KR101792955B1

KR101792955B1 - 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템

Info

Publication number: KR101792955B1
Application number: KR1020160107686A
Authority: KR
Inventors: 오규만
Original assignee: 오규만
Priority date: 2016-08-24
Filing date: 2016-08-24
Publication date: 2017-11-02
Anticipated expiration: 2036-08-24

Abstract

다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템은, 제1터보 압축기 및 제2터보 압축기를 포함하는 다단 터보 압축 시스템으로서, 상기 제1터보 압축기 및 상기 제2터보 압축기는, 제1압축부와, 제2압축부와, 제3압축부를 포함하는 다단 압축수단 및 상기 다단 압축수단에 공급되는 오일이 저장되는 오일 탱크를 포함하며, 상기 제1터보 압축기의 상기 제3압축부 후단의 압축가스는 상기 제2터보 압축기의 상기 오일 탱크 내부로 공급되며, 상기 제1압축부는 제1임펠러와 제1인터쿨러를 포함하며, 상기 제2압축부는 제2임펠러와 제2인터쿨러를 포함하며, 상기 제3압축부는 제3토출관부에 의해 서로 연결되는 제3임펠러와 애프터쿨러를 포함하며 에어 토출관부에 의해 저장 탱크와 연결된다. 이에 의하여, 제1터보 압축기 및 제2터보 압축기를 포함하는 다단 터보 압축 시스템에서 운전 중인 터보 압축기의 애프터 쿨러를 통과한 압축가스를 이용하여 운전 정지 상태의 터보 압축기의 오일의 온도를 유지하는 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템이 제공된다.

Description

다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템{TEMPERATURE MAINTAINING SYSTEM FOR OIL OF MULTI-STAGE COMPRESSION SYSTEM}

본 발명은 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 제1터보 압축기 및 제2터보 압축기를 포함하는 다단 터보 압축 시스템에서 운전 중인 터보 압축기의 애프터 쿨러를 통과한 압축가스를 이용하여 운전 정지 상태인 터보 압축기의 오일의 온도를 유지하는 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템에 관한 것이다.

압축기는 기계적 에너지를 이용하여 유체를 가압하여 유체의 압축에너지로 변환 시키는 것으로, 그 종류는 일반적으로 왕복동식, 베인식, 원심식, 스크롤식으로 구분된다. 이 중, 원심식 압축기는 임펠러의 회전력을 이용하여 유체를 축 방향으로 흡입하여 원심방향으로 고속 토출 시키면서 유체를 압축하는 압축기로서, 통상적으로 터보 압축기로 호칭 된다. 터보 압축기는 일반적으로 복수의 임펠러를 각각의 단으로 구성하여 대용량의 기체를 압송하는 다단터보압축기가 사용된다.

다단터보압축기는 다단 압축수단을 포함하며, 이 다단 압축수단에는 기어와 베어링 등의 윤활을 위하여 기어박스 내부에 오일 탱크로부터 오일(윤활유)이 공급되며, 기어박스 내부에 공급된 오일은 다시 오일 탱크로 순환된다.

다단터보압축기가 계속 구동되는 경우에는 오일 탱크의 오일의 온도는 문제되지 않으나, 다단터보압축기가 운전 정지가 되는 야간·휴무 특히, 동절기에는 오일의 온도가 낮아진다. 오일의 온도가 낮아지면 오일의 점도가 낮아져서 윤활기능을 수행할 수 없게된다.

이에 다단터보압축기의 운전 정지 후 재가동시 윤활기능의 수행을 위해 오일의 온도를 상승시켜야 되는데 이 경우 시간이 많이 걸리게 되는 문제점이 있다. 이를 방지하기 위해 오일 탱크 내부에 전기히터를 설치하여 압축기의 운전이 정지되었을 때 전기히터를 구동시켜 압축기가 즉시 재가동될 수 있도록 오일의 온도를 유지한다. 그러나, 다단터보압축기의 운전이 정지될 때마다 전기히터를 구동하여야 하므로 불필요한 전력 소모가 있는 문제점이 있다.

