KR101019785B1 - 물 윤활식 압축기 - Google Patents

Abstract

토출 온-오프 밸브가 압축기 본체의 토출 포트와 물 분리/회수 유닛 사이에 위치된 토출 채널 내에 배치되고, 물 순환 온-오프 밸브가 물 냉각기와 압축기 본체 내의 급수부 사이에 위치된 물 순환 채널 내에 배치되며, 기체 방출 채널이 물 분리/회수 유닛의 기체상 부분과 물 분리/회수 유닛의 외부 사이의 연통을 제공하도록 형성되고, 기체 방출 온-오프 밸브가 기체 방출 채널 내에 배치된, 물 윤활식 압축기가 개시된다. 압축기 본체가 작동하지 않을 때, 토출 온-오프 밸브 및 물 순환 온-오프 밸브는 폐쇄되고, 기체 방출 온-오프 밸브는 개방되어, 물 냉각기 내에 존재하는 물이 물 순환 채널을 통해 물 분리/회수 유닛으로 회수되도록 허용한다. 이러한 구조에 의하면, 압축 기체 공급 목적지에서의 압축 기체에 대한 요구가 거의 또는 전혀 없을 때, 물 윤활식 압축기의 물 시스템 내에 포함된 장치들 중에서 물의 동결에 의해 특히 손상되기 쉬운 물 냉각기로부터 물을 제거하는 것이 가능하고, 따라서 물의 동결을 방지하는 것이 가능하다.

물 윤활식 압축기, 물 냉각기, 물 분리/회수 유닛, 토출 채널, 물 순환 채널, 기체 방출 채널

Description

물 윤활식 압축기{Water-Lubricated Compressor}

본 발명은 압축 기체 목적지, 즉 압축 기체가 공급되어야 하는 장소에서 압축 기체 대한 요구가 거의 또는 전혀 없을 때 압축기의 물 순환 채널 내에 배치된 물 냉각기로부터 물을 토출함으로써 물의 동결을 방지할 수 있는 물 윤활식 압축기에 관한 것이다.

스크루 압축기의 스크루 로터(이하에서, "로터"로도 불림)의 온도는 흡입 포트로부터 흡입된 기체가 로터 챔버 내에서 압축될 때 상승한다. 그러므로, 스크루 로터를 냉각시키기 위한 냉각 메커니즘이 필수적이다. 지금까지, 그러한 냉각 메커니즘으로서, 대체로 냉각 액체가 내부에 수용된 스크루 로터를 갖는 로터 챔버로 공급되는 냉각 메커니즘이 채택되어 왔다. 그러한 냉각 메커니즘을 사용하는 스크루 압축기의 전형적인 예로서, 전술한 냉각 액체로서 오일을 사용하는 오일 냉각식 스크루 압축기가 공지되어 있다. 로터 챔버로 공급되는 오일은 기체 압축 섹션을 냉각시키도록 기능할 뿐만 아니라, 스크루 로터들 사이 그리고 스크루 로터와 로터 케이싱의 내벽 사이를 밀봉하고 윤활하도록 기능한다.

냉각 액체로서 오일을 사용하는 경우에, 오일은 압축기 본체 내에 형성된 토 출 채널 내에 배치된 오일 분리/회수 유닛에 의해 압축 기체로부터 분리되어 회수되지만, 오일의 일부는 토출되는 압축 기체와 함께 오일 미스트로서 압축 기체 목적지로 운반된다. 결과적으로, 깨끗한 압축 기체를 요구하는 압축 기체 목적지에서, 예를 들어 반도체와 같은 전자 부품, 정밀 기계 또는 식품을 제조하기 위한 제조 공정에서, 해당 오일이 제조 공정과 관련된 기계 부품 또는 제품에 부착하여 오염을 일으키는 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위한 노력으로, 오일을 사용하지 않고서 건조 상태에서 작동할 수 있는 무오일 압축기가 개발되었다. 그러나, 이러한 무오일 압축기에서, 압축 효율은 일례로 인버터 제어가 이루어지더라도, 압축기의 저속 회전 범위 내에서 크기 열화되는 문제가 있었다. 이러한 문제의 관점에서, 냉각 액체로서 물을 사용하는 물 윤활식 압축기가 개발되었다. 물 윤활식 압축기에서, 물이 오일 대신에 사용되고, 냉각, 밀봉 및 윤활의 기능을 충족시키도록 되어 있다. 압축 공정에서 기체의 누출을 방지하는 것이 가능하므로, 매우 효율적인 압축 작용이 저속 내지 고속 범위의 전체 속도 범위에서 얻어지고, 건조 타입에서와 비교하여 약 30% 이상의 토출 체적이 얻어진다.

상기 종래의 오일 냉각식 압축기에서와 같이, 물 윤활식 압축기 내에서 사용되는 물은 토출 채널 내에 배치된 오일 분리/회수 유닛에 대응하는 물 분리/회수 유닛에 의해 분리되어 회수되며, 이렇게 회수된 물은 다시 물 순환 채널을 통해 압축기로 공급된다. 그러나, 겨울철에 압축 기체 목적지에서의 압축 기체에 대한 요구가 거의 또는 전혀 없을 때, 물 분리/회수 유닛 및 물 순환 채널을 포함하는 물 시스템이 동결되어, 파손과 같은 문제를 일으킬 수 있다.

