KR101520858B1 - Multi stage compression apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유체를 압축하기 위한 압축 장치에 관한 것으로서, 볼텍스 튜브(vortex tube)에 의한 냉각 유체를 압축기 냉각에 이용하는 다단 압축 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a compression apparatus for compressing a fluid, and more particularly, to a multi-stage compression apparatus using a cooling fluid by a vortex tube for compressor cooling.
현대 산업 여러 분야에서 압축유체를 요구하고 이에 압축기를 이용하는 다양한 압축 장치가 이용된다. 특히, 고용량이며 고압의 압축 유체를 발생시키는 복수개의 압축기를 직렬로 연결하여 이용하는 다단 압축 장치가 많이 이용된다. 다단 압축 장치에 있어서, 유체의 냉각은 고압 압축을 위한 필수요소이다. 종래의 기술은 냉각기를 이용하여 압축기 내의 인터쿨러로 차가운 유체를 유입시켜 압축유체를 냉각하였다. 하지만 종래기술은 압축유체를 냉각시키는 냉각유체를 만드는데, 즉, 유체를 냉각시키는데 많은 전력이 소비되며, 이로 인해 전체 효율이 떨어지는 문제점이 있었다. Modern Industry A variety of compression devices are used that require compressible fluids in various fields and thus use compressors. Particularly, a multistage compression apparatus in which a plurality of compressors for generating high-pressure, high-pressure compressed fluid are connected in series is widely used. In multi-stage compression systems, cooling of the fluid is an essential element for high pressure compression. The conventional technology uses a cooler to cool a compressed fluid by introducing a cool fluid into an intercooler in a compressor. However, the conventional technique has a problem of making a cooling fluid for cooling the compressed fluid, that is, consuming a lot of power to cool the fluid, thereby deteriorating the overall efficiency.
한편, 다단 압축 장치는 운전 특성상 압축기 내 서지 현상 발생의 우려가 높다는 문제를 안고 있다. 서지 현상은 압축 장치의 성능과 내구성에 심각한 악영향을 끼칠 수 있다. 한편, 서지는 압축기 내에서의 비정상적인 맥동 현상을 의미하는 것으로, 진동, 소음을 동반하여 서지가 지속적으로 발생을 하면 압축기 내부 부품의 파괴까지 이르게 한다. 또한 그 발생의 정도가 매우 짧기 때문에 서지 제어의 응답성 또한 우수해야한다. 현재 많이 사용되는 방법으로 압축기 후단에 밸브를 설치하여 서지가 발생하면 밸브를 열어 출구단 유량을 증가시킨다. 공기 압축용 다단 압축 장치가 상용화된 바 있으며, 이러한 다단 압축 장치는 압축기의 후단에 서지 제어벨브를 구비하여, 서지가 발생하였을 때 서지 제어밸브를 개방함으로써, 순간적으로 서지밸브 출구단으로 유량을 증가시키도록 되어 있다. On the other hand, the multi-stage compression device has a problem of high occurrence of surge in the compressor due to its operating characteristics. The surge phenomenon can have a serious adverse effect on the performance and durability of the compression device. On the other hand, the surge means abnormal pulsation in the compressor. If the surge occurs continuously with vibration and noise, the internal parts of the compressor will be destroyed. In addition, since the degree of occurrence is very short, the response of the surge control should also be excellent. In the current method, a valve is installed at the rear end of the compressor to open the valve when a surge occurs, thereby increasing the flow rate at the outlet. A multi-stage compression device for air compression has been commercialized. This multi-stage compression device has a surge control valve at the rear end of the compressor. By opening the surge control valve when a surge occurs, the flow rate is instantaneously increased .
하지만, 위와 같은 기존의 다단 압축 장치는, 대기중으로 압축가스를 배출하여야 하기 때문에, 천연가스, 냉매 등 대기 중으로 배출해서는 안 되는 가스를 대상으로 적용될 수 없다는 문제점이 있다. 또한, 또한 기존 다단 압축 장치는, 서지 제어 밸브가 출구단에 위치하기 때문에, 각단 정밀 제어에 어려움이 있으며, 전력손실 및 압력손실이 발생하게 되어 운전 전체에 악영향을 미친다. 최근 화학 공장에서는 원심압축기가 미활용 에너지 회수장치에 적용되고 있다. 원심압축기는 효율이 우수하고 손쉽게 고압압축이 가능하여, 화학공장에서 대기오염 불순물을 포함하는 폐증기를 압축하는 용도로 적용되고 있다. 위와 같은 용도에 종래 다단 압축 장치의 서지 제어 방법을 적용하게 되면, 대기 오염의 원인이 된다.However, since the conventional multi-stage compression device as described above is required to discharge compressed gas to the atmosphere, there is a problem that it can not be applied to a gas that should not be discharged into the atmosphere, such as natural gas or refrigerant. Further, in the existing multi-stage compression apparatus, since the surge control valve is located at the outlet end, it is difficult to precisely control each stage, and power loss and pressure loss are generated, which adversely affects the entire operation. In recent chemical plants, centrifugal compressors have been applied to unexhausted energy recovery devices. Centrifugal compressors are excellent in efficiency and can be easily compressed at high pressure, and are being used for compressing pulmonary vapors containing air pollution impurities in chemical plants. If the surge control method of the conventional multi-stage compression apparatus is applied to the above-mentioned applications, it causes air pollution.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 어떤 연소나 화학작용 없이 압축된 유체로부터 저온과 고온의 두 분류의 유체로 분리해내는 볼텍스 튜브를 이용하여 다단의 압축기를 통과하면서 압축되는 압축 유체를 냉각하고, 이를 통해, 인터쿨링의 전력소비를 감소시켜 전체적으로 효율이 향상된 다단 압축 장치를 제공하는 것이다. The object of the present invention is to cool a compressed fluid that is compressed while passing through a multi-stage compressor using a vortex tube that separates the compressed fluid into two fluids of low temperature and high temperature without any combustion or chemical action, And the power consumption of the intercooling is reduced, thereby providing a multistage compression device with improved efficiency as a whole.
