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KR20160029680A - 압축 장치 - Google Patents

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KR20160029680A
KR20160029680A KR1020150123935A KR20150123935A KR20160029680A KR 20160029680 A KR20160029680 A KR 20160029680A KR 1020150123935 A KR1020150123935 A KR 1020150123935A KR 20150123935 A KR20150123935 A KR 20150123935A KR 20160029680 A KR20160029680 A KR 20160029680A
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고이치로 하시모토
카즈마사 니시무라
시게토 아다치
유타카 나루카와
하루유키 마츠다
테츠야 카키우치
노보루 츠보이
카즈노리 후쿠하라
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

본 발명의 압축 장치는, 압축기와, 열 교환기와, 팽창기와, 동력 회수부와, 응축기와, 펌프와, 팽창기를 바이패스하는 바이패스 유로와, 바이패스 밸브를 구비한다. 바이패스 유로에 작동 매체를 흐르게 하기 위한 바이패스 조건이 성립된 경우에는, 바이패스 밸브가 개방되고, 작동 매체가 바이패스 유로를 거쳐 열 교환기와 응축기 사이를 순환함으로써 열 교환기에 있어서 작동 매체에 의해 압축기로부터 토출된 압축 가스가 냉각된다. 이와 같이 하여, 팽창기의 구동 상태에 상관없이 열 교환기에 있어서 작동 매체에 의해 압축 가스의 냉각을 행하는 것을 가능하게 한다.

Description

압축 장치{COMPRESSING DEVICE}
본 발명은 압축 장치에 관한 것이다.
종래, 압축기로부터 토출된 압축 가스가 갖는 열 에너지를 회수하는 압축 장치가 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는 압축기 본체와, 압축기 본체로부터 토출된 압축 공기와 작동유체를 열 교환시키는 열 교환기와, 열 교환기로부터 유출된 작동유체를 팽창시키는 팽창기와, 팽창기에 접속된 발전기와, 팽창기로부터 유출된 작동유체를 응축시키는 응축기와, 응축기로부터 유출된 작동유체를 열 교환기로 보내는 순환 펌프를 구비하는 압축기가 개시되어 있다. 이 압축기에서는, 열 교환기에 있어서 작동 매체가 압축 공기로부터 수취한 열 에너지가 팽창기 및 발전기로 회수되는 한편, 압축 공기는 열 교환기에 있어서 작동유체에 의해 냉각되고 나서 외부에 공급된다.
일본 특허 공개 제2011-012659호 공보
상기 특허문헌 1에 기재된 압축기에서는, 팽창기의 유지 보수 시 등에 팽창기의 구동이 정지되면, 작동유체가 열 교환기와 팽창기를 잇는 유로 내를 순환할 수 없어, 열 교환기에 있어서 작동유체에 의한 압축 공기의 냉각이 충분히 행하여지지 않게 된다. 그 결과, 압축기도 정지시켜야만 할 가능성이 발생한다.
마찬가지로, 팽창기의 저속 회전 시에 있어서도, 작동유체가 상기 유로 내를 충분히 순환할 수 없으므로, 열 교환기에 있어서 압축 공기의 충분한 냉각이 행하여지지 않게 된다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 팽창기의 구동 상태에 상관없이 열 교환기에 있어서 작동 매체에 의한 압축 가스의 냉각을 행하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 압축 장치는 가스를 압축하는 압축기와, 작동 매체를 사용한 런킨 사이클을 이용함으로써 상기 압축기로부터 토출된 압축 가스의 열 에너지를 회수하는 열 에너지 회수부를 구비하고, 상기 열 에너지 회수부가, 압축 가스와 작동 매체를 열 교환시킴으로써 압축 가스의 열을 회수하는 열 교환기와, 상기 열 교환기에 있어서 압축 가스와 열 교환한 작동 매체를 팽창시키는 팽창기와, 상기 팽창기로부터의 동력을 회수하는 동력 회수부와, 상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기로부터 유출된 작동 매체를 상기 열 교환기로 보내는 펌프와, 상기 열 교환기, 상기 팽창기, 상기 응축기 및 상기 펌프를 접속하는 순환 유로와, 상기 팽창기를 바이패스하도록 상기 순환 유로에 접속된 바이패스 유로와, 상기 바이패스 유로를 개폐하는 바이패스 밸브와, 상기 팽창기로의 작동 매체의 유입을 차단하는 차단 밸브와, 상기 바이패스 밸브 및 상기 차단 밸브를 제어하여, 작동 매체가 상기 팽창기를 통하여 상기 순환 유로를 순환하는 상태와 작동 매체가 상기 바이패스 유로를 통해 상기 순환 유로를 순환하는 상태를 전환하는 제어부를 구비한다.
