WO2013005888A1 - 무급유식 천연가스 압축장치 - Google Patents

무급유식 천연가스 압축장치 Download PDF

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WO2013005888A1
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crankcase
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박나원
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월드파워텍 주식회사
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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Definitions

  • the present invention relates to an oil-free natural gas compressor, and more particularly, it is not necessary to supply oil into a cylinder for the cylinder lubrication of the natural gas compressor, and extends its life so that it can be operated for a long time. It relates to an environmentally friendly oil-free natural gas compression device that is made easy.
  • a natural gas compressor In general, a natural gas compressor (CNG Compressor) is to compress the natural gas at high pressure to be used as a fuel of the vehicle, the natural gas is compressed to a high pressure, which is because the natural gas (CNG) is composed of hydrocarbon compounds Because of the disadvantage of not liquefied, it is compressed to high pressure and stored in a high pressure container.
  • CNG Compressor natural gas compressor
  • the natural gas compressor is required for high precision and advanced technology to compress natural gas up to 250 barG.
  • the cylinder for compressing the gas at high pressure has a lubricant, mineral oil ( Hereinafter referred to as 'oil' to supply lubrication.
  • 'oil' to supply lubrication.
  • the compression device capable of charging 100 buses per day is about 1,100 Nm3 / Hr, and the oil supplied when one compressor is operated consumes about 6.4 drums of oil per year for 12 hours of operation.
  • 6.4 drums of oil was supplied to the compressors per year, but most of the gas flowed into the gas storage tanks of vehicles, because they could not be discharged and recovered through various auxiliary equipment and drain valves.
  • the viscosity of the oil at the operating temperature inside the compression chamber of the cylinder is diluted with water, so the water vapor is saturated with the compressed gas, and when the gas flows, it is continuously transferred to the discharge line with the oil. Oil flows into the vehicle's storage vessel and reaches the engine.
  • the prior art document related to the oil-fueled compression apparatus described in the 'Gas supply device of the compressed natural gas vehicle' or the Korean Patent Publication No. 10-2000-0055660 (published on September 15, 2000) 10-2001-0017007 (published on March 5, 2001) discloses a fuel filtering apparatus and method for a compressed natural gas vehicle, and the like, and is already known, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the lubricated natural gas compressor (Lubricated CNG compressor) is city gas 4.0 ⁇ 5.0kg / cm2G. The gas can be sucked up to 250kg / cm2G.
  • the oil-loaded compressor includes the second and third packings from the cylinder of the first stage to the cylinder of the fourth stage on the basis of one vehicle, and the daily oil consumption is 3.5 liters (L) after 12 hours of operation. 1,277.5 liters (about 6.4 drums) of oil is supplied, and compared with the nationwide vehicles, the consumption is not only enormous, but also uneconomical, causing serious environmental pollution. Therefore, about 168 domestic natural gas filling stations are operating, and considering that two or three compression units are provided for each filling station, about 2,944 drums of oil are consumed annually.
  • the oil supplied to the compressor has a hassle to periodically discharge the oil accumulated in the bottom of the oil separator or the storage container using the drain valve.
  • the oil is introduced into the cylinder of the compression apparatus and the temperature of the cylinder rises to 110 to 160 degrees Celsius, its characteristics are changed and it cannot be reused.
  • an oil separator for preventing pulsation and removing oil is provided at the suction front end of each stage in order to remove the oil supplied to the cylinder of each stage of the compressor, but there are no fundamental measures to block the oil flowing along the discharge line in the vapor state. In order to minimize this, it is legally mandatory to install a filter between the cylinder of the third stage and the cylinder of the fourth stage, that is, after the final stage of the fourth stage cylinder, or even to the front end of the dispenser. There is a situation.
  • domestic city gas is supplied in the form of dry gas by refining crude oil, and when mixed with oil is naturally changed to moist gas, this problem occurs in the lubricator. 250 barG.
  • the gas nozzle is clogged by gas expansion to the nozzle part mounted on the vehicle, causing the gasoline nozzle to become clogged and refueling. Due to the characteristics of the oil, the low fluidity of the paraffinic series is -17 degrees Celsius. Naphthenic oils will begin to replace oils below -30 degrees Celsius.
  • the differential pressure of the lubricator nozzle part may occur up to 220 ⁇ 170barG. At the initial charge, and this may cause the temperature to drop to -110 ° C.
