KR101660173B1 - 압축 장치, 압축 장치의 형태 전환 방법 및 압축 장치의 조립 방법 - Google Patents

압축 장치, 압축 장치의 형태 전환 방법 및 압축 장치의 조립 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 압축 장치는, 가스를 압축하는 압축기와, 압축기로부터 토출된 압축 가스의 열을 회수하는 열교환기를 구비하고, 열교환기가, 압축 가스가 통과하는 가스 유로와, 양단에 접속 단부를 가짐과 함께 가스 유로에 접하는 제1 유로와, 양단에 접속 단부를 가짐과 함께 가스 유로에 접하는 제2 유로와, 제1 유로의 한쪽의 접속 단부 및 제2 유로의 한쪽의 접속 단부에 대하여 착탈 가능하게 접속 가능하고, 또한 이들 접속 단부에 접속된 상태에 있어서 제1 유로와 제2 유로를 연통시키는 형상을 갖는 제3 유로를 구비한다. 이와 같은 구성에 의해, 압축 가스의 유로에 있어서의 유로 저항의 증대를 억제하면서 팽창기를 구동하는 작동 매체가 흐르는 작동 매체 유로가 설치된 열교환기를 압축 장치에 용이하게 설치할 수 있다.

Description

압축 장치, 압축 장치의 형태 전환 방법 및 압축 장치의 조립 방법{COMPRESSION APPARATUS, METHOD FOR SWITCHING CONFIGURATION OF COMPRESSION APPARATUS, AND METHOD OF ASSEMBLING COMPRESSION APPARATUS}
본 발명은 압축 장치, 압축 장치의 형태 전환 방법 및 압축 장치의 조립 방법에 관한 것이다.
최근, 특허문헌 1에 개시되는 바와 같이, 압축 가스의 열 에너지를 회수하여 발전을 행하는 기술이 제안되어 있다. 특허문헌 1에는, 압축기와, 압축기로부터 토출된 압축 가스와 액상 작동 매체를 열교환시키는 증발기와, 증발기로부터 유출된 가스를 냉각하는 냉각기와, 증발기로부터 유출된 기상 작동 매체가 유입되는 터빈과, 터빈에 접속된 교류 발전기와, 터빈으로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 응축기로부터 유출된 액상 작동 매체를 증발기에 압송하는 순환 펌프와, 증발기, 터빈, 응축기 및 순환 펌프를 접속하는 작동 매체 유로를 구비하는 압축기의 에너지 회수 시스템이 개시되어 있다. 냉각기에는, 냉각 유체 공급 유로를 통하여 냉각 유체(예를 들어 냉각수)가 공급되고 있다. 이 시스템에서는, 압축 가스가 갖는 에너지가 증발기로 회수되고, 그 에너지에 의해 교류 발전기에서의 발전이 행하여지고 있다.
일본 특허 공개 제2013-057256호 공보
그런데, 특허문헌 1에서는, 증발기 및 냉각기, 즉, 서로 독립된 2개의 열교환기가 압축 가스의 유로 상에 설치되기 때문에 당해 유로에 있어서의 유로 저항이 증대되어, 압축 가스의 토출압이 저하되어버린다. 또한, 압축기나 냉각기 등의 기기가 하나의 수용부 내에 수용되는 압축 장치의 경우, 수용부 내에 증발기를 설치하는 스페이스를 확보하는 것이 곤란하다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 압축 가스의 유로에 있어서의 유로 저항의 증대를 억제하면서 팽창기를 구동하는 작동 매체가 흐르는 작동 매체 유로가 설치된 열교환기를 압축 장치에 용이하게 설치하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 과제의 해결 수단으로서, 본 발명은 가스를 압축하는 압축기와, 상기 압축기로부터 토출된 압축 가스의 열을 회수하는 열교환기를 구비하고, 상기 열교환기가, 압축 가스가 통과하는 가스 유로와, 양단에 접속 단부를 갖는 제1 유로와, 양단에 접속 단부를 갖는 제2 유로와, 상기 제1 유로의 한쪽의 접속 단부 및 상기 제2 유로의 한쪽의 접속 단부에 대하여 착탈 가능하게 접속 가능하고, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로를 연통시키는 형상을 갖는 제3 유로를 구비하고, 냉각 유체가 흐르는 냉각 유로에 상기 제1 유로, 상기 제2 유로 및 상기 제3 유로가 접속되는 제1 형태와, 상기 제3 유로가 분리된 상태에 있어서, 압축 가스의 열을 회수하여 팽창기를 구동하는 작동 매체가 흐르는 작동 매체 유로에 상기 제1 유로가 접속되고, 또한, 상기 냉각 유로에 상기 제2 유로가 접속되는 제2 형태와의 사이를 전환 가능한, 압축 장치를 제공한다.
본 발명에서는, 제1 유로의 한쪽의 접속 단부 및 제2 유로의 한쪽의 접속 단부에 제3 유로를 접속함으로써, 제1 형태로서 제1 유로 및 제2 유로에 공통의 매체(예를 들어 냉각수)를 흘림으로써 압축 가스를 냉각하는 것이 가능하게 된다. 한편, 제1 유로 및 제2 유로로부터 제3 유로를 분리함으로써, 제2 형태로서 제1 유로 및 제2 유로에 서로 상이한 매체를 흘림으로써 압축 가스를 냉각하는 것이 가능하게 된다. 압축 장치에서는, 대규모의 변경을 가하는 일 없이, 제1 형태로부터 제2 형태로 용이하게 전환할 수 있다. 또한, 압축 가스의 유로 상에 냉각 유체가 흐르는 열교환기 및, 작동 매체가 흐르는 열교환기를 별체로서 설치하는 경우에 비하여 압축 가스의 유로 저항의 증대를 억제할 수 있고, 압축 가스의 압력을 확보할 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 제3 유로가, 상기 가스 유로, 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로를 수용하는 상기 열교환기의 하우징의 외부에 위치하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 제3 유로를 용이하게 분리할 수 있다.