본 발명의 일 측면에 따른 다단 압축 장치는, 외부의 가스 유체를 유입하여 로딩 위치로 로딩하는 주 유로와; 상기 주 유로에 차례로 설치된 압축기들과; 상기 압축기들 사이에 설치된 적어도 하나의 열교환기와; 상기 열교환기에서 상기 가스 유체를 냉각시키는 냉각 유체를 공급하는 냉각 유체 공급유닛을 포함하며, 상기 냉각 유체 공급 유닛은, 탱크와, 상기 탱크로부터 받은 유체를 고온의 유체와 저온의 냉각 유체로 분리하는 볼텍스 튜브와, 상기 냉각 유체를 상기 열교환기로 공급하는 냉각유체 공급라인과, 상기 열교환기에서 가스 유체와 열교환을 마친 유체를 상기 탱크로 회수하는 회수라인을 포함한다.A multi-stage compression apparatus according to one aspect of the present invention includes: a main flow path for introducing an external gas fluid into a loading position; Compressors sequentially installed in the main flow path; At least one heat exchanger installed between the compressors; And a cooling fluid supply unit for supplying a cooling fluid for cooling the gaseous fluid in the heat exchanger, wherein the cooling fluid supply unit comprises a tank and a tank for separating the fluid received from the tank into a high temperature fluid and a low temperature cooling fluid A vortex tube, a cooling fluid supply line for supplying the cooling fluid to the heat exchanger, and a recovery line for recovering the heat-exchanged fluid with the gas fluid in the heat exchanger to the tank.
일 실시예에 따라, 상기 압축기들은 상기 주 유로를 따라 차례로 설치된 제1 압축기, 제2 압축기 및 제3 압축기를 포함하고, 상기 적어도 하나의 열교환기는 상기 제1 압축기와 상기 제2 압축기 사이에 위치하는 제1 열교환기와, 상기 제2 압축기와 상기 제3 압축기 사이에 위치하는 제2 열교환기를 포함하며, 상기 볼텍스 튜브를 통해 고온 유체로부터 분리된 냉각 유체를 상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기로 분배하기 위한 밸브가 제공된다.According to one embodiment, the compressors comprise a first compressor, a second compressor and a third compressor, which are arranged in order along the main flow path, the at least one heat exchanger being located between the first compressor and the second compressor And a second heat exchanger positioned between the second compressor and the third compressor, wherein the cooling fluid separated from the high temperature fluid through the vortex tube is distributed to the first heat exchanger and the second heat exchanger Is provided.
일 실시예에 따라, 상기 제1 압축기, 상기 제2 압축기 및 상기 제3 압축기 각각의 출구 측에 설치된 제1 서지 제어 밸브, 제2 서지 제어 밸브 및 제3 서지 제어 밸브와; 상기 제1 서지 제어 밸브, 상기 제2 서지 제어 밸브 및 상기 제3 서지 제어 밸브 각각에 연결된 제1 바이패스 유로, 제2 바이패스 유로 및 제3 바이패스 유로와; 상기 제1 바이패스 유로, 상기 제2 바이패스 유로 및 상기 제3 바이패스 유로를 통해 유입한 바이패스류 가스를 혼합하고 감압하여 상기 제1 압축기의 입구측으로 보내는 바이패스류 혼합탱크를 더 포함한다.A first surge control valve, a second surge control valve, and a third surge control valve provided at the outlet sides of the first compressor, the second compressor and the third compressor, respectively, according to one embodiment; A first bypass passage, a second bypass passage, and a third bypass passage connected to the first surge control valve, the second surge control valve, and the third surge control valve, respectively; And a by-pass mixing tank for mixing the bypass gas introduced through the first bypass passage, the second bypass passage, and the third bypass passage, and reducing the pressure of the bypass passage to the inlet side of the first compressor .
일 실시예에 따라, 상기 바이패스류 혼합탱크의 전단에는 상기 제1 바이패스 유로, 상기 제2 바이패스 유로 및 상기 제3 바이패스 유로가 각각 접속되는 제1 가스 유입구, 제2 가스 유입구 및 제3 가스 유입구가 형성되고, 상기 바이패스류 혼합탱크의 후단에는 상기 바이패스류 혼합탱크 내에서 혼합된 바이패스류 가스를 상기 제1 압축기의 입구 측으로 내보내는 가스 토출구가 형성되고, 상기 바이패스류 혼합탱크의 전단과 후단 사이에는 상기 바이패스류 가스의 유속 저감을 통해 상기 바이패스류 가스의 압력을 낮추는 가스 감압부가 위치한다.According to one embodiment, the bypass flow mixing tank is provided at its front end with a first gas inlet, a second gas inlet and a second gas inlet, to which the first bypass passage, the second bypass passage and the third bypass passage are respectively connected, 3 gas inlet is formed at a rear end of the bypass flow mixing tank, and a gas discharge port for discharging the bypass gas mixed in the bypass flow mixing tank to the inlet side of the first compressor is formed at the rear end of the bypass flow mixing tank, Between the front end and the rear end of the tank, a gas decompression section for lowering the pressure of the by-pass gas is provided by reducing the flow rate of the bypass gas.