일본 등록특허공보 제5195199호 (2013.02.15.) 일본 공개특허공보 제2011-256777호 (2011.12.22.) 일본 등록특허공보 제3663642호 (2005.04.08.) 대한민국 등록특허공보 제1501977호 (2015.03.06.)

본 발명에 따른 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템은, 제1터보 압축기 및 제2터보 압축기를 포함하는 다단 터보 압축 시스템에서 제2터보 압축기가 운전 정지되는 경우, 제1터보 압축기의 애프터쿨러의 후단 압축가스를 이용하여 제2터보 압축기의 오일 탱크의 내부의 오일의 온도를 유지하는 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템은, 제1터보 압축기 및 제2터보 압축기를 포함하는 다단 터보 압축 시스템에서 제1터보 압축기와 제2터보 압축기가 모두 운전 정지되는 경우, 제1터보 압축기의 애프터쿨러의 전·후단 압축가스를 이용하여 오일 탱크의 내부의 오일의 온도를 유지하는 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템은, 제1터보 압축기 및 제2터보 압축기를 포함하는 다단 터보 압축 시스템으로서, 상기 제1터보 압축기 및 상기 제2터보 압축기는, 제1압축부와, 제2압축부와, 제3압축부를 포함하는 다단 압축수단 및 상기 다단 압축수단에 공급되는 오일이 저장되는 오일 탱크를 포함하며, 상기 제1터보 압축기의 상기 제3압축부 후단의 압축가스는 상기 제2터보 압축기의 상기 오일 탱크 내부로 공급되며, 상기 제1압축부는 제1임펠러와 제1인터쿨러를 포함하며, 상기 제2압축부는 제2임펠러와 제2인터쿨러를 포함하며, 상기 제3압축부는 제3토출관부에 의해 서로 연결되는 제3임펠러와 애프터쿨러를 포함하며 에어 토출관부에 의해 저장 탱크와 연결된다.

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또한, 상기 오일 탱크 내부에는 유입부와 유출부를 포함하는 배관부가 설치되며, 상기 에어 토출관부로부터 분기되어 상기 유입부에 연결되며 제1밸브가 설치되는 제1분기관; 상기 에어 토출관부로부터 분기되어 상기 유출부에 연결되며 제2밸브가 설치되는 제2분기관; 및 상기 제2터보 압축기의 운전 여부에 따라 상기 제1밸브의 개폐를 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 오일 탱크 외부를 둘러싸되 상기 오일 탱크와의 사이에서 공간부를 형성하는 케이싱; 상기 제3토출관부로부터 분기되어 상기 공간부에 연결되며 제3밸브가 설치되는 제3분기관; 및 상기 공간부와 외부가 상호 연통되며 제4밸브가 설치되는 배출배관;을 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 제1터보 압축기 및 상기 제2터보 압축기가 운전 정지 전에 상기 제1밸브와 상기 제3밸브를 소정시간 개방한 뒤 폐쇄하며, 상기 제1터보 압축기 및 상기 제2터보 압축기가 재운전 시 상기 제2밸브와 상기 제4밸브를 개방할 수 있다.

본 발명에 의하면, 제1터보 압축기 및 제2터보 압축기를 포함하는 다단 터보 압축 시스템에서 제2터보 압축기가 운전 정지되는 경우, 제1터보 압축기의 애프터쿨러의 후단 압축가스를 이용하여 제2터보 압축기의 오일 탱크 내부의 오일의 온도를 유지하는 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템이 제공된다.

또한, 제1터보 압축기 및 제2터보 압축기를 포함하는 다단 터보 압축 시스템에서 제1터보 압축기와 제2터보 압축기가 모두 운전 정지되는 경우, 제1터보 압축기의 애프터쿨러의 전·후단 압축가스를 이용하여 오일 탱크 내부의 오일의 온도를 유지하는 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템이 제공된다.

