KR102617229B1 - 유체 순환 시스템 및 이를 동작하기 위한 방법, 컴퓨터 판독 가능 매체, 및 제어기 - Google Patents

유체 순환 시스템 및 이를 동작하기 위한 방법, 컴퓨터 판독 가능 매체, 및 제어기 Download PDF

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에머슨 클라이미트 테크놀로지스 (쑤저우) 코., 엘티디.
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Abstract

유체 순환 시스템 및 그 동작 방법, 컴퓨터 판독 가능 매체, 및 제어기가 제공된다. 유체 순환 시스템은 와동 팽창 기계(1), 및 외부 유체 순환 경로(11)를 포함하고, 외부 유체 순환 경로는 유체를 와동 팽창 기계에 공급하기 위한 고압 유체 파이프(171), 및 유체를 와동 팽창 기계로부터 전달하기 위한 저압 유체 파이프(181)를 포함한다. 동작 방법은 이하의 단계, 즉 유체가 와동 팽창 기계에 공급되기 전에, 단계 미리결정된 압력차에 도달할 수 있도록 고압 유체 파이프 내의 유체 압력을 저압 유체 파이프 내의 유체 압력보다 높게 하는 단계를 포함하는 압력차를 구축하는 단계, 및 압력차를 구축하는 단계에 의해 미리결정된 압력차가 실현된 후에, 와동 팽창 기계를 시작하고, 유체를 와동 팽창 기계에 공급하는 단계를 포함하는 와동 팽창 기계를 시작하는 단계를 포함한다. 본 개시내용의 유체 순환 시스템 및 그 동작 방법, 컴퓨터 판독 가능 매체 및 제어기에 따르면, 정상적으로 시작 및 작동할 수 없는 와동 팽창 기계의 기술적 문제가 방지될 수 있으며, 본 발명은 단순하고, 실용적이며, 편리하고, 용이하게 구현된다.

Description

유체 순환 시스템 및 이를 동작하기 위한 방법, 컴퓨터 판독 가능 매체, 및 제어기
본원은 발명의 명칭을 "유체 순환 시스템 및 이를 동작하기 위한 방법, 컴퓨터 판독 가능 매체, 및 제어기(FLUID CIRCULATION SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING SAME, COMPUTER-READABLE MEDIUM, AND CONTROLLER)"로 하여 2019년 7월 19일자로 중국 특허청에 출원되었으며 전체가 본원에서 참조로 포함되는 중국 특허출원 번호 201910654955.1에 대한 우선권을 주장한다.
본 개시내용은 유체 순환 시스템의 기술 분야에 관한 것으로서, 특히 스크롤 팽창기를 포함하는 유체 순환 시스템, 이의 동작 방법, 및 이러한 동작 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 판독 가능 매체 및 제어기에 관한 것이다.
본 섹션은 본 개시내용에 관한 배경기술을 제공하며, 이는 반드시 종래 기술은 구성하지 않을 수 있다.
일부 유체 순환 시스템은 일반적으로 팽창기 및 외부 유체 순환 경로를 포함하고, 팽창기는 기계적 또는 전기적 일을 출력하기 위해 고압 유체를 저압 유체로 팽창시키는 장치이다. 공통 팽창기는 스크롤 팽창기이다. 스크롤 팽창기의 팽창 기구는 선회 스크롤 및 비선회 스크롤을 포함한다. 선회 스크롤 및 비선회 스크롤이 서로 결합되어 선회 스크롤 랩과 비선회 스크롤 랩 사이에 일련의 팽창 공동을 형성하고, 일련의 팽창 공동은 팽창 기구의 중심으로부터 반경방향 외측으로 체적을 점진적으로 증가시킨다. 그 결과, 팽창 기구의 중심에서 흡입 포트로부터 팽창 기구로 진입하는 고압 유체는 일련의 팽창 공동을 통과한 후에 저압 유체가 되고 배출 포트를 통해서 팽창 기구의 외부로 방출된다. 유체 팽창의 프로세스에서, 구동 토크가 발생되고, 이는 샤프트를 회전 구동시켜 기계적 일 또는 전기적 일을 출력할 수 있다.
예로서 저압측 스크롤 팽창기(팽창 기구가 배출 압력을 가지는 저압 구역 내에 위치됨)를 고려할 때, 일반적으로, 배압 공동은 비선회 스크롤 단부 판의 후방측에 제공되고, 배압 공동은 비선회 스크롤 단부 판 상에 제공된 홈 및 부유 밀봉 링으로 구성된다. 부유 밀봉 링은 스크롤 팽창기의 정상 시동 및 정상 동작을 보장하기 위해 밀봉 역할을 하는 신뢰할 수 있는 부유를 필요로 한다. 그러나, 종래 기술의 유체 순환 시스템의 동작 방법에 따르면, 스크롤 팽창기를 시작하기 전에, 흡입 압력과 방출 압력 사이의 차이가 너무 작은 경우, 부유 밀봉 링이 정상적으로 부유하지 않을 수 있다. 그 결과, 스크롤 팽창기 내에서 정상 압력차가 구축될 수 없고, 스크롤 팽창기는 정상적으로 시작 및 작동할 수 없으며, 이는 유체 순환 시스템이 정상적으로 동작할 수 없게 한다.
