KR102142940B1 - 압축기 유닛 및 압축기 유닛의 정지 방법 - Google Patents

압축기 유닛 및 압축기 유닛의 정지 방법 Download PDF

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compression stage
compression
compressor unit
crank mechanism
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사토시 데즈카
가츠히로 세야마
겐지 나구라
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

본 출원은, 선박 내에 설치되며, 상기 선박의 LNG 저장조로부터 보일 오프 가스인 대상 가스를 회수하여 적어도 일부를 수요처에 공급하는 압축기 유닛을 개시한다. 압축기 유닛은, 복수의 압축 스테이지 사이에 마련되어, 압력의 변동 압축기 유닛을 억제하기 위한 복수의 댐퍼와, 피스톤과 실린더부 사이를 시일하는 제1 시일부와, 피스톤 로드의 주위를 둘러싸서, 실린더부 내에 흡입된 대상 가스가 상기 크랭크 기구측으로 흐르는 것을 억제하는 제2 시일부를 구비하고 있다. 모든 제1 시일부 및 제2 시일부가 무급유식이다.

Description

압축기 유닛 및 압축기 유닛의 정지 방법{COMPRESSOR UNIT AND STOPPING METHOD OF COMPRESSOR UNIT}
본 발명은, 선박의 LNG 저장조로부터 보일 오프 가스인 대상 가스를 수요처에 공급하는 압축기 유닛에 관한 것이다.
종래, 일본 특허 공표 제2011-517749호 공보에 개시된 바와 같이, LNG(Liquified Natural Gas: 액화 천연 가스)로부터 발생한 보일 오프 가스를 승압하여 엔진 등의 수요처에 공급하는 압축기가 개발되어 있다.
그런데, LNG선 내에서 사용되는 압축기에서는, 급유식의 압축기가 사용되고 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 제2018-128039호 공보의 단락 0021, 일본 특허 제6371930호 공보의 단락 0114).
통상, 당해 압축기에서 사용된 오일은, 보일 오프 가스에 혼재된 상태에서 압축기로부터 토출된 후, 오일 분리기에서 보일 오프 가스로부터 분리 회수된다. 그러나, 근년, 청정한 보일 오프 가스의 요구가 높아지고 있어, 오일 분리기에다가 활성탄 필터 등을 사용하여 보다 확실하게 오일을 포착할 수 있도록 고안이 이루어지고 있다. 또한, 미국 특허 출원 공개 제2018/0066802호 명세서의 단락 0024에 개시된 바와 같이, 컴프레션 실린더와 컴프레션 프레임 사이에서 오일의 이동을 방지하기 위해 오일 슬링거나 오일 와이퍼 패킹이 마련되어 있는 경우도 있다.
한편, 일본 특허 공개 제2017-89595호 공보의 단락 0019에 개시된 바와 같이, 윤활유를 필요로 하지 않는 래비린스 피스톤식 왕복동 압축기도 개발되어 있다. 그러나, 일반적으로 래비린스 시일식은 피스톤과 실린더 사이가 비접촉으로 되어 있는 점에서, 피스톤 링 시일식과 비교한 경우에, 압축실 내의 가스가 누설되기 쉽다는 문제가 있다. 특히, 고압의 가스를 압축하는 경우에, 이 문제는 현저해진다.
본 발명은, 압축기 유닛의 신뢰성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 국면에 관한 압축기 유닛은, 선박 내에 설치되며, 상기 선박의 LNG 저장조로부터 보일 오프 가스인 대상 가스를 회수하여 적어도 일부를 수요처에 공급하도록 구성되어 있다. 압축기 유닛은, 대상 가스를 순차적으로 승압하는 복수의 압축 스테이지와, 상기 복수의 압축 스테이지 사이에 마련되어, 압력의 변동을 억제하기 위한 복수의 댐퍼와, 각 압축 스테이지의 피스톤을 구동하는 크랭크 기구를 구비하고 있다. 상기 복수의 압축 스테이지가 각각, 피스톤과, 상기 피스톤에 접속되며, 상기 크랭크 기구의 동력을 상기 피스톤에 전달하는 피스톤 로드와, 상기 피스톤을 수용하고, 압축실을 형성하는 실린더부와, 상기 피스톤과 상기 실린더부 사이를 시일하는 제1 시일부와, 상기 피스톤 로드의 주위를 둘러싸서, 상기 실린더부 내에 흡입된 대상 가스가 상기 크랭크 기구측으로 흐르는 것을 억제하는 제2 시일부와, 상기 제2 시일부보다도 상기 크랭크 기구측에서 상기 피스톤 로드의 주위를 둘러싸서, 상기 크랭크 기구 내의 윤활유가 상기 실린더부측으로 진입하는 것을 억제하는 와이퍼부와, 상기 와이퍼부와 상기 제2 시일부 사이에서 상기 피스톤 로드에 설치되어, 상기 윤활유의 상기 실린더부측으로의 진입을 더 억제하는 오일 슬링거를 구비하고 있다. 모든 상기 제1 시일부 및 상기 제2 시일부가 무급유식이다. 적어도 최종의 압축 스테이지에 있어서, 상기 제1 시일부가, 피스톤의 외주부에 마련되어 상기 피스톤과 실린더부 사이를 시일하는 피스톤 링군을 갖고, 상기 제2 시일부가, 상기 실린더부와 피스톤 로드 사이에 배치되는 복수의 케이스부, 및, 상기 복수의 케이스부에 보유 지지되는 복수의 링부를 갖고, 상기 적어도 최종의 압축 스테이지의 상기 제1 시일부 및 상기 제2 시일부가 접촉식이다.
본 발명의 다른 국면에 관한 압축기 유닛은, 선박 내에 설치되며, 상기 선박의 LNG 저장조로부터 보일 오프 가스인 대상 가스를 회수하여 적어도 일부를 수요처에 공급하도록 구성되어 있다. 압축기 유닛은, 대상 가스를 순차적으로 승압하는 복수의 압축 스테이지와, 상기 복수의 압축 스테이지 사이에 마련되어, 압력의 변동을 억제하기 위한 복수의 댐퍼와, 각 압축 스테이지의 피스톤을 구동하는 크랭크 기구를 구비하고 있다. 상기 복수의 압축 스테이지 중 최초의 압축 스테이지로부터 최종의 압축 스테이지의 하나 전의 압축 스테이지까지의 압축 스테이지가 각각, 피스톤과, 상기 피스톤에 접속되며, 상기 크랭크 기구의 동력을 상기 피스톤에 전달하는 피스톤 로드와, 상기 피스톤을 수용하고, 압축실을 형성하는 실린더부와, 상기 피스톤과 상기 실린더부 사이를 시일하는 제1 시일부와, 상기 피스톤 로드의 주위를 둘러싸서, 상기 실린더부 내에 흡입된 대상 가스가 상기 크랭크 기구측으로 흐르는 것을 억제하는 제2 시일부와, 상기 제2 시일부보다도 상기 크랭크 기구측에서 상기 피스톤 로드의 주위를 둘러싸서, 상기 크랭크 기구 내의 윤활유가 상기 실린더부측으로 진입하는 것을 억제하는 와이퍼부와, 상기 와이퍼부와 상기 제2 시일부 사이에서 상기 피스톤 로드에 설치되어, 상기 윤활유의 상기 실린더부측으로의 진입을 더 억제하는 오일 슬링거를 구비하고 있다. 상기 최종의 하나 전의 압축 스테이지 및 상기 최종의 압축 스테이지는, 상기 최종의 하나 전의 압축 스테이지의 실린더부 상에 상기 최종의 압축 스테이지의 실린더부가 마련된 탠덤 구조를 갖고 있다. 상기 최종의 하나 전의 압축 스테이지에 있어서의 피스톤과, 상기 피스톤보다도 직경이 작은 상기 최종의 압축 스테이지에 있어서의 피스톤이 일체로 구성되어 있다. 상기 최종의 압축 스테이지는, 피스톤 로드, 제2 시일부, 와이퍼부 및 오일 슬링거를 최종의 하나 전의 압축 스테이지와 공유하고 있다. 적어도 최종의 압축 스테이지에 있어서, 상기 제1 시일부가, 피스톤의 외주부에 마련되어 상기 피스톤과 실린더부 사이를 시일하는 피스톤 링군을 갖고 있음과 함께 접촉식으로 구성되어 있다. 적어도 최종의 하나 전의 압축 스테이지에 있어서, 상기 제2 시일부가, 상기 실린더부와 피스톤 로드 사이에 배치되는 복수의 케이스부, 및, 상기 복수의 케이스부에 보유 지지되는 복수의 링부를 갖고 있음과 함께 접촉식으로 구성되어 있다. 모든 상기 제1 시일부 및 상기 제2 시일부가 무급유식이다.
본 발명의 다른 국면에 관한 압축기 유닛의 정지 방법에 관하여, 상술한 압축기 유닛이, 상기 최종의 압축 스테이지의 토출측 유로에 마련된 역지 밸브와, 상기 역지 밸브보다도 더 하류측에서 상기 토출측 유로에 접속되는 탈압 라인과, 상기 탈압 라인보다도 하류측에서 상기 토출측 유로에 마련된 개폐 밸브를 추가로 구비하고 있어도 된다. 상기 압축기 유닛의 정지 시에 있어서, 상기 개폐 밸브를 폐쇄함과 함께, 상기 탈압 라인을 개방함으로써 상기 최종의 압축 스테이지의 실린더부 내의 압력을 낮추어도 된다.
본 발명의 다른 국면에 관한 압축기 유닛의 정지 방법에 관하여, 상술한 압축기 유닛이, 상기 최종의 압축 스테이지의 토출측 유로에 마련된 역지 밸브와, 상기 최종의 압축 스테이지와 상기 역지 밸브 사이에서 상기 토출측 유로에 접속되는 탈압 라인을 추가로 구비하고 있어도 된다. 상기 압축기 유닛의 정지 시에 있어서, 상기 탈압 라인을 개방함으로써 상기 최종의 압축 스테이지의 실린더부 내의 압력을 낮추어도 된다.
상술한 기술은, 압축기 유닛의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 목적, 특징 및 이점은, 이하의 상세한 설명과 첨부 도면에 의해, 보다 명백해진다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 압축기 유닛의 개략 흐름도다.
도 2는 압축기의 개략도다.
도 3은 압축기의 제2 시일부의 개략적인 단면도다.
도 4는 다른 압축기 유닛의 일부의 개략 흐름도다.
도 5는 다른 압축기 유닛의 일부의 개략 흐름도다.
도 6은 다른 압축기 유닛의 개략 흐름도다.
도 7은 다른 압축기 유닛의 개략 흐름도다.
도 8은 다른 압축기 유닛의 개략 흐름도다.
도 9는 제2 시일부의 개략적인 단면도다.
도 10은 압축기의 실린더부의 개략적인 평면도다.
도 11은 실린더부의 개략적인 종단면도다.
도 12는 실린더부의 개략적인 종단면도다.
도 13은 다른 실린더부의 개략적인 평면도다.
도 14는 실린더부의 개략적인 종단면도다.
도 15는 다른 실린더부의 개략적인 평면도다.
도 16은 제2 시일부의 개략적인 단면도다.
도 17은 탠덤 구조를 갖는 압축 스테이지의 개략도다.
도 18은 탠덤 구조를 갖는 압축 스테이지의 개략도다.
도 19는 탠덤 구조를 갖는 압축 스테이지의 개략도다.
도 20은 더블 액팅의 구조를 갖는 두 압축 스테이지의 개략도다.
도 21은 다른 압축기 유닛의 개략 흐름도다.
도 22는 다른 압축기 유닛의 개략 흐름도다.
도 23은 횡형 압축기의 개략도다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 압축기 유닛(100)의 개략 흐름도다. 도 2는 압축기 유닛(100)을 구성하는 압축기(500)의 개략도다. 도 1 및 도 2를 참조하여, 압축기 유닛(100)이 설명된다.
압축기 유닛(100)은, LNG(Liquified Natural Gas: 액화 천연 가스)가 저류된 LNG 저장조(101)를 갖고 있는 선박(도시하지 않음) 내에 설치되어 있다. 압축기 유닛(100)은, LNG 저장조(101) 내에서 발생한 보일 오프 가스인 대상 가스를 회수하도록 구성되어 있다. 압축기 유닛(100)은, 회수된 대상 가스를 약 300bar까지 승압하고, 승압된 대상 가스를 소정의 수요처(예를 들어, 선박의 엔진)로 공급하도록 구성되어 있다. 이하의 설명에 있어서, 대상 가스의 흐름 방향을 기준으로, 「상류」 및 「하류」라는 용어가 사용된다.
압축기 유닛(100)은, 대상 가스가 수요처를 향하여 흐르는 유로(110)와, 압축기(500)와, 대상 가스를 상류측으로 되돌리도록 구성된 바이패스 라인(411)과, 복수의 댐퍼와, 복수의 쿨러를 갖고 있다(도 1을 참조). 도 1에서는, 압축기 유닛(100)은, 도 1의 이점쇄선의 프레임선 내에 도시되어 있는 구성 요소를 포함하는 장치로서 도시되어 있다(도 6 내지 도 8에 있어서도 마찬가지임). 압축기(500)는, 복수의 압축 스테이지와, 복수의 압축 스테이지의 공통의 구동원으로서 사용되는 크랭크 기구와, 크랭크 기구가 수용된 크랭크 케이스(301)와, 크랭크 케이스(301)에 설치된 여섯 크로스 가이드(303)를 갖고 있다(도 2를 참조). 복수의 압축 스테이지는, 제1 압축 스테이지(201), 제1 압축 스테이지(201)의 다음 단인 제2 압축 스테이지(202), 제2 압축 스테이지(202)의 다음 단인 제3 압축 스테이지(203), 제3 압축 스테이지(203)의 다음 단인 제4 압축 스테이지(204) 및 제4 압축 스테이지(204)의 다음 단인 제5 압축 스테이지(205)를 구비한다. 복수의 압축 스테이지에 의해, 유로(110)를 흐르는 대상 가스가 순차적으로 승압된다. 복수의 댐퍼는, 각 압축 스테이지(201 내지 205)에서 피스톤의 왕복동에 연동하여 행해지는 간헐적인 흡입 및 토출에 의한 대상 가스의 압력 변동을 억제하기 위해, 압축 스테이지의 상류 및 하류에 마련되어 있다. 복수의 쿨러는, 복수의 압축 스테이지에서 압축된 대상 가스를 냉각하기 위해 마련되어 있다.
