KR102503493B1 - Compressor Structure Using Ionic Liquid - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 이온성액체를 사용한 압축기 구조에 있어서, 실린더; 상기 실린더 안에 배치되는 피스톤 및 피스톤 로드를 포함하며; 상기 피스톤 로드는 종방향으로 연장되어 있고 상기 피스톤에 연결되며; 상기 피스톤은 실린더 내부에서 종방향으로 왕복 운동 가능하며; 상기 피스톤은, 래버린스(labyrinth) 피스톤으로 형성되며 내부에 이온성액체를 수용할 수 있는 수용부와, 상기 수용부와 피스톤 상단이 연결되어 복수개의 수용홀이 형성되며, 상기 이온성액체가 상기 피스톤 상단부에 복수개의 수용홀이 일정 높이로 잠길 정도로 형성되는 것을 특징으로 하는 이온성액체를 사용한 압축기 구조를 제안한다.In the compressor structure using the ionic liquid according to the present invention, the cylinder; a piston and a piston rod disposed within the cylinder; the piston rod extends in the longitudinal direction and is connected to the piston; the piston is capable of reciprocating longitudinally within the cylinder; The piston is formed as a labyrinth piston and has an accommodating portion capable of accommodating the ionic liquid therein, and a plurality of accommodating holes formed by connecting the accommodating portion and an upper end of the piston, wherein the ionic liquid We propose a compressor structure using an ionic liquid, characterized in that a plurality of receiving holes are formed at the upper end of the piston to the extent of being submerged at a certain height.
Description
본 발명은 이온성액체를 사용한 압축기 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나 이상의 압축기 실린더와 피스톤 구조로 이루어져 지정된 특정 가스를 압축하는 것으로 특히, 압축을 위한 도구로서 이온성액체(ionic liquids)와 피스톤 구조물의 결합 구조에 관한 것이다. 지정된 특정가스는 수소가 가장 많이 사용되며, 기타 이산화탄소나 천연가스등 이온성액체의 특성에 따라 지정된 가스의 압축이 가능하다. 이러한 가스는 이온성액체에 용해되지 않고 잔여물 없이 가스와 분리되며, 압축된 가스는 매우 높은 순도를 유지할 수 있다.The present invention relates to a compressor structure using an ionic liquid, and more particularly, to compressing a specified specific gas composed of one or more compressor cylinders and a piston structure, and in particular, ionic liquids and a piston as a tool for compression. It is about the structure of the structure. As for the designated specific gas, hydrogen is most commonly used, and it is possible to compress the designated gas according to the characteristics of other ionic liquids such as carbon dioxide or natural gas. These gases do not dissolve in the ionic liquid and are separated from the gases without residue, and the compressed gases can maintain a very high purity.
이온성 액체를 압축기에 적용하여 특정가스를 압축하는 기술은 종래의 피스톤과 동일한 개념을 사용하지 않고 이온성액체를 피스톤의 개념으로 사용하여 액체피스톤(liquid piston) 개념으로 가스를 압축하거나, 통상적인 피스톤 상단에 이온성액체를 충진하고 피스톤을 밀어올려 이온성액체가 가스와 직접 접촉하여 가스를 압축하게 된다. The technology of compressing a specific gas by applying an ionic liquid to a compressor does not use the same concept as a conventional piston, but uses an ionic liquid as a concept of a piston to compress gas with a liquid piston concept, or The ionic liquid is filled at the top of the piston and the piston is pushed up so that the ionic liquid directly contacts the gas and compresses the gas.
이러한 방법은 최근에 수요가 증가하기 시작한 수소자동차와 같은 수백 Bar에 이르는 고압의 충진가스가 필요한 곳에 사용되고 있으며, 각종 특수가스를 압축해야하는 산업현장에서 적용되기 시작하였다. This method is used where high-pressure filling gas up to hundreds of bars is required, such as hydrogen vehicles, where demand has recently started to increase, and has begun to be applied to industrial sites where various special gases must be compressed.
이러한 것이 가능한 것은, 사용되는 이온성액체가 증기압이 거의 없으며, 가스와의 반응성 및 용해성 또한 거의 없어 용해 없이 분리가 가능하기 때문이다. This is possible because the ionic liquid used has almost no vapor pressure and has little reactivity and solubility with gas, allowing separation without dissolution.
