KR102075974B1 - 다단 싱글타입 오일 프리 왕복동 압축장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실린더에서 생성한 압축기체에 윤활오일이 혼입되지 않는 오일 프리(lubricant oil free) 압축기체를 효율적으로 얻을 수 있는 다단 싱글타입 오일 프리 왕복동 압축장치 및 방법에 관한 것으로, 기체 압축유닛의 전단에 다단의 압축기체 공급유닛을 구비하고 기체 압축유닛의 구동에 의해서 압축기체를 생성하되, 생성한 압축기체 일부를 우회하여, 기체 압축유닛의 실린더 내벽과 피스톤 외주면 사이의 라비린스 시일 안에 주입하여, 실린더 내부 압력 이상으로 공급함으로써, 실린더 내벽과 피스톤 외주면 사이의 틈새로 실린더 내부의 기체가 누출되는 현상을 효과적으로 방지하여, 오일 프리 압축기의 특성상 오일오염이 없는 고품질의 압축기체를 생성할 수 있으며, 고압축 운전시에도 기체 누출이 발생하지 않으며, 마찰열이 발생하지 않아 종전과 같이 마찰열 해소를 위한 별도의 열교환기를 구비하지 않아도 되므로 제작비용과 운영비용을 절감할 수 있고, 저압 물론 고압용으로도 범용적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.

Description

다단 싱글타입 오일 프리 왕복동 압축장치{MULTI-STAGE SINGLE TYPE OIL FREE RECIPROCATING COMPRESSING APPARATUS}
본 발명은 실린더에서 생성한 압축기체 내에 윤활오일이 혼입되지 않는 오일 프리(lubricant oil free) 압축기체를 효율적으로 얻을 수 있는 다단 싱글타입 오일 프리 왕복동 압축장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기체 압축유닛의 전단에 다단의 압축기체 공급유닛을 구비하고 기체 압축유닛의 구동에 의해서 압축기체를 생성하며, 생성한 압축기체 일부를 우회하고, 기체 압축유닛의 실린더 내벽과 피스톤 외주면 사이의 라비린스 시일 안에 주입하되, 실린더 내부 압력 이상으로 공급함으로써, 실린더 내벽과 피스톤 외주면 사이의 틈새로 실린더 내부의 기체가 누출되는 현상을 효과적으로 방지할 수 있는 다단 싱글타입 오일 프리 왕복동 압축장치에 관한 것이다.
일반적으로 압축기(compressor)란 공기(air)나 천연가스(natural gas) 등의 기체를 압축시켜 압력을 높이는 기계적 장치로서, 외부로부터 끌어들인 기체에 기계적 에너지를 가해 기체의　역학적 에너지를 증가시킨 후 압력으로 바꾸어 고압 기체를 얻는 기계장치를 말한다.
압축방식에 의한 압축기의 분류를 살펴보면, 1) 실린더 내에서 피스톤이 왕복 운동하면서 기체를 압축하는 왕복동식 압축기(reciprocating compressor), 2) 로우터(회전자)가 실린더 내부를 회전하면서 기체를 압축하는 회전식 압축기(rotary compressor), 3) 암나사(female) 및 수나사(male)로 된 두 개의 로터가 맞물림에 의해 기체를 압축하는 나사식 압축기(screw compressor), 4) 고속 회전하는 임펠러의 원심력을 이용하여 기체의 속도 에너지를 압력으로 바꾸는 원심식 압축기(centrifugal compressor) 등을 구분할 수 있다.
도 1은 종래 오일타입 왕복동 압축기의 시일구조를 설명하는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종전의 오일타입 왕복동 압축기는 실린더(11)의 내벽 측에 피스톤(12)의 외주 면이 위치되고, 피스톤(12)의 외주에 시일용 오링(O-ring)(13)이 설치되며, 실린더(11)의 내벽과 피스톤(12)의 외주 면 간의 마찰 저감 및 윤활을 위해서 윤활 오일이 사용된다.
그러나 종래 오일타입 왕복동 압축기는 윤활 및 마찰 저감을 위해 투입된 윤활 오일의 일부가 압축기체 내에 혼입(混入)되는 단점이 있다.
압축기체 내에 윤활 오일이 혼입되는 경우, 압축기체의 품질을 떨어뜨려 반도체나 정밀기계 제조공정에서 사용하기에 적합하지 않고, 별도의 필터링 공정을 거쳐서 혼입된 윤활 오일을 제거하는 작업을 별도로 수행해야만 하는 문제가 있을 뿐만 아니라 필터링 공정을 거치더라도 이미 혼입된 윤활 오일을 압축기체 내에서 완전하게 제거하지 못하는 기술적 한계가 있다.
이러한 문제점을 해결하고자 비접촉(contact-less seal) 또는 오일 프리(oil-free sealing) 타입의 압축기가 개발되었다.