유로(110)의 상류단은, LNG 저장조(101) 내에서 발생한 보일 오프 가스가 유입되도록 LNG 저장조(101)의 상부에 접속되어 있다. 유로(110)의 하류단은, 수요처에 접속되어 있다.
유로(110)는, 저장조 접속 유로(111)와, 스테이지 접속 유로(113)와, 수요처 접속 유로(114)를 구비한다. 저장조 접속 유로(111)는, LNG 저장조에 접속되며, 보일 오프 가스를 압축기 유닛(100)으로 유도한다. 제1 압축 스테이지(201)가 둘 있으므로, 저장조 접속 유로(111)는, 분기부(111A, 111B)로 분기되고, 이들 분기부(111A, 111B)는, 각각 제1 압축 스테이지(201)에 접속되어 있다. 분기부(111A, 111B)에는, 댐퍼(261, 262)가 마련되어 있다. 스테이지 접속 유로(113)는, 압축 스테이지(201 내지 205) 사이를 접속한다. 스테이지 접속 유로(113)에서는, 제1 압축 스테이지(201)와의 접속 부분이 둘로 분기된 분기부(113A, 113B)로 되어 있다. 스테이지 접속 유로(113)의 그 밖의 부분에는, 제2 내지 제5 압축 스테이지(202 내지 205), 댐퍼(263 내지 268, 271, 272) 및 복수의 쿨러(281 내지 284)가 마련되어 있다. 수요처 접속 유로(114)는, 제5 압축 스테이지(205)와 수요처를 접속하는 유로이며, 댐퍼(273) 및 쿨러(285)가 마련되어 있다.
두 제1 압축 스테이지(201)는, 서로 병렬이 되도록 두 분기부(111A, 111B)에 마련되어 있다. 제2 내지 제5 압축 스테이지(202 내지 205)는, 서로 간격을 두고, 스테이지 접속 유로(113)에 직렬로 마련되어 있다.
크랭크 기구는, 크랭크 샤프트의 회전을 복수의 크로스헤드의 직선적인 왕복동으로 변화시키도록 구성되어 있다. 크랭크 샤프트는, 모터(302)에 의해 구동된다. 크로스헤드는, 제1 내지 제5 압축 스테이지(201 내지 205)의 피스톤 로드(213)와의 접속 부위로서 사용되고 있다.
크랭크 케이스(301)에 형성된 관통 구멍을 통해, 크랭크 샤프트가 모터(302)에 접속되어 있다. 크랭크 케이스(301)는, 관통 구멍의 주위에 있어서, 크랭크 기구의 윤활에 사용되는 윤활유의 누출을 억제하도록 구성되어 있지만, 밀폐 구조(기밀 구조)를 갖고 있지 않다. 따라서, 크랭크 케이스(301)의 내부 공간의 압력은, 대기압과 대략 동일하다.
여섯 크로스 가이드(303)는, 수평 방향에 있어서 서로 간격을 두고 배열되며, 수평 방향에 대하여 대략 직각의 방향(보다 정확하게는, 본 실시 형태에서는, 중력 방향 상측)으로 돌출되어 있다. 크로스 가이드(303) 중에서, 상술한 크로스헤드가 왕복동한다.
각 크로스 가이드(303) 내에는, 폐색부(306)가 마련되어 있다. 폐색부(306)의 중심에는, 각 압축 스테이지(201 내지 205) 내를 왕복동하는 피스톤과 각각 대응하는 크로스헤드를 접속하는 피스톤 로드(213)를 관통시키기 위한 관통 구멍이 형성되어 있다.
폐색부(306)보다 상측의 크로스 가이드(303)의 내부 공간에는, 압축기 유닛(100)의 안전성 향상을 위해, 불활성 가스(예를 들어, 질소)가 공급되고 있다. 불활성 가스의 공급 압력은, 대기압과 대략 동일하다. 따라서, 크로스 가이드(303)의 내부 공간의 압력은, 크랭크 케이스(301)의 내부 공간의 압력과 마찬가지로, 대기압과 대략 동일하다.
제1 내지 제5 압축 스테이지(201 내지 205)는, 수평 방향으로 배열된 크로스 가이드(303)의 위치에 맞추어 구축되어 있다. 모터(302)측으로부터 순서대로, 제1 압축 스테이지(201), 제4 압축 스테이지(204), 제5 압축 스테이지(205), 제2 압축 스테이지(202), 제3 압축 스테이지(203) 및 제1 압축 스테이지(201)가 배열되어 있다. 제1 내지 제5 압축 스테이지(201 내지 205)는, 도 1에 도시되어 있는 배관 접속이 얻어지도록 유로(110)에 의해 접속되어 있다. 또한, 도 2에서는, 제1 내지 제5 압축 스테이지(201 내지 205)의 배치를 모식적으로 도시하고 있고, 실제로는 제1 내지 제5 압축 스테이지(201 내지 205)는 밀접해 있다. 또한, 각 압축 스테이지(201 내지 205)의 배열 순서는, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 압축 스테이지(201)는, 실린더부(211)와, 피스톤(212)과, 피스톤 로드(213)와, 한 쌍의 흡입 밸브(214)와, 한 쌍의 토출 밸브(215)와, 실린더 라이너(도시하지 않음)를 갖고 있다.
실린더부(211)는, 크로스 가이드(303)와 대략 동축의 통부(216)와, 크랭크 기구측의 통부(216)의 개구단에 설치된 리어 헤드(217)와, 통부(216)의 다른 쪽 개구단을 폐쇄하고 있는 프론트 헤드(218)를 포함하고 있다. 리어 헤드(217)의 중심 위치에는, 관통 구멍과, 관통 구멍과 대략 동축의 오목부가 형성되어 있다. 리어 헤드(217)의 오목부는, 크랭크 기구측에 개구되어 있다.
피스톤(212)은, 통부(216)와 리어 헤드(217)와 프론트 헤드(218)에 의해 둘러싸인 실린더부(211)의 수용 공간에 수용되어 있다. 실린더부(211) 내에서는, 피스톤(212)의 크랭크 기구측의 단부면과 리어 헤드(217) 사이, 및, 피스톤(212)의 크랭크 기구와는 반대측의 단부면과 프론트 헤드(218) 사이에, 대상 가스를 압축하기 위한 압축실(221, 222)이 형성되어 있다. 이와 같이, 제1 압축 스테이지(201)는, 압축실(221, 222)이 피스톤(212)의 양측에 형성된 더블 액팅 구조로 되어 있다.
한 쌍의 흡입 밸브(214)는, 압축실(221, 222)에 대응한 위치에 있어서 형성된 흡입구에 설치되어 있다. 이들 흡입 밸브(214)는, 압축실(221, 222) 내의 대상 가스의 압력이, 흡입 밸브(214)의 상류측의 압력과 동일하거나 또는 그 이하가 되면, 압축실(221, 222)로의 대상 가스의 유입을 허용한다.
한 쌍의 토출 밸브(215)는, 압축실(221, 222)에 대응한 위치에 있어서 형성된 토출구에 설치되어 있다. 이들 토출 밸브(215)는, 압축실(221, 222) 내의 대상 가스의 압력이, 토출 밸브(215)의 하류측의 압력과 동일하거나 또는 그 이상이 되면, 압축실(221, 222)로부터의 대상 가스의 유출을 허용한다.
도시하지 않은 실린더 라이너는, 실린더부(211)의 마모를 억제하기 위해, 실린더부(211)의 내주면에 설치된 통형 부재이며, 주철 또는 합금강에 의해 형성되어 있다. 실린더 라이너는 후술하는 제1 시일부와의 접촉에 의해 마모된 경우에는, 교환 가능하게 되어 있다. 이하의 설명에서는, 실린더 라이너는 실린더부(211)의 일부로서 설명한다.
피스톤 로드(213)는, 크랭크 기구측에 있어서의 피스톤(212)의 단부면과 크랭크 기구의 크로스헤드에 접속되어 있다. 피스톤 로드(213)는, 리어 헤드(217)를 관통하고 있음과 함께, 크로스 가이드(303) 내에서 크랭크 기구측으로 연장되어, 폐색부(306)의 관통 구멍에 삽입 관통되어 있다.
제1 압축 스테이지(201)는, 크랭크 기구의 윤활에 사용된 윤활유가 피스톤 로드(213)의 외주부를 통해 압축실(221, 222)에 진입하는 것을 방지하기 위해, 와이퍼부(231) 및 오일 슬링거(232)를 갖고 있다.
와이퍼부(231)는, 피스톤 로드(213)의 주위를 둘러싸는 환형 시일 부재이다. 와이퍼부(231)는 폐색부(306)에 고정되어 있다. 와이퍼부(231)의 내주부는, 피스톤 로드(213)의 외주부에 접촉하고 있다.
오일 슬링거(232)는 환형 판 부재이다. 오일 슬링거(232)는, 와이퍼부(231)와 리어 헤드(217) 사이에서 피스톤 로드(213)에 고정된다.
제1 압축 스테이지(201)는, 제1 시일부(241)와 제2 시일부(242)를 갖고 있다. 제1 시일부(241)는, 압축실(221, 222) 간에 있어서의 대상 가스의 유통을 방지하기 위해 마련되어 있다. 제2 시일부(242)는, 압축실(221)로부터 크로스 가이드(303) 내로의 대상 가스의 누출을 방지하기 위해 마련되어 있다.
제1 시일부(241)는, 피스톤(212)의 외주부에 장착된 복수의 피스톤 링(243)(피스톤 링군)에 의해 구성된다. 즉, 제1 시일부(241)는, 피스톤 링(243)의 외주부가 실린더부(211)(보다 정확하게는, 도시하지 않은 실린더 라이너)에 접촉함으로써, 피스톤(212)과 실린더부(211)의 내면 사이를 시일하는 접촉식의 시일 부재이다. 또한, 제1 시일부(241)는, 피스톤 링(243)에 윤활유가 공급되지 않는 무급유식(환언하면, 무윤활식)의 시일 부재이기도 하다. 또한, 피스톤(212)과 실린더부(211)의 내면의 접촉을 방지하기 위한 라이더 링은 도시하고 있지 않다.
제1 압축 스테이지(201)에서는, 피스톤 링(243)이 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 또는 변성 PTFE를 주성분으로 하는 재료를 사용하여 형성된다. 제2 내지 제4 압축 스테이지(202 내지 204)에 있어서도 마찬가지이다.
제2 시일부(242)의 개략적인 단면이, 도 3에 도시되어 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 시일부(242)는 소위 로드 패킹이며, 복수의 케이스부(244)와, 복수의 링부(249)와, 압박부(294)를 포함하고 있다. 케이스부(244) 및 링부(249)는, 리어 헤드(217) 내에 배치된 피스톤 로드(213)의 주위를 둘러싸고 있다.
복수의 케이스부(244)는 리어 헤드(217)와 피스톤 로드(213) 사이에 있어서, 오목부에 수용되어 있다.
케이스부(244)는, 대략 원형의 저부(251)와, 저부(251)의 외연으로부터 크랭크 기구측으로 돌출된 주위벽부(252)를 포함하고 있다. 저부(251)의 대략 중앙에는, 피스톤 로드(213)가 삽입 관통되는 관통 구멍이 형성되어 있다. 케이스부(244)의 내측에는 링부(249)가 수용된다.
압박부(294)는, 케이스부(244)보다도 크랭크 기구측에 위치한다. 압박부(294)는 도시하지 않은 볼트 등에 의해 리어 헤드(217)에 고정된다.
복수의 링부(249)는, 피스톤 로드(213)의 축 방향을 따라서 배열된다. 링부(249)의 내주부는, 피스톤 로드(213)의 외주부에 접촉한다. 즉, 제2 시일부(242)는 접촉식의 시일 부재로서, 피스톤 로드(213)와 리어 헤드(217) 사이를 시일하고 있다. 또한, 제2 시일부(242)는, 링부(249)에 윤활유가 공급되지 않는 무급유식(환언하면, 무윤활식)의 시일 부재이기도 하다.
본 실시 형태에서는, 링부(249)는, PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 또는 변성 PTFE를 주성분으로 하는 재료를 사용하여 형성된다. 제2 내지 제4 압축 스테이지(202 내지 204)에 있어서도 마찬가지이다.
제2 내지 제4 압축 스테이지(202 내지 204)는, 피스톤(212)의 직경 및 실린더부(211)의 내경이 제1 압축 스테이지(201)보다도 작은 점을 제외하고, 제1 압축 스테이지(201)와 거의 공통되어 있다. 즉, 제2 내지 제4 압축 스테이지(202 내지 204)에서는, 각각의 제1 시일부(241) 및 제2 시일부(242)가 접촉식이면서 무급유식이다. 또한, 제2 내지 제4 압축 스테이지(202 내지 204)는 더블 액팅 구조이다.
제5 압축 스테이지(205)에서는, 제1 내지 제4 압축 스테이지(201 내지 204)보다도 피스톤(212)의 직경 및 실린더부(211)의 내경이 작다. 제5 압축 스테이지(205)의 실린더부(211) 내에서는, 제1 압축 스테이지(201)와 마찬가지로, 피스톤(212)을 사이에 두고 크랭크 기구와는 반대측의 공간에 압축실(222)이 형성되어 있다.
한편, 피스톤(212)을 사이에 두고 크랭크 기구측의 공간에는, 흡입 밸브가 설치되는 위치에 당해 흡입 밸브를 개재시키지 않고 관 부재(119)가 접속되어 있다. 관 부재(119)는, 제5 압축 스테이지(205)의 흡입측에 있어서 스테이지 접속 유로(113)에 접속되어 있다. 그 결과, 실린더부(211)의 피스톤(212)을 사이에 두고 크랭크 기구측의 공간은, 스테이지 접속 유로(113)와 항상 연통된 상태로 된다. 즉, 당해 공간은 대상 가스를 압축하기 위해 사용되지 않는 비압축실(223)로 되어 있다. 이와 같이, 제5 압축 스테이지(205)는 다른 압축 스테이지(201 내지 204)와는 달리, 피스톤(212)의 일방측의 공간만이 압축실(222)로 되는 싱글 액팅 구조이다. 또한, 관 부재(119)는, 제5 압축 스테이지(205)의 토출측에 있어서, 수요처 접속 유로(114)에 접속되어 있어도 된다.
