KR960008965B1 - 유체를 압축 및/또는 펌핑시킬 수 있는 배출방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

유체를 압축 및/또는 펌핑시킬 수 있는 배출방법 및 장치

제1도 및 제2도는 종래 배출장치의 개요도.

제3도는 본 발명의 방법의 원리를 나타낸 다이아그램.

제4a도 내지 제4c도는 본 발명에 의한 실시태양을 나타낸 도면.

제5도 내지 제7도는 본 발명의 다른 실시태양을 나타낸 도면.

제8도 및 제9도는 각각 본 발명에 따른 장치의 제1실 및 제2실과 관련된 각종 실시태양을 나타낸 도면.

제10도, 제11a도 및 제11b도는 본 발명에 따른 장치의 제3실과 관련된 각종 실시태양을 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 흡입관 2, 6, 15, 17, 25 : 도관

4 : 혼합영역 5 : 확산기

7, 11 : 유입관 10 : 개구부

12 : 환형공간 14 : 셔터

19 : 축 23 : 유입구

24 : 중간 환형 영역 A : 환형실, 환경 영역, 환형공간

R : 조정 블레이딩 C : 환형 왕관 부재

본 발명은, 유체를 압축 및/또는 펌핑시킬 수 있는 배출방법 및 배출장치에 관한 것이다. 본 발명의 배출 장치는 그 용적이 적다.

통상적으로, 유체의 압축에 사용되는 배출장치는 단순하면서도 비용이 저렴한 수단으로 구성되어 있다.

그러나, 이러한 종래기술의 배출 장치는 그것이 지니고 있는 잠재적 용도를 제한시키는 많은 단점을 지닌다.

그 단점의 예로서는, 직선 방향으로의 치수가 크고, 에너지 효율이 낮으며, 가동 범위가 좁은 점을 들 수 있다.

본 발명의 장치는 종래 장치들의 단점을 해소하는 것을 목적으로 한다.

보다 구체적으로, 본 발명은 구동유체가 순환하는 제1실, 압축시킬 유체가 순환하는 제2실, 구동유체와 압축시킬 유체의 혼합액이 순환하는 제3실로 구성되며, 이때 상기 혼합액은 제1실, 제2실 및 제3실과 모두 결합되어 있는 1개의 혼합실로부터 배출되는 것을 특징으로 하는, 구동유체를 방출시켜 유체를 압축시키는 장치에 관한 것이다.

본 발명의 장치는, 첫째 혼합실이 환형(環形)이라는 것과, 둘째 제1실과 제2실이 구동유체 및 압축시킬 유체를 거의 접선속도로 환형실(ringlike pocket) 또는 혼합실(mixing pocket) 내부에 유입시키는 도관에 의해 혼합실과 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 장치는, 특히 제1실 및 제2실을 결합시키는 도관의 축이 혼합실에 거의 접선을 이루는 경우에 특히 바람직하게 사용된다. 환형실은 이들의 평균 외경 및 평균 내경에 의해 크기가 정해지는데, 상기 평균 외경과 상기 평균 내경의 치수차이에 대한 환형 영역의 평균 외경비가 5이상이 되도록 제조할 수 있다.

압축시킬 유체를 분배하는 제2실은, 환형실에 연결되는 채널들로 이루어진 환형 왕관부재(circularcrown)를 가진다. 이들 채널들은 바람직하게는 상기 환형실의 주위에 일정한 간격으로 배치될 수 있으며, 또한 압축시킬 유체를 환형 영역내에 거의 접선속도로 도입하도록 상기 채널을 곡선형 또는 만곡형으로 제공할 수 있다.

상기 환형실로부터 배출된 두 유체의 혼합액을 압축시키는 제3실은 자체적으로 환형 공간을 가질 수 있으며, 이들 공간내에는 압력을 상승시키면서 혼합액의 접선 속도를 서서히 저하시켜 멈추게 하는데 적합한 조정 블래이딩이 배치되어 있다.

구동유체를 분배시키는 제1실은 환형실내에 연결된 일련의 선세관(先細管 : converging nozzles)을 가질 수 있고, 가능하다면 이 관은 환형실 주변에 일정한 간격으로 배치시키며, 또한 구동유체를 환형실 내부에 거의 접선속도로 도입할 수 있도록 경사지게 배치시키는 것이 바람직하다.

압축유체 분배용 제2실은 환형실에 연결된 채널들이 배치된 환형 왕관부재를 가질 수 있고, 가능하다면 이 채널들은 환형실 주위에 일정 간격으로 배치되면서, 형태는, 구동유체와 점점 빠른 속도로 만날 수 있도록 수속형(收束刑 : converging shape)으로 하고, 또한 압축시킬 유체를 환형실에 거의 접선속도로 도입시키도록 곡선형 또는 만곡형으로 하는 것이 바람직하다.