  • the nozzle of the lubricator may become clogged and the main factor is dry gas. It is not oil. That is, if only dry gas is present, natural gas is composed of hydrocarbon compounds, so it cannot cause any change of state at -110 ° C. However, if excessive oil or water is present, the oil nozzle can be blocked by freezing. .
  • the compression type of the piston is applied to the oil-compressing device using a high-engineering plastic material instead of cast iron, and the compression ratio is slightly higher than the compression in the fourth stage. In order to improve the volumetric efficiency due to this high pressure, oil is also supplied.
  • the cylinder of the compression device is somewhat different depending on the model and specification, it is difficult to disassemble the cylinder because the weight is about 500 ⁇ 700kg and it is very heavy and the cooler is installed on the upper part of the cylinder to minimize the volume of the device. .
  • Patent Document 1 Domestic Publication No. 10-2000-0055660 (published on September 15, 2000)
  • Patent Document 2 2. Domestic Publication No. 10-2001-0017007 (2001.03.05. Publication)
  • An object of the present invention is to minimize friction and supply oil by providing a highly precise metal liner between the cylinder and the piston of the natural gas compressor, and to disassemble the cylinder by having a cylinder support means on the outside of the crankcase.
  • An object of the present invention is to provide an oil-free natural gas compressor that is easy to assemble. That is, in order to disassemble and replace the grand packing, the side cylinder of the crankcase must be separated, and there are many difficulties and risk factors when disassembling the cylinder, and the purpose is to prevent the occurrence of safety accidents.
  • the cylinder has a rockwell hardness test (HRC) of surface strength at the contact surface of the inner piston.
  • HRC rockwell hardness test
  • the cylinder is provided horizontally on one side of the cylinder and the cylinder support means for supporting the weight when disassembling / assembling is provided.
  • the cylinder support means coupled to the upper end of the crankcase horizontal bar is installed side by side in the axial direction on the top of the cylinder;
  • the cylinder support means is characterized in that the height adjusting opening is provided to match the center of the cylinder with the crankcase on the pillar.
  • FIG. 1 is a front view showing an oil-free natural gas compression apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a plan view of the oil-free natural gas compression device according to the present invention.
  • Figure 3 is a partial cross-sectional view of the natural gas compression device according to the present invention.
  • FIG. 4 is an internal cross-sectional view showing a decomposition state of the natural gas compression device of the present invention.
  • crankcase 12 body 14: piston
  • Base frame 20 1st cylinder 22
  • 32 Cylinder block
  • the present invention in the oil-free natural gas compression device that is to compress the natural gas in multiple stages by the cylinder (20,30) assembled on the side of the crankcase 10, the cylinder (20,30) ) Is characterized in that the contact surface of the inner piston (26, 28, 36, 38) is provided with a metal liner (27, 29, 37, 39) having a surface strength of more than Rockwell hardness test (HRC) 70.
  • HRC Rockwell hardness test
  • the present invention is characterized in that the cylinder support means 40 for horizontally provided on one side of the cylinder (20,30) for supporting the weight when disassembling / assembling the cylinder (20,30).
  • the oil-free natural gas compressor 100 of the present invention is for supplying compressed natural gas at high pressure, and compresses the compressed gas at least once or more, in multiple stages, and on one side or both sides of the crankcase 10.
  • the first cylinder 20 and the second cylinder 30 are assembled to the side surfaces, and the main body 12 of the crankcase 10 is fixed to the base frame 18 seated on the base 19.
  • crankcase 10 is installed in the main body 12 and the piston 14 to which the crank rod is connected to operate the first and second cylinders 20 and 30 while reciprocating.
  • the first and second cylinders 20 and 30 compress and supply the gas (natural gas) introduced to the intake side by a piston and repeatedly discharge the gas to the exhaust side.
  • cylinder blocks 22 and 32 are provided on the side of the crankcase in the axial center direction and are assembled by bolts, and the first to fourth pistons 26, 28, 36 and 38 of the cylinder blocks are connected.
  • the first piston rod 24 and the second piston rod 34 are connected to the piston 14 of the crankcase.
  • first and second grand packings 25 and 35 for preventing leakage are provided at the connection portion between the crankcase and the cylinder, and the piston rod penetrates the sliding contact.
  • the cylinder 20, 30 of the present invention is provided with a metal liner (27, 29, 37, 39) between the inner piston (26, 28, 36, 38). That is, the oil-free natural gas compressor of the present invention is provided with a high-strength metal liner (27, 29, 37, 39) in the cylinder instead of the oil is not supplied to the cylinder, the oil is not mixed in the natural gas and piston Its operation is smooth and the life of the device is extended.
