상기 왕복 운동 압축기에 보내져야만 하는지의 여부를 스위치하도록 상기 선택 밸브에 연결된 컨트롤 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결합된 압축 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    최종 압축 가스를 수용하는 탱크 및 상기 탱크에서 압력을 측정하는 압력 센서를 더 포함하며, 상기 압력 센서는 상기 컨트롤 장치에 연결되어 탱크의 압력 정보를 상기 컨트롤 장치에 전송하여 상기 제 1 압축 가스가 왕복 운동 압축기에서 더 압축되어야만 하는지의 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 결합된 압축 장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 스크롤 압축기는 상기 스크롤 압축기의 중심 축을 따라 관통 구멍을 통해 크랭크 케이스와 연통되는 것을 특징으로 하는 결합된 압축 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 컨트롤 장치는 상기 스크롤 압축기 및 상기 왕복 운동 압축기에 연결된 상기 제 1 및 제 2 모터 중 하나를 정지시킴으로써 상기 스크롤 압축기 및 상기 왕복 운동 압축기 중 하나가 정지될 것이 요구될 때 상기 제 1 및 제 2 모터에 연결되는 것을 특징으로 하는 결합된 압축 장치.
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