구동유체 분배용 제1실은, 선세형의 환형영역을 형성하도록 모선이 장치의 축과 다른각도를 형성하는 제2개의 원추면 사이에 형성된 환형영역을 가질 수 있고, 상기 환형 영역내에서는 구동 유체가 최대 단면 수준에서 접선방향으로 유입된 후 환형실과 연결된 최소 단면까지 증속하는 접선 속도로 순환한다.

환형실로부터 배출된 2개의 유체의 혼합액을 압축시키는 제3실은 그 자체적으로, 모선이 장치의 축과 다른 각도를 형성하는 2개의 원추면 사이에 형성된 끝이 넓은(未廣) 환형 영역을 가질 수 있고, 상기 환형 영역내에서는 환형실로부터 배출된 2개 유체의 혼합액이 최소단면 수준으로 유입된 후 최대 단면부까지 감속하는 접선속도로 순환한다.

제3실은, 장치의 축에 대해 거의 횡방향으로 배치된 2개의 표면사이에 제1환형 공간을 가질 수 있고, 상기 제1공간내에서는 혼합액이 감속하는 접선속도로 유동한 후 상기 제1공간 주위로 배출된다. 제1공간은, 마찬가지로 상기 장치의 축에 대해 거의 횡방향으로 배치된 두 표면사이에 형성된 제2환형 공간을 뒤로 하고 있고, 이 제2공간내에서 혼합액은 감속하는 접선 속도로 순환하면서, 장치의 축 방향으로 모아진다. 제2공간은, 혼합액의 접선속도를 서서히 감속하여 소멸시킬 수 있는 조정 블래이딩을 구비할 수 있다.

상기 구동유체의 유량이 유동적일 때에는 구동유체의 순환 접선속도가 거의 일정하게 유지되도록, 구동유체 분배용 제1실 내로 도입되는 구동유체의 도입각을 수정할 수 있다.

본 발명의 장치는 가스 또는 증기를 압축시키거나, 또는 액체를 압축시키는데 이용할 수 있다.

구동유체는 가스, 증기, 또는 액체로 구성될 수 있다.

본 발명은 또한 구동유체를 방출시켜 유체를 압축시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 하기 단계들로 구성되는 것을 특징으로 한다 :

a) 먼저 구동유체를 제1영역인 제1실내로 유입시켜 그 영역의 점점 좁아지는 통로내를 증속하는 속도로 유동시킨 후 압축시킬 저압 유체보다 낮은 압력하에 제1실로부터 배출시키는단계;

b) 상기 구동유체를 상기 제1실의 배출구로부터 거의 접선 방향을 따라 환형 영역내로 배출시키는 단계;

c) 압축시킬 저압 유체를, 환형 영역내를 거의 접선 방향으로 배출시킨 후 제2영역인 제2실을 통과시키는 단계;

d) 상기 환형 영역내에서 구동유체와 압축시킬 유체를 혼합하고, 이 혼합류는 상기 전체 환형 영역내에서 거의 균일한 접선 속도로 유동하도록 하는 단계; 및

e) 상기 단계(d)의 혼합류를 제3영역인 제3실에 통과시키고, 이 영역내에서 접선속도는 서서히 감속·소멸하고, 상대적으로 압력은 상승하는 단계.

이하의 도면에 대한 설명에 제시된 각각의 실시예를 통해 본 발명을 설명하기로 한다.

제1도를 도면 종래 기술의 배출장치의 원리를 알 수 있다. 압축시킬 유체는 흡입관(1)으로부터 유입된다.

압축작업은 도관(2)으로부터 배출된 구동유체에 의해 수행된다.

수속부(converging piece; 3)내에서, 구동유체의 속도는 증가하고, 상대적으로 그 압력은 저하된다.

따라서 압축시킬 유체와 구동유체는 각각 동일한 압력하에서 혼합영역(4)내로 유입된다. 혼합(4)내에는 구동유체와 압축시킬 유체간에 운동량의 교환이 이루어지므로, 이 혼합영역의 배출구에서는 속도가 거의 균일하다고 볼 수 있다.

확산기(5)내에서는, 두가지 유체 혼합류의 속도는 감소하고 상대적으로 압력은 상승한다.

전체적으로 볼때, 종래 발명의 장치는 도관(2)으로부터 배출된 구동유체를 부분적으로 감압시키면서 흡입관(1)으로부터 배출되는 유체를 압축시킬 수 있다.