이제, 본원에 첨부된 도5를 참조하여, 물 윤활식 압축기 내의 물 시스템의 전술한 동결을 방지하기 위한 종래의 기술에 대한 설명이 주어질 것이다. 도5는 종래의 동결 방지 장치를 갖는 워터 제트 압축기의 정면 투사도이다. 워터 제트 압축기에서의 종래의 동결 방지 방법에 따르면, 2개의 개방부가 패키지(20) 내에 형성되고, 개방부를 덮기 위한 커버(46)가 패키지의 외벽에 부착되어, 순환 채널(47)을 형성하고, 순환 채널(47)은 패키지(20) 내에 존재하는 공기의 도입을 위한 입구 포트(44) 및 패키지(20) 내로 가열된 공기를 방출하기 위한 방출 포트(45)를 갖고, 아울러 공기 순환 수단(42), 예컨대 공기 팬, 및 가열 수단(43), 예컨대 전기 히터가 순환 채널(47) 내에 설치되어, 가열된 공기를 패키지의 내부를 통해 순환시킨다 (일본 특허 출원 공개 제2001-263242호 참조).

상기 종래의 동결 방지 기술에서, 패키지 내에 존재하는 공기가 예를 들어 팬과 같은 순환 수단에 의해 순환될 필요가 있다. 그러나, 많은 수의 구성 부품들이 패키지 내에 복잡하게 수용되므로, 패키지 내에 존재하는 공기가 정체되지 않고 완전히 순환하게 하는 것은 어렵다. 따라서, 그러한 동결 방지 방법에 따르면, 전체 물 시스템에 대해 일정한 가열 온도를 유지하는 것이 어렵고, 따라서 물의 동결에 의해 특히 손상되기 쉬운 장치, 즉 물 냉각기가 국소적으로 동결되어 파손으로 이어질 수 있는 우려가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 압축 기체 목적지에서의 압축 기체에 대한 요구가 거의 또는 전혀 없을 때, 전기 히터 또는 팬을 사용하지 않으면서, 압축기의 물 시스템 중에서 물의 동결에 의해 특히 손상되기 쉬운 물 냉각기로부터 물을 제거할 수 있고, 결과적으로 물의 동결을 방지할 수 있는 물 윤활식 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 전술한 목적을 달성하기 위해, 물 윤활식 압축기이며, 압축기 본체와, 압축기 본체의 토출 채널 내에 배치된 물 분리/회수 유닛과, 물 분리/회수 유닛에 의해 분리된 물을 압축기 본체 내의 급수부로 공급하기 위한 물 순환 채널과, 물 순환 채널 내에 배치된 물 냉각기와, 압축기 본체의 토출 포트와 물 분리/회수 유닛 사이의 위치에서 토출 채널 내에 배치된 토출 온-오프 밸브와, 물 냉각기와 압축기 본체 내의 급수부 사이의 위치에서 물 순환 채널 내에 배치된 물 순환 온-오프 밸브와, 물 분리/회수 유닛의 기체상 부분과 물 분리/회수 유닛의 외부 사이의 연통을 제공하는 기체 방출 채널과, 기체 방출 채널 내에 배치된 기체 방출 온-오프 밸브와, 압축기 본체가 작동할 때, 토출 온-오프 밸브 및 물 순환 온-오프 밸브를 개방하고 기체 방출 온-오프 밸브를 폐쇄하며, 압축기 본체가 작동하지 않을 때, 토출 온-오프 밸브 및 물 순환 온-오프 밸브를 폐쇄하고 기체 방출 온-오프 밸브를 개방하는 제어를 하도록 구성된 제어기를 포함하는 물 윤활식 압축기가 제 공된다.

상기 구조의 물 윤활식 압축기에 따르면, 압축기 본체가 작동할 때, 토출 온-오프 밸브 및 물 순환 온-오프 밸브가 개방되고 기체 방출 온-오프 밸브가 폐쇄되며, 압축기 본체가 작동하지 않을 때, 토출 온-오프 밸브 및 물 순환 온-오프 밸브가 폐쇄되고 기체 방출 온-오프 밸브가 개방되므로, 물 냉각기 내에 존재하는 물은 물 순환 채널을 통해 물 분리/회수 유닛 내로 회수될 수 있다. 따라서, 물은 물 순환 채널 내에 배치된 장치들 중에서 물의 동결에 의해 특히 손상되기 쉬운 물 냉각기로부터 제거될 수 있고, 즉 물의 동결에 의해 야기되는 물 냉각기의 파손과 같은 문제의 발생을 회피하는 것이 가능하다.

