KR100638686B1 - 액체 분사식 압축기용 액체 분리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체 분사식 압축기용 액체 분리 장치에 관한 것이다. 상기 분리 장치는 하우징(3)내에 수용되며 2개의 단부벽(7,8), 관형의 내부 조분리 장치(9)와 관형의 외부 세분리 장치(10)를 구비하며, 상기 조분리 장치와 세분리 장치는 상호 이격되어 그 사이에 여유 공간(11)을 형성한다. 한 단부벽(7)은 조분리 장치(9)의 관형 내부 영역을 압축기(1)에 잔류하는 압축 가스용 유출 통로(5)와 연결시키는 개구(6)를 구비한다. 상기 조분리 장치(9)와 세분리 장치(10)는 가스와 오일이 투과가능한 재료로 제조된다.

Description

액체 분사식 압축기용 액체 분리 장치{LIQUID SEPARATOR FOR A LIQUID INJECTED COMPRESSOR}

본 발명은 액체 분사식 압축기에 사용하기 위한 액체 분리 장치에 관한 것으로, 한정하는 것은 아니지만 특히 오일 분사식 헬리컬 스크류 압축기용 오일 분리 장치에 관한 것이다.

압축기의 유출 통로에 직접 끼워맞춤되는 오늘날의 액체 분리 장치는 비교적 효율이 낮아 3.5 내지 4.5%, 최상의 경우에 2 내지 3%의 오일이 동반 배출되고 있다. 이러한 오일 동반 배출치는 너무 높아서 부적합하므로 낮게 감소시킬 필요가 있다.

그러한 감소는 첨부된 청구항 1에 기재된 특징을 갖는 액체 분리 장치에 의해 가능하다. 이 청구항으로부터 명백한 바와 같이, 액체 분리 장치는 내부의 조분리(粗分離) 장치와 이 조분리 장치의 반경 방향 외측에 배치된 세분리(細分離) 장치를 구비하는 2개의 분리단을 가지며, 액체 방울을 함유한 가스는 세분리 장치 내로 유동하기 약간 전에 가스 흐름이 정지할 수 있는 중간의 여유 공간을 거쳐 반경 방향 외측으로 통과한다. 이러한 구성의 오일 분리 장치의 경우에, 0 내지 0.6% 정도로 낮은 오일 동반 배출치가 측정되었다.

이렇게 낮은 오일 동반 배출치를 달성하기 위한 액체 분리 장치의 특히 적합한 실시예는 첨부한 종속 청구항에 기재된 특징을 갖는다.

이제, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명할 것이다.

도 1은 헬리컬 스크류 압축기의 고압력 단부벽 상에 장착된 본 발명의 오일 분리 장치를 예시하는 소정 실시예의 종단면도로서, 압축기의 일부도 종단면으로 도시되어 있다.

도 2는 도 1에 도시된 오일 분리 장치에서 동반 배출되는 오일의 비율을, 냉각제의 기화 온도의 함수로서 도시한 그래프이다.

도 1에 있어서, 헬리컬 스크류 냉각 압축기의 고압력부는 도면부호 1로 지시되고 그 고압력 단부벽은 도면부호 2로 지시된다. 상기 단부벽(2)은 본 발명에 따라 구성된 오일 분리 장치(4)를 수용하는 하우징(3)에 장착된다. 상기 압축기(1)는 오일 분리 장치(4)로 안내하는 유입 개구(6)의 대향측 중앙에 배치된 유출 통로 또는 도관(5)을 구비한다. 상기 오일 분리 장치(4)는 압축기(1)와 인접한 단부에 유입 개구(6)를 포함하는 수직의 제1 단부벽(7)을 갖는다. 천공된 제1 슬리브(12)의 일단은 개구(6)의 둘레에, 예를 들어 용접에 의해 고정된다. 상기 슬리브(12)의 중앙선은 기본적으로 수평이다. 제1 슬리브(12)의 타단은 디스크 형태의 부재(13)에 의해 폐쇄된다. 천공된 제2 슬리브(14)는 제1 슬리브(12)의 외측에 중심이 같게 배치된다. 압축기를 향해 대면하는 슬리브(14)의 단부는 단부벽(7)의 원형 홈에 삽입된다. 조분리 장치(9)는 상기 천공된 슬리브(12, 14) 사이에 형성된 공간에 제공되며, 상기 슬리브는 조분리 장치를 적소에 유지하는 벽을 형성한다.

