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KR101347498B1 - 스크류 팽창기 시스템 - Google Patents

스크류 팽창기 시스템 Download PDF

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Publication number
KR101347498B1
KR101347498B1 KR1020127015277A KR20127015277A KR101347498B1 KR 101347498 B1 KR101347498 B1 KR 101347498B1 KR 1020127015277 A KR1020127015277 A KR 1020127015277A KR 20127015277 A KR20127015277 A KR 20127015277A KR 101347498 B1 KR101347498 B1 KR 101347498B1
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KR
South Korea
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oil
working medium
gas
evaporator
outlet
Prior art date
Application number
KR1020127015277A
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English (en)
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Inventor
쇼지 요시무라
Original Assignee
가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Publication date
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Publication of KR20120093359A publication Critical patent/KR20120093359A/ko
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Abstract

작동 매체를 팽창시키는 팽창 공간, 작동 매체 입구(21), 작동 매체 출구(22), 오일 입구(23, 24) 및 오일 출구(25, 26)를 갖는 스크류 팽창기(11)와, 스크류 팽창기(11)로부터의 작동 매체와 오일의 혼합물을 응축시키는 응축기(13)와, 응축기(13)로부터의 혼합물을 압송하는 펌프(14)와, 혼합물 중의 작동 매체를 증발시키는 증발기(15)를 구비하고, 증발기(15)로부터의 작동 매체를 작동 매체 입구(21)에 순환 공급하는 동시에 증발기(15)로부터의 오일을 오일 입구(23, 24)에 순환 공급하는 스크류 팽창기 시스템에 있어서, 증발기(15)와 스크류 팽창기(11) 사이에, 작동 매체와 오일로 분리하는 오일 분리 탱크(16)를 개재 설치하여, 오일 분리 탱크(16)의 오일 수용부(29)와 스크류 팽창기(11)의 오일 입구(23, 24)를 접속한다. 오일 펌프 등의 오일 공급 수단을 설치하는 일 없이 스크류 팽창기(11)에 오일을 공급할 수 있어, 장치를 소형화할 수 있는 스크류 팽창기 시스템(10)을 제공한다.

Description

스크류 팽창기 시스템{SCREW EXPANDER SYSTEM}
본 발명은, 스크류 팽창기 시스템에 관한 것이다.
특허문헌 1에 개시하는 바와 같이, 급유식 스크류 팽창기(스크류 터빈)에 의해 발전기를 구동시키도록 한 스크류 팽창기 시스템이 알려져 있다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 이 스크류 팽창기 시스템(100)에서는, 스크류 팽창기(101)의 스크류 로터(102)의 로터축(103)과 발전기(104)가 연결된 발전 장치 본체(105), 오일 분리 탱크(106), 응축기(107), 작동 매체용 펌프(108), 증발기(109), 오일 서비스 탱크(110), 오일 탱크(111) 및 오일용 펌프(112)를 구비하고 있다.
스크류 팽창기(101)는, 작동 매체 입구(113)를 통해 보내진 작동 매체를 스크류 로터(102)에 의해 팽창시켜, 작동 매체 출구(114)로부터 배출한다. 또한, 스크류 팽창기(101)에서는, 오일 입구(115)로부터 로터축(103)을 지지하는 베어링(116)에 오일이 공급되고, 오일 출구(117)와 연통된 작동 매체 출구(114)로부터 오일이 배출되는 동시에, 작동 매체 입구(113)와 연통된 오일 입구(120)로부터 스크류 로터(102)의 외주면에 오일이 공급되고 작동 매체 출구(114)로부터 오일이 배출된다. 작동 매체 출구(114)로부터 배출된 작동 매체 및 오일은, 혼합물로 되어 오일 분리 탱크(106)로 보내진다. 오일 분리 탱크(106)에서는, 혼합물을 오일과 작동 매체로 분리한다. 오일 분리 탱크(106)에서 분리된 작동 매체는 응축기(107)에 의해 액화되어, 작동 매체용 펌프(108)에 의해 증발기(109)로 보내진다. 작동 매체는 증발기(109)에 의해 증발되어, 스크류 팽창기(101)의 작동 매체 입구(113)로 보내진다. 또한, 오일 분리 탱크(106)의 오일 배출구(118)로부터 오일 탱크(111)로 오일이 보내진다. 오일은, 오일 탱크(111)로부터 오일용 펌프(112)에 의해 스크류 팽창기(101)의 오일 입구(115, 120)를 통해 베어링(116) 및 스크류 로터(102)의 외주면으로 보내진다. 또한, 스크류 팽창기 시스템(100)에는, 오일 분리 탱크(106)의 입구의 상류측으로부터 분기되어 오일 배출구(118)의 하류측과 합류하도록 접속된 오일 공급 라인(119)에 오일 서비스 탱크(110)가 개재 설치되어, 오일 분리 탱크(106)의 입구의 상류측과 오일 배출구(118)의 하류측의 압력차에 따라서, 오일 서비스 탱크(110)로부터 오일 탱크(111)로 오일이 보급(補給)되도록 되어 있다.