예를 들어 이미다졸리움계(imidazolium based ionic liquids)의 이온성액체는 수소압축에 사용되고 있으며, 적절한 점도, 밀도, 녹는점, 부식성, 낮은 수소 용해도, 낮은 압축성, 화학적 안정성, 열적 안정성, 열용량, 높은 열전도도 및 적절한 윤활적 특성을 만족하는 것으로 알려져있다.For example, imidazolium based ionic liquids are used for hydrogen compression and have suitable viscosity, density, melting point, corrosiveness, low hydrogen solubility, low compressibility, chemical stability, thermal stability, heat capacity, high It is known to satisfy thermal conductivity and suitable lubricating properties.
이러한 이온성액체 사용 압축기는 본질적으로 낮은 마찰계수를 가지므로 수명이 길고(통상의 피스톤 위에 충진하는 경우 제외), 액체 사용에 따른 냉각효과가 우수해 상대적으로 외부 냉각장치가 간단해 지고, 운전시 에너지 감소 및 고순도의 가스압축 매개물을 얻을 수 있는 장점이 있다. 실제 현장에서 종래 압축기는 2~3년의 수명을 가지는 반면, 이온성액체 압축기는 7년이상의 긴 수명을 가지는 것으로 보고되고 있다.Compressors using these ionic liquids have an inherently low coefficient of friction, so they have a long lifespan (except for the case of filling on a normal piston), and the cooling effect according to the use of liquid is excellent, so the external cooling device is relatively simple, and the operation It has the advantage of reducing energy and obtaining a high-purity gas compression medium. In practice, conventional compressors have a lifespan of 2 to 3 years, while ionic liquid compressors have been reported to have a long lifespan of 7 years or more.
그러나, 기존의 왕복동 피스톤 압축기나 다이아프램의 긴 역사에 비해 현재 기술이 완전히 개발되지 않아 그 개선이 계속 이루어지고 있으며, 특히 이온성액체의 경우에 타 응용처가 부족하여 대량생산이 이루어지지 않아 여전히 고가를 형성하고 있다. However, compared to the long history of the existing reciprocating piston compressor or diaphragm, the current technology has not been fully developed, so the improvement continues. is forming
또한, 고가의 이온성액체가 전체 시스템에 사용되는 양이 여전히 많아, 냉각효과에 대한 장점이 존재하지만 액체피스톤의 개념으로 인해 압축시 금속 피스톤에는 영향을 주지 않아야 하고, 고압의 가스가 피스톤 하단으로는 누설이 되지 않아야 하므로 피스톤 상단에는 충분한 양의 이온성액체가 존재하여야 하며, 배기 밸브를 통해 가스와 함께 배출된 이온성액체는 수집기구를 통해 모아진 후, 다시 실린더 내부로 순환되어야 하기 때문에 여분의 이온성액체 또한 필요하다는 문제점이 있었다.In addition, there is still a large amount of expensive ionic liquid used in the entire system, so there is an advantage in cooling effect, but due to the concept of a liquid piston, it should not affect the metal piston during compression, and high-pressure gas flows to the bottom of the piston should not leak, so a sufficient amount of ionic liquid must exist at the top of the piston, and the ionic liquid discharged along with the gas through the exhaust valve must be collected through the collector and then circulated back into the cylinder, so There was a problem that an ionic liquid was also required.
또한, 상기 언급한 배기밸브를 통해 넘어가는 이온성액체가 다수 존재하게 되며, 가스와의 분리가 가능하므로 가스 농도에는 영향이 거의 없으나, 압축 효율이 저하되는 문제점이 있었다.In addition, there is a large number of ionic liquids passing through the above-mentioned exhaust valve, and since it is possible to separate from gas, there is little effect on gas concentration, but there is a problem in that compression efficiency is lowered.
또한, 피스톤 상단의 이온성 액체는 최대 가속력이 중력가속도에 의해 제한되므로 운전속도를 일정 이상 올릴 수가 없어, 이에 따라 다단(5단이상, 물론 고압을 얻기 위한 다단압축의 필요성도 존재한다)의 실린더 시스템이 필수적이며 이에 따른 에너지 효율문제와 시스템의 가격상승 요인도 존재한다는 문제점이 있었다.In addition, since the maximum acceleration force of the ionic liquid at the top of the piston is limited by the gravitational acceleration, the operating speed cannot be raised beyond a certain level. Accordingly, the multi-stage (5 or more stages, of course, the need for multi-stage compression to obtain high pressure) cylinders exists. The system is essential, and there is a problem that there is an energy efficiency problem and a factor for increasing the price of the system.
또한, 액체의 상하 운동에 따른 액체의 움직임 제어는 매우 어려워, 종래의 링 형태 실링에 의한 피스톤 위에 이온성 액체를 탑재하는 경우에는 전통적인 피스톤과 실린더와의 마찰에 의한 열발생과 내구성 감소는 피할 수 없다는 문제점이 있었다.In addition, it is very difficult to control the movement of the liquid according to the vertical movement of the liquid, so when the ionic liquid is loaded on the piston by the conventional ring-shaped sealing, heat generation and durability reduction due to friction between the conventional piston and the cylinder cannot be avoided. There was a problem with no.
