KR20160100243A - 공기압축기의 개선된 압축실린더 공기 배출 구조 - Google Patents

공기압축기의 개선된 압축실린더 공기 배출 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기압축기의 개선된 압축실린더 공기 배출 구조에 관한 것으로, 특히 압축실린더에 내경이 상이한 다수 개의 공기 배출공을 구비하여 공기압축기가 공기 주입을 시작하고 종료하는 기간 동안 압축실린더 내의 피스톤 바디가 왕복 압축운동을 할 때 단위 시간 내에 압축실린더의 공기 저장챔버에 진입하는 압축공기의 양이 대폭 증가될 뿐만 아니라, 내경이 상이한 공기 배출공을 밀폐시키는 각각의 밸브 시트의 배압이 다르기 때문에 압축공기가 배압이 비교적 작은 밸브 시트를 우선적으로 밀고 공기 배출공을 거쳐서 공기 저장챔버 내에 진입하도록 하여 피스톤 바디의 작동이 더욱 수월하게 되어 공기 주입 효율을 높이게 된다.

Description

공기압축기의 개선된 압축실린더 공기 배출 구조{Improved air discharging structure in the compressible cylinder of an air compressor}
본 발명은 공기압축기의 개선된 압축실린더 공기 배출 구조에 관한 것으로, 특히 압축실린더에 내경이 상이한 다수 개의 공기 배출공을 구비하여 공기압축기가 공기 주입을 시작하고 종료하는 기간 동안 압축실린더 내의 피스톤 바디가 왕복 압축운동을 할 때 단위 시간 내에 압축실린더의 공기 저장챔버에 진입하는 압축공기의 양이 대폭 증가될 뿐만 아니라, 내경이 상이한 공기 배출공을 밀폐시키는 각각의 밸브 시트의 배압이 다르기 때문에 압축공기가 배압이 비교적 작은 밸브 시트를 우선적으로 밀고 공기 배출공을 거쳐서 공기 저장챔버 내에 진입하도록 하여 피스톤 바디의 작동이 더욱 수월하게 되어 공기 주입 효율을 높이게 된다.
현 단계에서 사용하는 공기압축기의 구조는 기본적으로 압축실린더를 구비한다. 상기 압축실린더 내에서 피스톤 바디가 왕복운동을 하여 압축공기를 생성하고, 생성된 압축공기는 압축실린더의 공기 배출공을 통해 밸브 기구를 밀어서 압축공기가 압축공기를 저장하기 위한 다른 공간에 진입하게 하고, 상기 공간은 공기 저장부(또는 공기 저장탱크) 내의 공간일 수 있으며, 공기 저장부에는 압축공기를 공기를 주입할 물체에 이송할 수 있게 하기 위한 공기 배출구가 별도로 구비되어 공기 주입이라는 목적을 전체적으로 구현하게 한다. 종래의 압축실린더 및 공기 저장부 양자 사이의 중간 벽에는 하나의 공기 배출공만 구비되고, 상기 공기 배출공의 개방이나 폐쇄가 밸브 시트 및 스프링으로 구성된 밸브 기구에 의해 제어되고, 피스톤 바디에 의해 생성된 압축공기는 밸브 시트를 밀고 스프링을 압축시켜서 공기 저장부의 공기 저장챔버 내에 진입하게 된다. 공기 저장챔버 내에 모여서 저장되는 압축공기가 밸브 시트에 대한 배압을 생성하므로 공기 주입 단계에서 상기 배압은 밸브 시트의 개방을 억제하게 되고, 피스톤 바디의 작동에 의해 생성된 압축공기가 상기 밸브 시트를 밀 때 저항이 더 크게 되어 수월하게 밀 수 없게 된다. 피스톤 바디의 작동에 더욱 큰 저항을 주는 이러한 요인은 공기 주입 속도를 느리게 할 뿐만 아니라, 심지어 공기압축기의 모터의 과열을 일으키기 쉬워서 모터의 운전 효율을 낮추고 또한 모터가 타버리게 되는 잠재적 문제점을 안게 된다. 