KR102202713B1 - 분리형 압축기 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분리형 압축기 시스템로써, 보다 상세하게 유체가 압축될 수 있도록 동력을 발생시키는 유압발생장치가 구비되는 제1격실과 상기 제1격실과 이격되고, 상기 유체를 압축하는 다이어프램 압축기가 구비되는 제2격실과 상기 제1격실과 제2격실에 각각 연통되도록 형성되어 상기 유압발생장치를 통해 발생된 동력을 상기 다이어프램 압축기로 전달하는 유압관을 포함하고, 상기 제1격실과 제2격실이 분리되어 이격됨으로써, 상기 다이어프램 압축기 내부의 유체가 누출되어도 누출된 유체가 상기 제1격실로 유동하는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.

Description

분리형 압축기 시스템 {Separated type hydrogen compressor system}

본 발명은 분리형 압축기 시스템으로서 더욱 자세하게는, 일체화되어 있는 다이어프램 방식 압축기를 유체가 압축될 수 있도록 동력을 발생시키는 유압발생장치가 구비되는 제1격실과 제1격실과 이격되고 상기 유체를 압축하는 다이어프램 압축기가 구비되는 제2격실로 분리하여, 압축실에서 유체가 누출되어도 원천적으로 제1격실로 유체가 유동할 수 없도록 하는 분리형 압축기 시스템에 관한 것이다.

수소에너지는 장차 국가적으로 에너지자원의 대외 의존도를 낮추고 에너지 안보 및 에너지경제를 확보함과 동시에 교토의정서 발효에 의한 대기오염(SOx 및 NOx) 온실가스를 획기적으로 저감시킬 수 있는 대체에너지로서 범국가적으로 추진하고 있는 수소에너지 인프라 시스템 구축의 일환으로 자동차용 에너지 발생장치인 연료전지에 수소공급과 자동차 충전용 수소 스테이션의 핵심기기인 고압용 급 수소 압축기를 개발하여 수송 에너지에 의한 대기환경 문제를 현저히 줄일 수 있을 것이며 수소경제 활성화에 적극기여 할 수 있는 막대한 잠재력을 가진 기술이다.

이를 이용하여, 대한민국공개특허 10-0027848호에 기재된 내용을 살펴보면, 연료전지용 수소를 저장하여 공급하는 수소스테이션에 있어서, 공급받은 수소를 저장하는 수소가스 저장탱크와 압축기, 고압의 수소저장용기, 순위제어용 판넬, 차량에 직접 압축수소를 충전하는 충전기 압축기를 포함하고, 상기 수소가스 저장탱크에서 공급받은 수소를 연료전지를 사용하는 장치에 적합한 압력으로 압축하는 적어도 2개 이상의 압축기와 상기 각각의 압축기와 직렬로 연결되어 압축된 수소가스를 연료전지를 사용하는 장치에 장착된 고압저장용기로 분배하는 과정에서 고압저장용기 각 단의 분배밸브로 작동 순위를 적절하게 조정하는 적어도 2개 이상의 순위제어 판넬과 상기 압축기에서 압축된 여분의 수소가스가 일시 저장되어 상기 순위제어 판넬로 다시 공급하도록 하는 수 개의 압축수소가스 저장용기와 상기 순위제어 판넬을 통하여 공급되는 수소가스를 충진노즐을 통하여 연료전지를 사용하는 장치에 장착되는 고압저장용기에 충진하되 수소가스의 압력조정과 계량 및 요금계산 등의 기능을 가진 하나 이상의 수소가스 충전기로 구성되어, 연료전지를 사용하는 시설, 특히 자동차에 압축수소를 공급하기 위하여 주유소와 같은 형태로 설치할 수 있는 수소 스테이션에 관한 내용이 기술되어 있다.