관련 선행문헌으로는 특허문헌 1(대한민국 공개특허공보 제10-2009-0059156호(2009.06.10.))와 특허문헌 2(대한민국 공개특허공보 제10-2012-0017068호(2012.02.27.)) 및 특허문헌 3(대한민국 공개특허공보 제10-2020-0045469호(2020.05.04.))이 공개되어 있다.Related prior literature is Patent Document 1 (Korean Patent Publication No. 10-2009-0059156 (2009.06.10.)) and Patent Document 2 (Korean Patent Publication No. 10-2012-0017068 (2012.02.27.)) And Patent Document 3 (Republic of Korea Patent Publication No. 10-2020-0045469 (2020.05.04.)) has been published.
본 발명의 목적은 피스톤 상단에 분포하는 이온성액체의 양을 최소화 하며, 래버린스(labyrinth type) 피스톤을 사용하여 마찰이 거의 없는 상태에서 운전이 가능하도록 하여 마찰에 의한 열발생과 내구성 감소를 최소화 하는 동시에 왕복운전속도를 증가시키고 배기밸브로 빠져나가는 양을 줄일 수 있는 이온성액체를 사용한 피스톤 압축기 구조를 제공하는 데 있다.The purpose of the present invention is to minimize the amount of ionic liquid distributed at the top of the piston, and to enable operation with little friction by using a labyrinth type piston, thereby minimizing heat generation and durability reduction due to friction At the same time, it is to provide a piston compressor structure using an ionic liquid that can increase the reciprocating speed and reduce the amount that escapes to the exhaust valve.
본 발명에 따른 이온성액체를 사용한 압축기 구조는, 압축기 구조에 있어서,In the compressor structure using the ionic liquid according to the present invention, in the compressor structure,
실린더; 상기 실린더 안에 배치되는 피스톤 및 피스톤 로드를 포함하며; 상기 피스톤 로드는 종방향으로 연장되어 있고 상기 피스톤에 연결되며; 상기 피스톤은 실린더 내부에서 종방향으로 왕복 운동 가능하며; 상기 피스톤은, 래버린스(labyrinth) 피스톤으로 형성되며 내부에 이온성액체를 수용할 수 있는 수용부와, 상기 수용부와 피스톤 상단이 연결되어 복수개의 수용홀이 형성되며, 상기 이온성액체가 상기 피스톤 상단부에 복수개의 수용홀이 일정 높이로 잠길 정도로 형성되는 것을 특징으로 한다.cylinder; a piston and a piston rod disposed within the cylinder; the piston rod extends in the longitudinal direction and is connected to the piston; the piston is capable of reciprocating longitudinally within the cylinder; The piston is formed as a labyrinth piston and has an accommodating portion capable of accommodating the ionic liquid therein, and a plurality of accommodating holes formed by connecting the accommodating portion and an upper end of the piston, wherein the ionic liquid It is characterized in that a plurality of accommodating holes are formed at the upper end of the piston so as to be locked at a certain height.
바람직하게는, 상기 피스톤의 중하단부에는 피스톤 내부에 포함된 이온성액체를 배출할 수 있는 배출홀이 형성되며; 상기 배출홀을 통해 피스톤 상단의 가스가 전달하는 압력이 이온성액체를 통하여 실린더 벽까지 전달되어 압축가스가 누출되지 않고 밀폐가 가능한 것을 특징으로 한다.Preferably, a discharge hole capable of discharging the ionic liquid contained in the piston is formed at the lower middle end of the piston; The pressure transmitted by the gas at the top of the piston through the discharge hole is transmitted to the cylinder wall through the ionic liquid, so that the compressed gas does not leak and can be sealed.
또한 바람직하게는, 피스톤의 내부에는 내부 금속부를 두어 이온성액체의 양과 피스톤의 무게를 조절함으로써 동력학적 특성을 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.Also preferably, it is characterized in that the dynamic characteristics can be adjusted by placing an internal metal part inside the piston to adjust the amount of the ionic liquid and the weight of the piston.
또한 바람직하게는, 피스톤의 상단의 형성된 수용홀은 피스톤의 왕복운동시에 관성에 의한 힘과 점성에 의한 힘의 차이가 최소가 되도록하는 크기를 가지는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the accommodation hole formed at the top of the piston is characterized in that it has a size that minimizes the difference between the force due to inertia and the force due to viscosity during the reciprocating motion of the piston.