따라서, 종래 기술의 이러한 기술적 문제점을 극복하거나 완화하기 위해 유체 순환 시스템의 개선된 동작 방법을 제공할 필요가 있다.
본 섹션에는 본 개시내용의 전체 범위 또는 본 개시내용의 모든 특징의 포괄적인 개시내용이 아니라, 본 개시내용의 일반적인 요약이 제공된다.
본 개시내용의 일 목적은 전술된 하나 이상의 기술적 문제점의 견지에서 향상을 제공하는 것이다.
본 개시내용의 일 양태에 따르면, 유체 순환 시스템의 동작 방법이 제공된다.
유체 순환 시스템은
스크롤 팽창기; 및
스크롤 팽창기에 유체를 공급하기 위한 고압 유체 파이프 및 스크롤 팽창기로부터 유체를 반송하기 위한 저압 유체 파이프를 포함하는 외부 유체 순환 경로를 포함하고,
동작 방법은,
압력차를 구축하는 단계-스크롤 팽창기에 유체를 공급하기 전에, 고압 유체 파이프 내의 유체 압력은 저압 유체 파이프 내의 유체 압력보다 미리결정된 압력차 만큼 더 높아짐; 및
스크롤 팽창기를 시작하는 단계-압력차를 구축하는 단계를 통해서 미리결정된 압력차에 도달한 후, 스크롤 팽창기가 작동되고 유체가 스크롤 팽창기에 공급됨-을 포함한다.
본 개시내용의 바람직한 실시예에 따르면, 미리결정된 압력차는 고압 유체 파이프 내의 유체 압력이 저압 유체 파이프 내의 유체 압력의 적어도 1.5배가 되게 한다.
전술한 바람직한 미리결정된 압력차에 도달하도록 고압 유체 파이프 내의 유체 압력 및 저압 유체 파이프 내의 유체 압력을 미리-조정함으로써, 즉 고압 유체 파이프 내의 유체 압력이 저압 유체 파이프 내의 유체 압력의 적어도 1.5배가 되게 하고, 스크롤 팽창기의 하우징 내의 가능한 압력 분포는, 스크롤 팽창기가 시작될 때 부유 밀봉 링이 받는 힘의 균형을 유지하기 위해, 스크롤 팽창기에 유체를 공급하기 전에 적절한 범위 이내가 되도록 예측적으로 조정될 수 있다. 따라서, 스크롤 팽창기를 시작하기 전에, 부유 밀봉 링의 불균형한 힘의 문제가 방지될 수 있고, 유체 순환 시스템 및 유체 순환 시스템 내의 스크롤 팽창기가 기본적으로 정상적으로 시작 및 작동하도록 보장될 수 있다.
본 개시내용의 바람직한 실시예에 따르면, 유체 순환 시스템은 바이패스 루프를 형성하기 위해 고압 유체 파이프 및 저압 유체 파이프와 연통되는 바이패스 파이프를 더 포함하고, 압력차를 구축하는 단계는: 스크롤 팽창기에 유체를 공급하기 전에, 고압 유체 파이프와 저압 유체 파이프 사이에 유체 압력차가 구축되도록 바이패스 파이프 내의 유체를 스로틀링하는 단계를 포함한다.
본 개시내용의 바람직한 실시예에 따르면, 바이패스 밸브가 바이패스 파이프 상에 제공되고, 압력차를 구축하는 단계 동안 바이패스 밸브는 미리결정된 개방도로 개방되며, 미리결정된 개방도는 고압 유체 파이프와 저압 유체 파이프 사이에 미리결정된 압력차가 도달될 수 있게 하고, 바이패스 밸브의 개방도는 스크롤 팽창기를 시작하는 단계 동안 폐쇄될 때까지 점진적으로 감소된다.
본 개시내용의 바람직한 실시예에 따르면, 유체 순환 시스템은 가압 부분을 포함하고, 가압 부분은 열 교환기를 구비하여, 저압 유체 파이프로부터의 저압 유체를 고압 유체로 변환하고 고압 유체를 고압 유체 파이프에 반송하도록 구성되고, 동작 방법은 바이패스 루프에 의해 수행되는 예열 단계를 더 포함하고, 예열 단계는 열 교환기를 예열하는데 사용되고 압력차를 구축하는 단계 전에 수행된다.
본 개시내용의 바람직한 실시예에 따르면, 압력차를 구축하는 단계 중에, 고압 유체 파이프는 스크롤 팽창기로부터 유체적으로 차단되도록 유지되고, 저압 유체 파이프는 스크롤 팽창기와 유체 연통되도록 유지된다.
