KR19990012196A - 내연기관구동 터어보 공기압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기 압축기에 관한 것으로서, 오일이 섞이지 않은 깨끗한 압축공기를 공급하는 장치를 구현하는데에 목적이 있다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은, 왕복엔진으로 구동되는 다단 터보 압축기를 구동하는 효율적인 방법을 제공한다.

Description

내연기관구동 터어보 공기압축기

일반적으로 500마력급 이상에서만 터보형 공기압축기가 사용되고 있으며, 20기압 이상의 큰 압력을 제공하는 압축기는 1000마력급 이상의 경우에 사용된다. 즉, 현재의 터보압축기는 Impeller의 구동을 모터와 증속기어를 사용하고 있어 회전수의 제한이 있기 때문에 마지막 단 Impeller 출구폭이 너무 작아지고 따라서 작은 유량에서 높은 압력비를 내는데 제한이 있다. 예를 들어 200마력급 터어보 압축기로 10기압을 내려고 하면 마지막단의 Impeller 출구 폭은 2mm정도 될 것이므로 축방향간극을 유지할 수 없어 마지막단의 효율이 매우 낮아 실용적이지 못하여 500마력급에서 20기압을 얻으려 해도 같은 이유로 인하여 동작이 불가능하게 된다.

본 발명은 상기한 바와 같이 기존의 터보 압축기가 지니고 있는 제한(작은 유량에서의 Turbo-Compressor 적용불가)을 제거하고자 발명된 것으로, 에너지 사용효율의 증가, 오일없는 깨끗한 압축공기의 공급, 저유량 고압축 영역에서의 동작성을 동반하도록 고안되었다.

제 1 도는 기본 개념도

제 2 도는 추가의 연소기를 사용하는 경우의 실시예

이를 실현하기 위하여 본 발명은 왕복식 내연기관의 축동력과 배기가스를 복합적으로 사용하여 연료효율을 올리고 작은 유량에서도 적용가능한 터보 압축기를 구성할 수 있도록 한다. 저단 압축기는(1단, 2단, ...) 축회전수를 증속시켜 Impeller를 구동하고, 고단 압축기(3단, 4단, ..., 끝단)는 터어빈 구동방식을 사용한다. 고단 압축기를 터빈 구동방을 채택하는 이유는 작은 유량(대체로 1.0Kg/sec 이하)의 경우 고단 압축기 Impeller 출구의 폭이 좁아지지 않도록 충분한 회전수를 제공하기 위해서이다. (일반적으로 기어구동을 하면 기어 기술의 한계로 인하여 회전수가 70000RPM을 넘기 어려우며 이러한 작은 회전수에서 고압축비를 내려면 Impeller 출구 폭이 작아지게 되므로 현실적으로 적용이 불가능하게 된다.)

제 1 도는 3단 압축기를 사용하는 경우의 기본개념을 도시하였다.

- 1, 2단 압축기는 엔진에 증속기를 장치하고 증속기에 Impeller를 설치한다.

- 압축기 사이에는 대기와의 열교환을 통하여 공기의 온도를 낮추어 소모동력을 줄이도록 열교환기가 배치되어 있다.

- 3단 압축기는 터빈과 동일축에 연결되 있으며 터빈은 엔진의 배기가스로 구동된다.

이러한 구성으로 3단의 회전수를 10만 RPM 이상으로 동작하게 하여 작은 유량에서도 10기압 정도를 얻을 수 있다. 일반적으로 1Kg/sec 이하의 영역은 터보 압축기를 적용하기 어려운 운용조건이나 본 발명은 고단 압축기를 터어빈으로 구동하므로서 제한을 극복할 수 있는 방법을 제공한다.

제 2 도는 제 1 도에 연소기를 추가한 것으로 터어빈 입구온도를 조절하여 전체출력을 증가시키며 동시에 동작조건을 조절할 수 있도록 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 터보 압축기는 다음의 효과를 제공한다.

- 기계구동 압축기가 제공하지 못하는 저유량에서의 고압력을 제공할 수 있다.

- 전기를 사용하지 않으므로 단전이 되어도 동작이 가능하다.

- 전기를 사용하지 않으므로 이동식으로 만들 수 있다.

- 오일이 포함되지 않은 깨끗한 공기를 공급할 수 있다.

Claims (2)

1. 왕복식 내연기관으로 구동되는 터보 압축기로서 다음 항목을 특징으로 하는 터보 압축기.

   - 저단 압축기는 증속기를 포함한 기계식으로 구동

   - 고단 압축기는 배기가스로 구동되는 터어빈으로 구동
2. 제 1 항에 있어서, 내연기관 출구와 터어빈 사이에 추가적인 연소기를 사용하여 출력을 높이는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.