KR20040104034A - Compressor cooled by turbine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉각탑 형식으로 활용되는 터빈에 의하여 냉각되어, 열교환기를 대체할 수 있는 터빈에 의해 냉각되는 압축기에 관한 것이다.The present invention relates to a compressor, and more particularly, to a compressor that is cooled by a turbine utilized in the form of a cooling tower, and cooled by a turbine that can replace a heat exchanger.
용접 또는 도장 등의 작업이 이루어지거나, 다양한 공압 설비들이 사용되는 생산 현장이나 기타의 다양한 용도로 압축 공기가 다양하게 사용된다. 이러한 압축 공기를 얻기 위하여 압축기가 사용되는데, 압축기가 정상적으로 작동하고 적당한 사용 온도를 갖는 압축 공기를 공급하기 위하여 압축기 혹은 압축 공기에 발생하는 열을 냉각시킬 필요가 있다.Compressed air is used in a variety of applications, such as welding or painting, or on production sites where a variety of pneumatic equipment is used or in other various applications. A compressor is used to obtain such compressed air, and it is necessary to cool the heat generated in the compressor or compressed air in order for the compressor to operate normally and to supply compressed air having a suitable use temperature.
통상적으로, 압축기 혹은 압축 공기의 열을 냉각시키기 위하여, 다양한 형태의 열교환기가 사용될 수 있다. 특히, 상대적으로 낮은 온도의 물을 순환시켜 냉각시키는 수냉식 열교환기가 많이 사용된다.Typically, various types of heat exchangers may be used to cool the heat of the compressor or compressed air. In particular, a water-cooled heat exchanger that circulates and cools water at a relatively low temperature is frequently used.
도 1은 수냉식 열교환기에 의해 냉각되는 종래의 압축기를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing a conventional compressor cooled by a water-cooled heat exchanger.
도면을 참조하면, 도시된 압축기(1)는 2개의 압축 수단이 다단으로 연결되어, 외부로부터 들어오는 공기를 다단으로 압축하여 출력하는 압축기로서, 소정의 열교환기에 의하여 압축 공기가 냉각된다. 이를 위하여, 상기 압축기(1)는 제1 및 제2 압축수단(11, 12), 구동수단(13), 인터쿨러(intercooler, 14), 애프터쿨러(aftercooler, 15), 및 냉각탑(16)을 구비하여 이루어진다.Referring to the drawings, the compressor 1 shown is a compressor in which two compression means are connected in multiple stages, and compresses and outputs air coming from the outside in multiple stages, and compressed air is cooled by a predetermined heat exchanger. To this end, the compressor 1 comprises first and second compression means 11, 12, a drive means 13, an intercooler 14, an aftercooler 15, and a cooling tower 16. It is done by
압축기(1)에서는 제1 압축수단(11)과 제2 압축수단(12)이 순차적으로 연결되어, 외부로부터 들어오는 공기를 압축하여 내보낸다. 이때, 제1 압축수단(11) 및 제2 압축수단(12)에는 제1 압축수단(11) 및 제2 압축수단(12) 각각을 구동하는 소정의 구동수단(14)이 연결된다. 이때 상기 구동수단(13)에 의하여 회전되는 압축기의 회전축은 소정의 베어링(17)에 의해 지지된다.In the compressor (1), the first compression means (11) and the second compression means (12) are sequentially connected to compress the air coming from the outside to send out. In this case, predetermined driving means 14 for driving each of the first compression means 11 and the second compression means 12 are connected to the first compression means 11 and the second compression means 12. At this time, the rotating shaft of the compressor rotated by the drive means 13 is supported by a predetermined bearing (17).
일반적으로, 제1 및 제2 압축수단(11, 12)에 의하여 공기가 압축되면, 공기의 온도가 상승한다. 통상, 외부 온도가 35℃인 경우, 내부의 압축 공기의 온도는 100℃에 달한다. 따라서, 이를 냉각시키기 위한 냉각수단으로 소정의 열교환기가 필요하다. 특히, 도시된 바와 같은 다단 압축기의 예에서는 인터쿨러(14)와 애프터쿨러(15)가 필요하다.In general, when air is compressed by the first and second compression means 11 and 12, the temperature of the air rises. Usually, when external temperature is 35 degreeC, the temperature of the inside compressed air reaches 100 degreeC. Therefore, a predetermined heat exchanger is required as the cooling means for cooling it. In particular, in the example of a multistage compressor as shown, an intercooler 14 and an aftercooler 15 are required.