또한, 본 발명은 가스를 압축하는 압축기와, 상기 압축기로부터 토출된 압축 가스의 열을 회수하는 열교환기를 구비하고, 상기 열교환기가, 압축 가스가 통과하는 가스 유로와, 양단에 접속 단부를 갖고, 압축 가스의 열을 회수하여 팽창기를 구동하는 작동 매체가 흐르는 작동 매체 유로에 접속 가능한 제1 유로와, 냉각 유체가 흐르는 냉각 유로에 접속되는 제2 유로와, 상기 제1 유로가 상기 작동 매체 유로에 접속되기 전의 상태에 있어서, 상기 제1 유로의 양단의 접속 단부에 대하여 착탈 가능하게 접속되고, 상기 제1 유로를 폐색하는 폐색 부재를 구비하는, 압축 장치를 제공한다.
본 발명에서는, 미리 열교환기 내의 유로에 폐색 부재로 폐색된 부위를 설치함으로써, 작동 매체로 압축 가스의 열을 회수할 때 압축 장치에 대규모의 변경을 가하는 일 없이, 용이하게 작동 매체 유로를 압축 장치에 설치할 수 있다. 또한, 압축 가스의 유로 상에 냉각 유체가 흐르는 열교환기 및, 작동 매체가 흐르는 열교환기를 별체로서 설치하는 경우에 비하여 압축 가스의 유로 저항의 증대를 억제할 수 있고, 압축 가스의 압력을 확보할 수 있다. 또한, 폐색 부재에 의해 폐색되어 있는 유로 내부는 깨끗한 상태로 유지된다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 작동 매체 유로와, 상기 팽창기와, 상기 팽창기에 접속된 동력 회수부와, 상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 작동 매체를 상기 열교환기로 보내는 펌프를 구비하고, 상기 펌프, 상기 열교환기, 상기 팽창기 및 상기 응축기가 상기 작동 매체 유로에 접속되는 열 에너지 회수 유닛을 더 구비하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 작동 매체에 의한 랭킨 사이클을 이용하여 열교환기에 있어서 압축 가스를 작동 매체로 냉각함과 함께, 그때에 작동 매체가 압축 가스로부터 수취한 열 에너지를 동력 회수부에서 회수하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 제1 유로는, 상기 열교환기 내에서 상기 제2 유로보다도 상류측에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이 형태에서는, 제2 유로를 흐르는 냉각 유체에서 압축 가스가 냉각되기 전에 당해 압축 가스가 갖는 열 에너지가 작동 매체에 의해 유효하게 회수되므로, 작동 매체가 압축 가스로부터 보다 많은 에너지를 회수하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 가스 유로가 상기 열교환기의 하우징의 내부 공간이고, 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로가, 상기 내부 공간에서 사행하면서 연장되는 튜브인 것이 바람직하다.
이 형태에서는, 열교환기가 소위 쉘&튜브식이고, 압축 가스가 하우징의 내부 공간을 통과하기 때문에, 압축 가스를 배관에 통과시키는 경우에 비하여 압축 가스에 발생하는 압력 손실을 저감할 수 있다. 또한, 제1 유로 및 제2 유로가 사행하여 연장되는 튜브인 점에서, 압축 가스로부터의 열회수를 효율적으로 행할 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 제1 유로의 외면 및 상기 제2 유로의 외면에는, 복수의 핀이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 압축 가스와 제1 유로와의 접촉 면적 및 압축 가스와 제2 유로와의 접촉 면적이 각각 커지므로, 압축 가스의 냉각 효율이 향상된다.
또한, 본 발명은, 압축 장치의 형태 전환 방법이며, 상기 제1 형태로부터 상기 제2 형태로 전환할 때, 상기 팽창기와, 상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 작동 매체를 상기 열교환기로 보내는 펌프와, 상기 펌프, 상기 팽창기 및 상기 응축기가 접속되는 상기 작동 매체 유로를 갖는 조립체를 준비하는 준비 공정과, 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로로부터 상기 제3 유로를 분리하는 분리 공정과, 상기 작동 매체 유로의 양단의 접속 단부를 상기 제1 유로의 양단의 접속 단부에 각각 접속하고, 또한, 상기 냉각 유로의 양단의 접속 단부를 상기 제2 유로의 양단의 접속 단부에 각각 접속하는 접속 공정을 구비하는 전환 방법을 제공한다.
이 방법에서는, 제3 유로를 통하여 제1 유로 및 제2 유로를 흐르는 1종류의 매체에 의해 압축 가스를 냉각하는 제1 형태로부터, 제1 유로를 흐르는 작동 매체 및 제2 유로를 흐르는 냉각 유체의 2종류의 매체에 의해 압축 가스를 냉각하면서, 제1 유로에서 작동 매체가 압축 가스로부터 수취한 열 에너지를 열 에너지 회수 유닛의 동력 회수부에서 회수하는 제2 형태로 간단하게 전환할 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 분리 공정과 상기 접속 공정과의 사이에 상기 제1 유로 내를 흐르고 있던 냉각 유체를 제거하는 제거 공정을 더 구비하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 제1 형태로부터 제2 형태로 전환되기 전에, 제1 형태에 있어서 제1 유로를 흐르고 있었던 유체가 제거되기 때문에, 제2 형태에 있어서 제1 유로를 흐르는 작동 매체와의 혼합이 억제된다.