또한, 애프터쿨러의 후단 압축가스를 통하여 오일의 온도가 유지되므로, 오일 탱크에 전기히터가 불필요하여 전력소모를 줄일 수 있다.

또한, 제1터보 압축기와 제2터보 압축기가 모두 운전 정지되는 경우, 애프터쿨러 전단의 압축가스는 오일 탱크와 케이싱 사이의 공간부에 유입되므로 고온으로 인하여 오일이 변질되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 제1터보 압축기와 제2터보 압축기가 모두 운전 정지되는 경우, 애프터쿨러 전단의 압축가스는 오일 탱크와 케이싱 사이의 공간부에 유입되며 오일 탱크 내부에는 애프터쿨러 후단의 압축가스가 유입되므로, 압축가스가 순환되지 않는 경우에도 오일 탱크 내부의 오일의 온도가 유지된다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템의 개략적인 장치도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템에서 제1터보 압축기의 개략적인 장치도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템의 오일 탱크를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템의 요부 확대도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템의 개략적인 알고리즘이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템의 개략적인 장치도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템의 요부 확대도이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템의 개략적인 알고리즘이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 도면에 예시하고 이에 대해 상세한 설명에 상세하게 설명 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

설명에 앞서 상세한 설명에 기재된 용어에 대해 설명한다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면 부호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템의 개략적인 장치도이며, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템에서 제1터보 압축기의 개략적인 장치도이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템(1000)은, 제1터보 압축기 및 제2터보 압축기를 포함하는 다단 터보 압축 시스템에서 제2터보 압축기가 운전 정지되는 경우, 제1터보 압축기의 애프터쿨러의 후단 압축가스를 이용하여 제2터보 압축기의 오일의 온도를 유지하는 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템에 관한 것으로서, 도 1을 참조하면, 제1터보 압축기(100)와, 제1분기관(160)과, 제2분기관(170)과, 제어부(180) 및 제2터보 압축기(200)를 포함한다.

대부분의 산업 현장에서는 터보 압축기를 여러 대 구비한다. 일반적으로 터보 압축기의 용도는 자동화, 공구류, 로봇, 밸브류 개폐, 실린더 구동 등 여러 분야에서 사용된다. 이에 따라, 야간, 휴일 등 터보 압축기의 운전이 정지되는 경우에도 여러 대의 터보 압축기 중 최소 1대 이상은 실린더 구동 등을 위해 운전된다.

제1터보 압축기(100)는 제2터보 압축기(200)와 그 구성이 동일하므로 제1터보 압축기(100)를 대표적으로 설명한다.

제1터보 압축기(100)는 다단으로 마련된 임펠러의 회전시 그 원심력으로 기체를 압축하는 것으로서, 제1압축부(110)와, 제2압축부(120)와, 제3압축부(130) 및 오일 탱크(140)를 포함한다.

제1압축부(110)는 제1임펠러(111)와, 제1인터쿨러(112)와, 흡입 필터(113)와, 유입 안내 베인(114)를 포함한다. 제2압축부(120)는 제2임펠러(121)와 제2인터쿨러(122)를 포함하며, 제3압축부(130)는 제3임펠러(131)와 애프터쿨러(132)를 포함한다.

제1임펠러(111)와 제2임펠러(121) 및 제3임펠러(131)는 주 전동기(115)와 연결되어 구동된다. 그리고, 제1임펠러(111)와 제1인터쿨러(112)는 제1토출관부(116)에 연결되며, 제2임펠러(121)와 제2인터쿨러(122)는 제2토출관부(123)에 연결되며, 제3임펠러(131) 및 애프터쿨러(132)는 제3토출관부(133)에 의해 서로 연결된다.

한편, 애프터쿨러(132)에는 에어 토출관부(134)가 연결된다. 에어 토출관부(134)는 다단 압축수단인 제1압축부(110)와, 제2압축부(120)와, 제3압축부(130)를 거친 압축공기를 저장 탱크(R)로 안내하며, 체크밸브(134a) 등의 구성이 설치된다.