제5 압축 스테이지(205)에서는, 제2 내지 제5 압축 스테이지(202 내지 205) 중에서 가장 높은 압력을 받으므로, 그 실린더부(211)는 단조재에 의해 형성되어 있다.
제5 압축 스테이지(205)는, 제1 시일부(241) 및 제2 시일부(242)를 갖는다. 제5 압축 스테이지(205)의 제1 시일부(241)는, 제1 압축 스테이지(201)와 마찬가지로 복수의 피스톤 링(243)(피스톤 링군)에 의해 구성된 접촉식의 시일 부재이며, 피스톤(212)과 실린더부(211)의 내면 사이를 시일한다. 또한, 제1 시일부(241)는 무급유식(즉, 피스톤 링에 윤활유가 공급되지 않는 구조)이기도 하다. 피스톤 링(243)은, 폴리이미드(PI) 및 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 중 적어도 한쪽을 주성분으로 하거나, 또는, 이것 중 한쪽 혹은 양쪽과 PTFE 혹은 변성 PTFE를 혼합한 것을 주성분으로 하는 재료를 사용하여 형성되어 있다. 이와 같은 주성분의 재료를 사용함으로써, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)만을 주성분으로 하는 피스톤 링보다도 큰 굽힘 강도(영률)를 갖는다. 이 대신에, 피스톤 링(243)은, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)만을 주성분으로 하는 피스톤 링보다도 큰 굽힘 강도(영률)를 갖고 있는 다른 엔지니어링 플라스틱(예를 들어, 폴리아미드(PA))을 주성분으로 하는 재료를 사용하여 형성되어도 된다. 또한 이 대신에, 피스톤 링(243)은, 탄소 섬유를 성형함으로써 형성되어도 된다. 이들 대체 가능한 재료도, 폴리이미드(PI) 및 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 중 적어도 한쪽을 주성분으로 하거나, 또는, 이것 중 한쪽 혹은 양쪽과 PTFE 혹은 변성 PTFE를 혼합한 것을 주성분으로 하는 재료를 사용하여 형성된 피스톤 링(243)과 마찬가지로, 높은 시일 성능 및 높은 내구 성능을 갖는다. 후술하는 링부(249)에 대해서도 마찬가지이다.
제5 압축 스테이지(205)의 제2 시일부(242)는, 제1 압축 스테이지(201)와 마찬가지로 링부(249)의 내주부가, 피스톤 로드(213)의 외주부에 접촉하는 접촉식의 시일 부재이다. 제2 시일부(242)는 무급유식(즉, 링부(249)에 윤활유가 공급되지 않는 구조)이기도 하다.
링부(249)는, 피스톤 링(243)과 마찬가지로, 폴리이미드(PI) 및 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 중 적어도 한쪽을 주성분으로 하는 재료를 사용하여 형성되어 있다. 이 대신에, 링부(249)는, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)보다도 큰 굽힘 강도(영률)를 갖고 있는 다른 엔지니어링 플라스틱(예를 들어, 폴리아미드(PA))을 주성분으로 하는 재료를 사용하여 형성되어도 된다. 또한 이대신에, 링부(249)는, 탄소 섬유를 성형함으로써 형성되어도 된다. 이들 대체 가능한 재료도, 폴리이미드(PI) 및 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 중 적어도 한쪽을 주성분으로 하는 재료를 사용하여 형성된 링부(249)와 마찬가지로, 높은 시일 성능 및 높은 내구 성능을 갖는다.
제5 압축 스테이지(205)에서는, 제2 시일부(242)의 케이스부(244) 및 링부(249)의 세트의 수가 제1 압축 스테이지(201)보다도 많다. 이에 의해, 제5 압축 스테이지(205)에 있어서의 제2 시일부(242)의 축 방향의 길이는, 제1 압축 스테이지(201)보다도 길어져, 제2 시일부(242)의 일부는 리어 헤드(217)로부터 크랭크 기구측으로 돌출되어 있다. 제5 압축 스테이지(205)에서는, 제2 시일부(242)의 시일 영역이 제1 압축 스테이지(201)보다도 큰 점에서, 보다 고압의 대상 가스를 시일하는 것이 가능해진다. 제5 압축 스테이지(205)의 다른 구조는, 제1 압축 스테이지(201)와 마찬가지이다.
제1 내지 제5 압축 스테이지(201 내지 205)에서는, 힘의 불균형을 저감하기 위해 피스톤(212) 및 피스톤 로드(213)의 중량과 대응하는 크로스헤드의 중량의 합계는 대략 동일하게 된다. 또한, 웨이트를 추가함으로써 크로스헤드의 중량이 조정되어도 된다.
복수의 댐퍼는 각각 유로(110) 상에 마련된 내압 용기이다. 이들 댐퍼의 용적은, 유입되는 대상 가스의 압력 변동을 저감하기에 충분한 크기로 설정되어 있다. 댐퍼(261, 262)는 두 분기부(111A, 111B)에 각각 마련되어 있고, 제1 압축 스테이지(201)에 근접한다. 두 제1 압축 스테이지(201)의 흡입 압력의 변동을 억제한다.
분기부(113A, 113B)의 하류단에, 다른 하나의 댐퍼(263)가 마련되어 있다. 댐퍼(263)에는, 두 제1 압축 스테이지(201)에서 압축된 대상 가스가 유입된다. 댐퍼(263)는 제1 압축 스테이지(201)에 근접하여, 제1 압축 스테이지(201)의 토출 압력의 변동을 억제한다. 또한, 댐퍼(263)는 둘로 나누어져 있어도 된다.
댐퍼(263)의 하류측에는, 또 다른 댐퍼(264)가 마련되어 있다. 댐퍼(264)는 제2 압축 스테이지(202)에 근접하여, 제2 압축 스테이지(202)의 흡입 압력의 변동을 억제한다. 이와 같이, 스테이지 접속 유로(113)에 있어서의 제1 압축 스테이지(201)와 제2 압축 스테이지(202) 사이의 유로 구간에는, 두 댐퍼(263, 264)가 마련된다. 댐퍼(263, 264) 간의 거리(스테이지 접속 유로(113)에 따른 거리임. 이하 마찬가지임)는, 제1 압축 스테이지(201)와 댐퍼(263) 사이의 거리, 및, 제2 압축 스테이지(202)와 댐퍼(264) 사이의 거리보다도 크다. 이하에 설명하는 다른 압축 스테이지간에 있어서도, 이 거리의 관계와 마찬가지의 관계가 되도록 두 댐퍼가 배치된다.
제2 압축 스테이지(202)와 제3 압축 스테이지(203) 사이의 유로 구간에는, 댐퍼(265, 266)가 마련되어 있다. 댐퍼(265)는 제2 압축 스테이지(202)에 근접하여, 제2 압축 스테이지(202)의 토출 압력의 변동이 억제된다. 댐퍼(266)는 제3 압축 스테이지(203)에 근접하여, 제3 압축 스테이지(203)의 흡입 압력의 변동이 억제된다.
제3 압축 스테이지(203)와 제4 압축 스테이지(204) 사이의 유로 구간에는, 제3 압축 스테이지(203) 및 제4 압축 스테이지(204)에 각각 근접하는 댐퍼(267, 268)가 마련된다. 댐퍼(267, 268)에 의해 제3 압축 스테이지(203)의 토출 압력과 제4 압축 스테이지(204)의 흡입 압력의 변동이 억제된다. 제4 압축 스테이지(204)와 제5 압축 스테이지(205) 사이의 유로 구간에는, 이들 압축 스테이지(204, 205)에 각각 근접하는 댐퍼(271, 272)가 마련되어, 제4 압축 스테이지(204)의 토출 압력과 제5 압축 스테이지(205)의 흡입 압력의 변동이 억제된다.
수요처 접속 유로(114)에는, 제5 압축 스테이지(205)에 근접하여 나머지 하나의 댐퍼(273)가 배치되어 있다. 댐퍼(273)는, 제5 압축 스테이지(205)의 토출 압력의 변동을 억제한다.
복수의 쿨러는, 스테이지 접속 유로(113) 및 수요처 접속 유로(114)에 마련되어 있다. 구체적으로는, 쿨러(281)는, 댐퍼(263, 264) 사이의 유로 구간에 배치되어 있다. 다른 쿨러(282)는, 댐퍼(265, 266) 사이의 유로 구간에 배치되어 있다. 또 다른 쿨러(283)는 댐퍼(267, 268) 사이의 유로 구간에 배치되어 있다. 또 다른 쿨러(284)는, 댐퍼(271, 272) 사이의 유로 구간에 배치되어 있다. 나머지 쿨러(285)는, 수요처 접속 유로(114)에 있어서 댐퍼(273)의 하류측에 배치되어 있다. 쿨러(281 내지 285)는, 제1 내지 제5 압축 스테이지(201 내지 205)에 의해 압축된 대상 가스를 각각 냉각하기 위해 마련되어 있다.
압축기 유닛(100)은, 수요처로 공급되는 대상 가스의 압력이나 유량을 조정하기 위한 제어나 압축기(500)의 정지 시에 있어서 유로(110)를 탈압하기 위한 제어를 행하도록 구성되어 있다. 이들 제어에 사용되는 제어 관련 부위가 이하에 설명된다.
수요처로 공급되는 대상 가스의 압력이나 유량을 조정하기 위해, 압축기 유닛(100)은, 바이패스 라인(411)과, 제어 밸브(412)와, 압력 센서(413)와, 제어부(414)를 갖고 있다. 바이패스 라인(411)은, 스테이지 접속 유로(113)에 있어서 쿨러(284)와 제5 압축 스테이지(205)의 흡입측의 댐퍼(272) 사이로부터 분기되고, 저장조 접속 유로(111)에 접속되어 있다. 즉, 바이패스 라인(411)은, 제1 내지 제4 압축 스테이지(201 내지 204) 및 댐퍼(261 내지 268, 271)에 걸쳐, 제1 압축 스테이지(201)의 상류측으로 대상 가스를 되돌리도록 구성되어 있다. 제어 밸브(412)는, 바이패스 라인(411)에 마련되어 있다. 압력 센서(413)는, 쿨러(284)와 댐퍼(272) 사이에 배치되며, 제5 압축 스테이지(205)의 흡입측에 있어서의 대상 가스의 압력을 검출한다.
압력 센서(413) 및 제어 밸브(412)에는, 제어부(414)에 전기적으로 접속되어 있다. 제어부(414)는, 압력 센서(413)에서 취득된 압력에 기초하여 제어 밸브(412)의 개방도를 제어한다. 또한, 제어부(414)는 소프트웨어로서 구축되어도 되고, 전용 회로로 구축되어도 된다.
압축기 유닛(100)은 탈압 제어를 위해, 탈압 라인(415)과, 두 개폐 밸브(416, 417)와, 역지 밸브(418)를 갖고 있다. 역지 밸브(418)는, 최종의 압축 스테이지인 제5 압축 스테이지(205)의 토출측 유로(즉, 수요처 접속 유로(114))에 마련된다. 개폐 밸브(416)는, 역지 밸브(418)보다도 하류측에 마련되어 있다. 개폐 밸브(416)의 개방도는, 제어부(414)로부터의 지령 신호의 수신에 따라서 제어된다. 탈압 라인(415)은, 역지 밸브(418)의 하류측이면서 개폐 밸브(416)의 상류측에 있어서, 수요처 접속 유로(114)로부터 분기되어 있다. 탈압 라인(415)의 선단은, 대기 개방되어 있어도 되고, 탈압 라인(415)을 통해 압축기 유닛(100)으로부터 방출된 대상 가스를 연소시키는 플레어 설비에 접속되어 있어도 된다. 개폐 밸브(417)는, 탈압 라인(415)에 마련되어 있다. 개폐 밸브(417)의 개방도는, 제어부(414)로부터의 지령 신호의 수신에 따라서 제어된다. 압축기 유닛(100)의 구동 시에는, 통상, 개폐 밸브(417)는 폐쇄되어 있다.
압축기 유닛(100)의 동작 및 대상 가스의 흐름이 이하에 설명된다.
모터(302)가 작동하면, 크랭크 기구의 크로스헤드가 직선적으로 왕복동한다. 크로스헤드의 동력은, 제1 내지 제5 압축 스테이지(201 내지 205)의 피스톤 로드(213)를 통해, 제1 내지 제5 압축 스테이지(201 내지 205)의 피스톤(212)에 전달된다. 이 결과, 이들 피스톤(212)도 직선적으로 왕복동한다.
이때, 각 압축 스테이지(201 내지 205)에서는, 크랭크 기구에 사용된 윤활유가 피스톤 로드(213)의 외주부를 따라서 실린더부(211)로 이동하려고 한다. 그러나, 와이퍼부(231)의 내주부는, 피스톤 로드(213)의 외주부에 접촉되어 있으므로, 크랭크 케이스(301)로부터 유출되려고 한 윤활유의 대부분은, 와이퍼부(231)에 의해 긁어내진다. 이에 의해, 실린더부(211)로의 윤활유의 진입이 억제된다.
또한, 피스톤 로드(213)의 와이퍼부(231)보다도 실린더부(211)측에는, 오일 슬링거(232)가 마련되어 있다. 이에 의해, 매우 미량의 윤활유가 와이퍼부(231)를 넘었다고 해도 오일 슬링거(232)에 의해 윤활유의 진입이 저지된다.
제1 내지 제4 압축 스테이지(201 내지 204)에서는, 피스톤(212)의 왕복동에 수반하여 2개의 압축실(221, 222)에서의 대상 가스의 흡입 및 토출이 교대로 전환된다. 제5 압축 스테이지(205)에서는 하나의 압축실(222)에서의 대상 가스의 흡입 및 토출이 행해진다. 각 압축 스테이지(201 내지 205)로부터 토출된 대상 가스는 쿨러(281 내지 285)를 통과함으로써 냉각된다.