본 발명의 물 윤활식 압축기에서, 토출 정지 수단이 물 분리/회수 유닛에 이어지는 토출 채널 내에 배치될 수 있다. 토출 정지 수단은 압축기 본체가 작동하지 않을 때 토출 채널을 폐쇄하는 온-오프 밸브 또는 압축 기체가 토출 채널의 토출 방향으로만 유동하도록 개방되는 체크 밸브에 의해 구성될 수 있다. 그러한 구조에 의하면, 물 분리/회수 유닛, 물 냉각기 및 물 순환 채널을 포함하는 물 시스템 내에 존재하는 압축 기체는 기체 방출 채널을 통해 방출되고, 결과적으로 물 시스템 내에 존재하는 물은 물 분리/회수 유닛에 의해 회수된다. 이때, 회수된 물의 양이 물 분리/회수 유닛의 저수부의 용량을 초과하더라도, 물은 기체 방출 채널 측으로 유도되고, 토출 채널을 향해 유동하지 않고서 시스템의 외부로 방출된다.

본 발명의 물 윤활식 압축기에서, 물 냉각기의 물 입구가 냉각기의 바닥 측에 형성될 수 있고, 물 냉각기 내의 물 순환 채널은 더 높거나 하류 측을 향해 수 평이 될 수 있다. 이러한 구조에 의하면, 물은 물 냉각기 내에 형성된 물 순환 채널로부터 실질적으로 확실하게 제거될 수 있다.

본 발명의 물 윤활식 압축기에서, 물 냉각기의 물 출구가 냉각기의 상부 측에 형성될 수 있다. 이러한 구조에 의하면, 물은 물 냉각기 내에 형성된 물 순환 채널로부터 확실하게 제거될 수 있다.

본 발명의 물 윤활식 압축기는 물 분리/회수 유닛과 물 냉각기 사이에 위치된 물 순환 채널과, 물 냉각기와 물 순환 온-오프 밸브 사이에 위치된 물 순환 채널 사이의 연통을 위한 바이패스 채널, 및 바이패스 채널 내에 배치된 바이패스 온-오프 밸브를 더 포함할 수 있고, 제어기는 압축기가 작동하지 않을 때 바이패스 온-오프 밸브를 개방할 수 있다. 이러한 구조에 의하면, 물 냉각기 내에 존재하는 물은 물 분리/회수 유닛에 의해 회수되고, 물 냉각기로부터의 물의 확실한 제거가 물 냉각기의 물 입구 및 물 출구의 위치 또는 물 냉각기 내에 형성된 물 순환 채널의 배치 및 구조에 관계없이 더 효과적으로 행해질 수 있다.

본 발명에 따른 물 윤활식 압축기에서, 물 순환 채널 내에 배치된 장치들 중에서 물의 동결에 의해 특히 손상되기 쉬운 물 냉각기로부터 물을 제거할 수 있어서, 물의 동결에 의해 야기되는 물 냉각기의 파손과 같은 문제의 발생을 회피하는 것이 가능하다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 물 윤활식 압축기가 본원에 첨부된 도1을 참조 하여 아래에서 설명될 것이다. 도1은 제1 실시예의 물 윤활식 압축기를 설명하기 위한 개략적인 시스템 선도이다.

제1 실시예의 물 윤활식 압축기는 로터 케이싱 내부에 형성된 로터 챔버를 갖는 압축기 본체(1)를 포함하고, 한 쌍의 수형 및 암형 스크루 로터(도시되지 않음)가 서로 맞물려서 로터 챔버 내에 회전 가능하게 수용되어 있다. 흡입 채널(2)이 압축기 본체(1)의 흡입 포트(1a)에 연결되고, 토출 채널(3)의 일 단부 측이 압축기 본체의 토출 포트(1b)에 연결된다. 압축기 본체(1)를 구성하는 한 쌍의 수형 및 암형 스크루 로터 중 하나, 즉 수형 로터만이 구동 모터(M)의 구동 샤프트에 연결된다. 스크루 로터는 구동 모터(M)에 의해 회전되어, 흡입 채널(2)로부터 공급된 기체가 압축기 본체(1)의 흡입 포트(1a)로부터 흡입되어 압축되고, 그 다음 압축 공기는 고압 기체로서 토출 포트(1b)로부터 토출 채널(3)로 토출된다.

이렇게 토출되는 압축 기체로부터 물을 분리하여 회수하기 위한 물 분리/회수 유닛(4)이 토출 채널(3) 내에 배치된다. 물 분리 요소(도시되지 않음)가 물 분리/회수 유닛(4) 내부에 제공된다. 물 분리/회수 유닛(4) 내로 들어간 고압 기체 내에 혼합된 물이 물 분리 요소에 의해 포착된다. 물 분리 요소에 의해 포착된 물은 그의 자중에 의해 적하되어, 물 분리/회수 유닛(4)의 내측 하부에서 저수부(4a)를 형성한다.

물 순환 채널(5)은 물 분리/회수 유닛(4)의 저수부(4a) 내에 저장된 물을 급수부(1c), 즉 압축기 본체(1)의 물을 공급받아야 하는 부분(예컨대, 스크루 로터 및 로터를 수용하는 로터 케이싱에 의해 형성된 압축 공간, 및 베어링)으로 공급하 기 위한 것이다. 물 순환 채널(5) 내에, 압축기 본체(1)로 공급되는 물을 냉각시키기 위한 물 냉각기(6)와, 필터(7)가 배치된다.