일 실시예에 따라, 상기 제1 가스 유입구, 상기 제2 가스 유입구 및 상기 제3 가스 유입구 각각에는 일정 압력 이상에서 상기 바이패스류 가스가 유입되는 방향으로만 열리는 제1 체크 밸브, 제2 체크 밸브 및 제3 체크 밸브가 설치된다.According to one embodiment, the first check valve, the second check valve, and the second check valve, which are opened only in a direction in which the bypass gas is introduced into the first gas inlet, the second gas inlet, and the third gas inlet, respectively, And a third check valve.
일 실시에에 따라, 상기 다단 압축 장치는 상기 제1 압축기의 입구 측에서 상기 바이패스류 혼합탱크로부터 나온 출구 라인과 상기 주 유로가 만나는 위치에 마련된 원류-바이패스류 합류부를 더 포함한다.According to one embodiment, the multi-stage compression apparatus further includes a current-bypass merging section provided at a position where the main flow path meets an outlet line from the bypass flow mixing tank at the inlet side of the first compressor.
일 실시예에 따라, 상기 제1 압축기의 출구 측, 상기 제2 압축기의 출구 측, 상기 제3 압축기의 출구 측 각각에 설치된 제1 압력 센서, 제2 압력 센서, 제3 압력 센서와, 상기 제1 압력 센서, 상기 제2 압력 센서, 상기 제3 압력 센서에서 측정된 압력값을 기초로 상기 제1 서지 제어 밸브, 상기 제2 서지 제어 밸브 및 상기 제3 서지 제어 밸브를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제1 서지 제어 밸브, 상기 제2 서지 제어 밸브 및 상기 제3 서지 제어 밸브 각각은 삼방 밸브인 것이 바람직하다. According to an embodiment, there are provided a first pressure sensor, a second pressure sensor and a third pressure sensor provided on the outlet side of the first compressor, the outlet side of the second compressor, and the outlet side of the third compressor, And a control unit for controlling the first surge control valve, the second surge control valve and the third surge control valve on the basis of a pressure value measured by the first pressure sensor, the second pressure sensor and the third pressure sensor, Each of the first surge control valve, the second surge control valve and the third surge control valve is preferably a three-way valve.
본 발명에 따르면, 어떤 연소나 화학작용 없이 압축된 유체로부터 저온과 고온의 두 분류의 유체로 분리해내는 볼텍스 튜브를 이용하여 다단의 압축기를 통과하면서 압축되는 압축 유체를 냉각하고, 이를 통해, 인터쿨링의 전력소비를 감소시켜 전체적으로 효율이 향상된 다단 압축 장치가 구현된다. 본 발명의 일실시예에 따른 다단 압축 장치는, 복수의 압축기, 더 구체적으로는, 3개 이상의 압축기 각각에 대응되게 그들의 출구 측에 복수개의 서지 제어 밸브가 설치되므로, 좀 더 향상되고 정밀한 서지 제어가 가능하다. 즉, 압축기들 각각의 출구 측 각각에 모두 서지 제어 밸브를 설치함으로써, 압축기들, 특히, 원심 압축기들의 전력손실을 최소할 수 있고 서지 발생시 응답성을 높일 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 제1, 제2 및 제3 서지 제어 밸브 통해 제1 바이패스 유로, 제2 바이패스 유로 및 제3 바이패스 유로를 각각 흐른 압축가스 모두가 바이패스류 혼합 탱크 내로 들어가 혼합되고 감압된 후 최상류 측에 있는 제1 압축기로 입구 측으로만 유입되므로 여러 압축기들에 바이패스류 압축가스가 들어가 야기될 수 있는 운전상의 악 영양이 없다는 장점을 갖는다. According to the present invention, a compressed fluid that is compressed while passing through a multi-stage compressor is cooled by using a vortex tube that separates the compressed fluid into two fluids of low temperature and high temperature without any combustion or chemical action, The power consumption of the cooling is reduced, thereby realizing a multistage compression device with improved efficiency as a whole. The multi-stage compression apparatus according to an embodiment of the present invention is provided with a plurality of compressors, more specifically, a plurality of surge control valves at their outlet sides corresponding to each of the three or more compressors, Is possible. That is, by providing a surge control valve on each of the outlet sides of each of the compressors, it is possible to minimize the power loss of the compressors, in particular the centrifugal compressors, and to increase responsiveness in the event of a surge. Further, according to the present invention, all of the compressed gas flowing through the first bypass passage, the second bypass passage and the third bypass passage through the first, second and third surge control valves enters the bypass flow mixing tank It is advantageous in that there is no malfunction in the operation which can cause the bypassed compressed gas to be introduced into the various compressors because the refrigerant flows only to the inlet side with the first compressor at the most upstream side after being mixed and decompressed.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 압축 장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다단 압축 장치를 도시한 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 다단 압축 장치의 바이패스류 혼합 탱크를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 다단 압축 장치에서 제1 압축기의 입구 측에 설치된 원류-바이패스류 합류부를 설명하기 위한 도면이다.1 is a configuration diagram illustrating a multi-stage compression apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a configuration diagram showing a multi-stage compression apparatus according to another embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a by-pass mixing tank of the multi-stage compression apparatus shown in FIG.
