KR20080011173A - Cryocompressor having a laterally arranged pressure valve - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 실린더 벽에 의해서 둘러싸인 압축기 공간, 흡입 밸브 그리고 압력 밸브를 구비한 압축기, 특히 극저온 매체용 압축기, 바람직하게는 액체 수소용 압축기에 관한 것으로서, 상기 압축기 공간 안에서는 압축기 피스톤이 선형으로 움직이며, 상기 두 개의 밸브들은 상기 압축기 피스톤의 하부 최종 위치 범위 안에 배치되어 있다.The present invention relates to a compressor having a compressor space, a suction valve and a pressure valve surrounded by a cylinder wall, in particular a compressor for cryogenic media, preferably a compressor for liquid hydrogen, in which the compressor piston moves linearly, The two valves are arranged in the lower final position range of the compressor piston.
"극저온 매체"라는 용어는 이하에서 소위 극저온 액체, 특히 액체 수소, 액화 천연 가스, 액체 질소, 액체 산소 및 다른 액화 가스들로 이해될 수 있다.The term "cryogenic medium" can be understood hereafter as so-called cryogenic liquids, in particular liquid hydrogen, liquefied natural gas, liquid nitrogen, liquid oxygen and other liquefied gases.
상기와 같은 유형의 압축기들은 선행 기술에 충분히 공지되어 있다. 선행 기술에 공지된 모든 압축기들의 공통점은, 스프링 하중을 받은 흡입 밸브를 통하여 압축될 매체가 압축기 공간 안으로 유입되어, 압축된 다음에 스프링 하중을 받은 압력 밸브를 통하여 압축기 공간 외부로 배출된다는 것이다.Compressors of this type are well known in the art. Common to all the compressors known in the prior art is that the medium to be compressed is introduced into the compressor space via a spring loaded intake valve, which is compressed and then discharged out of the compressor space through a spring loaded pressure valve.
도 1은 선행 기술에 속하는 종래의 압축기 구조를 개략적인 측면 단면도로 보여주고 있다.Figure 1 shows a schematic side cross-sectional view of a conventional compressor structure belonging to the prior art.
실린더 벽(Z)에 의해서 둘러싸인 압축기 공간(R) 안에서는 압축기 피스톤(K')이 선형으로 좌·우로 또는 위·아래로 움직인다. 압축기 피스톤(K')의 두 개의 방향 전환점들은 이하에서 상기 압축기 피스톤(K')의 하부 최종 위치 및 상부 최종 위치로 표기된다.In the compressor space R surrounded by the cylinder wall Z, the compressor piston K 'moves linearly left, right or up and down. The two turning points of the compressor piston K 'are referred to hereinafter as the lower final position and the upper final position of the compressor piston K'.
실린더 공간의 하부면에는 흡입 밸브(S) 및 압력 밸브(D')가 배치되어 있다. 상기 흡입 밸브(S)를 통해서는 흡입 행정 동안에 - 이때 압축기 피스톤(K')은 자신의 하부 최종 위치로부터 자신의 상부 최종 위치로, 다시 말해 본 경우에는 하부로부터 상부로 이동한다 - 압축될 액체 매체가 압축기 공간(R) 안으로 유입된다. 후속하는 압력 행정 또는 압축 행정 동안에는 - 이때 압축기 피스톤(K')은 도 1에 도시된 바와 같이 자신의 상부 최종 위치로부터 재차 자신의 하부 최종 위치로 이동한다 - 압축될 매체가 상기 압력 밸브(D')를 통하여 상기 압축기 공간(R)으로부터 외부로 밀려나간다.The intake valve S and the pressure valve D 'are arrange | positioned at the lower surface of a cylinder space. During the intake stroke via the intake valve S, the compressor piston K 'then moves from its lower final position to its upper final position, in other words from the lower to the upper-liquid medium to be compressed. Is introduced into the compressor space (R). During the subsequent pressure stroke or compression stroke-the compressor piston K 'then moves from its upper final position back to its lower final position as shown in Figure 1-that the medium to be compressed is pressurized with the pressure valve D' It is pushed out from the compressor space (R) through ().