그러나, 수소는 가연성이 매우 높은 폭발성 기체로서 불꽃, 스파크, 정전기 등이 발생할 경우 쉽게 폭발하며, 인화점이 낮아 폭발의 가능성이 높다는 문제점이 있다. 또한, 화염이 퍼지는 속도가 LPG나 LNG에 비해 매우 빠르기 때문에 폭발할 경우 막대한 피해가 발생하게 된다. 이와 같이 가연성이 높은 유체를 이용하는데 있어서 안전성을 확보하는 것이 가장 중요하다.

대한민국 공개특허공보 제10-0027848호(2009.03.18.)

본 발명은 상술한 바와 같은 선행 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 유체가 압축될 수 있도록 동력을 발생시키는 유압발생장치가 구비되는 제1격실과 제1격실과 이격되고, 상기 유체를 압축하는 다이어프램 압축기가 구비되는 제2격실로 분리함으로써 압축실에서 유체가 누출되어도 원천적으로 제1격실로 유체가 유동할 수 없도록 하는 분리형 압축기 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 분리형 압축기에 있어서, 유체가 압축될 수 있도록 동력을 발생시키는 유압발생장치가 구비되는 제1격실과 상기 제1격실과 이격되고, 상기 유체를 압축하는 다이어프램 압축기가 구비되는 제2격실과 상기 제1격실과 제2격실에 각각 연통되도록 형성되어 상기 유압발생장치를 통해 발생된 동력을 상기 다이어프램 압축기로 전달하는 유압관을 포함하고, 상기 제1격실과 제2격실이 분리되어 이격됨으로써, 상기 다이어프램 압축기 내부의 유체가 누출되어도 누출된 유체가 상기 제1격실로 유동하는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 다이어프램 압축기는, 다수개로 구비되며 각각의 다이어프램 압축기 내부의 공간이 서로 다른 부피를 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 다이어프램 압축기는, 상대적으로 가장 큰 부피를 가지는 다이어프램 압축기에서 부터 가장 작은 부피를 가지는 다이어프램 압축기 까지 순서대로 각각 배관을 통해 연결되어 유체가 각각의 다이어프램 압축기를 순서대로 유동함으로써 유체가 점차적으로 압축되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 유압발생장치는, 직경이 서로 다른 다수개의 피스톤과 상기 피스톤을 왕복운동 시키는 구동부를 포함하고, 상기 피스톤은, 직경의 크기에 따라 순차적으로 상기 다이어프램 압축기의 부피의 크기와 대응되도록 상기 유압관에 의해 각각 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 유압관은, 다수개로 상기 다이어프램 압축기의 부피의 크기에 따라 상기 유압관의 직경이 각각 다르게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 분리형 압축기 시스템은 유체가 누출되어도 유체가 유압발생장치가 구비되는 제1격실로 유동하지 않도록 하여 폭발을 방지함으로써 안전하게 사용가능한 압축기 시스템을 제공하는데 그 효과가 있다.

또한, 본 발명은 유압발생장치가 구비되는 제1격실의 방폭 설계를 생략함으로써 비용을 절감할 수 있는데 그 효과가 있다.

또한, 본 발명은 다단 압축기에 대한 개별 격실을 구비하여, 압축단계에 따라 방폭 설계를 달리함으로써, 비용을 절감할 수 있는데 그 효과가 있다.

또한, 본 발명은 유압발생장치와 압축기를 분리함으로써 진동 및 소음의 저감으로 압축 성능을 향상시키고, 수명을 증가시킬 수 있는데 그 효과가 있다.

도 1은 기존의 압축기 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 분리형 압축기 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 분리형 압축기 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시 예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 분리형 압축기는 도 2에 도시된 바와 같이, 유체가 압축될 수 있도록 동력을 발생시키는 유압발생장치(110)가 구비되는 제1격실(100)과 상기 제1격실(100)과 이격되고, 상기 유체를 압축하는 다이어프램 압축기(210)가 구비되는 제2격실(200)과 상기 제1격실(100)과 제2격실(200)에 각각 연통되도록 형성되어 상기 유압발생장치(110)를 통해 발생된 동력을 상기 다이어프램 압축기(210)로 전달하는 유압관(300)을 포함하고, 상기 제1격실(100)과 제2격실(200)이 분리되어 이격됨으로써, 상기 다이어프램 압축기(210) 내부의 유체가 누출되어도 누출된 유체가 상기 제1격실(100)로 유동하는 것을 방지한다.

