KR102179980B1 - 가스 압축용 압축기 모듈 및 이 압축기 모듈이 장착된 압축기 - Google Patents

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Abstract

가스 압축용 압축기 모듈은 일체형 압축기 요소 냉각기(22)를 지닌 하우징을 갖는 압축기 요소(2); 모터(5); 및 압축기 요소(2)에서 나온 압축 가스를 냉각하기 위한 가스 냉각기(10)로 구성되고, 가스 냉각기(10)는 냉각 대상 가스를 안내하는 제1 섹션(13)과, 제1 섹션(13)과 열교환 접촉하는 제2 섹션(16)을 포함하고, 제1 냉각 회로(17)가 가스 냉각기(10)의 제2 섹션(16)을 통해 또는 그 일부를 통해 냉각제를 안내할 수 있고, 제2 냉각 회로(23)가 압축기 요소 냉각기(22)를 통해 냉각제를 안내할 수 있으며, 제1 냉각 회로(17)와 제2 냉각 회로(23)는 직렬 또는 병렬로 함께 연결되고, 공동 유출구(19)로 통하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 압축용 압축기 모듈 및 이 압축기 모듈이 장착된 압축기
본 발명은 압축기 모듈 및 이 압축기 모듈이 장착된 압축기에 관한 것이다.
보다 정확하게는, 본 발명은 압축기 모듈을 냉각하는 냉각 시스템에 관한 것이다.
압축기용 냉각 시스템의 예는, 액냉식 압축기 - 각각의 하우징을 통과하는 일련의 통로를 통해 냉각이 수행됨 - 를 개시하고 있는 US 2751144 A 및 US 1764753 A에서 확인할 수 있다.
다른 기지의 압축기 모듈은 압축기 요소; 압축기 요소를 구동하는 모터; 적용 가능한 경우, 압축기 요소와 모터 사이의 기어박스; 압축 가스를 냉각하는 가스 냉각기; 및 오일 섬프, 오일 냉각기 및 베어링 그리고 적용 가능한 경우에 기어를 윤활시키기 위해 오일을 오일 섬프로부터 오일 냉각기와 오일 필터를 거쳐 압축기 모듈을 통과하도록 이동시키는 오일 펌프를 지닌 별도의 폐쇄형 오일 회로로 구성된다.
일반적으로, 다양한 구성요소들이 압축기의 하우징 내에 조립되고, 이에 의해 압축 가스가 냉각기 - 물과 같은 액체 냉각제가 통과하여 이동됨 - 에 의해 냉각되거나, 압축 가스는 주위 기류가 라디에이터의 냉각을 위해 하우징을 통과하게 만드는 팬에 의해 라디에이터에서 냉각된다.
냉각기와 라디에이터는 냉각제를 압축기 모듈을 따라 또는 압축기 모듈을 통과하도록 안내하기 위해, 유연성 또는 고정식 외부 파이프 또는 연결부에 의해 연결된다. 이들 파이프 및 연결부는 고가일뿐만 아니라, 그러한 압축기 모듈의 유지 관리 비용을 높일 수 있는 결함 및 누설에 취약하다.
공냉의 단점은, 압축열을 제거하는 환기용 공기가 유용하게 적용되기 어렵다는 것이다. 공냉을 이용하여 저온으로 냉각하는 것도 또한 어려운데, 그 이유는 환기용 공기 온도와 냉각 대상 매체 간의 작은 온도차 - 델타 T라고도 함- 를 실현하기 위해 극대형 냉각기가 필요하고, 이것은 비용이 매우 많이 들기 때문이다. 예컨대, 사실상 직접 또는 간접 공냉에 의해, 예컨대 라디에이터를 지닌 오일 회로에 의해 압축기 요소는 그 작동 속도에서 대체로 비교적 고온으로 유지되며, 이것은 압축 효율을 악화시킨다.
추가의 단점은, 라디에이터에 먼지와 다른 오염물이 축적되기 때문에 공냉이 감소한다는 것이다. 이러한 이유로, 라디에이터는 통상 충분한 냉각 용량을 보장하기 위해 대체로 특대화되며, 정기적으로 라디에이터를 청소해야만 하며, 이것은 가외의 비용이 발생함을 의미한다.
대다수의 압축기에서는, 주로 대형 압축기에서는 물이 냉각제로 사용된다.
그러한 압축기의 예는 수냉식 오일 프리 압축기가 설명된 US 2010/303,658 A에서 확인할 수 있으며, 상기 압축기는 저압단 및 고압단의 2개의 압축기 단, 인터쿨러, 애프터쿨러 및 오일 냉각기를 포함한다. 냉각수를 위한 경로는 냉각수 입력 포트에서, 애프터쿨러 및 인터쿨러를 위한 냉각수 경로와, 오일 냉각기를 위한 냉각수 경로로 분기된다.
냉각에 더하여, 물은 압축열을 압축기로부터 회수되게 할 수 있고, 이 회수된 열이 유용한 방식으로, 예컨대 건물 난방이나 발전 등을 위해 사용되게 할 수 있다.
그러한 열회수가 경제적이기 위해서는, 압축기부터, 압축 가스 및 압축기 요소 자체로부터뿐만 아니라, 모터, 적용 가능한 경우에는 모터의 구동부, 베어링 및 임의의 기어박스와 같은 다른 위치로부터 최대의 열을 추출하는 것이 필수적이며, 이것은, 예컨대 모터의 수냉에 의해 직접 또는 베어링 및 기어의 윤활을 위해 사용되는 오일로부터 열을 추출하는 것에 의해 간접적으로 이루어진다.
모터 및 압축기 요소의 냉각기는 대체로 외부 파이프에 의해 외부 냉각기가 연결된다.
오일 회로에는 통상 외부 파이프를 통해 연결되는 별개의 외부 냉각기에 마련된다.
물과 오일을 주위로 안내하기 위해 다수의 외부 파이프와 연결부가 필요하고, 이 경우에 이들 파이프와 연결부가 압축기의 비용을 높이며, 또한 가외의 결함 및 누설의 위험을 야기한다는 것이 단점이다.