본 개시내용의 바람직한 실시예에 따르면, 고압 유체 파이프는 고압 유체 파이프와 스크롤 팽창기 사이의 유체 연통을 제어하기 위한 고압 흡입 밸브를 구비한다. 고압 흡입 밸브는 압력차를 구축하는 단계 동안 폐쇄되어 유지되고, 스크롤 팽창기를 시작하는 단계가 수행될 때 개방된다.
본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 실행될 때 상기 동작 방법의 단계를 구현하는 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체가 제공된다.
본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 전술한 바와 같은 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하는 제어기가 제공된다.
본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 전술한 바와 같은 제어기를 포함하는 유체 순환 시스템이 제공된다.
본 개시내용의 바람직한 실시예에 따르면, 유체 순환 시스템은
스크롤 팽창기; 및
스크롤 팽창기에 유체를 공급하기 위한 고압 유체 파이프 및 스크롤 팽창기로부터 유체를 반송하기 위한 저압 유체 파이프를 포함하는 외부 유체 순환 경로를 포함하고,
유체 순환 시스템은, 스크롤 팽창기에 유체를 공급하기 전에 고압 유체 파이프 내의 유체 압력이 저압 유체 파이프 내의 유체 압력보다 미리결정된 압력차 만큼 더 높도록 제어기에 의해 제어된다.
본 개시내용의 바람직한 실시예에 따르면, 유체 순환 시스템은 바이패스 루프를 형성하기 위해 고압 유체 파이프 및 저압 유체 파이프와 연통하는 바이패스 파이프를 포함하고, 바이패스 파이프 내의 유체는 고압 유체 파이프와 저압 유체 파이프 사이에 유체 압력차를 구축하기 위해 스로틀링되도록 구성된다.
본 개시내용의 바람직한 실시예에 따르면, 바이패스 밸브가 바이패스 파이프 상에 제공되고, 바이패스 밸브는 미리결정된 압력차에 도달하기 위해 미리결정된 개방도로 개방되도록 구성되고, 또한 바이패스 밸브의 개방도는 폐쇄될 때까지 점진적으로 감소되도록 구성된다.
본 개시내용의 바람직한 실시예에 따르면, 스크롤 팽창기는 축방향으로 부유할 수 있는 비선회 스크롤을 포함하고, 비선회 스크롤의 비선회 스크롤 단부 판의 후방측은 부유 밀봉 링에 의해 밀봉되는 배압 공동을 구비한다.
고압 유체 파이프는 고압 유체 파이프와 스크롤 팽창기 사이의 유체 연통을 제어하기 위한 고압 흡입 밸브를 구비한다.
요약하면, 본 개시내용에 따른 유체 순환 시스템, 그 동작 방법, 및 이러한 동작 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 판독 가능 매체 및 제어기는 적어도 이하의 유리한 효과를 갖는다: 본 개시내용에 따른 유체 순환 시스템, 컴퓨터 판독 가능 매체 및 제어기를 채택하고 본 개시내용에 따른 유체 순환 시스템의 동작 방법을 구현함으로써, 유체 순환 시스템 내의 스크롤 팽창기가 정상적으로 시작 및 작동할 수 없는 기술적 문제가 효과적으로 방지되고; 추가로, 본 개시내용에 따른 유체 순환 시스템, 컴퓨터 판독 가능 매체, 제어기 및 유체 순환 시스템의 동작 방법은 단순하고, 실용적이며, 편리하고, 구현이 용이하며, 더 큰 비용 이점을 가지며, 작동 효율을 크게 개선한다.
본 개시내용의 전술한 그리고 추가적인 특징 및 장점이, 단지 예이고 반드시 실제 축척으로 도시된 것이 아닌 첨부 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명으로부터 더 명확해질 것이다. 도면에서 동일한 구성요소를 나타내기 위해 동일한 참조 번호가 사용된다.
도 1은 유체 순환 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2는 도 1의 유체 순환 시스템 내의 스크롤 팽창기의 개략적인 종방향 단면을 도시한다.
도 3은 관련 기술에 따른 유체 순환 시스템의 동작 방법의 흐름도를 도시한다.
도 4는 본 개시내용의 바람직한 실시예에 따른 유체 순환 시스템의 동작 방법의 흐름도를 도시한다.
참조 번호 목록:
유체 순환 시스템(Y); 스크롤 팽창기(1); 외부 유체 순환 경로(11);
하우징(10); 상부 커버(14); 저부 커버(16); 구획 판(15); 흡입 파이프(17);
배출 파이프(18); 주 베어링 하우징(40); 회전 샤프트(30); 고정자(52); 회전자(54);
팽창 기구(EM); 비선회 스크롤(22); 선회 스크롤(24);
비선회 스크롤 단부 판(220);
고압 유체 파이프(171), 저압 유체 파이프(181), 흡입 포트(I),
고압 흡입 밸브(K1), 바이패스 파이프(161), 바이패스 밸브(K2), 배압 공동(C),
부유 밀봉 링(S); 저압 구역(A1); 고압 구역(A2).