본 발명자는 종래 공기압축기의 압축실린더 구조 설계에 여전히 존재하는 문제점을 개선하기 위해 연구 개발을 하고 수 많은 노력 끝에 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 주된 목적은 공기압축기의 압축실린더에 다수 개의 공기 배출공을 구비하여, 공기압축기에서 생성된 압축공기가 상술한 다수 개의 공기 배출공을 통해 공기 저장부의 공기 저장챔버 내에 진입하게 함으로써, 단위 시간 동안 압축실린더의 공기 저장챔버에 진입하는 압축공기의 양을 대폭 늘릴 수 있는 공기압축기의 개선된 압축실린더 공기 배출 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 공기압축기 중에서 피스톤 바디가 왕복운동을 하게 하기 위한 압축실린더에 내경이 상이한 다수 개의 공기 배출공을 구비하여, 단위 시간 내에 압축실린더의 공기 저장챔버에 진입하는 압축공기의 양이 대폭 증가될 뿐만 아니라, 내경이 상이한 공기 배출공을 밀폐시키는 각각의 밸브 시트의 배압이 다르기 때문에, 압축공기가 배압이 비교적 작은 밸브 시트를 우선적으로 밀고 공기 배출공을 거쳐서 공기 저장챔버 내에 진입하도록 하여 피스톤 바디의 작동이 더욱 수월하게 되어 공기 주입 효율을 높이게 되며, 배압이 감소함에 따라 모터의 부하도 줄어들게 되어 저출력 모터로 대체해도 공기 주입 속도를 용이하게 높일 수 있는 공기압축기의 개선된 압축실린더 공기 배출 구조를 제공하는 것이다.
상기 목적을 해결하기 위한, 본 발명의 공기압축기의 개선된 압축실린더 공기 배출구조의 일 면(aspect)은, 모터를 고정 시킬 수 있는 프레임이 공기압축기에 기본적으로 구비되고, 상기 모터에 의해 기어가 회전하고 기어는 압축실린더 내에 설치되는 피스톤 바디와 연동하여, 피스톤 바디가 압축실린더 내에서 왕복운동을 하게 하여 압축공기를 생성하고, 상기 압축공기는 공기 저장부의 공기 저장챔버 내에 진입하는 공기압축기의 개선된 압축실린더 공기 배출 구조에 있어서, 압축실린더의 상단 벽에는 다수 개의 공기 배출공이 구비되고 상술한 다수 개의 공기 배출공은 내경이 상이한 통풍공이며, 상이한 공기 배출공의 내경의 크기 순서가 X>Y>Z인 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명을 나타내는 입체도다.
도 2는 본 발명에 따른 압축실린더, 밸브 기구, 공기 저장부를 나타내는 입체 분해도다.
도 3은 본 발명에 따른 다수 개의 공기 배출공이 구비된 압축실린더를 나타내는 평면 설명도다.
도 4는 도 3의 공기 배출공에 밸브 시트를 설치한 것을 나타내는 평면 설명도다.
도 5는 도 3의 공기 배출공에 밸브 시트와 스프링을 설치한 것을 나타내는 평면 설명도다.
도 6은 도 5에서 위치 고정부재로 밸브 기구를 고정한 것을 나타내는 평면 설명도다.
도 7은 도 6에서 조립을 완성한 후 마지막에 공기 저장부를 압축실린더에 결합한 것을 나타내는 평면 설명도다.
도 8은 도 1을 기어 방향으로 볼 때의 평면 설명도다.
도 9는 도 8의 A-A 단면도다.
도 10은 본 발명에 따른 공기 저장부의 끼움부재가 압축실린더의 링형 돌출 단턱에 걸림 고정되는 것을 나타내는 설명도다.
도 11은 도 1의 공기 저장부의 끼움부재가 압축실린더의 가이드 구멍에 삽입되어 공기 저장부가 각도를 자유롭게 회전할 수 있고 위치 고정되는 것을 나타내는 설명도다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축실린더, 밸브 기구, 공기 저장부를 나타내는 입체 분해도다.