본 발명의 목적은 전술한 단점 및 다른 단점 중 하나 이상에 대한 해결책을 마련하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 가스 압축용 압축기 모듈로서, 일체형 압축기 요소 냉각기를 지닌, 하우징을 갖는 압축기 요소; 모터와, 압축기 요소에서 나온 압축 가스를 냉각하고, 냉각 대상 가스가 안내될 수 있는 제1 섹션과, 제1 섹션과 열교환 접촉하는 제2 섹션을 지닌 가스 냉각기; 냉각제를 가스 냉각기의 제2 섹션 또는 그 일부를 통과하도록 안내할 수 있는 제1 냉각 회로 및 냉각제를 압축기 요소 냉각기를 통과하도록 안내할 수 있는 제2 냉각 회로로서, 제1 냉각 회로와 제2 냉각 회로가 직렬 또는 병렬로 함께 결합되어, 공동 출력부로 통하는 것인 제1 냉각회로 및 제2 냉각회로로 구성되고, 압축기 모듈은 오일 섬프와, 오일을 오일 섬프로부터 내부 채널을 통해 압축기 모듈의 고온부를 통과하도록 또는 이 고온부를 따라 이동시키기 위한 오일 펌프를 지닌 폐쇄형 오일 회로를 포함하며, 오일 회로의 오일은 상기 내부 채널 및/또는 오일 섬프를 통해 제1 냉각 회로 및/또는 제2 냉각 회로와 열교환 접촉하며, 상기 오일 펌프는 압축기 요소를 구동하는 모터에 의해 구동되는 것인 가스 압축용 압축기 모듈에 관한 것이다.
물이 냉각제로 사용될 수 있으며, 냉각제에는, 예컨대 부식을 억제하는 첨가제와 같은 임의의 첨가물이 첨가된다. 물 대신, 오일도 또한 냉각제로서 사용될 수 있다.
압축기 모듈은 압축기 요소와 모터 사이에, 하우징을 지닌 기어박스를 포함할 수 있다.
모터는 일체형 모터 냉각기를 지닌 하우징을 포함할 수 있다. 제2 냉각 회로는 냉각제를, 압축기 요소에 직렬 또는 병렬로 연결된 모터 냉각기를 통과하도록 안내할 수 있다.
제2 냉각 회로는 냉각제를, 압축기 요소에 직렬 또는 병렬로 연결된 모터 구동부 상의 냉각기를 통과하도록 안내할 수 있다.
삭제
바람직하게는, 오일 섬프에 대한 바이패스가 오일 펌프 이후에 마련된다. 이 바이패스에는 오일 냉각기가 마련될 수 있다. 이 오일 냉각기는 제1 또는 제2 냉각 회로와 열을 교환할 수 있다. 바람직하게는, 과압 밸브가 바이패스 파이프에 마련되고, 이에 따라 오일 펌프가 필요한 것보다 높은 오일 압력을 전달하면, 오일의 일부가 바이패스를 통해 오일 섬프로 안내된다.
오일 펌프는 또한 별개의 전기 모터에 의해 구동될 수 있다. 그 다음에, 속도 제어를 이용하여, 이러한 방식으로 베어링 및/또는 기어에 윤활을 위해 원하는 양의 오일과 냉각을 항시 제공하도록 오일 펌프에 의해 전달되는 유량 및/또는 압력이 제어될 수 있다.
바람직하게는, 오일 회로에 있는 오일은 모터 냉각기 및/또는 압축기 요소 냉각기와 열교환 접촉하는 모터 및/또는 압축기 요소의 내부 채널을 통해 제2 냉각 회로와 열교환 접촉한다.
바람직하게는, 오일 회로에 있는 오일은 가스 냉각기의 제2 섹션 또는 오일 섬프에 있는 오일과 열교환 접촉하는 제2 섹션의 일부를 통해 제1 냉각 회로와 열교환 접촉한다.
가능한 실시예에서, 가스 냉각기는 적어도 섬프 섹션에 의해 오일 섬프를 통과하도록 연장되고, 이에 의해 가스 냉각기의 이 섬프 섹션에 있는 가스 냉각기의 제1 섹션 및/또는 제2 섹션이 오일 섬프에 있는 오일과 열교환 접촉한다.
추가의 가능한 실시예에서, 가스 냉각기는 적어도 외부 섹션에 의해 오일 섬프 외측으로 연장되고, 이에 의해 이 외측 섹션의 제1 섹션의 외측 섹션에는, 냉각 대상 가스를 외측 섹션과 섬프 섹션을 연속적으로 통과하도록 안내할 수 있는 가스 유입구가 마련된다.
가스 냉각기의 제1 섹션은 튜브에 의해 형성될 수 있고, 이에 의해 가스 냉각기의 제2 섹션은 이 튜브 내에 또는 이 튜브 주위에 통합된다.
냉각이 완전히 통합된 것만큼 양호한 압축기 모듈의 장점은 그러한 압축기 모듈로 작동 압축기를 구성하는 것이 매우 용이하다는 것이다.
결국, 압축기 요소의 가스 유입구에 가스 필터를 제공하고, 가능하면 압력 베셀을 통해 가스 냉각기의 출력부를 사용자 네트워크에 연결하며, 제1 및 제2 냉각 회로를 냉각제 공급부에 연결하며, 예컨대 가열 또는 다른 형태의 유용한 에너지 회수를 위해 이들 냉각 회로의 고온 냉각제를 유용하게 사용할 수 있는 연결부를 제공하는 것이면 충분하다.
다른 장점은, 베어링, 기어, 모터, 모터 구동부, 압축기 요소 등과 같은 열이 발생되는 압축기 모듈의 고온부로부터 열이 수집되어 직접 제거되며, 이 열이 열원과 냉각기 사이의 거리가 훨씬 짧은 것으로 인해 이러한 방식으로 훨씬 더 효율적으로 회수될 수 있고, 이에 따라 복사 또는 다른 메커니즘으로 인해 보다 적은 열이 손실된다는 것이다.