그러나 스크류 팽창기(101)의 오일 출구(117)는, 오일 입구(115, 120)와 비교하여 저압으로 되어 있으므로, 오일 출구(117)의 하류인 오일 탱크(111)로부터 스크류 팽창기(101)로 오일을 공급하는 데 오일용 펌프(112)가 필요해진다. 또한, 오일 분리 탱크(106)의 크기는, 가스의 유속, 또는 체적 유량에 의존(예를 들어, 가스의 유속, 또는 체적 유량에 거의 비례)한다. 상술한 바와 같이, 스크류 팽창기(101)의 작동 매체 출구(114)는, 작동 매체 입구(113)와 비교하여 저압이고, 오일 분리 탱크(106)에 유입되는 가스의 체적 유량이 많아지므로, 오일 분리 탱크(106)의 크기를 크게 할 필요가 있어, 스크류 팽창기 시스템(100)으로서 대형화되어 버린다고 하는 문제가 있었다.
일본 특허 출원 공개 평11-101106호 공보
본 발명은, 오일 펌프 등의 오일 공급 수단을 설치하는 일 없이 스크류 팽창기에 오일을 공급할 수 있어, 장치를 소형화할 수 있는 스크류 팽창기 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 스크류 팽창기 시스템은, 서로 맞물리는 스크류 로터에 의해 형성되고 작동 매체를 팽창시키는 팽창 공간과, 상기 팽창 공간과 연통되는 작동 매체 입구 및 작동 매체 출구와, 상기 스크류 로터의 로터축을 지지하는 베어링과, 상기 팽창 공간, 상기 베어링 중 적어도 한쪽에 오일을 공급하는 오일 입구와, 상기 팽창 공간, 상기 베어링 중 적어도 한쪽으로부터 오일을 배출하는 오일 출구를 갖는 스크류 팽창기와, 상기 작동 매체 출구 및 상기 오일 출구와 접속되어, 상기 작동 매체 출구로부터의 작동 매체와 상기 오일 출구로부터의 오일을 송류하는 본체 출구측 라인과, 상기 본체 출구측 라인에 개재 설치된 응축기와, 상기 본체 출구측 라인과 접속되어, 상기 본체 출구측 라인에 의해 송류되는 작동 매체와 오일의 혼합물을 압송하는 펌프와, 상기 펌프에 의해 압송되는 혼합물 중의 작동 매체를 증발시키는 증발기를 구비하고, 상기 증발기로부터의 작동 매체를 상기 작동 매체 입구에 순환 공급하는 동시에 상기 증발기로부터의 오일을 상기 오일 입구에 순환 공급하는 스크류 팽창기 시스템에 있어서, 상기 증발기와 상기 스크류 팽창기 사이에, 작동 매체와 오일로 분리하고, 분리된 작동 매체를 수용하는 작동 매체 수용부와 분리된 오일을 수용하는 오일 수용부를 갖는 오일 분리 탱크를 개재 설치하여, 상기 오일 분리 탱크의 오일 수용부와 상기 스크류 팽창기의 오일 입구를 접속하였다.