이미 언급한 바와 같이, 이러한 장치는 다음과 같은 여러가지 장점이 있다 :

-첫째, 완전히 정적이어서 완벽한 신뢰성을 줄 수 있다. 즉, 윤활제가 필요없으며, 회전기가 구비된 압축기의 베어링으로부터의 누출문제가 없다.

-둘째, 장치가 단순하기 때문에 제조비가 저렴하고, 투자 비용의 제한이 큰 경우에 특히 바람직하다.

이러한 장치는 각종 유체, 액체 또는 가스에 이용할 수 있다. 가스-가스·배출-압축 장치의 한 사용예가 프랑스 특허 제85/09844호(1985년 6월 28일)에 기술되어 있는데, 이 특허 출원은 증류장치로부터 배출된 헤드증기를 이러한 장치로 압축시키는 방법에 관해 기술하고 있다.

그러나 이러한 중요한 장점들과는 대조적으로, 종래 발명의 장치는 그 용도를 제한시키는 다음과 같은 단점들도 있다 :

-첫째, 에너지 효율이 마찰 손실로 인해 저하된다. 이러한 손실은 기본적으로 혼합기 내와 확산기 내에서 발생한다.

혼합기 내에서는 마찰 손실이 혼합류의 운동 에너지의 5-15%에 이른다. 이러한 손실은, 1) 혼합기 입구에서 속도가 불균일하다는 점, 2) 속도의 균일성을 위해서는 혼합기가 충분한 길이를 가지지 않으면 안된다는 점에 기인하는 것으로 볼 수 있다.

가장 막대한 손실은 확산기내에서 발생한다.

흐름이 불안정해질 위험과, 확산기의 길이가 직경에 비해 크다는 점때문에, 확산기의 모선은 축과 약 7°이상의 각을 이룰 수 없다. 따라서, 에너지의 손실은 단면비와 채택된 방법에 따라 혼합류의 운동 에너지의 15% 내지 60%에 달한다.

또한 이러한 손실은 혼합류의 온동 에너지와 관련이 있기 때문에, 구동시킬 유체에 의한 구동 유체의 희석도가 커질수록 장치의 효율은 저하되고, 또한 구동유체의 방출작업이 구동시킬 유체의 압축작업으로 변환되는 부분이 점점 적어진다.

-둘째, 부분적인 부하에 의해 단면적이 장치내를 순환하는 유량에 적합하지 않을 수도 있게 된다는 점이다.

따라서, 가동 범위가 비교적 좁아 압축시킬 유체의 유량을 변화시켜야 하는 경우에는, 배출-압축 장치를 도중에 연속적으로 설치하여야 한다.

확산기의 길이를 축소시키기 위한 방법으로서, 구동유체의 취입구 영역내와 혼합체를 출구 영역내에 선(旋)운동을 발생시키는 방법이 제안되어 있다. 그 운동속도는 운동량 보존법칙에 의해 장치의 축 중심에 근접할수록 증대된다. 이와 같은 선운동은, 구동유체를 장치의 수속부내에 접선방향으로 도입시킴으로써 발생시킨다. 이러한 장치는, 특히 미합중국 특허 제A4,245,961호 및 소련연방 공화국 특허 제A731220호 및 제1,125,417호에 기재되어 있다.

제2도에 도시된 바와 같이, 도관(6)으로부터 유입되는 압축시킬 유체는, 구동유체에 의해 형성된 선회부의 중심으로 배출된다.

이와 같은 장치에 의하면 수속부의 길이를 단축시킬 수 있으나, 바람직하지 않을 정도로 속도가 불균일해 진다.

본 발명의 장치의 원리는 제3도에서 개략적으로 설명하였다. 이는 기본적으로 다음 순서에 따른다 :

a) 제1영역(I), 즉 제1실내에 구동유체를 유입시켜, 그 내부에서 단면적이 감소하는 통로를 증속하에 통과시킨후, 압축시킬 저합 유체보다 낮은 압력하에서 제1실(I)로부터 배출시키는 단계;

b) 제1실(I)의 출구에서 구동유체를 거의 접선방향을 따라 환형영역(A), 즉 환형실 내로 유입시키는 단계;

c) 압축시킬 저압 유체를 거의 접선방향을 따라 환형영역(A)내로 배출시킨후, 제2영역(II), 즉 제2실을 통과시키는 단계;

d) 환형 영역(A)내에서 구동유체와 압축시킬 저압유체를 혼합시키며, 이때 상기 혼합류는 환형 영역(A) 전역에 걸쳐 거의 균일한 접선 속도를 유지시키는 단계;

e) 단계(d)의 혼합류를 제3영역(III), 즉 제3실내로 통과시키는데, 이 실내에서는 접선속도는 점차 감소·소멸하고, 상대적으로 압력은 상승하는 단계.