이제, 도 1내지 4를 참조하여 본 개시내용의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명할 것이다. 이하의 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것이고, 본 개시내용 및 그 적용 또는 이용을 제한하기 위한 것은 아니다. 각각의 도면에서, 대응하는 요소 또는 부분은 동일한 참조 부호를 사용한다.
이하의 예시적인 실시예에서, 스크롤 팽창기는 수직 저압측 스크롤 팽창기로서 예시적으로 도시되어 있다. 그러나, 본 개시내용에 따른 스크롤 팽창기(이하에서 "팽창기"로도 지칭됨)는 이러한 유형으로 제한되지 않고, 수평 저압측 스크롤 팽창기와 같은 임의의 다른 적합한 유형의 스크롤 팽창기일 수 있다.
본 개시내용에 따른 유체 순환 시스템의 동작 방법의 이해를 용이하게 하기 위해, 예시적인 유체 순환 시스템(Y)의 기본 구조 및 원리가 도 1 및 도 2를 참조하여 이하에 설명될 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 유체 순환 시스템(Y)(예를 들어, 카르노 사이클을 이용하는 유기 랭킨 사이클 시스템)은 스크롤 팽창기(1) 및 외부 유체 순환 경로(11)를 포함한다. 외부 유체 순환 경로(11)는: 스크롤 팽창기(1)로 유체를 공급하기 위한 고압 유체 파이프(171)-고압 흡입 밸브(K1)가 고압 유체 파이프(171) 상에 제공됨-; 스크롤 팽창기(1)로부터 유체를 반송하기 위한 저압 유체 파이프(181); 및 고압 유체 파이프(171) 및 저압 유체 파이프(181)와 유체 연통하는 가압 부분을 포함하고, 가압 부분은 저압 유체 파이프(181)로부터의 저압 유체를 고압 유체로 가압하고 이를 고압 유체 파이프(171) 내로 진입시키도록 구성된다. 본 개시내용의 예시적인 유체 순환 시스템(Y)에서, 도시된 바와 같이 가압 부분은 응축기(기체 저압 유체를 액체 유체로 응축하기에 적합한 열 교환기), 작동 매체 펌프(액체 유체를 증발기로 펌핑하기에 적합함) 및 증발기(액체 유체를 고압 기체 유체로 증발하기에 적합한 열 교환기)를 포함한다. 관련 기술 분야의 일반적인 기술자는 본 개시내용의 유체 순환 시스템 동작 방법의 적용이 이에 제한되는 것은 아니라는 것을 이해하여야 한다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 외부 유체 순환 경로(11)는 고압 유체 파이프(171) 및 저압 유체 파이프(181)에 각각 연통되는 바이패스 파이프(161)를 더 포함하고, 바이패스 밸브(K2)가 바이패스 파이프(161) 상에 제공된다.
일반적으로, 스크롤 팽창기(1)에 유체를 공급하기 전에, 외부 유체 순환 경로(11) 내의 유체가 특정 압력에 도달하도록, 외부 유체 순환 경로(11)를 예열하기 위해 예열 단계가 요구된다. 구체적으로는, 일반적으로 고압 흡입 밸브(K1)는 폐쇄되고 바이패스 밸브(K2)는 개방되어, 고압 유체 파이프(171), 바이패스 파이프(161) 및 저압 유체 파이프(181)는 유체 루프를 형성한다. 가압 부분(증발기, 응축기 및 작동 매체 펌프 등)이 시작된 후에, 유체는 고압 유체 파이프(171), 바이패스 파이프(161) 및 저압 유체 파이프(181)를 따라 순환하고, 연속적으로 가압된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 스크롤 팽창기(1)는 실질적으로 원통형인 하우징(10), 하우징(10)의 일 단부에 제공된 상부 커버(14), 및 하우징(10)의 다른 단부에 제공된 저부 커버(16)를 포함한다. 하우징(10), 상부 커버(14) 및 저부 커버(16)는 폐쇄된 공간을 갖는 스크롤 팽창기(1)의 하우징을 구성한다.
스크롤 팽창기(1)는 팽창기의 내부 공간을 고압 구역(A2)(고압 공간으로도 지칭됨) 및 저압 구역(A1)(저압 공간으로도 지칭됨)으로 분리하기 위해 상부 커버(14)와 하우징(10) 사이에 제공된 구획 판(15)을 더 포함한다. 고압 구역(A2)은 구획 판(15)과 상부 커버(14) 사이에 형성되고, 저압 구역(A1)은 구획 판(15), 하우징(10) 및 저부 커버(16) 사이에 형성된다. 고압 유체(작동 유체으로도 지칭됨)를 도입하기 위한 흡입 파이프(17)가 고압 구역에 제공되고, 팽창된 저압 유체를 방출하기 위한 배출 파이프(18)가 저압 구역(A1)에 제공된다. 외부 유체 순환 경로(11)의 고압 유체 파이프(171)가 흡입 파이프(17)와 연통되어 고압 유체를 스크롤 팽창기(1)로 공급하고, 저압 유체 파이프(181)는 배출 파이프(18)와 연통되어 팽창된 저압 유체를 수용한다.