도 2는 종래 오일 프리 타입 왕복동 압축기의 시일구조를 설명하는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 종래 오일 프리 타입 왕복동 압축기는 실린더(21)의 내벽과 피스톤(22)의 외주에 라비린스 시일(labyrinth seal)(23)이 형성된다.
실린더(21)의 내벽과 피스톤(22)의 외주 면이 서로 접촉하지 않으므로 윤활 오일을 사용하지 않는다. 라비린스 시일 구조에서는 실린더(21) 내벽의 라비린스 시일(23)을 지날 때마다 압력 강하되어 일정거리를 지나면 압력이 0(zero)이 되어 기체의 이동이 없어진다.
그러나 종래 오일 프리 타입 왕복동 압축기는 피스톤의 외주 면과 실린더 내벽 사이의 틈새(gap)로 압축하고자 하는 기체의 누출(leak)이 발생하여 압력손실 및 효율을 떨어뜨리므로, 저압(약 60-100 bar) 기체가 필요한 곳에만 사용해야 하는 한계가 있다.
다시 말해서, 저압일 경우에는 라비린스 시일만으로도 기체의 누출이 없이 압축할 수 있는데, 고압일 경우에는 기체의 누출이 발생하여 압축성능 및 효율이 현저하게 떨어지므로, 저압용과 고압용의 겸용으로 사용하지 못하고 주로 저압용으로만 사용할 수 밖에 없는 한계가 있다.
국내 특허 공개공보 제10-2015-0003331호
본 발명은 기체 압축유닛의 전단(前 端)에 다단(multi-stage)의 압축기체 공급유닛을 구비하고 기체 압축유닛의 구동에 의해서 압축기체를 생성하며, 생성한 압축기체 일부를 우회하여, 기체 압축유닛의 실린더 내벽과 피스톤 외주면 사이의 라비린스 시일 안에 주입하되, 실린더 내부 압력 이상으로 주입함으로써, 실린더 내벽과 피스톤 외주면 사이의 틈새로 실린더 내부의 기체가 누출되는 현상을 효과적으로 방지할 수 있으므로 고압축 운전시에도 기체 누출이 발생하지 않으며, 마찰열이 발생하지 않으므로 제작비용과 운영비용이 절감되고 저압 물론 고압용으로 범용적으로 사용할 수 있는 다단 싱글타입 오일 프리 왕복동 압축장치를 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다단 싱글타입 오일 프리 왕복동 압축방법은 기체 압축유닛의 전단에 다단의 압축기체 공급유닛을 구비하고, 상기 기체 압축유닛의 작동에 의해 압축기체를 생성하며, 생성한 압축기체를 메인 공급라인을 통해서 공급하되, 상기 메인 공급라인으로부터 압축기체 일부를 우회하고, 그 압축기체를 상기 기체 압축유닛의 실린더 외주 면에 형성된 라비린스 시일(labyrinth seal) 안으로 주입하며, 주입하는 압축기체의 압력을 상기 실린더 내부압력 이상으로 주입함으로써 상기 실린더 내부의 기체 누출을 방지한다.
한편, 본 발명의 일 예에 따른 다단 싱글타입 오일 프리 왕복동 압축장치는 압축기체를 공급하기 위한 다단의 압축기체 공급유닛; 상기 압축기체 공급유닛으로부터 기체를 공급받아 기체를 압축하여 메인 공급라인을 통해서 압축한 기체를 공급하기 위한 적어도 하나 이상의 기체 압축유닛; 및 상기 기체 압축유닛의 실린더 내부의 기체가 상기 실린더 내벽과 상기 피스톤 외주면 사이의 틈새로 누출되는 것을 방지할 수 있도록 상기 메인 공급라인으로부터 분기하여 상기 기체 압축유닛의 상기 실린더 내벽과 상기 피스톤 외주면 사이의 라비린스 시일 안에 압축기체를 주입하는 누출방지용 압축기체 주입유닛; 을 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 예에 따른 다단 싱글타입 오일 프리 왕복동 압축장치는 일측에 기체를 흡입하기 위한 흡입밸브와 타측에 기체를 배출하기 위한 배출밸브가 형성되는 실린더, 상기 실린더 내에서 왕복 운동하면서 상기 흡입밸브로부터 흡입한 기체를 압축하여 압축기체를 생성한 후 그 압축기체를 상기 배출밸브로 배출하는 피스톤, 그리고 모터의 회전운동을 상기 피스톤의 왕복운동으로 전환하기 위하여 상기 피스톤의 피스톤 로드에 연결되는 크랭크 어셈블리를 구비하는 다단의 압축기체 공급유닛;
상기 압축기체 공급유닛으로부터 기체를 공급받기 위해서 일측에 흡입밸브가 형성되고 압축한 기체를 메인 공급라인을 통하여 공급하기 위하여 타측에 배출밸브가 형성되는 실린더, 상기 실린더 내에서 왕복 운동하며 외주 면에 라비린스 시일(labyrinth seal)이 형성되는 피스톤, 그리고 모터의 회전운동을 상기 피스톤의 왕복운동으로 전환하기 위하여 상기 피스톤의 피스톤 로드에 연결되는 크랭크 어셈블리를 구비하는 적어도 하나 이상의 기체 압축유닛; 및
상기 메인 공급라인으로부터 압축기체 일부를 분기하여, 그 압축기체를 상기 라비린스 시일 안으로 주입하여 상기 실린더 내벽과 상기 피스톤 외주면 사이의 틈새로 상기 실린더 내부의 기체가 누출되는 것을 방지하는 누출방지용 압축기체 주입유닛; 을 포함한다.
