KR100349982B1 - 터보 압축기용 전자석 밸브 및, 그를 구비한 터보압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 관벽에 형성된 배출구를 개폐하도록 관벽 내측에 형성된 밸브 플레이트와; 상기 밸브 플레이트를 상기 관벽의 내측에 대하여 근접하거나 이격시킬 수 있도록 설치된 링크와; 상기 밸브 플레이트의 일측에 설치된 제 1 전자석과; 상기 배출구의 외측에 설치되며 다수의 통기구가 형성된 지지부와; 상기 지지부의 일측에 지지되는 제 2 전자석;을 구비하는 터보 압축기용 전자석 밸브 및, 그것을 구비한 터보 압축기가 제공된다

Description

터보 압축기용 전자석 밸브 및, 그를 구비한 터보압축기{Electomagnetic valve for turbo compressoer and turbo compressor therewith}

본 발명은 터보 압축기용 전자석 밸브 및, 그것을 구비한 터보 압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터보 압축기의 기동시에 유입되는 공기에 의한 부하의 발생을 방지할 수 있도록 각 압축단의 후미에 설치될 수 있는 전자석 밸브 및, 그것을 구비한 터보 압축기에 관한 것이다.

통상적으로 터보 압축기는 공기를 고압으로 압축함으로써 소요 장비에 고압 공기를 전달하는 역할을 한다. 터보 압축기가 적용되는 예로서 가스 터어빈을 들 수 있는데, 가스 터어빈은 공기를 압축기로 압축해서 연소기로 보내고, 그것에 연료를 혼합하여 점화,연소시켜 고온고압의 연소가스를 만들어서, 이 고온고압의 가스로 터어빈을 구동해서 출력을 얻는 원동기이다. 여기서, 유효출력은 터어빈 발생동력과 압축기 구동동력과의 차이이며 이것을 축출력으로 해서 발전기, 차량등의 구동에 사용한다.

가스 터어빈은 압축기, 연소기, 터어빈의 3 요소를 구비하여 구성된다. 가스 터어빈에 사용되는 터보 압축기는 하나 이상의 압축기와 인터쿨러를 구비하게 되는데, 상기 인터쿨러(intercooler)는 압력비가 큰 다단 압축기의 중간단에 설치되어 기체의 압축에 수반하는 열을 제거시켜 비체적을 줄임으로써, 동일 압력비에 대해서 축동력을 경감할 수 있으며 압축기의 직경 혹은 회전수를 작게할 수 있는 점에 그 장점이 있다.

도 1 에 도시된 것은 통상적인 가스 터빈용 터보 압축기에 대한 개략적인 구성도이다.

도면을 참조하면, 유입 가이드 베인(11)를 통해서 유입된 공기는 제 1 압축기(12)와 제 1 인터쿨러(13)에서 각각 1 단 압축 및, 냉각되고, 다시 제 2 압축기(14)와 제 2 인터쿨러(15)에서 각각 2 단 압축 및, 냉각되며, 다시 제 3 압축기(16)에서 압축되어 저장 탱크(17)에 일시적으로 저장되며, 이후에 가스 터빈의 연소기등으로 보내진다. 한편, 압축의 최종단인 제 3 압축기(16)의 최종단에는 밸브(19)가 설치되어 있다.

위와 같은 구조를 가진 터보 압축기의 작용에 있어서, 유입 가이드 베인(11)은 터보 압축기의 기동시에 완전히 폐쇄되는 반면에, 토출측에 설치된 밸브(19)는 개방된다. 그런데 이때 유입 가이드 베인(11)은 완전히 폐쇄된다 할지라도 그 중앙부에 공기가 통과할 수 있는 통공(18)이 형성된다. 이러한 통공은 유입 가이드 베인(11)의 각 베인이 원할하게 작동할 수 있도록 제공된 것으로써, 기계적 구조상 불가피한 것이기는 하지만, 불필요한 부하를 발생시킴으로써 동력 손실을 야기하는 문제점이 있다. 즉, 유입 가이드 베인(11)의 폐쇄시에 통공(18)을 통해 유입되는 공기는 각 압축기(12,14,16)의 임펠러에 대하여 부하로서 작용하게 되며, 그에 의해서 동력이 소모되는 것이다. 이때 토출구를 통해서 생산되는 압축 공기는 실제로 현장에서 요구되는 압력과 유량에 미치지 못하므로 개방된 밸브(19)를 통해서 대기에 버려지는 상태가 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 터보 압축기의 기동시에 발생되는 동력의 손실을 최소화할 수 있는 터보 압축기용 전자석 밸브를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 동력 손실이 최소화될 수 있도록 전자석 밸브를 구비한 터보 압축기를 제공하는 것이다.