이 구성에 따르면, 작동 매체는, 작동 매체 입구에 공급되고, 스크류 로터의 팽창 공간에서 팽창된 후, 작동 매체 입구의 작동 매체보다 저압으로 되어 작동 매체 출구로부터 배출된다. 작동 매체 출구로부터 배출되어, 본체 출구측 라인에 의해 송류된 작동 매체는, 응축기에 의해 응축된 후, 펌프에 의해 증발기로 압송된다. 증발기에 의해 작동 매체는 증발한다. 펌프에 의해 승압되므로 오일 분리 탱크의 내부의 압력은 작동 매체 출구보다 높아진다. 오일 입구의 오일은, 스크류 로터의 내부로 공급되고, 오일 출구로 흐른다. 오일 출구의 오일은, 작동 매체 출구의 작동 매체와의 혼합물로 되어 본체 출구측 라인에 의해 송류되고, 응축기를 통해 펌프로 보내진다. 혼합물은, 펌프에 의해 증발기를 통과하여 오일 분리 탱크로 압송된다. 오일 분리 탱크에서는, 작동 매체와 오일로 분리되어, 작동 매체는 작동 매체 수용부에 수용되고, 오일은 오일 수용부에 수용된다. 오일 분리 탱크의 오일 수용부의 오일은, 압력차에 의해 오일 입구로 흐른다.
상기 오일 입구는, 상기 베어링과 연통되는 제1 오일 입구와 상기 팽창 공간과 연통되는 제2 오일 입구로 이루어지고, 상기 오일 분리 탱크의 작동 매체 수용부와 상기 스크류 팽창기의 작동 매체 입구 사이에 상류측의 압력과 하류측의 압력을 조정하는 압력 조정 수단을 개재 설치하는 것이 바람직하다. 이 구성에 따르면, 오일 분리 탱크의 내부는, 펌프에 의해 작동 매체 출구로부터의 혼합물이 압송되므로, 작동 매체 출구와 비교하여 압력이 높게 되어 있다. 오일 분리 탱크의 오일 수용부와 스크류 팽창기의 제1 오일 입구 및 제2 오일 입구는 접속되어 있다. 제1 오일 입구는, 베어링을 통해 오일 출구와 연통되어 있다. 오일 출구는 작동 매체 출구와 연통되어 있다. 오일 분리 탱크의 오일 수용부와 오일 출구 사이에는 압력차가 있으므로, 오일 분리 탱크의 오일 수용부로부터 오일 출구측으로 오일이 흐른다. 따라서, 오일 펌프 등의 오일 공급 수단을 설치하는 일 없이 스크류 로터의 로터축을 지지하는 베어링에 오일 분리 탱크로부터 오일을 공급할 수 있다. 또한, 압력 조정 수단에 의해 압력 조정 수단의 상류측의 압력이 하류측의 압력보다 큰 값으로 되도록 상류측의 압력과 하류측의 압력을 조정한다. 압력 조정 수단의 상류측은 오일 탱크와 연통되어 있으므로, 오일 분리 탱크의 압력은 압력 조정 수단의 상류측의 압력과 거의 동일한 값으로 된다. 압력 조정 수단의 하류측은 작동 매체 입구를 통해 제1 오일 입구와 연통되어 있으므로, 제1 오일 입구의 압력은, 압력 조정 수단의 하류측의 압력과 거의 동일한 값으로 된다. 오일 분리 탱크의 오일 수용부와 제1 오일 입구 사이에는 압력차가 있으므로, 오일 분리 탱크의 오일 수용부로부터 제1 오일 입구측으로 오일이 흐른다. 따라서, 오일 펌프 등의 오일 공급 수단을 설치하는 일 없이 제1 오일 입구와 연통되는 작동 매체 입구로부터 팽창 공간에 오일 분리 탱크로부터 오일을 공급할 수 있다.