제1 압축수단(11)과 제2 압축수단(12)은 소정의 공압 라인들(18)에 의해 연결되는데, 상기 제1 압축수단(11)과 제2 압축 수단(12) 사이에는 인터쿨러(14)가 설치된다. 상기 인터쿨러(14)에 의하여, 제1 압축수단(11)에서 일차적으로 압축된 공기가 1차 냉각되어 제2 압축수단(12)에 입력되고, 제2 압축수단(12)에서 다시 2차 압축된다.The first compression means 11 and the second compression means 12 are connected by predetermined pneumatic lines 18, and the intercooler 14 between the first compression means 11 and the second compression means 12. ) Is installed. By the intercooler 14, the air compressed primarily by the first compression means 11 is first cooled and input to the second compression means 12, and the second compression means 12 is secondarily compressed again. .
또한, 제2 압축수단(12)에서 압축된 압축 공기는 애프터쿨러(15)에서 다시 냉각되어 출력된다. 이때, 수냉식 열교환기로 이루어진 인터쿨러(14)와 애프터쿨러(15)에는 내부에 압축된 고온의 공기를 계속적으로 냉각시키기 위하여, 차가운 물이 상기 냉각탑(16)에서 냉각되어 물 공급 라인들(19)을 통하여 지속적으로 순환 공급되어야 한다.In addition, the compressed air compressed by the second compression means 12 is cooled again by the aftercooler 15 and output. At this time, in the intercooler 14 and the aftercooler 15, each of which is a water-cooled heat exchanger, in order to continuously cool the hot air compressed therein, cold water is cooled in the cooling tower 16 to cool the water supply lines 19. It must be supplied continuously and continuously.
수냉식 열교환기를 사용하는 경우에는, 물을 순환시키는 물 공급라인들과 물을 냉각시키는 냉각탑 등의 주변장치가 필요하여, 압축기를 단독 시스템으로 구성하기 어려워지는 문제점이 있다. 또한, 물이 항상 필요하고, 물의 오염으로 인하여 자주 갈아주어야 하는 등의 번거로운 유지 보수 작업이 필요한 문제점이 있다.In the case of using a water-cooled heat exchanger, peripheral devices such as water supply lines for circulating water and a cooling tower for cooling the water are required, which makes it difficult to configure the compressor as a single system. In addition, there is a problem in that cumbersome maintenance work such as the need for water is always required, and often need to be changed due to the contamination of water.
드물게 공냉식 열교환기를 사용하는 경우에도, 더운 지방에서와 같이 외기의온도가 고온이면, 높은 외기 온도의 공기로 냉각시키게 되므로, 2단 입구 가스의 온도를 낮추기 위해 열교환기의 부피가 커지거나, 원하는 온도가 외기의 온도와 비슷하거나 낮으면 원하는 온도로 냉각되지 않을 수 있는 문제점이 있다.Even in the case of using an air-cooled heat exchanger in rare cases, if the temperature of the outside air is high, such as in a hot region, the air is cooled by air having a high outside temperature. If the temperature is similar or lower than the temperature of the outside air there is a problem that may not be cooled to the desired temperature.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열교환기를 대체할 수 있는 터빈에 의해 냉각되는 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a compressor that is cooled by a turbine that can replace the heat exchanger.
도 1은 종래의 압축기를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing a conventional compressor.
도 2는 내지 도 6은 각각 본 발명에 따른 바람직한 실시예로서, 터빈에 의해 냉각되는 압축기를 개략적으로 도시한 블록도이다.2 to 6 are block diagrams schematically showing a compressor cooled by a turbine as a preferred embodiment according to the present invention.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
2, 3, 4, 5, 6: 압축기 21: 압축수단2, 3, 4, 5, 6: Compressor 21: Compression means
23: 구동수단 24: 냉각수단23: drive means 24: cooling means
34: 열교환기 26, 46: 터빈34: heat exchanger 26, 46: turbine
27, 47: 베어링 41: 제1 압축수단27, 47: bearing 41: first compression means
42: 제2 압축수단 43: 구동수단42: second compression means 43: drive means
44, 54, 64: 제1 냉각수단 45, 65: 제2 냉각수단44, 54, 64: first cooling means 45, 65: second cooling means
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 터빈에 의해 냉각되는 압축기는, 적어도 하나 이상이 직렬로 연결되어, 외기를 압축하여 압축공기를 생성하는 압축수단과; 상기 압축 공기를 냉각하여, 외부로 출력되는 출력 공기를 생성하는 냉각수단; 및 상기 냉각수단으로부터 공기를 입력받아 팽창시켜, 상기 압축 공기를 냉각시키는 저온의 냉각 공기를 생성하는 터빈을 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the compressor is cooled by the turbine according to the present invention, at least one or more connected in series, compression means for generating compressed air by compressing the outside air; Cooling means for cooling the compressed air to generate output air output to the outside; And a turbine which receives air from the cooling means and expands the air to generate low-temperature cooling air for cooling the compressed air.
