KR101121140B1 - 씨앤지 충전소용 유분리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유분리 시스템에 관한 것으로 특히, 압축기로부터 맥동현상에 따른 특정 주파수의 진동 운동을 하는 오일이 함유된 가스를 유입받아 오리피스의 원리를 통해 가스를 가속한 후 내측벽면에 추돌시켜 운동에너지에 의해 가스로부터 오일을 분리하는 유분리기와, 상기 유분리기에서 1차적으로 오일이 분리된 가스를 유입 받아 가스내 잔존하는 오일을 걸러내는 오일분리필터와, 상기 유분리기와 오일분리필터를 통해 가스로부터 걸러진 오일을 모으는 회귀탱크, 마지막으로 상기 오일분리필터를 통해 오일이 제거된 가스를 입력받아 상기 압축기로부터 발생되어진 맥동현상에 따른 특정 주파수의 진동 운동을 상쇄시키고 배출하기 위해 역위상의 특정 주파수의 진동 운동을 수행하는 맥동 조절 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 CNG 충전소용 유분리 시스템이다.

이 유분리 시스템을 제공하면, 맥동현상을 개선함과 동시에 보다 조밀한 필터를 사용하며 오리피스의 원리와 원심력을 이용하여 유분리기의 성능을 향상시킴으로써 오일전이 현상을 억제하고 방지하게 된다.

Description

씨앤지 충전소용 유분리 시스템{CNG Compressor Package 011 Seperator}

본 발명은 유분리 시스템에 관한 것으로 특히, 맥동현상을 개선함과 동시에 보다 조밀한 필터를 사용하며 오리피스의 원리와 원심력을 이용하여 유분리기의 성능을 향상시킴으로써 오일전이 현상을 억제하기 위한 CNG 충전소용 유분리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 전 세계적으로 보급되고 있는 천연가스 자동차는 우선적으로 깨끗한 연소가 생명이다.

수분과 오일(Low water dew point & oil) 등의 함유는 자동차에서 연소될 때 화학반응을 일으켜 이산화탄소(carbon dioxide)와 황화수소(hydrogen sulphide)를 발생시켜 지구온난화의 주범이 되므로 자동차에 수분과 오일이 전이되지 않도록 장치를 해야 한다.

이때 오일전이(Oil Carry over)로 인한 문제점을 보다 상세히 살펴보면, 오일이 함유된 가스는 압력사이클링(Pressure cycling), 연료소모, 기계구조(Metal structure)에 크랙킹(Cracking)현상을 유발할 수 있고, 오일이 고체화되어 연료시스템에 막힘 현상이 일어나 잦은 볼밸브, 충전기 솔레노이드 밸브, 노즐 등에 흡착 되어 잦은 고장을 유발 시키는 원인이 된다.

상술한 오일전이의 원인을 살펴보면, 압축기는 가동시 직선운동 및 회전운동을 하기 때문에 마찰부가 여러 개소 있을 수밖에 없다.

이때 마찰이 발생되는 각 단 피스톤링, 패킹, 메탈 등의 마찰부위에서 발생되는 마모를 최소로 하기 위해 오일의 공급이 반드시 필요한데, 이때 공급되는 오일이 압축되는 가스와 혼합되어 후단으로 넘어가는 현상이 발생되고 이러한 상태를 오일 미스트(0il Mist)라 불리는 것으로 오일전이의 원인이 된다.

이러한 오일전이를 방지하기 위한 대표적인 기술이 필터를 이용하는 방식인데, 이는 맥동(Pulsation)이란 현상으로 인해 실질적으로 필터만으로는 오일 미스트(0il Mist)를 억제할 수 없다.

상술한 맥동(Pulsation)에 대해 살펴보면, 통상 압축시 온도는 대략 140℃이고 열교환기를 거치고 난 후에는 대략 40℃~50℃(외기온도 30℃ 기준)의 온도로 충전기나 저장용기로 가게 되는데, 여기에서 중요한 사항은 압축기는 초당 28~29회의 압축과 흡입, 토출을 반복하는데 이때 발생되는 것이 맥동(Pulsation)이다.

따라서 오일전이를 방지하기 위해 구비되는 필터 역시 맥동의 영향으로 팽창과 수축을 반복하므로, 상기 필터를 아무리 조밀한 것을 사용하거나 개수를 늘려도 오일전이를 막을 수 없게 되는 것이다.

상술한 문제점을 해소하기 위한 목적으로 발명된 유분리 시스템에 관한 것으로 특히, 맥동현상을 개선함과 동시에 보다 조밀한 필터를 사용하며 오리피스의 원리와 원심력을 이용하여 유분리기의 성능을 향상시킴으로써 오일전이 현상을 억제하기 위한 CNG 충전소용 유분리 시스템을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 CNG 충전소용 유분리 시스템의 특징은, 압축기로부터 맥동현상에 따른 특정 주파수의 진동 운동을 하는 오일이 함유된 가스를 유입받는 유분리기에서 오리피스의 원리를 통해 가속한 후 내측벽면에 추돌시켜 운동에너지에 의해 가스로부터 1차적으로 오일을 분리하게 되고 상기 유분리기에서 1차적으로 오일이 분리된 가스를 오일분리필터가 유입 받아 가스내 잔존하는 오일을 걸러내게 된다.