또한, 본 발명은 압축 장치의 조립 방법이며, 상기 팽창기와, 상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 작동 매체를 상기 열교환기로 보내는 펌프와, 상기 펌프, 상기 팽창기 및 상기 응축기가 접속되는 상기 작동 매체 유로를 갖는 조립체를 준비하는 제1 준비 공정과, 상기 제1 유로로부터 상기 폐색 부재를 분리하는 분리 공정과, 상기 작동 매체 유로의 양단의 접속 단부를 상기 제1 유로의 양단의 접속 단부에 각각 접속하고, 또한, 상기 냉각 유로의 양단의 접속 단부를 상기 제2 유로의 양단의 접속 단부에 각각 접속하는 접속 공정을 구비하는, 조립 방법을 제공한다.
이 방법에서는, 작동 매체로 압축 가스의 열을 회수할 때 압축 장치에 대규모의 변경을 가하는 일 없이, 용이하게 작동 매체 유로를 압축 장치에 설치할 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 압축기와 상기 열교환기를 조립하고, 상기 폐색 부재에 의해 상기 열교환기의 상기 제1 유로를 폐색하는 제2 준비 공정을 더 구비하고, 상기 제1 준비 공정 및 상기 제2 준비 공정을 조립 시설에서 행하고, 상기 분리 공정 및 상기 접속 공정을 상기 압축 장치의 설치 장소에서 행하는 것이 바람직하다.
열 에너지 회수 유닛을 조립 시설 내에서 행하고, 열 에너지 회수 유닛의 압축기 및 열교환기에 대한 설치를 설치 장소에서 행함으로써, 열 에너지 회수 유닛과 압축기 및 열교환기가 조립 시설 내에서 조립된 상태에서 설치 장소으로 반송되는 경우에 비하여 반송 작업이나 반송 비용을 저감하는 것이 가능하게 된다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 압축 가스의 유로에 있어서의 유로 저항의 증대를 억제하면서 팽창기를 구동하는 작동 매체가 흐르는 작동 매체 유로가 설치된 열교환기를 압축 장치에 용이하게 설치할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 압축 장치의 구성의 개략을 도시하는 도면.
도 2는 도 1의 압축 장치에 대하여 폐열 회수 유닛이 접속된 상태의 도면.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태의 압축 장치의 구성의 개략을 도시하는 도면.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서, 이하, 도면을 참조하면서 설명한다.
(제1 실시 형태)
본 발명의 제1 실시 형태의 압축 장치에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 본 압축 장치는, 공기 등의 가스를 압축하는 제1 압축기(10)와, 제1 열교환기(20)와, 제1 열교환기(20)로부터 유출된 압축 가스를 더 압축하는 제2 압축기(110)와, 제2 열교환기(120)와, 냉각 유로(50)와, 후술하는 열 에너지 회수 유닛(40)(도 2 참조)을 구비하고 있다. 이하의 설명에서는, 제1 압축기(10), 제1 열교환기(20), 제2 압축기(110) 및 제2 열교환기(120)를 통합하여 압축 장치의 「본체부」라고 한다. 본 실시 형태에서는, 본체부가 하나의 수용부(도시 생략) 내에 수용된다.
제1 열교환기(20)는 쉘&튜브식이고, 압축 가스가 통과하는 가스 유로(22)와, 제1 유로(24)와, 제2 유로(26)와, 제3 유로(30)를 구비하고 있다. 제1 열교환기(20)의 하우징(29) 내에 가스 유로(22), 제1 유로(24) 및 제2 유로(26)가 수용된다. 접속 단부(30a)를 포함하는 제3 유로(30) 전체는 하우징(29)의 외부에 위치한다. 가스 유로(22)는 하우징(29)에 형성된 내부 공간이고, 제1 유로(24) 및 제2 유로(26)는 당해 내부 공간에서 사행하면서 연장되는 튜브이다. 제1 유로(24)는 일측의 단부에 형성된 접속 단부(24a)와, 타측의 단부에 형성된 접속 단부(24b)를 갖고 있다. 제1 유로(24)의 외면에는, 복수의 핀(25)이 형성되어 있다.
제2 유로(26)는 일측의 단부에 형성된 접속 단부(26a)와, 타측의 단부에 형성된 접속 단부(26b)를 갖고 있다. 제2 유로(26)의 외면에는, 복수의 핀(27)이 형성되어 있다. 제2 유로(26)는 가스 유로(22) 중의 압축 가스의 흐름 방향에 있어서 제1 유로(24)보다도 하류측에 배치되어 있다.
제3 유로(30)는 그 접속 단부(30a)가 제1 유로(24)의 접속 단부(24a) 및 제2 유로(26)의 접속 단부(26a)에 접속되고, 제1 유로(24)와 제2 유로(26)를 연통시킨다. 제3 유로(30)의 접속 단부(30a)는 제1 유로(24)의 접속 단부(24a) 및 제2 유로(26)의 접속 단부(26a)에 대하여 착탈 가능하다.
제2 압축기(110)는 제1 열교환기(20)의 하류측에 배치되어 있다. 제2 압축기(110)의 구조는, 제1 압축기의 그것과 같다.