먼저, 상기 제1격실(100)이 마련된다. 상기 제1격실(100)은 내부에 빈 공간이 형성되며, 상기 제1격실(100)의 내부에 빈 공간에는 상기 유압발생장치(110)가 구비된다. 또한, 상기 제1격실(100)은 상기 제2격실(200)과 분리되어 이격됨으로써, 상기 다이어프램 압축기(210) 내부의 유체가 누출되어도 누출된 유체가 상기 제1격실(100)로 유동하지 않아 방폭 설계를 생략할 수 있다. 즉, 상기 제1격실(100)의 벽의 두께를 감소시키는 등으로 인하여, 본 발명의 분리형 압축기 시스템을 설치하는 비용을 절감시킬 수 있는 것이다.

다음으로, 상기 제2격실(200)이 마련된다. 상기 제2격실(200)은 내부에 빈 공간이 형성되며, 상기 제2격실(200)의 내부에 빈 공간에는 상기 다이어프램 압축기(210)가 구비된다. 상기 제2격실(200)은 상기 제1격실(100)과 달리 상기 다이어프램 압축기(210) 내부의 유체가 누출될 경우를 대비하여 방폭 설계된다. 결과적으로, 본 발명의 분리형 압축기 시스템을 설치하는데 있어서, 상기 제2격실(200)은 방폭 설계하고, 상기 제1격실(100)은 방폭 설계를 생략함으로써, 설치 비용을 절감시키는 것이다.

다음으로, 상기 다이어프램 압축기(210)가 마련된다. 상기 다이어프램 압축기(210)는 상기 유체를 압축하는 역할을 한다. 보다 상세하게, 상기 다이어프램 압축기(210)는 다수개로 구비되며 각각의 다이어프램 압축기(210) 내부의 공간이 서로 다른 부피를 가진다.

또한, 상기 다이어프램 압축기(210)는 상대적으로 가장 큰 부피를 가지는 다이어프램 압축기(210)에서 부터 가장 작은 부피를 가지는 다이어프램 압축기(210) 까지 순서대로 각각 배관(201)을 통해 연결되어 유체가 각각의 다이어프램 압축기(210)를 순서대로 유동함으로써 유체가 점차적으로 압축된다.