냉각제는 가스 냉각기에서의 압축 가스의 압축열과의 열교환 접촉에 의해, 모터, 모터 구동부 및 압축기 요소에서 발생되는 열에 의해 그리고 오일 회로에 있는 오일과의 열교환 접촉에 의해 가열되며, 이에 의해 이러한 오일 자체가 오일로 윤활되는 베어링, 기어 및 다른 동작부로부터 열을 흡수한다.
이러한 누적되는 열흡수의 결과로서, 냉각제의 온도는 크게 증가될 수 있고, 이는 가열 또는 다른 어플리케이션을 위해 고온 냉각제를 사용하는 데 있어서 유리하며, 종래의 압축기에 있어서는 대체로 손실되는, 회수된 열의 사용을 가능하게 한다.
다른 장점은, 압축열의 효율적인 제거로 인해, 압축기 요소가 전적으로 저온으로 유지될 수 있고, 이것은 압축 효율을 향상시킨다는 것이다.
다른 장점은, 물론 압축기 모듈을 냉각제의 공급부 및 유출구에 연결하기 위한 것을 제외하고는, 냉각제 및 오일을 압축기 모듈을 통과하도록 안내하기 위해 기지의 압축기의 경우보다 적은 개수의 외부 파이프가 요구되거나, 외부 파이프가 요구되지 않기 때문에, 조립비가 더 적게 들고, 누설이 더 적으며, 예컨대 복사 등에 의한 열손실이 더 적다는 것이다.
다른 중요한 장점은, 가외의 외부 냉각기 또는 공냉이 필요치 않거나, 냉각기 모듈에 통합되는 것보다 단지 제한된 정도로만 필요하다는 것이다. 추가의 장점은, 주위 공기를 기지의 압축기 등을 사용함으로써 하우징을 통과하도록 이동시키기 위해 가외의 통기 또는 단지 제한된 통기, 예컨대 자연 대류 및/또는 강제 통기 없이 압축기 모듈이 압축기의 폐쇄형 하우징 내에 포함될 수 있고, 이에 따라 그러한 통기가 야기하는 소음이 없거나 훨씬 덜하다.
이것은, 본 발명에 따른 상기한 압축기가 폐쇄형 하우징 - 가능하다면 저소음 재료로 피복될 수 있음 - 으로 인해, 대부분 저소음을 형성할 수 있다는 것을 의미한다.
다른 장점은, 본 발명에 따른 압축기 모듈이 매우 컴팩트할 수 있고, 이에 따라 보다 작은 풋프린트가 필요하다는 것이다.
바람직하게는, 제2 냉각 회로는 제1 냉각 회로 또는 이 제1 냉각 회로의 일부에 병렬로 연결되고, 이에 의해 제2 냉각 회로는 전체적으로 또는 부분적으로 제1 냉각 회로를 우회한다.
가능한 실시예에서, 제1 냉각 회로에는 냉각제 공급을 위한 입력부가 마련되고, 제2 냉각 회로는 이 입력부에서 또는 이 입력부와 가스 냉각기의 제2 섹션 사이의 가스 냉각기의 제2 섹션 상류 지점에서 제1 냉각 회로로부터 탭오프(tap off)된다.
바람직하게는, 제2 냉각 회로는 결합형 입력부 및 출력부를 갖는다.
제2 냉각 회로에는, 냉각 회로들을 통과할 수 있는 냉각제의 양을 조정 및/또는 제어하기 위해 오리피스 및/또는 밸브가 포함될 수 있다.
이러한 방식으로, 제2 냉각 회로에서 냉각제에 의해 모터 및 압축기 요소로부터 흡수되는 열은 제1 냉각 회로에 의해 고온 압축 가스로부터 회수되는 열에 추가되고, 이에 따라 2개의 냉각 회로의 결합형 출력부에서, 예컨대 90 ℃가 넘는 보다 높은 온도의 냉각제를 얻을 수 있고, 이에 따라 이러한 열에너지는 또한, 예컨대 45℃의 보다 낮은 온도의 열에너지보다 유용한 어플리케이션을 위해 사용될 수 있다.
상기한 병렬 냉각 회로에 있어서, 제2 냉각 회로는 가스 냉각기의 제2 섹션의 입력부와 출력부 사이에 위치하는 가스 냉각기의 제2 섹션의 중간 지점에서 제1 냉각 회로에 연결된다.
이러한 방식으로, 가스 냉각기의 제1 섹션의 출력부에서 압축 가스를 효율적으로 냉각하기 위해 공급되는 냉각제의 저온을 최대로 이용한다.
가능한 실시예에서, 제2 냉각 회로는 가스 냉각기의 섬프 섹션에서 제2 섹션을 우회하도록 제1 냉각 회로에 연결된다.
냉각제를 위한 제어 밸브와 폐쇄식 연결부가 가스 냉각기의 제2 섹션의 상기한 중간 지점에 대한 제2 냉각 회로의 연결 위치에 마련될 수 있다.
제1 냉각 회로와 제2 냉각 회로는 냉각제가 이들 냉각 회로 모두를 통과하도록 안내하기 위해 입력부 및 출력부와 직렬로 함께 연결되는 것도 가능하다.
바람직한 실시예에서, 제2 냉각 회로와 오일 회로의 파이프들은 압축기 모듈의 하우징에 통합된다.
다른 바람직한 실시예에서, 제1 냉각 회로의 파이프들은 압축기 모듈의 하우징에 통합된다.
출력부에서, 냉각제는 바람직하게는 65 ℃를 초과하는 온도, 바람직하게는 75℃를 초과하는 온도, 훨씬 더 바람직하게는 85℃를 초과하는 온도에 도달한다.
하나 이상의 상기한 압축기 모듈로, 압축기가 용이하게 제조될 수 있고, 이러한 하나 이상의 압축기 모듈은 외부로부터의 가스에 의한 강제 통기 없이 폐쇄형 케이싱에 고정된다.
이것은, 압축기 주위에, 먼지 및 다른 문제를 유발할 수 있거나, 그렇지 않으면 냉각 공기의 추가의 배관을 요구하는 기류가 발생되지 않는다는 장점을 제공한다.
유체 연결부를 위해, 상기한 압축기의 외측 케이싱은 단지 압축기 요소에 의해 압축되는 가스를 위한 유입구 및 유출구와, 냉각 회로를 통해 이동되는 냉각제를 위한 공급부 및 유출구만을 필요로 한다.