또한 바람직하게는, 상기 이온성액체는 왕복운동시에 가스의 접촉을 방지하도록 피스톤 상단을 덮는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the ionic liquid is characterized in that it covers the top of the piston to prevent gas contact during reciprocating motion.
본 발명은 피스톤 상단에 분포하는 이온성액체의 양을 최소화 하며, 래버린스(labyrinth type) 피스톤을 사용하여 마찰이 거의 없는 상태에서 운전이 가능하도록 하여 마찰에 의한 열발생과 내구성 감소를 최소화 할 수 있고, 피스톤의 왕복운동속도를 증대시킬 수 있으며, 실린더를 빠져나가는 이온성액체의 양을 줄이는 효과를 가진다.The present invention minimizes the amount of ionic liquid distributed on the top of the piston, and uses a labyrinth type piston to enable operation with little friction, thereby minimizing heat generation and reduction in durability due to friction. It has the effect of increasing the reciprocating speed of the piston and reducing the amount of ionic liquid exiting the cylinder.
도 1 및 도 2는 피스톤 실린더 구조 방식에 관한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 래버린스(labyrinth) 피스톤 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 이온성액체를 사용한 압축기 구조를 나타내는 도면이다.1 and 2 are conceptual views of a piston cylinder structure.
3 is a view showing a labyrinth piston structure according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing the structure of a compressor using an ionic liquid according to the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.The advantages and features of the present invention, and how to achieve them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments in conjunction with the accompanying drawings.
그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.However, the present invention is not limited by the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only the present embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the person who has the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우, 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.In addition, when it is determined that related known technologies may obscure the gist of the present invention in describing the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
도 1 및 도 2는 피스톤 실린더 구조 방식에 관한 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 래버린스(labyrinth) 피스톤 구조를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 이온성액체를 사용한 압축기 구조를 나타내는 도면이다.1 and 2 are conceptual diagrams of a piston cylinder structure method, FIG. 3 is a diagram showing a labyrinth piston structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing an ionic liquid according to the present invention. It is a diagram showing the compressor structure.
도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1(a)는 링 형의 피스톤 구조를 나타내며, 도 1(b)는 래버린스 형의 피스톤 구조를 나타낸다.Referring to FIGS. 1 and 2, FIG. 1 (a) shows a ring-type piston structure, and FIG. 1 (b) shows a labyrinth-type piston structure.
도 1(a)에 도시된 종래의 링 형태(ring type) 실링에 의한 피스톤을 사용하지 않고 래버린스 형태(labyrinth type) 실링에 의한 피스톤을 사용하는 것을 나타낸다.1 (a) shows that a piston with a labyrinth type sealing is used instead of a piston with a conventional ring type sealing.
도 2(a)는 링 형태 피스톤을 나타내며, 도 2(b)는 래버린스 형태 피스톤을 나타낸다. 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 래버린스 형태 피스톤은 피스톤 돌기(1)가 실린더벽(2)에 접촉하지 않는 것을 특징으로 한다.Figure 2 (a) shows a ring-shaped piston, Figure 2 (b) shows a labyrinth-shaped piston. As shown in FIG. 2(b), the labyrinth type piston is characterized in that the piston protrusion 1 does not contact the
이것에 의해 피스톤 돌기(1)를 통하여 와류를 형성함으로써 일정 누설이 허용하는 상태에서 사용하는 피스톤이다.This is a piston used in a state where a certain amount of leakage is allowed by forming a vortex through the piston protrusion 1.
누설량이 링 형태 피스톤보다 많으나 래버린스 형태 피스톤의 길이를 허용범위 내로 늘려 허용누설량을 맞춤으로써 사용될 수 있다. 이러한 방식은 클린 가스 서비스(clean gas service)에 적당한 것으로 알려져 있다.Although the leakage is larger than that of the ring-type piston, it can be used by increasing the length of the labyrinth-type piston within the allowable range to adjust the allowable leakage. This arrangement is known to be suitable for clean gas service.
보다 구체적으로는 본 발명에 따른 이온성액체를 사용한 압축기 구조는 래버린스 형태의 압축기 구조로 적어도 피스톤과 실린더의 벽은 래버린스 실링으로 형성된다.More specifically, the compressor structure using the ionic liquid according to the present invention is a labyrinth-type compressor structure, and at least the walls of the piston and cylinder are formed by labyrinth sealing.