  • the first to fourth metal liners 27, 29, 37, and 39 are made of a metallic material having a high strength, abrasion resistance, corrosion resistance, and a low coefficient of friction. Particularly, the inner surface of the liner is heat treated to provide a rockwell hardness test.
  • the metal liner is preferably composed of a nickel alloy, chromium alloy, aluminum alloy, and the like, and may be selectively formed on the surface of the liner by using an alloy of the above material on the surface of the liner to form a coating layer.
  • the oil-free natural gas compressor 100 of the present invention is not supplied with oil to the cylinders 20 and 30, but the first and second void provided on the piston rods 24 and 34 on the crankcase 10.
  • the oil supplied to the grand packing is adsorbed to the piston rods 24 and 34, and an oil film is formed between the piston rod and the grand packing to maintain airtightness. When compressed, it blocks the gas inside the cylinder to prevent leakage into the crankcase.
  • a very small amount of oil is introduced into the cylinder between the piston rod and the grand packing, and the amount of oil introduced into the cylinder is extremely low below 5PPM, and mixed with gas, so that the entire amount of saturated steam is not liquid. It does not act as a factor in overloading or malfunctioning the engine.
  • the cylinder support means 40 is coupled to the upper fixture 45 of the crankcase 10 and the horizontal bar 42 which is installed side by side in the axial direction on the top of the cylinder (20, 30) and ;
  • Attached to the upper end of the cylinder (20,30) is characterized in that consisting of a bracket 46 in sliding contact along the horizontal bar (42). That is, the cylinder support means 40 is for supporting the weight of the cylinder and parts in the axial direction when disassembling / assembling the cylinder, and horizontal bars 42 horizontally on the upper portions of the first and second cylinders 20 and 30.
  • the horizontal bar 42 has one end coupled to the upper fixture 45 of one side of the main body and the column is coupled to the other end.
  • the pillar 43 is erected in a ' ⁇ ' shape is configured so that the horizontal bar is connected in the middle and the cylinder passes through the inner space.
  • the bracket 46 is integrally formed at both sides of the upper ends of the cylinder blocks 22 and 32, or preferably assembled by screws to facilitate removal / attachment to the cylinder block, which is an eye bolt or hook having a ring shape. Hook blots and the like are most preferred.
  • the stopper 48 for fixing the position in the disassembled state of the cylinder (20, 30) is provided. That is, it is possible to adjust the height of the height of the column 43 and the horizontal bar 42 with the height adjusting holes 44 assembled with screws on the bottom of the column 43, the cylinder and the piston rod, the piston, and the grand packing It is possible to precisely and easily disassemble / assemble the back.
  • the fastener 45 is preferably assembled by connecting means such as a horizontal bar and the hinge or pin so that the column can be elevated.
  • the stopper 48 is assembled with screws on the side of the pillar and provided horizontally, while fixing the position of the cylinder while contacting the side of the cylinder, forming a female screw on the side of the cylinder and fixing the other end of the stopper by screws. desirable. Or it may be provided with a separate fixing means including a fixing pin or bolt for fixing the position of the bracket.
  • reference numeral '16' is a general oil supply machine for supplying lubricating oil inside the body of the crankcase
  • reference numeral '33' is a head cover of the cylinder block.
  • the present invention does not supply oil to the cylinder of the natural gas compression device, only natural gas can obtain compressed fuel, and can improve the engine performance of the vehicle and reduce fuel efficiency. And since no oil is supplied, it can extend the replacement cycle of filter element more than 4 times and extend the lifespan, and it is economical effect that can greatly reduce the cost of oil supply and waste oil treatment, consumable replacement, and maintenance. Entails. In particular, it is very environmentally friendly by preventing the generation of harmful exhaust gases, environmental pollutants, and carbon caused by oil.

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Abstract

본 발명은 무급유식 천연가스 압축장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 천연가스 압축장치의 실린더 윤활작용을 위해 실린더 내에 별도로 오일을 공급할 필요가 없이 장기간 운전 가능하도록 수명을 연장함과 더불어 추후 유지관리가 용이하도록 하고자 본 발명은, 크랭크케이스의 측면에 조립된 실린더에 의해 천연가스를 다단계에 걸쳐 압축하도록 된 무급유식 천연가스 압축장치에 있어서, 상기 실린더는 내측 피스톤과의 접촉면에 표면 강도가 로크웰경도시험(HRC)70이상인 금속 라이너가 구비된 것을 특징으로 하는 무급유식 천연가스 압축장치에 관한 것이다.