또한, 환형영역(A)내의 접선 속도를 거의 균일하게 하기 위한 시도가 이루어짐에 따라, 상기 환형영역내에서의 마찰 손실을 감소시킬 수 있게 된다. 또한 평균 외경을 기준으로 하여 환형영역(A)의 평균 외경과 평균 내경 사이의 치수차를 줄이는 것이 바람직하고, 환형영역(A)의 평균 외경과 평균 내경 사이의 치수차에 대한 환형영역(A)의 평균 외경의 비는 5이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.

제1실(I) 및 제2실(II)의 각 위치는 변경시킬 수 있다.

이렇게 해서, 구동유체 유입용 제1실(I)은 상기 환형 공간 내부에 설치할 수 있고, 또한 압축시킬 저압유체 도입용 제2실(II)은 상기 환형공간의 외부에 설치할 수 있다. 따라서, 영역(I)과 (II)는 서로 다른 직경의 위치에 배치되게 된다. 특정 조건하에서는, 제1실(I) 및 제2실(II)을, 하기의 작동예에 제시된 바와 같이, 환형영역(A)의 같은 측부에 위치시킬 수도 있다.

본 발명에 따른 장치의 제1작동예는 제4a도 및 제4b도에 개략적으로 도시되어 있다.

제4a도는 제4b도에 도시된 A-A면에 따른 장치의 종단면도를 도시한 것이고, 제4b도는 제4a도에 도시된 B-B면에 따른 장치의 횡단면도를 도시한 것이다.

압축시킬 저압유체는 도관(7)을 통해 유입된 후, 환형 왕관부재(C)을 통해 분배된다. 본 작동예에서는, 환형 왕관부재가 제2(분배) 영역(II)이다. 상기 유체는 환형 왕관부재내에서 거의 직경방향으로 일정한 간격을 두고 배치된(C₁), (C₂), (C₃), (C₄)와 같은 일련의 도관들을 따라 분배된다. 이들 도관은, 압축시킬 저압유체가 점점 빠른 속도로 전달될 수 있도록 수속형태(converge), 즉 단면이 상기 환형 왕관부재의 주위로 갈수록 감소하는 형태로 구성되어 있으면서, 또한 압축시킬 저압유체가 환형영역(A)내부에 거의 접선 속도로 유입되도록 곡선형으로 배치되어 있다.

구동유체는 (T₁), (T₂), (T₃)과 같은 일련의 수속관으로부터 유입된다. 본 작동예에서는, 상기 관(T)들이 구동유체 분배용 제1실(I)이다. 구동유체의 공급관(T)은, 구동유체가 점점 빠른 속도로 전달되도록 완전히 감압시키면서, 압축시킬 저압유체의 압력이하로 될 수 있도록 수속형으로 하고, 또한 구동유체가 접선속도로 환형 영역(T)내에 도입되도록 곡선형으로 배치되어 있다.

(C₁), (C₂), (C₃)과 같은 도관들과 (T₁), (T₂), (T₃)과 같은 관이 각각 연결되어 있는 환형 영역(A)의 양측에 위치하는 개구부는 서로대향하도록 설치하는 것이 바람직하다.

구동유체와 압축시킬 저압유체는 환형 영역(A)내에서 혼합되고, 이 두가지 유체의 혼합류는 환형 공간(A)의 전체 영역 및 환형 공간(A)의 전체 통로 사이를 거의 균일한 평균 속도로 선회 운동한다.

이어서, 상기 2종 유체의 혼합류가 공간(EA₁)으로 유입된다. 상기 공간은 환형 공간(A)의 연장부로서, 그 내부에 설치된 조정 블래이딩(R₁)에 의해 혼합류의 접선속도는 점차 감소되고, 압력은 상대적으로 상승한다. 이들 조정 블래이딩(R₁)의 날개 형태는 제4c도에 도시되어 있다.

환형 공간(EA₁)내로 혼합류가 유입되는 부분에서, 상기 블레이딩은 장치의 종축(19)과 약 90°에 가까운 각(D₃)을 형성하고 있다. 이 각은, 혼합류의 접선속도를 점점 감소시킬 수 있도록 점차 줄어들어 0에 근접하게 된다.

이와 같은 형태로 혼합류가 압축된다. 이어서, 혼합류는 공간(ED₁)을 경유하여 배출관(8)쪽으로 배출된다.

제1실(I), 제2실(II), 제3실(III)은 본 발명의 원리에 부합되는 한, 각종 기하형태로 제조할 수 있다.