토출 온-오프 밸브(12)가 압축기 본체(1)의 토출 포트(1b)와 물 분리/회수 유닛(4) 사이에 위치된 토출 채널(3) 내에 배치되고, 물 분리/회수 유닛(4)에 이어지는 압축 기체의 토출 채널(3) 내에, 토출 정지 수단(8) 및 압력 게이지(3a)가 배치된다. 아울러, 물 순환 온-오프 밸브(13)가 물 냉각기(6)와 압축기 본체(1)의 급수부(1c) 사이에 위치된 물 순환 채널(5) 내에 배치된다. 물 분리/회수 유닛(4)의 기체상 부분과 물 분리/회수 유닛(4)의 외부(공기 등이 존재하는 저압 공간; 패키지형 압축기에서는, 패키지의 내부 또는 외부일 수 있음) 사이의 연통을 위한 기체 방출 채널(15)이 형성되고, 기체 방출 온-오프 밸브(15a)가 기체 방출 채널(15) 내에 배치된다.

다른 한편으로, 압축기 본체(1)에 대한 구동 모터(M)의 회전은 제어기(10)로부터 인버터(11)를 거쳐 모터로 전달되는 주파수 신호에 의해 제어된다. 더 구체적으로, 정상 작동 시에, 제어기(10)는 토출 채널(3) 내에 설치된 압력 게이지(3a)로부터 검출 압력(Pd)을 수신하고, 회전을 제어하기 위해, 검출 압력(Pd)이 소정의 압력과 동일해지도록 예를 들어 PID 제어에 의해 계산된 적절한 회전수를 표시하는 명령을 인버터(11)에 제공한다.

압축기 본체(1)가 작동할 때, 제어기(10)는 토출 온-오프 밸브(12) 및 물 순환 온-오프 밸브(13)를 개방하고, 동시에 기체 방출 온-오프 밸브(15a)를 폐쇄한다. 다른 한편으로, 압축기 본체(1)가 작동하지 않을 때, 제어기(10)는 토출 온- 오프 밸브(12) 및 물 순환 온-오프 밸브(13)를 폐쇄한다. 동시에, 기체 방출 온-오프 밸브(15a)가 개방되어 물 분리/회수 유닛(4)의 기체상 부분과 공기 사이의 연통을 제공한다.

압축기 본체(1)가 작동할 때, 압축기 본체(1)의 압축 공간 내로 공급된 물과 공기가 압축 공간 내에서 혼합된다. 결과적으로, 공기가 물속에 용해된다. 압축기 본체(1)의 작동 중의 물 분리/회수 유닛(4), 물 순환 채널(5) 및 물 냉각기(6)의 내부 압력은 소위 "토출 압력" 또는 이에 근접한 고압으로 유지되어, 공기는 내부에 존재하는 물속으로 용해되어 잔류한다. 그러나, 물 분리/회수 유닛(4)의 기체상 부분과 물 분리/회수 유닛(4)의 외부가 서로 연통하면, 물 분리/회수 유닛(4), 물 순환 채널(5) 및 물 냉각기(6)의 내부 압력이 강하하고, 물속에 용해된 공기가 기체 상태로 복귀한다. 이렇게 기체 상태로 복원된 공기의 작용에 의해, 물 냉각기(6) 내에 존재하는 물은 물 분리/회수 유닛(4)을 향해 밀려난다.

따라서, 물 냉각기(6) 내에 존재하는 물은 물 순환 채널(5)을 통해 물 분리/회수 유닛(4)의 저수부(4a) 내로 회수된다. 결과적으로, 물은 물 순환 채널(5) 내에 배치된 장치들 중에서 물의 동결에 의해 특히 손상되기 쉬운 물 냉각기(6)로부터 제거될 수 있고, 따라서 동결에 의해 야기되는 물 냉각기(6)의 파손과 같은 문제의 발생을 회피하는 것이 가능하다.

토출 정지 수단(8)으로서, 온-오프 밸브 또는 압축 기체가 토출 채널(3)의 토출 방향으로만 유동하게 허용하도록 개방되는 체크 밸브를 사용하는 것이 바람직하다. 더 구체적으로, 입력 수단(예컨대, 시작/정지 스위치를 구비한 입력 패 널)(도시되지 않음)으로부터의 시작 신호의 수신 시에, 제어기(10)는 토출 정지 수단(8)이 온-오프 밸브인 경우에 온-오프 밸브를 개방하고, 또한 토출 온-오프 밸브(12)를 개방하여, 압축 기체가 토출 채널(3)을 통과하도록 허용한다. 동시에, 제어기(10)는 물 순환 온-오프 밸브(13)를 개방하고, 기체 방출 온-오프 밸브(15a)를 폐쇄하여, 압축기 본체(1)가 작동을 시작하게 한다.