Description

무급유식 천연가스 압축장치
본 발명은 무급유식 천연가스 압축장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 천연가스 압축장치의 실린더 윤활작용을 위해 실린더 내에 별도로 오일을 공급할 필요가 없이 장기간 운전 가능하도록 수명을 연장함과 더불어 추후 유지관리가 용이하도록 된 친환경적인 무급유식 천연가스 압축장치에 관한 것이다.
일반적으로, 천연가스 압축장치(CNG Compressor)는 천연가스를 고압으로 압축하여 자동차의 연료로 사용하기 위한 것으로, 천연가스를 고압으로 압축시키게 되는데, 이는 천연가스(CNG)는 탄화수소 화합물로 이루어져 있어서 쉽게 액화되지 않는 단점 때문에 고압으로 압축하여 고압의 용기에 저장하게 된다.
여기서, 상기의 천연가스 압축장치는 천연가스를 250barG.까지 압축할 수 있도록 고도의 정밀도와 첨단기술이 요구되고 있으며, 가스를 고압으로 압축하는 실린더에는 내부 피스톤의 원활한 작동을 위해 윤활유, 광유오일(이하 '오일'이라 함)을 공급하여 윤활작용을 하도록 하고 있다. 다시 말해, 실린더 내에 오일을 공급하지 않고서는 실린더 내면과 피스톤의 압축링 사이의 마모(마찰)현상을 방지할 수 없을 뿐만 아니라 조기마모로 인해 빈번하게 교체해야만 하는 것이다.
여기서, 천연가스 압축장치를 가동 중에 오일이 천연가스에 혼합되어 점차적으로 소모되는 현상이 발생하는데, 근자에 들어 환경을 위해 천연가스 차량(버스)이 증가하면서 천연가스의 소비량이 급속히 증가함에 따라 동시에 오일의 소모량도 상대적으로 급속히 증가하며, 여러 가지 문제점을 초래하고 있는 실정이다.
즉, 일일 버스 100대를 충전할 수 있는 압축장치는 1,100Nm3/Hr정도이고 압축장치 1대 운전시 공급되는 오일은 일일 12시간 운전시 연간 약6.4드럼의 오일이 소모된다. 이에 연간 6.4드럼의 오일이 압축기에 공급되었지만 각종 보조기기 및 드레인밸브(Drin valve)를 통해 전량 배출 및 회수할 수 없는 관계로 대부분 차량의 가스저장탱크로 유입이 되고, 엔진에까지 투입됨으로 엔진의 오작동이나 과부하를 유발하게 되는 심각한 문제점이 있었다. 구체적으로, 실린더의 압축실 내부의 운전온도에서 오일의 점도가 물처럼 묽어짐으로 압축가스와 함께 수증기 포화상태로 변하게 되고, 가스가 흐를 때 오일과 함께 토출라인으로 계속 옮겨가기 때문에 결국 드레인되지 않은 오일은 차량에 탑재된 저장용기까지 유입이 되고 또 엔진에까지 도달하게 되는 것이다. 다시 말해, 드레인되지 않은 오일이 가스포켓에 점차적으로 고이게 되면 결국 실린더에 유입되게 됨으로 인해, 흡입/토출 밸브의 밸브플레이트의 손상에 의한 증간압력 상승으로 안전변이 개방되고 압축링 및 안내링의 파손을 유발하며, 오일은 비압축성 유체임으로 피스톤의 파손까지 초래하는 심각한 문제점이 있었다.