이러한 방식으로 압축기를 구현하는 것은 오일 프리 스크루 압축기를 구현하는 데 있어서 특히 유리하다.
각각의 압축기 모듈이 그 자체의 효율적인 냉각을 포함하는 본 발명의 모듈성으로 인해, 다단 압축기도 간단한 방식으로 조립될 수 있고, 이에 의해 2개 이상의 압축기 모듈의 압축기 요소들이 직렬로 조립된다.
본 발명에 따른 2개 압축기 모듈, 즉 저압 압축기 모듈 및 고압 압축기 모듈로 구성되는 2단 압축기의 특별한 경우에, 고압 압축기 모듈의 가스 유입구는 저압 압축기 모듈의 가스 유출구에 연결되고, 저압 압축기 모듈은 제2 냉각 회로가 제1 냉각 회로 또는 제1 냉각 회로의 일부와 병렬되는 압축기 모듈이며, 이에 의해 결과적으로 제2 냉각 회로가 전체적으로 또는 부분적으로 제1 냉각 회로를 우회하며, 제2 냉각 회로의 출력부가 가스 냉각기의 제2 섹션의 중간 지점에 연결되는 것이 바람직하고, 고압 압축기 모듈의 제2 냉각 회로는, 상기한 중간 지점 위치 또는 이 중간 지점 근처에서 저압 압축기 모듈의 제1 냉각 회로 상의, 적용 가능하다면 제어 밸브가 마련되는 파이프에 연결되는 것이 바람직하다.
이러한 방식으로, 고압 압축기 모듈의 제2 냉각 회로의 열이 저압 압축기 모듈을 통해 흐르는 냉각제를 열회수를 위해 더욱 사용 가능한 고온으로 더욱 가열하기 위해 전체적으로 또는 부분적으로 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명의 특징을 보다 양호하게 보여주기 위해, 본 발명에 따른 압축기 모듈 및 이 압축기 모듈이 장착된 압축기에 관한 소수의 바람직한 실시예가 단지 예로써 제한하는 일 없이 첨부도면을 참고로 하여 이후에서 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 압축기 모듈의 구성을 개략적으로 보여주고,
도 2는 1단 압축기의 하우징에 설치되는 도 1의 압축기 모듈의 흐름도를 개략적으로 보여주며,
도 3 및 도 4는 2단 압축기를 위한, 도 1 및 도 2에 도시한 것과 같은 다이어그램을 보여주고,
도 5 내지 도 8은 도 1의 압축기 모듈의 상이한 변형예를 보여준다.
도 1 및 도 2에 도시한 압축기 모듈(1)은 압축 대상 가스를 위한 입력부(3) 및 압축 가스를 위한 출력부(4)를 지닌 압축기 요소(2); 전기 모터(5); 이 경우에, 압축기 요소(2)와 모터(5) 사이에 있고, 압축기 요소(2)에 모터 토크를 전달하기 위한 기어(7)를 지닌 기어박스(6); 모터(5)의 베어링(9) 및 압축기 요소(2)와 기어(7)를 윤활 및 냉각하기 위한 오일을 포함하는 오일 섬프(8); 및 압축기 요소(2)로부터 나온 압축 가스를 냉각하기 위한 가스 냉각기(10)로서, 이 가스 냉각기(10)는 개략적으로 도시한 파이프(11)를 통해 압축기 요소(2)의 출력부(4)에 연결되는 것인 가스 냉각기(10)로 구성된다.
이 경우에, 가스 냉각기(10)는, 압축기 요소(2)로부터 나온 압축 가스가 가스 유입구(14)를 통해 가스 유출구(15) - 압축 가스의 사용자 네트워크에 연결될 수 있음 - 로 안내될 수 있는 가스 냉각기(10)의 제1 섹션(13)을 형성하는 튜브(12)를 포함하고, 이 튜브(12)는 튜브(12)에서 또는 튜브 주위에서 제1 냉각 회로(17)로서 연장되고, 화살표 방향(C1)으로 운반할 수 있는 냉각제를 위한 입력부(18) 및 출력부(19)가 마련된 가스 냉각기(10)의 제2 섹션(16)과 열교환 접촉한다.
여기에서, “제1” 이라는 용어는 냉각 대상 매체, 이 경우에는 압축 가스가 흐르는 열교환기의 부분을 의미하고, “제2”라는 용어는 냉각제가 흐르는 열교환기의 부분을 의미한다.
가스 냉각기(10)는 오일 섬프(8)에 있는 오일과 열교환 접촉하고 오일 섬프(8)를 횡방향으로 통과하는 섬프 섹션(10a)과 오일 섬프(8) 외측에 있는 외측 섹션(10b)에 의해 연장된다.
이에 따라, 가스 냉각기(10)의 제1 섹션(13)은 가스 냉각기(10)의 섬프 섹션(10a)에 있는 섬프 섹션(13a)과, 가스 냉각기(10)의 외측 섹션(10b)에 있는 외측 섹션(13b)으로 분할된다.
동일한 방식으로, 가스 냉각기(10)의 제2 섹션(16)은 섬프 섹션(16a)과 외측 섹션(16b)으로 분할된다.
여기에서 설명하는 예에서, 제1 냉각 회로(17)는 가스 냉각기(10)에 있는 제2 섹션(16)의 섬프 섹션(16a)과 외측 섹션(16b)으로 구성된다.
압축기 모듈의 하우징(20)은 압축기 요소(2); 모터(5); 기어박스(6); 가스 냉각기(10); 및 오일 섬프(8)의 하우징으로 구성된다.
모터 냉각기(21)와 압축기 요소 냉각기(22)는 압축기 모듈의 하우징(20)에 포함되고, 이에 의해 이 모터 냉각기(21)와 압축기 요소 냉각기(22)는 각각, 예컨대 모터(5)의 로터 주위에 그리고 압축기 요소(2)의 로터 주위 각각에 권취되고, 냉각제를 이동시킬 수 있는 하우징의 내부 채널에 의해 형성된다.
