KR20120035117A - 스크류 팽창기 - Google Patents

Abstract

케이싱 내에 형성된 로터실에 서로 맞물리는 암수형 한 쌍의 스크류 로터를 수용하고, 급기 유로로부터 로터실에 공급되는 고압의 기체의 팽창력을 스크류 로터에 의해 회전력으로 변환하고, 배기 유로에 팽창된 저압의 기체를 배기하는 스크류 팽창기에 있어서, 로터실 내의 공간이며, 급기 유로 및 배기 유로로부터 스크류 로터에 의해 격리될 수 있는 중간 압력부와, 고압의 기체가 공급되는 바이패스 유로를 연통시킬 수 있는 밸브 기구와, 급기 유로 압력의 배기 유로 압력에 대한 비인 운전 팽창비에 따라, 밸브 기구를 제어하는 제어 수단을 설치한다.

Description

스크류 팽창기 {SCREW EXPANDER}

본 발명은, 스크류 팽창기에 관한 것이다.

수증기의 플래시에 의해 발전기를 구동하는 발전 시스템이 널리 도입되어 있지만, 종래는 터보형이나 축류형의 터빈을 사용한 대규모 설비가 많았다. 그러나 오늘날, 에너지 절약의 관점으로부터, 배열을 회수하여 발전을 행하는 소규모 발전 시스템에의 요구가 높아지고 있다.

소규모 설비에서는, 예를 들어「스크류 팽창기의 기본 성능에 관한 연구」 일본 기계학회 논문집(B편), 1985년(소화 60년) 1월, 제51권, 제461호, p.134-142에 기재되어 있는 바와 같이, 터빈 대신에 스크류 팽창기를 사용하는 쪽이 효율적인 것이 알려져 있다. 일반적으로, 스크류 팽창기에서는, 급기 시의 용적과 배기 시의 용적의 비가 기계적 형상에 따라 정해져, 내부에 있어서의 급기 압력과 배기 압력의 비인 내부 팽창비가 일정하다. 이로 인해, 상기 문헌에 기재되어 있는 바와 같이, 스크류 팽창기의 내부 팽창비가 급기측의 압력과 배기측의 압력의 비인 운전 팽창비와 일치하지 않는 경우에는, 손실이 발생한다.

스크류 팽창기의 내부 팽창비를 조정하는 수단으로서, 일본 특허 출원 공개 소62-60902호에 기재되어 있는 바와 같이, 슬라이드 밸브에 의해 배기 위치를 변화시키는 방법이 있지만, 슬라이드 밸브를 구동시킬 기구가 필요하여, 장치가 복잡하고 커진다고 하는 결점이 있다.

또한, 플래시 발전을 이용할 수 없는 저온의 열에 의해 발전하는 시스템으로서, 예를 들어 미국 특허 제4608829호에 기재되어 있는 바와 같이, 저비점의 열매체에 의해 터빈이나 팽창기(익스팬더)를 구동하는 바이너리 발전 시스템이 있다. 바이너리 발전 시스템은 원리적으로 발전 효율이 낮기 때문에, 지열 발전과 같이 수증기를 플래시시킬 수 없는 온도이지만, 대용량의 열원이 있는 경우를 제외하고, 거의 실용화에는 이르고 있지 않다.

그러나 소형의 바이너리 발전 시스템을 저렴하게 제공할 수 있으면, 종래 전혀 이용되고 있지 않았던 열, 예를 들어 내연 엔진의 실린더 블록의 냉각을 위해 폐기되고 있었던 열을 전기 에너지로서 회수하는 것도 가능해진다. 그러한 발전 시스템에 경제적인 합리성을 부여하기 위해서는, 스크류 팽창기의 효율화가 매우 중요하다.

일본 특허 제3904852호에는, 흡입 압력 및 토출 압력을 구동력으로 하여, 흡입측 공간과 중간 압력부를 연통시킬 수 있는 피스톤 밸브를 설치함으로써, 간단한 구조로, 기동 토크의 경감이 가능해져, 모터의 과부하를 발생하는 일 없이 원활하게 기동할 수 있는 스크류 압축기가 기재되어 있다. 이것은, 기동 시에만 기계적 압축비(내부 압축비)가 변화되는 스크류 압축기를 개시하는 것이라고는 할 수 있지만, 그대로 스크류 팽창기에 적용할 수 있는 기술을 개시하는 것은 아니다.