그 다음으로 상기 유분리기와 오일분리필터를 통해 가스로부터 걸러진 오일은 회귀탱크로 모이게 된다.

마지막으로 상기 오일분리필터를 통해 오일이 제거된 가스를 맥동조절밸브에 유입되어 상기 압축기로부터 발생되어진 맥동현상에 따른 특정 주파수의 진동 운동을 상쇄하기 위해 역위상의 특정 주파수의 진동 운동을 수행하여 맥동현상을 제거하여 배출하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 CNG 충전소용 유분리 시 스템의 부가적인 특징은, 상기 유분리기와 회귀탱크 및 상기 오일분리필터와 회귀탱크 사이에는 상기 유분리기와 오일분리필터를 통해 가스로부터 걸러진 오일이 회귀탱크 측으로만 흐르도록 하는 오일용 체크밸브가 구비되는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 CNG 충전소용 유분리 시스템의 부가적인 다른 특징은, 상기 유분리기에서 오일 분리필터측으로의 가스진행 경로 및 오일분리필터에서 맥동 조절 밸브측으로의 가스진행 경로에는 오일이 분리된 가스가 단반향으로만 진행하도록 하는 가스용 체크밸브가 구비되는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 CNG 충전소용 유분리 시스템의 부가적인 또 다른 특징은, 상기 오일분리필터는 가스의 진행방향에 따라 순차적으로 가스로부터 오일을 걸러주기 위한 복수의 필터로 구성되는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 CNG 충전소용 유분리 시스템의 부가적인 또 다른 특징은, 상기 오일분리필터는 0.01 Micron으로 오일미스트(Oil mist)된 것을 99.9% 제거 기능을 갖고, Pressure Drop 이 최대 0.08bar로서 통과유량 문제가 없는 통상‘울트라 필터(Ultra filter)’라 칭하는 독일ULTRA사의 화이버글라스(Fiber Glass)를 사용하는 데 있다.

상술한 본 발명에 따른 특징으로 인해 기대되는 효과로는, 맥동현상을 개선함과 동시에 보다 조밀한 필터를 사용하며 오리피스의 원리와 원심력을 이용하여 유분리기의 성능을 향상시킴으로써 오일전이 현상을 억제하고 방지하게 된다.

본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해, 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 CNG 충전소용 유분리 시스템의 구성예시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 CNG 충전소용 유분리 시스템의 구성별 내부 구조를 도시한 예시도이다.

도시되어 있는 바와 같이 본 발명에 따른 CNG 충전소용 유분리 시스템은 크게 유분리기(110)와, 초기필터(120)와, 최종필터(130)와, 맥동 조절 밸브(140) 및 회귀탱크(150)로 구성되어진다.

상기 유분리기(110)는 유입되는 통상 압력(220~250bar) 가스의 유속을 증가시키기 위해 오리피스의 원리를 적용하기 위해 직경 8㎜로 가공된 유입 노즐(참조번호 미부여)을 구비하며, 상기 유입 노즐을 통해 유입되어 유속이 증가된 가스가 그 내부에서는 벽체에 추돌(첨부한 도 2의 붉은색 표시영역 참조)시켜 유입된 가스에 혼합된 오일을 벽체를 따라 하부에 연결된 회귀탱크(150)측으로 흐르게 한다.

이때 상기 유분리기(110)의 하부와 회귀탱크(150)사이에는 참조번호 OCV로 지칭되는 오일용 체크벨브가 구비되어 있어 오일의 흐름을 단방향(유분리기 → 회귀탱크)으로 유지하도록 하였다.

상기 유분리기(110)에서 오일이 혼합된 가스는 유입 노즐에 의해 가속되어진 후 상기 유분리기(110)의 내측벽면에서 추돌되는 과정에서 혼합되어져 있던 오일이 1차적으로 분리되고, 이후 1차적으로 오일이 분리된 가스는 참조번호 GCV로 지칭되는 가스용 체크벨브를 통해 초기필터(120)측에 전달되며, 상기 초기필터(120)내부의 마이크로필터(도시하지 않았음)를 통해 2차적으로 가스내부에 잔존하는 오일을 걸러내는 동작을 수행한다.

이때 상기 초기필터(120)에서 걸러진 오일은 전술한 상기 유분리기(110)에서와 마찬가지로 참조번호 OCV로 지칭되는 오일용 체크벨브를 통해 회귀탱크(150)측으로 흐르게 한다.

또한, 상기 초기필터(120)내부의 마이크로필터를 통해 2차적으로 오일이 분리되어진 가스는 참조번호 GCV로 지칭되는 가스용 체크벨브를 통해 최종필터(130)측에 전달되며, 상기 최종필터(130)내부의 마이크로필터(도시하지 않았음)를 통해 최종적으로 가스내부에 잔존하는 오일을 걸러내는 동작을 수행한다.