압축기(500)가 작동되고 있는 동안, 압력 센서(413)는, 제5 압축 스테이지(205)의 흡입 압력을 검출하고 있다. 검출된 압력은 제어부(414)로 출력된다. 제어부(414)는, 취득된 압력에 기초하여, 제5 압축 스테이지(205)의 흡입 압력이 대략 일정해지도록 제어 밸브(412)의 개방도를 제어한다. 제5 압축 스테이지(205)에서는, 제1 내지 제4 압축 스테이지(201 내지 204)에서 승압된 100bar 내지 150bar 정도의 대상 가스가, 300bar 정도까지 더 승압되는 점에서, 제1 시일부(241)의 마모가 진행되기 쉽고, 처리량 저하에 의한 압력 변동이 발생하기 쉽다. 이에 비해, 압축기 유닛(100)에서는, 바이패스 라인(411)을 사용하여 제5 압축 스테이지(205)의 흡입 압력이 대략 일정해지도록 제어되기 때문에 안정된 운전을 계속할 수 있다.
압축기(500)의 정지 시에는, 압축기 유닛(100)에 대한 탈압 처리를 요구하는 외부 신호가 제어부(414)에 입력된다. 외부 신호는, 작업자의 조작에 따라서 생성되어도 되고, 압축기 유닛(100)의 상태를 감시하고 있는 센서가 압축기 유닛(100)의 이상을 검출하였을 때 생성되어도 된다. 제어부(414)는, 압축기 유닛(100)의 하류측에 있는 설비의 외부 신호의 수신에 따라서, 개폐 밸브(416)를 폐쇄하기 위한 지령 신호 및 개폐 밸브(417)를 개방하기 위한 지령 신호를 생성한다. 이들 지령 신호는, 개폐 밸브(416, 417)로 각각 출력된다. 개폐 밸브(416)는, 지령 신호에 따라서 폐쇄되는 한편, 개폐 밸브(417)는, 지령 신호에 따라서 개방된다.
개폐 밸브(417)가 개방됨으로써, 제5 압축 스테이지(205) 내의 대상 가스는 탈압 라인(415)을 통해 배출된다. 제5 압축 스테이지(205)와 탈압 라인(415) 사이에 역지 밸브(418)가 마련됨으로써, 탈압 라인(415)으로부터 제5 압축 스테이지(205)로의 역류가 방지된다. 또한, 개폐 밸브(416)가 폐쇄되어 있기 때문에 수요처로부터 대상 가스가 역류하는 것도 방지된다. 탈압 라인(415)에 유입된 대상 가스는 대기 중에 방출되거나, 플레어 설비에서 연소되거나 한다. 또한, 압축기 유닛(100)에서는, 제1 내지 제4 압축 스테이지(201 내지 204) 내의 대상 가스도 탈압 라인(415)에 의해 탈압되어도 된다. 또한, 제1 내지 제4 압축 스테이지(201 내지 204)에 다른 탈압 라인이 마련되어도 된다.
이상, 본 실시 형태에 관한 압축기 유닛(100)에 대하여 설명하였지만, 종래, 선박 내에서 보일 오프 가스를 엔진 등의 수요처에 공급하는 압축기에서는, 일본 특허 공개 제2018-128039호 공보에 개시된 바와 같이, 급유식 압축기가 사용되고, 당해 압축기로부터 토출된 보일 오프 가스에 포함되는 윤활유는 세퍼레이터 등에 의해 회수되고 있었다. 이에 비해, 압축기(500)에서는, 모든 압축 스테이지(201 내지 205)에 있어서 제1 및 제2 시일부(241, 242)를 무급유식으로 함으로써, 애당초 대상 가스 중에 오일이 혼입되어 버리는 것이 방지된다. 또한, 와이퍼부(231) 및 오일 슬링거(232)에 의해 크랭크 기구의 윤활에 사용된 윤활유가 실린더부(211)로 진입하는 것이 방지되어, 보다 확실하게 대상 가스를 청정하게 유지할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 시일부(241, 242)가 접촉식으로 되는 점에서, 시일성을 향상시킬 수 있다. 특히, 최종의 압축 스테이지인 제5 압축 스테이지(205)에서는, 100bar 내지 150bar의 대상 가스를 300bar(혹은 그 이상으로)까지 승압하는 고압 환경 하가 되는 점에서, 제5 압축 스테이지(205)의 제1 및 제2 시일부(241, 242)는, 래비린스 시일 등의 비접촉식이 아니라, 접촉식인 것이 바람직하다.
이와 같이, 압축기(500)에서는, 제1 및 제2 시일부(241, 242)에 무급유식이면서 접촉식의 시일 부재를 사용함으로써 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
압축기(500)에서는, 가장 고압의 환경 하에서 구동되는 제5 압축 스테이지(205)는 싱글 액팅 구조로 함으로써, 제2 시일부(242)의 부하를 경감하고, 또한 다른 압축 스테이지(201 내지 204)는 더블 액팅 구조로 함으로써 대상 가스의 처리량을 확보할 수 있다.
제5 압축 스테이지(205)에서는, 압축실(222)과 제2 시일부(242) 사이에 비압축실(223)이 마련되기 때문에, 제2 시일부(242)의 부하를 보다 저감할 수 있다. 병렬로 배치된 두 제1 압축 스테이지(201)에 의해 대상 가스를 압축함으로써, 대상 가스의 처리량을 보다 확보할 수 있다.
압축기(500)에서는, 종래 기술과는 달리, 시일부로의 급유는 불필요하므로, 급유를 위한 부대 설비가 필요치 않다. 그 결과, 급유식의 압축기에 비해, 압축기 유닛(100) 내의 레이아웃을 간소화할 수 있다.
와이퍼부(231)가 설치된 크랭크 케이스(301)의 내압은, 대기압과 대략 동일하다. 와이퍼부(231)보다 피스톤(212)측의 공간(즉, 크로스 가이드(303)의 내부 공간)에는, 대기압과 대략 동일한 압력의 불활성 가스가 공급되고 있다. 따라서, 와이퍼부(231)의 전후의 압력차는 대략 제로이다. 이에 의해, 압력차에 기인하는 와이퍼부(231)의 변형을 억제할 수 있기 때문에, 와이퍼부(231)의 시일 성능을 장기간에 걸쳐 발휘할 수 있다. 게다가, 제1 내지 제5 압축 스테이지(201 내지 205) 모두에 있어서, 와이퍼부(231)의 주위에 있어서의 압력차가 대략 제로이므로, 제1 내지 제5 압축 스테이지(201 내지 205)의 와이퍼부(231)는, 공통의 부재를 사용하여 형성될 수 있다.
제5 압축 스테이지(205)에서는, 제1 시일부(241) 및 제2 시일부(242)에 사용되는 피스톤 링(243) 및 링부(249)는, 폴리이미드(PI) 및 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 중 적어도 한쪽을 주성분으로 하거나, 또는, 이것 중 한쪽 혹은 양쪽과 PTFE 혹은 변성 PTFE를 혼합한 것을 주성분으로 하는 재료를 사용하여 형성되어 있다. 이들 재료는, PTFE만을 주성분으로 하는 재료에 비해 경질이므로, 고압 환경 하라도, 제1 시일부(241) 및 제2 시일부(242)는 변형되기 어려워, 장기간에 걸쳐 우수한 시일 성능을 가질 수 있다.
댐퍼(261 내지 268, 271 내지 273)가 각각, 제1 내지 제5 압축 스테이지(201 내지 205)의 흡입측 및 토출측의 근방에 마련됨으로써, 대상 가스의 압력 변동이 효과적으로 억제된다. 이에 의해, 압력 변동에 기인하는 압축기 유닛(100)의 진동이 억제된다.
스테이지 접속 유로(113)에 있어서의 바이패스 라인(411)의 상류단(바이패스 라인(411) 내의 흐름 방향에 있어서의 상류측의 단부)의 접속 위치는, 댐퍼(271, 272) 사이이다. 이에 의해, 바이패스 라인(411)의 상류단의 접속 위치가, 제4 압축 스테이지(204)와 댐퍼(271) 사이인 경우나, 제5 압축 스테이지(205)와 댐퍼(272) 사이인 경우에 비해, 제4 압축 스테이지(204)의 토출 압력이나 제5 압축 스테이지(205)의 흡입 압력의 변동의 영향을 바이패스 라인(411)에 받기 어려워진다.
또한, 저장조 접속 유로(111)에 있어서의 바이패스 라인(411)의 하류단(바이패스 라인(411) 내의 흐름 방향에 있어서의 하류측의 단부)의 접속 위치는, 제1 압축 스테이지(201)의 흡입측의 댐퍼(261, 262)보다도 상류측이다. 바이패스 라인(411)의 하류단의 접속 위치가, 제1 압축 스테이지(201)와 댐퍼(261) 사이에 위치하는 경우에 비해, 바이패스 라인(411)은, 제1 압축 스테이지(201)의 흡입 압력의 변동의 영향을 받기 어려워진다
도 1에 도시한 압축기 유닛(100)에서는, 탈압 제어는 제어부(414)와는 다른 제어부에 의해 행해져도 된다. 탈압 처리의 다른 방법으로서, 수요처의 압력을 낮추기 위해 개폐 밸브(416)가 개방된 상태가 유지되어도 된다. 또한, 유로(110)로부터의 탈압 라인(415)의 분기부의 상류에 있어서, 역지 밸브(418)가 마련되어 있기 때문에, 수요처로부터 압축기 유닛(100)을 향하는 대상 가스의 흐름이 방지된다.
도 4는 바이패스 라인의 다른 예를 도시하는 도면이다. 스테이지 접속 유로(113)에 있어서의 바이패스 라인(411)의 상류단은, 제4 압축 스테이지(204)의 토출측의 댐퍼(271)와 클러(284) 사이에 있어서 유로(110)로부터 분기되어도 된다.
도 5는 바이패스 라인의 또 다른 예를 도시하는 도면이다. 바이패스 라인(411)의 상류단은, 제4 압축 스테이지(204)의 토출측의 댐퍼(271)에 직접 접속되어 있어도 된다.
도 6은 바이패스 라인의 또 다른 예를 도시하는 도면이다. 도 6에서는, 2개의 바이패스 라인(421, 422)을 사용하여, 수요처로 공급되는 대상 가스의 압력이나 유량이 제어된다. 압축기 유닛(100A)의 다른 구성은 압축기 유닛(100)과 마찬가지이다.
스테이지 접속 유로(113)에 있어서의 바이패스 라인(421)의 상류단(바이패스 라인(411) 내의 흐름 방향에 있어서의 상류측의 단부)의 접속 위치는, 제5 압축 스테이지(205)의 흡입측의 댐퍼(272)와 쿨러(284) 사이이다. 또한, 스테이지 접속 유로(113)에 있어서의 바이패스 라인(411)의 하류단(바이패스 라인(411) 내의 흐름 방향에 있어서의 하류측의 단부)의 접속 위치는, 제3 압축 스테이지(203)의 흡입측의 댐퍼(266)와 쿨러(282) 사이이다. 바이패스 라인(421)과 제5 압축 스테이지(205)의 흡입측의 댐퍼(271) 사이에는 압력 센서(413)가 마련된다.
스테이지 접속 유로(113)에 있어서의 바이패스 라인(422)의 상류단의 접속 위치는, 제3 압축 스테이지(203)의 흡입측의 댐퍼(266)와 쿨러(282) 사이이다. 또한, 저장조 접속 유로(111)에 있어서의 바이패스 라인(411)의 하류단의 접속 위치는, 제1 압축 스테이지(201)의 흡입측의 댐퍼(261, 262)보다도 상류측이다. 바이패스 라인(422)과 제2 압축 스테이지(202)의 토출측의 댐퍼(265) 사이에는 압력 센서(419)가 마련된다.
제어 밸브(423)는, 바이패스 라인(421)에 설치되어 있다. 제어 밸브(424)는, 바이패스 라인(422)에 설치되어 있다.
제어부(414)에서는, 압력 센서(413)로부터 취득된 압력에 기초하여 제5 압축 스테이지(205)의 흡입 압력이 대략 일정해지도록 제어 밸브(423)의 개방도가 제어된다. 또한, 압력 센서(419)로부터 취득된 검출값에 기초하여 제3 압축 스테이지(203)의 흡입 압력이 대략 일정해지도록 제어 밸브(424)의 개방도가 제어된다.
도 6에 도시한 압축기 유닛(100A)에서는, 제1 압축 스테이지(201)의 흡입측과 제5 압축 스테이지(205)의 토출측 사이에서 매우 큰 압력차(약 300bar)가 발생하고 있지만, 두 바이패스 라인(421, 422)을 사용함으로써 2단계로 압력을 제어할 수 있기 때문에, 압력의 변동을 보다 효과적으로 억제하는 것이 가능해진다.
이상에 설명한 바와 같이, 압축기 유닛(100, 100A)에서는, 제1 압축 스테이지(201) 내지 제5 압축 스테이지의 모든 제1 시일부(241) 및 제2 시일부(242)가 무급식이다. 이 때문에, 바이패스 라인을 흐르는 대상 가스에 윤활유는 혼입될 우려가 없다. 따라서, 바이패스 라인의 상류단 및 하류단의 접속 위치, 그리고, 바이패스 라인의 수를 임의로 설정할 수 있다.
상술한 실시 형태에 관하여, 대상 가스는, 단일의 수요처에 공급되고 있다. 그러나, 대상 가스는, 복수의 수요처에 공급되어도 된다. 세 수요처에 대상 가스를 공급하도록 구성된 압축기 유닛(100B)이, 도 7에 도시되어 있다. 도 1 및 도 7을 참조하여, 압축기 유닛(100B)이 설명된다.