도 1은 통상적인 터보 압축기에 대한 개략적인 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 터보 압축기에 대한 개략적인 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 터보 압축기용 전자석 밸브에 대한 개략적인 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 터보 압축기용 전자석 밸브에 대한 개략적인 분해 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

11. 유입 가이드 밸브 12. 제 1 압축기

13. 제 1 인터쿨러 14. 제 2 압축기

15. 제 2 인터쿨러 16. 제 3 압축기

17. 저장 탱크 18. 통풍구

19. 밸브 21. 전자석 밸브

32. 밸브 플레이트 33. 지지부

34. 전자석 35. 전자석

36. 오목 시일 37. 볼록 시일

38. 통기구 39. 링크

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 관벽에 형성된 배출구를 개폐하도록 관벽 내측에 형성된 밸브 플레이트와; 상기 밸브 플레이트를 상기 관벽의 내측에 대하여 근접하거나 이격시킬 수 있도록 설치된 링크와; 상기 밸브 플레이트의 일측에 설치된 제 1 전자석과; 상기 배출구의 외측에 설치되며 다수의 통기구가 형성된 지지부와; 상기 지지부의 일측에 지지되는 제 2 전자석;을 구비하는 터보 압축기용 전자석 밸브가 제공된다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 밸브 플레이트와 상기 관벽에는 상호 대응되어 기밀을 보장할 수 있도록 형성된 볼록 시일 및, 오목 시일이 각각 설치된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 제 1 및, 제 2 전자석에 전류가 인가될때 상기 밸브 플레이트는 상기 관벽으로부터 이격되어 상기 배출구를 개방하며, 상기 관벽의 내측에 형성된 공기 압력에 의해서 상기 배출구를 폐쇄한다.

또한 본 발명에 따르면, 외부 공기의 유입을 제어할 수 있도록 설치된 유입 가이드 베인과; 상기 유입 가이드 베인을 통해 유입된 공기를 다단으로 압축 및,냉각할 수 있도록 상호 직렬로 연결된 하나 이상의 압축기 및, 인터쿨러와; 상기 다단의 압축기 및, 인터쿨러들중 최종단이 아닌 위치에 있는 인터쿨러의 토출측에 형성된 배출구를 전자석의 자력에 의해서 개방하고 압축 공기의 힘으로 폐쇄할 수 있도록 설치된 하나 이상의 전자석 밸브;를 구비하는 터보 압축기가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 전자석 밸브는, 상기 배출구를 개폐하도록 관벽 내측에 형성된 밸브 플레이트와; 상기 밸브 플레이트를 상기 관벽의 내측에 대하여 근접하거나 이격시킬 수 있도록 설치된 링크와; 상기 밸브 플레이트의 일측에 설치된 제 1 전자석과; 상기 배출구의 외측에 설치되며 다수의 통기구가 형성된 지지부와; 상기 지지부의 일측에 지지되는 제 2 전자석;을 구비하는 터보 압축기가 제공된다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 2 에 도시된 것은 본 발명에 따른 전자석 밸브를 구비한 터보 압축기의 개략적인 구성도이다. 도 2 의 터보 압축기 구성은 도 1 의 압축기 구성과 전체적으로 유사하며, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호로 표시하였다.

도면을 참조하면, 유입 가이드 베인(11)를 통해서 유입된 공기는 제 1 압축기(12)와 제 1 인터쿨러(13)에서 각각 1 단 압축 및, 냉각되고, 다시 제 2 압축기(14)와 제 2 인터쿨러(15)에서 각각 2 단 압축 및, 냉각되며, 다시 제 3 압축기(16)에서 3 단 압축되어 저장 탱크(17)에 일시적으로 저장되며, 이후에 가스 터빈의 연소기등으로 보내진다. 한편, 압축의 최종단인 제 3 압축기(16)의 최종단에는 밸브(19)가 설치되어 있다.