FIG. 4 is a view for explaining a source-bypass merging section provided at the inlet side of the first compressor in the multistage compression apparatus shown in FIG. 2. FIG.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위해 과장되어 표현될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided as examples for allowing a person skilled in the art to sufficiently convey the idea of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the width, length, thickness, and the like of the components may be exaggerated for convenience.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 압축장치를 도시한 구성도이다.1 is a configuration diagram illustrating a multi-stage compression apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 압축 장치는, 외부에서 가스 유체를 유입하여 그 가스 유체를 임의의 로딩 위치로 로딩하는 주 유로(100)와, 상기 주 유로(100)에 차례로 설치된 복수의 압축기들, 즉, 제1, 제2 및 제3 압축기(200a, 200b 및 200c)를 포함한다. 또한, 상기 다단 압축 장치는 압축기들의 각단에 설치된 복수의 열교환기(700a, 700b)를 상기 주 유로(100) 상에 포함한다. Referring to FIG. 1, a multi-stage compression apparatus according to an embodiment of the present invention includes a
본 실시예에 있어서, 상기 복수의 열교환기(700a, 700b)는 상류 측 압축기에서 압축된 가스 유체의 온도를 낮추어, 낮은 온도의 가스 유체를 하류 측 압축기로 보내기 위해 마련된 것들로, 상기 제1 압축기(200a)와 상기 제2 압축기(200b) 사이에 위치한 제1 열교환기(700a)와, 상기 제2 압축기(200b)와 상기 제3 압축기(200c) 사이에 위치한 제2 열교환기(700b)를 포함한다.In the present embodiment, the plurality of
또한, 상기 다단 압축장치는 상기 복수의 열교환기(700a, 700b)에 냉각 유체를 공급하여 상기 복수의 열교환기(700a, 700b) 각각에서 압축가스 유체를 냉각시킬 수 있게 해주는 냉각유체 공급유닛을 포함한다.The multi-stage compression apparatus also includes a cooling fluid supply unit that supplies cooling fluid to the plurality of heat exchangers (700a, 700b) to cool the compressed gas fluid in each of the plurality of heat exchangers (700a, 700b) do.
상기 냉각유체 공급유닛은 유체가 저장되는 탱크(910)와, 상기 탱크(910)로부터 공급 받은 유체, 더 구체적으로는 압축 공기 저온 유체와 고온 유체로 분리하는 볼텍스 튜브(vortex tube; 920)를 포함한다. 또한, 상기 냉각유체 공급유닛은 상기 볼텍스 튜브(920)에서 고온 유체로부터 분리된 저온 유체를 상기 복수의 열교환기(700a, 700b)로 보내, 전술한 제1 및 제2 압축기(200a, 200b)를 통과한 고압 유체를 냉각시키는 냉각유체 공급라인(930)들을 포함한다. 또한 상기 냉각유체 공급유닛은 상기 제1 및 제2 열교환기(700a, 700b)에서 열교환을 마치고 나온 유체를 탱크(910)로 다시 회수하는 회수 라인(940)들을 포함한다.The cooling fluid supply unit includes a
탱크(910)에 회수된 유체는 열교환기들(700a, 700b)을 통과하면서 온도가 상승한 상태이다. 볼텍스 튜브(920)는 위와 같이 온도가 상승된 유체를 탱크(910)로부터 받아 고온 유체와 저온 유체를 분리하는 방식을 통해 다시 열교환기(700a, 700b)들에 공급될 냉각 유체를 만들어낸다. 저온의 냉각 유체가 열교환기에서 해당 압축기 후단의 압축 유체를 냉각하며, 저온 유체로부터 분리된 고온 유체는 다른 경로로 배출된다. 배출된 고온 유체의 열을 다른 시스템의 에너지원으로 이용하는 것도 고려될 수 있다.The fluid recovered in the
본 실시예에서, 상기 볼텍스 튜브(920)에서 고온 유체로부터 분리된 저온의 냉각 유체는 분배 밸브, 본 실시예에 있어서는, 삼방 밸브(950)를 통해 상기 제1 제2 열교환기(700a, 700b)에 공급된다.In this embodiment, the low-temperature cooling fluid separated from the high-temperature fluid in the
전술한 볼텍스 튜브(920)는, 간단한 구조의 원형관을 이용하여 어떤 연소나 화학작용 없이 압축된 유체로부터 저온과 고온의 두 분류의 유체로 분리해내는 장치로서, 유체가 공기일 때 최대로 저온공기 -50℃, 고온공기 22℃까지 분리 가능한 것으로 알려져 있다. 또한, 상기 볼텍스 튜브(920)는 조작이 용이하고, 구조가 간단하여 유지비용이 적어서 매우 경제적이고 순각적인 온/오프가 가능하며 응답성이 빠르고 스파크, 폭발 등의 위험성이 적다.The above-mentioned