도시된 액체 분리 장치(4)는 서로 이격되고 중심이 같은 천공된 슬리브들인 제3 슬리브(16)와 제4 슬리브(17) 사이에서 제3 슬리브(16)의 외측에 배치되는 세분리 장치(10)를 또한 구비한다. 상기 슬리브(16과 17)를 구비하는 세분리 장치(10)는 조분리 장치(9)의 외측에 이격 상태로 배치된다. 조분리 장치(9)와 세분리 장치(10)의 사이에는 중간 공간(11)이 형성된다. 슬리브(16과 17)의 제1 단부는 제1 단부벽(7)의 홈에 수용된다.

액체 분리 장치(4)는 디스크 플레이트(13)와 평행하고 중심이 같은 제2 단부벽(8)을 또한 구비한다. 상기 단부벽(8)은 제2, 제3 및 제4 슬리브(14, 16 및 17)가 삽입되어 볼트 및 너트 조인트(15)에 의해 적소에서 유지되는 홈을 구비하며, 상기 볼트는 제2 단부벽(8)과 디스크 플레이트(13)의 중앙에 있는 개구들을 통해 삽입된다. 천공된 4개의 슬리브(12, 14, 16 및 17)의 천공 영역은 모두 슬리브 영역의 50%를 초과한다.

조분리 장치(9)는 스펀 와이어 네트, 예를 들어 "비코일 데미스터 메쉬: 304 L 스테인레스강 유형의 H"이며, 상기 네트는 2.5 내지 3.5㎝의 두께를 함께 제공하는 다수의 층으로 응용된다. 상기 네트는 가스 유동의 추정 속도가 0.2 내지 0.5 m/s가 되는 경도 또는 조밀도를 갖게 권취된다. 이러한 필터는 오일 분리 공정의 제1 부분을 구성하여 시스템으로부터 대부분의 오일 흐름(80 내지 90%)을 분리한다. 상기 네트 층은 제1 슬리브(12) 및 제2 슬리브(14)에 의해 소기의 조밀도 정도를 갖게 적소에서 유지되며, 이들 슬리브는 슬리브 표면 영역의 50%를 초과하는 천공 영역을 포함한다. 슬리브에 있는 홀의 직경은 8 내지 10 mm이다.

제3 슬리브(16)와 제4 슬리브(17)에 의해 적소에서 유지되는 세분리 장치(10)는 내유성 및 발유성(oil-repelling) 섬유로 제조된 다공성 직물로 구성된다. 상기 직물은 천공된 제3 슬리브(16) 둘레에 6 내지 8 mm의 두께로 느슨하게 권취된다. 조분리 장치(9)에서 분리된 오일을 배출시키고 조분리 장치(9)에서 빠져나오는 유체 흐름속에 잔류하는 미세하게 분할된 오일을 위한 효과적인 분리 장치를 형성하기 위해, 소정의 다공성을 갖는 섬유 직물층이 필요한데, 상기 다공성은 직물층의 단위 면적당 중량으로 결정된다. 본 발명에 따르면, 상기 직물층의 단위 면적당 중량은 두께가 1mm인 직물로 제조시 130 내지 170 g/㎡이다. 표준 온도의 오일이 섬유 재료와 접촉하게 되는 경우, 상기 재료는 폴리아미드 섬유 재료 또는 몇가지 대응하는 재료를 포함할 수도 있다. 오일 온도가 고온일 경우, 사용되는 재료는 탄소 섬유 또는 아라미드(aramide) 섬유 재료가 알맞으며, 파라-아라미드 재료[미국 듀퐁사 소유로서 파라-아라미드 섬유의 상표명인 케블라(KEVLAR)]가 바람직하다.