본 발명의 특징에 따르면, 적어도 하나의 압축단 토출측에는 공기를 외부로 배출시킬 수 있는 배출구가 형성되며, 상기 배출구는 전자석 밸브(21)에 의해서 폐쇄될 수 있다. 도 2 에서는 전자석 밸브(21)가 1 단 압축의 토출측인 제 1 인터쿨러(13)의 후단과, 2 단 압축의 토출측인 제 2 인터쿨러(15)의 후단에 설치되어 있다.

전자석 밸브(21)는 터보 압축기의 기동시에, 압축 공기의 압력이 설정 압력에 도달하는데 걸리는 소정의 기간동안 개방됨으로써 압축 공기의 일부를 대기중으로 배출시키는 역할을 한다. 전자석 밸브(21)는 전자석의 동일한 극성이 상호 반발하는 특성을 이용하여 밸브를 개방 상태로 유지하게 되며, 소정 시간이 경과된 후에는 전자석 밸브(21)의 전자석에 인가되는 전류가 차단된다. 전자석이 자력을 잃게되면 밸브는 압축 공기의 압력에 의해서 폐쇄된다. 즉, 기동시의 소정 시간에 한해서 전자석의 자력의 힘으로써 전자석 밸브(21)가 개방되는 것이다.

전자석 밸브(21)가 개방된 동안에는 각 압축단의 후방에서 공기가 외부로 배출됨으로써 그 다음단으로 유입되는 공기량이 감소되며, 그에 따라서 다음단의 압축기 임펠러에 가해지는 부하가 줄어들게 된다. 예를 들면, 도 1 에서 제 1 압축기(12)에서 압축된 공기의 일부를 제 1 인터쿨러(13)의 토출측에 설치된 전자석 밸브(21)를 통해서 외부로 배출시킴으로써, 제 2 압축기(14)로 유입되는 공기량을 감소시키며, 그에 의해서 제 2 압축기(14)의 임펠러에 가해지는 부하가 줄어들고, 동력의 소모가 절약되는 것이다.

위에서 설명한 바와 같이 전자석 밸브(21)를 제 1 압축단과 제 2 압축단의 토출측에 각각 설치함으로써 제 2 압축기(14) 및, 제 3 압축기(16)의 임펠러에 가해지는 부하가 감소할 수 있는 것이다. 여기서 제 3 압축기(16)의 토출측에는 별도의 전자석 밸브를 설치하지 않는다.

도 3 에 도시된 것은 도 2 에를 참조로 설명한 전자석 밸브의 구성에 대한 개략적인 단면도이며, 도 4 에 도시된 것은 전자석 밸브의 개략적인 분해 사시도이다.

도면을 참조하면, 전자석 밸브는 공기가 유동하는 관벽(31)의 일측에 배출구(41)를 형성하고, 상기 배출구(41)를 개방하거나 폐쇄할 수 있도록 설치된다. 전자석 밸브는 배출구(41)를 폐쇄하는 밸브 플레이트(32)를 구비하는데 상기 밸브 플레이트(32)의 일측에는 전자석(34)이 설치되어 있다. 밸브 플레이트(32)는 관의 내측에서 링크(39)에 의해 개폐 가능하게 설치되며, 폐쇄시에 기밀을 보장할 수 있도록 볼록 시일(37)을 구비한다. 링크(39)는 관절부(40)에서 굽혀짐으로써 밸브 플레이트(32)가 배출구(41)를 개방하거나 폐쇄할 수 있도록 한다. 한편, 볼록 시일(37)에 대응하는 오목 시일(36)이 관벽(31)의 내측면에 설치된다. 오목 시일(36)과 볼록 시일(37)의 설치 위치가 반대일 수도 있으며, 어느 하나만이 설치될 수도 있다.

배출구(41)의 외측에는 통기구(38)가 형성된 지지부(33)가 설치된다. 지지부(33)에는 다른 전자석(35)이 일측에 설치되어 있다. 상기 전자석(35)은 밸브 플레이트(32)상의 전자석(35)과 협동하여 밸브 플레이트(32)가 배출구(41)를 개방시키는 역할을 한다.