본 발명에서는, 압축기의 구동 중에 있어서 소정의 조건이 성립되었을 때에, 팽창기의 구동 상태에 상관없이 작동 매체가 바이패스 유로를 거쳐 팽창기를 우회하면서 순환 유로 내를 계속해서 순환하므로, 열 교환기에 있어서 작동 매체에 의한 압축 가스의 냉각을 행할 수 있다.
상기 구성의 압축 장치에 있어서, 상기 열 교환기와 상기 팽창기 사이의 상기 순환 유로에 설치되어, 작동 매체의 온도를 검출하는 온도 센서와, 상기 열 교환기와 상기 팽창기 사이의 상기 순환 유로에 설치되어, 작동 매체의 압력을 검출하는 압력 센서를 더 구비하고, 상기 제어부가, 상기 온도 센서에 의해 구해진 온도와 상기 압력 센서에 의해 구해진 압력을 사용해서 작동 매체의 과열도를 구하고, 작동 매체가 상기 바이패스 유로를 통해 상기 순환 유로를 순환하는 상태일 때에, 상기 펌프의 회전수를 제어하여, 상기 과열도가 0 이상의 수인 미리 정해진 하한값 이상, 또한 미리 정해진 상한값 이하가 되도록 상기 열 교환기로의 작동 매체의 유입량을 조정하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 액상으로 열 교환기로 유입된 작동 매체가 포화 증기 또는 과열 증기의 상태로 열 교환기로부터 유출된다. 즉, 작동 매체의 잠열을 이용할 수 있어, 현열만을 이용하는 경우에 비하여 효율적으로 압축 가스의 냉각을 행할 수 있다. 또한, 과열도의 상승을 억제함으로써 작동 매체의 현열량을 억제하여, 보다 효율적으로 압축 가스를 냉각할 수 있다.
상기 구성의 압축 장치에 있어서, 상기 제어부가, 미리 정해진 상기 팽창기의 정지 조건이 성립되었을 때에, 상기 팽창기를 정지함과 함께, 작동 매체를 상기 바이패스 유로를 통해 상기 순환 유로를 순환시키도록 제어하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 팽창기가 정지된 상태라도, 작동 매체가 순환 유로를 순환할 수 있어, 압축 가스를 냉각할 수 있다.
상기 구성의 압축 장치에 있어서, 상기 열 교환기가, 상기 압축기로부터 토출된 압축 가스가 통과하는 가스 유로와, 작동 매체가 흐름과 함께 당해 작동 매체와 압축 가스의 열 교환이 가능한 위치에 배치된 제1 유로와, 압축 가스를 냉각하기 위한 냉각 유체가 흐름과 함께 당해 냉각 유체와 압축 가스의 열 교환이 가능해지는 위치에 배치된 제2 유로를 구비하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 가스 유로를 흐르는 압축 가스가 제1 유로를 흐르는 작동 매체에 의해 냉각되고, 다시 제2 유로를 흐르는 냉각 유체에 의해서도 냉각된다.
또한, 상기 제1 유로가, 상기 열 교환기 내에서 상기 제2 유로보다도 상기 압축 가스의 흐름에 있어서의 상류측에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 제2 유로를 흐르는 냉각 유체에 의해서 압축 가스가 냉각되기 전에 당해 압축 가스가 갖는 열 에너지가 제1 유로를 흐르는 작동 매체에 의해 유효하게 회수되므로, 작동 매체가 압축 가스로부터 보다 많은 에너지를 회수할 수 있게 된다.