스크롤 팽창기(1)는 비선회 스크롤(22) 및 선회 스크롤(24)로 구성된 팽창 기구(EM)를 더 포함한다. 선회 스크롤(24)은 비선회 스크롤(22)에 대해 회전될 수 있다(즉, 선회 스크롤(24)의 중심 축은 비선회 스크롤(22)의 중심 축 주위로 회전하지만, 선회 스크롤(24) 자체는 그 중심 축 주위로 회전되지 않는다).
비선회 스크롤(22)은 비선회 스크롤 단부 판(220), 비선회 스크롤 단부 판(220)의 측표면으로부터 연장되는 비선회 스크롤 랩, 및 고압 유체가 팽창 기구(EM)에 진입하는 것을 허용하기 위한 비선회 스크롤 단부 판(220)의 중심에 제공된 흡입 포트(I)를 포함한다. 선회 스크롤(24)은 선회 스크롤 단부 판 및 선회 스크롤 단부 판의 측표면으로부터 연장되는 선회 스크롤 랩을 포함한다. 이하의 다양한 공동이 팽창 기구(EM) 내에 형성된다: 팽창 기구(EM)의 배출 포트와 유체 연통되는 배출 공동, 및 비선회 스크롤 랩 및 선회 스크롤 랩의 결합에 의해 형성되는, 흡입 포트(I)와 유체 연통되는 흡입 공동, 및 작동 유체의 체적 팽창을 위한 일련의 폐쇄된 팽창 공동. 구체적으로, 일련의 팽창 공동에서, 반경방향 최내측 팽창 공동은 흡입 포트(I)에 인접하고 도입된 고압 유체와 실질적으로 동일한 흡입 압력을 가지며, 그에 따라 이러한 최내측 공동은 고압 공동으로서 지칭되고, 반경방향 최외측 팽창 공동은 팽창 기구(EM)로부터 방출되는 저압 유체와 실질적으로 동일한 배출 압력을 가지며, 그에 따라 이러한 최외측 공동은 저압 공동으로서 지칭된다. 고압 공동과 저압 공동 사이의 팽창 공동은 흡입 압력보다 낮고 배출 압력보다 높은 중간 압력을 가지며, 따라서 이러한 중간 공동은 중간 압력 공동으로 지칭된다. 배압 공동(C)이 비선회 스크롤 단부 판(220)의 다른 측면 상에 제공되고, 배압 공동(C)은 부유 밀봉 링(S)에 의해 밀봉되고 중간 압력 공동과 유체 연통된다.
고압 유체 파이프(171)로부터의 고압 유체가 흡입 파이프(17)를 통해서 스크롤 팽창기(1) 내의 고압 구역(A2)으로 진입하고, 흡입 포트(I)를 통해서 팽창 기구(EM)로 진입한다. 팽창 기구(EM)에 진입하는 고압 유체는 체적이 점진적으로 증가하는 일련의 팽창 공동을 통해서 유동하여 팽창되고 저압 유체가 된다. 저압 유체는 팽창 기구(EM) 외측의 저압 구역(A1)으로 방출된 후, 스크롤 팽창기(1)와 연통되는 배출 파이프(18)를 통해서 저압 유체 파이프(181)로 방출된다.
스크롤 팽창기(1)는 회전 샤프트(30)(출력 샤프트로도 지칭될 수 있음)를 더 포함한다. 회전 샤프트(30)는 주 베어링 하우징(40) 내에 제공된 주 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된다. 회전 샤프트(30)의 일 단부가 선회 스크롤(24)의 허브에 커플링되어 회전 구동된다. 스크롤 팽창기(1)가 작동될 때, 구동 토크가 팽창 기구(EM)에 의해 수행되는 유체 팽창 프로세스 중에 발생되고, 이는 회전 샤프트(30)를 회전 구동시켜 기계적 또는 전기적 일을 출력한다.
스크롤 팽창기(1)는 고정자(52) 및 회전자(54)로 구성된 발전기를 더 포함할 수 있다. 고정자(52)는 하우징(10)에 고정된다. 회전자(54)는 고정자(52)와 회전 샤프트(30) 사이에 제공된다. 회전자(54)는 스크롤 팽창기(1)가 동작할 때 회전 샤프트(30)와 함께 회전하도록 회전 샤프트(30)의 외주 표면에 고정되어, 발전기가 전기를 발생시킬 수 있게 한다.
관련 기술 분야의 유체 순환 시스템의 동작 방법에 따르면 그리고 도 3을 참조하면, 방법은: 1) 전술한 바와 같이 예열 단계를 수행하는 단계(작동 유체(작동 매체)가 순환하기 시작하는 한편, 열원이 증발기를 가열하기 시작하고 냉각원이 응축기를 냉각하기 시작하도록 가압 부분에서 작동 매체 펌프를 포함하는 유체 펌프와 바이패스 밸브를 개방하는 단계); 및 2) 외부 유체 순환 경로(11) 내의 유체가 특정 압력에 도달할 때, 스크롤 팽창기(1)를 작동하고, 고압 흡입 밸브(K1)를 개방하여 스크롤 팽창기(1)에 유체를 공급하고, 바이패스 밸브(K2)를 점진적으로 폐쇄하는 단계를 포함하는 것을 알 수 있다.