도 7에 도시한 제5 압축 스테이지(205)의 토출측의 유로(수요처 접속 유로(114))에 「수요처1」이 연결된다. 수요처1은 선박의 엔진이다. 스테이지 접속 유로(113)에 있어서의 제4 압축 스테이지(204)와 제5 압축 스테이지(205) 사이의 유로 구간으로부터 신장되는 공급관(431)에 「수요처2」가 연결된다. 수요처2는 대상 가스를 재액화하는 액화 장치이다. 액화 장치는, 재액화된 대상 가스가 LNG 저장조(101)로 되돌아가도록 LNG 저장조(101)에 도시하지 않은 관 부재를 사용하여 접속된다. 스테이지 접속 유로(113)에 있어서의 제2 압축 스테이지(202)와 제3 압축 스테이지(203) 사이의 유로 구간으로부터 신장되는 공급관(432)에 「수요처3」이 연결된다. 수요처3은 선박에 탑재된 발전기이다.
LNG 저장조(101)로부터 수요처1로 공급되는 대상 가스의 처리에 사용되는 구조는, 도 1을 참조하여 설명된 압축기 유닛(100)과 동일하다.
압축기 유닛(100B)은, 압축기 유닛(100)의 바이패스 라인(411) 대신에, 바이패스 라인(433, 434, 435)을 갖고 있다.
바이패스 라인(433)은 제5 압축 스테이지(205) 및 그 전후의 댐퍼(272, 273)에 걸친다. 바이패스 라인(434)은 제3 및 제4 압축 스테이지(203, 204), 그리고, 그것들의 전후의 댐퍼(266 내지 268, 271)에 걸친다. 바이패스 라인(435)은 제1 및 제2 압축 스테이지(201, 202), 그리고, 댐퍼(261 내지 265)에 걸친다.
제어 밸브(436, 437, 438)는 각각 바이패스 라인(433, 434, 435)에 설치되어 있다. 제어 밸브(436, 437, 438)는 제어부(414)에 접속되어 있다.
제어부(414)에 의해, 압력 센서(413)의 검출값에 기초하여 제5 압축 스테이지(205)의 토출 압력이 일정해지도록 제어 밸브(436)의 개방도가 제어된다. 마찬가지로, 압력 센서(441)의 검출값에 기초하여 제5 압축 스테이지(205)의 흡입 압력이 일정해지도록 제어 밸브(437)의 개방도가 제어된다. 압력 센서(442)의 검출값에 기초하여 제3 압축 스테이지(203)의 흡입 압력이 일정해지도록 제어 밸브(438)의 개방도가 제어된다.
압축기 유닛(100B)은, 3개의 수요처1 내지 3에 유입되는 대상 가스의 압력을 조정 가능하게 하기 위해, 3개의 바이패스 라인(433, 434, 435), 및 이들에 마련된 제어 밸브(436, 437, 438)를 가짐으로써, 수요처에 적합한 유량 및/또는 압력을 얻을 수 있다.
도 8은 압축기 유닛의 다른 예를 도시하는 도면이다. 압축기 유닛(100C)에서는, 스테이지 접속 유로(113)에 있어서의 각 압축 스테이지(201 내지 205) 사이 의 유로 구간의 맥동을 무시할 수 있는 경우에는, 댐퍼는 하나여도 된다. 이에 의해 압축기 유닛(100C)을 염가로 제조 가능하다.
도 9는 제5 압축 스테이지(205)의 제2 시일부(242)의 다른 예를 도시하는 도면이다. 압박부(294)에는, 시일부(249) 등을 냉각하기 위한 냉각 유체가 공급되는 관통 구멍(295)이 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 냉각 유체는 물이다. 냉각 유체는 부동액이어도 된다. 관통 구멍(295)은, 피스톤 로드(213)가 삽입 관통된 관통 구멍으로부터 반경 방향으로 어긋난 위치에 형성되어 있다.
가장 상측의 케이스부(244)를 제외하고, 케이스부(244)에는, 냉각 유체가 흐르는 케이스 냉각 유로(290)가 형성되어 있다.
케이스 냉각 유로(290)는, 압축실(221)측을 향한 케이스부(244)의 면에 형성된 환형 홈(291)과, 환형 홈(291)에 연결되도록 축 방향으로 케이스부(244)를 관통한 관통 구멍(292)을 포함하고 있다. 반경 방향에 있어서의 관통 구멍(292)의 형성 위치는, 압박부(294)의 관통 구멍(295)의 형성 위치에 대응하고 있다.
가장 하측의 케이스부(244)의 환형 홈(291)은 배출로(도 9에서 파선으로 나타냄)에 연통하고 있다.
냉각 유체는 압박부(294)의 관통 구멍(295)에 공급되면, 환형 홈(291)에 유입되어 케이스부(244)를 냉각하고, 배출로를 통해 배출된다. 이에 의해, 링부(249)와 피스톤 로드(213) 사이에 발생한 마찰열이 제거된다. 그 결과, 제2 시일부(242)는 윤활유가 공급되지 않더라도, 장기간에 걸쳐 우수한 시일 성능을 유지할 수 있다.
이 제2 시일부(242)의 구조는, 제1 내지 제4 압축 스테이지(201 내지 204)에 적용되어도 된다. 또한, 도 9의 제2 시일부(242)에서는, 가장 상측의 케이스부(244)에 환형 홈(291)이 형성되어도 된다.
도 10 내지 도 12는 제5 압축 스테이지(205)의 실린더부(211)의 다른 예를 도시하는 도면이다. 도 10은 실린더부(211)의 개략적인 평면도다. 도 11은 도 10의 A-A선을 따르는 실린더부(211)의 개략적인 단면도다. 도 12는 실린더부(211)의 축 상에서 A-A선에 직교하는 B-B선을 따르는 실린더부(211)의 개략적인 단면도다. 도 2, 도 10 내지 도 12를 참조하여, 실린더부(211)가 설명된다.
실린더부(211)는, 프론트 헤드(218)와, 피스톤(212)이 수용된 통부(216)와, 통부(216)의 외측면에 설치된 두 재킷(526)과, 도 3과 마찬가지의 리어 헤드(217)를 갖는다. 도 10에 도시한 바와 같이, 통부(216)는, 평면으로 보아 대략 직사각형의 평면 형상을 갖고 있다. 프론트 헤드(218) 및 통부(216)의 주위면은, 한 쌍의 제1 면(523)(도 10의 좌우의 면)과, 제1 면(523)에 대략 직교하는 한 쌍의 제2 면(524)(도 10의 상하의 면)을 포함하고 있다.
통부(216)에는, 한 쌍의 제1 면(523)을 관통하는 복수의 제1 관통 구멍(541) 및 복수의 제2 관통 구멍(542)이 형성되어 있다. 제1 관통 구멍(541) 및 제2 관통 구멍(542)의 양단은, 한 쌍의 제1 면(523)에 있어서 개구되어 있다. 제1 관통 구멍(541)은, 피스톤(212)이 수용된 수용 공간과 한쪽(도 10의 상측)의 제2 면(524) 사이를 통과하고 있다. 제2 관통 구멍(542)은, 피스톤(212)을 사이에 두고 제1 관통 구멍(541)과는 반대측의 위치하고, 피스톤(212)이 수용된 수용 공간과 한쪽(도 10의 하측)의 제2 면(524) 사이를 통과하고 있다.
도 11에 도시한 바와 같이, 복수의 제1 관통 구멍(541) 및 복수의 제2 관통 구멍(542)의 존재 영역은, 제1 시일부(241)(즉, 복수의 피스톤 링(243))의 존재 영역의 일부와 직경 방향에 있어서 겹친다.
도 10에 도시한 바와 같이, 실린더부(211)는 한 쌍의 제1 면(523)에 고정된 한 쌍의 재킷(526)을 갖고 있다. 이들 재킷(526) 각각은, 대응하는 제1 면(523)으로부터 이격된 위치에 배치된 저벽부(527)와, 저벽부(527)의 외주연으로부터 대응하는 제1 면(523)을 향하여 돌출된 주위벽부(528)를 갖고 있다. 주위벽부(528)의 선단 엣지면은, 대응하는 제1 면(523)에 맞닿아 있다. 주위벽부(528) 및 제1 면(523)의 맞닿음 부위는, 시일 재료에 의해 시일되어 있다.
실린더부(211)에서는, 제1 면(523), 주위벽부(528) 및 저벽부(527)에 의해 둘러싸인 유로(529)가 형성된다. 유로(529)는 제1 관통 구멍(541) 및 제2 관통 구멍(542)과 연통된다.
압축기(500)에서는, 유로(529), 복수의 제1 관통 구멍(541) 및 복수의 제2 관통 구멍(542)에 의해 제1 시일부(241)(및 피스톤(212))를 둘레 방향으로 둘러싸는 실린더 냉각 유로부(540)가 형성된다. 한 쌍의 재킷(526) 중 한쪽에는, 유로(529)로 냉각 유체를 공급하기 위한 공급로(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 다른 쪽 재킷(526)에는, 제1 시일부(241)의 냉각 후의 냉각 유체를 배출하기 위한 배출로(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 압축기(500)의 구동 시에는, 냉각 유체는 공급로를 통해 한쪽 재킷(526)의 유로(529)에 공급되고, 제1 관통 구멍(541) 및 제2 관통 구멍(542)을 통과한 후, 다른 쪽 재킷(526)의 유로(529)에 유입되어 배출로로부터 배출된다.
실린더 냉각 유로부(540)가 제1 시일부(241)를 전체 둘레에 걸쳐 냉각함으로써 제1 시일부(241)에 있어서 발생한 열을 효율적으로 제거할 수 있다. 그 결과, 제1 시일부(241)는, 윤활유가 공급되지 않더라도, 장기간에 걸쳐 우수한 시일 성능을 유지할 수 있다.
상기 구성에 의하면, 통부(216)에 직접적으로 제1 관통 구멍(541) 및 제2 관통 구멍(542)을 마련함으로써, 피스톤(212)에 가까운 위치에 냉각 유체를 흘릴 수 있기 때문에, 냉각 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
도 13은 제5 압축 스테이지(205)에 관한 실린더 냉각 유로부(540)의 다른 예를 도시하는 개략적인 평면도다. 도 14는 실린더부(211)의 개략적인 종단면도다. 실린더 냉각 유로부(540)는, 재킷(526)을 사용하지 않고 형성되어도 된다.
도 13에 도시한 바와 같이, 실린더 냉각 유로부(540)는, 복수의 제1 관통 구멍(541), 복수의 제2 관통 구멍(542), 복수의 제3 관통 구멍(543), 복수의 제4 관통 구멍(544), 및, 복수의 축 방향 유로부(532)를 구비한다. 복수의 제1 관통 구멍(541)은 한 쌍의 제1 면(523)을 관통하도록 형성된다. 복수의 제2 관통 구멍(542)은 피스톤(212)을 사이에 두고 제1 관통 구멍(541)과는 반대측에 위치하고, 한 쌍의 제1 면(523)을 관통한다. 복수의 제3 관통 구멍(543)은 한 쌍의 제2 면(524)을 관통하도록 형성된다. 복수의 제4 관통 구멍(544)은, 피스톤(212)을 사이에 두고 제3 관통 구멍(543)과는 반대측에 위치하고, 한 쌍의 제2 면(524)을 관통한다. 제1 내지 제4 관통 구멍(541 내지 544)의 개구는 밀봉 부재(533)에 의해 폐색되어 있다. 실린더 냉각 유로부(540)에서는, 1조의 제1 내지 제4 관통 구멍(541 내지 544)에 의해 제1 시일부(241)(및 피스톤(212))를 둘러싸는 유로가 형성된다. 도 14에 도시한 바와 같이, 당해 유로는 축 방향 유로부(532)에 의해, 축 방향에 있어서의 다른 유로와 서로 연통되어 있다. 냉각 유체는, 도시하지 않은 공급로로부터 실린더 냉각 유로부 전체를 흐르고, 도시하지 않은 배출로로부터 배출된다. 축 방향 유로부(532)의 일단 혹은 양단은, 실린더부(211)의 상면 또는 하면을 관통하여, 시일되어 있다.
실린더부(211)는, 재킷(526)을 갖고 있지 않으므로, 재킷(526)만큼, 도 10을 참조하여 설명된 실린더부(211)보다도 소형화된다.
도 10 내지 도 14에 도시된 실린더 냉각 유로부(540)는, 피스톤(212)을 둘러싸도록 환형으로 연속한 유로로 구성되어 있다. 그러나, 반드시, 환형으로 연속한 유로로 피스톤(212)을 둘러쌀 필요는 없고, 독립된 복수의 유로로 피스톤(212)을 둘러싸도 된다. 즉, 대략 직사각형 실린더부의 네 외측면(제1 면(523) 및 제2 면(524)에 상당하는 면) 각각에 대응하는 독립된 유로가 형성되어도 된다. 예를 들어, 도 15에 도시한 바와 같이, 실린더 냉각 유로부(540)는, 두 재킷(526)에 의해 형성된 두 유로(529)와, 두 유로(529)와는 독립된 복수의 제1 관통 구멍(541) 및 복수의 제2 관통 구멍(542)에 의해 형성되어도 된다.
도 10 내지 도 15를 참조하여 설명된 실린더부(211)의 구조는, 제5 압축 스테이지(205) 이외의 압축 스테이지(201 내지 204)에 적용되어도 된다. 또한, 실린더부(211)에서는, 제1 시일부(241)를 충분히 냉각할 수 있는 것이면, 제1 내지 제4 관통 구멍(541 내지 544)의 수는 하나여도 된다.
도 16은 제5 압축 스테이지(205)의 실린더부(211)의 다른 구조를 도시하는 도면이다. 실린더부(211)에서는, 리어 헤드(217)가 생략되고, 제2 시일부(242)가 통부(216)의 개구단을 폐색해도 된다(즉, 리어 헤드(217)의 역할을 겸해도 된다). 다른 압축 스테이지(201 내지 204)의 실린더부(211)도 도 16과 마찬가지의 구조가 채용되어도 된다.
도 17은 압축기(500)의 다른 예를 도시하는 도면이다. 압축기(500)에서는, 제5 압축 스테이지(205E)(최종의 압축 스테이지) 및 제4 압축 스테이지(204E)(하나 전의 압축 스테이지)가 탠덤 구조로 되어도 된다.