특히 액체 극저온 매체를 액체 압축하는 경우에는 필연적으로 압축 동안에 기상(G)이 형성된다. 상기 기상이 압력 행정 또는 압축 행정 후에도 상기 압축기 공간(R)의 피할 수 없는 간극 용적(clearance volume) 안에 남아 있으면, 후속하는 흡입 행정 동안에 상기 압축기 공간(R) 안에서는 기체 상태의 매체가 팽창된다. 상기 팽창 동안에는, 새로운 액체 상태의 극저온 매체가 흡입 밸브(S)를 통해 압축기 공간(R) 안으로 흡입될 수 있다. 그 결과, 압축기의 이송 용량은 현저히 감소하게 된다.Particularly in the case of liquid compression of liquid cryogenic media, inevitably a gas phase G is formed during compression. If the gas phase remains in the unavoidable clearance volume of the compressor space R after the pressure stroke or the compression stroke, the gaseous medium expands in the compressor space R during the subsequent suction stroke. During the expansion, fresh liquid cryogenic medium can be sucked into the compressor space R through the intake valve S. As a result, the feed capacity of the compressor is significantly reduced.
압력 행정 또는 압축 행정의 마지막에 상기 간극 용적이 오로지 액체로만 채워진다면, 전술된 바와 같은 기체 상태 매체의 바람직하지 않은 팽창이 방지될 수 있을 것이다. 공지된 모든 압축기 구조에서는, 흡입 밸브(S) 및 압력 밸브(D')가 실린더 하우징(Z)의 하부면에 배치되어 있다. 그 결과, 압축기 피스톤(K')에 의하여 우선 액상(F)이 압력 밸브(D')를 통해 압축기 공간(R)으로부터 외부로 밀려나가는 반면, 남아 있는 간극 용적 안에는 어쩔 수 없이 기상(G)이 남게 된다.If the gap volume is only filled with liquid at the end of the pressure stroke or compression stroke, undesirable expansion of the gaseous medium as described above may be prevented. In all known compressor structures, the intake valve S and the pressure valve D 'are arranged on the lower surface of the cylinder housing Z. As a result, the liquid phase F is first pushed out from the compressor space R through the pressure valve D 'by the compressor piston K', while the gaseous phase G inevitably enters the remaining gap volume. Will remain.
압축기 피스톤(K')을 실린더 공간(Z)의 바닥까지 가이드 함으로써 간극 용적을 줄이거나 "없애는" 것은 기본적으로는 불가능하다. 그 원인은, 상기 간극 용적이 압축기에 의해서 최적화되었기 때문이다. 냉각 중에 이루어지는 세로 방향 팽창에 의해서는, 소정의 간극 용적을 방지할 수 없다. 간극 용적을 제공하지 않는다면, 밸브들도 또한 압축기 내부에 통합될 수 없을 것이다.By guiding the compressor piston K 'to the bottom of the cylinder space Z, it is basically impossible to reduce or "free" the gap volume. The reason is that the gap volume is optimized by the compressor. Due to the longitudinal expansion during cooling, the predetermined gap volume cannot be prevented. Without providing a gap volume, the valves could also not be integrated inside the compressor.
하지만, 압축 후에는 간극 용적 내부에 필연적으로 남게 되는 기상(G)이 팽창됨으로써, 압축될 "신선한(fresh)" 액체의 유입이 저지된다.However, after compression, the gas phase G, which inevitably remains inside the gap volume, is expanded, thereby preventing the inflow of "fresh" liquid to be compressed.
본 발명의 과제는, 전술된 단점들이 피해질 수 있는 종래의 압축기, 특히 극저온 매체용의 종래의 압축기를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a conventional compressor, in particular for cryogenic media, in which the aforementioned disadvantages can be avoided.
상기 과제를 해결하기 위하여, 압력 밸브가 압축기 피스톤의 하부 최종 위치 범위 안에서 실린더 벽 측면에 배치되어 있고, 상기 압축기 피스톤의 헤드가 원뿔 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 종래의 압축기가 제안된다.In order to solve the above problem, a conventional compressor is proposed, wherein the pressure valve is disposed on the side of the cylinder wall in the lower final position range of the compressor piston, and the head of the compressor piston has a conical shape.
본 발명에 따른 압축기 그리고 상기 압축기의 추가의 개선예들은 도 2에 도시된 실시예를 참조하여 상세하게 설명된다.The compressor according to the invention and further refinements of the compressor are described in detail with reference to the embodiment shown in FIG. 2.
도 2도 역시 - 도 1과 마찬가지로 - 본 발명에 따른 압축기의 한 가지 가능한 실시예를 개략적인 측면 단면도로 보여주고 있다.Figure 2 also shows-as in Figure 1-one possible embodiment of the compressor according to the invention in a schematic side sectional view.