상기 제1 유로와 상기 제2 유로를 갖는 경우에 있어서, 상기 가스 유로가 상기 열 교환기의 하우징 내부 공간이며, 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로가, 상기 내부 공간에서 사행하면서 연장되는 튜브이며, 상기 제1 유로의 외면 및 상기 제2 유로의 외면에는, 복수의 핀이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이 형태에서는, 열 교환기가 소위 핀 튜브식이며, 압축 가스가 하우징의 내부 공간을 통과하므로, 압축 가스를 배관에 통과시키는 경우에 비하여 압축 가스에 발생하는 압력 손실을 저감할 수 있다. 또한, 제1 유로 및 제2 유로가 사행하여 연장되는 튜브이므로, 압축 가스로부터의 열 회수를 효율적으로 행할 수 있다. 또한, 핀이 설치됨으로써, 압축 가스와 제1 유로의 접촉 면적 및 압축 가스와 제2 유로의 접촉 면적이 각각 커지므로, 압축 가스의 냉각 효율이 보다 향상된다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 팽창기의 구동 상태에 상관없이 열 교환기에 있어서 작동 매체에 의한 압축 가스의 냉각을 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 압축 장치의 구성의 개략을 도시하는 도면이다.
도 2는 제어부의 제어 내용을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 일 실시 형태의 압축 장치(1)에 대해서, 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 압축 장치(1)는 가스(본 실시 형태에서는 공기)를 압축하는 압축기(10)와, 열 에너지 회수부(20)를 구비하고 있다.
열 에너지 회수부(20)는, 작동 매체를 사용한 런킨 사이클을 이용함으로써 압축기(10)로부터 토출된 압축 가스가 갖는 열 에너지를 회수한다. 구체적으로, 열 에너지 회수부(20)는 열 교환기(30)와, 팽창기(42)와, 동력 회수부인 발전기(43)와, 응축기(44)와, 펌프(46)와, 순환 유로(48)와, 바이패스 유로(49)와, 바이패스 밸브(V1)와, 차단 밸브(V2)와, 제어부(50)를 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 작동 매체로서 물보다도 저비점의 유기 유체가 이용된다.
열 교환기(30)는, 핀 튜브식이며, 압축 가스가 통과하는 가스 유로(32)와, 제1 유로(34)와, 제2 유로(36)를 구비하고 있다. 열 교환기(30)의 하우징(39) 내에 가스 유로(32), 제1 유로(34) 및 제2 유로(36)가 수용된다. 가스 유로(32)는 하우징(39)에 형성된 내부 공간이며, 제1 유로(34) 및 제2 유로(36)는 당해 내부 공간에서 사행하면서 연장되는 튜브이다. 제1 유로(34)의 외면에는, 복수의 핀(35)이 형성되어 있다. 제2 유로(36)의 외면에는, 복수의 핀(37)이 형성되어 있다. 제2 유로(36)는, 가스 유로(32) 중의 압축 가스의 흐름 방향에 있어서 제1 유로(34)보다도 하류측에 배치되어 있다.
제1 유로(34)의 단부에는 순환 유로(48)가 접속되어 있고, 제2 유로(36)의 단부에는 냉각 유체 유로(60)가 접속되어 있다. 순환 유로(48) 내를 작동 매체가 순환하고, 냉각 유체 유로(60) 내를 압축 가스를 냉각하기 위한 냉각 유체(본 실시 형태에서는 냉각수)가 흐른다. 이로 인해, 압축기(10)로부터 토출된 압축 가스는, 가스 유로(32)에 있어서, 제1 유로(34)를 흐르는 작동 매체와 열 교환함으로써 냉각된 후, 제2 유로(36)를 흐르는 냉각 유체와 열 교환함으로써 다시 냉각되고 나서 외부에 공급된다. 또한, 냉각 유체는 냉각수 이외라도 좋다.
순환 유로(48)는 열 교환기(30), 팽창기(42), 응축기(44) 및 펌프(46)를 이 순으로 직렬로 접속하고 있다.
팽창기(42)는 순환 유로(48) 중 열 교환기(30)의 하류측 부위에 설치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 팽창기(42)로서, 열 교환기(30)로부터 유출된 기상의 작동 매체의 팽창 에너지에 의해 회전 구동되는 한 쌍의 스크류 로터를 갖는 스크루 팽창기가 사용되고 있다. 또한, 팽창기(42)로서는 원심식의 것이나 스크롤 타입의 것 등이 사용되어도 좋다.
발전기(43)는 팽창기(42)에 접속되어 있다. 발전기(43)에는 출력을 조정하는 인버터나 컨버터 등의 전자 기기가 부대 설비로서 설치되어 있다. 발전기(43)는 팽창기(42)의 한 쌍의 스크류 로터 중 적어도 한쪽에 접속된 회전축을 갖고 있다. 발전기(43)는 상기 회전축이 상기 스크류 로터의 회전에 따라 회전함으로써 전력을 발생시킨다.