냉각 압축기(1)가 작동하는 경우, 크거나 작은 방울 형태로 오일을 함유하는 냉각제, 예를 들어 R134a(테트라플루오로에탄, CF₃CFH₂)는 안개 방울 크기로 감소되어 압축기의 유출 통로(5)를 빠져나가 약 6㎧ 이상의 유속으로 오일 분리 장치(4)의 유입 개구를 통해 진입한다. 유입 개구(6)의 대향측에 있는 제1 슬리브(12) 단부의 디스크 플레이트(13)가 슬리브와 평행한 연속 유동을 방지하기 때문에, 냉각제의 유동 방향이 변화되어 제1 슬리브(12)의 개구 또는 천공부를 통해 반경 방향 외측으로 계속 흐르게 된다. 냉각제는 조분리 장치(9)를 거쳐 반경 방향으로 유동하여 제2 슬리브(14)를 통해 빠져나간다.

대부분의 오일 방울은 조분리 장치의 네트와 슬리브의 표면상에 부착되고, 그곳에서 흘러 떨어져 외부 튜브 또는 슬리브(14)의 최하부 개구 또는 천공부를 통해 조분리 장치(9)에 잔류한다. 오일이 고갈된 냉각제는 세분리 장치(10)를 거쳐 반경 방향 외측으로 계속 유동함으로써, 잔존하는 대부분의 오일이 유체 흐름에서 분리된다.

따라서, 슬리브(14)는 조분리 장치에 의해 추출되어 그 하부에서 흘러 떨어지는 오일의 수집 표면으로서 작용한다. 조분리 장치에서 배출되는 오일은 슬리브(14) 외측에 있는 중간 공간(11)의 하부에 수집된다. 중간 공간(11)의 반경 길이는 약 1.5 내지 2.5㎝이다. 조분리 장치에서 흘러내리는 오일은 60 내지 90°에 대응하는 중간 공간(11)의 하부 세그먼트를 채운 다음, 외부의 세분리 장치(10)를 통해 배출된다. 세분리 장치의 내측 제한부는 공동 또는 중간 공간(11)의 외측 제한부를 형성한다.

조분리 장치(9)에 의해 분리되어 세분리 장치(10)의 최하부 상에 수집된 오일은 직물의 하부 세그먼트 부분을 통해 배출되며, 이러한 상기 세분리 장치(10)의 오일 배출 세그먼트 부분은 상기 세분리 장치(10)의 원통형 외주의 60 내지 90°에 대응하고, 외주의 나머지 270 내지 300°는 정밀하게 분리된 나머지 오일이 냉각제에서 추출되는 세분리 장치의 오일 분리 영역을 형성한다. 오일 분리 장치를 효율적으로 작동시키고 가스 통류(throughflow)와 오일 통류에 대한 조화를 달성하기 위해, 오일 수준은 세분리 장치(10) 영역의 25% 이하만을 차지해야 된다, 즉 상기 세그먼트는 90°를 초과해선 안된다. 그렇지 않으면, 세분리 장치를 통과하는 가스 유속은 0.1㎧ 이하가 된다.

이렇게 액체를 동반한 가스의 개선된 분리를 본 발명에 의해 달성할 수 있는 이유는 설명하기가 어려운데, 그 이유는 조분리 장치(9)와 세분리 장치(10)를 통한 액체 방울의 통과를 조사하기가 어렵기 때문이다. 도 2에 도시된, 오일의 동반 배출, 즉 가스와 같이 빠져나가는 오일을 보여주는 곡선은 냉각제 R134a를 사용하는 냉각 압축기를 측정함으로써 얻어졌다. 도 2는 기화 온도의 함수로서 가스 냉각제와 동반하는 오일의 중량%로 농도를 나타낸다. 수직 방향의 와이어 네트 플레이트의 형태로 종래와 같이 배치된 오일 분리 장치가 있는 동일한 압축기를 작동시키는 경우, 3 내지 10 %의 오일 동반 배출이 측정되는데, 이러한 비율 변화는 기화 온도에 의존한다.