래버린스 실링은 비접촉 실링이다. 실링의 효과는 실링된 틈을 통과하는 유동 경로의 연장에 근거하며, 이는 유동 저항을 상당히 증가시킨다. 이동의 연장은 피스톤 및 필요하다면 실린더 벽의 표면 구조에 의해 달성된다.Labyrinth sealing is a non-contact sealing. The effect of sealing is based on the extension of the flow path through the sealed gap, which significantly increases the flow resistance. The extension of the movement is achieved by the surface structure of the piston and, if necessary, the cylinder wall.
바람직하게는 피스톤의 표면은 피스톤의 종방향으로 서로 이격되어 있는 복수의 원주 방향 돌기를 갖는다. 이러한 비접촉 설계로는 절대적인 기밀이 가능하지 않다.Preferably, the surface of the piston has a plurality of circumferential projections spaced from each other in the longitudinal direction of the piston. Absolute secrecy is not possible with this contactless design.
이를 위해 래버린스 실링을 포함하는 래버린스 피스톤은 피스톤과 실린더 벽이 서로 접촉하지 않기 때문에 래버린스 실링 비접촉 식이고 또한 그래서 피스톤과 실린더 벽 사이에 윤활이 필요치 않다는 이점을 갖는다.A labyrinth piston with a labyrinth seal for this purpose has the advantage that the labyrinth seal is non-contact because the piston and the cylinder wall do not come into contact with each other and thus no lubrication is required between the piston and the cylinder wall.
따라서, 래버린스 형태 피스톤을 사용하여 마찰이 거의 없는 상태에서의 운전이 가능하게 함으로써 마찰에 의한 열발생과 내구성 감소의 단점을 해소할 수 있는 것을 특징으로 한다. 이러한 형태의 피스톤은 본질적으로 고압가스 압축에는 적용이 불가하여 사용된 바가 없으나, 본 발명에 의한 피스톤 구조는 후술하는 방법에 의하여 고압가스 압축에 사용이 가능하도록 수정되고 적용된다.Therefore, it is characterized in that it is possible to solve the disadvantages of heat generation and reduced durability due to friction by enabling operation in a state with almost no friction using a labyrinth-shaped piston. This type of piston has not been used because it is essentially inapplicable to high-pressure gas compression, but the piston structure according to the present invention is modified and applied so that it can be used for high-pressure gas compression by the method described below.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 래버린스(labyrinth) 피스톤 구조를 살펴보면, 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 래버린스(labyrinth) 피스톤(1)은 실린더(2) 벽과 접촉하지 않는 구조를 갖는다.Referring to Figure 3, looking at the labyrinth piston structure according to the present invention, as shown in Figure 3 (a), the labyrinth piston (1) is not in contact with the wall of the cylinder (2) have a structure
축 방향으로 긴 설치 공간을 차지하며 약간의 누설이 허용되는 곳에는 사용 범위의 제한이 없다.It occupies a long installation space in the axial direction, and there is no limit to the range of use where slight leakage is allowed.
래버린쓰 피스톤 구조를 통해 작은 틈새를 통해 단면적이 갑자기 축소되어 와류(3) 발생으로 압력이 강하하는 교축작용(throttling process)을 반복함으로써 점진적 압력이 감소하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the gradual pressure is reduced by repeating the throttling process in which the cross-sectional area is suddenly reduced through a small gap through the labyrinth piston structure and the pressure drops due to the generation of the vortex (3).
래버린스(labyrinth) 피스톤 구조를 기체가 아닌 이온성액체를 피스톤(1)과 실린더(2) 사이에 사용할 경우 도 3(b)에 도시된 압력분포처럼 피스톤 길이방향으로 압력차이가 많이 나지 않고, 매우 미세하게 차이가 나게 된다. 따라서, 이러한 구조를 고압가스 압축용으로 사용하게 되면 마찰에 대한 장점을 있으나 누설량은 더 많아지게 된다.When a labyrinth piston structure is used between the piston 1 and the
이러한 미세한 차이를 이용하여 고압가스 압축에 그대로 래버린스 형 피스톤 구조를 사용하면 가스누설이 발생할 수 있어, 가스누설을 방지하는 구조가 필요하다.If the labyrinth-type piston structure is used for high-pressure gas compression using such a minute difference, gas leakage may occur, and a structure to prevent gas leakage is required.
또한, 이온성액체가 피스톤의 상단에서 왕복 운동하는 것은 중력가속도에 의한 제한을 받으므로 피스톤 내부에 이온성액체를 품고 왕복운동을 하면 대부분의 이온성액체가 고체 피스톤에 갇혀 운동하게 되므로 액체의 동력학적 제어의 어려움이 대부분 완화되어 상단부분의 가속능력을 향상시킬 수 있다.In addition, since the reciprocating motion of the ionic liquid at the top of the piston is limited by the acceleration of gravity, when the ionic liquid is held inside the piston and reciprocating, most of the ionic liquid is trapped in the solid piston and moves, so the power of the liquid The difficulty of geometrical control is mostly alleviated, and the acceleration ability of the upper part can be improved.