상기 요구를 근거로 하여, 본원 발명은, 저렴하고 또한 소형이면서 효율이 높은 스크류 팽창기를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의한 스크류 팽창기는, 케이싱과, 상기 케이싱 내에 설치된 급기 유로와, 상기 케이싱 내에 설치된 배기 유로와, 상기 케이싱 내에 형성된 로터실에 수용되어 있는, 서로 맞물리는 암수형 한 쌍의 스크류 로터로서, 상기 급기 유로로부터 상기 로터실에 공급되는 고압 기체의 팽창력을 회전력으로 변환하고, 팽창한 후의 저압 기체를 상기 배기 유로에 배기하는 스크류 로터와, 상기 케이싱 내에 설치되고, 상기 급기 유로와 연통되는 바이패스 유로와, 상기 로터실 내의 공간이며, 상기 급기 유로 및 상기 배기 유로로부터 상기 스크류 로터에 의해 격리될 수 있는 중간 압력부와, 상기 바이패스 유로를 선택적으로 연통시킬 수 있는 밸브 기구와, 상기 급기 유로의 압력을 검출하는 급기 압력 검출기와, 상기 배기 유로의 압력을 검출하는 배기 압력 검출기와, 상기 급기 압력 검출기에 의해 검출된 급기 유로 압력의, 상기 배기 압력 검출기에 의해 검출된 상기 배기 유로 압력에 대한 비인 운전 팽창비에 따라, 상기 밸브 기구를 제어하는 제어 장치로 이루어진다.

이 구성에 따르면, 밸브 기구에 의해 바이패스 유로로부터 중간 압력부에 고압의 기체를 공급하므로, 중간 압력부로부터 격리된 순간으로부터 팽창 행정이 개시된다. 이에 의해, 실질적으로 내부 팽창비를 작게 할 수 있으므로, 운전 팽창비에 따라 내부 팽창비를 변화시킴으로써 운전 효율을 높일 수 있다. 또한, 슬라이드 밸브와 같이 케이싱의 형상을 실질적으로 변화시킬 필요가 없어, 구성이 간단하기 때문에, 고효율이면서, 소형이고 저렴한 스크류 팽창기를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 스크류 팽창기에 있어서, 상기 중간 압력부는, 상기 스크류 로터의 각도에 따라서는, 상기 급기 유로에 연통되도록 구성되어 있어도 좋다.

이 구성에 따르면, 급기 유로에 연통되는 공간과, 중간 공간의 사이에서 기체의 압력이 변동되지 않고, 급기구를 크게 하여, 팽창 개시 시의 행정 체적을 크게 한 것과 동일한 효과가 있다. 또한, 급기 유로와 중간 공간의 사이에서 유체가 팽창하지 않으므로 재압축에 의한 손실이 없다.

또한, 본 발명의 스크류 팽창기에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 운전 팽창비가 미리 정해진 설정값 이하인 경우에, 상기 밸브 기구에 의해 상기 중간 압력부와 상기 바이패스 유로를 연통시켜도 좋다.

이 구성에 따르면, 내부 팽창비를 운전 팽창비에 근접시킴으로써, 손실의 발생을 저감할 수 있다.

또한, 본 발명의 스크류 팽창기에 있어서, 상기 밸브 기구는, 급기 밸브와, 배기 밸브와, 상기 중간 압력부 및 상기 바이패스 유로에 연통되는 기능 단부면을 갖고, 상기 기능 단부면과 반대측에 있어서, 상기 급기 밸브를 통해 상기 바이패스 유로에 연통되고, 또한 상기 배기 밸브를 통해 상기 배기 유로에 연통되는 기둥 형상 공간과, 상기 기둥 형상 공간 내에 끼움 장착되고, 상기 기능 단부면에 접촉함으로써 상기 중간 압력부와 상기 바이패스 유로를 격리하는 피스톤으로 이루어진다.

이 구성에 따르면, 상기 급기 유로의 압력 및 상기 배기 유로의 압력에 의해 밸브 기구를 구동하므로, 밸브 기구를 위한 구동원이 불필요하다.

또한, 본 발명의 스크류 팽창기에 있어서, 상기 기능 단부면은, 상기 로터실의 급기측 단부면의 변 테두리에 개방되어도 좋다.

