JP2003527515A - 小型ターボ圧縮機 - Google Patents

小型ターボ圧縮機

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JP2003527515A
JP2003527515A JP2000538155A JP2000538155A JP2003527515A JP 2003527515 A JP2003527515 A JP 2003527515A JP 2000538155 A JP2000538155 A JP 2000538155A JP 2000538155 A JP2000538155 A JP 2000538155A JP 2003527515 A JP2003527515 A JP 2003527515A
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リー・ヘオン・ソク
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Abstract

(57)【要約】 本発明による小型ターボ圧縮機は、外部軸動力で圧縮機を駆動し、圧縮空気の一部でタービンを駆動し、前記タービンに圧縮機の最終段を連結して駆動することにより、少ないガス量でも１１気圧程度を作ることができるようにし、少ないガス量でもターボ圧縮機が駆動できるようにすることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は小型ターボ圧縮機に係り、特にエネルギーの使用効率を高め、オイル
無しの綺麗な圧縮空気を供給することができるようにした小型ターボ圧縮機に関
する。
【０００２】
【背景技術】
広く用いられる工業用空気圧縮機は往復式、スクリュー式、ターボ式に大別さ
れる。往復圧縮機、スクリュー圧縮機、ターボ圧縮機はそれぞれ５０馬力以下、
５０馬力乃至２００馬力、６００馬力以上で使用されている。ターボ圧縮機は、
往復圧縮機及びスクリュー圧縮機に比べて耐久性が優秀であり、オイル無しの綺
麗な空気を提供することができる、最も優秀な圧縮機である。しかし、ギヤ技術
の限界のため、６００馬力以下のターボ圧縮機は制作できなかったし、最近にな
って、１１万ＲＰＭの増速ギヤ技術を開発した日本のＩＨＩが１００馬力級のタ
ーボ圧縮機を初めて発表した。従って、増速ギヤの品質によって制限されるター
ボ圧縮機の適用範囲において、１００馬力未満の小型サイズも製造できるように
することにより、既存のスクリュー圧縮機市場に小型ターボ圧縮機を供給しよう
とする。即ち、現在のターボ圧縮機は、インペラがモータと増速ギヤによって駆
動されており、回転数の制限のため最終段圧縮機のインペラ出口幅が極めて小さ
いから、少量のガスで高い圧縮比を作るのに制限がある。例えば、２００馬力級
ターボ圧縮機で１０気圧を作ろうとするとき、最終端圧縮機のインペラ出口幅が
約２ｍｍ程度になるため、軸方向隙間を維持することができなくなり、最終段の
圧縮機の効率が極めて低いので実用的でない。さらに、５００馬力級で２０気圧
を作ろうとするときも前記のような理由で駆動することができない。
【０００３】 従って、現在までは、ターボ圧縮機の多様な長所にもかかわらず、ターボ圧縮
機は２００馬力級以下では使用できなくなっている。
【０００４】
【発明の開示】
本発明は上述したように従来のターボ圧縮機が持っている問題点(少ないガス
量でターボ圧縮機適用不可)を解決するためのもので、その目的は、エネルギー
の使用効率を高め、オイル無しの綺麗な圧縮空気を供給し、しかも少ないガス量
の高圧縮領域でも十分駆動できるようにした小型ターボ圧縮機を提供することに
ある。
【０００５】 上記目的を達成するために、本発明による小型ターボ圧縮機は、外部軸動力で
圧縮機を駆動し、圧縮空気の一部でタービンを駆動し、前記タービンに圧縮機の
最終段を連結して駆動することにより、少ないガス量でも１１気圧程度を作るこ
とができるようにし、少ないガス量でもターボ圧縮機が駆動できるようにするこ
とを特徴とする。
【０００６】 即ち、低段圧縮機(１段、２段、・・・)は軸回転数を増やして圧縮機を駆動し