압축시킬 저압유체 분배용 환형 왕관부재(C)는, 그 내경을 유입관(7)과 다르게 해도 좋다. 특히 이 내경을 증가시키면, 제5도의 도면에 제시된 바와 같이 상기 환형 왕관부재의 폭이 감소되므로 제작을 단순화시킬 수 있다. 제5도의 참고 번호 20은 원형 왕관부재(C)의 외경을 나타낸 것이고, 참고 번호 21은 유입관(7) 설치 위치에 해당하는 점선을 나타낸 것이다.

제4a도, 제4b도, 제4c도에 도시된 기하학적 형태는, 압축시킬 저압 유체가 비교적 저속으로 환형 공간(A)내에 유입되는 경우에 유리하다.

그 반대의 경우에는, 가능한 한 흡입부에서의 비교적 큰 하중의 손실(즉, 압력의 감소)을 피할 수 있도록 이 속도를 점차적으로 전달하는 것이 바람직하다. 이는 (C₁), (C₂), (C₃)와 같은 도관의 단면적을 점차적으로 변화, 즉 도관의 길이를 충분히 길게 하고 분배 왕관부재의 폭은 비교적 크게 변화시킴으로써 이룰 수 있다.

저압유체의 분배 왕관부재는, 중앙부에 도관을 삽입하여 설치하거나, 또는 제6도의 도면에 따라 유체를 접선방향으로 지향시킬 수 있는 블레이딩(22) 수단등을 통해 유체를 분배시킬 수 있다.

또 다른 가능한 방법으로는 (C₁), (C₂), (C₃)와 같은 도관들처럼 일정한 간격을 두고 배치되어 있으면서, 또한 압축시킬 유체를 접선속도로 환형 공간(A)내에 유입시킬 수 있도록 경사지게 배치된 일련의 관을 통해, 압축시킬 저압유체를 배분시키는 방법이 있다.

제1실(I)내로 구동유체를 분배시키는 작업도 상기된 것과는 다른 방법으로 수행할 수 있다.

구동유체는 제7도에 도시한 것과 같은 환형 왕관부재를 통해 분배시킬 수 있다. 유체는, 이 환형 왕관부재 내에서 동일한 간격을 두고 직경방향으로 배치된 (T₁₀), (T₁₁), (T₁₂), (T₁₃), (T₁₄)와 같은 일련의 도관을 따라 배분된다. 이들 도관은 수속 형태, 즉 상기 구동유체가 점점 빠르게 전달되도록 상기 환형 왕관 내측으로 갈수록 단면이 감소하는 형태로 되어 있고, 또한 구동유체가 환형 영역(A)내에 거의 접선속도로 도입될 수 있도록 곡선형으로 되어 있다.

분배 왕관부재의 내경은 환형 영역(A)의 외경보다 크게 할 수도 있고, 또한 이것의 종위치는 제8도의 작동예 개략도에 도시된 바와 같이 환형 영역(A)과 관련하여 이동시킬 수도 있다. 이 작동예에서는, 구동 유체가 유입구(23)로부터 접선방향으로 유입된다. 이어서, 상기 유체는 중간 환형 영역(24)을 통해 저압유체와 혼합된다. 중간 환형 영역(24)은 산세형(先細形)으로 되어 있어, 구동유체의 접선 속도를 증속시킬 수 있다. 도면 부호 CD₁은 분배 왕관부재를 지칭하는 것으로서, 이것은 가능하다면 블레이드를 가지는 것이 바람직하다.

압축시킬 저압유체는 도관(25)으로 부터 유입된다. 상기 유체는 분배 왕관부재(CD₂) 내에서 회전하기 시작하여, 환형 영역(A)내에서 구동유체와 혼합된다. 이 분배 왕관 부재는 가능하면 블래이드를 갖는 것이 바람직하다. 본 작동예에서는, 상기 2개의 제1분재 영역(I)과 (II)가 환형 영역(A)의 동일 측부상에 직경 방향으로 설치되어 있다.

접선 방향으로 유체를 유입시키는 유입구(23)를 갖춘 중간 환형 영역(24)과 같은 수속 환형 영역이, 제5도에 도시된 것과 같은 다수개의 관 시스템, 또는 제7도에 도시된 것과 같은 환형 왕관 부재 대신 사용할 수도 있다.

이러한 배치는 제9a도에 도시하였다. 구동유체는 개구부(10)로부터 접선 방향으로 유입된 후, 각도가 다른 2개의 원주면에 의해 형성된 환형 영역내를 통과한다. 이 2개의 원주표면은 1개의 수속 환형 영역을 이루는데, 그 내부에서는 구동 유체의 접선방향으로의 흐름을 가로지른는 단면적이 축소되므로 유체의 접선속도가 증가하게 된다.

