KR20200050372A - 압축 장치 - Google Patents

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사토시 데즈카
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

압축 장치(10)는, 보일 오프 가스를 흡인하여 압축하는 왕복동식이며 또한 무급유식의 전단 압축부(21)와, 전단 압축부(21)로 압축된 보일 오프 가스를 압축하는 후단 압축부(23)와, 후단 압축부(23)로 압축된 보일 오프 가스의 적어도 일부를 재액화하는 재액화 라인(29)을 구비한다. 후단 압축부(23)는, 왕복동식 복수단 압축 기구(23a 내지 23d)를 갖는다. 복수단 압축 기구(23a 내지 23d)에는, 피스톤과 선단에 피스톤이 마련된 피스톤 로드와 피스톤 로드에 인접하는 로드 패킹을 갖고, 피스톤 로드와 로드 패킹 사이에 급유되는 로드 윤활 압축 기구(31)가 포함되어 있다.

Description

압축 장치{COMPRESSION DEVICE}
본 발명은 보일 오프 가스를 압축하는 압축 장치에 관한 것이다.
종래, 예를 들어 일본 특허 공표 제2011--517749호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 액화 천연 가스(LNG) 등의 액화 가스를 저장하는 저장 탱크 내에서 발생한 보일 오프 가스를 압축하는 압축 장치가 알려져 있다. 압축 장치는, 복수단의 압축기를 갖는다. 복수단의 압축기에서 압축된 보일 오프 가스는 예를 들어 엔진에 연료로서 공급된다. 보일 오프 가스는, 엔진 부하 등의 가스 수요에 관계없이 발생하기 때문에, 압축 장치에는 재액화 라인이 마련되어 있다. 재액화 라인에는 열 교환기 등이 마련되어 있고, 재액화 라인에서는, 압축된 보일 오프 가스의 일부가, 열 교환기에 의한 냉각 및 팽창 밸브에 의한 팽창을 거쳐서 재액화된다.
압축된 보일 오프 가스를 선박 등의 엔진에 공급하는 경우, 매우 고압이 되도록 보일 오프 가스를 압축할 필요가 있다. 그 경우, 급유식 압축기에서는, 무급유식 압축기와 비교하여 압축실로부터의 보일 오프 가스의 누설량을 억제할 수 있으므로, 급유식 압축기 쪽이 시일성의 관점에서 바람직하다. 그러나, 급유식 압축기가 사용되면, 압축기로부터 토출된 보일 오프 가스에 포함되는 윤활유가 재액화 라인으로 유입되어, 재액화 라인의 관 내에 부착되어 버리는 경우가 있다.
본 발명의 목적은, 압축 장치의 시일성을 확보하면서, 재액화 라인으로의 오일의 부착을 방지하는 것이다.
본 발명의 일 국면에 관한 압축 장치는, 보일 오프 가스를 흡인하여 압축하는 왕복동식 압축 기구로 구성된 무급유식 전단 압축부와, 상기 전단 압축부에서 압축된 보일 오프 가스를 압축하는 후단 압축부와, 상기 후단 압축부에서 압축된 보일 오프 가스의 적어도 일부를 재액화하는 재액화 라인을 구비한다. 상기 후단 압축부는, 왕복동식 1단 또는 복수단 압축 기구를 갖는다. 상기 1단 또는 상기 복수단 압축 기구에는, 피스톤과, 선단에 상기 피스톤이 마련된 피스톤 로드와, 상기 피스톤 로드를 둘러싸고 상기 피스톤 로드의 주위를 시일하는 로드 패킹을 갖고, 상기 피스톤 로드와 상기 로드 패킹의 사이에 급유되는 로드 윤활 압축 기구가 포함되어 있다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 압축 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 상기 압축 장치에 마련된 로드 윤활 압축 기구의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은, 상기 로드 윤활 압축 기구에 마련된 로드 패킹의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는, 로드 패킹의 변형예의 구성을 설명하는 도면이다.
이하, 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 압축 장치(10)는, 탱크(12)에 저장된 액화 가스로부터 생기는 보일 오프 가스(BOG)를 압축하고, 소정의 가스 이용 기기(14, 16)에 압축 가스를 공급한다. 압축 장치(10)는, 액화 천연 가스(LNG) 등의 액화 가스를 운반하는 선박에 설치된다.
탱크(12)에는, 액화 천연 가스가 약 -160℃의 온도 상태에서 저장된다. 탱크(12) 내에서는, 외부로부터의 열의 침입에 의해 액화 가스의 일부가 증발함으로써, 보일 오프 가스가 발생된다. 또한, 탱크(12)는, 액화 천연 가스를 저장하는 것에 한정되지 않고, 예를 들어 액화 석유 가스 등의 다른 종류의 액화 가스를 저장하는 것이어도 된다.
압축 장치(10)는, 단단의 압축 기구에 의해 구성된 전단 압축부(21)와, 복수단 압축 기구(23a 내지 23d)에 의해 구성된 후단 압축부(23)와, 단단의 압축 기구에 의해 구성된 하류 압축부(25)를 구비하고 있다. 전단 압축부(21), 후단 압축부(23)의 각 압축 기구(23a 내지 23d) 및 하류 압축부(25)는 후술하는 바와 같이 공통된 크랭크 샤프트(45)(도 2 참조)에 의해 구동되는 단일의 압축 장치에 의해 구성되어 있다.
압축 장치(10)는, 보일 오프 가스가 흐르는 가스 라인(27)과, 가스 라인(27)으로부터 분기된 재액화 라인(29)을 구비하고 있다. 가스 라인(27)에는, 흡입 라인(27a)과, 제1 접속 라인(27b)과, 제2 접속 라인(27c)과, 제3 접속 라인(27d)과, 제1 공급 라인(27e)과, 제2 공급 라인(27f)이 포함되어 있다. 흡입 라인(27a)은, 탱크(12)와 전단 압축부(21)의 흡입부를 접속한다. 제1 접속 라인(27b)은, 전단 압축부(21)와 후단 압축부(23)를 접속한다. 제2 접속 라인(27c)은, 후단 압축부(23)를 구성하는 압축 기구끼리를 접속한다. 제3 접속 라인(27d)은, 후단 압축부(23)와 하류 압축부(25)를 접속한다. 제1 공급 라인(27e)은, 하류 압축부(25)의 토출부에 연결되어 있다. 제2 공급 라인(27f)은, 제2 접속 라인(27c)으로부터 분기되어 있다.