제1 냉각 회로(17)뿐만 아니라, 압축기 모듈(1)은 화살표(C2) 방향으로 우선 상기 모터 냉각기(21)를 통해, 그리고 나서 압축기 요소 냉각기(22)를 통해 연속하여 이동되는 냉각제를 위한 제2 냉각 회로(23)를 포함한다.
도 1 및 도 2의 예에서, 제2 냉각 회로(23)는 제1 냉각 회로(17)의 일부에, 보다 구체적으로는 오일 섬프(8)에 있는 오일과 열교환 접촉하는 가스 냉각기(10)의 제2 섹션(16)의 섬프 섹션(16a)에 의해 형성되는 제1 냉각 회로의 일부에 병렬로 연결되고, 이러한 방식으로 제1 냉각 회로의 일부는 제2 냉각 회로(23)에 의해 우회된다.
제2 냉각 회로(23)는 이에 따라 제1 냉각 회로(17)의 입력부(18)에 있는 지점(24)에서 제1 냉각 회로(17)로부터 탭오프되고, 이후에 가스 냉각기(10)의 제1 섹션(16)의 입력부(18)와 출력부(19) 사이에 위치하는 가스 냉각기(10)의 제2 섹션(16)의 중간 지점(25)에서, 바람직하게는 가스 냉각기(10)의 섬프 섹션(10a)과 외측 섹션(10b) 사이의 천이부 근처에 있는 중간 지점(25)에서 제1 냉각 회로(17)에 다시 연결된다.
압축기 모듈(1)에는, 이 경우에는 모터(5) 상에 고정되고, 모터에 의해 구동되며, 오일을 오일 섬프(8)로부터 압축기 모듈(1)의 하우징(20)에 있는 내부 채널을 통해 모터(5) 및 압축기 요소(2)의 상기 베어링(9) 및 기어박스(6) - 기어박스로부터 오일이 오일 섬프(8)로 다시 흐름 - 로 펌핑하는 오일 펌프(27)를 지닌 폐쇄형 오일 회로(26)가 더욱 마련된다. 오일 회로(26)의 내부 채널은 이에 의해, 모터 냉각기(21)와 압축기 요소 냉각기(22)를 통해 안내되는 제2 냉각 회로(23)의 냉각제와 열교환 접촉하는 모터(5)의 하우징과 압축기 요소(2)의 하우징을 통해 안내되고, 이에 따라 모터(5)와 압축기 요소(2)에 있는 오일 회로는 압축기 모듈의 작동 중에 모터(5)와 압축기 요소(2)로부터 열을 흡수하는 오일 냉각기(28)로서 작용하고, 이 열을, 그 자체로 모터(5)와 압축기 요소(2)로부터 열을 흡수하는 제2 냉각 회로(13)의 냉각제로 방출하며, 그 결과 그 온도가 크게 증가한다.
냉각제와 오일 모두가 모터(5)와 압축기 요소(2)로부터 열을 흡수하기 때문에, 모터(5)와 압축기 요소(2) 자체는 비교적 저온으로 유지되며, 이것은 보다 양호한 효율을 초래한다.
제2 냉각 회로(23)와 오일 회로(26)는 외부 파이프 없이 내부 채널에 의해 형성된다.
오일 펌프(27)는, 바람직하게는 오일 회로(26)에 연결되는 외부 파이프 없이 내부적으로 그리고 외부적으로 고정될 수 있다.
바람직하게는, 파이프 없이 압축기 모듈(1)의 하우징(20) 상에 장착되는 오일 필터도 또한 마련될 수 있다. 바람직하게는, 오일 필터는, 오일 펌프(27) 이후에 그리고 오일이 베어링 및/또는 기어의 윤활을 위해 분배되기 전에 오일 회로(26)에 포함된다.
오일 회로(26)를 통해 베어링(9)으로 그리고 기어박스(6)로 이동되는 오일은 적절한 윤활을 보장할뿐만 아니라, 베어링(9)과 기어(7)의 냉각도 또한 보장한다. 이에 의해, 오일은 베어링(9)과 기어박스(6)로부터 열을 흡수한 다음, 다시 오일 섬프(8)로 흐르고, 이 오일 섬프에서 오일이 수집되고, 제1 냉각 회로(17)의 섬프 섹션(16a)과의 접촉에 의해 냉각되며, 그 결과 제1 냉각 회로(17)는 가스 냉각기(10)에서의 그 역할에 더하여, 오일 섬프(8)에 있는 오일을 위한 오일 냉각기(29)로서의 역할도 또한 한다.
이러한 방식으로, 제1 냉각 회로(17)를 통해 안내되는 냉각제는 압축기 요소(2)에서 나온 냉각 대상 압축 가스로부터 열을 흡수할뿐만 아니라, 압축기 모듈(1)에서 순환되고, 거기에서 열을 흡수한 후의, 오일 섬프(8)에 있는 오일로부터도 또한 열을 흡수한다. 이러한 방식으로, 가스 냉각기(10)의 섬프 섹션(10a)에 있는 냉각제의 온도도 또한 현저히 상승하며, 그 후 중간 지점(25)에서 제2 냉각 회로(23)로부터 나온 냉각제와 혼합되며, 그 후 냉각제는 압축기 요소(2)에서 바로 나온 비냉각 고온 압축 가스와 열교환 접촉하는 것으로 인해 가외의 온도 증가를 겪는다.
이러한 방식으로, 본 발명에 따른 압축기 모듈(1)은 제1 냉각 회로(17)의 출력부(19)에서 고온의 냉각제를 얻을 수 있고, 이 냉각제는 가열 등과 같은 모든 유형의 유용한 어플리케이션을 위해 또는 물이 에너지 회수를 위한 냉각제로서 사용되는 경우에는 고온수로서 사용될 수 있다.
전술한 사항으로부터, 가스 냉각기(10), 제1 냉각 회로(17) 및 제2 냉각 회로(23)뿐만 아니라, 가능하다면 오일 펌프(28)와 오일 필터를 제외한 오일 회로(26)는 내부 채널을 통해 압축기 모듈(1)의 하우징(20)에 완전히 포함되며, 이 경우에 외부 파이프는 전혀 사용되지 않는다는 점이 명확하다.