부유 밀봉 링은, 스크롤 팽창기의 정상 시작 및 정상 동작을 보장하기 위해, 밀봉 역할을 하는 신뢰적인 부유를 필요로 한다. 그러나, 종래 기술의 유체 순환 시스템의 동작 방법에 따르면, 스크롤 팽창기를 시작하기 전에, 흡입 압력과 방출 압력 사이의 차이가 너무 작은 경우, 부유 밀봉 링이 정상적으로 부유하지 않을 수 있다. 그 결과, 스크롤 팽창기는 정상적으로 밀봉될 수 없고, 그에 따라 정상 압력차가 구축될 수 없으며, 스크롤 팽창기는 정상적으로 시작 및 작동할 수 없고, 이는 유체 순환 시스템의 비정상적인 동작을 초래한다.
또한, 고압 흡입 밸브(K1)가 제공되지 않거나 고압 흡입 밸브(K1)가 예열 단계에서 개방되는 다른 관련 기술에 따른 동작 방법에서, 단계는 대략적으로 다음과 같다: 예열 단계; 팽창기를 모터 모드로 동작시키는 단계(즉, 유도 비동기 발전기 모터로 구현된 팽창기를 동작시키기 위해 에너지를 공급하는 단계), 및 바이패스 밸브(K2)를 점진적으로 폐쇄하고 팽창기를 발전기 모드로 동작시키는 단계. 그러나, 다른 관련 기술에 따른 동작 방법에서는, 전술한 것과 유사한 문제(특히, 부유 밀봉 링(S)이 밀봉 및 격리 역할을 할 수 없어서 저압 구역(A1)이 고압 구역(A2)과 직접 연통되는 문제)가 여전히 존재한다.
이러한 기술적 문제에 응답하여, 본 개시내용은 관련 기술의 유체 순환 시스템의 동작 방법을 개선한다. 일반적으로, 본 개시내용은, 스크롤 팽창기에 유체를 공급하기 전 예열 단계 중에 외부 유체 순환 경로의 고압 유체 파이프와 저압 유체 파이프 사이에 미리결정된 압력차를 구축함으로써 전술한 문제를 효율적으로 방지하고, 스크롤 팽창기 및 유체 순환 시스템의 정상적인 시동 및 동작을 실현한다. 구체적으로, 본 개시내용의 바람직한 실시예에 따른 유체 순환 시스템의 동작 방법이 도 4를 참조하여 이하에 상세히 설명된다.
도 4는 본 개시내용의 바람직한 실시예에 따른 유체 순환 시스템의 동작 방법의 흐름도를 도시한다. 도 4에 도시된 유체 순환 시스템의 동작 방법은: 1) 예열 단계-고압 흡입 밸브(K1)가 폐쇄되고 바이패스 밸브(K2)가 개방되어, 고압 유체 파이프(171), 바이패스 파이프(161) 및 저압 유체 파이프(181)가 유체 루프를 형성하고, 가압 부분(증발기, 응축기 및 작동 매체 펌프 등)이 시작된 후, 유체는 고압 유체 파이프(171), 바이패스 파이프(161) 및 저압 유체 파이프(181)를 따라 순환하여 연속적으로 가압됨-; 2) 압력차를 구축하는 단계-바이패스 밸브(K2)를 미리결정된 개방도로 줄여서, 스로틀링에 의해 고압 유체 파이프(171)와 저압 유체 파이프(181) 사이에 압력차를 점진적으로 구축하고, 압력차는 요구되는 미리결정된 압력차로 점진적으로 증가하며, 미리결정된 개방도는 도달될 것으로 예상되는 미리결정된 압력차의 값에 따라 상이할 수 있음-; 및 3) 스크롤 팽창기(1)를 시작하는 단계-미리결정된 압력차가 도달된 후, 스크롤 팽창기(1)가 작동하도록 전력이 공급되고, 고압 흡입 밸브(K1)는 개방되고 바이패스 밸브(K2)는 바이패스 밸브(K2)가 완전히 폐쇄될 때까지 점진적으로 폐쇄되어, 스크롤 팽창기(1)는 정상적으로 시작 및 작동하며, 유체는 유체 순환 시스템(Y) 내에서 순환한 후, 스크롤 팽창기(1)는 기계적 일을 직접 출력하거나 스크롤 팽창기(1)는 기계적 일에 기초하여 전기적 일을 출력하기 위한 발전기로서 사용됨-을 포함한다.