다른 한편으로, 압축 기체 목적지에서의 압축 기체에 대한 요구가 거의 또는 전혀 없을 때, 물 윤활식 압축기의 조작자는 그러한 상태가 존재하고 결정하고, 그 다음 입력 수단(도시되지 않음)의 정지 스위치를 누른다. 제어기(10)는 이러한 오프 신호를 수신하고, 압축기 본체(1)의 작동을 정지시킨다. 그 다음, 제어기(10)는 토출 정지 수단(8)이 온-오프 밸브인 경우에 온-오프 밸브를 폐쇄하고, 토출 온-오프 밸브(12)를 폐쇄하여, 토출 채널(3)을 폐쇄한다. 동시에, 제어기(10)는 물 순환 온-오프 밸브(13)를 폐쇄하고, 기체 방출 온-오프 밸브(15a)를 개방한다. 결과적으로, 물 분리/회수 유닛(4)의 내부 압력이 강하하고, 전술한 바와 같이 물속에 용해된 상태로부터 기체 상태로 복귀한 공기의 작용에 의해, 물 냉각기(6) 내에 존재하는 물은 물 순환 채널(5)을 통해 물 분리/회수 유닛(4)의 저수부(4a)로 토출된다.

대안적으로, 제어기(10)가 토출 채널(3) 내에 배치된 압력 게이지(3a)로부터 검출 압력(Pd)을 수신하여, 검출 압력(Pd)을 소정의 상한 압력과 하한 압력 사이의 수준으로 유지하고, 제어기(10)가 압축기 본체(1)의 정지 또는 시작을 표시하는 명령을 송출하고, 이러한 명령에 따라, 토출 정지 수단(8), 토출 온-오프 밸브(12), 물 순환 온-오프 밸브(13) 및 기체 방출 온-오프 밸브(15a)가 전술한 바와 같이 각각 개방 또는 폐쇄되도록 변형이 이루어질 수 있다.

이러한 구조에 따르면, 압축기 본체(1)의 작동이 정지될 때, 토출 정지 수단(8)은 온-오프 밸브라면 폐쇄되며, 토출 온-오프 밸브(12) 및 물 순환 온-오프 밸브(13)는 폐쇄되고, 기체 방출 온-오프 밸브(15a)는 개방된다. 결과적으로, 물 분리/회수 유닛(4), 물 순환 채널(5) 및 물 냉각기(6)의, 작동 중에 고압으로 유지되는 내부 압력이 급격하게 강하한다. 결과적으로, 도1에서 2점 쇄선에 의해 표시된 바와 같이, 물 냉각기(6) 내에 존재하는 물은 전술한 바와 같이 물속에서의 그러한 용해 상태로부터 기체 상태로 복귀한 공기의 작용 하에서 물 순환 채널(5)을 통해 물 분리/회수 유닛(4)을 향해 다시 이동된다.

물 순환 채널(5)을 포함한 물 시스템 중에서, 최대량의 물을 유지할 수 있는 것은 물 분리/회수 유닛(4)이다. 그러나, 보통의 환경 하에서, 물 분리/회수 유닛(4)의 저수부(4a) 내에 저장된 모든 물을 제거할 필요는 없다. 박벽(0.5 mm 등) 구리 튜브에 의해 구성된 물 냉각기(6) 내에 존재하는 물만의 제거에 의해서도, 물의 동결에 의해 야기되는 파손을 회피하기에는 충분하다.

물 분리/회수 유닛(4)에 이어지는 토출 채널(3) 내에 토출 정지 수단(8)을 배치하는 이유는 다음과 같다. 압축기 본체(1)의 작동이 정지될 때, 물 분리/회수 유닛(4), 물 냉각기(6) 및 물 순환 채널(5)을 포함한 물 시스템 내에 존재하는 압축 기체는 기체 방출 채널(15)을 통해 방출되고, 동시에 물 시스템 내에 존재하는 물은 물 분리/회수 유닛(4)에 의해 회수된다. 동시에, 이렇게 회수된 물의 양이 물 분리/회수 유닛(4)의 저수부(4a)의 용량을 초과하더라도, 물은 토출 채널(3)이 토출 정지 수단(8) 및 토출 온-오프 밸브(12)에 의해 차단되기 때문에, 토출 채널(3) 내로 들어가지 않고서 기체 방출 채널(15)로 유도되고, 시스템의 외부로 방출된다.

그러한 구조에 의하면, 물은 물 순환 채널(5) 내에 배치된 장치들 중에서 물의 동결에 의해 특히 손상되기 쉬운 물 냉각기(6)로부터 제거될 수 있고, 따라서 물의 동결에 의해 야기되는 물 냉각기(6)의 파손과 같은 문제의 발생을 회피하는 것이 가능하다.

다음으로, 본 발명의 제1 실시예에서 사용되는 물 냉각기의 구조가 도2 및 도1을 참조하여 설명될 것이다. 도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 윤활식 압축기 내에서 사용되는 물 냉각기의 일례를 설명하기 위한 개략도이다.