상기 냉각수단이, 상기 터빈에서 생성된 상기 냉각 공기를 입력받아, 상기 냉각 공기와 상기 압축 공기를 혼합하여, 상기 출력 공기를 생성하는 혼합수단인 것이 바람직하다.Preferably, the cooling means is a mixing means for receiving the cooling air generated by the turbine, mixing the cooling air and the compressed air to generate the output air.
또한, 상기 냉각수단이, 상기 터빈에서 생성된 상기 냉각 공기를 입력받아, 상기 냉각 공기로 상기 압축 공기를 냉각시켜, 상기 출력 공기를 생성하는 열교환기인 것이 바람직하다.The cooling means may be a heat exchanger that receives the cooling air generated by the turbine, cools the compressed air with the cooling air, and generates the output air.
상기 터빈의 회전축이 상기 압축수단의 회전축과 연결되고, 상기 출력 공기로 상기 터빈을 회전시켜, 상기 압축수단에 구동력을 추가적으로 제공할 수 있다.The rotary shaft of the turbine is connected to the rotary shaft of the compression means, by rotating the turbine with the output air, it is possible to additionally provide a driving force to the compression means.
본 발명의 다른 측면에 따른 터빈에 의해 냉각되는 압축기는, 외기를 압축하여 제1 압축공기를 생성하는 제1 압축수단과; 상기 제1 압축공기를 냉각하여 제2 압축공기를 생성하는 제1 냉각수단과; 상기 제2 압축공기를 압축하여 제3 압축공기를 생성하는 제2 압축수단과; 상기 제3 압축공기를 냉각하여, 외부로 출력되는 출력 공기를 생성하는 제2 냉각수단; 및 상기 제2 냉각수단으로부터 공기를 입력받아 팽창시켜, 저온의 냉각 공기를 생성하는 터빈을 구비하는 것을 특징으로 한다.A compressor cooled by a turbine according to another aspect of the present invention includes: first compression means for compressing outside air to generate first compressed air; First cooling means for cooling the first compressed air to generate second compressed air; Second compression means for compressing the second compressed air to generate third compressed air; Second cooling means for cooling the third compressed air to generate output air output to the outside; And a turbine that receives air from the second cooling means and expands the air to generate cooling air of low temperature.
본 발명에 따르면, 냉각탑 형식으로 활용되는 터빈에 의하여 외기 온도보다 훨씬 낮은 유체로 압축 공기를 냉각시키므로, 고온의 압축 공기를 냉각시키기 위해 필요한 열교환기를 대체할 수 있다. 또한, 열교환기를 공냉식으로 하는 경우에 물이 필요하지 않으므로, 물 공급 라인들이나 냉각탑 등의 설비가 필요하지 아니하여, 간단하고 소형화된 압축기를 제공한다.According to the present invention, since the compressed air is cooled with a fluid much lower than the outside temperature by the turbine utilized in the form of a cooling tower, it is possible to replace the heat exchanger required for cooling the hot compressed air. In addition, since water is not required when the heat exchanger is air-cooled, no equipment such as water supply lines or cooling towers is required, thereby providing a compact and compact compressor.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예로서, 터빈에 의해 냉각되는 압축기를 개략적으로 도시한 블록도이다.2 is a block diagram schematically showing a compressor cooled by a turbine as a preferred embodiment according to the present invention.
도면을 참조하면, 터빈에 의해 냉각되는 압축기(2)는, 소정의 구동수단(23)에 의하여 구동되는 적어도 하나 이상의 압축수단(21)이 직렬로 연결되고, 상기 압축 수단(21)에 의하여 외기를 압축하여 압축 공기를 생성하고, 상기 압축 공기를 냉각하여 출력 공기를 생성하여 출력단을 통하여 외부로 출력하는 것으로서, 압축수단(21)과, 냉각수단(24), 및 터빈(26)을 구비하는 것을 특징으로 한다.Referring to the drawings, in the compressor 2 cooled by the turbine, at least one or more compression means 21 driven by a predetermined driving means 23 are connected in series, and the outside air is driven by the compression means 21. Compressed air to generate compressed air, and cools the compressed air to generate output air and outputs it to the outside through an output stage, the compression means 21 having a cooling means 24 and a turbine 26. It is characterized by.