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다단 압축 장치를 도시한 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 다단 압축 장치의 바이패스류 혼합 탱크를 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 도 2에 도시된 다단 압축 장치에서 제1 압축기의 입구 측에 설치된 원류-바이패스류 합류부를 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a by-pass mixing tank of the multi-stage compression apparatus shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a cross- Bypass merging section provided at the inlet side of the first compressor in the multistage compression apparatus shown in FIG.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 다단 압축 장치는, 외부에서 가스를 유입하여 그 가스를 임의의 로딩 위치(L)로 로딩하는 주 유로(1)와, 상기 주 유로(1)에 차례로 설치된 제1, 제2 및 제3 압축기(2a, 2b 및 2c)와, 상기 제1, 제2 및 제3 압축기(2a, 2b, 2c) 각각의 출구 측에 설치된 제1, 제2 및 제3 서지 제어 밸브(3a, 3b, 3c)와, 시작단 각각이 상기 제1, 제2 및 제3 서지 제어 밸브(3a, 3b, 3c) 각각에 연결된 제1, 제2 및 제3 바이패스 유로(4a, 4b, 4c)와, 상기 제1, 제2 및 제3 바이패스 유로(4a, 4b, 4c)의 종료단들이 모두 접속되는 하나의 바이패스류 혼합 탱크(5)와, 상기 바이패스류 혼합 탱크(5)와 상기 제1 압축기(2a) 사이에 설치된 원류-바이패스류 합류부(6)를 포함한다. 또한 상기 원류-바이패스류 합류부(6)는 상기 바이패스류 혼합 탱크(5)의 출구 라인(5a)과 가스 유입이 이루어지는 주 유로(1)의 입구 라인(1a)이 만나는 위치에 마련된다.Referring to FIG. 2, the multi-stage compression apparatus according to the present embodiment includes a
앞선 실시예와 마찬가지로, 본 실시예에 따른 다단 압축 장치는, 압축기들의 각단에 설치된 복수의 열교환기(7a, 7b)를 상기 주 유로(1) 상에 포함한다. Like the previous embodiment, the multi-stage compression apparatus according to the present embodiment includes a plurality of
본 실시예에 있어서, 상기 복수의 열교환기(7a, 7b)는 상류 측 압축기에서 압축된 가스 유체의 온도를 낮추어, 낮은 온도의 가스 유체를 하류 측 압축기로 보내기 위해 마련된 것들로, 상기 제1 압축기(2a)와 상기 제2 압축기(2b) 사이에 위치한 제1 열교환기(7a)와, 상기 제2 압축기(2b)와 상기 제3 압축기(2c) 사이에 위치한 제2 열교환기(7b)를 포함한다.In the present embodiment, the plurality of
또한, 상기 다단 압축장치는 상기 복수의 열교환기(7a, 7b)에 냉각 유체를 공급하여 상기 복수의 열교환기(7a, 7b) 각각에서 압축 가스 유체를 냉각시킬 수 있게 해주는 냉각유체 공급유닛을 포함한다.The multi-stage compression apparatus also includes a cooling fluid supply unit that supplies cooling fluid to the plurality of heat exchangers (7a, 7b) to cool the compressed gas fluid in each of the plurality of heat exchangers (7a, 7b) do.
상기 냉각유체 공급유닛은 유체가 저장되는 탱크(9a)와, 상기 탱크(9b)로부터 공급 받은 유체, 더 구체적으로는 압축 공기 저온 유체와 고온 유체로 분리하는 볼텍스 튜브(vortex tube; 9b)를 포함한다. 또한, 상기 냉각유체 공급유닛은 상기 볼텍스 튜브(9b)에서 고온 유체로부터 분리된 저온 유체를 상기 복수의 열교환기(7a, 7b)로 보내, 전술한 제1 및 제2 압축기(2a, 2b)를 통과한 고압 유체를 냉각시키는 냉각유체 공급라인(9c)들을 포함한다. 또한 상기 냉각유체 공급유닛은 상기 제1 및 제2 열교환기(7a, 7b)에서 열교환을 마치고 나온 유체를 탱크(9a)로 다시 회수하는 회수라인(9d)들을 포함한다.The cooling fluid supply unit includes a
탱크(9a)에 회수된 유체는 열교환기들(7a, 7b)을 통과하면서 온도가 상승한 상태이다. 볼텍스 튜브(9b)는 위와 같이 온도가 상승된 유체를 탱크(9a)로부터 받아 고온 유체와 저온 유체를 분리하는 방식을 통해 다시 열교환기(7a, 7b)들에 공급될 냉각 유체를 만들어낸다. The fluid recovered in the
본 실시예에서, 상기 볼텍스 튜브(9b)에서 고온 유체로부터 분리된 저온의 냉각 유체는 분배 밸브, 본 실시예에 있어서는, 삼방 밸브(9e)를 통해 상기 제1 제2 열교환기(7a, 7b)에 공급된다.In this embodiment, the low-temperature cooling fluid separated from the high-temperature fluid in the