제2 열교환기(120)는 제2 압축기(110)의 하류측에 배치되어 있다. 제2 열교환기(120)의 구조는, 제1 열교환기(20)의 그것과 같으므로 설명을 간략화한다. 즉, 제2 열교환기(120)는 가스 유로(122), 제1 유로(124), 제2 유로(126) 및 제3 유로(130)를 갖고 있다. 가스 유로(122), 제1 유로(124), 제2 유로(126)는 하우징(129) 내에 수용되고, 제3 유로(130)는 하우징(129)의 외부에 위치한다. 제1 유로(124)의 외면 및 제2 유로(126)의 외면에는 복수의 핀(125, 127)이 형성되어 있다. 제1 유로(124)의 접속 단부(124a) 및 제2 유로(126)의 접속 단부(126a)가 각각 제3 유로(130)의 접속 단부에 착탈 가능하게 접속되고, 제3 유로(130)에 의해 제1 유로(124) 및 제2 유로(126)가 연통된다.
냉각 유로(50)에는 압축 가스를 냉각하기 위한 냉각 유체가 흐른다. 냉각 유체로서, 예를 들어 물이 이용된다. 냉각 유체는 물 이외의 액체여도 된다. 냉각 유로(50)는 분기 유로(51)를 갖는다. 제1 열교환기(20)에서는, 제1 유로(24)의 제3 유로(30)가 접속되는 접속 단부(24a)와는 반대측의 접속 단부(24b)가 냉각 유로(50)의 접속 단부(50a)에 착탈 가능하게 접속된다. 또한, 제2 유로(26)의 제3 유로(30)가 접속되는 접속 단부(26a)와는 반대측의 접속 단부(26b)가 냉각 유로(50)의 접속 단부(50a)에 착탈 가능하게 접속된다. 이에 의해, 제1 열교환기(20)에는, 냉각 유로(50)를 통하여 제1 유로(24), 제2 유로(26) 및 제3 유로(30)에 냉각 유체가 흐른다.
제2 열교환기(120)에서는, 제1 유로(124)의 제3 유로(130)가 접속되는 접속 단부(124a)와는 반대측의 접속 단부(124b)가 분기 유로(51)의 접속 단부(51a)에 착탈 가능하게 접속된다. 제2 유로(126)의 제3 유로(130)가 접속되는 접속 단부(126a)와는 반대측의 접속 단부(126b)가 분기 유로(51)의 접속 단부(51a)에 착탈 가능하게 접속된다. 이에 의해, 제2 열교환기(120)에는, 분기 유로(51)를 통하여 제1 유로(124), 제2 유로(126) 및 제3 유로(130)에 냉각 유체가 흐른다.
이하의 설명에서는, 냉각 유로(50) 및 분기 유로(51)에 제1 유로(24, 124), 제2 유로(26, 126) 및 제3 유로(30, 130)가 접속되는 압축 장치의 형태를 「제1 형태」라고 부른다. 제1 형태에서는, 제1 열교환기(20)에 있어서, 제1 유로(24) 및 제2 유로(26)를 흐르는 냉각 유체가 가스 유로(22)를 통과하는 압축 가스와 열교환하여, 압축 가스가 냉각된다. 이에 의해, 고온의 압축 가스가 제2 압축기(110)에 유입됨에 따라 제2 압축기(110)의 문제 발생을 방지할 수 있다. 제2 열교환기(120)에 있어서도, 제1 유로(124) 및 제2 유로(126)를 흐르는 냉각 유체가 가스 유로(122)를 통과하는 압축 가스와 열교환하여, 압축 가스가 냉각된다. 또한, 제1 열교환기(20)로부터 유출된 냉각 유체는 제2 열교환기(120)로부터 유출된 냉각 유체와 합류한다.
이어서, 도 2를 참조하면서, 열 에너지 회수 유닛(40)에 대하여 설명한다.
열 에너지 회수 유닛(40)은 소위 랭킨 사이클 장치이고, 펌프(42)와, 팽창기(44)와, 동력 회수부(45)와, 응축기(46)와, 작동 매체가 순환하는 순환 유로인 작동 매체 유로(48)를 구비한다. 작동 매체 유로(48)는 분기 유로(49)를 구비한다. 후술하는 바와 같이 제1 열교환기(20) 및 제2 열교환기(120)는, 열 에너지 회수 유닛(40)의 일부로서 액상의 작동 매체를 증발하는 증발기로서의 역할도 수행한다. 본 실시 형태에서는, 작동 매체로서 R245fa 등의 물보다도 저비점인 유기 유체가 이용된다.
작동 매체 유로(48)는 팽창기(44), 응축기(46), 펌프(42) 및 제1 열교환기(20) 및 제2 열교환기(120)를 이 순서대로 접속하고 있다. 작동 매체 유로(48)는 제1 열교환기(20)의 제1 유로(24)의 각 접속 단부(24a, 24b)에 대하여 착탈 가능하게 접속 가능한 접속 단부(48a)를 갖고 있다. 이 접속 단부(48a)는 작동 매체 유로(48) 중 당해 작동 매체 유로(48)와 펌프(42)와의 접속부보다도 하류측에서, 또한 당해 작동 매체 유로(48)와 팽창기(44)와의 접속부보다도 상류측의 부위에 형성되어 있다.
분기 유로(49)는 작동 매체 유로(48) 중 펌프(42)와 팽창기(44) 사이의 부위에 대하여 병렬로 접속되어 있다. 다시 말해, 분기 유로(49)는 펌프(42)로부터 유출된 액상의 작동 매체의 일부를 분기시키고, 작동 매체 유로(48) 중 팽창기(44)의 상류측의 부위에 합류시킨다. 분기 유로(49)는 제2 열교환기(120)의 제1 유로(124)의 접속 단부(124a, 124b)에 대하여 착탈 가능하게 접속 가능한 접속 단부(49a)를 갖고 있다.
작동 매체 유로(48) 및 분기 유로(49)의 제1 유로(24, 124)에 대한 접속은 도 1의 제3 유로(30, 130)가 분리된 상태에서 행하여진다.