제4 압축 스테이지(204E)는, 제5 압축 스테이지(205E)보다도 크랭크 기구측에 형성되어 있다. 제4 압축 스테이지(204E)의 실린더부(211)는, 피스톤 로드(213)의 축 방향으로 연장되는 통부(511)와, 크랭크 기구와는 반대측에 있어서 통부(511)의 개구단을 폐쇄하는 상부(512)를 갖고 있다. 상부(512)에는, 통부(511)와 대략 동축의 관통 구멍이 형성되어 있다. 크랭크 기구측의 통부(511)의 개구단은, 리어 헤드(217)에 의해 폐쇄되어 있다. 리어 헤드(217)에는, 제2 시일부(242)가 고정되어 있다.
제4 압축 스테이지(204E)의 피스톤(513)은 피스톤 로드(213)에 접속되어 있다. 피스톤(513)의 외주부에는, 복수의 피스톤 링(243)이 장착되고, 이들 피스톤 링(243)은, 제4 압축 스테이지(204E)의 제1 시일부(241)를 형성하고 있다.
실린더부(211) 내에 있어서 피스톤(513)을 사이에 두고 크랭크 기구와는 반대측의 공간은, 제4 압축 스테이지(204E)의 압축실(224a)로서 사용된다. 피스톤(513)을 사이에 두고 크랭크 기구측의 공간은 비압축실(224b)이며, 비압축실(224b)에는, 제4 압축 스테이지(204E)의 흡입측의 유로로 개방되도록 배관이 접속된다. 또한, 비압축실은 토출측에 접속되어도 된다.
제5 압축 스테이지(205E)의 실린더부(211)는, 통부(514)와 프론트 헤드(515)를 갖고 있다. 통부(514)는, 제4 압축 스테이지(204E)의 상부(512)에 마련된다. 제5 압축 스테이지(205E)의 통부(514)의 내경은, 제4 압축 스테이지(204E)의 통부(511)의 내경보다도 작다.
제5 압축 스테이지(205E)의 피스톤(516)은, 제4 압축 스테이지(204)의 피스톤(513)과 일체적으로 형성된다. 제5 압축 스테이지(205E)의 피스톤(516)의 직경은, 제4 압축 스테이지(204E)의 피스톤(513)의 직경보다도 작다. 피스톤(516)의 외주부에는, 복수의 피스톤 링(243)이 장착되고, 이들 피스톤 링(243)은, 제5 압축 스테이지(205E)의 제1 시일부(241)를 형성하고 있다.
실린더부(211) 내에 있어서 피스톤(516)을 사이에 두고 크랭크 기구와는 반대측의 공간은, 제5 압축 스테이지(205E)의 압축실(225)로서 사용된다.
제4 압축 스테이지(204E) 및 제5 압축 스테이지(205E)가 탠덤 구조이기 때문에, 제5 압축 스테이지(205E)는, 피스톤 로드(213), 제2 시일부(242), 와이퍼부(231) 및 오일 슬링거(232)를 제4 압축 스테이지(204E)와 공유하고 있다. 바꾸어 말하면, 제4 압축 스테이지(204E)의 피스톤 로드(213), 제2 시일부(242), 와이퍼부(231) 및 오일 슬링거(232)가 제5 압축 스테이지(205E)에 공통으로 사용되고 있다. 즉, 제4 압축 스테이지(204E)의 피스톤 로드(213)는, 제5 압축 스테이지(205E)의 피스톤의 구동에 사용되고 있다. 제4 압축 스테이지(204E)의 제2 시일부(242)는, 제5 압축 스테이지(205E)의 실린더부(211) 내의 대상 가스가 제4 압축 스테이지(204E)의 실린더부(211)를 통해 크랭크 기구측으로 누출되는 것을 방지하고 있다. 제4 압축 스테이지(204E)의 와이퍼부(231) 및 오일 슬링거(232)는, 제4 압축 스테이지(204E)의 실린더부(211)로의 윤활유의 유입뿐만 아니라 제5 압축 스테이지(205E)의 실린더부(211)로의 윤활유의 유입도 방지하고 있다.
상술한 바와 같이, 제4 압축 스테이지(204E)의 피스톤(513)과 제2 시일부(242) 사이의 공간이 비압축실(224b)로 되기 때문에, 제2 시일부(242)에 가해지는 부하가 경감된다.
도 18은 제4 및 제5 압축 스테이지(204E, 205E)의 탠덤 구조의 다른 예를 도시하는 도면이다. 제4 압축 스테이지(204E)에서는, 피스톤(513)을 사이에 두고 크랭크 기구와는 반대측의 공간이 비압축실(224b)로 되고, 피스톤(513)을 사이에 두고 크랭크 기구측의 공간이 압축실(224c)로서 사용된다. 또한, 도 19에 도시한 바와 같이, 제4 압축 스테이지(204E)에서는, 피스톤(513)의 양측의 공간이 압축실(224d, 224e)로 되어도 된다.
도 20은 압축기(500)의 또 다른 예를 도시하는 도면이다. 제4 압축 스테이지(204) 및 제5 압축 스테이지(205)가 하나의 실린더부(211)에 의해 실현되어도 된다. 실린더부(211)에서는, 피스톤(212)의 전방 및 후방에 흡입 밸브(214) 및 토출 밸브(215)가 각각 마련된다. 실린더부(211) 내에 있어서 피스톤(212)을 사이에 두고 크랭크 기구와는 반대측의 공간은, 도 1의 제3 압축 스테이지(203)의 토출측의 유로에 접속되어 있고, 제4 압축 스테이지(204)의 압축실(224f)로서 기능한다.
또한, 실린더부(211) 내에 있어서 피스톤(212)을 사이에 두고 크랭크 기구측의 공간은, 압축실(224f)에 접속되어 있고, 제5 압축 스테이지(205)의 압축실(225a)로서 기능한다. 압축실(224f, 225a)을 연결하는 유로 상에는, 2개의 댐퍼(271, 272) 및 당해 댐퍼(271, 272) 사이에 위치하는 쿨러(284)가 마련된다.
압축기(500)에서는, 제4 압축 스테이지(204)의 압축실(224f)에서 대상 가스가 압축되어 토출됨과 동시에 제5 압축 스테이지(205)의 압축실(225a)에 대상 가스가 흡입된다. 제4 압축 스테이지(204)의 압축실(224f)에서 대상 가스가 흡입됨과 동시에 제5 압축 스테이지(205)의 압축실(225a)에서 대상 가스가 압축되어 토출된다. 도 20에 도시한 구성에서는, 부품수가 삭감된다.
도 21은 압축기 유닛(100)의 또 다른 예를 도시하는 도면이다. 도 21에 도시한 바와 같이, 도 1의 개폐 밸브(416)는 생략되어도 된다. 이 경우, 수요처 접속 유로(114)에 있어서, 탈압 라인(415)은 역지 밸브(418)보다도 상류측에 위치한다. 탈압 처리 시에는, 수요처 내의 대상 가스의 역류(압축기 유닛(100)을 향하는 대상 가스의 흐름)가 역지 밸브(418)에 의해 방지된다. 도 21에 도시되어 있는 탈압 구조는, 개폐 밸브(416)가 마련되어 있지 않은 만큼, 도 1을 참조하여 설명된 탈압 구조보다도 간소화되어 있다.
금회 개시된 실시 형태는, 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것은 아니라고 이해되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 설명이 아니라 특허 청구 범위에 의해 나타나고, 특허 청구 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
상술한 제5 압축 스테이지(205)에서는, 제1 시일부(241)의 주된 시일 기능이 피스톤 링(243)과 실린더부(211)의 접촉에 의해 실현되는 것이면, 제1 시일부(241)로서 일부에 래비린스 등의 비접촉식 시일 구조를 갖는 것이 사용되어도 된다. 제2 시일부(242)에 대해서도 마찬가지이다. 제1 내지 제4 압축 스테이지(201 내지 204)의 제1 시일부(241) 및 제2 시일부(242)에 있어서도 마찬가지이다. 또한, 확실하게 시일 기능을 행할 수 있는 것이면, 제5 압축 스테이지(205)를 제외한 압축 스테이지(201 내지 204) 전부 또는 일부에 있어서, 제1 및 제2 시일부(241, 242)가 비접촉식뿐인 시일 구조(예를 들어, 래비린스 시일)로 되어도 된다.
제1 내지 제4 압축 스테이지(201 내지 204)의 피스톤 링(243)은, 제5 압축 스테이지(205)의 피스톤 링(243)과 동일한 재료의 것이 사용되어도 된다. 제2 시일부(242)의 링부(249)에 있어서도 마찬가지이다.
도 2에 도시한 제5 압축 스테이지(205)에서는, 프론트 헤드(218)와 피스톤(212) 사이의 공간을 압축실(222)로서 이용하고 있지만, 리어 헤드(217)와 피스톤(212) 사이의 공간이, 제5 압축 스테이지(205)의 압축실로서 이용되어도 된다.
상술한 실시 형태에 관하여, 압축기 유닛(100)은, 도 22에 도시한 바와 같이 단일의 제1 압축 스테이지(201)를 갖고 있어도 된다.
도 1을 참조하여 설명된 2개의 제1 압축 스테이지(201)를 병렬로 접속하는 구조는, 제2 내지 제5 압축 스테이지(202 내지 205)에 적용되어도 된다.
상술한 실시 형태에 관하여, 바이패스 라인 대신에, 무단계의 용량 조정 기구가 최종의 압축 스테이지에 마련되어도 된다. 용량 조정 기구는, 흡입 밸브 언로더 방식이어도 되고, 클리어런스 포켓 방식이어도 되고, 스피드 컨트롤 방식이어도 된다. 용량 조정 기구는, 압력 센서(413)의 검출 압력이 소정의 제어 목표 범위에 들어가도록, 제어부(414)에 의해 제어된다.
상술한 실시 형태에 관하여, 압축기 유닛(100, 100A)에서는, 최종의 압축 스테이지가 토출해야 할 압력에 따라서 압축 스테이지의 수는 3, 4 또는 6 중 어느 것으로 설정되어도 된다.
상술한 실시 형태에 관하여, 압축기(500)와 마찬가지의 구조는, 피스톤(212)이 수평 방향으로 왕복동하는 횡형 압축기에 적용되어도 된다(도 23을 참조).
상술한 다양한 실시 형태에 관련하여 설명된 기화 장치는, 이하의 특징을 주로 구비하고 있다.
상술한 실시 형태의 일 국면에 관한 압축기 유닛은, 선박 내에 설치되며, 상기 선박의 LNG 저장조로부터 보일 오프 가스인 대상 가스를 회수하여 적어도 일부를 수요처에 공급하도록 구성되어 있다. 압축기 유닛은, 대상 가스를 순차적으로 승압하는 복수의 압축 스테이지와, 상기 복수의 압축 스테이지 사이에 마련되어, 압력의 변동을 억제하기 위한 복수의 댐퍼와, 각 압축 스테이지의 피스톤을 구동하는 크랭크 기구를 구비하고 있다. 상기 복수의 압축 스테이지가 각각, 피스톤과, 상기 피스톤에 접속되며, 상기 크랭크 기구의 동력을 상기 피스톤에 전달하는 피스톤 로드와, 상기 피스톤을 수용하고, 압축실을 형성하는 실린더부와, 상기 피스톤과 상기 실린더부 사이를 시일하는 제1 시일부와, 상기 피스톤 로드의 주위를 둘러싸서, 상기 실린더부 내에 흡입된 대상 가스가 상기 크랭크 기구측으로 흐르는 것을 억제하는 제2 시일부와, 상기 제2 시일부보다도 상기 크랭크 기구측에서 상기 피스톤 로드의 주위를 둘러싸서, 상기 크랭크 기구 내의 윤활유가 상기 실린더부측으로 진입하는 것을 억제하는 와이퍼부와, 상기 와이퍼부와 상기 제2 시일부 사이에서 상기 피스톤 로드에 설치되어, 상기 윤활유의 상기 실린더부측으로의 진입을 더 억제하는 오일 슬링거를 구비하고 있다. 모든 상기 제1 시일부 및 상기 제2 시일부가 무급유식이다. 적어도 최종의 압축 스테이지에 있어서, 상기 제1 시일부가, 피스톤의 외주부에 마련되어 상기 피스톤과 실린더부 사이를 시일하는 피스톤 링군을 갖고, 상기 제2 시일부가, 상기 실린더부와 피스톤 로드 사이에 배치되는 복수의 케이스부, 및, 상기 복수의 케이스부에 보유 지지되는 복수의 링부를 갖고, 상기 적어도 최종의 압축 스테이지의 상기 제1 시일부 및 상기 제2 시일부가 접촉식이다.
상기 구성에 의하면, 압축기 유닛의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 즉, 와이퍼부 및 오일 슬링거가 마련되어 있기 때문에, 크랭크 기구 내의 윤활유가 실린더부 내에 진입하여, 대상 가스에 혼입되는 것이 억제된다. 게다가, 모든 제1 시일부 및 제2 시일부가 무급유식이므로, 대상 가스에 윤활유가 혼입되는 것이 방지된다. 이들 시일부를 무급유식으로 하는 것만으로는, 이들 시일부에 가해지는 부하가 과대해진다. 그러나, 압력의 변동을 억제하기 위한 복수의 댐퍼가, 복수의 압축 스테이지 사이에 설치되어 있기 때문에, 이들 시일부는, 큰 압력 변동에 노출되지 않는다. 이들 시일부는, 윤활유가 공급되지 않더라도, 시일 기능을 발휘하는 형상을 유지할 수 있으므로, 압축기 유닛은, 대상 가스를 압축실에 가둘 수 있다. 따라서, 압축실 내의 대상 가스를 신뢰성 높게 압축할 수 있다. 적어도 최종의 압축 스테이지의 제1 시일부 및 제2 시일부는 접촉식이므로, 접촉식의 제1 시일부 및 제2 시일부를 갖고 있는 압축 스테이지에서는, 고압 환경 하에서도 시일성이 유지된다. 따라서, 이들 시일부를 통한 가스의 누출이 억제된다.
상기 구성에 관하여, 상기 적어도 최종의 압축 스테이지에 있어서, 상기 복수의 케이스부에 케이스 냉각 유로가 형성되어 있어도 된다. 상기 케이스 냉각 유로에 공급되는 냉각 유체로서 물 또는 부동액이 사용되어도 된다.