이 구성에 따르면, 일반적인 분할 구성의 케이싱에, 비교적 용이하게 밸브 기구를 내장할 수 있어, 스크류 팽창기가 대형화되지 않는다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태인 스크류 팽창기를 갖는 바이너리 발전 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태인 스크류 팽창기의 축 방향 부분 단면도.
도 3은 도 2의 스크류 팽창기의 축 직각 방향 부분 단면도.
도 4는 도 2의 스크류 팽창기의 밸브 기구 폐쇄 시의 스크류 로터 전개도.
도 5는 도 2의 스크류 팽창기의 밸브 기구 개방 시의 스크류 로터 전개도.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태인 스크류 팽창기의 축 직각 방향 부분 단면도.
도 7은 도 6의 스크류 팽창기의 스크류 로터 전개도.
도 8은 본 발명의 제3 실시 형태인 스크류 팽창기의 축 직각 방향 부분 단면도.
도 9는 도 8의 스크류 팽창기의 스크류 로터 전개도.
도 10은 본 발명의 제4 실시 형태인 스크류 팽창기의 축 방향 부분 단면도.
도 11은 본 발명의 제5 실시 형태인 스크류 팽창기를 갖는 바이너리 발전 시스템의 구성도.

지금부터, 본 발명의 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1에, 본 발명의 제1 실시 형태인 스크류 팽창기(1)를 갖는 바이너리 발전 시스템의 구성을 도시한다. 바이너리 발전 시스템은, 스크류 팽창기(1), 응축기(2), 펌프(3) 및 증발기(4)를 개재 설치하여 이루어지는 열매체 순환 유로(5)에, 예를 들어 R245fa와 같은 열매체를 봉입하여 이루어진다. 스크류 팽창기(1)의 출력축에는, 발전기(9)가 접속되어 있다.

이 바이너리 발전 시스템은, 펌프(3)에 의해 액체인 열매체를 압력 Ps로 승압하여 증발기(4)에 공급하고, 증발기(4)에 있어서 열매체를 증발시켜 기체로 한다. 그리고 스크류 팽창기(1)의 내부에서 열매체를 팽창시킴으로써 그 팽창력을 회전력으로 변환하고, 발전기(9)에 의해 전력으로 변환한다. 스크류 팽창기(1) 내에서 팽창하여 압력이 저하된 열매체는, 응축기(2)에 있어서 냉각되어 액화되고, 액체로 된 열매체는, 펌프(3)에 의해 증발기(4)에 재공급된다.

스크류 팽창기(1)는, 후술하는 피스톤 밸브(밸브 기구)(6)를 구비하고, 피스톤 밸브(6)에는, 급기 밸브(7)를 통해 열매체가 스크류 팽창기에 공급되는 것과 동일한 높은 압력 Ps로 공급, 혹은 배기 밸브(8)를 통해 열매체가 스크류 팽창기로부터 배기되는 것과 동일한 낮은 압력 Pd로 공급되도록 되어 있다.

스크류 팽창기(1)의 상류측의 열매체 순환 유로(5)에는, 상기 높은 압력 Ps의 값을 검출하기 위한 급기 압력 검출기(22)가 설치되어 있다. 스크류 팽창기(1)의 하류측의 열매체 순환 유로(5)에는, 상기 낮은 압력 Pd의 값을 검출하기 위한 배기 압력 검출기(23)가 설치되어 있다. 급기 압력 검출기(22) 및 배기 압력 검출기(23)에 의해 검출된 각 압력값은, 제어 장치(10)에 입력된다. 제어 장치(10)는, 그들 압력값을 사용하여 후술하는 바와 같은 처리를 행하고, 그 결과에 의해 급기 밸브(7) 및 배기 밸브(8)를 개폐 제어한다.

도 2에, 스크류 팽창기(1)의 상세를 도시한다. 스크류 팽창기(1)는, 케이싱(11) 내에 형성된 로터실(12)에, 서로 맞물리는 암수형 한 쌍의 스크류 로터(13, 14)가 수용되어 있다. 로터실(12)에는, 급기 유로(15)로부터 고압의 열매체가 공급되고, 스크류 로터(13, 14)의 치홈 내에서 팽창됨으로써, 스크류 로터(13, 14)를 회전시킨다. 로터실(12)에 있어서 팽창된 열매체는, 배기 유로(16)를 통해 배기된다.