도 2에 도시된 압축기 피스톤(K)의 경우에는, 상기 압축기 피스톤의 헤드가 원뿔 형상 - 범위 x - 을 갖는다. 또한, 압력 밸브(D)는 상기 압축기 피스톤(K)의 하부 최종 위치 범위 안에서 실린더 벽(Z) 측면에 배치되어 있다.In the case of the compressor piston K shown in FIG. 2, the head of the compressor piston has a conical shape-range x-. In addition, the pressure valve D is arranged on the side of the cylinder wall Z within the lower final position range of the compressor piston K.
이때부터 압축기 피스톤(K)이 압력 행정 또는 압축 행정의 마지막에 자신의 하부 최종 위치에 있게 되면 - 이와 같은 상태는 도 2에 도시되어 있다 -, 기체 상태의 매체로 채워진 남아 있는 간극 용적(G)은 도 1에 도시된 압축기 구조에서보다 훨씬 더 작다. 또한, 상기 압축기 피스톤(K)의 원뿔 형상(x)으로 인해 압력 밸브(D)로의 "연결 통로"가 형성됨으로써, 결과적으로 압축된 극저온 매체는 상기 압력 밸브(D)를 통하여 간극 용적으로부터 외부로 밀려나갈 수 있게 된다.From this time, if the compressor piston K is at its lower final position at the end of the pressure stroke or the compression stroke-such a state is shown in Figure 2-the remaining gap volume G filled with gaseous medium. Is much smaller than in the compressor structure shown in FIG. The conical shape x of the compressor piston K also creates a “connection passage” to the pressure valve D, so that the compressed cryogenic medium is forced out of the gap volume through the pressure valve D. It can be pushed out.
하지만, 압력 행정 또는 압축 행정의 마지막에는, 하부 최종 위치로 이동하는 압축기 피스톤(K)으로 인하여 상기 압력 밸브(D)를 통해 완전히 외부로 밀려나갈 수 없는 액상(F)이 남게 된다.However, at the end of the pressure stroke or the compression stroke, the liquid piston F cannot be pushed out completely through the pressure valve D due to the compressor piston K moving to the lower final position.
그 결과, 후속하는 흡입 행정이 시작될 때에는, - 심지어 남아 있는 간극 용적이 완전히 액체로 채워지지 않은 경우에도 - 새로운 극저온 액체 매체가 흡입 밸 브(S)를 통해 흡입될 수 있기 전에, 가스는 그 양이 현저히 줄어든 상태에서 팽창하게 된다.As a result, when a subsequent intake stroke is initiated-even if the remaining gap volume is not completely filled with liquid-before the new cryogenic liquid medium can be aspirated through the intake valve S, the amount of gas is reduced to that amount. Will expand in this markedly reduced state.
마지막으로 언급하고자 하는 것은, 압축기 피스톤(K' 또는 K)과 실린더 벽(Z) 사이에 상황에 따라 제공될 밀봉 수단이 도 1 및 2에는 개관을 명확히 할 목적으로 도시되어 있지 않다는 것이다.The last thing to mention is that the sealing means to be provided depending on the situation between the compressor piston K 'or K and the cylinder wall Z is not shown in FIGS. 1 and 2 for the purpose of clarity.
전술된 본 발명에 따른 압축기에 의해서는, 압축기 공간 안에 있는 가스의 양이 압력 행정 또는 압축 행정의 마지막에는 전체적으로 제거되었거나 또는 광범위한 범위만큼 줄어들었다; 그 결과 공지된 압축기 구조에 비해 더 높은 이송 용량이 얻어진다. 따라서, 이송된 또는 압축된 매체의 양을 기준으로 한 압축기 특유의 용량 감소가 성취될 수 있다.With the compressor according to the invention described above, the amount of gas in the compressor space has been totally eliminated or reduced by a wide range at the end of the pressure stroke or the compression stroke; The result is a higher transfer capacity compared to known compressor structures. Thus, a compressor specific capacity reduction based on the amount of conveyed or compressed medium can be achieved.
본 발명에 따른 압축기와 연관된 장점들은 선행 기술에 비해 약간 더 복잡한 압축기 구조를 통해서 얻을 수 있다; 하지만 상기와 같은 약간 더 복잡한 압축기 구조와 연관된 초과 비용은 상기와 같이 달성된 장점들에 의하여 더 많이 보상될 수 있을 것이다.The advantages associated with the compressor according to the invention can be obtained through a slightly more complicated compressor structure compared to the prior art; However, the excess costs associated with such slightly more complicated compressor structures may be more compensated by the advantages achieved above.
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