본 발명의 장치는 광범위한 유량에도 사용할 수 있다는 장점이 있다.

실제로 구동유체 분배영역(I)내의 접선속도는, 장치 축 중심에 직각인 통로 단면에 대한 유량 비율로서 산출된 종바향 속도와 반대로 조정이 가능하다.

한편, 제9a도에 도시된 실시태양을 고찰해 보면, 구동유체의 양이 일정한 경우에는, 개구부(10)에 연결된 유입관(11)의 도입각을 변화시킴으로써 접선속도를 가변적으로 할 수 있다.

역으로, 구동유체의 양이 변동하는 경우에는, 이 도입각을 변화시킴으로써 접선속도를 정속으로 유지시킨다.

셔터의 위치를 변경시키면, 유입관(11)의 도입각을 조절하지 않고도 배출되는 접선속도를 다소 감소시키는 효과를 낼 수 있다.

도관(11)으로부터의 구동유체의 접선 방향의 취입구를 제9b도의 C-C횡단면을 따라 개략적으로 도시한다.

셔터(14)는, 구동유체의 유량이 변동될 때에도 일정한 접선 속도를 유지시킬 수 있는 조절 가능한 셔터이다. 개구부(10)를 통해 환형공간(12)내로 주입되는 속도의 감소를 보상하기 위해 구동유체의 유량을 감소시키는 경우에는, 이 셔터를 들어 올린 상태로 유지시키고, 또한 개구부(10)를 통해 환형 공간(12)내로 주입되는 속도의 증가를 보상하기 위해 구동유체의 유량을 증가시키는 경우에는, 셔터를 내린다. 이렇게 본 발명의 장치는 광범위한 유량에 대하 적절히 기능할 수 있다. 제9a도에 있어서 압축시킬 유체의 분배는 제4b도 및 제4c도에 도시된 것과 거의 동일한 방식으로 이루어진다.

셔터(14)는, 환형부의 주변을 따라 여러 위치에 설치할 수 있다. 셔터(14)는 장치의 축과 거의 평행한 축주위, 또는 장치의 축에 수직인 축 주위로도 회전할 수 있다. 따라서, 속도의 배향효과가 환형부의 주변상에 보다 잘 배분될 수 있도록 다수개의 셔터를 설치할 수도 있다.

구동유체와 저압유체에 의해 환형 영역(A)내에 형성된 혼합류를 압축시키는 제3실(III)도, 제4a도에 도시된 것과는 다른 배치로 할 수 있다.

제3실(III)의 또 다른 기하학적 예를 제10도에 도시하였다.

구동유체는 환형 공간(A)내의 도관(15)으로부터 유입되는 저압 유체와 혼합된다. 이들 두가지 유체의 혼합류는, 거의 원추형인 2개의 표면(13,26) 사이에 형성된 환형 공간(EA₂)내로 흐른다. 양 원추표면의 모선은, 끝이 넓은 형태(未廣刑)의 1개의 환형 영역을 형성하도록 장치의 축과는 각기 다른 각을 형성하고, 상기 환형 영역내에서 2가지 유체의 혼합류는 최소 단면 수준에서 배출된후, 감속하는 접선 속도로 최대 단면의 방향을 향해 흐른다. 이 실시태양에서는, 환형 영역(EA₂)의 길이방향중 일부에, 접선 속도를 감속·소멸시키기 위한 조정 블래이딩(R₂)이 고정되어 있다. 이 조정 블래이딩은, 본 발명의 장치 원리에 따라 기능하는 기계 장치의 제작을 단순화하기 위해서 경우에 따라 생략할 수 있다.

이어서 두가지 유체의 혼합류는, 장치의 축과 직각을 이루도록 배치된 두 표면(27,28)사이에 형성된 공간(ED₂)내를 순환하면서 장치의 축(19)방향으로 보내져 도관(15)을 통해 배출된다.

공간(EA₂)을 형성하는 원추표면의 모선이 장치의 축(19)과 이루는 각도는, 유체의 흐름 방향에 따라 가능하면 가변적이면서, 또한 이 축을 따라 점차적으로 증대되는 것이 바람직하다. 장치를 보다 소형화하면서 동시에 제3압축 영역(III) 내의 마찰 손실을 줄이기 위해서는, 상기 공간을 형성하는 표면의 모선이 이루는 각도를 90°에 가깝게 증대시켜 공간(EA₂)의 길이를 단축시키면 된다.

이와 같이 하여, 제11a도에 도시된 것과 같은 형태가 도출되었다.