상기 터빈(26)은 상기 출력 공기를 팽창시켜 저온의 냉각 공기를 생성한다. 상기 냉각수단(24)은 상기 냉각 공기로 상기 압축 공기를 냉각하여 상기 출력 공기를 생성한다. 상기 냉각수단(24)은, 상기 압축 공기와 상기 냉각 공기를 혼합하여 상기 출력 공기를 생성하는 혼합수단인 것이 바람직하다. 이때, 상기 압축수단(21), 터빈(26), 및 냉각수단(24) 들은 소정의 공압 라인들에 의하여 상호 연결되는 것이 바람직하다.The turbine 26 expands the output air to produce cold air of low temperature. The cooling means 24 cools the compressed air with the cooling air to produce the output air. The cooling means 24 is preferably mixing means for mixing the compressed air and the cooling air to generate the output air. In this case, the compression means 21, the turbine 26, and the cooling means 24 are preferably interconnected by predetermined pneumatic lines.
상기 압축수단(21)은 적어도 하나 이상의 압축수단(21)이 직렬로 연결되어 형성되어, 외기를 압축하여 압축 공기를 생성하는 것으로, 다양한 종류의 압축기가 사용될 수 있으나, 본 실시예의 경우에는 원심 압축기가 사용되는 것이 바람직하다.The compression means 21 is formed by connecting at least one compression means 21 in series to generate compressed air by compressing the outside air, but various kinds of compressors may be used, but in the present embodiment, the centrifugal compressor Is preferably used.
원심 압축기는 팬, 프로펠러, 터빈을 포함하는 터보 기계류에 속하는 것으로서, 원심 압축기에 의하여 회전축을 중심으로 고속으로 회전하는 임펠러의 원심력에 의해 속도에너지를 압력에너지로 변환시켜 유체를 압축시킨다.The centrifugal compressor belongs to a turbomachinery including a fan, a propeller, and a turbine. The centrifugal compressor compresses the fluid by converting velocity energy into pressure energy by the centrifugal force of the impeller rotating at a high speed about a rotating shaft by the centrifugal compressor.
상기 압축수단(21)은 소정의 구동수단(23)에 의해 구동되는데, 상기 구동수단(23)은 모터 등의 원동기로 이루어져, 상기 압축수단(21)에 회전력을 제공하는 것이 바람직하다.The compression means 21 is driven by a predetermined drive means 23, the drive means 23 is preferably made of a prime mover, such as a motor, to provide a rotational force to the compression means 21.
이때, 본 실시예의 경우, 압축수단(21)에 의하여 압축되는 유체로 주로 공기가 사용되는데, 필요에 따라서는 공기 이외의 다른 유체의 압축에도 사용될 수 있을 것이나, 이하에서 본 발명의 경우에는 공기를 압축하여 압축 공기를 제공하는경우를 그 예로 하여 기술한다.At this time, in the present embodiment, air is mainly used as the fluid compressed by the compression means 21, but if necessary it may be used for the compression of other fluids other than air, in the case of the present invention below The case of providing compressed air by compressing is described as an example.
상기 터빈(26)은 출력단을 통하여 출력되는 출력 공기를 유입하고, 이를 팽창시켜 저온의 냉각 공기를 생성하는데, 유입되는 출력 공기에 의하여 회전되어 회전력을 생성하고, 압축 수단(21)에 추가적인 구동력을 제공하여, 압축 수단(21)에 충분한 파워를 제공한다. 이때, 상기 터빈(26)의 회전축이 압축수단(21)의 회전축과 소정의 커플링 수단을 통하여 연결되고, 상기 출력 공기로 터빈(26)을 회전시켜, 압축수단(21)에 구동력을 추가적으로 제공하는 것이 바람직하다.The turbine 26 introduces output air output through the output stage and expands it to generate low-temperature cooling air, which is rotated by the incoming output air to generate rotational force, and provides additional driving force to the compression means 21. By providing sufficient power to the compression means 21. At this time, the rotary shaft of the turbine 26 is connected to the rotary shaft of the compression means 21 through a predetermined coupling means, by rotating the turbine 26 with the output air, providing additional driving force to the compression means 21. It is desirable to.