한편, 전술한 3개의 압축기(2a, 2b 및 2c)와 이들과 대응되는 3개의 서지 제어 밸브(3a, 3b 및 3c) 및 3개의 바이패스 유로(4a, 4b, 4c)가 이용되지만, 압축기가 4개 이상으로 직렬로 연결되어 이용될 수 있고, 그에 대응되게, 4개 이상의 서지 제어 밸브와 4개 이상의 바이패스 유로가 이용될 수 있음에 유의한다. 이 경우, 열교환기의 개수도 그에 따라 증가할 것이다. 전술한 냉각유체 공급유닛이 증가된 열교환기에도 냉각 유체를 공급함은 물론이다. Although the three
또한, 상기 제1 압축기(2a)의 입구 측, 더 구체적으로는, 상기 제1 압축기(2a)와 상기 원류-바이패스류 합류부(6) 사이에는 IGV(Inlet Guide Vane; I)가 설치된다. 또한 제1 압축기(2a)의 입구 측을 제외한, 하류의 압축기들, 즉, 제2 압축기(2b) 및 제3 압축기(2c)의 입구 측 각각에는 압축될 가스의 온도를 낮추기 위한 열교환기들(7a, 7b)이 설치된다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 열교환기들(7a, 7b)은 볼텍스 튜브(9b)에서 고온 유체로부터 분리된 저온의 냉각 유체를 이용하여 압축 유체를 냉각시킨다.An IGV (Inlet Guide Vane) is installed between the
또한, 제1 압축기(2a)의 출구 측, 제2 압축기(2b)의 출구 측, 그리고, 제3 압축기(2c)의 출구 측 각각에는 각 스테이지의 압축가스 압력을 측정하기 위한 제1, 제2 및 제3 압력센서(8a, 8b 및 8c)가 설치된다. 이때, 상기 제1, 제2 및 제3 압축기(2a, 2b 및 2c) 각각은 원심 압축기인 것이 바람직하다.The first and
상기 제1, 제2 및 제3 압력센서(8a, 8b 및 8c)에서 측정된 압력값들을 기초로 제어부(미도시됨)는 상기 제1, 제2 및 제3 서지 제어 밸브(3a, 3b 및 3c)를 제어하여, 갑작스런 서지 발생에 대비하는 안티 서지 제어를 수행한다. 이때, 상기 제1, 제2 및 제3 서지 제어 밸브(3a, 3b 및 3c) 각각은 주 유로(1)를 통한 입구, 주 유로 측 출구, 바이패스 유로 측 출구를 선택적으로 제어하는 3방 밸브로 구성된다.Based on the pressure values measured at the first, second and
예컨대, 제1 압축기(2a)에서 서지가 발생하였을 경우, 서지 제어 밸브가 바이패스류 혼합 탱크(5) 측 방향, 즉, 바이패스 유로 측으로 열려, 가스는 바이패스류 혼합 탱크(5)로 흐른다. 이때의 서지 발생이라 함은 제1 압축기(2a)의 후단의 압력계에서 서지라고 정의된 압력의 떨림이 있을 시를 말한다. 바이패스류 혼합 탱크(5)를 경유하는 바이패스 유로를 통한 가스 재순환에 의해, 압축기의 서지를 해소할 수 있고, 나아가 압축 가스가 대기중으로 배출되는 것을 억제할 수 있다.For example, when a surge occurs in the
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 압축기(2a), 제2 압축기(2b) 및 제3 압축기(2c) 각각에 대응되게 그들의 출구 측에 제1 서지 제어 밸브(3a), 제2 서지 제어 밸브(3b) 및 제3 서지 제어 밸브(3c)가 설치되므로, 좀 더 향상되고 정밀한 서지 제어가 가능하다. According to an embodiment of the present invention, a first surge control valve (3a), a second surge control valve (3a), and a second surge control valve (3a) are provided at their outlet sides corresponding to the first compressor (2a), the second compressor Since the valve 3b and the third surge control valve 3c are provided, more improved and precise surge control is possible.
통상적인 다단 압축 장치에 있어서는, 직렬로 연결된 압축기들의 최 후단 측에만 서지 제어 밸브가 설치되므로, 서지가 발생하는 단에 무관하게 서지 제어 밸브가 작동되는 문제점이 있었다. 예컨대, 1차 단에서 서지가 발생하더라도 서지 제어 밸브가 마지막 단에서 작동하고, 이로 인해 압축기의 전력적 손실과 서지 방지응답성이 떨어지게 된다. In the conventional multi-stage compression apparatus, since the surge control valve is provided only at the rear end side of the compressors connected in series, the surge control valve is operated irrespective of the stage where the surge occurs. For example, even when a surge occurs at the first stage, the surge control valve operates at the last stage, which results in a loss of power of the compressor and a low surge prevention response.
그에 반해, 본 실시예에 따르면, 압축기들 각각의 출구 측에 모두 서지 제어 밸브(3a, 3b 및 3c)를 설치함으로써, 압축기의 전력손실을 최소할 수 있고 서지 발생시 응답성을 높일 수 있다.On the other hand, according to the present embodiment, by providing the surge control valves 3a, 3b, and 3c on the outlet side of each of the compressors, the power loss of the compressor can be minimized and the responsiveness upon occurrence of a surge can be increased.