전단 압축부(21)는, 탱크(12)에서 생긴 보일 오프 가스를 압축한다. 전단 압축부(21)는, 왕복동식 압축 기구이며 무급유식 압축 기구에 의해 구성되어 있다. 압축 기구는, 후술하는 크랭크 샤프트(45)가 회전함으로써 동작하여 가스를 압축하는 도시 생략된 피스톤을 갖는다. 또한, 전단 압축부(21)는, 본 실시 형태에서는, 단단의 압축 기구에 의해 구성되어 있지만, 이에 대신하여, 복수단 압축 기구에 의해 구성되어 있어도 된다.
후단 압축부(23)는, 가스 라인(27)에 있어서의 전단 압축부(21)의 하류측에 위치한다. 후단 압축부(23)는, 전단 압축부(21)에서 압축된 보일 오프 가스를 추가로 압축한다. 후단 압축부(23)의 각 압축 기구(23a 내지 23d)는, 후술하는 크랭크 샤프트(45)가 회전함으로써 동작하여 가스를 압축하는 도시 생략된 피스톤을 갖는다. 도면예에서는, 후단 압축부(23)가 4단 압축 기구(23a 내지 23d)를 갖는 구성을 나타내었지만, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 후단 압축부(23)는, 1단의 압축 기구를 가져도 되고, 2단 또는 3단 압축 기구를 가져도 되고, 혹은, 5단 이상의 압축 기구를 갖고 있어도 된다.
후단 압축부(23)에는, 로드 윤활 압축 기구(31)가 포함되어 있다. 본 실시 형태에서는, 4단 압축 기구(23a 내지 23d) 중, 최전단의 압축 기구(23a)가 로드 윤활 압축 기구(31)로서 구성되어 있다. 로드 윤활 압축 기구(31)의 구체적으로 구성에 대해서는 후술한다. 4단 압축 기구(23a 내지 23d) 중, 최전단 이외(후단의 3개)의 압축 기구(23b 내지 23d)는, 왕복동식 압축 기구에서, 또한 무급유식 압축 기구에 의해 구성되어 있다. 즉, 무급유식 압축 기구에서는, 실린더(도시 생략)와 피스톤(도시 생략)의 미끄럼 이동부에 윤활유가 공급되지 않는 구성으로 되어 있다. 또한, 후단 압축부(23)가 단단의 압축 기구에 의해 구성되는 경우에는, 후단 압축부(23)는, 로드 윤활 압축 기구(31)에 의해 구성되게 된다.
제2 접속 라인(27c)에 있어서의 로드 윤활 압축 기구(31)의 토출측의 부위에는, 코올레서(coalescer) 또는 활성탄을 포함하는 오일 제거기(33)가 배치되어 있다.
제2 공급 라인(27f)은, 오일 제거기(33)의 바로 하류측의 위치에 있어서, 제2 접속 라인(27c)에 접속되어 있다. 즉, 제2 공급 라인(27f)은, 제2 접속 라인(27c)에 있어서, 오일 제거기(33)와 후단 압축부(23)에 있어서의 2단째의 압축 기구(23b) 사이의 부위로부터 분기되어 있다. 제2 공급 라인(27f)은, 가스 이용 기기인 발전용 엔진(발전기)(14)에 접속되어 있다.
하류 압축부(25)는, 가스 라인(27)에 있어서의 후단 압축부(23)의 하류측에 배치되어 있다. 하류 압축부(25)는, 후단 압축부(23)에서 압축된 보일 오프 가스를 추가로 압축한다. 하류 압축부(25)는, 왕복동식 압축 기구에 의해 구성되어 있다. 또한, 하류 압축부(25)는, 급유식 압축 기구에 의해 구성되어 있다. 즉, 하류 압축부(25)는, 윤활유가 실린더(도시 생략)와 피스톤(도시 생략)의 미끄럼 이동부에 공급되는 구성으로 되어 있다.
하류 압축부(25)로부터 토출된 보일 오프 가스는, 제1 공급 라인(27e)을 지나, 가스 이용 기기인 추진용 엔진(16)에 공급된다. 또한, 하류 압축부(25)는, 본 실시 형태에서는, 단단의 압축 기구에 의해 구성되어 있지만, 이에 대신하여, 복수단 압축 기구에 의해 구성되어 있어도 된다.
재액화 라인(29)은, 후단 압축부(23)와 하류 압축부(25)를 접속하는 제3 접속 라인(27d)으로부터 분기되어 있다. 재액화 라인(29)은, 후단 압축부(23)에서 압축된 가스의 적어도 일부를 재액화한다. 후단 압축부(23)에서 압축된 가스 중 어느 정도의 비율 가스가 재액화 라인으로 유입되는지에 대해서는, 예를 들어 추진용 엔진(16)의 부하(가스 수요)에 따라 결정된다. 재액화 라인(29)에는, 열 교환기(35)가 마련되어 있고, 재액화 라인(29)을 흐르는 가스는, 열 교환기(35)로 냉각되어 응축하고, 도시 생략된 팽창 밸브에 의해 팽창한다. 응축 및 팽창된 액화 가스는, 탱크(12)에 복귀된다.