도 2는, 파이프(11)가 압축기 요소(2)의 출력부(4)를 가스 냉각기(10)의 가스 유입구(14)에 연결하고, 압력 베셀(34)이 가능하다면 가스 냉각기(10)의 가스 출력부(15)에서 유출구(35) - 압축 냉각 가스의 소비자 네트워크에 연결될 수 있음 - 에 연결되는, 본 발명에 따른 단일 압축기 모듈(1)이, 외기와의 통기가 이루어지지 않고, 압축기 요소(2)의 입력부(3)에 대한 케이싱의 유입구(33)에 필터(32)가 마련된 케이싱(31) 내에 설치된 압축기(30)를 보여준다.
케이싱(31)은 이에 따라 완전 폐쇄되고, 방음되며, 압축 대상 가스를 위한 유입구(33) 및 압축 가스를 위한 유출구(35)와, 냉각제의 공급부(36) 및 유출구(37)뿐만 아니라, 모터(5), 모터 구동부 등의 전력 공급을 위한 전기 케이블 - 도면에는 도시하지 않음 - 을 위한 다수의 통로를 절감한다.
케이싱(31)을 통해 흐르는 가스는 이에 따라 단지 압축기(30)에 의해 압축된 가스일뿐이다.
본 발명에 따른 압축기 모듈(1)의 사용은 상기 설명으로부터 적절히 이어진다.
압축기 요소(2)가 모터(5)에 의해 구동될 때, 가스가 흡인되고 압축되며, 이때 가스의 온도는 압축으로 인해 급격히 상승할 수 있다. 압축 가스는 가스 냉각기(10)의 제1 섹션(13)을 통해 안내되고, 여기에서 가스 냉각기(10)의 제2 섹션(16)에 있는 제1 냉각 회로(17)를 통해 흐르는 냉각제와의 열교환 접촉에 의해 냉각된다.
제2 냉각 회로(23)는 냉각제를 모터(5)의 모터 냉각기(21) 및 압축기 요소(2)의 압축기 요소 냉각기(22)를 통과하도록 안내하고, 이 냉각 회로(23)는 모터(5)와 압축기 요소(2)의 냉각을 보장하며, 그 결과 모터와 압축기 요소가 비교적 저온으로 유지될 것이다.
이에 따라 모터(5)와 압축기 요소(2)로부터 냉각제가 흡수하는 열은 가스 냉각기(10)의 제2 섹션(16)에 있는 섬프 섹션(16a)의 냉각제의 추가 가열을 보장하고, 이에 따라 이 냉각제의 온도는 실질적으로 제1 및 제2 냉각 회로(17, 23)의 결합형 출력부(19)에서, 흡수된 냉각제의 열이 유용하게 채용될 수 있도록 하는 값으로 상승한다.
이와 동시에, 오일 펌프(27)가 구동되어, 오일을 오일 섬프(8)로부터 베어링(9)과 기어(7) 전반에 걸쳐 공급하고, 이때 이 오일은 베어링(9)과 기어(7)에서 발생된 열을 흡수하고, 이에 의해 베어링과 기어가 오일에 의해 저온으로 유지되며, 오일은 우선, 오일 섬프(8), 모터(5) 및 압축기 요소(2)에 있는 냉각제와의 열교환 접촉에 의해 냉각된다.
이러한 방식으로, 압축기 모듈(1)은 어떠한 형태의 통기도 없이 저온으로 유지되며, 이와 동시에 냉각제에 의해 최대의 열이 흡수되며, 이 열은 가열 등을 위해 유용하게 채용될 수 있다.
도 1과 유사하게, 도 3은 본 발명에 따른 2개의 압축기 모듈(1)의 구성, 즉 저압 압축기 모듈(1’)과, 압력 파이프(38)를 통해 그 입력부(3)에서 저압 압축기 모듈(1’)의 가스 유출구(15)에 직렬로 연결되는 고압 압축기 모듈(1”) 각각을 개략적으로 보여준다.
도 4는 2단 압축기(30)의 케이싱(31) 내에 마련된 이들 2개 압축기 모듈(1’, 1”)을 보여준다.
케이싱에는, 저압 압축기 모듈(1’)에 의해 흡인되는 압축 대상 가스의 유입구(33)와, 고압 압축기 모듈(1”)로부터 나온 압축 가스의 유출구(35) 각각을 위한 2개의 통로가 마련된다.
케이싱에는, 냉각을 위해, 2개의 압축기 모듈(1’, 1”)을 향해 갈라지는 냉각제를 위한 공급부(36)와, 2개의 유출구, 즉 저압 압축기 모듈(1’)로부터 나온 냉각제를 위한 유출구(37)와, 고압 압축기 모듈(1”)로부터 나온 냉각제를 위한 유출구(37)가 마련된다. 2개의 유출구(37) 모두는 케이싱(31)을 빠져나오기 전에 모아질 수도 있다.
이 경우, 2개의 압축기 모듈(1’, 1”)에는, 제2 냉각 회로(23)가 제1 냉각 회로(17)에 연결되는 위치와, 다른 압축기 모듈의 냉각 회로에 연결하기 위한 연결부(40)의 위치에 제어 밸브(39)가 마련된다.
고압 압축기 모듈(1”)의 제어 밸브가 폐쇄되고, 2개의 연결부(40)가 파이프(41)에 의해 함께 연결되는 동안, 저압 압축기 모듈(1’)의 제어 밸브(39)는 개방된다.
이러한 방식으로, 고압 압축기 모듈(1”)의 제2 냉각 회로(23)의 냉각제는, 저압 압축기 모듈(1’)의 중간 지점(25)에서 저압 압축기 모듈(1’)의 제1 냉각 회로(17)의 냉각제와 만나는 저압 압축기 모듈(1’)의 제2 냉각 회로(23)의 냉각제와 합류하고, 이에 따라 저압 압축기 모듈(1’)의 유출구(37)에서의 냉각제의 온도는 도 1 및 도 2의 구성에 대하여 더욱 상승한다.