피스톤 상단은 수소와 같은 침투성이 좋은 가스로부터 금속이 보호될 정도의 소량만을 남기고 피스톤 내부에 이온성액체를 품고 왕복 운동하는 것을 특징으로 한다.The top of the piston is characterized in that it reciprocates with the ionic liquid inside the piston, leaving only a small amount to protect the metal from a permeable gas such as hydrogen.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 이온성액체를 사용한 압축기 구조를 살펴보면, 도 4(a)는 압축기 구조의 정단면도를 나타내며, 도 4(b)와 도 4(c)는 평면도 개념도를 나타낸다.Referring to FIG. 4, looking at the structure of a compressor using an ionic liquid according to the present invention, FIG. 4 (a) shows a front cross-sectional view of the compressor structure, and FIGS. 4 (b) and 4 (c) show plan views and conceptual views. .
래버린스(labyrinth) 압축기로서, 실린더(190)와 상기 실린더(190) 안에 배치되는 피스톤(100) 및 피스톤 로드(101)를 포함하고, 피스톤 로드(101)는 종방향으로 연장되어 있고 상기 피스톤(100)에 연결되며, 피스톤(100)은 실린더(190) 내부에서 종방향으로 왕복 운동 가능하며, 상기 피스톤(100)은 복수개의 작은 구멍을 형성하여 이온성액체를 수용할 수 있는 수용 홀(111)이 형성되어 있으며, 피스톤(100) 내부의 이온성액체와 피스톤 상단의 이온성액체가 서로 교류된다.A labyrinth compressor, comprising a
또한, 피스톤(100)은 기본적으로 실린더(190)와 접촉하지 않은 돌기가 형성된 래버린스 형으로 내부에는 이온성액체(200)를 포함하고 있으며, 피스톤 상단의 이온성액체(200)는 금속이 공격받지 않는 한도 내에서 최소한의 높이(h1)로 설정되어, 운동 시 관성의 영향을 최소로 받게 된다. 이러한 높이(h1)는 피스톤(100)의 왕복운동 시에도 피스톤(100)의 표면이 직접 가스에 노출되지 않으면 충분하므로 수mm 이내로 설정하는 것이 바람직하다.In addition, the
본질적으로 피스톤(100) 내부에 이온성액체(200)를 품고 왕복운동을 하게 되므로 가속도에 대한 운전속도 제한이 여유가 있어지며, 특히 피스톤(100)의 하향 운동 시에 수용홀(111)의 사이즈를 최대한 작게 함으로써, 이온성액체(200)의 관성에 대한힘과 점성에 의한 힘을 유사하게 만들어 마치 고체피스톤과 같은 효과를 낼 수 있다. 상기 수용홀(111)의 사이즈는 직경 3미리 이하로 하는 것이 바람직하다.Essentially, since the
또한, 피스톤(100) 상단의 이온성액체(200)는 최대 압축시에도 실린더(190) 일단으로부터 일정간격(h2) 이격되도록 위치되어 운동 시 영향을 최소로 받도록 한다.In addition, the
또한, 본원발명에 이온성액체는 이미다졸리움계(imidazolium based ionic liquids)의 이온성액체를 사용하는 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다. 특정가스와의 용해성과 금속과의 윤활성등을 고려하여 선택이 가능하다. 피스톤(100) 내부에 포함되는 이온성액체의 양은 피스톤(100)의 내부금속부(150)에 의해 조절될 수 있으며, 이러한 내부금속부(150)는 피스톤(100)의 동력학적 질량을 조절하는 데에도 사용된다.In addition, it is preferable to use an ionic liquid of imidazolium based ionic liquids as the ionic liquid in the present invention, but is not limited thereto. It can be selected by considering solubility with a specific gas and lubricity with metal. The amount of ionic liquid contained inside the
즉, 내부금속부(150)를 통해 피스톤 내부에 포함된 이온성액체의 양을 줄이고 피스톤의 무게를 설정할 수 있다.That is, it is possible to reduce the amount of the ionic liquid included in the piston and set the weight of the piston through the
도 4(b)에 도시된 바와 같이, 피스톤(100)에 복수개의 작은 구멍을 형성하여 이온성액체를 수용할 수 있는 수용홀(111)이 형성되어 있으며, 상기 수용홀(111)은 피스톤의 왕복운동시에 관성에 의한 힘과 점성에 의한 힘의 차이가 최소가 되도록하는 직경 0.1 내지 3mm의 크기를 갖는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 4(b), a plurality of small holes are formed in the
또한, 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 수용홀(111)을 포함한 피스톤(100)이 일정 높이(h1)로 잠기는 상태로 이온성액체가 구비되는 것을 나타낸다.In addition, as shown in FIG. 4(c), it shows that the ionic liquid is provided in a state in which the
피스톤 상단을 덮는 이온성액체는 왕복운동시에 가스의 접촉을 방지하도록 0.1 내지 5mm의 두께를 가지는 것이 바람직하다.The ionic liquid covering the top of the piston preferably has a thickness of 0.1 to 5 mm to prevent gas contact during reciprocating motion.