다단 압축수단은 주 전동기(115)의 구동축에 연결된 기어와 기어에 맞물려 동작하는 다수개의 피니언축으로 동력이 전달되고, 피니언축에 연결되는 임펠러의 회전운동으로 유체를 강제 압송하여 고압의 유체를 생성하게 되지만, 1개의 임펠러에서 생성가능한 압력은 한계가 있기에 상기 다수개의 피니언축에 각각의 임펠러를 조입하여 다단으로 운전한다.

이를 작동순서로 살펴보면, 먼저 유입 공기량 및 공기류를 조절하기 위하여 제1임펠러(111) 전단에 설치되는 유입 안내 베인(IGV : Inlet Guide Vane)(114)이 흡입 필터(Inlet Filter)(113)를 통과하여 흡입되는 흡입 공기를 제1임펠러(111) 측으로 유도하여 압축 효율을 배가시키고 압축 실속이 일어나는 것을 방지한다.

제1임펠러(111)에서 일반유체를 압축하여 제1인터쿨러(112)로 압송하고 제1인터쿨러(112)에 압송된 압축 유체는 제2임펠러(121)에서 제1임펠러(111)의 압력보다 고압으로 압축되어 제2인터쿨러(122)에 압송된다. 제2인터쿨러(122)에 압송된 고압의 유체는 다시 제3임펠러(131)에서 제2임펠러(121)의 압력보다 고압으로 압축되어 사용처로 토출되는 사이클을 가지고 동작하게 된다.

한편, 인터쿨러(112, 122, 132)는 압력비가 큰 다단 압축수단의 중간단에 설치되어 기체의 압축에 수반하는 열을 제거시켜 비체적을 줄임으로써, 동일 압력비에 대해서 축동력을 경감할 수 있으며 다단 압축수단의 직경 혹은 회전수를 작게하는 구성이다.

오일 탱크(140)는 다단 압축수단인 제1압축부(110)와 제2압축부(120) 및 제3압축부(130)에 공급하기 위한 윤활유를 저장하는 구성이다. 다단 압축수단은 주 전동기(115)에 의해 기어와 피니언 축 등의 기어부가 구동되고, 이 기어부에 의해 임펠러가 구동된다.

오일 탱크(140) 내부의 오일은 주 오일펌프(M)에 의해 흡상되어 오일 쿨러 및 오일 필터(F)를 경유한 뒤 기어부, 베어링 등이 수납된 기어박스 내에 공급한다.

보조 오일 펌프(A)는 터보 압축기(100)의 초기 구동시 즉, 주 전동기(115)가 대기 상태에 있어 임펠러(111, 121, 131) 및 주 오일펌프(M)가 정지하고 있는 상태에서 기어박스 내부에 윤활유를 공급하기 위한 구성이다. 주 전동기(115)가 대기 상태인 경우 주 오일펌프(M)가 정지 중이므로 기어박스 내부에 오일이 공급되지 않는다. 따라서, 이러한 경우 주 전동기(115)가 구동되면 기어박스 내 오일이 부족한 상태가 되어 장치에 영향을 미치므로, 보조 오일 펌프(A)는 미리 기어박스 내에 오일을 공급하며, 주 전동기(115)가 구동되어 주 오일펌프(M)에 의해 기어박스 내부에 오일이 충분히 공급이 되면 즉, 다단 압축수단의 정상부하운전시 보조 오일 펌프(A)는 정지된다.

오일이 기어박스 내부의 구성에 윤활 작용을 용이하게 수행하기 위해서는 적정한 온도를 유지하여야 하며, 바람직하게는 약 20℃의 온도의 유지가 필요하다. 일반적으로 오일의 온도를 유지하기 위해 오일 탱크(140) 내부에는 전기 히터를 설치하나 이는 전력 소비의 증가를 초래하므로, 본 발명에서는 전기히터 없이 오일 탱크(140)의 온도를 유지한다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템의 오일 탱크를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 오일 탱크(140) 내부에는 배관부(150)가 설치된다. 배관부(150)는 애프터쿨러(132) 후단의 압축가스가 유입되어 오일 탱크(140)의 온도가 유지될 수 있도록 하는 구성이다. 배관부(150)는 애프터쿨러(132) 후단의 압축가스가 유입되는 유입부(151)와 애프터쿨러(132) 후단의 압축가스가 유출되는 유출부(152)를 포함하며, 복수 개의 직관과 곡관으로 구성된다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템의 요부 확대도이다.