상기 실린더 내벽과 상기 피스톤 외주면 사이에 주입되는 상기 압축기체 압력은 150 bar 이상 300 bar 미만으로 할 수 있다.
삭제
상기 실린더 내벽과 상기 피스톤 외주면 사이에 주입되는 상기 압축기체의 압력은 상기 실린더의 토출압력과 동일한 압력이거나 상기 실린더 내부압력 이상일 수 있다.
상기 누출방지용 압축기체 주입유닛은 상기 배출밸브를 통해서 배출되는 압축기체의 일부를 상기 메인 공급라인으로부터 분기하여 상기 라비린스 시일로 공급하기 위한 누출방지용 압축기체 우회 라인을 포함할 수 있다.
상기 누출방지용 압축기체 주입유닛에서 상기 라비린스 시일 안에 압축기체를 주입하기 위하여 상기 실린더의 측면에 압축기체 주입 홀이 형성되고, 상기 라비린스 시일은 상기 피스톤의 외주 면에 형성된 압축기체 수용 홈을 포함할 수 있다.
상기 피스톤의 상사 점과 하사 점 사이에서, 상기 피스톤이 왕복운동 할 때에, 상기 압축기체 수용 홈과 상기 압축기체 주입 홀이 연통된 상태를 유지할 수 있다.
상기 실린더의 하부에는 상기 누출방지용 압축기체 주입유닛에서 주입한 압축기체가 상기 틈새를 거쳐서 하방으로 모이게 되는 기체 회수공간이 형성되며, 상기 기체 회수공간의 내벽에는 상기 기체 회수공간에 모인 기체를 상기 기체 회수공간의 외부로 배출하기 위한 기체 배출 홀이 형성될 수 있다.
상기 기체 회수공간으로 유입된 기체의 압력이 기설정된 압력이상으로 되면, 유입된 기체의 압력에 의해서 상기 기체 배출 홀을 통해서 기체가 자동으로 배출될 수 있다.
상기 기체 배출 홀을 통해서 배출되는 기체는 오일분리 된 후에 대기 중으로 벤트(vent) 될 수 있다.
상기 흡입밸브는 상기 피스톤이 하사 점 방향으로 작동할 때, 상기 실린더 내부의 기체 흡입압력에 의해 열리고, 상기 피스톤이 상사 점 방향으로 작동할 때 상기 실린더 내부의 기체 압축력에 의해 닫히며, 상기 배출밸브는 상기 피스톤이 하사점 방향으로 작동할 때, 상기 실린더 내부의 기체 흡입압력에 의해 닫히고, 상기 피스톤이 상사 점 방향으로 작동할 때 상기 실린더 내부의 기체 압축력에 의해 열리도록 구성될 수 있다.
삭제
본 발명의 기술은 에어 압축기 또는 천연가스 압축기(CNG compressor)의 기체는 물론, 압축하고자 하는 매질의 순도를 거의 100% 가깝게 사용하고자 하는 모든 기체에 적용할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 기체 압축유닛의 전단에 다단의 압축기체 공급유닛을 구비하고 기체 압축유닛의 구동에 의해서 압축기체를 생성하고, 생성한 압축기체 일부를 우회하며, 기체 압축유닛의 실린더 내벽과 피스톤 외주면 사이의 라비린스 시일 안에 주입하여, 실린더 내부 압력 이상으로 공급함으로써, 실린더 내벽과 피스톤 외주면 사이의 틈새로 실린더 내부의 기체가 누출되는 현상을 효과적으로 방지한다.