응축기(44)는 순환 유로(48) 중 팽창기(42)의 하류측 부위에 설치되어 있다. 응축기(44)는 작동 매체를 냉각 유체로 냉각함으로써 응축(액화)시킨다. 본 실시 형태에서는, 응축기(44)에 있어서 작동 매체와 열 교환하는 유체로서 열 교환기(30)에서 사용되는 냉각 유체가 사용된다. 응축기(44)와 열 교환기(30) 사이에서 냉각 유체를 공유함으로써, 압축 장치(1)를 소형화할 수 있다.
펌프(46)는 순환 유로(48)에 있어서의 응축기(44)의 하류측 부위[응축기(44)와 열 교환기(30) 사이의 부위]에 설치되어 있다. 펌프(46)는 응축기(44)에서 응축된 액상의 작동 매체를 소정의 압력까지 가압해서 열 교환기(30)로 송출한다. 펌프(46)로서는, 임펠러를 로터로서 구비하는 원심 펌프나, 로터가 한 쌍의 기어로 이루어지는 기어 펌프, 스크류 펌프, 트로코이드 펌프 등이 사용된다.
바이패스 유로(49)는, 팽창기(42)를 바이패스하도록 순환 유로(48)에 접속되어 있다. 구체적으로, 바이패스 유로(49)의 일단부(상류측 단부)는 순환 유로(48) 중 열 교환기(30)와 팽창기(42) 사이의 부위에 접속되어 있고, 바이패스 유로(49)의 타단부(하류측 단부)는 순환 유로(48) 중 팽창기(42)와 응축기(44) 사이의 부위에 접속되어 있다.
바이패스 밸브(V1)는, 바이패스 유로(49) 상에 설치되어 있다. 바이패스 밸브(V1)로서 개폐 밸브나 유량 조정 밸브가 이용된다. 팽창기(42)의 정격 회전 시[즉, 열 에너지 회수부(20)의 통상 운전 시]에는, 바이패스 밸브(V1)는 폐쇄되어 있고, 바이패스 밸브(V1)가 개방된 경우에는 작동 매체가 바이패스 유로(49)를 통하여 응축기(44)로 유입된다.
차단 밸브(V2)는, 순환 유로(48) 중 당해 순환 유로(48)와 바이패스 유로(49)의 상류측 단부와의 접속부보다도 하류측에서 또한 팽창기(42)보다도 상류측 부위에 설치되어 있다. 팽창기(42)의 정격 회전 시에는, 차단 밸브(V2)는 개방되고 있고, 차단 밸브(V2)가 폐쇄된 경우에는 작동 매체의 팽창기(42)로의 유입이 차단된다.
제어부(50)는, 팽창기(42)의 구동을 제어하는 팽창기 제어부(51)와, 바이패스 밸브(V1) 및 차단 밸브(V2)의 개폐를 제어하는 밸브 제어부(52)와, 열 교환기(30)로의 액상의 작동 매체의 유입량을 제어하는 유입량 제어부(53)를 갖는다.
유입량 제어부(53)는 팽창기(42)의 정격 회전 시에 펌프(46)의 회전수를 제어한다. 이에 의해, 열 교환기(30)로 유입하는 액상의 작동 매체의 유입량이 조정되어, 열 교환기(30)로부터 유출되는 기상의 작동 매체의 과열도가 일정하게 유지된다. 본 실시 형태에서는, 순환 유로(48) 중 열 교환기(30)와 팽창기(42) 사이에 설치된 온도 센서(55) 및 압력 센서(56)의 검출값에 기초하여 작동 매체의 과열도가 산출된다.
팽창기 제어부(51)는, 미리 정해진 팽창기(42) 또는 발전기(43)의 정지 조건이 성립되었을 때에 팽창기(42)를 정지한다. 구체적으로, 조작자에 의해 정지 지시가 압축 장치(1)에 입력되었을 때에 팽창기 제어부(51)에 의해 팽창기(42)가 정지된다. 또한, 팽창기(42)로 유입되는 작동 매체의 압력 또는 온도, 팽창기(42) 또는 발전기(43)의 회전수, 발전기(43)로부터 출력되는 전력의 주파수 또는 발전기(43) 내의 온도 중 적어도 1개가, 각각의 소정의 허용 범위를 초과했을 때에도 팽창기 제어부(51)에 의해 팽창기(42)가 정지된다. 단, 발전기(43)에 포함되는 인버터나 컨버터 등의 전자 기기의 고장을 나타내는 신호가 제어부(50)에서 검지되었을 때, 조작자에 의해 비상 정지가 지시되었을 때, 응축기(44) 내(또는, 액 리시버를 수반하는 경우에는 당해 액 리시버 내)의 작동 매체의 액면이 설정값 미만이 되었을 때, 팽창기(42)나 발전기(43)에 사용되는 베어링이 마모된 것이 검지되었을 때에 있어서도, 팽창기(42)가 정지되어도 좋다.