제1분기관(160)은 에어 토출관부(134)로부터 분기되어 유입부(151)에 연결되는 구성으로서, 애프터쿨러(132)의 후단의 압축가스가 유입되는 통로이다. 제1분기관(160)에는 제1분기관(160)을 개폐시키는 제1밸브(161)가 설치된다.

제2분기관(170)은 에어 토출관부(134)로부터 분기되어 유출부(152)에 연결되는 구성으로서, 배관부(150)로 유입된 애프터쿨러(132)의 후단의 압축가스가 다시 에어 토출관부(134)로 복귀되는 통로이다. 제2분기관(170)에는 제2분기관(170)을 개폐시키는 제2밸브(171)가 설치된다. 즉, 애프터쿨러(132) 후단의 압축가스 중 일부는 제1밸브(161)와 제2밸브(172)가 개방된 때에, 에어 토출관부(134)로부터 제1분기관(160)을 통해 배관부(150) 내부로 유입되며 다시 제2분기관(170)을 통해 에어 토출관부(134)로 복귀되어 저장 탱크(R)로 이동한다. 배관부(150)를 따라 유동하는 과정에서 애프터쿨러(132) 후단의 압축가스와 오일이 상호 열교환을 함으로써 오일의 온도가 유지된다.

제어부(180)는 제2터보 압축기(200)의 운전 여부에 따라 제1밸브(161)와 제2밸브(171)의 개폐 여부를 제어한다. 제어부(180)는 제1터보 압축기(100)가 운전 중인 상태에서 제2터보 압축기(200)가 운전 정지되는 경우, 폐쇄된 상태인 제1밸브(161)와 제2밸브(171)를 개방하여 제1터보 압축기(100)의 애프터쿨러(132) 후단의 압축가스 중 일부가 제2터보 압축기(200)의 오일 탱크(140) 내부의 배관부(150)로 유입되도록 한다.

지금부터는 본 발명의 제1실시예에 따른 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템의 작동에 대해 설명한다.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템의 개략적인 알고리즘이다.

제1터보 압축기(100)와 제2터보 압축기(200)가 모두 운전 중인 상태에서 입구 필터(113) 및 유입 안내 베인(114)을 통해서 유입된 외부 공기는 제1임펠러(111)와 제1인터쿨러(112)에서 각각 1단 압축 및 냉각되고, 다시 제2임펠러(121)와 제2인터쿨러(122)에서 각각 2단 압축 및 냉각되며, 제3임펠러(131) 및 애프터쿨러(132)와 드라이어를 통과하여 수분이 제거된 후 냉각되어, 저장 탱크(R)에 일시적으로 저장된다.

한편, 오일 탱크(140) 내부의 오일은 터보 압축기(100)가 운전 중이므로 윤활 기능을 수행하기 위한 충분한 온도가 유지된다. 오일 탱크(140) 내부의 오일은 주 오일 펌프(M)에 의해 흡상되어 오일 쿨러 및 오일 필터(F)를 경유하여 기어부가 수납된 기어박스 내에 공급된다. 기어박스 내부의 오일은 다시 오일 탱크(140)로 순환된다.

제1터보 압축기(100)와 제2터보 압축기(200)가 모두 운전 중인 상태에서 제2터보 압축기(200)가 운전 정지가 되면 제어부(180)는 이 정보를 전송받는다.