또한, 재액화 라인(29)은, 제3 접속 라인(27d)에 접속되는 구성에 한정되지 않는다. 재액화 라인(29)은, 예를 들어 후단 압축부(23)에 있어서의 3단째의 압축 기구(23c)와 4단째의 압축 기구(23d)를 접속하는 부위에 있어서 제2 접속 라인(27c)에 접속되어 있어도 된다. 또한, 재액화 라인(29)은, 후단 압축부(23)에 있어서의 2단째의 압축 기구(23b)와 3단째의 압축 기구(23c)를 접속하는 부위에 있어서 제2 접속 라인(27c)에 접속되어 있어도 된다.
가스 라인(27)에는, 복수의 바이패스 라인이 마련되어 있다. 바이패스 라인에는, 전단 바이패스 라인(37)과, 제1 후단 바이패스 라인(38)과, 제2 후단 바이패스 라인(39)과, 하류 바이패스 라인(40)이 포함되어 있다. 전단 바이패스 라인(37)은, 전단 압축부(21)를 바이패스한다. 제1 후단 바이패스 라인(38)은, 후단 압축부(23) 중의 전2단의 압축 기구(23a, 23b)를 바이패스한다. 제2 후단 바이패스 라인(39)은, 후단 압축부(23) 중의 후2단의 압축 기구(23c, 23d)를 바이패스한다. 하류 바이패스 라인(40)은, 하류 압축부(25)를 바이패스한다.
전단 바이패스 라인(37)의 일단은, 흡입 라인(27a)에 접속되어, 전단 바이패스 라인(37)의 타단은, 제1 접속 라인(27b)에 접속되어 있다. 전단 바이패스 라인(37)에는, 개방도 조정 가능한 조정 밸브(37a)가 마련되어 있다. 조정 밸브(37a)가 개방되면, 전단 압축부(21)로부터 토출된 가스의 일부는, 전단 압축부(21)의 흡입측으로 복귀된다. 이 때문에, 전단 압축부(21)의 토출측에 있어서의 압력을 조정할 수 있다.
제1 후단 바이패스 라인(38)의 일단은, 제1 접속 라인(27b)에 접속되어 있다. 제1 후단 바이패스 라인(38)의 타단은, 제2 접속 라인(27c)에 있어서, 후단 압축부(23)의 2단째 및 3단째의 압축 기구(23b, 23c)를 접속하는 부분에 접속되어 있다. 제1 후단 바이패스 라인(38)에는, 개방도 조정 가능한 조정 밸브(38a)가 마련되어 있다. 조정 밸브(38a)가 개방되면, 2단째의 압축 기구(23b)로부터 토출된 가스의 일부는, 1단째의 압축 기구(23a)의 흡입측으로 복귀된다. 이 때문에, 후단 압축부(23)에 있어서의 2단째의 압축 기구(23b)의 토출측의 압력을 조정할 수 있다.
제2 후단 바이패스 라인(39)의 일단은, 제2 접속 라인(27c)에 있어서, 후단 압축부(23)의 2단째 및 3단째의 압축 기구(23b, 23c)를 접속하는 부분에 접속되어 있다. 제2 후단 바이패스 라인(39)의 타단은, 제3 접속 라인(27d)에 접속되어 있다. 제2 후단 바이패스 라인(39)에는, 개방도 조정 가능한 조정 밸브(39a)가 마련되어 있다. 조정 밸브(39a)가 개방되면, 4단째의 압축 기구(23d)로부터 토출된 가스의 일부는, 3단째의 압축 기구(23c)의 흡입측으로 복귀된다. 이 때문에, 후단 압축부(23)에 있어서의 4단째의 압축 기구(23d)의 토출측의 압력을 조정할 수 있다.
하류 바이패스 라인(40)의 일단은, 제3 접속 라인(27d)에 접속되고, 하류 바이패스 라인(40)의 타단은, 제1 공급 라인(27e)에 접속되어 있다. 하류 바이패스 라인(40)에는, 개방도 조정 가능한 조정 밸브(40a)가 마련되어 있다. 조정 밸브(40a)가 개방되면, 하류 압축부(25)로부터 토출된 가스의 일부는, 하류 압축부(25)의 흡입측으로 복귀된다. 이 때문에, 하류 압축부(25)의 토출측에 있어서의 압력을 조정할 수 있다.
여기서, 도 2를 참조하면서, 로드 윤활 압축 기구(31)의 구성에 대해 설명한다. 로드 윤활 압축 기구(31)는, 보일 오프 가스를 압축하는 왕복동식 압축 기구에 의해 구성되어 있다. 로드 윤활 압축 기구(31)는, 크랭크 샤프트(45)가 회전함으로써 동작하는 작동부(31b)와, 작동부(31b)의 동작에 의해 보일 오프 가스를 압축하는 부위인 가압부(31a)를 갖는다. 또한, 로드 윤활 압축 기구(31)와 마찬가지로, 도 1의 후단 압축부(23)의 다른 압축 기구도, 크랭크 샤프트(45)가 회전함으로써 동작하는 작동부와, 상기 작동부(31b)의 동작에 의해 보일 오프 가스를 압축하는 부위인 가압부를 갖는다. 전단 압축부(21)를 구성하는 압축 기구 및 하류 압축부(25)를 구성하는 압축 기구에 대해서도 마찬가지이다.
크랭크 샤프트(45)는, 샤프트 케이스(50)에 수용되어 있다. 크랭크 샤프트(45)는, 도시 생략된 구동원에 의해 구동되어, 축 둘레로 회전한다. 크랭크 샤프트(45)는, 전단 압축부(21), 후단 압축부(23) 및 하류 압축부(25)의 모든 압축 기구에 공통으로 사용되고 있고 있기 때문에, 크랭크 샤프트(45)가 회전되면 각 압축 기구의 작동부(도시 생략)가 작동된다. 각 압축 기구에서는, 작동부의 작동에 의해 가압부에 있어서 가스가 압축된다. 따라서, 크랭크 샤프트(45)가 회전함으로써, 전단 압축부(21), 후단 압축부(23) 및 하류 압축부(25)의 모두에 있어서 가스가 압축된다. 또한, 크랭크 샤프트(45)는, 일부 압축 기구에만 사용되고, 다른 압축 기구에 사용되는 다른 크랭크 샤프트(도시 생략)가 추가로 마련되어 있어도 된다.