상기 냉각수단(24)은 압축 공기와 냉각 공기를 혼합하는 혼합수단(24)이 사용되는 것이 바람직하다. 이는, 외부로부터 유입된 공기가 압축수단(21)에 의하여 압축되어 압력이 증가함에 따라, 압축 공기의 온도도 증가하게 되므로, 압축 공기의 온도를 낮추어 주기 위한 것이다. 즉, 상기 혼합수단(24)에 의하여 압축수단(21)으로부터 출력되는 고온의 압축 공기가 터빈(26)에서 출력 공기가 냉각된 냉각 공기와 혼합되어, 필요한 온도로 낮추어져, 저온, 고압의 출력 공기가 출력단을 통하여 출력된다. 이때, 출력 공기의 일부만이 터빈을 통하여 냉각 공기가 되고, 대부분의 출력 공기는 출력단을 통하여 외부로 출력된다.The cooling means 24 is preferably a mixing means 24 for mixing compressed air and cooling air. This is to lower the temperature of the compressed air as the air introduced from the outside is compressed by the compression means 21 and the pressure increases, so that the temperature of the compressed air also increases. That is, the hot compressed air output from the compression means 21 by the mixing means 24 is mixed with the cooling air in which the output air is cooled in the turbine 26 and lowered to the required temperature, thereby outputting low temperature and high pressure. Air is output through the output stage. At this time, only a part of the output air becomes the cooling air through the turbine, most of the output air is output to the outside through the output stage.
이때, 압축 공기의 압력 및 온도에 따라 터빈(26)을 통하여 냉각되는 냉각 공기의 압력 및 온도를 조절하여, 원하는 압력 및 온도의 출력 공기를 얻을 수 있을 것이다.At this time, by adjusting the pressure and temperature of the cooling air cooled through the turbine 26 in accordance with the pressure and temperature of the compressed air, it is possible to obtain the output air of the desired pressure and temperature.
상기 구동수단(23)과, 터빈(26), 및 이들에 의해 구동되는 압축수단(21) 각각의 회전축에는 소정의 베어링(27)이 형성되어, 이들의 원활한 회전이 될 수 있도록 한다.Predetermined bearings 27 are formed on the rotating shafts of the drive means 23, the turbine 26, and the compression means 21 driven by them, so that they can be smoothly rotated.
본 발명에 따르면, 냉각탑 형식으로 활용되는 터빈에 의하여 외기 온도보다 훨씬 낮은 유체로 압축 공기를 냉각시키므로, 고온의 압축 공기를 냉각시키기 위해 필요한 열교환기를 대체할 수 있다. 또한, 열교환기를 공냉식으로 하는 경우에 물이 필요하지 않으므로, 물 공급 라인들이나 냉각탑 등의 설비가 필요하지 아니하여, 간단하고 소형화된 압축기를 얻을 수 있다.According to the present invention, since the compressed air is cooled with a fluid much lower than the outside temperature by the turbine utilized in the form of a cooling tower, it is possible to replace the heat exchanger required for cooling the hot compressed air. In addition, since water is not required when the heat exchanger is air-cooled, equipment such as water supply lines and cooling towers are not required, and thus a compact and compact compressor can be obtained.
또한, 터빈(26)이 유입되는 출력 공기에 의하여 회전되어 회전력을 생성하여, 압축 수단(21)에 추가적인 구동력을 제공하므로, 압축 수단(21)에 충분한 파워를 제공할 수 있다.In addition, the turbine 26 is rotated by the incoming output air to generate a rotational force, thereby providing an additional driving force to the compression means 21, it is possible to provide sufficient power to the compression means 21.
도 3은 본 발명에 따른 바람직한 다른 실시예로서, 터빈에 의해 냉각되는 압축기를 개략적으로 도시한 블록도이다.3 is a block diagram schematically showing a compressor cooled by a turbine as another preferred embodiment according to the present invention.
도면을 참조하면, 터빈에 의해 냉각되는 압축기(3)는, 소정의 구동수단(23)에 의하여 구동되는 적어도 하나 이상의 압축수단(21)이 직렬로 연결되고, 상기 압축 수단(21)에 의하여 외기를 압축하여 압축 공기를 생성하고, 상기 압축 공기를 냉각하여 출력 공기를 생성하여 출력단을 통하여 외부로 출력하는 것으로서, 압축수단(21)과, 냉각수단(34), 및 터빈(26)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 이때, 도 2에 도시된 압축기와 동일한 구성 요소는 동일한 기능을 하는 동일한 구성 요소로서, 이들에 대한 자세한 설명은 생략한다.Referring to the drawings, in the compressor 3 cooled by the turbine, at least one or more compression means 21 driven by a predetermined driving means 23 are connected in series, and the outside air is driven by the compression means 21. Compressed air to generate compressed air, cools the compressed air to generate output air, and outputs the output air to the outside through an output end, the compression means 21 having a cooling means 34 and a turbine 26. It is characterized by. In this case, the same components as the compressor illustrated in FIG. 2 are the same components having the same functions, and detailed description thereof will be omitted.