또한, 본원발명의 래버린스 피스톤은 가스압축실이 압축됨에 따라 사이드로 고압의 가스가 일부구간 미세하게 누출되어 내려올 수 있다.In addition, in the labyrinth piston of the present invention, as the gas compression chamber is compressed, the high-pressure gas to the side may leak finely and come down in some sections.
이때 래버린스 원리에 따라 약간의 와류발생으로 압력저하 분포가 나타나게 되며, 피스톤의 중하단부에는 피스톤 내부에 포함된 이온성액체가 통할 수 있는 배출홀(120)이 형성되어 있어 상단의 가스가 전달하는 압력이 이온성액체를 통하여 그대로 실린더(190) 벽까지 전달될 수 있다. 이러한 배출홀(120)은 슬릿 형태로 형성하는 것이 바람직하다.At this time, according to the labyrinth principle, a pressure drop distribution appears due to a slight vortex, and a
따라서, 래버린스에 의한 미세 압력감소와 이온성액체의 실린더 벽에 가하는 고압의 작용에 의하여 피스톤(100)의 상승 시간동안 가스는 누출되지 않고 밀폐된 상태를 유지할 수 있다.Therefore, the airtight state can be maintained without leakage during the rising time of the
또한, 가스 누설 가능성은 압력분포에 따른 평형을 이용하여 차단이 가능하지만, 배출홀(슬릿)을 통해 배출된 이온성액체의 일부는 하단으로 지속적으로 미세량이 내려오는 것은 본질적으로 존재한다. In addition, the possibility of gas leakage can be blocked by using the equilibrium according to the pressure distribution, but a part of the ionic liquid discharged through the discharge hole (slit) is essentially present in a small amount continuously descending to the bottom.
따라서 종래와 마찬가지로 이온성액체를 지속적으로 분리하여 재공급해주는 작업은 필요하다.Therefore, as in the prior art, it is necessary to continuously separate and resupply the ionic liquid.
다만, 그 양이 매우 적어 소형의 부가장비로 가능한 장점이 있다.However, the amount is very small, and there is an advantage that it can be used with small additional equipment.
예를들어 실린더 헤드 상단부에 이온성액체 흡입부(미도시)를 구비하고 흡입부에서 흡입된 이온성 액체가 피스톤 내부에 수용된 이온성액체 수용부에 합류하는 형태로 구성될 수 있다. 이것은 공지된 종래방법과 유사한 구조를 갖게되는데, 실린더 상단의 흡입밸브 배관쪽에 흡입관을 분기하여 이온성액체를 공급하거나 별도의 헤드부분에 공급부를 구비하여 흡입행정 중에 이온성액체를 공급하게 된다. 이 경우에는 실린더의 설치방향이 중력방향이어야 한다.For example, an ionic liquid suction part (not shown) may be provided at the upper end of the cylinder head, and the ionic liquid sucked from the suction part may join the ionic liquid accommodating part accommodated inside the piston. This has a structure similar to the known conventional method, and the suction pipe is branched to the suction valve pipe side at the top of the cylinder to supply the ionic liquid or a separate head part is provided with a supply unit to supply the ionic liquid during the suction stroke. In this case, the installation direction of the cylinder must be in the direction of gravity.
따라서 피스톤이 내부에 이온성액체를 품고 고체 케이스와 같이 운동하므로, 액체만의 왕복운동를 제어해야하고 중력가속도에 속박되는 기존 방식과는 달리 상대적인 고속운전이 가능하고 그 제어가 매우 유리한 것을 특징으로 한다.Therefore, since the piston has an ionic liquid inside and moves like a solid case, it is possible to operate at a relatively high speed and the control is very advantageous, unlike the existing method in which the reciprocating motion of only the liquid must be controlled and bound to the acceleration of gravity. .