구동유체는, 환형 공간(A)내에서 도관(17)으로부터 유입되는 저압 유체와 혼합된다. 상기 두 유체의 혼합류는, 장치 축(19)에 거의 직각을 이루면서, 또한 환형 공간(A)의 양측에 위치하는 표면과 점착적으로 결합하도록 배치된 2개의 표면 사이에 형성된 공간(EA₃)내로 유입된다. 공간(EA₃)내에서 혼합류는 주변부를 향해 점점 감소하는 접선 속도로 순환한다. 이어서, 이 혼합류는 공간(EA₃)의 주변부로부터 공간(ED₃)을 향하고, 공간(ED₃)내에서는 장치의 축(19) 방향으로 보내진다. 공간(ED₃)은 장치의 축(19)에 대해 거의 직각으로 배치된 2개의 표면사이에 포함되어 있다. 공간(ED₃)은 조정 블레이딩(R₃)을 구비하고 있고, 그 정면의 기하학적 형태는 제11b도에 개략적으로 도시되어 있다. 블래이딩 표면의 일점의 접선과, 그 점을 통과하는 반경이 이루는 각은, 유입지점에서는 90°에 가깝고(각 D₁), 배출 지점에서는 0°에 가깝게(각 D₂)변화하므로, 접선속도를 점차적으로 감속·소멸ㅅ킬 수 있다.

이 장치는 액상, 가스상, 또는 심지어는 다상, 그중에서 2상의 유체에도 바람직하게 사용할 수 있다.

따라서, 압축시킬 저압 유체는 기체 또는 증기이거나, 또는 경우에 따라서는 가스-액체의 이원상 혼합물일 수도 있다.

구동유체도 또한 기체 또는 액체일 수 있다. 이제까지 언급한 경우들을 모두 조합해보면 다음의 사실을 추론해 볼 수 있다 :

-구동유체로서 가스(또는 증기)를 사용하여 가스(또는 증기)를 압축.

-구동유체로서 액체를 사용하여 가스(또는 증기)를 압축.

-구동유체로서 가스(또는 증기)를 사용하여 가스(또는 증기)를 압축.

-구동유체로서 액체를 사용하여 액체를 압축.

또한 상술한 바와 같이 각 유체들은 이원상일 수도 있다.

가스상(또는 증기상) 구동유체를 방출시킴으로써 가스(또는 증기)를 압축시키는 경우에는, 구동유체의 방출율을 크게 해야 구동유체가 초음속으로 유동된다. 이러한 경우는, 경우에 따라 분배용 제1영역(I)을 구비하고 있는 환형 영역, 관 또는 도관의 단면이, 구동유체의 입구와 출구의 사이에서 일정한 상태로 감소하는 것이 아니고, 최소부(최소 면적부가 있는 부분)를 통과한다. 음속의 안상점(soinc point)은 그 최소부에 존재하며, 최소부를 통과한 후에는 다시 증대된다.

혼합 후에는, 유속이 준음속 또는 초음속으로 된다. 초음속일 경우에는, 제3압축 영역(III) 내에서의 흐름 단면이 역시 먼저 최소부까지는 점점 감소한 후, 이를 통과한 후에는 점차적으로 증가해야 한다.

Claims (15)