작동부(31b)는, 크랭크 샤프트(45)에 의해 구동되어 작동하는 부분이다. 작동부(31b)는, 크로스 헤드(46)와, 크랭크 샤프트(45)의 회전 운동을 크로스 헤드(46)의 왕복 직선 운동으로 변환하는 커넥팅 로드(47)와, 크로스 헤드(46)에 연결된 피스톤 로드(48)를 구비하고 있다.
크로스 헤드(46)는, 샤프트 케이스(50)에 연결된 통형의 로드 케이스(52) 내에 배치되어 있다. 피스톤 로드(48)는, 로드 케이스(52) 내에서 후술하는 실린더(55) 내까지 연장되어 있다. 크로스 헤드(46)는, 크랭크 샤프트(45)의 회전에 의해, 로드 케이스(52)의 내주면을 따라서 왕복 이동한다. 크랭크 샤프트(45)의 회전에 의해, 피스톤 로드(48)도 로드 케이스(52)의 축심 방향을 따라 왕복 이동한다.
가압부(31a)는, 실린더(55)와, 제1 실린더 헤드(56)와, 제2 실린더 헤드(57)와, 피스톤(58)을 구비하고 있다.
피스톤 로드(48)는, 크로스 헤드(46)에 연결되어 있다. 피스톤(58)은, 피스톤 로드(48)의 일단(선단)에 결합되어 있고, 실린더(55) 내에 수용되어 있다. 피스톤 로드(48)의 외경은 피스톤(58)의 외경보다도 작다. 피스톤(58)은, 제1 실린더 헤드(56)와 제2 실린더 헤드(57) 사이에 배치되어 있다. 피스톤(58)은, 실린더(55)의 내주면에 미끄럼 접촉하면서, 피스톤 로드(48)와 일체적으로 왕복 직선 운동을 행한다. 즉, 피스톤(58)은 작동부(31b)의 작동에 의해 왕복동한다. 피스톤(58)과 제2 실린더 헤드(57) 사이의 공간은, 압축실(60)로서 기능하고, 피스톤(58)과 제1 실린더 헤드(56) 사이의 공간도, 압축실(61)로서 기능한다. 즉, 이 압축 기구는 더블 액티브 타입의 압축 기구에 의해 구성되어 있다. 피스톤(58)의 외주면에는 복수의 피스톤 링(59)이 마련되어 있다. 또한, 로드 윤활 압축 기구(31)는, 더블 액티브 타입의 압축 기구가 아니라, 싱글 액티브 타입의 압축 기구에 의해 구성되어 있어도 된다.
실린더(55)는, 그 중심축이, 로드 케이스(52)의 중심축과 일치하도록, 로드 케이스(52)에 연결되어 있다.
실린더(55)에는, 흡입관(55a)과 토출관(55b)이 접속되어 있다. 흡입관(55a)은, 제1 접속 라인(27b)을 구성하는 배관이며, 전단 압축부(21)로부터 토출된 보일 오프 가스가 흐른다. 흡입관(55a)을 흐르는 보일 오프 가스는, 도시 생략된 연통로를 지나 압축실(60) 및 압축실(61)에 도입된다. 토출관(55b)은, 제2 접속 라인(27c)에 있어서, 후단 압축부(23)의 1단째의 압축 기구(23a)와 2단째의 압축 기구(23b)를 접속하는 부분을 구성하는 배관이다. 압축실(60) 및 압축실(61)에서 압축된 보일 오프 가스는, 도시 생략된 연통로를 지나 토출관(55b)으로 토출된다. 토출관(55b)을 흐르는 보일 오프 가스는, 후단 압축부(23)에 있어서의 2단째의 압축 기구(23b)에 도입된다.
제1 실린더 헤드(56)는, 피스톤(58)에 대해 크랭크 샤프트(45)측에 배치되어 있다. 제1 실린더 헤드(56)에는 플랜지부(56a)가 마련되어 있고, 이 플랜지부(56a)는, 로드 케이스(52)와 실린더(55) 사이에 끼움 지지되어 있다. 이 때문에, 실린더(55)의 축방향의 일단부의 개구(크랭크 샤프트(45)측의 개구)가 막혀 있다.
제2 실린더 헤드(57)는, 피스톤(58)에 대해 크랭크 샤프트(45)와는 반대측에 배치되어 있다. 제2 실린더 헤드(57)에는 플랜지부(57a)가 마련되어 있고, 이 플랜지부(57a)는, 실린더(55)의 단부면에 접합되어 있다. 이 때문에, 실린더(55)의 축방향의 타단의 개구(크랭크 샤프트(45)와는 반대측의 개구)가 막혀 있다.
제1 실린더 헤드(56)에는, 피스톤 로드(48)가 관통되는 관통 구멍(56b)이 형성되어 있다. 또한, 제1 실린더 헤드(56)에는, 관통 구멍(56b)의 내주면으로부터 오목해지는 오목부(56c)가 형성되어 있고, 이 오목부(56c)에는, 로드 패킹(62)이 수용되어 있다. 로드 패킹(62)은, 피스톤 로드(48)의 일부를 전체 둘레에 걸쳐 둘러싸고 있다. 로드 패킹(62)은, 피스톤 로드(48)의 주위를 시일하기 위해, 즉, 보일 오프 가스가, 제1 실린더 헤드(56)와 피스톤 로드(48)의 사이를 지나, 실린더(55) 내에서 로드 케이스(52)측으로 누설되는 것을 방지하기 위해서 마련되어 있다.