한편, 상기의 급유식 압축장치에 관한 종래의 선행기술문헌으로는 국내공개특허 제10-2000-0055660호(2000.09.15.공개)의 '압축 천연가스 자동차의 가스 공급장치' 또는 국내공개특허 제10-2001-0017007호(2001.03.05.공개)의 '압축 천연가스 차량의 연료 여과장치 및 방법' 등이 이미 공지된 바에 있으며, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편, 급유식 천연가스 압축장치(Lubricated CNG compressor)는 도시가스 4.0~5.0kg/cm2G. 가스를 흡입하여 제4단계에 걸쳐 250kg/cm2G.까지 압축이 가능하며 압축하는 실린더에 오일이 공급되는 방식이다. 이러한 급유식 압축기는 차량 1대를 기준으로, 제1단계의 실린더에서부터 제4단계의 실린더까지 제2, 제3 패킹을 포함하고 12시간 운전하면 일일 오일의 소모량은 3.5리터(L)이며, 연간 1,277.5리터(약 6.4드럼)의 오일이 공급되며, 전국의 차량을 대비해보면 그 소비량이 막대할 뿐만 아니라 비경제적이며, 심각한 환경공해물질을 유발하게 되는 문제점이 있었다. 이에, 국내 천연가스 충전소는 약 168기 정도가 운영되고 있으며, 각 충전소마다 2~3대의 압축장치가 구비되고 있음을 감안하여 보면, 연간 약2,944드럼의 오일이 소모되고 있는 실정이다.
또한, 압축기로 공급된 오일은 오일분리기 또는 저장용기의 바닥에 고인 오일을 드레인벨브를 이용하여 주기적으로 배출시켜야 하는 번거로움이 있었다. 그리고 상기의 오일은 압축장치의 실린더에 투입된 채 실린더의 온도가 110~160도씨까지 올라가게 되면, 그 특성이 변하여 재사용이 불가하고 폐유로 분리 배출해야 하는 애로사항이 있었다.
또한 압축기 각단 실린더에 공급된 오일을 제거하기 위해 각단 흡입 전단에 맥동방지용 및 오일을 제거할 수 있는 오일분리기가 구비되지만, 증기상태로 토출라인을 따라 흘러가는 오일을 차단할 수 있는 근본적인 대책이 마련되지 않고 있으며, 이를 최소화하기 위해 제3단계의 실린더와 제4단계의 실린더 사이 즉, 제4단계 실린더의 최종단 이후에 필터를 설치하거나 또는 주유기(Dispensor) 전단 라인에까지 필터를 설치하도록 법적으로 의무화하고 있는 실정이다.
한편, 국내도시가스는 원유를 정제하여 건조가스 상태로 공급되며, 오일과 혼합하게 되면 자연스럽게 습가스로 변하게 되는데, 이때 주유기에 문제가 발생한다. 즉 250barG. 고압저장 탱크에서 차량에 탑재된 노즐부분에 가스팽창에 의해 주위의 열을 빼앗아감으로 주유기 노즐이 막혀 주유가 되지 않는 경우도 발생하고 있으며, 오일의 특성상 파라핀계열의 저유동성은 -17도씨. 나프텐계열의 오일은 -30도씨이하가 되면 오일도 교체하기 시작한다. 하지만 주유기 노즐부분의 차압은 초기 충전시 초기 220~170barG.까지 발생할 수 있으며, 이로 인해 온도가 -110도씨까지 내려갈 수 있고 이때, 주유기의 노즐이 막히는 현상이 발생할 뿐만 아니라 주된 요인은 건조가스가 아닌 오일인 것이다. 즉 건조가스만 존재한다면, 천연가스는 탄화수소 화합물로 이루어져 있기 때문에 -110도씨에서 어떠한 상태변화를 일으킬 수 없으며, 다만 과다한 오일이나 수분이 존재한다면 결빙현상에 의해 주유기 노즐이 막히는 현상을 초래할 수 있게 된다.
근자에 들어서는, 급유식 압축장치에도 피스톤의 압축링을 주철이 아닌 고엔지니어링 플라스틱 소재를 적용하고 있고, 제4단계에 걸쳐 압축을 하는 데 비해 압축비는 다소 높지않지만 각단 실린더의 흡입압력과 토출압력의 차이가 높고, 이 높은 압력에 의한 체적효율을 향상시키기 위해 역시, 오일을 공급되어 진다.