여기서, 피스톤 밸브(6)의 구성을 설명한다. 피스톤 밸브(6)는, 케이싱(11)에 형성된 기둥 형상 공간(17)과, 기둥 형상 공간(17) 내에 미끄럼 이동 가능하게 끼움 장착된 피스톤(18)을 갖는다. 기둥 형상 공간(17)의 일단부는, 로터실(12) 내의 공간이며 스크류 로터(14)의 이에 의해 급기 유로(15)로부터 격리될 수 있는 중간 압력부에 연통되도록, 로터실(12)의 급기측 단부면의 변 테두리에 개방되는 기능 단부면(17a)이다. 또한, 기능 단부면(17a)은, 로터실(12)의 외측의 케이싱(11)에 형성되고, 축 방향으로 연신하는 바이패스 유로(19)에도 개방되어 있다. 피스톤(18)은, 기능 단부면(17a)에 접촉함으로써, 로터실(12)의 중간 압력부와 바이패스 유로(19)를 격리할 수 있다.

기둥 형상 공간(17)은, 피스톤(18)을 사이에 두고 기능 단부면(17a)과 반대측의 구동부(17b)에 있어서, 급기 밸브(7)를 통해, 순환 유로(5)를 통해 급기 유로(15)에 연통 가능하고, 배기 밸브(8)를 통해, 배기 유로(16)에 연통할 수도 있도록 되어 있다. 또한, 바이패스 유로(19)는, 급기측의 순환 유로(5)에 접속되어 있고, 고압(Ps)의 열매체가 공급되어 있다.

도 3에, 로터실(12)의 급기측 단부면에 있어서의 스크류 팽창기(1)의 축 직각 방향의 단면을 도시한다. 도시하는 바와 같이, 기둥 형상 공간(17)이 연통되는 중간 압력부는, 스크류 로터(14)의 이에 의해 급기 유로(15)로부터 격리된 치홈 내의 공간이다. 그러나 기둥 형상 공간(17)이 연통되는 중간 압력부는, 스크류 로터(14)의 회전 각도에 따라서는, 급기 유로(15)에 연통될 수 있다.

흡기 밸브(7)를 개방하고 배기 밸브(8)를 폐쇄하면, 기둥 형상 공간(17)의 구동부(17b)는, 압력이 급기 압력 Ps와 동등해진다. 중간 압력부가 스크류 로터(14)의 이에 의해 급기 유로(15)로부터 격리되어 있을 때, 중간 압력부 내의 열매체는, 약간 팽창하여 급기 압력 Ps로부터 압력이 저하되고 있다. 이에 의해, 기둥 형상 공간(17)의 기능 단부면(17a)측의 압력이, 구동부(17b)측의 압력보다도 약간 낮아져, 피스톤(18)을 기능 단부면(17a)을 향해 이동시킨다. 피스톤(18)은, 기능 단부면(17a)에 접촉하면, 기능 단부면(17a)을 밀봉하여, 바이패스 유로(19)와 중간 압력부를 격리한다. 이에 의해, 스크류 팽창기(1)는, 바이패스 유로(19)가 없는 통상의 팽창기와 동일한 구성으로 된다.

흡기 밸브(7)를 폐쇄하고 배기 밸브(8)를 개방하면, 기둥 형상 공간(17)의 구동부(17b)는, 압력이 배기 압력 Pd와 동등해지고, 압력 Ps의 바이패스 유로(19)와, 급기 유로(15)와 동일한 압력 Ps 또는 열매체가 약간 팽창하여 Ps보다 근소하게 낮은 압력의 중간 압력부에 연통되는 기능 단부면(17a)의 압력보다도 낮아진다. 이에 의해, 피스톤(18)은, 기능 단부면(17a)으로부터 이격되는 방향으로 이동하고, 바이패스 유로(19)와 중간 압력부의 연통을 확보하여, 바이패스 유로(19)로부터 중간 압력부에 열매체를 유입할 수 있게 한다. 그러면, 중간 압력부가 스크류 로터(14)의 이에 의해 급기 유로(15)로부터 격리되어 있을 때에도, 중간 압력부 내의 압력이 급기 압력 Ps로 유지된다.