펌프(42)는 액상의 작동 매체를 소정의 압력까지 가압하여 제1 열교환기(20) 및 제2 열교환기(120)로 송출한다. 펌프(42)로서는, 임펠러를 로터로서 구비하는 원심 펌프나, 로터가 한 쌍의 기어를 포함하는 기어 펌프 등이 사용된다.
팽창기(44)는 작동 매체 유로(48)에 있어서 제1 열교환기(20) 및 제2 열교환기(120)보다도 하류에 위치한다. 팽창기(44)로서 용적식 스크루 팽창기가 사용되고 있다. 이 팽창기(44)는 내부에 로터실이 형성된 케이싱과, 로터실 내에 회전 가능하게 지지된 자웅 한 쌍의 스크류 로터를 갖고 있다. 로터실에 유입된 기상(氣相)의 작동 매체가 팽창됨으로써 상기 스크류 로터가 회전된다. 또한, 팽창기(44)로서는 스크루 팽창기에 한하지 않고, 원심식인 것이나 스크롤 타입인 것이 사용되어도 된다.
동력 회수부(45)는 팽창기(44)에 접속되어 있다. 본 실시 형태에서는, 동력 회수부(45)로서 발전기가 사용되고 있다. 이 동력 회수부(45)는 팽창기(44)의 한 쌍의 스크류 로터 중 한쪽에 접속된 회전축을 갖고 있다. 동력 회수부(45)는 상기 회전축이 상기 스크류 로터의 회전에 따라 회전함으로써 전력을 발생시킨다.
응축기(46)는 작동 매체 유로(48) 중 팽창기(44)의 하류측의 부위(작동 매체 유로(48)에 있어서의 팽창기(44)와 펌프(42) 사이의 부위)에 설치되어 있다. 응축기(46)는 작동 매체를 냉각 유체(냉각수 등)로 냉각함으로써 응축(액화)시킨다. 본 실시 형태에서는, 응축기(46)에 있어서 작동 매체와 열교환하는 유체로서 제1 열교환기(20) 및 제2 열교환기(120)에서 사용되는 냉각 유체가 사용된다. 응축기(46)와 제1 열교환기(20) 및 제2 열교환기(120)의 사이에서 냉각 유체를 공유함으로써, 압축 장치를 소형화할 수 있다.
이상에서 설명한 열 에너지 회수 유닛(40)이 구동될 때에는, 증발기로서 기능하는 제1 열교환기(20) 및 제2 열교환기(120)에서 작동 매체가 압축 가스의 열을 회수하여 증발하고, 팽창기(44)에 유입되어 팽창함으로써, 팽창기(44) 및 동력 회수부(45)가 구동된다. 팽창기(44)로부터 토출된 작동 매체는 응축기(46)에서 응축되고, 응축된 액상의 작동 매체는 펌프(42)에 의해 다시 제1 열교환기(20) 및 제2 열교환기(120)에 송출된다. 이와 같이, 작동 매체가 작동 매체 유로(48) 내를 순환함으로써, 동력 회수부(45)에서 전력이 생성된다.
제1 열교환기(20)에서는, 제1 유로(24)에 작동 매체 유로(48)가 접속되는 경우, 냉각 유로(50)의 접속 단부(50a)가 제2 유로(26)의 접속 단부(26a, 26b)에 접속된다. 제2 열교환기(120)에 있어서도, 제1 유로(124)에 작동 매체 유로(48)의 분기 유로(49)가 접속되는 경우, 냉각 유로(50)의 분기 유로(51)의 접속 단부(51a)는, 제2 열교환기(120)의 제2 유로(126)의 접속 단부(126a, 126b)에 접속된다. 이하의 설명에서는, 제3 유로(30, 130)가 분리된 상태에 있어서, 작동 매체 유로(48) 및 그 분기 유로(49)에 제1 유로(24, 124)가 접속되고, 또한, 냉각 유로(50) 및 그 분기 유로(51)에 제2 유로(26, 126)가 접속되는 압축 장치의 형태를 「제2 형태」라고 부른다.
계속해서, 압축 장치가 제1 형태로부터 제2 형태로 전환할 때의 흐름에 대하여 설명한다. 먼저, 도 2에 도시하는 팽창기(44), 응축기(46) 및 펌프(42)가 작동 매체 유로(48)에 접속되고, 팽창기(44)에 동력 회수부(45)가 접속된다(준비 공정). 이하, 제1 및 제2 열교환기(20, 120)에 접속되기 전의 팽창기(44), 동력 회수부(45), 응축기(46), 펌프(42) 및 작동 매체 유로(48)를 합하여 「조립체」라고 한다. 조립체가 준비되면, 도 1에 도시하는 제1 열교환기(20)로부터 냉각 유로(50)가 분리됨과 함께, 제2 열교환기(120)로부터 분기 유로(51)가 분리된다. 그리고, 제1 열교환기(20)의 제3 유로(30) 및 제2 열교환기(120)의 제3 유로(130)가 분리된다(분리 공정). 제1 열교환기(20)에서는 제3 유로(30)가 하우징(29)의 외부에 위치하기 때문에, 분리가 용이하게 행해진다. 제2 열교환기(120)에 있어서도 마찬가지이다.
제1 열교환기(20)의 제1 유로(24) 내부 및 제2 열교환기(120)의 제1 유로(124) 내부에 건조한 온풍을 불어 넣음으로써, 각 제1 유로(24, 124) 내를 건조시키고, 냉각 유체가 제거된다(제거 공정).