또한 압축장치의 실린더는 모델이나 규격에 따라 다소의 차이는 있으나, 중량이 500~700kg정도로 상당히 무겁고 장치의 부피를 최대한 줄이기 위해 실린더의 상부에 쿨러가 설치되어 있는 관계로 실린더를 분해하기가 난해하다. 또한, 삼발이, 크레인 등과 같은 별도의 지지수단을 이용하기가 매우 곤란할 뿐만 아니라, 정밀검사 및 교체작업이 어려운 문제점들이 있었다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 1. 국내공개특허 제10-2000-0055660호(2000.09.15.공개)
(특허문헌 2) 2. 국내공개특허 제10-2001-0017007호(2001.03.05.공개)
본 발명의 목적은 천연가스 압축장치의 실린더와 피스톤 사이에 초정밀가공된 금속 라이너를 구비함에 따라 마찰력을 최소화하고 오일을 공급할 필요가 없으며, 크랭크케이스의 외측으로 실린더 지지수단을 구비하여 실린더를 분해/조립이 용이하도록 된 무급유식 천연가스 압축장치를 제공하는 데에 있다. 즉, 그랜드패킹을 분해 및 교체하기 위해서는 크랭크케이스의 측면 실린더를 분리해야만 하며, 실린더를 분해 시 많은 어려움과 위험요소들이 있으며 이로 인한 안전사고의 발생을 방지하고자 하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명은, 크랭크케이스의 측면에 조립된 실린더에 의해 천연가스를 다단계에 걸쳐 압축하도록 된 무급유식 천연가스 압축장치에 있어서, 상기 실린더는 내측 피스톤의 접촉면에 표면 강도가 로크웰경도시험(HRC)70이상인 금속 라이너가 구비된 것을 특징으로 하는 무급유식 천연가스 압축장치를 제안한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 실린더의 일측에 수평으로 구비되고 상기 실린더를 분해/조립시 무게를 지지하기 위한 실린더 지지수단이 구비된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면 상기 실린더 지지수단은, 크랭크케이스의 상단 고정구에 결합하여 실린더의 상부에 축 방향으로 나란하게 설치되는 가로바와; 상기 가로바의 외측 끝단을 받치고 있는 기둥 및; 상기 실린더의 상단에 부착하여 가로바를 따라 미끄럼 접촉하는 브래킷으로 구성됨을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면 상기 실린더 지지수단은, 상기 기둥에 실린더의 중심을 크랭크케이스와 일치시키기 위한 높이조절구가 구비된 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무급유식 천연가스 압축장치를 나타낸 정면도.
도 2는 본 발명에 따른 무급유식 천연가스 압축장치의 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 천연가스 압축장치를 부분 단면으로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 천연가스 압축장치의 분해상태를 내부 단면으로 나타낸 도면.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10:크랭크케이스 12:본체 14:피스톤
18:베이스프레임 20:제1실린더 22,32:실린더블록
24:제1피스톤로드 25:제1그랜드패킹 26:제1피스톤
27:제1라이너 28:제2피스톤 29:제2라이너
30:제2실린더 32:실린더블록 34:제2피스톤로드
35:제2그랜드패킹 36:제3피스톤 37:제3라이너
38:제4피스톤 39:제4라이너 40:실린더 지지수단
42:가로바 43:기둥 44:높이조절구
45:고정구 46:브래킷 48:스토퍼
100:천연가스 압축장치
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 상기 도면에 따르면 본 발명은, 크랭크케이스(10)의 측면에 조립된 실린더(20,30)에 의해 천연가스를 다단계에 걸쳐 압축하도록 된 무급유식 천연가스 압축장치에 있어서, 상기 실린더(20,30)는 내측 피스톤(26,28,36,38)의 접촉면에 표면 강도가 로크웰경도시험(HRC)70이상인 금속 라이너(27,29,37,39)가 구비된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 상기 실린더(20,30)의 일측에 수평으로 구비되고 상기 실린더(20,30)를 분해/조립시 무게를 지지하기 위한 실린더 지지수단(40)이 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명을 더욱 자세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 무급유식 천연가스 압축장치(100)는 천연가스를 고압으로 압축 공급하기 위한 것으로, 압축가스를 적어도 일 회 이상, 다단계에 걸쳐 압축시키게 되며, 크랭크케이스(10)의 일측 또는 양쪽 측면에 제1실린더(20) 및 제2실린더(30)가 조립되고, 크랭크케이스(10)의 본체(12)가 기초(19)에 안착되는 베이스프레임(18)에 고정 설치되어 있다.
상기 크랭크케이스(10)는 본체(12)에 내장되고 크랭크로드가 연결된 피스톤(14)이 왕복으로 작동하면서 제1, 제2실린더(20,30)를 작동시키게 된다.