도 4에, 피스톤 밸브(6)를 폐쇄[피스톤(18)으로 기능 단부면(17a)을 밀봉]한 상태의 스크류 로터(13, 14)의 전개도를 도시한다. 급기 유로(15)로부터는, 스크류 로터(13, 14)의 치홈에 급기 압력 Ps의 열매체가 공급된다. 스크류 로터(13, 14)의 치홈이 케이싱(11)에 의해 급기 유로(15)로부터 격리된 순간의 치구의 용적 Vs1이, 스크류 팽창기(1)에 있어서 압력 Ps의 열매체가 팽창을 개시하는 시점의 용적이다. 그리고 토출측의 케이싱(11)으로부터 해방되어, 배기 유로(16)에 연통되는 순간의 치홈의 용적 Vd가, 열매체가 팽창을 종료하는 시점의 용적이다. 그리고 이 용적의 비 Vi＝Vd/Vs1과 내부 팽창비 пi의 사이에는, 열매체의 비열비를 K로 나타내면, Vi＝пi^{1 /K}의 관계가 있다. 따라서, Vs1이 Vd의 37％인 경우, 비열비 K를 1.2로 하면, 용적비 Vi＝2.7이고, 내부 팽창비 пi＝3.3으로 된다.

도 5에, 피스톤 밸브(6)를 개방[피스톤(18)을 구동부(17b)측으로 이동]한 상태의 스크류 로터(13, 14)의 전개도를 도시한다. 이 경우, 급기 유로(15)로부터 격리되어도, 피스톤 밸브(6)에 연통되어 있는 치홈에는, 바이패스 유로(19)를 통해 급기 압력 Ps의 열매체가 공급된다. 즉, 피스톤 밸브(6)를 개방하면, 실질적으로 급기 유로(15)를 확대한 것과 동일한 효과가 있다. 따라서, 피스톤 밸브(6)로부터 격리된 순간의 치홈의 용적 Vs2가 스크류 팽창기(1)에 있어서 압력 Ps의 열매체가 팽창을 개시하는 시점의 용적이다. 열매체가 팽창을 종료하는 시점의 용적 Vd는, 피스톤 밸브(6)를 폐쇄한 경우와 동일하다. Vs2가 Vd의 47％인 경우, 용적비 Vi＝2.1이고, 내부 팽창비 пi＝2.5로 된다.

스크류 팽창기(1)에서는, 운전 팽창비 Ps/Pd가, 미리 정한 설정값 пth(예를 들어, 2.5)보다 큰 경우는, 피스톤 밸브(6)를 폐쇄하고, 내부 팽창비 пi＝3.3으로 하여 운전하지만, 운전 팽창비 Ps/Pd가 설정값 пth 이하로 되면, 피스톤 밸브(6)를 개방하고, 내부 팽창비 пi=2.5로 하여 운전한다. 이에 의해, 내부 팽창비 пi를 운전 팽창비 Ps/Pd에 근접시켜 열에너지의 회전 에너지로의 변환 효율을 높일 수 있고, 나아가서는 바이너리 발전 시스템의 발전 효율을 높일 수 있다.

보다 구체적으로는, 제어 장치(10)에 있어서, 급기 압력 검출기(22)에 의해 검출된 급기 유로 압력의, 배기 압력 검출기(23)에 의해 검출된 배기 유로 압력에 대한 비로서 운전 팽창비를 연산하여 구한다. 구해진 운전 팽창비가 미리 정한 설정값보다 큰 경우, 제어 장치(10)는 흡기 밸브(7)를 개방하고 배기 밸브(8)를 폐쇄하도록 지령하는 신호를 출력하여 바이패스 유로(19)와 중간 압력부를 격리한다. 구해진 운전 팽창비가 미리 정한 설정값보다 작은 경우, 제어 장치(10)는 흡기 밸브(7)를 폐쇄하고 배기 밸브(8)를 개방하도록 지령하는 신호를 출력하여 바이패스 유로(19)와 중간 압력부를 연통시킨다.

스크류 팽창기(1)는, 간소한 피스톤 밸브(6)에 의해 내부 팽창비 пi를 변화시키므로, 장치가 커지지 않고, 비교적 저렴하게 제공할 수 있다.

계속해서, 도 6에, 본 발명의 제2 실시 형태인 스크류 팽창기(1a)의 축 직각 단면도를 도시한다. 또한, 이후의 실시 형태의 설명에 있어서, 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다.