이 구성에서 저압 압축기 모듈(1’)의 가스 냉각기(10)는, 저압 압축기 모듈(1')에서 나온 압축 가스가 고압 압축기 모듈(1”)에 의해 압축되기 전에 이 압축 가스를 위한 인터쿨러로서 사용된다.
고압 압축기 모듈(1”)의 가스 냉각기(10)는, 결국 고압 압축기 모듈(1”)의 압축 가스가 네트워크에 공급되기 전에 이 압축 가스를 위한 애프터쿨러로서 사용되며, 고압 압축기 모듈(1”)의 제2 냉각 회로(23)를 통해 저압 압축기 모듈(1’)로 안내되지 않는 냉각제의 일부에 의해서만 냉각되고, 가스 냉각기(10)를 통해 흐르는 냉각제의 이 부분도 또한 유출구(37)를 통해 제거된다.
그러한 압축기(30)에 있어서, 가스는 통기 없이 매우 효율적으로 압축될 수 있고, 이때 2개 유량의 냉각제가 베어링 및 기어 등에서 압축에 의해 발생되는 열로부터 에너지를 흡수하는 데 유용하게 사용될 수 있다.
도 5는, 압축기 모듈(1)의 가스 냉각기(10) 하류에 그리고 이 가스 냉각기와 직렬인 여분의 애프터쿨러(10c) - 내부 및 외부 모두에 있을 수 있음 - 가 마련되는, 압축기(30)의 변형예를 보여준다.
도 6은, 가스 냉각기(10)가 그 전체 길이에 걸쳐 오일 섬프(8)를 통해 연장되고, 이에 따라 가스 냉각기(10)가 외측 섹션(10b) 없이 단지 섬프 섹션(10a)만을 포함하는, 본 발명에 따른 압축기(30)의 다른 변형예를 보여준다. 가스 냉각기는 외측 섹션이 없고, 필요하다면 외측 섹션은 다른 외부 냉각기(도시하지 않음)로 대체될 수 있다.
도 1 내지 도 6의 예에서는, 가스 냉각기(10)의 섬프 섹션(10a) 전체가 각각 제2 냉각 회로(23)에 의해 우회되지만, 변형예에 따르면 섬프 섹션(10a)의 단지 일부만이 우회되는 것도 가능하다.
도 7은, 제1 냉각 회로(17)와 제2 냉각 회로(23)가 입력부(18) 및 출력부(19)와 직렬로 함께 연결되어, 냉각제를 2개의 냉각 회로 모두를 통과하도록, 예컨대 우선 제1 냉각 회로(17)를 통과하고, 그 다음에 제2 냉각 회로(23)를 통과하거나 그 반대로 연속적으로 안내하는, 변형예를 보여준다.
도 8은, 가스 냉각기(10)가 섬프 섹션(10a) 없이 완전히 외부에 구성되는, 본 발명에 따른 압축기(30)의 다른 가능한 변형예를 보여준다.
전술한 모든 변형예에는 기어박스(6)가 있지만, 예컨대 가변 속도를 지닌 전기 모터의 경우에는 기어 박스 없이 모터(5)가 압축기 요소(2)를 직접 구동하는 것이 배제되지 않는다.
본 발명은 예로서 기술되고 도면에 도시한 실시예로 결코 제한되지 않으며, 본 발명에 따른 압축기 모듈과, 이 압축기 모듈이 장착된 압축기는 본 발명의 범위로부터 벗어나는 일 없이 모든 유형의 형태 및 치수로 실현될 수 있다.

Claims (26)

  1. 가스 압축용 압축기 모듈로서, 일체형 압축기 요소 냉각기(22)를 지닌 하우징을 갖는 압축기 요소(2); 모터(5); 및 압축기 요소(2)에서 나온 압축 가스를 냉각하기 위한 가스 냉각기(10)를 포함하는 것인 가스 압축용 압축기 모듈에 있어서,
    가스 냉각기(10)는 냉각 대상 가스를 안내할 수 있는 제1 섹션(13)과, 제1 섹션(13)과 열교환 접촉하는 제2 섹션(16)을 포함하고, 제1 냉각 회로(17)가 가스 냉각기(10)의 제2 섹션(16)을 통해 또는 그 일부를 통해 냉각제를 안내할 수 있고, 제2 냉각 회로(23)가 압축기 요소 냉각기(22)를 통해 냉각제를 안내할 수 있으며, 제1 냉각 회로(17)와 제2 냉각 회로(23)는 직렬 또는 병렬로 함께 연결되고, 공동 출력부(19)로 통하며, 압축기 모듈(1)은 오일 섬프(8)와, 오일을 오일 섬프(8)로부터 내부 채널을 통해 압축기 모듈(1)의 고온부를 통해 또는 이 고온부를 따라 이동시키기 위한 오일 펌프(27)를 지닌 폐쇄형 오일 회로(26)를 포함하고, 오일 회로(26)에 있는 오일은 상기 내부 채널 또는 오일 섬프(8)를 통해 제1 냉각 회로(17) 또는 제2 냉각 회로(23)와 열교환 접촉하며, 오일 펌프(27)는 압축기 요소(2)를 구동하는 모터(5)에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 가스 압축용 압축기 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 압축기 모듈(1)은 압축기 요소(2)와 모터(5) 사이에, 하우징을 지닌 기어박스(6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 압축용 압축기 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 모터(5)는 일체형 모터 냉각기(21)를 지닌 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 압축용 압축기 모듈.
  4. 제3항에 있어서, 제2 냉각 회로(23)는 냉각제를, 압축기 요소(2)에 직렬 또는 병렬로 연결된 모터 냉각기(21)를 통과하도록 안내할 수 있는 것을 특징으로 하는 가스 압축용 압축기 모듈.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 냉각 회로(23)는 냉각제를, 압축기 요소(2)에 직렬 또는 병렬로 연결된 모터 구동부에 대한 냉각기를 통과하도록 안내할 수 있는 것을 특징으로 하는 가스 압축용 압축기 모듈.