상기 오일 입구는, 상기 베어링과 연통되는 것이 바람직하다. 이 구성에 따르면, 오일 분리 탱크의 내부는, 펌프에 의해 작동 매체 출구로부터의 혼합물이 압송되므로, 작동 매체 출구와 비교하여 압력이 높게 되어 있다. 오일 분리 탱크의 오일 수용부와 스크류 팽창기의 오일 입구는 접속되어 있다. 오일 입구는, 베어링을 통해 오일 출구와 연통되어 있다. 오일 출구는 작동 매체 출구와 연통되어 있다. 오일 분리 탱크의 오일 수용부와 오일 출구 사이에는 압력차가 있으므로, 오일 분리 탱크의 오일 수용부로부터 오일 출구측으로 오일이 흐른다. 따라서, 오일 펌프 등의 오일 공급 수단을 설치하는 일 없이 스크류 로터의 로터축을 지지하는 베어링에 오일 분리 탱크로부터 오일을 공급할 수 있다.
상기 오일 입구는, 상기 팽창 공간과 연통되고, 상기 오일 분리 탱크의 작동 매체 수용부와 상기 스크류 팽창기의 작동 매체 입구 사이에 상류측의 압력과 하류측의 압력을 조정하는 압력 조정 수단을 개재 설치하는 것이 바람직하다. 이 구성에 따르면, 압력 조정 수단에 의해 압력 조정 수단의 상류측의 압력이 하류측의 압력보다 큰 값으로 되도록 상류측의 압력과 하류측의 압력을 조정한다. 압력 조정 수단의 상류측은 오일 탱크와 연통되어 있으므로, 오일 분리 탱크의 압력은 압력 조정 수단의 상류측의 압력과 거의 동일한 값으로 된다. 압력 조정 수단의 하류측은 작동 매체 입구를 통해 오일 입구와 연통되어 있으므로, 오일 입구의 압력은, 압력 조정 수단의 하류측의 압력과 거의 동일한 값으로 된다. 오일 분리 탱크의 오일 수용부와 오일 입구 사이에는 압력차가 있으므로, 오일 분리 탱크의 오일 수용부로부터 오일 입구측으로 오일이 흐른다. 따라서, 오일 펌프 등의 오일 공급 수단을 설치하는 일 없이 오일 입구와 연통되는 작동 매체 입구로부터 팽창 공간에 오일 분리 탱크로부터 오일을 공급할 수 있다.
상기 응축기로부터 상기 증발기측으로 송류되는 상기 혼합물과 상기 오일 분리 탱크로부터 상기 오일 입구를 통해 상기 베어링에 공급되는 오일이 열교환되는 열교환기를 설치하는 것이 바람직하다. 이 구성에 따르면, 응축기로부터 증발기측으로 송류되는 혼합물과 오일 분리 탱크로부터 오일 입구측으로 송류되는 오일이 열교환기에 의해 열교환된다. 즉, 증발기에서 가열되고, 오일 분리 탱크를 통과하여 오일 입구측으로 송류되는 오일은, 응축기로부터 증발기측으로 송류되는 혼합물에 대해, 상대적으로 고온으로 되어 있으므로, 응축기로부터 증발기측으로 송류되는 혼합물에 의해 냉각된다. 따라서, 장치 내부의 작동 매체 및 오일의 혼합물을 이용한 간이한 구성에 의해, 오일 입구에 공급하는 오일을 냉각할 수 있다. 이에 의해, 베어링에 공급하는 오일의 점도를 적정하게 유지, 나아가서는 베어링의 충분한 윤활을 유지할 수 있다.
상기 펌프와 상기 증발기 사이에 분기부를 설치하여, 상기 분기부와 상기 스크류 로터의 팽창 공간과 연통되는 상기 오일 입구를 접속하는 것이 바람직하다. 이 구성에 따르면, 펌프에 의해 압송되는 혼합물을, 증발기로 압송하는 동시에, 분기부를 통해 스크류 로터의 팽창 공간과 연통되는 오일 입구로 압송한다. 이에 의해, 오일 펌프 등의 오일 공급 수단을 설치하는 일 없이 혼합물을 구성하는 오일을 오일 입구를 통해 스크류 팽창기의 팽창 공간에 공급할 수 있다.