압축 장치(1)의 구동 시에는, 압축기(10)에 의한 가스의 압축이 행하여지고, 고온의 압축 가스가 열 교환기(30)로 유입된다. 열 에너지 회수부(20)에서는, 압축기(10)의 기동에 맞춰서 펌프(46)가 기동되어, 순환 유로(48) 내를 작동 매체가 순환한다. 또한, 냉각 유체가 응축기(44) 및 열 교환기(30)로 송출된다. 또한, 압축기(10)의 기동, 펌프(46)의 기동 및 냉각 유체의 열 교환기(30)로의 송출은 반드시 동시에 행하여질 필요는 없다. 열 교환기(30)로 유입된 액상의 작동 매체는 압축 가스와의 열 교환에 의해, 가열되어서 기상의 작동 매체로서 팽창기(42)로 유입된다. 한편, 압축 가스는 작동 매체와의 열 교환 및 냉각 유체와의 열 교환에 의해 냉각되어서 수요처로 흐른다.
팽창기(42)에서는, 작동 매체의 팽창에 의해 스크류 로터가 구동되고, 발전기(43)에서 발전이 행하여진다. 팽창기(42)로부터 유출된 작동 매체는 응축기(44)에서 응축되고, 펌프(46)에 의해 열 교환기(30)로 다시 송출된다.
압축기(10)가 구동되고 있는 동안, 보다 정확하게는 열 교환기(30)로 압축 가스가 유입되고 있는 동안에 있어서, 바이패스 유로(49)에 작동 매체를 흐르게 하기 위한 바이패스 조건이 성립된 경우에는, 밸브 제어부(52)에 의해 바이패스 밸브(V1)가 개방되고, 차단 밸브(V2)가 폐쇄된다. 본 실시 형태에서는, 상기 바이패스 조건은 상기 정지 조건과 동일하게 된다. 즉, 밸브 제어부(52)는 압축기(10)의 구동 중에 있어서 정지 조건이 성립되었을 때에 바이패스 밸브(V1)를 개방함과 함께 차단 밸브(V2)를 폐쇄한다. 열 에너지 회수부(20)에서는, 팽창기(42)가 정지된 상태라도, 펌프(46)의 구동이 계속되어, 바이패스 유로(49)를 거쳐 순환 유로(48)[보다 정확하게는, 순환 유로(48) 중 응축기(44), 펌프(46) 및 열 교환기(30)를 잇는 유로 부분]를 작동 매체가 순환한다. 또한, 응축기(44)로의 냉각 유체의 공급도 계속된다. 이하의 설명에서는, 바이패스 밸브(V1)가 개방된 상태에 있어서의 순환 유로(48) 내에서의 작동 매체의 순환을 「강제 순환」이라고 한다.
이어서, 강제 순환 시에 있어서의 제어부(50)의 제어 내용을 도 2를 참조하면서 설명한다.
이미 설명한 바와 같이, 상기 정지 조건이 성립되면, 팽창기 제어부(51)는 팽창기(42)를 정지하고, 밸브 제어부(52)는 바이패스 밸브(V1)를 개방함과 함께 차단 밸브(V2)를 폐쇄한다(스텝 S10). 또한, 밸브 제어부(52)에 의한 제어는, 팽창기 제어부(51)의 제어와 동시에 행하여져도 좋고, 또는 팽창기 제어부(51)의 제어에 전후하여 행하여져도 좋다.