이를 위해, 본 개시내용의 바람직한 실시예에 따라서, 고압 유체 파이프(171)와 저압 유체 파이프(181) 사이의 미리결정된 압력차를 적절한 범위 이내로 설정함으로써, 스크롤 팽창기가 신뢰적으로 시작될 수 있다. 바람직하게는, 미리결정된 압력차는 고압 유체 파이프(171) 내의 유체 압력이 저압 유체 파이프(181) 내의 유체 압력의 적어도 1.5배가 되도록 하는 것이다.
명백하게, 전술한 바와 같이 본 개시내용에 따른 유체 순환 시스템의 동작 방법을 채택함으로써, 스크롤 팽창기가 시작될 때 부유 밀봉 링이 정상적으로 부유되어 밀봉을 실현하는 것이 보장되고, 그에 의해 스크롤 팽창기(1) 및 유체 순환 시스템(Y)의 정상 시작 및 동작을 보장한다.
또한, 비록 저압 유체 파이프(181)가 예열 단계 중에 스크롤 팽창기(1) 내의 저압 구역(A1)으로부터 차단되도록 유지되더라도(예를 들어, 다른 밸브가 이용된다), 스크롤 팽창기(1)로 유체를 공급하는 동안 저압 유체 파이프(181)가 스크롤 팽창기(1) 내의 저압 구역(A1)과 유체 연통될 필요가 있기 때문에, 저압 구역(A1) 내의 압력은 저압 유체 파이프(181) 내의 압력과 신속하게 일치될 수 있고, 그에 따라 스크롤 팽창기(1) 및 유체 순환 시스템(Y)의 정상적인 시동 및 동작을 보장할 수 있다는 것을 주목하여야 한다.
본 개시내용에 따른 유체 순환 시스템의 동작 방법의 예시적인 실시예가 전술된 실시예에서 설명되었지만, 본 개시내용은 이에 제한되지 않는다. 다양한 변형, 치환 및 조합이 본 개시내용의 보호의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 또한, 전술한 바람직한 실시예에서 바이패스 밸브의 개방을 감소시킴으로써 미리 설정된 압력차가 구축되지만, 미리 설정된 압력차는 다른 적절한 스로틀링 방법/장치에 의해 구축될 수도 있다는 것이 이해될 수 있다. 또한, 구체적으로 전술하지는 않았지만, 고압 유체 파이프(171) 및 저압 유체 파이프(181) 내의 유체 압력을 검출하도록 구성된 압력 검출기가 제공될 수 있거나, 고압 유체 파이프(171) 및 저압 유체 파이프(181) 내의 유체 압력이 관련 파라미터를 기초로 추정될 수 있고 획득된 유체 압력 데이터는 스크롤 팽창기의 시작 타이밍을 제어하기 위해 제어기로 전송될 수 있다는 것이 이해될 수 있다. 그 결과, 본 개시내용에 따른 유체 순환 시스템의 동작 방법은 검출 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 개시내용에 따르면, 전술된 유체 순환 시스템 동작 방법과 연계된 컴퓨터 판독 가능 매체, 유체 순환 시스템의 제어기, 및 유체 순환 시스템이 추가로 제공된다.
상이한 실시예 및 다양한 기술적 특징 및 단계들을 상이한 방식으로 조합 또는 변형함으로써, 다양한 다른 실시예가 추가로 설계될 수 있다는 것이 이해될 수 있다.
본 개시내용의 바람직한 실시예에 따른 유체 순환 시스템의 동작 방법은 특정 실시예와 함께 전술되었다. 상기 설명은 제한적인 것이 아니라 단지 예시적인 것이고, 관련 기술 분야의 일반적인 기술자는 설명을 참조하여 본 개시내용의 범주로부터 벗어나지 않고 다양한 변형 및 수정을 고려할 수 있다는 것이 이해될 수 있다. 이러한 변형 및 수정은 여전히 본 개시내용의 보호 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 유체 순환 시스템(Y)의 동작 방법이며,
    유체 순환 시스템은
    스크롤 팽창기(1), 및
    스크롤 팽창기에 유체를 공급하기 위한 고압 유체 파이프(171) 및 스크롤 팽창기로부터 유체를 반송하기 위한 저압 유체 파이프(181)를 포함하는 외부 유체 순환 경로(11)를 포함하고,
    동작 방법은
    압력차를 구축하는 단계-스크롤 팽창기에 유체를 공급하기 전에, 고압 유체 파이프 내의 유체 압력은 저압 유체 파이프 내의 유체 압력보다 미리결정된 압력차 만큼 더 높아짐; 및
    스크롤 팽창기를 시작하는 단계-압력차를 구축하는 단계를 통해서 미리결정된 압력차에 도달한 후, 스크롤 팽창기를 작동하고 스크롤 팽창기에 유체를 공급함-을 포함하는, 유체 순환 시스템(Y)의 동작 방법.