상기 구성에 의하면, 무급유식의 경우, 급유식과 비교하여 보다 발열되기 쉬운 환경 하에서의 사용이 된다. 상기 구성에 의하면, 냉각 유체를 케이스 냉각 유로에 유통시킴으로써, 제2 시일부를 효율적으로 냉각할 수 있다.
상기 구성에 관하여, 상기 최종의 압축 스테이지에 있어서, 상기 압축실이 상기 실린더부의 상기 피스톤을 사이에 두고 일방측의 공간뿐이어도 된다. 상기 실린더부의 타방측의 공간은, 상기 최종의 압축 스테이지와 상기 최종의 하나 전의 압축 스테이지를 접속하는 스테이지 접속 유로인 상기 최종의 압축 스테이지의 흡입측 유로, 또는 수요처 접속 유로 중 한쪽에 개방되어 있어도 된다.
상기 구성에 의하면, 최종의 압축 스테이지에 있어서의 압축실이, 실린더부의 피스톤을 사이에 두고 일방측의 공간뿐이며, 실린더부의 타방측의 공간은, 최종의 압축 스테이지와 최종의 하나 전의 압축 스테이지를 접속하는 스테이지 접속 유로인 최종의 압축 스테이지의 흡입측 유로, 또는 수요처 접속 유로 중 한쪽에 개방되어 있다. 즉, 최종의 압축 스테이지는, 싱글 액팅의 구조를 갖고 있다. 더블 액팅에 비해, 실린더에 배치되어 압축실로의 가스의 출입을 컨트롤하고 있는 흡입 밸브, 토출 밸브를 1실분으로 줄일 수 있는 등 고압용 부품 개수를 삭감할 수 있는 효과가 있다.
상기 구성에 관하여, 상기 일방측의 공간이, 상기 피스톤을 사이에 두고 상기 크랭크 기구와는 반대측의 공간이어도 된다. 상기 타방측의 공간이, 상기 크랭크 기구측의 공간이어도 된다.
상기 구성에 의하면, 크랭크 기구측의 공간을 비압축실로 함으로써, 제2 시일부(로드 패킹)의 부하를 저감할 수 있다.
상기 구성에 관하여, 상기 최종의 하나 전의 압축 스테이지의 실린더부 상에 상기 최종의 압축 스테이지의 실린더부가 마련된 탠덤 구조를 갖고 있어도 된다. 상기 최종의 하나 전의 압축 스테이지에 있어서의 피스톤과, 상기 피스톤보다도 직경이 작은 상기 최종의 압축 스테이지에 있어서의 피스톤이 일체로 구성되어도 된다. 상기 최종의 압축 스테이지에 있어서, 상기 피스톤을 사이에 두고 상기 크랭크 기구와는 반대측의 공간만이 압축실이어도 된다.
상기 구성에 의하면, 크랭크 기구측의 공간을 비압축실로 함으로써, 제2 시일부(로드 패킹)의 부하를 저감할 수 있다.
상기 구성에 관하여, 하나의 실린더부에 있어서, 피스톤을 사이에 두고 크랭크 기구측의 공간이 상기 최종의 압축 스테이지의 압축실이어도 된다. 상기 피스톤을 사이에 두고 상기 크랭크 기구와는 반대측의 공간이 상기 최종의 압축 스테이지의 하나 전의 압축 스테이지의 압축실이어도 된다.
상기 구성에 의하면, 최종 및 하나 전의 압축 스테이지의 압축실을 하나의 피스톤의 양측의 공간에 형성함으로써, 각각의 실린더부에 마련하는 경우에 비해, 제1 시일부 및 제2 시일부의 부품 개수를 줄일 수 있어, 대상 가스의 누설의 리스크를 저감할 수 있다.
상기 구성에 관하여, 모든 압축 스테이지에 있어서, 상기 제1 시일부가, 피스톤의 외주부에 마련되어 상기 피스톤과 실린더부 사이를 시일하는 피스톤 링군을 갖고 있어도 된다. 상기 제2 시일부가, 상기 실린더부와 피스톤 로드 사이에 배치되는 복수의 케이스부, 및, 상기 복수의 케이스부에 보유 지지되는 복수의 링부를 갖고 있어도 된다. 상기 제1 시일부 및 상기 제2 시일부가 접촉식이어도 된다.
상기 구성에 의하면, 비접촉식의 시일(래비린스 시일)과 비교하여, 시일성을 보다 향상시킬 수 있다.
상기 구성에 관하여, 상기 최종의 압축 스테이지의 제1 시일부, 및/또는 제2 시일부의 링 재질의 주성분이 PEEK 또는 PI 중 한쪽 또는 양쪽으로 구성되거나, 또는 그들 중 한쪽 또는 양쪽이 PTFE와 혼합되어 있어도 된다.
상기 구성에 의하면, 최종의 압축 스테이지에 있어서의 피스톤 링의 내압성을 향상시킬 수 있다.
상술한 실시 형태의 다른 국면에 관한 압축기 유닛은, 선박 내에 설치되며, 상기 선박의 LNG 저장조로부터 보일 오프 가스인 대상 가스를 회수하여 적어도 일부를 수요처에 공급하도록 구성되어 있다. 압축기 유닛은, 대상 가스를 순차적으로 승압하는 복수의 압축 스테이지와, 상기 복수의 압축 스테이지 사이에 마련되어, 압력의 변동을 억제하기 위한 복수의 댐퍼와, 각 압축 스테이지의 피스톤을 구동하는 크랭크 기구를 구비하고 있다. 상기 복수의 압축 스테이지 중 최초의 압축 스테이지로부터 최종의 압축 스테이지의 하나 전의 압축 스테이지까지의 압축 스테이지가 각각, 피스톤과, 상기 피스톤에 접속되며, 상기 크랭크 기구의 동력을 상기 피스톤에 전달하는 피스톤 로드와, 상기 피스톤을 수용하고, 압축실을 형성하는 실린더부와, 상기 피스톤과 상기 실린더부 사이를 시일하는 제1 시일부와, 상기 피스톤 로드의 주위를 둘러싸서, 상기 실린더부 내에 흡입된 대상 가스가 상기 크랭크 기구측으로 흐르는 것을 억제하는 제2 시일부와, 상기 제2 시일부보다도 상기 크랭크 기구측에서 상기 피스톤 로드의 주위를 둘러싸서, 상기 크랭크 기구 내의 윤활유가 상기 실린더부측으로 진입하는 것을 억제하는 와이퍼부와, 상기 와이퍼부와 상기 제2 시일부 사이에서 상기 피스톤 로드에 설치되어, 상기 윤활유의 상기 실린더부측으로의 진입을 더 억제하는 오일 슬링거를 구비하고 있다. 상기 최종의 하나 전의 압축 스테이지 및 상기 최종의 압축 스테이지는, 상기 최종의 하나 전의 압축 스테이지의 실린더군 상에 상기 최종의 압축 스테이지의 실린더부가 마련된 탠덤 구조를 갖고 있다. 상기 최종의 하나 전의 압축 스테이지에 있어서의 피스톤과, 상기 피스톤보다도 직경이 작은 상기 최종의 압축 스테이지에 있어서의 피스톤이 일체로 구성되어 있다. 상기 최종의 압축 스테이지는, 피스톤 로드, 제2 시일부, 와이퍼부 및 오일 슬링거를 최종의 하나 전의 압축 스테이지와 공유하고 있다. 적어도 최종의 압축 스테이지에 있어서, 상기 제1 시일부가, 피스톤의 외주부에 마련되어 상기 피스톤과 실린더부 사이를 시일하는 피스톤 링군을 갖고 있음과 함께 접촉식으로 구성되어 있다. 적어도 최종의 하나 전의 압축 스테이지에 있어서, 상기 제2 시일부가, 상기 실린더부와 피스톤 로드 사이에 배치되는 복수의 케이스부, 및, 상기 복수의 케이스부에 보유 지지되는 복수의 링부를 갖고 있음과 함께 접촉식으로 구성되어 있다. 모든 상기 제1 시일부 및 상기 제2 시일부가 무급유식이다.
상기 구성에 의하면, 압축기 유닛의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 즉, 와이퍼부 및 오일 슬링거가 마련되어 있기 때문에, 크랭크 기구 내의 윤활유가 실린더부 내에 진입하여, 대상 가스에 혼입되는 것이 억제된다. 게다가, 모든 제1 시일부 및 제2 시일부가 무급유식이므로, 대상 가스에 윤활유가 혼입되는 것이 방지된다. 이들 시일부를 무급유식으로 하는 것만으로는, 이들 시일부에 가해지는 부하가 과대해진다. 그러나, 압력의 변동을 억제하기 위한 복수의 댐퍼가, 복수의 압축 스테이지 사이에 마련되어 있기 때문에, 이들 시일부는, 큰 압력 변동에 노출되지 않는다. 이들 시일부는, 윤활유가 공급되지 않더라도, 시일 기능을 발휘하는 형상을 유지할 수 있으므로, 압축기 유닛은, 대상 가스를 압축실에 가둘 수 있다. 따라서, 압축실 내의 대상 가스를 신뢰성 높게 압축할 수 있다. 적어도 최종의 압축 스테이지의 제1 시일부 및 적어도 최종의 압축 스테이지의 하나 전의 압축 스테이지 최종의 압축 스테이지의 하나 전의 압축 스테이지 제2 시일부는 접촉식이므로, 접촉식의 제1 시일부 및 제2 시일부를 갖고 있는 압축 스테이지에서는, 고압 환경 하에서도 시일성이 유지되어, 이들 시일부를 통한 가스의 누출이 억제된다.
상기 구성에 관하여, 상기 최종의 압축 스테이지에 있어서, 상기 피스톤을 사이에 두고 상기 크랭크 기구와는 반대측의 공간만이 압축실이어도 된다.
상기 구성에 관하여, 상기 최종의 하나 전의 압축 스테이지에 있어서, 상기 피스톤을 사이에 두고 상기 크랭크 기구와는 반대측의 공간이 비압축실로 되고, 상기 피스톤을 사이에 두고 상기 크랭크 기구측의 공간이 압축실로서 사용되고 있어도 된다.
상기 구성에 관하여, 상기 적어도 최종의 스테이지에 있어서, 상기 실린더부가, 상기 피스톤을 둘러싸도록 냉각 유체가 흐르는 실린더 냉각 유로부를 구비하고 있어도 된다. 상기 실린더 냉각 유로부는, 상기 실린더부에 형성된 관통 구멍을 포함하고 있어도 된다.
무급유식의 경우, 급유식과 비교하여 보다 발열되기 쉬운 환경 하에서의 사용이 된다. 상기 구성에 의하면, 실린더부를 둘러싸는 냉각 유로부에 냉각 유체를 공급함으로써, 제1 시일부를 효율적으로 냉각할 수 있다.
상기 구성에 관하여, 상기 적어도 최종의 하나 전의 압축 스테이지에 있어서, 상기 복수의 케이스부에 케이스 냉각 유로가 형성되어 있어도 된다. 상기 케이스 냉각 유로에 공급되는 냉각 유체로서 물 또는 부동액이 사용되어도 된다.
상기 구성에 의하면, 무급유식의 경우, 급유식과 비교하여 보다 발열되기 쉬운 환경 하에서의 사용이 된다. 상기 구성에 의하면, 냉각 유체를 케이스 냉각 유로에 유통시킴으로써, 제2 시일부를 효율적으로 냉각할 수 있다.
상기 구성에 관하여, 모든 압축 스테이지에 있어서, 상기 제1 시일 부재가, 피스톤의 외주부에 마련되어 상기 피스톤과 실린더부 사이를 시일하는 피스톤 링군을 갖고 있음과 함께 접촉식이어도 된다. 상기 최초의 압축 스테이지로부터 상기 최종의 압축 스테이지의 하나 전의 압축 스테이지까지의 상기 압축 스테이지에 있어서, 상기 제2 시일부가, 상기 실린더부와 피스톤 로드 사이에 배치되는 복수의 케이스부, 및, 상기 복수의 케이스부에 보유 지지되는 복수의 링부를 갖고 있음과 함께 접촉식이어도 된다.
상기 구성에 의하면, 비접촉식의 시일(래비린스 시일)과 비교하여, 시일성을 보다 향상시킬 수 있다.
상기 구성에 관하여, 상기 최종의 압축 스테이지의 제1 시일부, 및/또는, 상기 최종의 압축 스테이지의 하나 전의 압축 스테이지의 제2 시일부의 링 재질의 주성분이 PEEK 또는 PI 중 한쪽 또는 양쪽으로 구성되거나, 또는 그들 중 한쪽 또는 양쪽이 PTFE와 혼합되어 있어도 된다.
상기 구성에 의하면, 최종의 압축 스테이지에 있어서의 피스톤 링의 내압성을 향상시킬 수 있다.
상기 구성에 관하여, 상기 크랭크 기구 내에 있어서, 상기 와이퍼부의 전후의 공간의 압력차가 대략 제로여도 된다.
상기 구성에 의하면, 와이퍼부에 대한 부하를 저감시킬 수 있다.
상기 구성에 관하여, 상기 공간의 압력이 대기압과 대략 동일해도 된다.
상기 구성에 의하면, 공간의 압력을 대기압보다도 높게 하려고 하면 크랭크 케이스 내에 밀폐 구조가 필요해지지만, 대기압이면 그 구조가 불필요하게 되어, 비용 삭감을 도모할 수 있다.
상기 구성에 관하여, 압축기 유닛은, 압축 스테이지간에 걸쳐 대상 가스를 상류측으로 되돌리는 바이패스 라인을 추가로 구비하고 있어도 된다.
상기 구성에 의하면, 바이패스 라인을 마련함으로써, 최적의 운전 조건에서 운전할 수 있다.
상술한 실시 형태의 다른 국면에 관한 압축기 유닛의 정지 방법에 관하여, 상술한 압축기 유닛이, 상기 최종의 압축 스테이지의 토출측 유로에 마련된 역지 밸브와, 상기 역지 밸브보다도 더 하류측에서 상기 토출측 유로에 접속되는 탈압 라인과, 상기 탈압 라인보다도 하류측에서 상기 토출측 유로에 마련된 개폐 밸브를 추가로 구비하고 있어도 된다. 상기 압축기 유닛의 정지 시에 있어서, 상기 개폐 밸브를 폐쇄함과 함께, 상기 탈압 라인을 개방함으로써 상기 최종의 압축 스테이지의 실린더부 내의 압력을 낮추어도 된다.