상기 제1, 제2실린더(20,30)는 흡기측으로 유입된 가스(천연가스)를 피스톤으로 압축시킨 후 배기측으로 토출하는 과정을 반복적으로 수행하여 압축 공급한다. 이를 위해, 크랭크케이스의 측면에 축 중심방향으로 실린더블럭(22,32)을 구비하여 볼트로 조립되며, 이 실린더블럭의 제1 내지 제4피스톤(26,28,36,38)이 연결되어 있는 제1피스톤로드(24) 및 제2피스톤로드(34)가 크랭크케이스의 피스톤(14)에 연결된다. 그리고 상기 크랭크케이스와 실린더의 연결부에는 누설을 방지하기 위한 제1, 제2그랜드패킹(25,35)이 구비되면서 피스톤로드가 관통하여 슬라이딩 접촉한다.
여기서, 본 발명의 상기 실린더(20,30)는 내측 피스톤(26,28,36,38) 사이에 금속 라이너(27,29,37,39)가 구비된다. 즉 본 발명의 무급유식 천연가스 압축장치는 실린더에 오일이 공급되지 않는 대신 실린더 내에 고강도의 금속 라이너(27,29,37,39)를 구비함에 따라, 천연가스에 오일이 혼합되지 않을 뿐만 아니라 피스톤의 작동이 원활하고 장치의 수명이 연장된다. 상기의 제1 내지 제4 금속 라이너(27,29,37,39)는 고강도, 내마모성, 내식성, 마찰계수가 작은 금속성 소재로 이루어지며, 특히 라이너의 내면에는 열처리가공하여 표면의 강도가 로크웰경도시험(HRC:rockwell hardness test)70이상으로 고강도를 유지함으로써, 마찰접촉에 대한 손상이나 변형이 발생하지 않고 내열성이 뛰어나고 반영구적으로 사용할 수 있도록 된다. 이를 위해 상기 금속 라이너는 니켈합금, 크롬합금, 알루미늄합금 등으로 구성하는 것이 바람직하며, 비용절감을 위해 라이너의 표면에 상기와 같은 소재의 합금을 사용하여 선택적으로 피막 도금층을 형성시킬 수도 있다.
여기서, 본 발명의 무급유식 천연가스 압축장치(100)는 실린더(20,30)에는 오일이 공급되지 않지만, 크랭크케이스(10) 외측 피스톤로드(24,34)에 구비되는 제1, 제2그랜드패킹(25,35)에는 오일이 공급됨에 따라, 상기 그랜드패킹에 공급된 오일이 피스톤로드(24,34)에 흡착한 채로, 피스톤로드와 그랜드패킹 사이에 오일점막을 형성시켜 기밀유지가 되고 또 압축시 실린더 내부 가스가 크랭크케이스로 누설되지 않도록 차단작용을 한다. 한편 상기 피스톤로드와 그랜드패킹 사이로 아주 미세한 량의 오일이 실린더로 유입이 되는데, 실린더로 유입되는 오일의 량은 5PPM이하로 극히 미약하며, 가스와 혼합되어 액상이 아닌 전량 포화수증기(Vapor)상태로 존재하게 되며, 이로 인한 엔진의 과부하나 오작동을 유발하는 요인으로 작용하지는 않는다.
본 발명에 따르면, 상기 실린더 지지수단(40)은 상기 크랭크케이스(10)의 상단 고정구(45)에 결합하여 실린더(20,30)의 상부에 축 방향으로 나란하게 설치되는 가로바(42)와; 상기 가로바(42)의 외측 끝단을 받치고 있는 기둥(43) 및; 상기 실린더(20,30)의 상단에 부착하여 가로바(42)를 따라 미끄럼 접촉하는 브래킷(46)으로 구성됨을 특징으로 한다. 즉, 상기 실린더 지지수단(40)은 실린더를 분해/조립시 실린더 및 부품의 무게를 축 방향으로 지지하기 위한 것으로, 제1, 제2실린더(20,30)의 상부에 수평으로 가로바(42)가 설치되고 상기 실린더(20,30)의 실린더블럭(22,32) 상단에 부착된 브래킷(46)이 가로바에 끼워져 미끄럼 접촉한다. 상기 가로바(42)는 일단이 본체 일측의 상단 고정구(45)에 결합되고 타단에 기둥이 결합된다. 이에 실린더를 안전하게 분리 또는 조립할 수 있게 되며, 진동이나 흔들림, 추락으로 인한 장치의 파손을 방지하고 작업자의 안전을 보호할 수 있게 된다. 이는 앞서 언급한 바대로 상당한 무게의 실린더의 분해/조립은 물론 정밀검사, 교체, 유지보수 등의 작업이 매우 정밀하고 안정적이다.