본 발명은 예시 및 설명된 실시예로 제한되지 않으며, 다음의 청구범위에서 한정된 발명의 범위 내에서 여러 방법으로 변경이 이루어질 수 있다는 것을 알아야 한다. 예를 들어, 수치값은 상이한 작동 조건에 따라 변화될 수 있으며, 슬리브(12, 14 및 16, 17) 모두 또는 일부는 대응하는 투과성을 갖는 강성 네트 구조로 대체될 수 있다. 그러한 강성 네트 구조의 투과성은 천공된 슬리브의 투과성보다 크지만, 이러한 경우에 상기 강성 네트 구조의 높은 투과성은 밀폐된 거친 분리 재료와 정밀 분리 재료의 낮은 투과성으로 유리하게 보상될 것이다. 알 수 있는 바와 같이, 분리 슬리브는 사각형, 5각형 등과 같이 원형 이외의 단면 형상일 수 있다. 또한 상기 슬리브는 테이퍼질 수도 있다.

Claims (10)

1. 액체 분사식 압축기용 액체 분리 장치에 있어서,

   상기 액체 분리 장치는 2개의 단부벽(7, 8) 사이에 배치되며 관형의 내부 조분리(粗分離) 장치(9)와 관형의 외부 세분리(細分離) 장치(10)를 구비하고, 상기 관형의 조분리 장치와 세분리 장치는 상호 이격되어 그 사이에 중간 공간(11)을 형성하며, 한 단부벽(7)은 조분리 장치(9)의 관형 내부 영역을 압축기(1)의 압축 가스 유출 통로(5)와 연결시키는 개구(6)를 포함하고, 조분리 장치(9)와 세분리 장치(10)는 가스 및 오일 투과성 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 액체 분사식 압축기용 액체 분리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 조분리 장치(9)는 네트 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 분사식 압축기용 액체 분리 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 네트는 관형 내부벽 상에 배치되며, 상기 관형 내부벽은 다수의 개구를 포함하고 조분리 장치의 내측 제한부를 구성하는 것을 특징으로 하는 액체 분사식 압축기용 액체 분리 장치.
4. 제2항 또는 3항에 있어서, 상기 조분리 장치(9)는 관형 외부벽을 포함하며, 상기 관형 외부벽은 전체 영역이 전체 벽 영역의 50% 이상에 해당하는 다수의 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 분사식 압축기용 액체 분리 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 세분리 장치(10)는 오일에 대해 비흡수성인 다공성 섬유 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 분사식 압축기용 액체 분리 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 섬유 재료는 천공된 관형 내부벽과 유사하게 천공된 외부벽 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 액체 분사식 압축기용 액체 분리 장치.
7. 제6항에 있어서, 조분리 장치(9)와 세분리 장치(10)의 각 관형 벽(12, 14; 16, 17)은 단부벽(7, 8) 사이에 장착되며, 상기 관형 벽(12, 14; 16, 17)의 단부는 각 단부벽의 내부면에 있는 홈에서 안내되는 것을 특징으로 하는 액체 분사식 압축기용 액체 분리 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 액체 분리 장치는 조분리 장치(9)를 통과하는 가스 유속이 0.2 내지 0.5㎧가 되도록 치수가 정해지는 것을 특징으로 하는 액체 분사식 압축기용 액체 분리 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 액체 분리 장치는 세분리 장치(10)를 통과하는 가스 유속이 0.1㎧ 보다 크게 되도록 치수가 정해지는 것을 특징으로 하는 액체 분사식 압축기용 액체 분리 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 액체 분리 장치는 오일 분사식 헬리컬 스크류 냉각 압축기용 오일 분리 장치인 것을 특징으로 하는 액체 분사식 압축기용 액체 분리 장치.

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