로드 패킹(62)은, 제1 실린더 헤드(56)의 오목부(56c) 내에 배치되어 있다. 로드 패킹(62)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 피스톤 로드(48)의 축방향으로 배열되는 복수의 링 요소(63)와, 이들 링 요소(63)를 누르는 누름부(64)를 갖는다. 누름부(64)는, 피스톤 로드(48)가 관통하는 관통 구멍이 형성된 원판형이며, 링 요소(63)보다도 대직경의 원판형으로 형성되어 있다. 복수의 링 요소(63)는, 제1 실린더 헤드(56)에 고정된 누름부(64)와, 제1 실린더 헤드(56) 사이에 보유 지지되어 있다.
각 링 요소(63)는 모두 동일 구성이다. 링 요소(63)는, 오목부(63c)가 형성된 하우징(63a)과, 오목부(63c) 내의 공간에 배치된 링 형의 시일 부재(63b)를 갖는다. 하우징(63a)은, 중앙에 관통 구멍(63d)이 형성된 원판형으로 형성되어 있다. 그리고, 하우징(63a)에는, 관통 구멍(63d)과 동심형의 오목부(63c)가, 하우징(63a)의 한쪽의 주면(피스톤(58)과는 반대측을 향한 주면)으로부터 축방향으로 오목하게 형성되어 있다. 즉, 하우징(63a)에는, 피스톤 로드(48)의 축방향(즉, 피스톤 로드(48)가 연장되는 방향)에 직교함과 함께 오목부(63c)의 축방향의 단면을 형성하는 저면과, 저면의 외주에 연결되어 피스톤 로드(48)의 축방향에 평행이고 오목부(63c)의 외주면을 형성하는 주위면이 형성되어 있다.
시일 부재(63b)는, 피스톤 로드(48)의 축방향으로 배열되어 있고, 피스톤 로드(48)를 둘러싸도록 배치되어 있다. 시일 부재(63b)는, 고압의 가스에 의해 피스톤 로드(48)의 외주면에 밀착하도록 변형한다. 또한, 시일 부재(63b)는, 고압의 가스 압력이 가해지지 않는 상태에서도, 피스톤 로드(48)의 외주면에 밀착하는 크기로 형성되어 있어도 된다.
시일 부재(63b)는, 도면의 예에서는 각 링 요소(63)에 각각 셋씩 마련되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 각 링 요소(63)에 하나의 시일 부재(63b)가 마련되는 구성이어도 된다. 각 링 요소(63)에 복수의 시일 부재(63b)가 배치됨으로써, 시일성을 보다 향상시킬 수 있고, 고압의 압축 기구에 의해 적합한 것으로 된다.
로드 패킹(62)에는, 폴리-α-올레핀(poly-α-0lefin; PAO)계 윤활유가 공급된다. 윤활유는, 주유 시스템(66)(도 2)으로부터 공급되어, 복수의 링 요소(63) 중 피스톤(58)으로부터 가장 이격되거나 링 요소(63)에 공급된다. 링 요소(63)의 하우징(63a)에는 유로(67)가 형성되어 있고, 이 유로(67)를 지나 피스톤 로드(48)의 외주면 상에 오일을 공급할 수 있다. 또한, 복수의 링 요소(63) 중 피스톤(58)으로부터 가장 이격된 링 요소(63)로부터 제1 실린더 헤드(56)에 걸쳐, 윤활유를 외부로 배출시키는 벤트 라인(69)이 형성되어 있다. 벤트 라인(69)에는, 윤활유를 실린더(55)의 외부로 유도하는 도시되지 않은 유로가 접속되어 있다.
또한, 로드 윤활 압축 기구(31)에는 로드 패킹(62)에 윤활유가 공급되지만, 실린더(55)와 피스톤 링(59)의 미끄럼 이동부에는 윤활유는 공급되지 않는다.
또한, 윤활유가 공급되는 링 요소(63)는, 피스톤(58)으로부터 가장 이격된 링 요소(63)에 한정되지 않는다. 급유되는 링 요소(63)는, 피스톤(58)에 가장 가까운 링 요소(63) 이외의 링 요소(63), 즉 피스톤(58)과 반대측에 위치하는 링 요소(63)이면 된다. 바꾸어 말하면, 윤활유가 공급되는 링 요소(63)보다도 피스톤(58)측에 다른 링 요소(63)가 존재하고 있으면 된다. 그렇게 하면, 공급된 윤활유가 피스톤측으로 흘러 버리는 것을 억제할 수 있다. 또한, 셋 이상의 링 요소(63)가 마련되어 있는 경우에는, 피스톤(58)으로부터 가장 이격된 링 요소(63)에 급유되면, 피스톤(58)측으로의 오일의 흐름을 더 효과적으로 방지할 수 있다.
폴리-α-올레핀계 윤활유는, 왕복동 압축기에 있어서 일반적으로 사용되는 광물유계 윤활유에 비하여, 분자량 분포가 좁고, 증기압이 훨씬 작은 것이다. 즉, 폴리-α-올레핀계 윤활유는, 광물유계 윤활유에 비하여 증기 성분이 훨씬 적다. 로드 윤활 압축 기구(31)로부터 토출되는 보일 오프 가스에는, 당해 압축 기구(31)에서 사용되는 윤활유가 혼입될 수 있다. 그러나, 증기 성분이 적은 폴리-α-올레핀계 윤활유를 사용함으로써, 압축 기구(31)로부터 토출된 보일 오프 가스에 포함되는 증기상의 유분의 양을 대폭 저감할 수 있다.
폴리-α-올레핀계 윤활유는, 폴리-α-올레핀 또는 그 수소화물을 포함하는 베이스 오일과, 다양한 첨가제를 포함한다. 폴리-α-올레핀은, 말단(α 위치)에 이중 결합을 갖는 직쇄상의 α-올레핀을 원료로 하여 중합함으로써 얻어지는 올리고머 또는 폴리머이다. 폴리-α-올레핀은, 높은 점도 지수 및 낮은 유동점을 특징으로 하는 합성 윤활유이다.