일례로, 상기 다이어프램 압축기(210)는 상대적으로 가장 큰 부피를 가지는 제1압축기(211)와 상기 제1압축기(211)에 비해 보다 작은 부피를 가지는 제2압축기(212)와 상기 제2압축기(212)에 비해 보다 작은 부피를 가지는 제3압축기(213)를 포함한다. 즉, 상기 제1압축기(211)는 상기 배관(201)으로 유체가 유동하지 못하도록 한 상태에서 주입된 원상태의 유체를 1차 압축한다. 이후, 상기 1차 압축된 유체가 상기 배관(201)을 통해 상기 제2압축기(212)로 유동하게 된다. 또한, 상기 2압축기(212)는 상기 배관(201)으로 유체가 유동하지 못하도록 한 상태에서 주입된 상기 1차 압축된 유체를 2차 압축한다. 이후, 상기 2차 압축된 유체가 상기 배관(201)을 통해 상기 제3압축기(213)로 유동하게 된다. 또한, 상기 3압축기(213)는 상기 배관(201)으로 유체가 유동하지 못하도록 한 상태에서 주입된 상기 2차 압축된 유체를 3차 압축한다. 이후, 상기 3차 압축된 유체가 상기 배관(201)을 통해 유체저장공간(도면 미도시)으로 유동하게 된다. 이와 같은 과정으로 상기 유체가 단계적으로 압축될 때, 부피가 감소된 유체가 넓은 공간으로 유동하여 재차 부피가 증가되게 되는 것을 방지하여, 상기 유체의 압축 효율을 높일 수 있는 것이다.
이때, 상기 다이어프램 압축기(210)는 복수개로 상기 제2격실(200) 내부에 구비되는 복수개의 격실 내부에 각각 구비될 수 있다. 보다 상세하게, 상기 제1압축기(211)는 방폭 설계된 제3격실(214)의 내부 공간에 구비고, 상기 제2압축기(212)는 방폭 설계된 제4격실(215)의 내부 공간에 구비되고, 상기 제3압축기(213)는 방폭 설계된 제5격실(216)의 내부 공간에 구비될 수 있다. 보다 상세하게, 상기 제1압축기(211)는 상기 제3격실(214) 내부에 구비된다. 따라서, 상기 제1압축기(211) 내부의 유체가 누출되어 폭발이 일어날 경우를 대비하여, 상기 제1압축기(211)의 부피와 유사한 크기로 형성되는 상기 제3격실(214) 내에 상기 제1압축기(211)를 설치함으로써, 상대적으로 부피가 큰 상기 제2격실(200)의 내벽의 두께를 감소시킬 수 있는 것이다. 마찬가지로, 상기 제2압축기(212)는 상기 제4격실(215) 내부에 구비된다. 따라서, 상기 제2압축기(212) 내부의 유체가 누출되어 폭발이 일어날 경우를 대비하여, 상기 제2압축기(212)의 부피와 유사한 크기로 형성되는 상기 제4격실(215) 내에 상기 제2압축기(212)를 설치함으로써, 상대적으로 부피가 큰 상기 제2격실(200)의 내벽의 두께를 감소시킬 수 있는 것이다. 마지막으로, 상기 제3압축기(213)는 상기 제5격실(216) 내부에 구비된다. 따라서, 상기 제3압축기(213) 내부의 유체가 누출되어 폭발이 일어날 경우를 대비하여, 상기 제3압축기(213)의 부피와 유사한 크기로 형성되는 상기 제5격실(216) 내에 상기 제3압축기(213)를 설치함으로써, 상대적으로 부피가 큰 상기 제2격실(200)의 내벽의 두께를 감소시킬 수 있는 것이다.

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또한, 상기 제5격실(216)은 상기 제4격실(215)에 비해 더욱 두꺼운 내벽을 가지도록 형성되고, 상기 제4격실(215)은 상기 제3격실(214)에 비해 더욱 두꺼운 내벽을 가지도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 유체의 압축 정도에 따라 상기 제3격실(214), 제4격실(215) 및 제5격실(216)의 내벽의 두께를 달리하는 것이다. 이로 인하여, 상기 제1압축기(211), 제2압축기(212) 및 제3압축기(213) 중 어느 하나에서 폭발사고가 발생하더라도, 상기 폭발사고가 난 부분을 제외한 나머지 부분에는 피해가 발생하지 않도록 하는 것이다.

또한, 상기 제5격실(216)은 상기 제4격실(215)에 비해 내부에 더 넓은 공간을 가지도록 형성되고, 상기 제4격실(215)은 상기 제3격실(214)에 비해 내부에 더 넓은 공간을 가지도록 형성될 수 있다. 이 역시, 상기 유체의 압축 정도에 따라 상기 제3격실(214), 제4격실(215) 및 제5격실(216)의 내부의 공간을 달리하는 것이다. 이로 인하여, 상기 제1압축기(211), 제2압축기(212) 및 제3압축기(213) 중 어느 하나에서 폭발사고가 발생하더라도, 상기 폭발사고가 난 부분을 제외한 나머지 부분에는 피해가 발생하지 않도록 하는 것이다.

결과적으로, 상기 제3격실(214), 제4격실(215) 및 제5격실(216)을 구비함으로써, 상기 제2격실(200)의 내벽의 두께를 감소시킬 수 있어 본 발명의 분리형 압축기 시스템의 설치비용을 비약적으로 감소시킬 수 있는 것이다.