、高段圧縮機(３段、４段、・・・、最終段)は低段圧縮機から吐出した高圧空気
を用いて圧縮機を駆動するタービン駆動方式によって駆動する。高段圧縮機をタ
ービン駆動方式によって駆動する理由は、少ないガス量(大半１．０ｋｇ／ｓｅ
ｃ以下)の場合、高段圧縮機のインペラ出口幅が狭くならないように十分な回転
数を提供するためである。一般にギヤ駆動すると、ギヤ技術の限界のため回転数
が７万ＲＰＭを超過しにくい。さらにこのような少ない回転数で高圧圧縮比を作
ろうとすると、インペラ出口幅が狭くなるので、実際に不可能である。
【０００７】 発明の性質と目的を良く理解するために、詳細な説明に添付の図面が参照され
る。
【０００８】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について詳しく説明する。 図１は基本概念を示している図である。
【０００９】 本発明によるターボ圧縮機の構成は、図１に示すように、まず１、２段圧縮機
はエンジン又はモータからの軸動力で駆動し、各段の間には中間冷却機を設ける
ことにより消耗動力を減らす。２段圧縮機の吐出口から４気圧程度の空気を吐出
してタービンを駆動し、このタービンに連結された３段圧縮機が１０万ＲＰＭ以
上に動作することにより小さいガス量でも１０気圧程度を得ることができる。一
般に、従来のターボ圧縮機はガス量１ｋｇ／ｓｅｃ以下の領域に適用しにくいが
、本発明は高段圧縮機をタービンで駆動することによりその制限を乗り越える方
法を提供する。また、１、２段圧縮機が実際吐出量より多い空気を吸入するので
、インペラの効率の高い領域で動作することができる。最近日本のＩＨＩは１１
万ＲＰＭの増速ギヤを開発して１００馬力級の２段小型ターボ圧縮機を発表した
が、該小型ターボ圧縮機は最終段のため８気圧以上を提供することができない。
この圧力はスクリュー圧縮機が提供する１０気圧にも至らない圧力であり、３段
圧縮機を用いるためには増速ギヤの軸回転数が１７０万ＲＰＭを超過しなげれば
ならないので、圧力がそれ以上上がらなく、その適用もできなかったとされる。
【００１０】 ＩＨＩの１１万ＲＰＭより極めて低い７万ＲＰＭの増速ギヤを用いて吐出圧力
１２気圧を提供する１００馬力級圧縮機から得られた結果は次の通りである。
【表１】
【００１１】 前記場合のそれぞれの性能をまとめると、次の通りである。
【表２】
【００１２】 結果的に、本発明の圧縮機は、従来のスクリュー圧縮機及び既存の小型圧縮機
より優秀な性能を持っている。また、本発明の圧縮機は、高い供給圧力だけでな
く、高いエネルギー効率を持っている。また、もし、１１万ＲＰＭの増速ギヤを
使用すると、５０馬力以下級の圧縮機も製作することができる。一方、本発明の
圧縮機の効率は大型ターボ圧縮機の効率に比べては劣るが、小型ターボ圧縮機と
しては優秀である。
【００１３】 尚、本発明の圧縮機は、現在最小型とされるＩＨＩの１００馬力級圧縮機と同
様に、吐出圧力を８気圧とするとき、その性能を計算してＩＨＩ圧縮機と比較す
れば次の通りである.
【表３】
【００１４】 もし圧力を低めると、効率の上昇が減る。機械的な損失などを顧慮してみると
、本発明の圧縮機の効率はＩＨＩの圧縮機の効率とほぼ同じであるとされる。し
かし、現在までの方法で１００馬力未満級のターボ圧縮機を実用化したことがな
いので、本発明の技術を用いて同一な効率で１００万馬力級の圧縮機を具現する
ことはその自体として非常に重要な意味を持つ。
【００１５】 図２は、該技術と１１万ＲＰＭのギヤ技術とを使用すると仮定したとき、遠心
圧縮機のインペラの設計例を示す図である(左から１段、２段、３段)。各段は１
１万ＲＰＭ、１１万ＲＰＭ、及び２２万ＲＰＭのギヤをそれぞれ使用した。イン
ペラ出口幅がそれぞれ４．９４ｍｍ、４．０２ｍｍ、２．１６ｍｍであって、実
際に制作可能な形状を持っており、さらに性能解析結果、各段の効率もそれぞれ
８０％、８２．９％、８２．３％であって、圧縮機が最適の回転数(比速度：約
１００)で設計される。もし、３段圧縮機が１１万ＲＰＭのギヤを使用すると、
２．１６ｍｍのインペラ出口幅が１ｍｍ以下になるので、漏洩による損失が急激
に増加し、実際に適用が不可能になる。
【００１６】 図３は増速ギヤを用いて１、２段圧縮機を駆動する場合の例を示す図であり、