또, 오일 프리 압축기의 특성상 오일오염이 없는 고품질의 압축기체를 생성할 수 있으며, 고압축 시에도 기체 누출이 발생하지 않으며, 마찰열이 발생하지 않아 종전과 같이 마찰열 해소를 위한 별도의 열교환기를 구비하지 않아도 되므로 제작비용과 운영비용을 절감할 수 있고, 저압 물론 고압용으로도 범용적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 라비린스 시일에 공급된 압축기체가 기체 회수공간으로 회수되는 과정에서, 기체 회수공간 내의 압축기체 압력에 의해서 피스톤 로드의 윤활을 위해서 사용하는 오일이 실린더 내부로 역류하지 못하도록 함으로써, 제품에 대한 신뢰성을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 오일타입 왕복동 압축기의 시일구조를 설명하는 단면도
도 2는 종래 오일 프리 타입 왕복동 압축기의 시일구조를 설명하는 단면도
도 3은 본 발명에 따른 다단 싱글타입 오일 프리 왕복동 압축장치를 도시한 전체 구성도
도 4는 도 3의 실린더 및 압축기체 회수공간 내부를 설명하는 도면
도 5는 도 4의 요부 발췌도
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 왕복동 기체 압축장치 및 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 다단 싱글타입 오일 프리 왕복동 압축장치를 도시한 전체 구성도이고, 도 4는 도 3의 실린더 및 압축기체 회수공간 내부를 설명하는 도면이며, 도 5는 도 4의 요부 발췌도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 다단 싱글타입 오일 프리 왕복동 압축방법은 기체 압축장치(100)의 전단에 다단의 압축기체 공급유닛(50)을 구비하고, 기체 압축유닛(100)의 작동에 의해 압축기체를 생성하며, 생성한 압축기체를 메인 공급라인(101)을 통해서 공급하되, 메인 공급라인(101)으로부터 압축기체 일부를 우회하여, 그 압축기체를 기체 압축유닛(100)의 실린더(110)에 형성된 라비린스 시일(labyrinth seal)(122) 안으로 주입하며, 주입하는 압축기체의 압력을 실린더(110) 내부 압력이상으로 주입하여 실린더(110) 내부의 기체 누출을 방지한다.
본 발명의 다단 싱글타입 오일 프리 왕복동 압축장치는, 압축기체를 공급하기 위한 다단의 압축기체 공급유닛(50); 압축기체 공급유닛(50)으로부터 기체를 공급받아 기체를 압축하여 메인 공급라인(101)을 통해서 압축한 기체를 공급하기 위한 적어도 하나 이상의 기체 압축유닛(100); 및 기체 압축유닛(100)의 실린더(110) 내부의 기체가 누출되는 것을 방지할 수 있도록 메인 공급라인(101)으로부터 분기하여 기체 압축유닛(100)의 실린더 내벽과 피스톤 외주면 사이의 라비린스 시일(122) 안에 압축기체를 주입하는 누출방지용 압축기체 주입유닛(200)을 포함한다.
본 발명의 다단 싱글타입 오일 프리 왕복동 압축장치는, 종래의 저압용 라비린스 시일 실린더와 고압용 라비린스 시일 실린더가 조합되어 구성되는 다단 압축기이다.
제1단부터 제3단까지의 압축기체 공급유닛(50)은 저압용 라비린스 시일 실린더로 구성될 수 있고, 제4단과 제5단의 기체 압축유닛(100)은 고압용 라비린스 시일 실린더로 구성될 수 있다.
압축기체 공급유닛(50)과 기체 압축유닛(100)의 단수는 본 실시 예에 국한되지 않으며 설계 조건에 따라 변경될 수 있다.
본 실시 예에서, 다단의 압축기체 공급유닛(50)은 일측에 기체를 흡입하기 위한 흡입밸브(51)와 타측에 기체를 배출하기 위한 배출밸브(52)가 형성되는 실린더(53), 실린더(53) 내에서 왕복 운동하면서 흡입밸브(51)로부터 흡입한 기체를 압축하여 압축기체를 생성한 후 그 압축기체를 배출밸브(52)로 배출하는 피스톤(54), 그리고 모터(미도시)의 회전운동을 피스톤(54)의 왕복운동으로 전환하기 위하여 피스톤(54)의 피스톤 로드(55)에 연결되는 크랭크 어셈블리(56)를 구비한다.
압축기체 공급유닛(50)은, 소스가스가 첫 번째의 압축기체 공급유닛에 공급되고 압축 생성된 후에 연결라인(L1)을 통해서 두 번째의 압축기체 공급유닛에 공급되고 다시 압축 생성된 후에 연결라인(L2)을 통해서 두 번째의 압축기체 공급유닛에 공급된 후에 연결라인(L3)을 통해서 기체 압축유닛(100)에 공급하도록 구성된다.
기체 압축유닛(100)은, 압축기체 공급유닛(50)으로부터 기체를 공급받기 위해서 일측에 흡입밸브(111)가 형성되고 압축한 기체를 메인 공급라인(101)을 통하여 압축기체 수용 부(60)에 공급하기 위하여 타측에 배출밸브(112)가 형성된 실린더(110)를 구비한다.
기체 압축유닛(100)은, 실린더(110) 내에서 왕복 운동하며 외주 면에 라비린스 시일(labyrinth seal)(122)이 형성된 피스톤(120)을 구비한다.
그리고 모터(미도시)의 회전운동을 피스톤(120)의 왕복운동으로 전환하기 위하여 피스톤(120)의 피스톤 로드(125)에 연결되는 크랭크 어셈블리(130)를 구비한다.