도 3 및, 도 4 에 도시된 구성을 가지는 전자석 밸브의 작동을 살펴보면 다음과 같다. 전자석(35,34)에 전류가 인가되면, 전자석(35,34)들은 서로 밀어내는 방향으로 작용한다. 따라서 밸브 플레이트(32)는 배출구(41)를 개방하게 된다. 공기는 배출구(41)와 지지부(33)의 통기구(38)를 통해서 외부로 배출될 수 있다.

밸브 플레이트(32)를 폐쇄하는 것은 압축 공기에 의해서 이루어진다. 즉, 관의 내부에서 유동하는 공기의 압력이 증가됨과 동시에, 전자석(35,34)에 대한 전류의 인가가 차단되면, 압축 공기의 압력에 의해서 밸브 플레이트(32)가 밀려서 배출구(41)를 폐쇄한다. 이때 볼록 시일(37)은 오목 시일(37)의 요부에 안착됨으로써 기밀을 보장하게 된다.

도 3 및, 도 4 에 도시된 것과 같은 전자석 밸브를 구비한 도 2 의 터보 압축기에서는 최초 기동시에 약 10 내지 15 초간 전자석 밸브에 전류를 인가할 수 있도록 타임 릴레이 방식을 채택하는 것이 바람직스럽다. 소정 시간 후에는 전자석 밸브에 대한 전류 인가가 차단됨으로써 압축기내에 형성된 압력이 전자석 밸브를 폐쇄시킨다.

본 발명에 따른 압축기용 전자석 밸브 및, 그를 구비한 터보 압축기는 다단 압축시에 임펠러에 가해지는 부하를 감소시킴으로써 기동시의 동력 손실을 방지할 수 있다. 따라서 신속하게 설정 압력에 도달할 수 있으며, 에너지의 낭비를 방지할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

1. 관벽에 형성된 배출구를 개폐하도록 관벽 내측에 형성된 밸브 플레이트와;

   상기 밸브 플레이트를 상기 관벽의 내측에 대하여 근접하거나 이격시킬 수 있도록 설치된 링크와;

   상기 밸브 플레이트의 일측에 설치된 제 1 전자석과;

   상기 배출구의 외측에 설치되며 다수의 통기구가 형성된 지지부와;

   상기 지지부의 일측에 지지되는 제 2 전자석;을 구비하는 터보 압축기용 전자석 밸브.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브 플레이트와 상기 관벽에는 상호 대응되어 기밀을 보장할 수 있도록 형성된 볼록 시일 및, 오목 시일이 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 터보 압축기용 전자석 밸브.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및, 제 2 전자석에 전류가 인가될때 상기 밸브 플레이트는 상기 관벽으로부터 이격되어 상기 배출구를 개방하며, 상기 관벽의 내측에 형성된 공기 압력에 의해서 상기 배출구를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기용 전자석 밸브.
4. 외부 공기의 유입을 제어할 수 있도록 설치된 유입 가이드 베인과;

   상기 유입 가이드 베인을 통해 유입된 공기를 다단으로 압축 및, 냉각할 수 있도록 상호 직렬로 연결된 하나 이상의 압축기 및, 인터쿨러와;

   상기 다단의 압축기 및, 인터쿨러들중 최종단이 아닌 위치에 있는 인터쿨러의 토출측에 형성된 배출구를 전자석의 자력에 의해서 개방하고 압축 공기의 힘으로 폐쇄할 수 있도록 설치된 하나 이상의 전자석 밸브;를 구비하는 터보 압축기.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 전자석 밸브는,

   상기 배출구를 개폐하도록 관벽 내측에 형성된 밸브 플레이트와;

   상기 밸브 플레이트를 상기 관벽의 내측에 대하여 근접하거나 이격시킬 수 있도록 설치된 링크와;

   상기 밸브 플레이트의 일측에 설치된 제 1 전자석과;

   상기 배출구의 외측에 설치되며 다수의 통기구가 형성된 지지부와;

   상기 지지부의 일측에 지지되는 제 2 전자석;을 구비하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.