도 1을 참조하면, 본 발명 중의 공기압축기는 모터(12)를 동시에 고정 시킬 수 있는 프레임(11)을 기본적으로 구비하고, 상기 모터(12)에 의해 기어(13)가 회전하고 기어(13)는 압축실린더(2) 내에 설치된 피스톤 바디(14)와 연동하여 상기 피스톤 바디(14)가 압축실린더(2) 내에서 왕복운동을 하여 압축공기를 생성하게 하고, 상기 압축공기는 공기 저장부(3) 내에 진입할 수 있다. 물론, 상기 공기 저장부(3)는 생성된 압축공기를 수집 저장하기 위한 것으로 공기 저장부(3)에는 압력계(30)에 연결하기 위한 매니폴드(31), 릴리즈 밸브(32)에 연결하기 위한 매니폴드(33), 공기를 주입할 물체에 호스(도시되지 않음)를 통해 연결하기 위한 다른 매니폴드(34) 등 하나 또는 다수 개의 공기 배출용 매니폴드가 구비된다.
도 2 내지 도 7을 동시에 참조하면, 본 발명에서 압축실린더(2)의 공기 배출공의 설계는 종래의 설계방식과 전혀 다른 것으로, 본 발명에 따른 실시예에서 압축공기를 출력하는 압축실린더(2)의 인터페이스는 압축실린더(2)의 상단 벽(21)일 수 있고 상단 벽(21)에는 다수 개의 공기 배출공이 구비되며 본 실시예에서는 공기 배출공(4, 5, 6)이다. 상술한 다수 개의 공기 배출공(4, 5, 6)은 내경이 상이한 통풍공(도 3 참조)일 수 있고, 예를 들면 공기 배출공(4)의 내경(X), 공기 배출공(5)의 내경(Y), 공기 배출공(6)의 내경(Z)으로서 내경 크기 순서는 X>Y>Z다. 전술한 공기 배출공(4, 5, 6)의 개방이나 폐쇄 상태는 전적으로 각 공기 배출공이 소속된 밸브 기구에 의해 제어되며, 각각의 밸브 기구는 모두 밸브 시트와 스프링에 의해 구성되고 각각의 밸브 시트의 베이스 면적은 모두 공기 배출공의 내경에 대응되며, 즉, 내경이 큰 공기 배출공에 상응하는 밸브 시트의 베이스 면적이 비교적 크다. 공기 배출공(4)에 상응하는 밸브 시트(7)의 베이스 면적(A), 공기 배출공(5)에 상응하는 밸브 시트(8)의 베이스 면적(B), 공기 배출공(6)에 상응하는 밸브 시트(9)의 베이스 면적(C)에서 베이스 면적의 순서는 A>B>C다; 상술한 밸브 시트(7, 8, 9)는 각각 전술한 공기 배출공(4, 5, 6)을 밀폐시킬 수 있다(도 4 참조); 각각의 밸브 시트(7, 8, 9) 상에 스프링(71, 81, 91)을 설치할 수 있다(도 5 참조); 위치 고정부재(15)에 의해 압축실린더(2) 상단에 구비된 링형 단턱(22)에 걸림 고정되고(도 6 참조), 즉, 위치 고정부재(15) 상의 탄성편(16)이 링형 단턱(22) 상의 걸림 구멍(23)에 걸림 고정되고 위치 고정부재(15)에 구비되는 상호 이격된 3개의 수직 컬럼(152, 153, 154)은 전술한 스프링(71, 81, 91)의 타단에 끼워지고, 또한 3개의 수직 컬럼(152, 153, 154)의 끝단이 미세한 거리로 전술한 밸브 시트(7, 8, 9)의 상부에 위치하게 하여 밸브 시트(7, 8, 9)가 개폐 동작을 할 때의 반등 높이를 제한함으로써 압축공기의 진입량을 제어하며; 한편, 전술한 밸브 시트(7, 8, 9)가 스프링(71, 81, 91)의 탄성 장력에 의해 공기 배출공(4, 5, 6)을 완전히 밀폐 시킨 후 공기 저장부(3)는 압축실린더(2)와 하나의 완벽한 실체로 결합된다. 