크랭크 어셈블리(130)는 크랭크축(131)과 커넥팅 로드(132)로 구성될 수 있다.
본 실시 예에서, 기체 압축유닛(100)은 2단으로 구성하고 있으나, 2단에 국한되지 않으며 단수는 가감될 수 있다. 2단의 기체 압축유닛(100)은 연결라인(L4)을 통해서 연결될 수 있다.
누출방지용 압축기체 주입유닛(200)은 메인 공급라인(101)으로부터 압축기체 일부를 분기하여, 그 압축기체를 라비린스 시일(122) 안으로 주입하여 실린더(110) 내벽과 피스톤(120) 외주면 사이의 틈새로 실린더(110) 내부의 기체가 누출되는 것을 방지한다.
누출방지용 압축기체 주입유닛(200)은 배출밸브(112)를 통해서 배출되는 압축기체의 일부를 메인 공급라인(101)으로부터 분기(혹은 우회)하여 라비린스 시일(122)로 공급하기 위한 누출방지용 압축기체 우회 라인(210)을 포함한다.
누출방지용 압축기체 우회 라인(210) 상에는 압축기체를 저장하는 저장탱크(T)가 설치될 수 있다. 저장탱크(T)에서는 압축기체 압력을 약 300 bar로 압력을 항상 일정하게 유지할 수 있다.
누출방지용 압축기체 우회 라인(210) 상에는 압축기체를 냉각하기 위한 냉각기(220)가 설치될 수 있다.
누출방지용 압축기체 주입유닛(200)에서 라비린스 시일(122) 안에 압축기체를 주입하기 위하여 실린더(110)의 측면에 압축기체 주입 홀(113)이 형성되고, 라비린스 시일(122)은 피스톤(120)의 외주 면에 형성된 압축기체 수용 홈(121)을 포함한다.
실린더(110) 내벽과 피스톤(120) 외주면 사이에 주입되는 압축기체 압력은 150 bar 이상 300 bar 미만으로 할 수 있다.
실린더(110) 내벽과 피스톤(120) 외주면 사이에 주입되는 압축기체 압력은 실린더(110) 내부압력 이상으로 하는 것이 바람직하다.
피스톤(120)의 상사 점과 하사 점 사이에서, 피스톤(120)이 왕복운동 할 때에, 압축기체 수용 홈(121)과 압축기체 주입 홀(113)이 연통된 상태를 유지한다.
본 실시 예에서, 실린더(110)의 하부에는 압축기체가 그랜드(gland)(163)를 거쳐서 하방으로 모이게 되는 기체 회수공간(160)이 형성될 수 있다.
실린더(110)의 하부에 누출방지용 압축기체 주입유닛(200)에서 주입한 압축기체가 틈새를 거쳐서 기체 회수공간(160) 안에 모이게 되며, 기체 회수공간(160)의 내벽에는 기체 회수공간(160)에 모인 기체를 기체 회수공간(160)의 외부로 배출하기 위한 기체 배출 홀(161)이 형성되는 구성일 수 있다.
기체 배출 홀(161)을 통해서 배출되는 기체는 세퍼레이터(250)를 통해서 오일과 분리된 후에 대기 중으로 벤트(vent) 될 수 있다.
흡입밸브(111)는 피스톤(120)이 하사 점 방향으로 작동할 때 실린더(120) 내부의 기체 흡입압력에 의해 열리고, 피스톤(120)이 상사 점 방향으로 작동할 때 실린더(120) 내부의 기체 압축력에 의해 닫힌다.
배출밸브(112)는 피스톤(120)이 하사점 방향으로 작동할 때 실린더(110) 내부의 기체 흡입압력에 의해 닫히고, 피스톤(120)이 상사 점 방향으로 작동할 때 실린더(110) 내부의 기체 압축력에 의해 열리도록 구성된다.
본 발명의 기술은 에어 압축기 또는 천연가스 압축기(CNG compressor)의 기체는 물론, 압축하고자 하는 매질의 순도를 거의 100% 가깝게 사용하고자 하는 모든 기체에 적용할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제1 실시 예에 따른 다단 싱글타입 오일 프리 왕복동 압축장치의 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.
도면에 도시하지 않은 모터의 구동에 의해서 크랭크 어셈블리(56)가 모터(미도시)의 회전운동을 피스톤(54)의 왕복운동으로 전환하며, 이때 압축기체를 생성한다. 다단의 압축기체 공급유닛(50)은 순차적으로 압축공기를 생성한 후에 기체 압축유닛(100)에 공급한다.
연이어 도면에 도시하지 않은 모터의 구동에 의해서 크랭크 어셈블리(130)가 모터(미도시)의 회전운동을 피스톤(120)의 왕복운동으로 전환하는데, 이때 흡입밸브(111)는 피스톤(120)이 하사 점 방향으로 작동할 때 실린더(110) 내부의 기체 흡입압력에 의해 열리고, 피스톤(120)이 상사 점 방향으로 작동할 때, 실린더(110) 내부의 기체 압축력에 의해 닫힌다.