상기 터빈(26)은 상기 출력 공기를 팽창시켜 저온의 냉각 공기를 생성한다. 상기 냉각수단(34)은 상기 냉각 공기로 상기 압축 공기를 냉각하여 상기 출력 공기를 생성한다. 이때, 상기 냉각수단(34)은 상기 냉각 공기를 입력받아, 상기 냉각 공기로 상기 압축 공기를 냉각시켜 상기 출력 공기를 생성하는 열교환기(34)로 이루어지는 것이 바람직하다.The turbine 26 expands the output air to produce cold air of low temperature. The cooling means 34 cools the compressed air with the cooling air to produce the output air. At this time, the cooling means 34 is preferably made of a heat exchanger 34 for receiving the cooling air, and cooling the compressed air with the cooling air to generate the output air.
상기 열교환기(34)에서는, 압축수단(21)에서 압축된 압축 공기가 열교환이 용이한 물질로 이루어진 라인을 통하여 통과하고, 그 주위를 터빈(26)에서 냉각된 냉각 공기가 흐를 수 있도록 하여, 압축 공기와 냉각 공기 사이의 열전달에 의하여, 출력단을 통하여 출력되는 출력 공기의 온도를 낮출 수 있다.In the heat exchanger (34), the compressed air compressed by the compression means (21) passes through a line made of a material that facilitates heat exchange, and the cooling air cooled in the turbine (26) flows around it. By heat transfer between the compressed air and the cooling air, it is possible to lower the temperature of the output air output through the output stage.
이때, 열교환기(34)를 통과한 냉각 공기는 온도 및 압력이 대기와 비슷하므로 외부로 배출한다.At this time, the cooling air passing through the heat exchanger 34 is discharged to the outside because the temperature and pressure is similar to the atmosphere.
도 4는 본 발명에 따른 바람직한 다른 실시예로서, 터빈에 의해 냉각되는 압축기를 개략적으로 도시한 블록도이다.4 is a block diagram schematically showing a compressor cooled by a turbine as another preferred embodiment according to the present invention.
도면을 참조하면, 터빈에 의해 냉각되는 압축기(4)는, 소정의 구동수단에 의하여 구동되는 적어도 두개 이상의 압축수단(41, 42)이 직렬로 연결되고, 상기 압축 수단(41, 42)에 의하여 외기를 압축하여 압축 공기를 생성하고, 상기 압축 공기를 냉각하여 출력 공기를 생성하여 외부로 출력하는 것으로서, 제1 압축수단(41)과, 제1 냉각수단(44)과, 제2 압축수단(42)과, 제2 냉각수단(45), 및 터빈(46)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 2의 압축기(2)와 동일한 기능을 하는 동일한 구성요소에 대해서는, 이에 따르고 이들에 대한 자세한 설명은 생략한다.Referring to the drawings, in the compressor 4 cooled by a turbine, at least two or more compression means 41, 42 driven by a predetermined driving means are connected in series, and by the compression means 41, 42. Compressed air is generated to generate compressed air, and the compressed air is cooled to generate output air and output to the outside. The first compression means 41, the first cooling means 44, and the second compression means ( 42, a second cooling means 45, and a turbine 46. For the same components having the same function as the compressor 2 of FIG. 2, a detailed description thereof will be omitted.
상기 제1 압축수단(41)은 외기를 압축하여 제1 압축공기를 생성한다. 상기 터빈(46)은 상기 출력 공기를 팽창시켜 저온의 냉각 공기를 생성한다. 상기 제1 냉각수단(44)은 상기 냉각 공기로 상기 제1 압축공기를 냉각하여 제2 압축공기를 생성한다. 상기 제2 압축수단(42)은 상기 제2 압축공기를 압축하여 제3 압축공기를 생성한다. 상기 제2 냉각수단(45)은 상기 제3 압축공기를 냉각하여 상기 출력 공기를 생성한다.The first compression means 41 compresses the outside air to generate first compressed air. The turbine 46 expands the output air to produce cold air of low temperature. The first cooling means 44 cools the first compressed air with the cooling air to generate second compressed air. The second compression means 42 compresses the second compressed air to generate third compressed air. The second cooling means 45 cools the third compressed air to generate the output air.