상기 기둥(43)은 '∩'형으로 세워져 가로바가 중간에 연결되고 내측 공간으로 실린더가 통과하도록 구성된다. 상기 브래킷(46)은 실린더블럭(22,32)의 상단 양측에 일체로 구성하거나 또는, 실린더블럭에 탈/부착이 용이하도록 나사로 조립하는 것이 바람직하고 이는 고리형태의 아이볼트(eye bolt), 훅볼트(Hook blot) 등이 가장 바람직하다.
여기서 상기 실린더 지지수단(40)은, 상기 기둥(43)에 실린더의 중심을 크랭크케이스(10)와 일치시키기 위한 높이조절구(44)와; 상기 실린더(20,30)를 분해한 상태에서 위치를 고정하기 위한 스토퍼(48)가 구비된 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 기둥(43)의 저면에 나사로 조립된 높이조절구(44)로 높낮이를 기둥(43) 및 가로바(42)의 레벨을 조절할 수 있게 되며, 실린더 및 피스톤로드, 피스톤 그리고, 그랜드패킹 등의 분해/조립을 정밀하고 용이하게 할 수 있게 된다. 이때, 상기 고정구(45)는 기둥이 원만히 승강할 수 있게 가로바와 힌지 또는 핀 등의 연결수단으로 조립하는 것이 바람직하다.
상기 스토퍼(48)는 기둥의 측면에 나사로 조립하여 가로로 구비된 채, 실린더의 측면에 접촉하면서 실린더의 위치를 고정하게 되며, 실린더의 측면에도 암나사를 형성하고 스토퍼의 타단을 나사로 연결 고정하는 것이 바람직하다. 또는 상기 브래킷의 위치를 고정하기 위한 고정핀이나 볼트 등을 포함하는 별도의 고정수단을 구비할 수도 있다.
더불어, 미설명부호 '16'은 크랭크케이스의 본체 내부에 윤활유를 공급하기 위한 통상의 급유기이고, 미설명부호 '33'은 실린더블럭의 헤드커버이다.
본 발명은 천연가스 압축장치의 실린더에 오일을 공급하지 않게 됨으로, 천연가스만이 압축된 청정연료를 얻을 수 있으며, 차량의 엔진 성능을 향상시키고, 연비를 절감할 수 있는 효과를 제공한다. 그리고, 오일이 공급되지 않으므로 필터엘리멘트의 교환주기를 약 4배 이상 늘이고 수명을 연장할 수 있으며, 오일공급 및 폐 오일처리, 소모품교체, 유지관리 등의 비용을 월등히 절감할 수 있는 경제적인 효과가 수반된다. 특히, 오일로 인한 유해배기가스 및 환경공해물질, 탄소의 발생을 방지하여 매우 환경 친화적이다.

Claims (4)

  1. 크랭크케이스(10)의 측면에 조립된 실린더(20,30)에 의해 천연가스를 다단계에 걸쳐 압축하도록 된 무급유식 천연가스 압축장치에 있어서,
    상기 실린더(20,30)는 내측 피스톤(26,28,36,38)의 접촉면에 표면 강도가 로크웰경도시험(HRC)70이상인 금속 라이너(27,29,37,39)가 구비된 것을 특징으로 하는 무급유식 천연가스 압축장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실린더(20,30)의 일측에 수평으로 구비되고 상기 실린더(20,30)를 분해/조립시 무게를 지지하기 위한 실린더 지지수단(40)이 구비된 것을 특징으로 하는 무급유식 천연가스 압축장치.
  3. 제2항에 있어서 상기 실린더 지지수단(40)은,
    크랭크케이스(10)의 상단 고정구(45)에 결합하여 실린더(20,30)의 상부에 축 방향으로 나란하게 설치되는 가로바(42)와;
    상기 가로바(42)의 외측 끝단을 받치고 있는 기둥(43) 및;
    상기 실린더(20,30)의 상단에 부착하여 가로바(42)를 따라 미끄럼 접촉하는 브래킷(46)으로 구성됨을 특징으로 하는 무급유식 천연가스 압축장치.
  4. 제3항에 있어서 상기 실린더 지지수단(40)은,
    상기 기둥(43)에 실린더의 중심을 크랭크케이스(10)와 일치시키기 위한 높이조절구(44)와;
    상기 실린더(20,30)를 분해한 상태에서 위치를 고정하기 위한 스토퍼(48)가 구비된 것을 특징으로 하는 무급유식 천연가스 압축장치.
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