폴리-α-올레핀의 중합에 사용되는 모노머로서는, 예를 들어 탄소수가 3 내지 20개인 α-올레핀을 사용하는 것이 가능하고, 탄소수가 8 내지 12개인 α-올레핀을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, α-올레핀으로서, 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐, 1-노넨, 1-데센, 1-도데센, 1-트리데센, 1-테트라데센, 1-펜타데센, 1-헥사데센, 1-헵타데센, 1-옥타데센, 1-나노데센 및 1-에이코센 등을 들 수 있다. 특히, 점도 지수, 저온 유동성 및 저증발량의 밸런스의 관점에서, 1-옥텐, 1-데센 및 1-도데센으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 α-올레핀이 바람직하고, 1-데센이 더 바람직하다.
또한, 도 3에 도시된 로드 패킹(62)에서는, 각 링 요소(63)가 서로 간극 없게 배열된 구성이지만 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 급유되는 링 요소(63)와, 그 링 요소(63)의 피스톤(58)측에 위치하는 링 요소(63) 사이에 스페이서(68)가 마련되어 있어도 된다. 이 경우, 링 요소(63) 사이의 스페이서(68)의 존재에 의해, 링 요소(63)끼리 서로 이격되므로, 윤활유가 피스톤(58)측으로 흘러 나오는 것을 억제할 수 있다. 스페이서(68)는, 예를 들어 하우징(63a)과 같은 형상의 부재에 의해 구성할 수 있다. 이 경우, 로드(48)의 외주면에 있어서, 급유되는 링 요소(63)와, 그 링 요소(63)의 피스톤(58)측에 위치하는 링 요소(63) 사이에, 링 요소(63)와 접촉하지 않는 부분이 존재하고 있다. 이 경우, 벤트 라인(69)은 링 요소(63)가 아니라 스페이서(68)에 형성되어도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 보일 오프 가스를 흡인하여 압축하는 전단 압축부(21)가 무급유식 압축 기구에 의해 구성된다. 이 때문에, 저온의 보일 오프 가스를 압축하는 경우에도 오일이 고화된다는 사태를 회피할 수 있다. 또한, 전단 압축부(21)에서는, 보일 오프 가스를 매우 고압으로 압축하는 설계로 되어 있지는 않기 때문에, 무급유식으로 해도 전단 압축부(21)의 수명에 큰 영향을 끼치는 일은 없다. 후단 압축부(23)에 있어서는, 피스톤(58)과 피스톤 로드(48)를 갖고, 피스톤 로드(48)와 로드 패킹(62) 사이에 급유되는 로드 윤활 압축 기구(31)가 포함되어 있다. 따라서, 압축된 가스가 피스톤 로드(48)와 로드 패킹(62) 사이를 통하여 크랭크 샤프트(45)측으로 누출되는 것을 방지, 즉, 시일성을 확보할 수 있다. 또한, 로드 윤활 압축 기구(31)에서는, 피스톤(58)과 실린더(55) 사이에는 급유되지 않는다. 이 때문에, 로드 윤활 압축 기구(31)로 압축된 가스에 오일이 혼입되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 후단 압축부(23)에서 압축된 보일 오프 가스의 일부가 재액화 라인(29)에 도입된다고 해도, 재액화 라인(29)에 오일이 부착되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 후단 압축부(23)를 구성하는 복수단 압축 기구(23a 내지 23d) 중의 최전단의 압축 기구(23a)가 로드 윤활 압축 기구(31)로서 구성되어 있다. 즉, 후단 압축부(23) 중, 최전단의 압축 기구(23a)에 있어서의 피스톤 로드(48)의 미끄럼 이동부에 급유되는 한편, 그것보다도 후단의 압축 기구(23b 내지 23d)는 무급유식으로 되어 있다. 이 때문에, 후단 압축부(23) 중의 최전단의 압축 기구(23a)의 피스톤 로드(48)의 미끄럼 이동부에 공급된 오일이, 그 후단측의 압축 기구(23b 내지 23d)에 누출되는 경우가 있다고 해도, 그것으로부터 오일이 재액화 라인(29)으로 유입되는 것은 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 하류 압축부(25)가 마련됨으로써, 보일 오프 가스를 추가로 고압으로 압축할 수 있다. 게다가, 하류 압축부(25)가 급유식 압축 기구에 의해 구성됨으로써, 고압으로 설계되는 하류 압축부(25)의 수명이 짧아지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 하류 압축부(25)는, 재액화 라인(29)의 분기 부분보다도 하류에 배치되기 때문에, 하류 압축부(25)이 급유식 압축 기구에 의해 구성되어 있다고 해도, 재액화 라인(29)으로의 오일의 유입을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 피스톤 로드(48)와 로드 패킹(62) 사이에 공급되는 오일이 폴리-α-올레핀계 윤활유이다. 폴리-α-올레핀계 윤활유는, 왕복동 압축기에 있어서 일반적으로 사용되는 광물유계 윤활유에 비하여, 증기압이 훨씬 작다. 이 때문에, 폴리-α-올레핀계 윤활유가 사용되는 구성에서는, 광물유계 윤활유가 사용되는 압축 장치에 비하여, 후단 압축부(23)로부터 토출된 보일 오프 가스에 포함되는 증기상의 유분의 양을 대폭 저감하는 것이 가능해진다. 따라서, 재액화 라인(29) 내에 있어서의 유분의 석출을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 가스 라인(27)에 있어서의 로드 윤활 압축 기구(31)와 재액화 라인(29)의 분기 부분 사이에 오일 제거기(33)가 배치되어 있다. 이 때문에, 로드 윤활 압축 기구(31)로부터 오일이 누출되는 경우가 있다고 해도, 코올레서 또는 활성탄을 포함하는 오일 제거기(33)에 의해 오일이 제거되기 때문에, 재액화 라인(29)에 오일이 들어갈 가능성을 보다 저감할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 급유되는 링 요소(63)의 피스톤(58)측에 다른 링 요소(63)가 배치되어 있다. 이 때문에, 피스톤(58)과 반대측에 배치된 링 요소(63)에 공급된 오일이, 피스톤(58)측으로 흘러 버리는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 로드 윤활 압축 기구(31)로부터 토출된 보일 오프 가스에 오일이 혼입되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경, 개량 등이 가능하다. 예를 들어, 로드 패킹(62)이 복수의 링 요소(63)를 갖는 구성으로 했지만, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 로드 패킹(62)은, 하나의 링 요소(63)로 구성되어 있어도 된다.