이때, 상기 제1 냉각수단(44)은, 상기 제1 압축 공기와 상기 냉각 공기를 혼합하여 상기 제2 압축공기를 생성하는 혼합수단(44)인 것이 바람직하다. 상기 제2 냉각수단(45)은 차가운 공기와 뜨거운 공기가 소정의 열전도성이 우수한 물질을 매개로 하여 상호 열을 교환하여 제3 압축공기를 냉각하여 상기 출력 공기를 생성하는 열교환기일 수 있다.At this time, the first cooling means 44 is preferably mixing means 44 for mixing the first compressed air and the cooling air to generate the second compressed air. The second cooling means 45 may be a heat exchanger in which cold air and hot air exchange heat through a material having excellent thermal conductivity to cool the third compressed air to generate the output air.
이때, 상기 터빈(46)의 회전축이 제1 및 제2 압축수단(41, 42)의 회전축과 연결되고, 상기 출력 공기로 터빈(46)을 회전시켜, 제1 및 제2 압축수단(41, 42)에 구동력을 추가적으로 제공하는 것이 바람직하다.At this time, the rotary shaft of the turbine 46 is connected to the rotary shafts of the first and second compression means (41, 42), by rotating the turbine 46 with the output air, the first and second compression means (41, It is desirable to provide additional driving force to 42).
상기 제1 압축수단(41)과 제2 압축수단(42)은 회전축이 상호 연결되어 동일한 구동수단(43)에 의하여 구동될 수 있을 것이며, 제1 및 제2 압축수단(41, 42)의 회전축과 상기 터빈(46)의 회전축이 소정의 커플링 수단에 의하여 상호 연결될 수 있을 것이다. 이때, 터빈(46)은 제1 압축수단(41)의 전방, 혹은 제2 압축수단(42)의 후방에 설치될 수 있다.The first compression means 41 and the second compression means 42 may be driven by the same drive means 43 by the rotation axis is connected to each other, the rotation shaft of the first and second compression means (41, 42) And the axis of rotation of the turbine 46 may be interconnected by some coupling means. In this case, the turbine 46 may be installed at the front of the first compression means 41 or at the rear of the second compression means 42.
또한, 상기 제2 냉각수단(45)이, 외기로 상기 제3 압축공기를 냉각하는 공냉식인 것이 바람직하다. 따라서, 수냉식의 경우 추가적으로 필요한 부가 장치들 없이 압축기를 구성하여, 그 구성을 간단히 하고, 장치의 소형화를 이룰 수 있다. 하지만, 필요에 따라서는 수냉식이 사용될 수도 있을 것이다.In addition, it is preferable that the second cooling means 45 is air-cooled to cool the third compressed air to outside air. Therefore, in the case of water-cooling, the compressor can be configured without additionally required additional devices, thereby simplifying the construction and miniaturizing the device. However, water cooling may be used if necessary.
외부 온도가 35℃인 경우에 제1 압축수단(41)에서 생성된 제1 압축공기의 온도는 100℃ 정도가 된다. 이때, 출력 공기의 온도는 15℃ 정도이고, 상기 터빈(46)에서 팽창되면서 냉각된 냉각 공기는 -30℃∼-40℃ 정도이다. 따라서, 제1 압축공기는 냉각공기와 혼합되어 냉각 공기에 의하여 냉각되어 제2 압축수단(42)에 입력되어, 출력 공기가 필요한 수준으로 냉각된다.When the external temperature is 35 ° C, the temperature of the first compressed air generated by the first compression means 41 is about 100 ° C. At this time, the temperature of the output air is about 15 ° C, the cooling air cooled while expanding in the turbine 46 is -30 ° C to -40 ° C. Therefore, the first compressed air is mixed with the cooling air, cooled by the cooling air, input to the second compression means 42, and the output air is cooled to the required level.
도 5는 본 발명에 따른 바람직한 다른 실시예로서, 터빈에 의해 냉각되는 압축기를 개략적으로 도시한 블록도이다.5 is a block diagram schematically showing a compressor cooled by a turbine as another preferred embodiment according to the present invention.
도면을 참조하면, 본 실시예에 의한 터빈에 의해 냉각되는 압축기(4)에 대하여, 도 3 및 도 4의 압축기(3, 4)와 동일한 기능을 하는 동일한 구성요소에 대해서는 이에 따르고, 이들에 대한 자세한 설명은 생략한다. 이때, 상기 제1 냉각수단(54)은, 상기 냉각 공기를 입력받아, 상기 냉각 공기로 상기 제1 압축공기를 냉각시켜 제2 압축공기를 생성하는 열교환기로 이루어지는 것이 바람직하다.Referring to the drawings, for the compressor 4 cooled by the turbine according to the present embodiment, the same components having the same function as the compressors 3 and 4 of Figs. Detailed description will be omitted. In this case, the first cooling means 54 is preferably made of a heat exchanger that receives the cooling air and cools the first compressed air with the cooling air to generate second compressed air.