반대로, 배출밸브(112)는 피스톤(120)이 하사점 방향으로 작동할 때, 실린더(110) 내부의 기체 흡입압력에 의해 닫히고, 피스톤(120)이 상사 점 방향으로 작동할 때 실린더(110) 내부의 기체 압축력에 의해 열린다.
흡입밸브(111) 및 배출밸브(112)의 개폐와 피스톤(120)의 왕복운동으로 인해서 압축된 기체는 압축기체 수용 부(60)로 공급된다.
누출방지용 압축기체 주입유닛(200)은 개폐밸브(V1)를 개방하여 우회 라인(210)을 흐르는 압축기체 일부를 저장탱크(T) 내부에 저장하여서 약 300 bar로 압력을 항상 일정하게 유지할 수 있다.
라비린스 시일(122) 안에 압축기체를 주입하기 위하여 누출방지용 압축기체 주입유닛(200)은 개폐밸브(V1)를 폐쇄하고, 개폐밸브(V2)를 개방하여서 실린더(110)의 압축기체 주입 홀(113) 안으로 압축기체를 주입한다.
압축기체 주입 홀(113)을 통해서 유입된 기체는 압축기체 수용 홈(121) 안으로 공급된다.
압축기체 주입 홀(113)과 압축기체 수용 홈(121)은 연통된 상태를 유지하는 것이 바람직한데, 이는 가스 누출방지 효율성을 높일 수 있기 때문이다.
다시 말해서, 피스톤(120)의 상사 점과 하사 점 사이에서, 피스톤(120)이 왕복운동 할 때에, 압축기체 수용 홈(122)과 압축기체 주입 홀(113)이 항상 연통된 상태를 유지하는 것이 바람직하다.
도면에 도시하지는 않았지만, 설사 압축기체 주입 홀(113)과 압축기체 수용 홈(121)이 서로 연통하지 않더라도 라비린스 시일(122) 안으로 압축기체 주입 홀(113)을 통해서 유입된 기체가 공급되므로 기체 누출을 방지할 수는 있다.
본 실시 예에서는 피스톤(120)의 외주 면과 실린더(110) 내벽 사이에 형성된 라비린스 시일(122) 안에 압축기체를 주입하여서, 실린더(110) 내벽과 피스톤(120) 외주면 사이의 틈새로 압축하고자 하는 기체가 누출되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는데, 실린더(110)의 토출압력과 동일한 압력 내지는 라비린스 시일(122) 안으로 주입(공급)되는 위치에서의 실린더 내부압력 이상으로 공급함으로써, 실린더(110) 내벽과 피스톤(120) 외주면 사이의 틈새로 압축하고자 하는 기체가 누출되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
여기서, 라비린스 시일(122) 안으로 주입하는 압축기체의 압력은, 실린더 토출 부분으로부터 실제 라비린스 시일(122)로 주입하는 부분까지의 거리에 따라 압력 강하가 생기므로, 실제로 주입되는 압축기체의 압력은 토출 압력보다는 작을 수 있다.
따라서, 상기 토출압력과 동일한 압력이란 반드시 수치 적으로 정확하게 동일한 압력을 의미하는 것은 아니고, 배관 등 기타 요소로 소정의 압력강하가 이루어져서 근사한 정도로 차이가 나는 압력 범위도 포괄적으로 포함하는 개념임을 의미한다.
또한, 라비린스 시일(122) 안으로 주입되는 위치에서의 실린더(110) 내부 압력 이상의 압축기체의 압력은, 피스톤(120)의 압축 행정시(상사점 위치), 라비린스 시일(122)로 기체의 누출이 발생하고, 그 누출 기체를 막을 수 있는 정도의 압력이상으로 하면 된다.
예를 들어, 실린더의 토출압력이 300 bar 일 때, 실린더 토출 부분에서부터 실제 라비린스 시일(122)로 주입하는 부분까지의 거리에 따라 점차 약 290 bar, 280 bar, 250 bar로 압력 강하가 생기므로, 라비린스 시일(122) 안으로 주입되는 위치에서의 실린더(110) 내부 압력 이상의 압축기체의 압력은 250 bar 이상으로 하면 되는 것이다.
또한, 압축기체 수용 홈(121) 내의 압축기체는 하방으로 이동하여 기체 회수공간(160)으로 유입된다.
기체 회수공간(160)으로 기체가 유입되는 과정에서 기설정된 압력이상이 되면, 기체 회수공간(160) 안에 있던 기체가 기체 배출 홀(161)을 통해서 외부로 배출됨으로써, 기체 회수공간(160)의 기체 압력이 항상 일정하게 된다.
기체 배출 홀(161)에서 배출되는 기체는 압축기체 공급유닛(150)으로 다시 회수되거나 대기중으로 배기 될 수 있다.