상기 증발기의 상류측에, 상기 펌프에 의해 압송되는 혼합물을 가열하는 예열기를 설치하는 동시에, 생산정(生産井)으로부터의 기체 및 액체를 포함하는 혼합물을 기체와 액체로 분리하여, 상기 기체를 수용하는 기체 수용부와 상기 기체 수용부의 하방에 위치하고 상기 액체를 수용하는 액체 수용부를 갖는 기액 분리기를 설치하고, 상기 기액 분리기의 기체 수용부로부터 기체를 상기 증발기로 송기하고, 상기 증발기에서 상기 기체와의 열교환에 의해 상기 혼합물을 증발시켜, 상기 증발기로부터의 기체, 액체, 또는 기액 혼합물과 상기 기액 분리기의 액체 수용부로부터의 액체를 합류시켜 상기 예열기로 송류하고, 상기 예열기에서 상기 합류시킨 액체, 또는 기액 혼합물과 상기 펌프에 의해 압송되는 혼합물을 열교환한 후, 상기 예열기로부터 환원정(還元井)에 기액 혼합물을 송출하는 것이 바람직하다. 이 구성에 따르면, 기액 분리기에서 생산정으로부터의 기체 및 액체를 분리한 후, 상대적으로 저온인 액체를 예열기에 송류하여 증발기로 보내지는 혼합물을 가열한다. 상대적으로 고온인 기체를 증발기로 송기하고, 펌프에 의해 압송되어 예열기에서 가열되는 혼합물을 증발기에서 증발시킨다. 증발기로 보내지는 혼합물은, 예열기에서 미리 가열되어 승온되어 있으므로, 증발기에 있어서, 보다 확실하게 증발될 수 있다.
상기 본체 출구측 라인과, 상기 펌프의 출구와 접속된 펌프 출구측 라인에 접속되어, 개폐 밸브가 개재 설치된 복귀 유로를 설치하는 것이 바람직하다. 이 구성에 따르면, 복귀 유로의 개폐 밸브를 개방함으로써, 펌프에 의해 압송되는 펌프 출구측 라인의 혼합물은, 본체 출구측 라인으로 복귀된다. 이와 같이 하여, 펌프 출구측 라인으로부터 공급하는 작동 매체의 공급량이 과잉인 경우에, 그 공급량을 시정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 펌프의 하류에 오일 분리 탱크를 설치함으로써, 작동 매체 출구로부터의 혼합물을 펌프에 의해 승압하여 오일 분리 탱크로 송류할 수 있다. 오일 분리 탱크의 내부와 스크류 팽창기의 오일 입구 사이의 압력차에 의해, 스크류 팽창기의 오일 입구에 오일 펌프 등의 오일의 공급 수단을 설치하는 일 없이 오일을 공급할 수 있다. 또한, 펌프의 하류에 오일 분리 탱크를 설치함으로써, 본체 출구측 라인에 설치하는 경우와 비교하여 대형화시키지 않아도 되므로 장치를 소형화할 수 있다. 또한, 베어링뿐만 아니라, 베어링 및 스크류 로터의 팽창 공간의 양쪽에 오일을 공급하는 경우에는, 스크류 로터의 팽창 공간에 시일재로서의 오일이 공급됨으로써, 팽창 공간 내부에서의 작동 매체의 누설이 발생하기 어려워, 그 누설에 의한 작동 매체의 불필요한 압력의 저하를 억제할 수 있으므로, 동력의 손실을 경감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 스크류 팽창기 시스템의 개략도.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태의 스크류 팽창기 시스템의 개략도.
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태의 스크류 팽창기 시스템의 개략도.
도 4는 본 발명의 제4 실시 형태의 스크류 팽창기 시스템의 개략도.
도 5는 본 발명의 제5 실시 형태의 스크류 팽창기 시스템의 개략도.