물 순환 채널(5)의 일부를 구성하는 구리 튜브(16)가 물 냉각기(6) 내부에 사행식으로 배치된다. 냉각 매체, 예컨대 냉각 공기가 구리 튜브(16)와 접촉하여, 구리 튜브(16)의 내부를 통해 유동하는 물이 냉각될 수 있다. 압축기 본체(1)가 작동할 때, 구리 튜브(16)의 내부는 물로 충전되지만, 압축기 본체(1)의 작동이 정지되고 물 순환 채널(5)의 내부 압력이 강하하면, 물속에 용해된 공기는 기체 상태로 복귀하여, 물 냉각기(6)의 상부에 위치된 구리 튜브(16) 내에 축적된다.

다른 한편으로, 압축기 본체(1)의 작동 정지 중에 물 냉각기(6) 내의 구리 튜브(16) 내에서의 물의 저장을 회피하기 위해, 도2에 도시된 바와 같이, 물 분리/회수 유닛(4)에 이어지는 물 순환 채널(5)과 물 냉각기(6) 내에 배치된 구리 튜 브(16) 사이의 연결부인 물 입구(16a)가 물 냉각기(6)의 바닥 위치에 형성되고, 구리 튜브(16)가 상부 위치를 점유하고 하류 측을 향해 수평이 되도록 물 냉각기(6) 내에 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 구조에 따르면, 압축기 본체(1)가 작동하지 않을 때 물속에 용해된 상태로부터 기체 상태로 복귀한 공기가 상승하고 구리 튜브(16) 내의 상부에 축적되어, 구리 튜브(16) 내에 존재하는 물이 아래로 이동되고 물 냉각기(6)의 물 입구(16a)를 통해 물 분리/회수 유닛(4)으로 토출된다.

아울러, 도2에 도시된 바와 같이, 물 입구(16a)가 물 냉각기(6)의 바닥 위치에 형성될 뿐만 아니라, 물 출구(16b)가 물 냉각기(6) 내의 구리 튜브(16)와 물 냉각기(6)에 이어지는 물 순환 채널(5) 사이의 연결부로서 물 냉각기(6)의 상부 위치에 형성되면, 잔류하는 물(17)만이 물 냉각기(6)에 이어지는 물 순환 채널(5) 내에서 수위(17a)까지 잔류하게 허용하면서 물을 배수시키는 것이 가능해져서, 물 냉각기(6) 내의 구리 튜브(16) 내에 존재하는 물이 확실하게 토출될 수 있다.

따라서, 제1 실시예의 물 윤활식 압축기에 대한 동결 방지 방법에 따르면, 토출 온-오프 밸브(12)는 압축기 본체(1)의 토출 포트(1b)와 물 분리/회수 유닛(4) 사이에 위치된 토출 채널(3) 내에 배치되고, 물 순환 온-오프 밸브(13)는 물 냉각기(6)와 압축기 본체(1)의 급수부(1c) 사이에 위치된 물 순환 채널(5) 내에 배치되며, 물 분리/회수 유닛(4)의 기체상 부분과 물 분리/회수 유닛(4)의 외부 사이의 연통을 제공하는 기체 방출 채널(15)이 형성되고, 기체 방출 온-오프 밸브(15a)가 기체 방출 채널(15) 내에 배치된다.

결과적으로, 압축기 본체(1)가 작동할 때, 토출 온-오프 밸브(12) 및 물 순 환 온-오프 밸브(13)는 개방되고, 기체 방출 온-오프 밸브(15a)는 폐쇄되며, 압축기 본체(1)가 작동하지 않을 때, 토출 온-오프 밸브(12) 및 물 순환 온-오프 밸브(13)는 폐쇄되고, 기체 방출 온-오프 밸브(15a)는 개방되어, 물 냉각기(6) 내에 존재하는 물이 물 순환 채널(5)을 통해 물 분리/회수 유닛(4)으로 회수될 수 있다. 그러므로, 물 순환 채널(5) 내에 배치된 장치들 중에서 물의 동결에 의해 특히 손상되기 쉬운 물 냉각기(6)로부터 물을 제거하는 것이 가능하고, 따라서 물의 동결에 의해 야기되는 물 냉각기(6)의 파손과 같은 문제의 발생을 회피하는 것이 가능해진다.

또한, 토출 정지 수단(8)은 물 분리/회수 유닛(4)에 이어지는 토출 채널(3) 내에 배치되고, 토출 정지 수단(8)이 압축기 본체(1)가 작동하지 않을 때 토출 채널(3)을 폐쇄하는 온-오프 밸브이거나 압축 기체가 토출 채널의 토출 방향으로만 유동하게 허용하도록 개방되는 체크 밸브이므로, 물 분리/회수 유닛(4), 물 냉각기(6) 및 물 순환 채널(5)을 포함하는 물 시스템 내에 존재하는 압축 기체는 기체 방출 채널(15)을 통해 방출되고, 따라서 물 시스템 내에 존재하는 물은 물 분리/회수 유닛(4)으로 회수된다. 이때, 이렇게 회수된 물의 양이 물 분리/회수 유닛(4) 내의 저수부(4a)의 용량을 초과하더라도, 물은 토출 채널(3) 내로 들어가지 않고서 기체 방출 채널(15)을 향해 유도되어 시스템의 외부로 방출된다.