본 실시 형태의 스크류 팽창기(1a)는, 제1 실시 형태와 동일한 피스톤 밸브(6)에 더하여, 스크류 로터(14)의 회전이 더욱 진행된 위치의 치홈에 대응하는 위치(중간 압력부)에, 피스톤 밸브(6a)가 설치되어 있다. 피스톤 밸브(6a)의 구성은, 각도 위치를 제외하고, 피스톤 밸브(6)와 동일하다.

도 7에, 스크류 팽창기(1a)의 스크류 로터(13, 14)의 전개도를 도시한다. 본 실시 형태에서는, 피스톤 밸브(6)에 더하여, 피스톤 밸브(6a)도 개방함으로써, 급기 유로(15)를 실질적으로 더욱 확대하여, 압력 Ps의 열매체가 팽창을 개시하는 시점의 용적을 더욱 큰 Vs3으로 할 수 있다. Vs3이 Vd의 56％인 경우, 용적비 Vi＝1.8이고, 내부 팽창비 пi＝2.0으로 된다.

본 실시 형태에서는, 운전 팽창비 Ps/Pd가 설정값 пth1＝2.5 이하로 되면, 피스톤 밸브(6)를 개방하고, 또한 운전 팽창비 Ps/Pd가 설정값 пth2＝2.0 이하로 되면, 피스톤 밸브(6a)를 개방한다. 이와 같이, 운전 팽창비 Ps/Pd의 변화에 맞추어, 내부 팽창비 пi를 단계적으로 변화시킴으로써, 보다 광범위한 운전 팽창비 Ps/Pd에 있어서, 높은 변환 효율을 달성할 수 있다.

또한, 도 8에, 본 발명의 제3 실시 형태인 스크류 팽창기(1b)의 축 직각 단면도를 도시한다. 본 실시 형태의 스크류 팽창기(1b)에 있어서, 피스톤 밸브(6b)가 설치되어 있는 위치는, 급기 유로(15)로부터 스크류 로터(14)의 이 둘레 방향 피치보다도 크게 이격되어 있다. 즉, 본 실시 형태에 있어서, 피스톤 밸브(6b)를 통해 급기 압력 Ps의 열매체가 공급될 수 있는 중간 압력부는, 스크류 로터(14)가 어떠한 각도 위치에 있어도, 피스톤 밸브(6b)를 개방하지 않는 한은, 결코 급기 유로(15)와 연통되지 않는다.

도 9에, 스크류 팽창기(1b)의 스크류 로터(13, 14)의 전개도를 도시한다. 본 실시 형태에서는, 피스톤 밸브(6b)를 개방하였다고 해도, 급기 유로(15)로부터 격리된 순간의 치홈에 봉입된 열매체는, 그 치홈이 피스톤 밸브(6b)에 도달할 때까지의 사이에 팽창을 한다. 그리고 피스톤 밸브(6b)에 도달하면, 그 치홈 내에 다시 급기 압력 Ps의 열매체가 보충된다. 여기까지의 행정에서는, 급기 유로(15)로부터 공급된 열매체를 한 번 팽창시키고 나서 재압축하게 되므로, 전체적으로는 약간 손실을 발생시킨다. 그리고 피스톤 밸브(6b)로부터 격리된 후가, 스크류 팽창기(1b)의 실질적 팽창 행정이다.

도 10에, 본 발명의 제4 실시 형태인 스크류 팽창기(1c)를 도시한다. 본 실시 형태에서는, 로터실(12)의 측면에 개방되는 연통 유로(20)에 연통되도록, 피스톤 밸브(6c)가 설치되어 있다. 편의상, 피스톤 밸브(6c)는, 스크류 로터(13, 14)의 축과 동일한 평면 상에 그려져 있지만, 스크류 로터(14)의 축 주위의 각도 위치는, 연통되는 치홈의 위치를 적절한 것으로 하도록 정해진다. 본 실시 형태에서는, 연통 유로(20)의 로터실(12)에 대한 개구 범위에 의해, 피스톤 밸브(6c)를 통해 치홈에 급기 압력 Ps의 열매체를 공급하는 각도 범위를 자유롭게 설계할 수 있다.