즉, 압축실린더(2)의 상단 주변에는 링형 돌출 단턱(24)이 구비되고 링형 돌출 단턱(24)에는 서로 마주보는 두 개의 가이드 구멍(25)이 별도로 구비되며 공기 저장부(3)에는 끼움부재(35)가 구비되어서 끼움부재(35)를 가이드 구멍(25)에 먼저 넣는다(이러한 초기 결합 동작은 도 1을 참조한다); 이후, 공기 저장부(3)가 회전하여 끼움부재(35)가 링형 돌출 단턱(24)에 걸림 고정되게 하여 공기 저장부(3)가 압축실린더(2)에 위치 고정되게 한다(도 10 참조); 도 11에 나타낸 바와 같이, 공기 저장부(3)는 압축실린더(2)에서 각도를 자유 회전할 수 있으며 당업자는 설계 상의 필요에 의해 결합 각도를 용이하게 조정할 수 있기에 상당히 실용적이고 편리하다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 피스톤 바디(14)가 압축실린더(2) 내에서 왕복운동을 지속적으로 진행하여 생성한 압축공기는 내경이 상이한 공기 배출공(4, 5, 6) 상의 밸브 시트(7, 8, 9)를 각각 밀어서 스프링(71, 81, 91)을 압축시켜서, 압축공기가 공기 배출공(4, 5, 6)을 거쳐서 공기 저장부(3)의 공기 저장챔버(36) 내에 진입하도록 할 수 있다. 압축실린더(2)의 피스톤 바디(14)가 운동을 시작하고 종료할 때까지의 기간 동안 초기 공기 주입 단계에서 생성된 압축공기량에서 압축공기는 공기 배출공(4, 5, 6)을 통해 동시에 공기 저장챔버(36) 내에 신속하게 진입할 수 있어서 단위 시간 내에 압축실린더의 공기 저장챔버에 진입하는 압축공기의 양을 대폭 증가 시킨다; 중, 후반 단계의 공기 주입 단계에서는 압축공기가 공기 저장챔버(36) 내에 이미 많이 진입하였기에 공기 저장챔버(36) 내의 압축공기는 밸브 시트(7, 8, 9)에 대해 반작용력이 발생하게 되며, 본 명세서에서는 배압으로 표시한다. 상술한 배압 현상은 밸브 시트(7, 8, 9)의 개방을 억제하므로 피스톤 바디(14)가 압축공기를 밀 때 더 많은 저항을 받게 된다는 것을 의미한다. 그러나 본 발명은 내경이 상이한 공기 배출공(4, 5, 6) 및 이에 상응하는 상이한 내경의 밸브 시트(7, 8, 9)의 조합에 의해 공기 저장챔버(36) 내에 존재하는 배압이 베이스 면적이 상이한 밸브 시트(7, 8, 9)를 서로 다른 압력 감수 상태에 있게 하고, 내경이 상이한 공기 배출공을 밀폐시키는 각각의 밸브 시트의 배압이 다르기 때문에 압축공기가 배압이 비교적 작은 밸브 시트를 우선적으로 밀고, 즉, 힘을 받는 면적이 비교적 작은 밸브 시트(9)가 압축실린더(2) 내에서 지속적으로 생성된 압축공기로 하여금 공기 저장챔버(36) 내에 비교적 용이하게 진입하도록 하여, 피스톤 바디(14) 운동에 있어서도 압축공기를 밀 때 저항을 덜 받게 된다는 것을 의미하므로, 전체적으로 피스톤 바디(14)의 작동이 더욱 수월하고 효율이 높아진다. 배압이 감소함에 따라 모터의 부하도 줄어들게 되어 저출력 모터로 대체해도 공기 주입 속도를 용이하게 높일 수 있다.