기체 회수공간(160)의 바닥 플레이트(165)에는 피스톤 로드(125)를 지지하는 베어링(166)이 설치되는데, 베어링(166)의 오일은 기체 회수공간(160) 내부 압력에 의해서 크랭크 어셈블리(130) 쪽으로 떨어지도록 함으로써, 오일 누출이 발생하지 않는다.
한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 누출방지용 압축기체 주입유닛(200)은 메인 공급라인(101)과 별개로 구성함으로써, 누출방지용 압축기체 주입을 좀 더 자유롭게 제어할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 기체 압축유닛의 전단에 다단의 압축기체 공급유닛을 구비하고 기체 압축유닛의 구동에 의해서 압축기체를 생성하며, 생성한 압축기체 일부를 우회하고, 기체 압축유닛의 실린더 내벽과 피스톤 외주면 사이의 라비린스 시일 안에 주입하여, 실린더 내부 압력 이상으로 공급함으로써, 실린더 내벽과 피스톤 외주면 사이의 틈새로 실린더 내부의 기체가 누출되는 현상을 효과적으로 방지한다.
또, 오일 프리 압축기의 특성상 오일오염이 없는 고품질의 압축기체를 생성할 수 있으며, 고압축 운전시에도 기체 누출이 발생하지 않으며, 마찰열이 발생하지 않아 종전과 같이 마찰열 해소를 위한 별도의 열교환기를 구비하지 않아도 되므로, 제작비용과 운영비용을 절감할 수 있고, 저압 물론 고압용으로도 범용적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 라비린스 시일에 공급된 압축기체가 기체 회수공간으로 회수되는 과정에서, 기체 회수공간 내의 압축기체 압력에 의해서 피스톤 로드의 윤활을 위해서 사용하는 오일이 실린더 내부로 역류하지 못하도록 함으로써, 제품에 대한 신뢰성을 높일 수 있는 장점이 있다.
110: 실린더
111: 흡입밸브
112: 배출밸브
113: 압축기체 주입 홀
120: 피스톤
121: 압축기체 수용 홈
122: 라비린스 시일
125: 피스톤 로드
130: 크랭크 어셈블리
131: 크랭크축
132: 커넥팅 로드
140: 압축기체 우회 라인
150: 압축기체 공급유닛
160: 기체 회수공간
161: 기체 배출 홀
200: 누출방지용 압축기체 주입유닛
V1, V2: 개폐밸브

Claims (15)

  1. 일측에 기체를 흡입하기 위한 흡입밸브와 타측에 기체를 배출하기 위한 배출밸브가 형성되는 실린더, 상기 실린더 내에서 왕복 운동하면서 상기 흡입밸브로부터 흡입한 기체를 압축하여 압축기체를 생성한 후 그 압축기체를 상기 배출밸브로 배출하는 피스톤, 그리고 모터의 회전운동을 상기 피스톤의 왕복운동으로 전환하기 위하여 상기 피스톤의 피스톤 로드에 연결되는 크랭크 어셈블리를 구비하는 다단의 압축기체 공급유닛;
    상기 압축기체 공급유닛으로부터 기체를 공급받기 위해서 일측에 흡입밸브가 형성되고 압축한 기체를 메인 공급라인을 통하여 공급하기 위하여 타측에 배출밸브가 형성되는 실린더, 상기 실린더 내에서 왕복 운동하며 외주 면에 라비린스 시일(labyrinth seal)이 형성되는 피스톤, 그리고 모터의 회전운동을 상기 피스톤의 왕복운동으로 전환하기 위하여 상기 피스톤의 피스톤 로드에 연결되는 크랭크 어셈블리를 구비하는 적어도 하나 이상의 기체 압축유닛; 및
    상기 메인 공급라인으로부터 압축기체 일부를 분기하여, 그 압축기체를 상기 라비린스 시일 안으로 주입하여 상기 실린더 내벽과 상기 피스톤 외주면 사이의 틈새로 상기 실린더 내부의 기체가 누출되는 것을 방지하는 누출방지용 압축기체 주입유닛; 을 포함하는 다단형 왕복동 기체 압축장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 압축기체 공급유닛은 저압용 라비린스 시일 실린더이고,
    상기 기체 압축유닛은 고압용 라비린스 시일 실린더로 구성되는 것을 특징으로 하는 다단형 왕복동 기체 압축장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 실린더 내벽과 상기 피스톤 외주면 사이에 주입되는 상기 압축기체의 압력은 상기 실린더의 토출압력과 동일한 압력이거나 상기 실린더 내부압력 이상인 것을 특징으로 하는 다단형 왕복동 기체 압축장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 누출방지용 압축기체 주입유닛은 상기 배출밸브를 통해서 배출되는 압축기체의 일부를 상기 메인 공급라인으로부터 분기하여 상기 라비린스 시일로 공급하기 위한 누출방지용 압축기체 우회 라인을 포함하는 다단형 왕복동 기체 압축장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 누출방지용 압축기체 주입유닛에서 상기 라비린스 시일 안에 압축기체를 주입하기 위하여 상기 실린더의 측면에 압축기체 주입 홀이 형성되고, 상기 라비린스 시일은 상기 피스톤의 외주 면에 형성된 압축기체 수용 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 다단형 왕복동 기체 압축장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 