제어부(180)는 제2터보 압축기(200)의 운전이 정지되면 폐쇄된 제1밸브(161)와 제2밸브(171)를 개방시킨다. 제1터보 압축기(100)의 애프터쿨러(132) 후단의 압축가스 중 일부는 제1분기관(160)을 통해 배관부(150) 내부로 유입되며, 유입된 압축가스는 제1분기관(160)을 유동하는 과정에서 오일과 열교환을 하여 오일은 윤활 기능을 수행하기 위한 충분한 온도가 유지된다.

배관부(150)를 유동한 압축가스는 제2분기관(170)을 통해 에어 토출관부(134)로 복귀되어 저장 탱크(R)로 이동한다.

제2터보 압축기(200)가 재가동되는 경우 제2터보 압축기(200)의 오일의 온도가 적정온도가 유지되므로 제어부(180)는 다시 제1밸브(161)와 제2밸브(171)를 폐쇄시킨다.

다음으로 본 발명의 제2실시예에 따른 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템에 대하여 설명한다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템의 개략적인 장치도이다.

본 발명의 제2실시예에 따른 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템(2000)은, 제1터보 압축기 및 제2터보 압축기를 포함하는 다단 터보 압축 시스템에서 제1터보 압축기와 제2터보 압축기가 모두 운전 정지되는 경우, 제1터보 압축기의 애프터쿨러의 전·후단 압축가스를 이용하여 오일의 온도를 유지하는 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템에 관한 것으로서, 도 6을 참조하면, 제1터보 압축기(100)와, 제1분기관(160)과, 제2분기관(170)과, 제3분기관(290)과, 제어부(280) 및 제2터보 압축기(200)를 포함한다.

본 실시예는 제1터보 압축기 및 제2터보 압축기 모두 운전이 정지되는 점에서 제1실시예와 차이점이 있다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템의 요부 확대도이다.

제1분기관(160)과 제2분기관(170)은 제1실시예와 동일하며, 제1터보 압축기(100)와 제2터보 압축기(200)는 오일 탱크(240) 외의 구성은 동일하므로 중복 설명은 생략한다.

본 실시예에서 오일 탱크(240)는 제1실시예와 동일하나, 케이싱(241)을 더 포함하는 점에서 차이점이 있다. 케이싱(241)은 오일 탱크(240)를 감싸도록 마련되되 오일 탱크(240)와의 사이에서 공간부(241a)를 형성한다. 이 공간부(241a)는 애프터쿨러(132)에서 냉각되기 전의 압축가스 즉, 애프러쿨러(132) 전단의 압축가스가 유입되어 저장되는 영역이다. 한편, 공간부(241a)에는 저장된 압축가스를 외부로 배출하는 배출배관(242)이 설치되며, 배출배관(242)에는 배출배관(242)을 개폐시키는 제4밸브(243)가 설치된다.

제3분기관(290)은 제3토출관부(133)로부터 분기되어 공간부(241a)에 연결되는 구성으로서, 제3분기관(290)에는 제3분기관(290)을 개폐시키는 제3밸브(291)가 설치된다. 즉, 애프터쿨러(132) 전단의 압축가스 중 일부는 제3밸브(291)가 개방된 때에 토출관부(133)로부터 제3분기관(290)을 통해 공간부(241a) 내부로 유입되며, 애프터쿨러(132) 후단의 압축가스 중 일부는 제1밸브(161)가 개방된 때에 에어 토출관부(134)로부터 제1분기관(160)을 통해 배관부(150) 내부로 유입된다.

제어부(280)는 제1터보 압축기(100)와 제2터보 압축기(200)의 운전 여부에 따라 제1밸브(161) 내지 제4밸브(243)의 개폐를 제어하는 구성이다.

제1터보 압축기(100)와 제2터보 압축기(200)가 운전 정지되는 경우 제어부(280)는 제1밸브(161) 및 제3밸브(291)를 개방한다. 애프터쿨러(132) 전단의 압축가스 중 일부는 토출관부(133)로부터 제3분기관(290)을 통해 공간부(241a) 내부로 유입되며, 애프터쿨러(132) 후단의 압축가스 중 일부는 에어 토출관부(134)로부터 제1분기관(160)을 통해 배관부(150) 내부로 유입된다. 각 압축가스가 유입된 뒤 제어부(280)는 제1밸브(161), 제3밸브(291)를 폐쇄하여 공간부(241a) 내부에는 애프터쿨러(132) 전단의 압축가스가 저장되며 배관부(150) 내부에는 애프터쿨러(132) 후단의 압축가스가 저장된다.