이것에 의해 마찰열을 감소시킬 수 있으며, 내구성이 증가되고, 상대적 이온성액체 사용량을 감소시킬 수 있는 효과를 가진다.This has the effect of reducing frictional heat, increasing durability, and reducing the relative amount of ionic liquid used.
지금까지 본 발명에 따른 이온성액체를 사용한 압축기 구조에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러가지 실시 변형이 가능함은 자명하다. 그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.So far, specific embodiments of the compressor structure using the ionic liquid according to the present invention have been described, but it is obvious that various modifications are possible within the limits that do not depart from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments and should not be conveyed, and should be defined by not only the claims to be described later, but also those equivalent to these claims.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술 될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.That is, it should be understood that the above-described embodiments are illustrative in all respects and not restrictive, and the scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and the meaning and scope of the claims and All changes or modified forms derived from the equivalent concept should be construed as being included in the scope of the present invention.
100: 래버린스(labyrinth) 피스톤
101: 피스톤 로드(piston rod)
110: 수용부
111: 수용홀
120: 배출홀
150: 내부금속부
190: 실린더(cylinder)
200: 이온성 액체100: labyrinth piston
101: piston rod
110: receiving part
111: receiving hole
120: discharge hole
150: inner metal part
190: cylinder
200: ionic liquid
Claims (5)
실린더;
상기 실린더 안에 배치되는 피스톤 및 피스톤 로드를 포함하며;
상기 피스톤 로드는 종방향으로 연장되어 있고 상기 피스톤에 연결되며;
상기 피스톤은 실린더 내부에서 종방향으로 왕복 운동 가능하며;
상기 피스톤은, 래버린스(labyrinth) 피스톤으로 형성되며 내부에 이온성액체를 수용할 수 있는 수용부와, 상기 수용부와 피스톤 상단이 연결되어 복수개의 수용홀이 형성되며, 상기 이온성액체가 상기 피스톤 상단부에 복수개의 수용홀이 일정 높이로 잠길 정도로 형성되는 것을 특징으로 하는 이온성액체를 사용한 압축기 구조.
In the compressor structure,
cylinder;
a piston and a piston rod disposed within the cylinder;
the piston rod extends in the longitudinal direction and is connected to the piston;
the piston is capable of reciprocating longitudinally within the cylinder;
The piston is formed as a labyrinth piston and has an accommodating portion capable of accommodating the ionic liquid therein, and a plurality of accommodating holes formed by connecting the accommodating portion and an upper end of the piston, wherein the ionic liquid Compressor structure using an ionic liquid, characterized in that a plurality of receiving holes are formed at the upper end of the piston so as to be submerged at a certain height.
상기 피스톤의 중하단부에는 피스톤 내부에 포함된 이온성액체를 배출할 수 있는 배출홀이 형성되며;
상기 배출홀을 통해 피스톤 상단의 가스가 전달하는 압력이 이온성액체를 통하여 실린더 벽까지 전달되어 압축가스가 누출되지 않고 밀폐가 가능한 것을 특징으로 하는 이온성액체를 사용한 압축기 구조.
The method of claim 1,
A discharge hole through which the ionic liquid contained in the piston can be discharged is formed at the lower middle end of the piston;
Compressor structure using an ionic liquid, characterized in that the pressure transmitted by the gas at the top of the piston through the discharge hole is transmitted to the cylinder wall through the ionic liquid so that the compressed gas can be sealed without leaking.
상기 피스톤의 내부에는 내부 금속부를 두어 이온성액체의 양과 피스톤의 무게를 조절함으로써 동력학적 특성을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 이온성액체를 사용한 압축기 구조.
The method of claim 1,
Compressor structure using an ionic liquid, characterized in that the dynamic characteristics can be adjusted by adjusting the amount of the ionic liquid and the weight of the piston by placing an inner metal part inside the piston.
피스톤의 상단의 형성된 수용홀은 피스톤의 왕복운동시에 관성에 의한 힘과 점성에 의한 힘의 차이가 최소가 되도록하는 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 이온성액체를 사용한 압축기 구조.
The method of claim 1,
The receiving hole formed at the top of the piston is a compressor structure using an ionic liquid, characterized in that it has a size such that the difference between the force due to inertia and the force due to viscosity is minimized during the reciprocating motion of the piston.
상기 이온성액체는 왕복운동시에 가스의 접촉을 방지하도록 피스톤 상단을 덮는 것을 특징으로 하는 이온성액체를 사용한 압축기 구조.
The method of claim 2,
Compressor structure using an ionic liquid, characterized in that the ionic liquid covers the top of the piston to prevent gas contact during reciprocating motion.
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