또한, 물 냉각기(6)의 물 입구(16a)가 물 냉각기(6)의 바닥 위치에 형성되고, 구리 튜브(16)가 상부 위치를 점유하거나 하류 측을 향해 수평이 되도록 물 냉각기(6) 내에 배치되므로, 물 냉각기(6) 내의 구리 튜브(16)로부터 물을 실질적으 로 확실한 방식으로 제거하는 것이 가능하다. 아울러, 물 냉각기(6)의 물 출구(16a)가 동일한 냉각기의 상부 위치에 형성되므로, 물은 물 냉각기(6) 내의 구리 튜브(16)로부터 확실하게 제거될 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 물 윤활식 압축기가 도3, 도4, 및 도1을 참조하여 설명될 것이다. 도3은 제2 실시예의 물 윤활식 압축기를 설명하기 위한 개략적인 시스템 선도이고, 도4는 제2 실시예의 물 윤활식 압축기 내에서 사용되는 물 냉각기의 일례를 설명하기 위한 개략도이다. 이러한 제2 실시예의 상기 제1 실시예와의 차이점은 물 냉각기로부터의 물의 배수를 위한 배수 채널 구조에 있다. 다른 구조적 특징들은 제1 실시예에서와 동일하고, 그러므로 다음의 설명은 배수 채널 구조만을 포함할 것이다.

이전의 제1 실시예에서 압축기 본체(1)가 작동하지 않을 때 물 냉각기(6)로부터의 물의 배수를 위한 배수 채널 구조에 따르면, 물 냉각기(6)의 물 입구(16a)에 연결된 물 순환 채널(5)은 물 분리/회수 유닛(4) 내로 물을 회수하기 위한 배수 채널로서 이용된다. 다른 한편으로, 이러한 제2 실시예에 따른 물 냉각기(6)로부터의 물의 배수를 위한 배수 채널 구조에서, 물 분리/회수 유닛(4)과 물 냉각기(6) 사이에 형성된 물 순환 채널(5)과, 물 냉각기(6)와 물 순환 온-오프 밸브(13) 사이에 형성된 물 순환 채널(5) 사이의 연통을 위한 바이패스 채널(18)이 제공되고, 바이패스 온-오프 밸브(18a)가 바이패스 채널(18) 내에 배치된다. 압축기 본체(1)가 작동하지 않을 때, 바이패스 온-오프 밸브(18a)는 제어기(10)에 의해 개방된다.

그러한 구조에 의하면, 도4에 도시된 바와 같이, 물 냉각기(6)의 물 입 구(16a) 및 물 출구(16b)의 위치 또는 물 냉각기(6) 내의 구리 튜브(16)의 배치에 관계없이, 잔류하는 물(17)만이 물 냉각기(6)에 이어지는 물 순환 채널(5) 내에서 수위(17a)까지 잔류하게 허용하면서 물을 배수시키는 것이 가능하다. 따라서, 물 냉각기(6) 내의 구리 튜브(16) 내에 존재하는 물이 더 확실하게 토출될 수 있는 효과가 생긴다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 물 윤활식 압축기에 대한 동결 방지 방법에서, 토출 온-오프 밸브가 압축기 본체의 토출 포트에 연결된 토출 채널 내에 배치되고, 물 순환 온-오프 밸브가 물 냉각기의 물 출구에 연결된 물 순환 채널 내에 배치되며, 기체 방출 온-오프 밸브가 물 분리/회수 유닛의 기체상 부분과 물 분리/회수 유닛의 외부 사이의 연통을 제공하는 기체 방출 채널 내에 배치된다. 압축기 본체가 작동하지 않을 때, 토출 온-오프 밸브 및 물 순환 온-오프 밸브는 폐쇄되고, 기체 방출 온-오프 밸브는 개방된다. 그러므로, 물 냉각기 내에 존재하는 물은 물 순환 채널을 통해 물 분리/회수 유닛으로 회수될 수 있고, 따라서 물의 동결에 의해 특히 손상되기 쉬운 물 냉각기로부터 물을 제거하는 것이 가능하여, 물의 동결에 의해 야기되는 물 냉각기의 파손과 같은 문제의 발생을 회피하는 것이 가능하다.

상기 실시예에서, 압축 기체 목적지에서의 압축 기체에 대한 요구가 거의 또는 전혀 없을 때, 물 윤활식 압축기의 조작자는 이러한 상태를 결정하고, 입력 수단의 오프 스위치가 눌렸다고 결정되거나, 압력 게이지(3a) 상의 검출 압력(Pd)이 상승하여 소정의 상한 압력에 도달한 것으로 검출되고, 이때 물 윤활식 압축기 내 의 물의 제거가 시작된다. 그러나, 본 발명에 따른 물 윤활식 압축기에 대한 동결 방지 방법(물 제거 방법)은 상기 방법으로 제한되지 않는다.