또한, 본 실시예에 따르면, 제1, 제2 및 제3 서지 제어 밸브(3a, 3b 및 3c)를 통해 제1 바이패스 유로(4a), 제2 바이패스 유로(4b) 및 제3 바이패스 유로(4c)를 각각 흐른 압축가스 모두가 바이패스류 혼합 탱크(5) 내로 들어가 혼합된다. 이는 해당 바이패스 유로를 통과한 압축가스가 다른 바이패스 유로에 대응되는 압축기의 운전에 영향을 미치는 것을 막는다. 만일 바이패스류 혼합 탱크(5)가 없다면, 해당 바이패스 유로를 흐른 고압의 압축가스가 임의의 압축기 입구 측에 바로 유입되므로 장치 전체의 운전 전체에 심각한 악영향을 미칠 수 있다.According to the present embodiment, the
바이패스된 압축가스는 충분한 감압이 요구되는데, 본 실시예에 있어서는, 전술한 바이패스류 혼합 탱크(5)와 원류-바이패스류 합류부(6)가 압축 가스를 충분히 감압하는 역할을 한다. In the present embodiment, the by-
도 3을 참조하면, 상기 바이패스류 혼합 탱크(5)는 전단에 위치한 제1, 제2 및 제3 가스 유입구(51, 52, 53)와 후단에 위치한 가스 토출구(55)를 포함한다. 상기 제1, 제2 및 제3 가스 유입구(51, 52, 53)에는 일정 압력 이상의 가스에 대하여 한 방향, 즉 가스 유입 방향으로만 열리는 제1, 제2 및 제3 체크 밸브(51a, 52a, 53a)가 설치된다. 상기 제1, 제2 및 제3 가스 유입구(51, 52, 53) 각각은 제1, 제2 및 제3 바이패스 유로(4a, 4b, 4c; 도 2 참조) 각각에 접속되며, 상기 가스 토출구(55)는 원류-바이패스류 합류부(6; 도 2)에서 상기 주 유로(1)와 만나는 상기 바이패스류 혼합 탱크(5)의 출구 라인(5a)과 연결된다. Referring to FIG. 3, the
또한, 상기 가스 유입구들(51, 52, 52)들이 위치한 전단과 상기 가스 토출구(55)가 위치한 후단 사이에는 머플러 구조를 갖는 가스 감압부(54)가 형성된다. 상기 가스 감압부(54)는 복수의 내향 돌출부를 갖는 머플러 구조에 의해 가스 유속을 감소시킴으로써 토출구(55)로 나가는 가스의 압력을 저감한다. 이때, 가스 압력은 대기압과 같은 압력까지 저감된다. 상기 바이패스류 혼합 탱크(5)는 서로 다른 압력으로 바이패스된 재순환 가스들의 압력을 혼합하고, 그 혼합된 가스를 감압하여 일단의 원심 압축기, 즉, 제1 압축기(2a; 도 1 참조) 측으로 보낸다.A gas
도 4를 참조하면, 상기 원류-바이패스류 합류부(6)는 원류 입구 라인 말단의 원류 가스 유입부(11)가 바이패스류 유입홀(612)이 형성된 접속부(61) 내로 인입되어 접속되어 형성된다. 상기 원류 가스 유입부(11)는 출구가 있는 말단을 향해 유로 단면적이 점진적으로 작아지는 형상으로 이루어진다. 상기 바이패스류 혼합 탱크(5)를 거쳐 감압된 바이패스류 가스는, 상기 원류-바이패스류 합류부(612)에서, 이젝터 원리에 의해 원류 가스와 자연스럽게 합류하여 혼합된 후, 제1 압축기(2a; 도 1) 내로 들어간다. Referring to FIG. 4, the source-bypass
1, 100: 주 유로 2a, 2b, 2c, 200a, 200b, 200c: 압축기
7a, 7b, 700a, 700b: 열교환기 9a, 910: 탱크
9b: 9920: 볼텍스 튜브1, 100:
7a, 7b, 700a, 700b:
9b: 9920: Vortex tube
Claims (7)
상기 주 유로에 차례로 설치된 압축기들;
상기 압축기들 사이에 설치된 적어도 하나의 열교환기; 및
상기 열교환기에서 상기 가스 유체를 냉각시키는 냉각 유체를 공급하는 냉각 유체 공급유닛을 포함하되,
상기 냉각 유체 공급 유닛은, 탱크와, 상기 탱크로부터 받은 유체를 고온의 유체와 저온의 냉각 유체로 분리하는 볼텍스 튜브와, 상기 냉각 유체를 상기 열교환기로 공급하는 냉각유체 공급라인과, 상기 열교환기에서 가스 유체와 열교환을 마친 유체를 상기 탱크로 회수하는 회수라인을 포함하고,
상기 압축기들은 상기 주 유로를 따라 차례로 설치된 제1 압축기, 제2 압축기 및 제3 압축기를 포함하고,
상기 적어도 하나의 열교환기는 상기 제1 압축기와 상기 제2 압축기 사이에 위치하는 제1 열교환기와, 상기 제2 압축기와 상기 제3 압축기 사이에 위치하는 제2 열교환기를 포함하며, 상기 볼텍스 튜브를 통해 고온 유체로부터 분리된 냉각 유체를 상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기로 분배하기 위한 밸브가 제공되고,
상기 제1 압축기, 상기 제2 압축기 및 상기 제3 압축기 각각의 출구 측에 설치된 제1 서지 제어 밸브, 제2 서지 제어 밸브 및 제3 서지 제어 밸브와; 상기 제1 서지 제어 밸브, 상기 제2 서지 제어 밸브 및 상기 제3 서지 제어 밸브 각각에 연결된 제1 바이패스 유로, 제2 바이패스 유로 및 제3 바이패스 유로와; 상기 제1 바이패스 유로, 상기 제2 바이패스 유로 및 상기 제3 바이패스 유로를 통해 유입한 바이패스류 가스 유체를 혼합하고 감압하여 상기 제1 압축기의 입구측으로 보내는 바이패스류 혼합탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 압축 장치.A main flow path for introducing an external gas fluid into the loading position;
Compressors sequentially installed in the main flow path;
At least one heat exchanger installed between the compressors; And
And a cooling fluid supply unit for supplying a cooling fluid for cooling the gas fluid in the heat exchanger,
The cooling fluid supply unit includes a tank, a vortex tube for separating the fluid received from the tank into a high temperature fluid and a low temperature cooling fluid, a cooling fluid supply line for supplying the cooling fluid to the heat exchanger, And a recovery line for recovering the heat-exchanged fluid with the gas fluid to the tank,
Wherein the compressors include a first compressor, a second compressor, and a third compressor, which are sequentially installed along the main flow path,
Wherein the at least one heat exchanger comprises a first heat exchanger located between the first compressor and the second compressor and a second heat exchanger located between the second compressor and the third compressor, There is provided a valve for distributing a cooling fluid separated from a fluid to the first heat exchanger and the second heat exchanger,