도 6은 본 발명에 따른 바람직한 다른 실시예로서, 터빈에 의해 냉각되는 압축기를 개략적으로 도시한 블록도이다.6 is a block diagram schematically illustrating a compressor cooled by a turbine as another preferred embodiment according to the present invention.
도면을 참조하면, 터빈에 의해 냉각되는 압축기(4)는, 소정의 구동수단에 의하여 구동되는 적어도 두개 이상의 압축수단(41, 42)이 직렬로 연결되고, 상기 압축 수단(41, 42)에 의하여 외기를 압축하여 압축 공기를 생성하고, 상기 압축 공기를 냉각하여 출력 공기를 생성하여 외부로 출력하는 것으로서, 제1 압축수단(41)과, 제1 냉각수단(45)과, 제2 압축수단(42)과, 제2 냉각수단(44)과, 및 터빈(46)을구비하는 것을 특징으로 한다. 도 3 및 도 4의 압축기(3, 4)와 동일한 기능을 하는 동일한 구성요소에 대해서는 이에 따르고, 이들에 대한 자세한 설명은 생략한다.Referring to the drawings, in the compressor 4 cooled by a turbine, at least two or more compression means 41, 42 driven by a predetermined driving means are connected in series, and by the compression means 41, 42. Compressed air is generated to generate compressed air, and the compressed air is cooled to generate output air and output to the outside. The first compression means 41, the first cooling means 45, and the second compression means ( 42, the second cooling means 44, and the turbine 46 is characterized in that it comprises. The same components having the same functions as the compressors 3 and 4 of FIGS. 3 and 4 are accordingly followed, and detailed description thereof is omitted.
상기 제1 냉각수단(64)은 외기로 상기 제1 압축공기를 냉각하여 상기 제2 압축공기를 생성하는 열교환기로 이루어지는 것이 바람직하다.The first cooling means 64 is preferably made of a heat exchanger for cooling the first compressed air to outside air to generate the second compressed air.
상기 제2 냉각수단(65)은, 상기 터빈(46)에서 생성된 상기 냉각 공기를 입력받아, 상기 냉각 공기와 상기 제3 압축 공기를 혼합하여, 상기 출력 공기를 생성하는 혼합수단인 것이 바람직하다.Preferably, the second cooling means 65 is a mixing means for receiving the cooling air generated by the turbine 46 and mixing the cooling air with the third compressed air to generate the output air. .
또는, 상기 제2 냉각수단(65)은, 상기 터빈(46)에서 생성된 상기 냉각 공기를 입력받아, 상기 냉각 공기로 상기 제3 압축공기를 냉각시켜, 상기 출력 공기를 생성하는 열교환기로 이루어질 수 있을 것이다.Alternatively, the second cooling means 65 may be configured as a heat exchanger that receives the cooling air generated by the turbine 46, cools the third compressed air with the cooling air, and generates the output air. There will be.
특히, 필요에 따라서는 제1 냉각수단(64)과 제2 냉각수단(65) 모두 상기 터빈(46)에서 생성되는 냉각 공기를 이용하는 혼합수단 또는 열교환기의 조합으로 형성될 수 있을 것이다.In particular, if necessary, both the first cooling means 64 and the second cooling means 65 may be formed by a combination of a mixing means or a heat exchanger using cooling air generated in the turbine 46.
본 발명에 따른 터빈에 의해 냉각되는 압축기에 의하면, 냉각탑 형식으로 활용되는 터빈에 의하여 외기 온도보다 훨씬 낮은 유체로 압축 공기를 냉각시키므로, 고온의 압축 공기를 냉각시키기 위해 필요한 열교환기를 대체할 수 있다.According to the compressor cooled by the turbine according to the present invention, since the compressed air is cooled with a fluid much lower than the outside temperature by the turbine utilized in the form of a cooling tower, it is possible to replace the heat exchanger required for cooling the hot compressed air.
또한, 열교환기를 공냉식으로 하는 경우에 물이 필요하지 않으므로, 물 공급 라인들이나 냉각탑 등의 설비가 필요하지 아니하여, 간단하고 소형화된 압축기를 얻을 수 있다.In addition, since water is not required when the heat exchanger is air-cooled, equipment such as water supply lines and cooling towers are not required, and thus a compact and compact compressor can be obtained.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the accompanying drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Could be. Accordingly, the true scope of protection of the invention should be defined only by the appended claims.
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