상기 실시 형태에서는, 가스 라인(27)에 있어서의 로드 윤활 압축 기구(31)와 재액화 라인(29)의 분기 부분 사이에 오일 제거기(33)가 배치되어 있지만, 오일 제거기(33)를 생략하는 것도 가능하다. 도 3에 있어서, 유로(67)의 개구부(오일을 유로(67)밖으로 토출하는 부위)는, 오목부(63c)의 외주면에 배치되어도 된다.
상기 실시 형태에서는, 로드 패킹(62)에 공급되는 윤활유가 폴리-α-올레핀계 윤활유인 예에 대해 설명했지만 이에 한정되지는 않는다. 일반적으로 사용되는 광물유계 윤활유가 사용되어도 된다.
상기 실시 형태에서는, 하류 압축부(25)가 마련되어 있지만, 하류 압축부(25)를 생략해도 된다. 도 4의 구성에 있어서, 스페이서(68)가 생략됨과 함께, 스페이서(68)가 마련되어 있던 부분이 간극으로 되어도 된다.
여기서, 상기 실시 형태에 대해, 개략적으로 설명한다.
(1) 상기 실시 형태에 관한 압축 장치는, 보일 오프 가스를 흡인하여 압축하는 왕복동식 압축 기구로 구성된 무급유식 전단 압축부와, 상기 전단 압축부에서 압축된 보일 오프 가스를 압축하는 후단 압축부와, 상기 후단 압축부에서 압축된 보일 오프 가스의 적어도 일부를 재액화하는 재액화 라인을 구비한다. 상기 후단 압축부는, 왕복동식 1단 또는 복수단 압축 기구를 갖는다. 상기 1단 또는 상기 복수단 압축 기구에는, 피스톤과, 선단에 상기 피스톤이 마련된 피스톤 로드와, 상기 피스톤 로드를 둘러싸고 상기 피스톤 로드의 주위를 시일하는 로드 패킹을 갖고, 상기 피스톤 로드와 상기 로드 패킹 사이에 급유되는 로드 윤활 압축 기구가 포함되어 있다.
상기 압축 장치에서는, 보일 오프 가스를 흡인하여 압축하는 전단 압축부가 무급유식 압축 기구에 의해 구성되어 있다. 이 때문에, 저온의 보일 오프 가스를 압축하는 경우에도 오일이 고화된다는 사태를 회피할 수 있다. 또한, 전단 압축부에서는, 보일 오프 가스를 매우 고압으로 압축하는 설계로 되어 있지는 않기 때문에, 무급유식으로 해도 전단 압축부의 수명에 큰 영향을 끼치는 일은 없다. 후단 압축부에 있어서는, 피스톤과 피스톤 로드를 갖고 피스톤 로드와 로드 패킹 사이에 급유되는 로드 윤활 압축 기구가 포함되어 있다. 따라서, 압축된 가스가 피스톤 로드와 로드 패킹 사이를 통하여 누출되는 것을 방지, 즉, 피스톤 로드와 로드 패킹 사이의 시일성을 확보할 수 있다. 또한, 로드 윤활 압축 기구에서는, 피스톤과 실린더 사이에는 급유되지 않는다. 이 때문에, 로드 윤활 압축 기구에서 압축된 가스에 오일이 혼입되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 후단 압축부에서 압축된 보일 오프 가스의 일부가 재액화 라인에 도입된다고 해도, 재액화 라인에 오일이 부착되는 것을 방지할 수 있다.
(2) 상기 후단 압축부는, 복수단 압축 기구를 가져도 된다. 이 경우, 상기 로드 윤활 압축 기구는, 상기 복수단 압축 기구 중의 최전단의 압축 기구여도 되고, 상기 로드 윤활 압축 기구를 포함하는 압축 기구의 후단 압축 기구는, 무급유식 압축 기구에 의해 구성되어 있어도 된다.
이 양태에서는, 후단 압축부 중의 최전단의 압축 기구에 있어서의 피스톤 로드의 미끄럼 이동부에 급유되는 한편, 그것보다도 후단의 압축 기구는 무급유식으로 되어 있다. 이 때문에, 후단 압축부 중 최전단의 압축 기구의 피스톤 로드 미끄럼 이동부에 공급된 오일이, 그 후단측으로 누출되는 경우가 있다고 해도, 그것으로부터 오일이 재액화 라인으로 유입되는 것은 억제할 수 있다.
(3) 상기 후단 압축부는, 4단 압축 기구를 가져도 된다. 이 경우, 상기 로드 윤활 압축 기구는, 상기 후단 압축부의 최전단의 압축 기구여도 되고, 상기 로드 윤활 압축 기구 이외의 3단 압축 기구는, 무급유식 압축 기구에 의해 구성되어 있어도 된다.
이 양태에서는, 후단 압축부 중, 최전단의 압축 기구에 있어서의 피스톤 로드의 미끄럼 이동부에 급유되는 한편, 그것보다도 후단의 3단 압축 기구는 무급유식으로 되어 있다. 이 때문에, 후단 압축부 중 최전단의 압축 기구의 피스톤 로드 미끄럼 이동부에 공급된 오일이, 그 후단측으로 누출되는 경우가 있다고 해도, 그것으로부터 오일이 재액화 라인으로 유입되는 것은 억제할 수 있다.
(4) 상기 압축 장치는, 상기 재액화 라인의 분기 부분보다도 하류에 배치되고, 상기 후단 압축부에 의해 압축된 보일 오프 가스를 더 압축하는 왕복동식 압축 기구로 구성된 하류 압축부를 구비해도 된다. 이 경우, 상기 하류 압축부는, 급유식 압축 기구에 의해 구성되어 있어도 된다.