  2. 제1항에 있어서, 미리결정된 압력차는 고압 유체 파이프 내의 유체 압력이 저압 유체 파이프 내의 유체 압력의 적어도 1.5배가 되도록 하는, 유체 순환 시스템(Y)의 동작 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 유체 순환 시스템은 바이패스 루프를 형성하기 위해 고압 유체 파이프 및 저압 유체 파이프와 연통되는 바이패스 파이프(161)를 더 포함하고, 압력차를 구축하는 단계는, 스크롤 팽창기에 유체를 공급하기 전에, 고압 유체 파이프와 저압 유체 파이프 사이에 유체 압력차가 구축되도록 바이패스 파이프 내의 유체를 스로틀링하는 단계를 포함하는, 유체 순환 시스템(Y)의 동작 방법.
  4. 제3항에 있어서, 바이패스 밸브(K2)가 바이패스 파이프 상에 제공되고, 압력차를 구축하는 단계 동안 바이패스 밸브는 미리결정된 개방도로 개방되며, 미리결정된 개방도는 고압 유체 파이프와 저압 유체 파이프 사이에 미리결정된 압력차가 도달될 수 있게 하고, 바이패스 밸브의 개방도는 스크롤 팽창기를 시작하는 단계 동안 폐쇄될 때까지 점진적으로 감소되는, 유체 순환 시스템(Y)의 동작 방법.
  5. 제3항에 있어서, 유체 순환 시스템은 가압 부분을 포함하고, 가압 부분은 열 교환기를 구비하여, 저압 유체 파이프로부터의 저압 유체를 고압 유체로 변환하고 고압 유체를 고압 유체 파이프에 반송하도록 구성되고, 상기 동작 방법은 바이패스 루프에 의해 수행되는 예열 단계를 더 포함하고, 예열 단계는 열 교환기를 예열하는데 사용되고 압력차를 구축하는 단계 전에 수행되는, 유체 순환 시스템(Y)의 동작 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 압력차를 구축하는 단계 중에, 고압 유체 파이프는 스크롤 팽창기로부터 유체적으로 차단되도록 유지되고, 저압 유체 파이프는 스크롤 팽창기와 유체 연통하도록 유지되는, 유체 순환 시스템(Y)의 동작 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 고압 유체 파이프는 고압 유체 파이프와 스크롤 팽창기 사이의 유체 연통을 제어하기 위한 고압 흡입 밸브(K1)를 구비하고, 고압 흡입 밸브는 압력차를 구축하는 단계 중에 폐쇄되어 유지되고, 스크롤 팽창기를 시작하는 단계가 수행될 때 개방되는, 유체 순환 시스템(Y)의 동작 방법.
  8. 컴퓨터 판독 가능 매체이며, 컴퓨터 판독 가능 매체는, 실행될 때 제1항 또는 제2항에 따른 동작 방법의 단계를 구현하는 컴퓨터 프로그램을 저장하는, 컴퓨터 판독 가능 매체.
  9. 유체 순환 시스템(Y)의 제어기이며, 제어기는 제8항에 따른 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하는, 제어기.
  10. 유체 순환 시스템(Y)이며, 유체 순환 시스템은 제9항에 따른 제어기를 포함하는, 유체 순환 시스템(Y).
  11. 제10항에 있어서,
    스크롤 팽창기(1), 및
    스크롤 팽창기에 유체를 공급하기 위한 고압 유체 파이프(171) 및 스크롤 팽창기로부터 유체를 반송하기 위한 저압 유체 파이프(181)를 포함하는 외부 유체 순환 경로(11)를 포함하고,
    유체 순환 시스템은, 스크롤 팽창기에 유체를 공급하기 전에 고압 유체 파이프 내의 유체 압력이 저압 유체 파이프 내의 유체 압력보다 미리결정된 압력차 만큼 더 높도록 제어기에 의해 제어되는, 유체 순환 시스템(Y).
  12. 제11항에 있어서, 유체 순환 시스템은 바이패스 루프를 형성하기 위해 고압 유체 파이프 및 저압 유체 파이프와 연통하는 바이패스 파이프(161)를 포함하고, 바이패스 파이프 내의 유체는 고압 유체 파이프와 저압 유체 파이프 사이에 유체 압력차를 구축하기 위해 스로틀링되도록 구성되는, 유체 순환 시스템(Y).
  13. 제12항에 있어서, 바이패스 밸브(K2)가 바이패스 파이프 상에 제공되고, 바이패스 밸브는 미리결정된 압력차에 도달하기 위해 미리결정된 개방도로 개방되도록 구성되고, 또한 바이패스 밸브의 개방도는 폐쇄될 때까지 점진적으로 감소되도록 구성되는, 유체 순환 시스템(Y).
  14. 제11항에 있어서, 스크롤 팽창기(1)는 축방향으로 부유할 수 있는 비선회 스크롤을 포함하고, 비선회 스크롤의 비선회 스크롤 단부 판의 후방측은 부유 밀봉 링에 의해 밀봉되는 배압 공동을 구비하는, 유체 순환 시스템(Y).
  15. 제11항에 있어서, 고압 유체 파이프는 고압 유체 파이프와 스크롤 팽창기 사이의 유체 연통을 제어하기 위한 고압 흡입 밸브(K1)를 구비하는, 유체 순환 시스템(Y).
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