또한, 도 11에, 본 발명의 제5 실시 형태인 스크류 팽창기(1d)를 갖는 바이너리 발전 시스템을 도시한다. 이 바이너리 발전 시스템은, 출력이 kW급인 소형의 발전 시스템을 도모하고 있다. 따라서, 본 실시 형태의 스크류 팽창기(1d)에서는, 중간 압력부에 공급해야 할 열매체의 유량이 적기 때문에, 밸브 기구로서, 피스톤 밸브(6)와 같은 구성은 필요없고, 전자기 밸브(21)에 의해서만, 직접 중간 압력부와 공급 유로(14)를 순환 유로(5)를 통해 연통시킬 수 있다. 약간 규모가 큰 바이너리 발전 시스템용의 스크류 팽창기이면, 전자기 밸브(21) 대신에, 제어 전원(DC12/24V)으로 구동할 수 있는 모터 밸브를 사용해도 좋다.

또한, 본 발명의 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태의 스크류 팽창기에서는, 피스톤 밸브는 암형의 스크류 로터(14)측에만 설치되어 있다. 즉, 피스톤 밸브는, 그 피스톤 밸브의 개방에 의해, 직접적으로는 바이패스 유로(19)와 암형의 스크류 로터(14)측의 중간 압력부가 연통되도록 구성되어 있다. 단, 2개 이상의 피스톤 밸브를 암형의 스크류 로터(14)측 외에, 수형의 스크류 로터(13)측에도 설치하고, 각각의 피스톤 밸브의 개방에 의해, 바이패스 유로(19)와 암형의 스크류 로터(14)측의 중간 압력부가 연통되는 동시에, 바이패스 유로(19)와 수형의 스크류 로터(13)측의 중간 압력부가 연통되도록 구성해도 좋다.

Claims (5)

1. 스크류 팽창기이며,
   케이싱과,
   상기 케이싱 내에 설치된 급기 유로와,
   상기 케이싱 내에 설치된 배기 유로와,
   상기 케이싱 내에 형성된 로터실에 수용되어 있는, 서로 맞물리는 암수형 한 쌍의 스크류 로터로서, 상기 급기 유로로부터 상기 로터실에 공급되는 고압 기체의 팽창력을 회전력으로 변환하고, 팽창한 후의 저압 기체를 상기 배기 유로에 배기하는 스크류 로터와,
   상기 케이싱 내에 설치되고, 상기 급기 유로와 연통하는 바이패스 유로와,
   상기 로터실 내의 공간이며, 상기 급기 유로 및 상기 배기 유로로부터 상기 스크류 로터에 의해 격리될 수 있는 중간 압력부와, 상기 바이패스 유로를 선택적으로 연통시킬 수 있는 밸브 기구와,
   상기 급기 유로의 압력을 검출하는 급기 압력 검출기와,
   상기 배기 유로의 압력을 검출하는 배기 압력 검출기와,
   상기 급기 압력 검출기에 의해 검출된 급기 유로 압력의, 상기 배기 압력 검출기에 의해 검출된 상기 배기 유로 압력에 대한 비인 운전 팽창비에 따라 상기 밸브 기구를 제어하는 제어 장치로 이루어지는, 스크류 팽창기.
2. 제1항에 있어서, 상기 스크류 로터 및 상기 급기 유로가, 상기 스크류 로터의 각도에 따라서는, 상기 중간 압력부가 상기 급기 유로에 연통되도록 구성되어 있는, 스크류 팽창기.
3. 제1항에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 운전 팽창비가 미리 정해진 설정값 이하인 경우에, 상기 밸브 기구에 의해 상기 중간 압력부와 상기 바이패스 유로를 연통시키는, 스크류 팽창기.
4. 제1항에 있어서, 상기 밸브 기구는,
   급기 밸브와,
   배기 밸브와,
   상기 중간 압력부 및 상기 바이패스 유로에 연통되는 기능 단부면을 갖고, 상기 기능 단부면과 반대측에 있어서, 상기 급기 밸브를 통해 상기 바이패스 유로에 연통되고, 또한 상기 배기 밸브를 통해 상기 배기 유로에 연통되는 기둥 형상 공간과,
   상기 기둥 형상 공간 내에 끼움 장착되고, 상기 기능 단부면에 접촉함으로써 상기 중간 압력부와 상기 바이패스 유로를 격리하는 피스톤으로 이루어지는, 스크류 팽창기.
5. 제4항에 있어서, 상기 기능 단부면은, 상기 로터실의 급기측 단부면의 변 테두리에 개방되는, 스크류 팽창기.

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