이때 상기 최종필터(130)의 동작은 상기 초기필터(120)의 동작과 동일하며, 마이크로필터를 통해 상기 초기필터(120)에서 2차적으로 오일이 분리된 가스에 잔존하는 오일을 최종필터(130)에서 최종적으로 걸러내어 참조번호 OCV로 지칭되는 오일용 체크벨브를 통해 회귀탱크(150)측으로 흐르게 한다.

그러므로 참조번호 OCV로 지칭되는 오일용 체크벨브는 유분리기(110)와 필터(120, 130)에서 분리되어진 오일이 회귀탱크(150)측으로는 흐르고 반면에 회귀탱크(150)측에서는 역류하지 않도록 하여 첨부한 도면에서 유입측으로 유입되는 가스에 혼합되어진 오일의 농도가 증가하는 것을 방지하게 된다.

또한, 상기 참조번호 GCV로 지칭되는 가스용 체크벨브는 유분리기(110)와 필터(120, 130)를 경유하며 오일이 분리되어진 가스가 후단으로 진행하는 가운데 후단의 오일농도가 낮은 가스가 역류하여 오일농도가 높은 가스와 혼합되는 것을 방지하기 위한 것이다.

또한 상기 필터(120, 130) 내부에서 사용되는 마이크로필터는 독일ULTRA사 제품을 사용하는 것인데, 통상 ‘울트라 필터(Ultra filter)’라 칭하며 화이버글라스(Fiber Glass) 사용으로 신축성과 유연성이 있어 최소한 6개월 사용 가능(기존제품은 평균 3개월 사용)하고, 0.01 Micron으로 오일미스트(Oil mist)된 것을 99.9% 제거 가능하다.

또한, Pressure Drop 이 최대 0.08bar로서, 통과유량 문제는 전혀 없으며, 필터 하우징은 이 탈착이 용이하고 작고 가볍게 제작하였으며 내부는 조사 경화하여 부식과 변형을 방지하였다.

마지막 구성요소로서 맥동 조절 밸브(140)는 최종필터(130)에서 가스용 체크벨브를 통해 넘어온 압축가스는 압축기의 밸브 여닫침 현상으로 인해 초당 28~29회의 맥동현상을 간직하고 있으므로 이에 대응하여 내부의 스프링구조(참조번호 미부여)를 통해 맥동에 대응하는 진동을 발생시키고 이에 따라 최종단에서 배출되는 가스에는 맥동현상이 없도록 한다.

이를 통해 맥동 현상을 발생시키는 압축기의 출력이 걸리는 유분리기(110)의 가스 유입단과 대향되는 출력단으로서의 맥동 조절 밸브(140)의 진동현상이 필터(120, 130)를 경유하는 가스에서는 실제적으로 서로 상쇄되어 종래 문제점으로 제시되었던 필터 자체의 팽창과 수축 형상이 억제되어 오일전이를 막을 수 있게 되는 것이다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 CNG 충전소용 유분리 시스템의 구성예시도

도 2는 도 1의 CNG 충전소용 유분리 시스템의 구성별 내부 구조를 도시한 예시도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 유분리기

120 : 초기필터

130 : 최종필터

140 : 맥동 조절 밸브

150 : 회귀탱크

OCV : 오일용 체크벨브

GCV : 가스용 체크벨브

Claims (5)

1. 압축기로부터 맥동현상에 따른 특정 주파수의 진동 운동을 하는 오일이 함유된 가스를 유입받아 오리피스의 원리를 통해 가속한 후 내측벽면에 추돌시켜 운동에너지에 의해 가스로부터 오일을 분리하는 유분리기와;

   상기 유분리기에서 오일이 분리된 가스를 유입 받아 가스내 잔존하는 오일을 걸러내는 오일분리필터와;

   상기 유분리기와 오일분리필터를 통해 가스로부터 걸러진 오일을 모으는 회귀탱크; 및

   상기 오일분리필터를 통해 오일이 제거된 가스를 입력받아 배출하되 상기 압축기로부터 발생되어진 맥동현상에 따른 특정 주파수의 진동 운동을 상쇄하기 위해 역위상의 특정 주파수의 진동 운동을 수행하는 맥동 조절 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 CNG 충전소용 유분리 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 유분리기와 회귀탱크 및 상기 오일분리필터와 회귀탱크 사이에는 상기 유분리기와 오일분리필터를 통해 가스로부터 걸러진 오일이 회귀탱크 측으로만 흐르도록 하는 오일용 체크밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 CNG 충전소용 유분리 시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 유분리기에서 오일분리필터측으로의 가스진행 경로 및 오일분리필터에서 맥동 조절 밸브측으로의 가스진행 경로에는 오일이 분리된 가스가 단반향으로만 진행하도록 하는 가스용 체크밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 CNG 충전소용 유분리 시스템.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 오일분리필터는 가스의 진행방향에 따라 순차적으로 가스로부터 오일을 걸러주기 위한 복수의 필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 CNG 충전소용 유분리 시스템.
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