이 양태에서는, 하류 압축부가 마련됨으로써, 보일 오프 가스를 더욱 고압으로 압축할 수 있다. 게다가, 하류 압축부가 급유식 압축 기구에 의해 구성됨으로써, 고압에 설계되는 하류 압축부의 수명이 짧아지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 하류 압축부는, 재액화 라인의 분기 부분보다도 하류에 배치되기 때문에, 급유식 압축 기구에 의해 구성되어 있다고 해도, 재액화 라인으로의 오일의 유입을 방지할 수 있다.
(5) 상기 피스톤 로드와 상기 로드 패킹의 사이에 공급되는 오일은, 폴리-α-올레핀계 윤활유여도 된다.
폴리-α-올레핀계 윤활유는, 왕복동 압축기에 있어서 일반적으로 사용되는 광물유계 윤활유에 비하여, 증기압이 훨씬 작다. 이 때문에, 폴리-α-올레핀계 윤활유가 사용되는 구성에서는, 광물유계 윤활유가 사용되는 압축 장치에 비하여, 후단 압축부로부터 토출된 보일 오프 가스에 포함되는 증기상의 유분의 양을 대폭 저감하는 것이 가능해진다. 따라서, 재액화 라인 내에 있어서의 유분의 석출을 억제할 수 있다.
(6) 상기 로드 윤활 압축 기구와 상기 재액화 라인의 분기 부분 사이에는, 코올레서 또는 활성탄을 포함하는 오일 제거기가 배치되어 있어도 된다.
이 양태에서는, 로드 윤활 압축 기구로부터 오일이 누출되는 경우가 있다고 해도, 코올레서 또는 활성탄을 포함하는 오일 제거기에 의해 오일이 제거되기 때문에, 재액화 라인에 오일이 들어갈 가능성을 보다 저감할 수 있다.
(7) 상기 로드 패킹은, 상기 피스톤 로드의 축방향으로 배열되는 복수의 링 요소를 가져도 된다. 이 경우, 상기 복수의 링 요소 중, 상기 피스톤과 반대측에 위치하는 링 요소에 급유되어도 된다.
이 양태에서는, 급유되는 링 요소에 대해 피스톤측에도 링 요소가 배치되어 있다. 이 때문에, 피스톤과 반대측에 배치된 링 요소에 공급된 오일이, 피스톤측으로 흘러 버리는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 로드 윤활 압축 기구로부터 토출된 보일 오프 가스에 오일이 혼입되는 것을 억제할 수 있다.
(8) 상기 급유되는 링 요소와, 그 피스톤측에 위치하는 링 요소 사이에, 스페이서 또는 간극이 마련되어 있어도 된다.
이 양태에서는, 피스톤과 반대측에 배치된 링 요소에 공급된 오일이 피스톤측의 링 요소로 흐르는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 로드 윤활 압축 기구로부터 토출된 보일 오프 가스에 오일이 혼입되는 것을 억제할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 보일 오프 가스를 압축하는 압축 장치의 시일성을 확보하면서, 재액화 라인으로의 오일의 부착을 방지할 수 있다.

Claims (8)

  1. 보일 오프 가스를 흡인하여 압축하는 왕복동식 압축 기구로 구성된 무급유식 전단 압축부와,
    상기 전단 압축부에서 압축된 보일 오프 가스를 압축하는 후단 압축부와,
    상기 후단 압축부에서 압축된 보일 오프 가스의 적어도 일부를 재액화하는 재액화 라인을 구비하고,
    상기 후단 압축부는, 왕복동식 1단 또는 복수단 압축 기구를 갖고,
    상기 1단 또는 상기 복수단 압축 기구에는, 피스톤과, 선단에 상기 피스톤이 마련된 피스톤 로드와, 상기 피스톤 로드를 둘러싸고 상기 피스톤 로드의 주위를 시일하는 로드 패킹을 갖고, 상기 피스톤 로드와 상기 로드 패킹 사이에 급유되는 로드 윤활 압축 기구가 포함되어 있는,
    압축 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 후단 압축부는, 복수단 압축 기구를 갖고,
    상기 로드 윤활 압축 기구는, 상기 복수단 압축 기구 중 최전단의 압축 기구이며,
    상기 로드 윤활 압축 기구의 후단 압축 기구는, 무급유식 압축 기구에 의해 구성되어 있는,
    압축 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 후단 압축부는, 4단 압축 기구를 갖고,
    상기 로드 윤활 압축 기구는, 상기 후단 압축부의 최전단의 압축 기구이며,
    상기 로드 윤활 압축 기구 이외의 3단 압축 기구는, 무급유식 압축 기구에 의해 구성되어 있는,
    압축 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재액화 라인의 분기 부분보다도 하류에 배치되고, 상기 후단 압축부에 의해 압축된 보일 오프 가스를 더 압축하는 왕복동식 압축 기구로 구성된 하류 압축부를 구비하고,
    상기 하류 압축부는, 급유식 압축 기구에 의해 구성되어 있는,
    압축 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스톤 로드와 상기 로드 패킹 사이에 공급되는 오일은, 폴리-α-올레핀계 윤활유인 압축 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로드 윤활 압축 기구와 상기 재액화 라인의 분기 부분 사이에 배치되며, 코올레서 또는 활성탄을 포함하는 오일 제거기를 더 구비하고 있는,
    압축 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로드 패킹은, 상기 피스톤 로드의 축방향으로 배열되는 복수의 링 요소를 갖고,
    상기 복수의 링 요소 중, 상기 피스톤과 반대측에 위치하는 링 요소에 급유되는,
    압축 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 급유되는 링 요소와, 그 피스톤측에 위치하는 링 요소 사이에 스페이서 또는 간극이 마련되어 있는,
    압축 장치.
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