그리고 유입량 제어부(53)는, 온도 센서(55) 및 압력 센서(56)의 각 검출값에 기초하여 과열도(S)를 도출하고(스텝 S11), 상기 과열도(S)가 0 이상인지 여부를 판정한다(스텝 S12). 이 결과, 상기 과열도(S)가 0 미만인(스텝 S12에서 "아니오"), 즉, 열 교환기(30)로의 액상의 작동 매체의 유입량이 많아 열 교환기(30)로부터 액상의 작동 매체가 유출되고 있다고 판정되면, 유입량 제어부(53)가 펌프(46)의 회전수를 내리고(스텝 S13), 스텝 S11로 복귀한다. 이때의 펌프(46)의 회전수 감소량은, 미리 준비한 테이블에 기초하여 결정된다.
한편, 상기 과열도(S)가 0 이상이라 판정되면(스텝 S12에서 "예"), 상기 과열도(S)가 미리 설정된 상한값 S1 이하인지 여부가 판정된다(스텝 S14).
과열도(S)가 상한값 S1보다도 큰 경우(스텝 S14에서 "아니오"), 즉, 열 교환기(30)로의 작동 매체의 유입량이 적어 기상의 작동 매체의 온도가 과도하게 상승하고 있을 경우, 유입량 제어부(53)는 펌프(46)의 회전수를 올리고(스텝 S15), 스텝 S11로 복귀한다. 이때 펌프(46)의 회전수 증가량은, 미리 준비한 테이블에 기초하여 결정된다.
과열도(S)가 0 이상 또한 상한값 S1 이하인 경우(스텝 S14에서 "예")에는, 펌프(46)의 회전수를 변경하는 일 없이 스텝 S11로 복귀한다.
이상에 설명한 유입량 제어부(53)의 제어에 의해, 강제 순환 시에 작동 매체의 과열도가 하한값인 0 이상 또한 상한값인 S1 이하의 일정 범위 내로 유지된다. 이에 의해, 작동 매체의 잠열을 많이 이용할 수 있어, 액상의 작동 매체가 열 교환기(30)로부터 유출되어 버리는 경우나, 온도가 과도하게 높은 기상의 작동 매체가 열 교환기(30)로부터 유출되어 버리는 경우에 비하여, 효율적으로 압축 가스의 냉각을 행할 수 있다. 단, 과열도가 0보다도 약간 높은 상태에서 기상의 작동 매체가 열 교환기(30)로부터 유출되면, 팽창기(42)에 이르기까지의 도상에서 작동 매체가 방열함으로써 기액 2상의 상태가 되어 팽창기(42)로 유입되어 버리는 경우가 있다. 이로 인해, 스텝 S12에서는, 기액 2상 상태가 되는 것을 고려해서 0보다도 약간 높은 수가 상기 하한값으로서 설정되어도 좋다.
이상, 압축 장치(1)의 구조 및 동작에 대해서 설명했지만, 종래의 압축 장치에서는 압축기의 구동 중에 정지 조건이 성립되어 팽창기가 정지해 버리면, 작동 매체가 팽창기를 거쳐 순환 유로를 순환할 수 없다. 이에 반해, 압축 장치(1)에서는 팽창기(42)가 정지해 버려도, 작동 매체가 바이패스 유로(49)를 거쳐 순환 유로(48)를 계속해서 순환한다. 이에 의해, 열 교환기(30)에 있어서 작동 매체에 의한 압축 가스의 냉각을 계속할 수 있다.
압축 장치(1)에서는, 정지 조건이 성립되었을 때에 바이패스 밸브(V1)를 개방하는 것이면, 팽창기(42)는 완전히 정지되어 있을 필요는 없다. 팽창기(42)가 약간 회전하고 있으므로 작동 매체의 일부가 팽창기(42)를 흐르고, 작동 매체의 대부분이 바이패스 유로(49)를 흐르게 된다. 이 경우에 있어서도, 유입량 제어부(53)에 의해 열 교환기(30)로 유입된 작동 매체의 과열도가 하한값 이상 또한 상한값 S1 이하가 되도록 펌프(46)의 회전수가 조정된다.
본 실시 형태에서는, 제1 유로(34)는 열 교환기(30) 내에서 제2 유로(36)보다도 상류측에 배치되어 있으므로, 제2 유로(36)를 흐르는 냉각 유체로 압축 가스가 냉각되기 전에 당해 압축 가스가 갖는 열 에너지가 제1 유로(34)를 흐르는 작동 매체에 의해 유효하게 회수된다. 따라서, 작동 매체가 압축 가스로부터 보다 많은 에너지를 회수할 수 있게 된다.