밸브 시트(7, 8, 9)의 승강이 비교적 안정된 궤적을 이루도록 하기 위해, 공기 배출공(4, 5, 6) 부위에 위치한 압축실린더(2)의 상단 벽에는 돌출 리브(圍凸肋)(41, 51, 61)를 구비하여, 상술한 돌출 리브(41, 51, 61)에 의해 에워싸이는 궤적 내에 밸브 시트(7, 8, 9)가 위치할 수 있게 한다. 이러한 돌출 리브(41, 51, 61)의 구조 및 밸브 시트(7, 8, 9)를 에워싸는 상태는 도 2, 도 3, 도 4 및 도 5에서 알 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다. 공기 배출공(4, 5, 6)에는 상응하는 상이한 원 지름의 O링(42, 52, 62)을 설치하고 밸브 시트(7, 8, 9)를 O링(42, 52, 62)에 설치할 수 있으며, 스프링(71, 81, 91)의 일단이 밸브 시트(7, 8, 9)에 맞닿고 스프링(71, 81, 91)의 타단은 위치 고정부재(15)에 맞닿아 전체 밸브 기구를 안정되게 위치 고정 시킬 수 있다. 이러한 설계 방식은 비록 돌출 리브(41, 51, 61) 구성이 없지만, O링(42, 52, 62)，밸브 시트(7, 8, 9) 및 스프링(71, 81, 91)의 조합에 의해 여전히 기밀 효과를 발휘할 수 있기에 압축공기가 누설되는 현상이 발생하지 않는다.
상술한 내용을 종합해서 보면, 본 발명은 종래 공기압축기의 압축실린더 및 공기 저장부 양자 사이의 중간 벽에 하나의 공기 배출공만 설치하는 설계 방식을 극복하였으며, 본 발명은 압축실린더(2)의 상단 벽(21)에 내경이 상이한 다수 개의 공기 배출공(4, 5, 6) 및 이에 상응하는 상이한 내경의 밸브 시트(7, 8, 9)을 구비하고 이들의 조합에 의해 단위 시간 내에 압축실린더(2)의 공기 저장챔버(36)에 진입하는 압축공기의 양을 대폭 늘릴 뿐만 아니라, 내경이 상이한 공기 배출공(4, 5, 6)을 밀폐 시키는 각 밸브 시트(7, 8, 9)의 배압이 다르기에 압축공기가 배압이 비교적 작은 밸브 시트(9)를 우선적으로 밀고 공기 배출공(6)을 통해 공기 저장챔버(36) 내에 진입하게 되어 피스톤 바디(14)의 작동이 더욱 수월하게 되어 공기 주입 효율을 높이게 된다. 배압이 감소함에 따라 모터의 부하도 줄어들게 되어 저출력 모터로 대체해도 공기 주입 속도를 용이하게 높일 수 있어, 본 발명은 진보성과 실용성을 갖췄다는 것이 명백하다.