이어서, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 열교환기(20)의 제1 유로(24)의 접속 단부(24a, 24b)에 작동 매체 유로(48)의 접속 단부(48a)를 접속함과 함께, 제2 열교환기(120)의 제1 유로(124)의 접속 단부(124a, 124b)에 분기 유로(49)의 접속 단부(49a)를 접속한다. 또한, 제1 열교환기(20)의 제2 유로(26)의 접속 단부(26a, 26b)에 냉각 유로(50)의 접속 단부(50a)를 접속함과 함께, 제2 열교환기(120)의 제2 유로(126)의 접속 단부(126a, 126b)에 분기 유로(51)의 접속 단부(51a)를 접속한다(접속 공정).
이상의 흐름에 의해, 본체부에 대한 열 에너지 회수 유닛(40)의 설치가 완료되고, 압축 장치의 형태가 제1 형태로부터 제2 형태가 된다. 제2 형태에서는, 각 가스 유로(22, 122)를 통과하는 압축 가스는, 제1 유로(24, 124)를 흐르는 작동 매체에 의해 냉각된 후, 제2 유로(26, 126)를 흐르는 냉각 유체에 의해 냉각된다. 따라서, 제2 형태에서는, 작동 매체 및 냉각 유체에 의해 압축 가스를 효과적으로 냉각할 수 있고, 또한, 작동 매체를 통하여 압축 가스가 갖는 열 에너지를 동력 회수부(45)에 있어서 유효하게 회수할 수 있다. 또한, 냉각 유체는 압축 가스의 냉각 전에 응축기(46)에서 작동 매체의 응축에 이용되는 점에서, 작동 매체를 충분히 냉각할 수 있어, 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 압축 장치에서는, 제3 유로(30, 130)를 분리함으로써, 본체부에 열 에너지 회수 유닛(40)을 용이하게 설치할 수 있다. 특히, 하나의 수용부 내에 본체부가 수용되는 경우에도, 열 에너지 회수 유닛(40)의 설치 작업이 번잡해지는 것이 방지된다. 또한, 압축 장치에서는, 제1 열교환기(20) 및 제2 열교환기(120)에 있어서 냉각 유체가 흐르는 유로의 일부를 작동 매체의 유로에 이용하는 점에서, 작동 매체와 압축 가스와의 열교환을 위하여 제1 열교환기(20) 및 제2 열교환기(120)와는 별도로 새로운 열교환기를 설치할 필요가 없어, 압축 가스가 흐르는 유로 상에 있어서의 유로 저항의 증대를 방지할 수 있다. 압축 장치의 제조 비용도 억제할 수 있다.
제1 열교환기(20)에서는, 압축 가스가 흐르는 가스 유로(22)가 제1 열교환기(20)의 하우징(29)의 내부 공간인 점에서, 압축 가스에 발생하는 유로 저항을 보다 저감시킬 수 있다. 제2 열교환기(120)에 있어서도 마찬가지이다.
또한, 본 실시 형태에서는, 각 제3 유로(30, 130)를 분리한 후, 작동 매체 유로(48) 및 분기 유로(49)를 접속하기 전에 각 제1 유로(24, 124) 내를 건조시킨다. 따라서, 제1 형태에 있어서 제1 유로(24, 124)를 흐르고 있던 냉각 유체와 제2 형태에 있어서 제1 유로(24, 124)를 흐르는 작동 매체와의 혼합이 억제된다. 또한, 냉각 유체를 제거할 수 있다면, 반드시 건조시킬 필요는 없고, 예를 들어 제1 유로(24, 124)에 작동 매체나 팽창기(44) 내의 기기 윤활에 이용하는 윤활유 등의 유체를 유입하여, 냉각 유체가 흘러가게 되어도 된다.
상기 실시 형태에서는, 작동 매체 유로(48)는 제2 유로(26)보다도 압축 가스의 흐름 방향에 있어서의 상류측에 배치된 제1 열교환기(20)의 제1 유로(24)에 대하여 착탈 가능하게 접속 가능하게 되어 있다. 마찬가지로, 분기 유로(49)는 제2 열교환기(120)의 제1 유로(124)에 대하여 착탈 가능하게 접속 가능하게 되어 있다. 따라서, 제2 형태에서는, 제2 유로(26, 126)를 흐르는 냉각 유체로 압축 가스가 냉각되기 전에 당해 압축 가스가 갖는 열 에너지가 작동 매체에 의해 유효하게 회수되므로, 작동 매체가 압축 가스로부터 보다 많은 에너지를 회수하는 것이 가능하게 된다.
상기 실시 형태에서는, 제1 유로(24, 124)의 외면 및 제2 유로(26, 126)의 외면에는, 복수의 핀(25, 27, 125, 127)이 형성되어 있다. 따라서, 압축 가스와 제1 유로(24, 124)와의 접촉 면적 및 압축 가스와 제2 유로(26, 126)와의 접촉 면적이 각각 커지므로, 열교환의 효율이 향상된다.
제1 실시 형태에서는, 조립체의 준비 공정이 제3 유로(30, 130)의 분리 공정 및 냉각 유체의 제거 공정 후에 행해져도 되고, 병행하여 행하여져도 된다.
(제2 실시 형태)
본 발명의 제2 실시 형태의 압축 장치에 대해서, 도 3을 참조하면서 설명한다. 또한, 제2 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 상이한 부분에 대해서만 설명을 하고, 제1 실시 형태와 동일한 구조, 작용 및 효과의 설명은 생략한다.