열 교환기(30)에서는, 압축 가스가 하우징(39)의 내부 공간을 통과하므로, 압축 가스를 배관에 통과시키는 경우에 비하여 압축 가스에 발생하는 압력 손실을 저감할 수 있다. 또한, 제1 유로(34) 및 제2 유로(36)가 사행하여 연장되는 튜브이므로, 압축 가스로부터의 열 회수를 효율적으로 행할 수 있다. 또한, 제1 유로(34)의 외면 및 제2 유로(36)의 외면에는, 복수의 핀(35, 37)이 형성되어 있으므로, 압축 가스와 제1 유로(34)의 접촉 면적 및 압축 가스와 제2 유로(36)의 접촉 면적이 각각 커지고, 이에 의해 압축 가스의 냉각 효율이 향상된다. 또한, 금회 개시된 실시 형태는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시 형태의 설명이 아닌 특허 청구의 범위에 의해 나타내고, 또한 특허 청구 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.
예를 들어, 열 에너지 회수부(20)의 기동 시, 보다 구체적으로는 팽창기(42)가 정격 회전 시보다도 회전수가 낮은 저속 회전 시에 바이패스 밸브(V1)가 개방되어, 작동 매체가 바이패스 유로(49)를 거쳐 순환 유로(48)를 순환해도 좋다. 또한, 작동 매체의 일부는 팽창기(42)를 통과한다. 이 경우에 있어서도, 유입량 제어부(53)에 의해 열 교환기(30)로 유입된 작동 매체의 과열도가 하한값 이상 또한 상한값 S1 이하가 되도록 펌프(46)의 회전수가 조정된다.
이와 같이, 바이패스 유로(49)에 작동 매체를 흐르게 하기 위한 바이패스 조건은 반드시 상술한 정지 조건과 동일할 필요는 없고, 팽창기(42)의 정지 시 또는 저속 회전 시, 즉 작동 매체가 팽창기(42)를 거쳐 순환 유로(48)를 충분히 순환할 수 없을 때를 바이패스 조건으로서 설정해도 좋다. 그 결과, 팽창기(42)의 구동 상태에 상관없이 열 교환기(30)에 있어서 작동 매체에 의해 압축 가스가 냉각된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 바이패스 유로(49)에 바이패스 밸브(V1)에 추가하여 팽창 밸브가 설치되어도 좋다. 이와 같이 하면, 팽창기(42)의 정지 시에 팽창 밸브의 개방도를 조정해서 기상의 작동 매체를 팽창시킴으로써, 냉각 능력이 낮은 응축기(44)를 사용한 경우에도, 확실하게 작동 매체를 응축시킬 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 강제 순환 시에 유입량 제어부(53)는, 펌프(46)의 회전수를 제어함으로써 액상의 작동 매체의 열 교환기(30)로의 유입량을 조정하는 예를 나타냈지만, 당해 유입량의 조정 방법은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 펌프(46)를 바이패스하도록 순환 유로(48)에 접속된 복귀 유로와, 이 복귀 유로에 설치된 복귀 밸브가 설치되고, 유입량 제어부(53)는 복귀 밸브의 개방도를 조정함으로써 액상의 작동 매체의 열 교환기(30)로의 유입량을 조정해도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 압축 장치(1)가 단일 압축기(10) 및 단일 열 교환기(30)를 갖는 예를 나타냈지만, 압축 장치(1)는 압축기 및 열 교환기를 각각 2 이상 갖고 있어도 된다. 예를 들어, 압축기 및 열 교환기가 각각 2개 설치될 경우, 제1 압축기로부터 토출된 압축 가스가, 제1 열 교환기에서 냉각된 후에 제2 압축기에서 다시 압축되고, 제2 열 교환기에서 냉각되고 나서 외부에 공급되도록 가스의 유로가 형성된다. 각 열 교환기는, 작동 매체의 순환 유로(48) 상에 있어서 직렬로 배치되어도 좋고, 병렬로 배치되어도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 제1 유로(34) 및 제2 유로(36)가 다른 열 교환기 내에 형성되어도 좋다. 작동 매체에 의해 압축 가스가 충분히 냉각될 경우에는, 열 교환기(30)로부터 제2 유로(36)가 생략되어도 좋다.
바이패스 유로(49)에 있어서의 작동 매체의 흐름을 제어하는 바이패스 밸브로서, 열 교환기(30)로부터 바이패스 유로(49)로의 작동 매체의 흐름과, 열 교환기(30)로부터 팽창기(42)로의 작동 매체의 흐름을 전환하는 전환 밸브가 이용되어도 좋다. 상기 실시 형태에서는, 동력 회수부로서 회전 기계가 팽창기(42)에 접속되어도 좋다.