11 : 프레임 12 : 모터
13 : 기어 14 : 피스톤 바디
15 : 위치 고정부재 152, 153, 154 : 수직 컬럼
16 : 탄성편 2 : 압축실린더
21 : 상단 벽 22 : 링형 단턱
23 : 걸림 구멍 24 : 링형 돌출 단턱
25 : 가이드 구멍 3 : 공기 저장부
30 : 압력계 31 : 매니폴드
32 : 릴리즈 밸브 33, 34 : 매니폴드
35 : 끼움부재 36 : 공기 저장챔버
4, 5, 6 : 공기 배출공 41, 51, 61 : 돌출 리브
42, 52, 62 : O링 7, 8, 9 : 밸브 시트
71, 81, 91 : 스프링

Claims (5)

  1. 모터를 고정 시킬 수 있는 프레임이 공기압축기에 기본적으로 구비되고, 상기 모터에 의해 기어가 회전하고 기어는 압축실린더 내에 설치되는 피스톤 바디와 연동하여, 피스톤 바디가 압축실린더 내에서 왕복운동을 하게 하여 압축공기를 생성하고, 상기 압축공기는 공기 저장부의 공기 저장챔버 내에 진입하는 공기압축기의 개선된 압축실린더 공기 배출 구조에 있어서,
    압축실린더의 상단 벽에는 다수 개의 공기 배출공이 구비되고 상술한 다수 개의 공기 배출공은 내경이 상이한 통풍공이며, 상이한 공기 배출공의 내경의 크기 순서가 X>Y>Z인 것을 특징으로 하는 공기압축기의 개선된 압축실린더 공기 배출 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    전술한 다수 개의 공기 배출공에는 모두 동일한 구조의 밸브 기구가 설치되고, 각각의 밸브 기구는 모두 밸브 시트와 스프링에 의해 구성되고, 상이한 밸브 시트의 베이스 면적은 모두 공기 배출공의 내경에 대응되며, 상술한 밸브 시트는 각각 전술한 공기 배출공을 밀폐 시킬 수 있고 각각의 밸브 시트의 베이스 면적은 모두 공기 배출공의 내경에 대응되며, 즉, 내경이 큰 공기 배출공에 상응하는 밸브 시트의 베이스 면적이 비교적 크며, 공기 배출공 내경(X)에 상응하는 밸브 시트의 베이스 면적(A), 공기 배출공 내경(Y)에 상응하는 밸브 시트의 베이스 면적(B), 공기 배출공 내경(Z)에 상응하는 밸브 시트의 베이스 면적(C)의 베이스 면적 크기 순서가 A>B>C인 것을 특징으로 하는 공기압축기의 개선된 압축실린더 공기 배출 구조.
  3. 제2항에 있어서,
    압축실린더 상단에는 링형 단턱이 구비되고, 상기 링형 단턱에는 서로 마주보는 두 개의 걸림 구멍이 구비되고, 전술한 스프링의 일단은 밸브 시트에 설치되며; 위치 고정부재 상의 탄성편은 링형 단턱 상의 걸림 구멍에 걸림 고정될 수 있고, 위치 고정부재에 구비되는 상호 이격된 3개의 수직 컬럼은 전술한 스프링의 타단에 끼워지고, 또한 3개의 수직 컬럼의 끝단은 미세한 거리로 전술한 밸브 시트의 상부에 위치하여 밸브 시트가 개폐동작을 할 때의 반등 높이를 제어함으로써 압축공기의 진입량을 제어하며; 전술한 밸브 시트는 스프링의 탄성 장력에 의해 공기 배출공을 완전히 밀폐 시키고, 전술한 압축실린더는 공기 배출공 부위의 상단 벽에 돌출 리브를 구비하고, 전술한 밸브 시트는 상술한 돌출 리브에 의해 에워싸이는 궤적 내에 각각 위치할 수 있는 것을 특징으로 하는 공기압축기의 개선된 압축실린더 공기 배출 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    전술한 압축실린더의 상단 주변에는 링형 돌출 단턱이 구비되고, 링형 돌출 단턱에는 서로 마주보는 두 개의 가이드 구멍이 별도로 구비되며, 공기 저장부에는 끼움부재가 구비되어서 끼움부재를 먼저 가이드 구멍에 넣고, 공기 저장부를 자유 회전 시켜서 위치 고정 각도를 선택함으로써 공기 저장부가 압축실린더와 하나의 완벽한 실체로 상호 결합되게 하는 것을 특징으로 하는 공기압축기의 개선된 압축실린더 공기 배출 구조.
  5. 제1항에 있어서,
    전술한 다수 개의 공기 배출공에는 모두 밸브 기구가 설치되고 상술한 밸브 기구는 모두 밸브 시트, O링 및 스프링으로 구성되며, O링은 공기 배출공에 설치되고 밸브 시트는 O링에 설치되고 스프링은 밸브 시트에 맞닿으며, 상술한 밸브 시트는 각각 전술한 공기 배출공을 밀폐시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 공기압축기의 개선된 압축실린더 공기 배출 구조.
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