본 실시 형태에서는, 제1 열교환기(20)는 제3 유로(30)가 아닌 폐색 부재(32)를 구비하고 있다. 또한, 제1 열교환기(20)가 가스 유로(22), 제1 유로(24) 및 제2 유로(26)를 구비하고 있는 것은, 제1 실시 형태와 같다. 제2 열교환기(120)는 제1 열교환기(20)와 마찬가지로, 가스 유로(122), 제1 유로(124), 제2 유로(126) 및 폐색 부재(132)를 구비하고 있다.
제1 열교환기(20)에서는, 제1 유로(24)의 양단의 접속 단부(24a, 24b)에 폐색 부재(32)가 착탈 가능하게 접속되고, 제1 유로(24)가 폐색된다. 마찬가지로, 제2 열교환기(120)에 있어서도, 제1 유로(124)의 양단의 접속 단부(124a, 124b)에 폐색 부재(132)가 착탈 가능하게 접속되고, 제1 유로(124)가 폐색된다. 이하, 제1 유로(24, 124)에 폐색 부재(32, 132)가 설치되는 압축 장치의 형태를 「제3 형태」라고 한다.
이어서, 압축 장치의 본체부와 열 에너지 회수 유닛(40)과의 조립의 흐름에 대하여 설명한다. 먼저, 공장 등의 조립 시설 내에서 본체부인 제1 압축기(10), 제1 열교환기(20), 제2 압축기(110) 및 제2 열교환기(120)가 조립되고, 제1 열교환기(20) 및 제2 열교환기(120)의 제1 유로(24, 124)에 폐색 부재(32, 132)가 설치되어 상술한 제3 형태로 된다(제2 준비 공정). 또한, 도 2와 마찬가지로, 팽창기(44), 응축기(46), 펌프(42), 작동 매체 유로(48) 및 동력 회수부(45)의 조립체가 준비된다(제1 준비 공정). 제1 준비 공정 및 제2 준비 공정은 동시에 행하여져도 되고, 한쪽이 다른 쪽보다 선행되고 있어도 된다. 또한, 반드시 제1 준비 공정과 제2 준비 공정이 동일한 조립 시설 내에서 행하여질 필요는 없다.
제1 준비 공정과 제2 준비 공정이 완료되면, 본체부 및 조립체가 압축 장치의 설치 장소에 반송된다.
설치 장소에서, 도 3에 도시하는 본체부의 제1 열교환기(20)로부터 폐색 부재(32)가 분리됨과 함께, 제2 열교환기(120)로부터 폐색 부재(132)가 분리된다(분리 공정). 그리고, 도 2와 마찬가지로, 제1 열교환기(20)의 제1 유로(24)의 양단의 접속 단부(24a, 24b)에 작동 매체 유로(48)의 접속 단부(48a)가 접속된다. 제2 열교환기(120)의 제1 유로(124)의 양단의 접속 단부(124a, 124b)에 작동 매체 유로(48)의 분기 유로(49)의 접속 단부(49a)가 접속된다. 또한, 제1 열교환기(20)의 제2 유로(26)의 양단의 접속 단부(26a, 26b)에는, 냉각 유로(50)의 접속 단부(50a)가 접속되고, 제2 열교환기(120)의 제2 유로(126)의 양단의 접속 단부(126a, 126b)에는, 냉각 유로(50)의 분기 유로(51)의 접속 단부(51a)가 접속된다(접속 공정). 또한, 응축기(46)도 냉각 유로(50)에 접속된다.
이상의 흐름에 의해, 압축 장치의 조립이 완료된다.
제2 실시 형태에서는, 제1 열교환기(20) 및 제2 열교환기(120)로부터 폐색 부재(32, 132)를 분리함으로써 본체부에 열 에너지 회수 유닛(40)을 용이하게 설치할 수 있다. 열 에너지 회수 유닛(40) 및 본체부가 조립 시설에 조립된 후, 설치 장소에서 일체로 되는 점에서, 이들의 부재가 일체로 된 상태에서 설치 장소으로 반송되는 경우에 비하여 반송 작업의 부하나 반송 비용을 저감하는 것이 가능하게 된다. 압축 장치의 조립 자유도도 향상된다.
제1 실시 형태와 마찬가지로, 작동 매체와 압축 가스와의 열교환을 위한 전용 열교환기를 설치하는 경우에 비하여, 압축 가스가 흐르는 유로 상에 있어서의 유로 저항의 증대를 방지할 수 있다.
제1 유로(24, 124)가 작동 매체 유로(48)에 접속되기 전의 상태에 있어서, 폐색 부재(32, 132)가 제1 유로(24, 124)에 접속됨으로써, 제1 유로(24, 124)가 깨끗한 상태로 유지된다.
또한, 금회 개시된 실시 형태는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시 형태의 설명이 아닌 특허 청구 범위에 의해 나타나고, 또한 특허 청구 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.
예를 들어, 상기 실시 형태의 열 에너지 회수 유닛(40)에서는, 제1 열교환기(20) 또는 제2 열교환기(120)의 한쪽만을 압축 가스로부터의 열을 회수하는 증발기로서 이용해도 된다. 열 에너지 회수 유닛(40)을 사용하여 압축 가스로부터 열을 회수하는 방법은, 단단식 압축 장치에 적용되어도 되고, 3 이상의 압축기를 갖는 압축 장치에 적용되어도 된다.
제1 실시 형태에서는, 제3 유로(30, 130)가 각각 제1 열교환기(20) 및 제2 열교환기(120)의 내부에 배치되어도 된다.