냉각 유체 유로(60) 상에 있어서, 열 교환기(30)의 제2 유로(36) 및 응축기(44)(의 냉각 유체가 흐르는 통로)가 병렬로 배치되어도 좋다. 또한, 냉각 유체 유로(60) 상에 있어서, 응축기(44)가 제2 유로(36)의 하류에 위치해도 좋다.
열 교환기(30)로서, 플레이트식 등 다른 열 교환기가 이용되어도 좋다. 발전기(43)에는 반드시 인버터나 컨버터가 설치될 필요는 없다.

Claims (6)

  1. 압축 장치이며,
    가스를 압축하는 압축기와,
    작동 매체를 사용한 런킨 사이클을 이용함으로써 상기 압축기로부터 토출된 압축 가스의 열 에너지를 회수하는 열 에너지 회수부를 구비하고,
    상기 열 에너지 회수부가,
    압축 가스와 작동 매체를 열 교환시킴으로써 압축 가스의 열을 회수하는 열 교환기와,
    상기 열 교환기에 있어서 압축 가스와 열 교환한 작동 매체를 팽창시키는 팽창기와,
    상기 팽창기로부터의 동력을 회수하는 동력 회수부와,
    상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와,
    상기 응축기로부터 유출된 작동 매체를 상기 열 교환기로 보내는 펌프와,
    상기 열 교환기, 상기 팽창기, 상기 응축기 및 상기 펌프를 접속하는 순환 유로와,
    상기 팽창기를 바이패스하도록 상기 순환 유로에 접속된 바이패스 유로와,
    상기 바이패스 유로를 개폐하는 바이패스 밸브와,
    상기 팽창기로의 작동 매체의 유입을 차단하는 차단 밸브와,
    상기 바이패스 밸브 및 상기 차단 밸브를 제어하여, 작동 매체가 상기 팽창기를 통해서 상기 순환 유로를 순환하는 상태와 작동 매체가 상기 바이패스 유로를 통해 상기 순환 유로를 순환하는 상태를 전환하는 제어부를 구비하는, 압축 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열 교환기와 상기 팽창기 사이의 상기 순환 유로에 설치되어, 작동 매체의 온도를 검출하는 온도 센서와,
    상기 열 교환기와 상기 팽창기 사이의 상기 순환 유로에 설치되어, 작동 매체의 압력을 검출하는 압력 센서를 더 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 온도 센서에 의해 구해진 온도와 상기 압력 센서에 의해 구해진 압력을 사용해서 작동 매체의 과열도를 구하고,
    작동 매체가 상기 바이패스 유로를 통해 상기 순환 유로를 순환하는 상태일 때에, 상기 펌프의 회전수를 제어하여, 상기 과열도가 0 이상의 수인 미리 정해진 하한값 이상, 또한 미리 정해진 상한값 이하가 되도록 상기 열 교환기로의 작동 매체의 유입량을 조정하는, 압축 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    미리 정해진 상기 팽창기의 정지 조건이 성립되었을 때에, 상기 팽창기를 정지함과 함께, 작동 매체를 상기 바이패스 유로를 통해 상기 순환 유로를 순환시키도록 제어하는, 압축 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 열 교환기가,
    상기 압축기로부터 토출된 압축 가스가 통과하는 가스 유로와,
    작동 매체가 흐름과 함께 당해 작동 매체와 압축 가스의 열 교환이 가능한 위치에 배치된 제1 유로와,
    압축 가스를 냉각하기 위한 냉각 유체가 흐름과 함께 당해 냉각 유체와 압축 가스의 열 교환이 가능해지는 위치에 배치된 제2 유로를 구비하는, 압축 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 유로는, 상기 열 교환기 내에서 상기 제2 유로보다도 상기 압축 가스의 흐름에 있어서의 상류측에 배치되어 있는, 압축 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 가스 유로가 상기 열 교환기의 하우징 내부 공간이며,
    상기 제1 유로 및 상기 제2 유로가, 상기 내부 공간에서 사행하면서 연장되는 튜브이며,
    상기 제1 유로의 외면 및 상기 제2 유로의 외면에는, 복수의 핀이 형성되어 있는, 압축 장치.
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