  6. 제3항에 있어서, 오일 회로(26)에 있는 오일은 모터 냉각기(21) 또는 압축기 요소 냉각기(22)와 열교환 접촉하는 모터(5) 또는 압축기 요소(2)의 내부 채널을 통해 제2 냉각 회로(23)와 열교환 접촉하는 것을 특징으로 하는 가스 압축용 압축기 모듈.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 오일 회로(26)에 있는 오일은 가스 냉각기(10)의 제2 섹션(16) 또는 오일 섬프(8)에 있는 오일과 열교환 접촉하는 제2 섹션의 일부를 통해 제1 냉각 회로(17)와 열교환 접촉하는 것을 특징으로 하는 가스 압축용 압축기 모듈.
  8. 제7항에 있어서, 가스 냉각기(10)는 적어도 섬프 섹션(10a)에 의해 오일 섬프를 통과하도록 연장되고, 이에 의해 가스 냉각기(10)의 이 섬프 섹션(10a)에 있는 가스 냉각기의 제1 섹션(13) 또는 제2 섹션(16)이 오일 섬프(8)에 있는 오일과 열교환 접촉하는 것을 특징으로 하는 가스 압축용 압축기 모듈.
  9. 제8항에 있어서, 가스 냉각기(10)는 적어도 외측 섹션(10b)에 의해 오일 섬프(8) 외측으로 연장되고, 이에 의해 이 외측 섹션(10b)의 제1 섹션(13)의 외측 섹션(13b)에는, 냉각 대상 가스를 외측 섹션(10b)과 섬프 섹션(10a)을 연속적으로 통과하도록 안내할 수 있는 가스 유입구(14)가 마련되는 것을 특징으로 하는 가스 압축용 압축기 모듈.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 가스 냉각기(10)의 제1 섹션(13)은 튜브(12)에 의해 형성되고, 가스 냉각기(10)의 제2 섹션(16)은 이 튜브(12) 내에 또는 이 튜브 주위에 포함되는 것을 특징으로 하는 가스 압축용 압축기 모듈.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 냉각 회로(23)는 제1 냉각 회로(17) 또는 이 제1 냉각 회로(17)의 일부에 병렬로 연결되고, 이에 의해 제2 냉각 회로(23)는 전체적으로 또는 부분적으로 제1 냉각 회로(17)를 우회하는 것을 특징으로 하는 가스 압축용 압축기 모듈.
  12. 제11항에 있어서, 제1 냉각 회로(17)에는 냉각제 공급을 위한 입력부(18)가 마련되고, 제2 냉각 회로(23)는 이 입력부(18)에서 또는 이 입력부(18)와 가스 냉각기(10)의 제2 섹션(16) 사이의 가스 냉각기(10)의 제2 섹션(16) 상류 지점에서 제1 냉각 회로(17)로부터 탭오프(tap off)되는 것을 특징으로 하는 가스 압축용 압축기 모듈.
  13. 제12항에 있어서, 제2 냉각 회로(23)는 가스 냉각기(10)의 제2 섹션(16)의 출력부(19)와 입력부(18) 사이의 가스 냉각기(10)의 제2 섹션(16)의 중간 지점(25)에서 제1 냉각 회로(17)에 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 압축용 압축기 모듈.
  14. 제13항에 있어서, 제2 냉각 회로(23)는 가스 냉각기(10)의 섬프 섹션(10a)에서 제2 섹션(16)을 우회하도록 제1 냉각 회로(17)에 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 압축용 압축기 모듈.
  15. 제13항에 있어서, 가스 냉각기(10)의 제2 섹션(16)의 중간 지점(25)에 있는 제2 냉각 회로(23)의 연결 위치에, 냉각제를 위한 제어 밸브(39)와 폐쇄식 연결부(40)가 마련되는 것을 특징으로 하는 가스 압축용 압축기 모듈.
  16. 제1항에 있어서, 제1 냉각 회로(17)와 제2 냉각 회로(23)는 냉각제를 이들 냉각 회로(17, 23) 모두를 연속적으로 통과하게 안내하도록 입력부(18) 및 출력부(19)와 직렬로 함께 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 압축용 압축기 모듈.
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서, 오일 회로(26)와 제2 냉각 회로(23)의 파이프들은 압축기 모듈(1)의 하우징(20)에 포함되는 것을 특징으로 하는 가스 압축용 압축기 모듈.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 냉각 회로(17)의 파이프는 압축기 모듈(1)의 하우징(20) 내에 포함되는 것을 특징으로 하는 가스 압축용 압축기 모듈.
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서, 냉각제는 출력부(19)에서 65°C보다 높은 온도에 도달하는 것을 특징으로 하는 가스 압축용 압축기 모듈.
  20. 압축기로서,
    제1항에 따른 적어도 하나의 압축기 모듈(1)을 포함하고, 상기 압축기 모듈은 외부 가스를 이용한 강제 통기가 없는 폐쇄형 케이싱(31)에 고정되는 것을 특징으로 하는 압축기.
  21. 제20항에 있어서, 상기 케이싱은 압축기 요소(2)에 의해 압축되는 가스를 위한 유입구(33) 및 유출구(35)와, 냉각 회로(17, 23)들을 통해 이동되는 냉각제를 위한 공급부(36) 및 유출구(37)만을 갖는 것을 특징으로 하는 압축기.
  22. 제20항에 있어서, 상기 압축기는 오일 프리 스크루 압축기인 것을 특징으로 하는 압축기.
  23. 제20항에 있어서, 상기 압축기는 제1항에 따른 적어도 2개의 압축기 모듈(1), 즉 적어도 저압 압축기 모듈(1’)과, 압축기 요소(2)에 있는 그 입력부(3)가 저압 압축기 모듈(1’)의 가스 유출구(15)에 연결되는 적어도 고압 압축기 모듈(1”) 각각을 포함하고, 저압 압축기 모듈(1’)은, 그 제2 냉각 회로(23)가 가스 냉각기(10)의 제2 섹션(16)의 중간 지점(25)에서 제1 냉각 회로(17)에 연결되는, 제16항에 따른 압축기 모듈이고, 고압 압축기 모듈(1”)의 제2 냉각 회로(23)는 상기 중간 지점(25) 위치에서 저압 압축기 모듈(1’)의 제1 냉각 회로(17)에 연결되는 것을 특징으로 하는 압축기.
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