図４は高速モーターに直結している１、２段の圧縮機を駆動する例を示す図であ
る。
【００１７】 また、図１を参照すると、タービンを通過した空気を吸入口に戻すことにより
、１段圧縮機のエネルギーの消耗量を減らすことができ、また必要な場合、空気
を大気に吐出すとき、前記吐出空気が冷房機としての役割もできる（夏の間、タ
ービン出口温度は約６℃である）。このように吐出空気を吸入口に戻す場合には
、吸入空気の外部への漏出がないので、空気以外の他の種類のガスにも適用可能
である。
【００１８】 以上説明したように、本発明による小型ターボ圧縮機は次のような効果を奏す
る。
【００１９】 第１に、本発明の小型ターボ圧縮機は、従来のターボ圧縮機では不可能であっ
たが、少ないガス量で高圧力を提供することができる。
【００２０】 第２に、本発明によれば、精密なギヤを使用せずにターボ圧縮機を制作するこ
とができる。
【００２１】 第３に、本発明による小型ターボ圧縮機は、従来のスクリュー圧縮機が提供す
ることができなかったが、オイル無しの綺麗な空気を提供することができる。
【００２２】 第４に、従来のスクリュー圧縮機は低い耐久性のため毎年修理しながればなら
なかったが、スクリュー圧縮機を代替する本発明の小型ターボ圧縮機は修理無し
で長期間使用することができる。
【００２３】 本発明の小型ターボ圧縮機は、上述したように優秀な特性を持っているため、
５０馬力級乃至２００馬力級の空気圧縮機としてよく用いられているスクリュー
圧縮機を代替することができ、さらに本発明の技術を用いて１００馬力未満級の
ターボ圧縮機を具現すると、国内市場で年間９００億ウォン、世界市場で１０兆
ウォンに至るスクリュー圧縮機市場を小型ターボ圧縮機で独り占めることができ
ると期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 動力原として駆動される２個の遠心圧縮機と１個の遠心タービンとを備えた本
発明の基本概念を示す概略図である。
【図２】 ３０馬力圧縮機のインペラの実際設計例を示す図である。
【図３】 本発明の応用実施例を示す図である。
【図４】 本発明の応用実施例を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＵ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＥＥ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，Ｌ Ｖ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ (72)発明者 リー・ヘオン・ソク 大韓民国、ダエジェオン、ユーセン−キ、 ジェオンミン−ドン、サムサン・プラン・ アパートメント・ナンバー101−201 Ｆターム(参考） 3H032 NA02

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 低段圧縮機から吐出した高圧ガスで駆動されるタービンと、
    直結された軸を通して伝達される動力で駆動される高段圧縮機とを含むことを特
    徴とする小型多段ターボ圧縮機。
  2. 【請求項２】 前記タービンを通過したガスを１段圧縮機の吸入口に戻すこ
    とを特徴とする請求項１記載の小型多段ターボ圧縮機。
  3. 【請求項３】 １、２段圧縮機を、直結された高速モータで駆動することを
    特徴とする請求項１記載の小型多段ターボ圧縮機。
  4. 【請求項４】 １、２段圧縮機を、増加ギヤで回転数を増やしたモータで駆
    動することを特徴とする請求項１記載の小型多段ターボ圧縮機。
JP2000538155A 1998-03-20 1999-03-18 小型ターボ圧縮機 Pending JP2003527515A (ja)

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KR1998/9555 1998-03-20
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