피스톤의 상사 점과 하사 점 사이에서, 상기 피스톤이 왕복운동 할 때에, 상기 압축기체 수용 홈과 상기 압축기체 주입 홀이 연통된 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 다단형 왕복동 기체 압축장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 실린더의 하부에는 상기 누출방지용 압축기체 주입유닛에서 주입한 압축기체가 상기 틈새를 거쳐서 하방으로 모이게 되는 기체 회수공간이 형성되며, 상기 기체 회수공간의 내벽에는 상기 기체 회수공간에 모인 기체를 상기 기체 회수공간의 외부로 배출하기 위한 기체 배출 홀이 형성되는 구성인 것을 특징으로 하는 다단형 왕복동 기체 압축장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 기체 회수공간으로 유입된 기체의 압력이 기설정된 압력이상으로 되면, 유입된 기체의 압력에 의해서 상기 기체 배출 홀을 통해서 기체가 자동으로 배출되는 구성인 것을 특징으로 하는 다단형 왕복동 기체 압축장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 기체 배출 홀을 통해서 배출되는 기체는 오일분리 된 후에 대기 중으로 벤트(vent) 되는 것을 특징으로 하는 다단형 왕복동 기체 압축장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡입밸브는 상기 피스톤이 하사 점 방향으로 작동할 때 상기 실린더 내부의 기체 흡입압력에 의해 열리고, 상기 피스톤이 상사 점 방향으로 작동할 때 상기 실린더 내부의 기체 압축력에 의해 닫히며,
    상기 배출밸브는 상기 피스톤이 하사점 방향으로 작동할 때 상기 실린더 내부의 기체 흡입압력에 의해 닫히고, 상기 피스톤이 상사 점 방향으로 작동할 때 상기 실린더 내부의 기체 압축력에 의해 열리도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다단형 왕복동 기체 압축장치.
  12. 압축기체를 공급하기 위한 다단의 압축기체 공급유닛;
    상기 압축기체 공급유닛으로부터 기체를 공급받아 기체를 압축하여 메인 공급라인을 통해서 압축한 기체를 공급하기 위한 적어도 하나 이상의 기체 압축유닛; 및
    상기 기체 압축유닛의 실린더 내부의 기체가 상기 실린더 내벽과 피스톤 외주면 사이의 틈새로 누출되는 것을 방지할 수 있도록 상기 메인 공급라인으로부터 분기하여 상기 기체 압축유닛의 상기 실린더 내벽과 상기 피스톤 외주면 사이의 라비린스 시일 안에 압축기체를 주입하는 누출방지용 압축기체 주입유닛; 을 포함하는 다단형 왕복동 기체 압축장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 실린더의 하부에는 상기 누출방지용 압축기체 주입유닛에서 주입한 압축기체가 상기 틈새를 거쳐서 하방으로 모이게 되는 기체 회수공간이 형성되며, 상기 기체 회수공간의 내벽에는 상기 기체 회수공간에 모인 기체를 상기 기체 회수공간의 외부로 배출하기 위한 기체 배출 홀이 형성되는 구성인 것을 특징으로 하는 다단형 왕복동 기체 압축장치.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 실린더 내벽과 상기 피스톤 외주면 사이에 공급되는 상기 압축기체 압력은 150 bar 이상 300 bar 미만으로 하는 것을 특징으로 하는 다단형 왕복동 기체 압축장치.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 실린더 내벽과 상기 피스톤 외주면 사이에 공급되는 상기 압축기체 압력은 상기 실린더의 토출압력과 동일한 압력이거나 상기 실린더 내부압력 이상인 것을 특징으로 하는 다단형 왕복동 기체 압축장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008524505A (ja) * 2004-12-22 2008-07-10 ベーエスハー ボッシュ ウント ジーメンス ハウスゲレーテ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 軸方向で駆動されるピストンシリンダユニット
KR20150003331A (ko) 2012-04-27 2015-01-08 누보 피그노네 에스알엘 나선형 및 나선형-원통형 혼합 패턴을 구비한 고 감쇠 래비린스 시일

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008524505A (ja) * 2004-12-22 2008-07-10 ベーエスハー ボッシュ ウント ジーメンス ハウスゲレーテ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 軸方向で駆動されるピストンシリンダユニット
KR20150003331A (ko) 2012-04-27 2015-01-08 누보 피그노네 에스알엘 나선형 및 나선형-원통형 혼합 패턴을 구비한 고 감쇠 래비린스 시일

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