애프터쿨러(132) 전단의 압축가스는 약 120℃ 정도의 고온으로서 오일 탱크(240)를 사이에 두고 오일과 열교환을 한다. 이로 인해 오일이 고온의 가스와 직접 접촉으로 인하여 변질되는 것이 방지되면서도 적정한 온도를 유지할 수 있다.

또한, 오일은 배관부(150)에 저장된 애프터쿨러(132) 후단의 압축가스와 상호 열교환을 함으로써 오일의 온도가 유지된다.

제1실시예에서는 제1터보 압축기(100)는 구동이 됨으로써 애프터쿨러(132) 후단의 압축가스가 지속적으로 유입되나, 본 실시예에서는 제1터보 압축기(100)도 운전이 정지되어 애프터쿨러(132) 후단의 압축가스가 지속적으로 유입되지 않는다. 이로 인해 배관부(150)에 저장된 애프터쿨러(132) 후단의 압축가스의 온도가 내려갈 수 있으나, 본 실시예에서는 공간부(241a)에 고온의 애프터쿨러(132) 전단의 압축가스가 유입되어 저장되므로 며칠간 터보 압축기의 운전이 정지된 상태여도 오일 탱크(240) 내부의 오일의 온도가 유지된다.

지금부터는 본 발명의 제2실시예에 따른 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템의 작동에 대해 설명한다.

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템의 개략적인 알고리즘이다.

제1터보 압축기(100)와 제2터보 압축기(200)가 모두 운전 중인 상태는 제1실시예와 동일하므로 중복 설명은 생략한다.

제1터보 압축기(100)와 제2터보 압축기(200)가 모두 운전 중인 상태에서 제1터보 압축기(100)와 제2터보 압축기(200) 모두 곧 운전 정지가 되면 제어부(280)는 이 정보를 전송받는다.

제어부(280)는 제1터보 압축기(100)와 제2터보 압축기(200)의 운전이 정지되기 전에 제1밸브(161)와 제3밸브(291)를 개방한 뒤 소정시간이 지난 후 제1밸브(161)와 제3밸브(291)를 폐쇄한다. 이때, 제2밸브(171)와 제4밸브(243)는 폐쇄된 상태로 유지된다.

애프터쿨러(132) 전단의 압축가스 중 일부는 토출관부(133)로부터 제3분기관(290)을 통해 공간부(241a) 내부로 유입되며, 애프터쿨러(132) 후단의 압축가스 중 일부는 에어 토출관부(134)로부터 제1분기관(160)을 통해 배관부(150) 내부로 유입된다. 각 압축가스가 유입된 뒤 제어부(280)는 제1밸브(161)와 제3밸브(291)를 폐쇄하므로, 공간부(241a) 내부에는 애프터쿨러(132) 전단의 압축가스가 저장되며 배관부(150) 내부에는 애프터쿨러(132) 후단의 압축가스가 저장된다.

애프터쿨러(132) 전단의 압축가스는 약 120℃ 정도의 고온으로서 오일 탱크(240)를 사이에 두고 오일과 열교환을 한다. 이로 인해 오일이 고온으로 인하여 변질되는 것이 방지되면서도 적정한 온도를 유지할 수 있다. 또한, 애프터쿨러(132) 후단의 압축가스는 약 40℃로서 배관부(150)에 저장된 상태에서 오일과 열교환을 하여 오일이 적정한 온도를 유지하도록 한다.