상기 구성에 의하면, 개폐 밸브를 폐쇄함으로써 탈압 시에 수요처로부터 가스가 역류되어 버리는 것을 방지할 수 있고, 또한, 역지 밸브가 마련되어 있음으로써 압축기 유닛측으로 가스가 역류되어 버리는 것도 방지할 수 있다. 또한, 탈압 라인에 의한 해방 시에 필요에 따라서 개폐 밸브를 개방함으로써, 수요처측의 탈압도 가능해진다.
상술한 실시 형태의 다른 국면에 관한 압축기 유닛의 정지 방법에 관하여, 상술한 압축기 유닛이, 상기 최종의 압축 스테이지의 토출측 유로에 마련된 역지 밸브와, 상기 최종의 압축 스테이지와 상기 역지 밸브 사이에서 상기 토출측 유로에 접속되는 탈압 라인을 추가로 구비하고 있어도 된다. 상기 압축기 유닛의 정지 시에 있어서, 상기 탈압 라인을 개방함으로써 상기 최종의 압축 스테이지의 실린더부 내의 압력을 낮추어도 된다.
상기 구성에 의하면, 간이한 구성으로 탈압 시에 수요처로부터 가스가 역류되어 버리는 것을 방지할 수 있다.
상술한 실시 형태의 다른 국면에 관한 복수의 압축 스테이지는, 상술한 압축기 유닛에 사용된다.
상술한 실시 형태의 기술은, 선박에 탑재된 압축기 유닛에 적합하게 이용된다.

Claims (22)

  1. 선박 내에 설치되며, 상기 선박의 LNG 저장조로부터 보일 오프 가스인 대상 가스를 회수하여 적어도 일부를 수요처에 공급하는 압축기 유닛이며,
    대상 가스를 순차적으로 승압하는 복수의 압축 스테이지와,
    상기 복수의 압축 스테이지 사이에 마련되어, 압력의 변동을 억제하기 위한 복수의 댐퍼와,
    각 압축 스테이지의 피스톤을 구동하는 크랭크 기구
    를 구비하고,
    상기 복수의 압축 스테이지가 각각,
    피스톤과,
    상기 피스톤에 접속되며, 상기 크랭크 기구의 동력을 상기 피스톤에 전달하는 피스톤 로드와,
    상기 피스톤을 수용하고, 압축실을 형성하는 실린더부와,
    상기 피스톤과 상기 실린더부 사이를 시일하는 제1 시일부와,
    상기 피스톤 로드의 주위를 둘러싸서, 상기 실린더부 내에 흡입된 대상 가스가 상기 크랭크 기구측으로 흐르는 것을 억제하는 제2 시일부와,
    상기 제2 시일부보다도 상기 크랭크 기구측에서 상기 피스톤 로드의 주위를 둘러싸서, 상기 크랭크 기구 내의 윤활유가 상기 실린더부측으로 진입하는 것을 억제하는 와이퍼부와,
    상기 와이퍼부와 상기 제2 시일부 사이에서 상기 피스톤 로드에 설치되어, 상기 윤활유의 상기 실린더부측으로의 진입을 더 억제하는 오일 슬링거를 구비하고,
    모든 상기 제1 시일부 및 상기 제2 시일부가 무급유식이며,
    적어도 최종의 압축 스테이지에 있어서,
    상기 제1 시일부가, 피스톤의 외주부에 마련되어 상기 피스톤과 실린더부 사이를 시일하는 피스톤 링군을 갖고,
    상기 제2 시일부가, 상기 실린더부와 피스톤 로드 사이에 배치되는 복수의 케이스부, 및, 상기 복수의 케이스부에 보유 지지되는 복수의 링부를 갖고,
    상기 적어도 최종의 압축 스테이지의 상기 제1 시일부 및 상기 제2 시일부가 접촉식인 압축기 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 최종의 압축 스테이지에 있어서, 상기 복수의 케이스부에 케이스 냉각 유로가 형성되고,
    상기 케이스 냉각 유로에 공급되는 냉각 유체로서 물 또는 부동액이 사용되는 압축기 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 최종의 압축 스테이지에 있어서, 상기 압축실이 상기 실린더부의 상기 피스톤을 사이에 두고 일방측의 공간뿐이며,
    상기 실린더부의 타방측의 공간은, 상기 최종의 압축 스테이지와 상기 최종의 하나 전의 압축 스테이지를 접속하는 스테이지 접속 유로인 상기 최종의 압축 스테이지의 흡입측 유로, 또는 수요처 접속 유로 중 한쪽에 개방되어 있는 압축기 유닛.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 일방측의 공간이, 상기 피스톤을 사이에 두고 상기 크랭크 기구와는 반대측의 공간이며, 상기 타방측의 공간이, 상기 크랭크 기구측의 공간인 압축기 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 최종의 하나 전의 압축 스테이지의 실린더부 상에 상기 최종의 압축 스테이지의 실린더부가 마련된 탠덤 구조를 갖고,
    상기 최종의 하나 전의 압축 스테이지에 있어서의 피스톤과, 상기 피스톤보다도 직경이 작은 상기 최종의 압축 스테이지에 있어서의 피스톤이 일체로 구성되고,
    상기 최종의 압축 스테이지에 있어서, 상기 피스톤을 사이에 두고 상기 크랭크 기구와는 반대측의 공간만이 압축실인 압축기 유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    하나의 실린더부에 있어서, 피스톤을 사이에 두고 크랭크 기구측의 공간이 상기 최종의 압축 스테이지의 압축실이며, 상기 피스톤을 사이에 두고 상기 크랭크 기구와는 반대측의 공간이 상기 최종의 압축 스테이지의 하나 전의 압축 스테이지의 압축실인 압축기 유닛.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    모든 압축 스테이지에 있어서,
    상기 제1 시일부가, 피스톤의 외주부에 마련되어 상기 피스톤과 실린더부 사이를 시일하는 피스톤 링군을 갖고,
    상기 제2 시일부가, 상기 실린더부와 피스톤 로드 사이에 배치되는 복수의 케이스부, 및, 상기 복수의 케이스부에 보유 지지되는 복수의 링부를 갖고,
    상기 제1 시일부 및 상기 제2 시일부가 접촉식인 압축기 유닛.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 최종의 압축 스테이지의 제1 시일부, 및/또는 제2 시일부의 링 재질의 주성분이 PEEK 또는 PI 중 한쪽 또는 양쪽으로 구성되거나, 또는 그것들 중 한쪽 또는 양쪽이 PTFE와 혼합되어 있는 압축기 유닛.
  9. 선박 내에 설치되며, 상기 선박의 LNG 저장조로부터 보일 오프 가스인 대상 가스를 회수하여 적어도 일부를 수요처에 공급하는 압축기 유닛이며,
    대상 가스를 순차적으로 승압하는 복수의 압축 스테이지와,
    상기 복수의 압축 스테이지 사이에 마련되어, 압력의 변동을 억제하기 위한 복수의 댐퍼와,
    각 압축 스테이지의 피스톤을 구동하는 크랭크 기구를 구비하고,
    상기 복수의 압축 스테이지 중 최초의 압축 스테이지로부터 최종의 압축 스테이지의 하나 전의 압축 스테이지까지의 압축 스테이지가 각각,
    피스톤과,
    상기 피스톤에 접속되며, 상기 크랭크 기구의 동력을 상기 피스톤에 전달하는 피스톤 로드와,
    상기 피스톤을 수용하고, 압축실을 형성하는 실린더부와,
    상기 피스톤과 상기 실린더부 사이를 시일하는 제1 시일부와,
    상기 피스톤 로드의 주위를 둘러싸서, 상기 실린더부 내에 흡입된 대상 가스가 상기 크랭크 기구측으로 흐르는 것을 억제하는 제2 시일부와,
    상기 제2 시일부보다도 상기 크랭크 기구측에서 상기 피스톤 로드의 주위를 둘러싸서, 상기 크랭크 기구 내의 윤활유가 상기 실린더부측으로 진입하는 것을 억제하는 와이퍼부와,
    상기 와이퍼부와 상기 제2 시일부 사이에서 상기 피스톤 로드에 설치되어, 상기 윤활유의 상기 실린더부측으로의 진입을 더 억제하는 오일 슬링거를 구비하고,
    상기 최종의 하나 전의 압축 스테이지 및 상기 최종의 압축 스테이지는, 상기 최종의 하나 전의 압축 스테이지의 실린더부 상에 상기 최종의 압축 스테이지의 실린더부가 마련된 탠덤 구조를 갖고,
    상기 최종의 하나 전의 압축 스테이지에 있어서의 피스톤과, 상기 피스톤보다도 직경이 작은 상기 최종의 압축 스테이지에 있어서의 피스톤이 일체로 구성되고,
    상기 최종의 압축 스테이지는, 피스톤 로드, 제2 시일부, 와이퍼부 및 오일 슬링거를 최종의 하나 전의 압축 스테이지와 공유하고,
    적어도 최종의 압축 스테이지에 있어서,
    상기 제1 시일부가, 피스톤의 외주부에 마련되어 상기 피스톤과 실린더부 사이를 시일하는 피스톤 링군을 갖고 있음과 함께 접촉식으로 구성되고,
    적어도 최종의 하나 전의 압축 스테이지에 있어서,
    상기 제2 시일부가, 상기 실린더부와 피스톤 로드 사이에 배치되는 복수의 케이스부, 및, 상기 복수의 케이스부에 보유 지지되는 복수의 링부를 갖고 있음과 함께 접촉식으로 구성되고,
    모든 상기 제1 시일부 및 상기 제2 시일부가 무급유식인 압축기 유닛.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 최종의 압축 스테이지에 있어서, 상기 피스톤을 사이에 두고 상기 크랭크 기구와는 반대측의 공간만이 압축실인 압축기 유닛.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 최종의 하나 전의 압축 스테이지에 있어서, 상기 피스톤을 사이에 두고 상기 크랭크 기구와는 반대측의 공간이 비압축실로 되고, 상기 피스톤을 사이에 두고 상기 크랭크 기구측의 공간이 압축실로서 사용되는 압축기 유닛.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 최종의 하나 전의 압축 스테이지에 있어서, 상기 피스톤을 사이에 두고 상기 크랭크 기구와는 반대측의 공간이 압축실로 되고, 상기 피스톤을 사이에 두고 상기 크랭크 기구측의 공간이 비압축실로서 사용되는 압축기 유닛.
  13. 제1항 또는 제9항에 있어서,
    상기 적어도 최종의 스테이지에 있어서, 상기 실린더부가, 상기 피스톤을 둘러싸도록 냉각 유체가 흐르는 실린더 냉각 유로부를 구비하고,
    상기 실린더 냉각 유로부는, 상기 실린더부에 형성된 관통 구멍을 포함하는 압축기 유닛.
  14. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 최종의 하나 전의 압축 스테이지에 있어서, 상기 복수의 케이스부에 케이스 냉각 유로가 형성되고,
    상기 케이스 냉각 유로에 공급되는 냉각 유체로서 물 또는 부동액이 사용되는 압축기 유닛.
  15. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    모든 압축 스테이지에 있어서,
    상기 제1 시일부가, 피스톤의 외주부에 마련되어 상기 피스톤과 실린더부 사이를 시일하는 피스톤 링군을 갖고 있음과 함께 접촉식이며,
    상기 최초의 압축 스테이지로부터 상기 최종의 압축 스테이지의 하나 전의 압축 스테이지까지의 상기 압축 스테이지에 있어서,
    상기 제2 시일부가, 상기 실린더부와 피스톤 로드 사이에 배치되는 복수의 케이스부, 및, 상기 복수의 케이스부에 보유 지지되는 복수의 링부를 갖고 있음과 함께 접촉식인 압축기 유닛.
  16. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 최종의 압축 스테이지의 제1 시일부, 및/또는, 상기 최종의 압축 스테이지의 하나 전의 압축 스테이지의 제2 시일부의 링 재질의 주성분이 PEEK 또는 PI 중 한쪽 또는 양쪽으로 구성되거나, 또는 그것들 중 한쪽 또는 양쪽이 PTFE와 혼합되어 있는 압축기 유닛.
  17. 제1항 내지 제6항, 및 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크랭크 기구 내에 있어서, 상기 와이퍼부의 전후의 공간의 압력차가 제로인 압축기 유닛.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 공간의 압력이 대기압과 동일한 압축기 유닛.
  19. 제1항 내지 제6항, 및 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    압축 스테이지간에 걸쳐 대상 가스를 상류측으로 되돌리는 바이패스 라인을 추가로 구비하는 압축기 유닛.
  20. 압축기 유닛의 정지 방법이며,
    제1항 내지 제6항, 및 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 상기 압축기 유닛이,
    상기 최종의 압축 스테이지의 토출측 유로에 마련된 역지 밸브와,
    상기 역지 밸브보다도 더 하류측에서 상기 토출측 유로에 접속되는 탈압 라인과,
    상기 탈압 라인보다도 하류측에서 상기 토출측 유로에 마련된 개폐 밸브를 추가로 구비하고,
    상기 압축기 유닛의 정지 시에 있어서, 상기 개폐 밸브를 폐쇄함과 함께, 상기 탈압 라인을 개방함으로써 상기 최종의 압축 스테이지의 실린더부 내의 압력을 낮추는 압축기 유닛의 정지 방법.
  21. 압축기 유닛의 정지 방법이며,
    제1항 내지 제6항, 및 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 상기 압축기 유닛이,
    상기 최종의 압축 스테이지의 토출측 유로에 마련된 역지 밸브와,
    상기 최종의 압축 스테이지와 상기 역지 밸브 사이에서 상기 토출측 유로에 접속되는 탈압 라인을 추가로 구비하고,
    상기 압축기 유닛의 정지 시에 있어서, 상기 탈압 라인을 개방함으로써 상기 최종의 압축 스테이지의 실린더부 내의 압력을 낮추는 압축기 유닛의 정지 방법.
  22. 제1항 내지 제6항, 및 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 압축기 유닛에 사용되는 상기 복수의 압축 스테이지.
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