예를 들어, 외부 공기 온도 또는 물 분리/회수 유닛(4) 내의 수온을 검출하기 위한 수단이 제공된 동결 방지 방법이 채택될 수 있고, 외부 공기 온도 또는 수온이 소정의 온도로 강하할 때, 예를 들어 수온의 경우에 동결 온도인 0℃로 강하할 때, 압축기 본체(1)의 작동이 시작되고, 그 다음 압력 게이지(3a)에 의해 검출된 검출 압력(Pd)이 소정의 압력, 예컨대 0.5 MPa(물 순환 채널 내에 존재하는 물의 토출에 대해 충분한 압력)에 도달하면, 압축기 본체(1)의 작동이 정지되어, 물 윤활식 압축기로부터의 물의 제거를 시작하는 것을 가능케 한다. 대안적으로, 강제 배수 스위치가 입력 수단 내에 제공될 수 있고, 물 윤활식 압축기로부터의 물의 제거는 스위치를 입력함으로써 시작될 수 있다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 물 윤활식 압축기를 설명하기 위한 개략적인 시스템 선도.

도2는 제1 실시예의 물 윤활식 압축기 내에서 사용되는 물 냉각기의 일례를 설명하기 위한 개략도.

도3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 물 윤활식 압축기를 설명하기 위한 개략적인 시스템 선도.

도4는 제2 실시예의 물 윤활식 압축기 내에서 사용되는 물 냉각기의 일례를 설명하기 위한 개략도.

도5는 종래의 동결 방지 장치를 구비한 워터 제트 압축기의 정면 투사도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 압축기 본체

4 : 물 분리/회수 유닛

5 : 물 순환 채널

6 : 물 냉각기

12 : 토출 온-오프 밸브

13 : 물 순환 온-오프 밸브

15 : 기체 방출 채널

15a : 기체 방출 온-오프 밸브

Claims (8)

1. 물 윤활식 압축기이며,

   압축기 본체와,

   상기 압축기 본체의 토출 채널 내에 배치된 물 분리/회수 유닛과,

   상기 물 분리/회수 유닛에 의해 분리된 물을 상기 압축기 본체 내의 급수부로 공급하기 위한 물 순환 채널과,

   상기 물 순환 채널 내에 배치된 물 냉각기와,

   상기 압축기 본체의 토출 포트와 상기 물 분리/회수 유닛 사이의 위치에서 상기 토출 채널 내에 배치된 토출 온-오프 밸브와,

   상기 물 냉각기와 상기 압축기 본체 내의 상기 급수부 사이의 위치에서 상기 물 순환 채널 내에 배치된 물 순환 온-오프 밸브와,

   상기 물 분리/회수 유닛의 기체상 부분과 상기 물 분리/회수 유닛의 외부 사이의 연통을 제공하는 기체 방출 채널과,

   상기 기체 방출 채널 내에 배치된 기체 방출 온-오프 밸브와,

   상기 압축기 본체가 작동할 때, 상기 토출 온-오프 밸브 및 상기 물 순환 온-오프 밸브를 개방하고 상기 기체 방출 온-오프 밸브를 폐쇄하며, 상기 압축기 본체가 작동하지 않을 때, 상기 토출 온-오프 밸브 및 상기 물 순환 온-오프 밸브를 폐쇄하고 상기 기체 방출 온-오프 밸브를 개방하는 제어를 하도록 구성된 제어기를 포함하는 물 윤활식 압축기.
2. 제1항에 있어서, 토출 정지 수단이 상기 물 분리/회수 유닛에 이어지는 상기 토출 채널 내에 배치되는 물 윤활식 압축기.
3. 제2항에 있어서, 상기 토출 정지 수단은 상기 토출 채널을 폐쇄하도록 구성된 온-오프 밸브인 물 윤활식 압축기.
4. 제3항에 있어서, 상기 제어기는 상기 압축기 본체가 작동하지 않을 때 상기 토출 채널을 폐쇄하는 제어를 하는 물 윤활식 압축기.
5. 제2항에 있어서, 상기 토출 정지 수단은 압축 기체가 상기 토출 채널의 토출 방향으로만 유동하게 허용하도록 개방되도록 구성된 체크 밸브인 물 윤활식 압축기.
6. 제1항에 있어서, 상기 물 냉각기의 물 입구가 상기 물 냉각기의 바닥 위치에 형성되고, 상기 물 냉각기 내에 위치된 상기 물 순환 채널은 상부 위치를 점유하거나 하류 측을 향해 수평이 되도록 배치되는 물 윤활식 압축기.
7. 제1항에 있어서, 상기 물 냉각기의 물 출구가 상기 물 냉각기의 상부 위치에 형성되는 물 윤활식 압축기.
8. 제1항에 있어서, 상기 물 분리/회수 유닛과 상기 물 냉각기 사이에 위치된 상기 물 순환 채널과, 상기 물 냉각기와 상기 물 순환 온-오프 밸브 사이에 위치된 상기 물 순환 채널 사이의 연통을 위한 바이패스 채널과,

   상기 바이패스 채널 내에 배치된 바이패스 온-오프 밸브를 더 포함하고,

   상기 제어기는 상기 압축기 본체가 작동하지 않을 때 상기 바이패스 온-오프 밸브를 개방하는 물 윤활식 압축기.

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