상기 실시 형태에서는, 팽창기(44)가 커플링을 개재하여 제1 압축기(10)나 제2 압축기(110)에 직접 접속되어도 된다. 즉, 제1 압축기(10) 또는 제2 압축기(110)가 동력 회수부(45)로 되어도 된다. 상기 실시 형태에서는, 냉각 유체가 압축 가스의 열을 회수한 후에 응축기(46)에 유입해도 된다. 응축기(46)에서는, 제1 및 제2 열교환기(20, 120)와는 상이한 경로를 흐르는 냉각 유체가 이용되어도 된다. 제1 열교환기(20) 및 제2 열교환기(120)에 있어서도, 서로 상이한 경로를 흐르는 냉각 유체가 이용되어도 된다.

Claims (11)

  1. 가스를 압축하는 압축기와,
    상기 압축기로부터 토출된 압축 가스의 열을 회수하는 열교환기를 구비하고,
    상기 열교환기가,
    압축 가스가 통과하는 가스 유로와,
    양단에 접속 단부를 갖는 제1 유로와,
    양단에 접속 단부를 갖는 제2 유로와,
    상기 제1 유로의 한쪽의 접속 단부 및 상기 제2 유로의 한쪽의 접속 단부에 대하여 착탈 가능하게 접속 가능하고, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로를 연통시키는 형상을 갖는 제3 유로를 구비하고,
    냉각 유체가 흐르는 냉각 유로에 상기 제1 유로, 상기 제2 유로 및 상기 제3 유로가 접속되는 제1 형태와,
    상기 제3 유로가 분리된 상태에 있어서, 압축 가스의 열을 회수하여 팽창기를 구동하는 작동 매체가 흐르는 작동 매체 유로에 상기 제1 유로가 접속되고, 또한, 상기 냉각 유로에 상기 제2 유로가 접속되는 제2 형태와의 사이를 전환 가능한, 압축 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 유로가, 상기 가스 유로, 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로를 수용 하는 상기 열교환기의 하우징의 외부에 위치하는, 압축 장치.
  3. 가스를 압축하는 압축기와,
    상기 압축기로부터 토출된 압축 가스의 열을 회수하는 열교환기를 구비하고,
    상기 열교환기가,
    압축 가스가 통과하는 가스 유로와,
    양단에 접속 단부를 갖고, 압축 가스의 열을 회수하여 팽창기를 구동하는 작동 매체가 흐르는 작동 매체 유로에 접속 가능한 제1 유로와,
    냉각 유체가 흐르는 냉각 유로에 접속되는 제2 유로와,
    상기 제1 유로가 상기 작동 매체 유로에 접속되기 전의 상태에 있어서, 상기 제1 유로의 양단의 접속 단부에 대하여 착탈 가능하게 접속되고, 상기 제1 유로를 폐색하는 폐색 부재를 구비하는, 압축 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 매체 유로와, 상기 팽창기와, 상기 팽창기에 접속된 동력 회수부와, 상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 작동 매체를 상기 열교환기로 보내는 펌프를 구비하고, 상기 펌프, 상기 열교환기, 상기 팽창기 및 상기 응축기가 상기 작동 매체 유로에 접속되는 열 에너지 회수 유닛을 더 구비하는, 압축 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유로는, 상기 열교환기 내에서 상기 제2 유로보다도 상류측에 배치되어 있는, 압축 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 유로가 상기 열교환기의 하우징의 내부 공간이고,
    상기 제1 유로 및 상기 제2 유로가, 상기 내부 공간에서 사행하면서 연장되는 튜브인, 압축 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 유로의 외면 및 상기 제2 유로의 외면에는, 복수의 핀이 형성되어 있는, 압축 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 기재된 압축 장치의 형태 전환 방법이며,
    상기 제1 형태로부터 상기 제2 형태로 전환할 때,
    상기 팽창기와, 상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 작동 매체를 상기 열교환기로 보내는 펌프와, 상기 펌프, 상기 팽창기 및 상기 응축기가 접속되는 상기 작동 매체 유로를 갖는 조립체를 준비하는 준비 공정과,
    상기 제1 유로 및 상기 제2 유로로부터 상기 제3 유로를 분리하는 분리 공정과,
    상기 작동 매체 유로의 양단의 접속 단부를 상기 제1 유로의 양단의 접속 단부에 각각 접속하고, 또한, 상기 냉각 유로의 양단의 접속 단부를 상기 제2 유로의 양단의 접속 단부에 각각 접속하는 접속 공정을 구비하는, 전환 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 분리 공정과 상기 접속 공정과의 사이에 상기 제1 유로 내를 흐르고 있던 냉각 유체를 제거하는 제거 공정을 더 구비하는, 전환 방법.
  10. 제3항에 기재된 압축 장치의 조립 방법이며,
    상기 팽창기와, 상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 작동 매체를 상기 열교환기로 보내는 펌프와, 상기 펌프, 상기 팽창기 및 상기 응축기가 접속되는 상기 작동 매체 유로를 갖는 조립체를 준비하는 제1 준비 공정과,
    상기 제1 유로로부터 상기 폐색 부재를 분리하는 분리 공정과,
    상기 작동 매체 유로의 양단의 접속 단부를 상기 제1 유로의 양단의 접속 단부에 각각 접속하고, 또한, 상기 냉각 유로의 양단의 접속 단부를 상기 제2 유로의 양단의 접속 단부에 각각 접속하는 접속 공정을 구비하는, 조립 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 압축기와 상기 열교환기를 조립하고, 상기 폐색 부재에 의해 상기 열교환기의 상기 제1 유로를 폐색하는 제2 준비 공정을 더 구비하고,
    상기 제1 준비 공정 및 상기 제2 준비 공정을 조립 시설에서 행하고, 상기 분리 공정 및 상기 접속 공정을 상기 압축 장치의 설치 장소에서 행하는, 조립 방법.
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