A first surge control valve, a second surge control valve, and a third surge control valve provided on an outlet side of each of the first compressor, the second compressor, and the third compressor; A first bypass passage, a second bypass passage, and a third bypass passage connected to the first surge control valve, the second surge control valve, and the third surge control valve, respectively; And a by-pass mixing tank which mixes and bypasses the by-pass gas fluid flowing through the first bypass passage, the second bypass passage and the third bypass passage, and sends the mixture to an inlet side of the first compressor Wherein the compression mechanism is a compression mechanism.
상기 바이패스류 혼합탱크의 전단에는 상기 제1 바이패스 유로, 상기 제2 바이패스 유로 및 상기 제3 바이패스 유로가 각각 접속되는 제1 가스 유입구, 제2 가스 유입구 및 제3 가스 유입구가 형성되고, 상기 바이패스류 혼합탱크의 후단에는 상기 바이패스류 혼합탱크 내에서 혼합된 바이패스류 가스 유체를 상기 제1 압축기의 입구 측으로 내보내는 가스 토출구가 형성되고, 상기 바이패스류 혼합탱크의 전단과 후단 사이에는 상기 바이패스류 가스 유체의 유속 저감을 통해 상기 바이패스류 가스의 압력을 낮추는 가스 감압부가 위치하는 것을 특징으로 하는 다단 압축 장치.The method of claim 3,
A first gas inlet, a second gas inlet, and a third gas inlet are connected to the front end of the bypass flow mixing tank, to which the first bypass passage, the second bypass passage, and the third bypass passage are connected, respectively And a gas discharge port through which the by-pass gas fluid mixed in the by-pass mixing tank is discharged to the inlet side of the first compressor is formed at the rear end of the by-pass mixing tank, Wherein a gas decompression section for lowering the pressure of the by-pass gas is located between the first bypass passage and the second bypass passage by reducing the flow rate of the by-pass gas fluid.
상기 제1 가스 유입구, 상기 제2 가스 유입구 및 상기 제3 가스 유입구 각각에는 일정 압력 이상에서 상기 바이패스류 가스 유체가 유입되는 방향으로만 열리는 제1 체크 밸브, 제2 체크 밸브 및 제3 체크 밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 다단 압축 장치.The method of claim 4,
The first check valve, the second check valve, and the third check valve, which are opened only in a direction in which the by-pass gas fluid flows in at least a predetermined pressure, are introduced into the first gas inlet, the second gas inlet and the third gas inlet, Is provided on the downstream side of the compression mechanism.
상기 제1 압축기의 입구 측에서 상기 바이패스류 혼합탱크로부터 나온 출구 라인과 상기 주 유로가 만나는 위치에 마련된 원류-바이패스류 합류부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 압축 장치.The method of claim 3,
Bypass merging section provided at a position where an outlet line from the bypass flow mixing tank at the inlet side of the first compressor meets the main flow passage.
상기 제1 압축기의 출구 측, 상기 제2 압축기의 출구 측, 상기 제3 압축기의 출구 측 각각에 설치된 제1 압력 센서, 제2 압력 센서, 제3 압력 센서와, 상기 제1 압력 센서, 상기 제2 압력 센서, 상기 제3 압력 센서에서 측정된 압력값을 기초로 상기 제1 서지 제어 밸브, 상기 제2 서지 제어 밸브 및 상기 제3 서지 제어 밸브를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제1 서지 제어 밸브, 상기 제2 서지 제어 밸브 및 상기 제3 서지 제어 밸브 각각은 삼방 밸브인 것을 특징으로 하는 다단 압축 장치. The method of claim 3,
A first pressure sensor, a third pressure sensor, and a second pressure sensor provided on an outlet side of the first compressor, an outlet side of the second compressor, and an outlet side of the third compressor, 2 pressure sensor, and a control unit for controlling the first surge control valve, the second surge control valve and the third surge control valve on the basis of the pressure value measured by the third pressure sensor, Valve, the second surge control valve and the third surge control valve are three-way valves.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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