운전 정지된 제1터보 압축기(100)와 제2터보 압축기(200)가 재운전하는 경우, 제어부(280)는 제4밸브(243)를 개방하여 공간부(241a) 내에 저장된 애프터쿨러(132) 전단의 압축가스는 배출배관(242)을 통하여 외부로 배출시킨다. 그리고, 제2밸브(171)를 개방하여 배관부(150) 내부에 저장된 압축가스를 제2분기관(170)을 통해 에어 토출관부(134)로 복귀시켜 저장 탱크(R)로 이동하도록 한다.

따라서, 본 발명에 의하면, 제1터보 압축기 및 제2터보 압축기를 포함하는 다단 터보 압축 시스템에서 운전 중인 터보 압축기의 애프터 쿨러를 통과한 압축가스를 이용하여 운전 정지 상태의 터보 압축기의 오일의 온도를 유지하는 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템이 제공된다.

본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한 해당 기술 분야의 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터(factor)에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

1000, 2000 : 다단 터보 압축 시스템의 오일 온도 유지 시스템
100 : 제1터보 압축기 200 : 제2터보 압축기
110 : 제1압축부 111 : 제1임펠러
112 : 제1인터쿨러 113 : 흡입 필터
116 : 제1토출배관 120 : 제2압축부
121 : 제2임펠러 122 : 제2인터쿨러
123 : 제2토출배관 130 : 제3압축부
131 : 제3임펠러 132 : 애프터 쿨러
133 : 제3토출배관 134 : 에어 토출관부
140, 240 : 오일 탱크 241 : 케이싱
241a : 공간부 242 : 배출배관
243 : 제4밸브 150 : 배관부
151 : 유입부 152 : 유출부
160 : 제1분기관 161 : 제1밸브
170 : 제2분기관 171 : 제2밸브
180 : 제어부 290 : 제3분기관
291 : 제3밸브

Claims

제1터보 압축기 및 제2터보 압축기를 포함하는 다단 터보 압축 시스템으로서,
상기 제1터보 압축기 및 상기 제2터보 압축기는, 제1압축부와, 제2압축부와, 제3압축부를 포함하는 다단 압축수단 및 상기 다단 압축수단에 공급되는 오일이 저장되는 오일 탱크를 포함하며,
상기 제1터보 압축기의 상기 제3압축부 후단의 압축가스는 상기 제2터보 압축기의 상기 오일 탱크 내부로 공급되며,
상기 제1압축부는 제1임펠러와 제1인터쿨러를 포함하며,
상기 제2압축부는 제2임펠러와 제2인터쿨러를 포함하며,
상기 제3압축부는 제3토출관부에 의해 서로 연결되는 제3임펠러와 애프터쿨러를 포함하며 에어 토출관부에 의해 저장 탱크와 연결되는 다단 터보 압축 시스템의 오일탱크 온도 유지 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 오일 탱크 내부에는 유입부와 유출부를 포함하는 배관부가 설치되며,
상기 에어 토출관부로부터 분기되어 상기 유입부에 연결되며 제1밸브가 설치되는 제1분기관;
상기 에어 토출관부로부터 분기되어 상기 유출부에 연결되며 제2밸브가 설치되는 제2분기관; 및
상기 제2터보 압축기의 운전 여부에 따라 상기 제1밸브의 개폐를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 다단 터보 압축 시스템의 오일탱크 온도 유지 시스템.
제3항에 있어서,
상기 오일 탱크 외부를 둘러싸되 상기 오일 탱크와의 사이에서 공간부를 형성하는 케이싱;
상기 제3토출관부로부터 분기되어 상기 공간부에 연결되며 제3밸브가 설치되는 제3분기관; 및
상기 공간부와 외부가 상호 연통되며 제4밸브가 설치되는 배출배관;을 더 포함하며,
상기 제어부는, 상기 제1터보 압축기 및 상기 제2터보 압축기가 운전 정지 전에 상기 제1밸브와 상기 제3밸브를 소정시간 개방한 뒤 폐쇄하며, 상기 제1터보 압축기 및 상기 제2터보 압축기가 재운전 시 상기 제2밸브와 상기 제4밸브를 개방하는 다단 터보 압축 시스템의 오일탱크 온도 유지 시스템.