1. 구동유체가 흐르는 제1실(I), 압축시킬 유체가 흐르는 제2실(II), 구동유체와 압축시킬 유체의 혼합액이 흐르는 제3실(III)을 포함하고, 상기 혼합액은 제1실, 제2실과 제3실에 모두 연결되어 있는 혼합실(A)로부터 배출되는, 구동유체의 압력에 의한 유체의 압축장치에 있어서, 상기 혼합실(A)은 환형이고, 상기 제1실(I) 및 제2실(II)은, 상기 구동유체 및 압축시킬 유체를 상기 혼합실(또는 환형실)내로 거의 접선방향으로 도입시키기에 적합한 도관에 의해 상기 혼합실(A)과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 압축장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 환형실(A)이 그 평균 외경 및 평균 내경에 의해 크기가 정해지며; 상기 평균 외경과 상기 평균 내경 간의 간격에 대한 환형실(A)의 상기 평균 외경의 비율이 5이상인 것을 특징으로 하는 압축장치.
3. 제1항에 있어서, 압축시킬 유체를 분배시키는 상기 제2실(II)에는 환형실(A)과 연결된 도관(C₁,C₂,C₃,C₄)들이 배치된 원형 왕관 부재(C)가 있고, 상기 도관은 상기 환형실(A)의 주위에 일정한 간격으로 존재할 수 있으며, 또한 압축시킬 유체를 환형실(A)내에 거의 접선 속도로 도입하도록 곡선형으로 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 압축장치.
4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 환형실(A)로부터 배출된 2종의 유체 혼합물을 압축시키는 상기 제3실(III)에는 자체적으로 환형 공간(EA₁)이 있고, 그 공간내에는 압력을 상승시키면서 상기 혼합물의 접선속도를 서서히 저하시키는데 적합한 조정 블래이딩(R₁)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 구동유체 분배용 제1실(I)에는 환형실(A) 내부와 연결된 일련의 수속관(converging nozzles, T₁,T₂,T₃)이 설치되어 있고, 상기 수속관(T₁,T₂,T₃)은 상기 환형실의 주위상에 일정 간격으로 존재함으로써 구동유체를 상기 환형실(A)내에 거의 접선속도로 도입시키는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 구동유체 분배용 제1실(I)에는 상기 환형실(A)과 연결된 도관(C₁,C₂,C₃)들이 배치된 원형 왕관 부재(C)가 있고, 상기 도관들은 상기 환형실(A)의 주위에 일정 거리를 두고 배치되어 있고, 구동유체를 점점 빠른 속도로 전달할 수 있도록 수속형(收束刑)으로 되어 있으며, 또한 상기 도관은 압축시킬 유체를 상기 환형실(A)내에 거의 접선 속도로 도입하도록 곡선형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 구동유체 분배용 제1실(I)이 2개의 원추면 사이에 형성된 환형 영역을 가지고, 상기 원추표면의 모선은 장치의 축 중심과는 다른 각도를 이루어 수속형의 환형 영역(12)을 형성시키며, 상기 영역내에서 구동유체는 최대 단면 수준에서 접선 방향으로 도입된 후, 상기 환형실(A)과 연결된 최소단면까지 유동하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 환형 실(A)로부터 배출된 두가지 유체의 혼합액을 압축시키는 상기 제3실(III)이 자체적으로 2개의 원추면사이에 형성된 환형 영역을 가지고, 상기 원추표면의 모선은 장치의 축 중심과는 다른 각도를 이루어 끝이 넓은(未廣形)영역을 형성하고, 상기 영역내에서 상기 환형실(A)로부터 배출된 2가지 유체의 혼합액은 최소 단면의 부위로부터 배출된 후 최대 단면까지 감속하는 접선속도로 흐르는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3실(III)은 장치의 축에 대해 거의 횡방향으로 배치된 두 표면(13,26) 사이에 제1공간(EA₂)을 가지고, 그 내부에서는 혼합액이 감속하는 접선속도로 흘러 상기 제1공간 주변부로부터 배출되며, 상기 제1공간옆에는 제2공간(ED₂)이 존재하는데, 이 공간은 장치의 축에 대해 거의 횡방향으로 배치된 2개의 표면(27,28)사이에 형성된 것이며, 또한 제2공간내에서 혼합액은 감속하는 접선속도로 흘러 장치의 축방향으로 보내지고, 상기 제2공간은 상기 혼합액의 접선속도를 점차적으로 감속·소멸시킬 수 있는 조정 블래이딩(R₂)을 구비한 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동유체가 변동될 때에는 상기 구동유체 분배용 제1실(I)내로 도입되는 구동유체의 도입각을 수정함으로써 상기 구동유체의 유동적 접선속도를 거의 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 가스 또는 증기의 압축시에 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제2항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 액체의 압축시에 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동유체가 가스 또는 증기인 장치.
14. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동유체가 액체인 장치.
15. 하기 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 구동유체의 방출에 의한 유체의 압축방법 : a) 구동유체를 제1실(I)내로 유입시켜 그 내부의 점점 좁아지는 통로를 증속하는 속도로 통과시킨 후, 압축시킬 저압 유체 이하의 압력수준에서 상기 제1실(I)로부터 배출시키는 단계; b) 상기 제1실(I)의 출구에서 상기 구동유체를 거의 접선방향을 따라 환형영역(A)내로 배출시키는 단계; c) 상기 압축시킬 저압유체를 환형 영역(A)내로 거의 접선방향을 따라 유입시켜, 제2실(II)을 통과시키는 단계; d) 상기 환형 영역(A)내에서 상기 구동유체와 상기 압축시킬 유체를 혼합하고, 이때 혼합액은 환형영역(A)전체에 걸쳐 거의 균일한 접선속도로 유지시키는 단계; 및 e) 단계 d)의 혼합액을 제3실(III)에 통과시키는데, 상기 제3실(III)내에서의 접선속도는 점차적으로 감속·소멸하고, 상대적으로 압력은 상승하는 단계.

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