다음으로, 상기 유압발생장치(110)가 마련된다. 상기 유압발생장치(110)는 직경이 서로 다른 다수개의 피스톤(120)과 상기 피스톤을 왕복운동 시키는 구동부(130)를 포함하고, 상기 피스톤(120)은 직경의 크기에 따라 순차적으로 상기 다이어프램 압축기(210)의 부피의 크기와 대응되도록 상기 유압관(300)에 의해 각각 연결된다. 보다 상세하게, 상기 피스톤(120)은 상기 제1압축기(211)와 상기 유압관(300)에 의해 연결되는 제1피스톤(121)과 상기 제2압축기(212)와 상기 유압관(300)에 의해 연결되는 제2피스톤(122)과 상기 제3압축기(213)와 상기 유압관(300)에 의해 연결되는 제3피스톤(123)을 포함한다. 이때, 상기 제1피스톤(121)은 상기 제2피스톤(122)에 비해 더 큰 직경을 가지도록 형성되고, 상기 제2피스톤(122)은 상기 제3피스톤(123)에 비해 더 큰 직경을 가지도록 형성된다. 따라서, 상기 유체의 단계별 압축을 보다 안전하고 효율적으로 수행할 수 있는 것이다.

다음으로, 상기 유압관(300)은 다수개로 상기 다이어프램 압축기(210)의 부피의 크기에 따라 상기 유압관(300)의 직경이 각각 다르게 형성된다. 보다 상세하게, 상기 유압관(300)은 상기 제1피스톤(121)의 압축력을 상기 제1압축기(211)로 전달하는 제1유압관(310)과 상기 제2피스톤(122)의 압축력을 상기 제2압축기(212)로 전달하는 제2유압관(320)과 상기 제3피스톤(123)의 압축력을 상기 제3압축기(213)로 전달하는 제3유압관(330)을 포함한다. 또한, 상기 제1유압관(310)은 상기 제2유압관(320)에 비해 보다 더 큰 직경을 가지도록 형성되고, 상기 제2유압관(320)은 상기 제3유압관(330)에 비해 보다 큰 직경을 가지도록 형성된다. 따라서, 기 유체의 단계별 압축을 보다 효율적으로 수행할 수 있도록 한다.

이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 기존의 수소압축기
11 : 기존의 다이어프램 압축기
12 : 기존의 유압발생장치
100 : 제1격실
110 : 유압발생장치
120 : 피스톤
121 : 제1피스톤
122 : 제2피스톤
123 : 제3피스톤
130 : 구동부
200 : 제2격실
201 : 배관
210 : 다이어프램 압축기
211 : 제1압축기
212 : 제2압축기
213 : 제3압축기
214 : 제3격실
215 : 제4격실
216 : 제5격실
300 : 유압관
310 : 제1유압관
320 : 제2유압관
330 : 제3유압관

Claims (5)

1. 유체가 압축될 수 있도록 동력을 발생시키는 유압발생장치;가 구비되는 제1격실;
   상기 제1격실과 이격되고, 상기 제1격실과 비교하여 보다 더 두꺼운 벽으로 형성되며, 상기 유체를 압축하는 다이어프램 압축기;가 구비되는 제2격실; 및
   상기 제1격실과 제2격실에 각각 연통되도록 형성되어 상기 유압발생장치를 통해 발생된 동력을 상기 다이어프램 압축기로 전달하는 유압관;을 포함하고,
   상기 제1격실과 제2격실이 분리되어 이격됨으로써, 상기 다이어프램 압축기 내부의 유체가 누출되어도 누출된 유체가 상기 제1격실로 유동하는 것을 방지하며,
   상기 다이어프램 압축기는, 복수개로 상기 제2격실 내부에 구비되는 복수개의 격실 내부에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 분리형 압축기 시스템.
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