도 6은 종래의 스크류 팽창기 시스템의 개략도.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 따라서 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 스크류 팽창기 시스템(10)을 도시한다. 이 스크류 팽창기 시스템(10)은, 스크류 팽창기(11), 응축기(13), 펌프(14), 증발기(15) 및 오일 분리 탱크(16)를 구비하고 있다.
스크류 팽창기(11)는, 서로 맞물리는 암수 한 쌍의 스크류 로터(17)를 구비하고 있다. 도 1에서는, 케이싱(18)의 내부에 회전 가능하게 수용된 암수 한 쌍의 스크류 로터(17) 중, 발전기(12)와 접속된 측의 스크류 로터(17)만이 나타나 있다. 스크류 로터(17)에는, 회전축 방향의 양측으로 연장되는 로터축(19)이 설치되어 있다. 발전기(12)측의 로터축(19)은, 케이싱(18)의 발전기(12)측의 면을 관통하여 외측으로 돌출되어 있다. 스크류 로터(17)의 양측의 로터축(19, 19)은, 각각 베어링(20, 20)에 의해 지지되어 있다. 스크류 팽창기(11)에는, 암수 한 쌍의 스크류 로터(17)와 그 스크류 로터(17)를 수용하는 케이싱(18)에 의해 작동 매체를 팽창시키는 팽창 공간이 형성되어 있다. 본 실시 형태에 있어서의 작동 매체는, HCFC(하이드로클로로플루오로카본)이다. 작동 매체에는, 터빈 오일 등의 오일이 혼입되어 있다. 스크류 팽창기(11)에는, 이 팽창 공간과 연통되는 작동 매체 입구(21)와 작동 매체 출구(22)가 설치되어 있다. 또한, 팽창 공간에는, 스크류 로터(17)가 회전하여, 작동 매체를 팽창시키는 과정에서, 직접적으로는 작동 매체 입구(21)와 작동 매체 출구(22)에 연통되지 않는 공간도 형성되지만, 여기서는 간단하게 하기 위해, 작동 매체 입구(21)와 작동 매체 출구(22)는 팽창 공간과 연통된다고 기재한다. 스크류 팽창기(11)에는, 각 베어링(20, 20)과 연통되고, 베어링(20)에 급유하는 제1 오일 입구(23, 23)가 각각 설치되어 있다. 스크류 팽창기(11)에는, 작동 매체 입구(21)에 개방되어, 로터 외주면, 나아가서는 팽창 공간에 급유하는 제2 오일 입구(24)가 설치되어 있다. 스크류 팽창기(11)에서는, 작동 매체 입구(21)의 압력보다 작동 매체 출구(22)의 압력의 쪽이 낮게 되어 있으므로, 성능 저하를 회피하는 점에서, 제2 오일 입구(24)는 작동 매체 입구(21)에 설치하는 것이 바람직하다. 제2 오일 입구(24)는, 상술한 바와 같이 작동 매체 입구(21)에 개방되어 있으므로, 팽창 공간과 연통되어 있다고도 할 수 있다. 스크류 팽창기(11)에는, 각 베어링(20, 20)으로부터 오일을 배출하는 제1 오일 출구(25, 25)가 각각 설치되어 있다. 제1 오일 출구(25, 25)는, 작동 매체 출구(22)에 개방되어 설치되어 있다. 스크류 팽창기(11)의 로터 외주면, 나아가서는 팽창 공간으로부터의 오일을 배출하는 제2 오일 출구(26)는 작동 매체 출구(22)와 동일하다.
발전기(12)는, 전자기 유도를 이용하여, 로터(도시하지 않음)와 스테이터(도시하지 않음)의 상호 작용에 의해 전기 에너지를 얻는 장치이다. 발전기(12)의 로터축은, 스크류 팽창기(11)의 케이싱(18)을 관통하여 외측으로 돌출된 로터축(19)과, 도시하지 않은 증감속 기계(기어 기구)나, 커플링을 통해 접속되어 있다. 발전기(12)는 스크류 팽창기(11)의 로터축(19)이 회전 구동함으로써, 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하고 있다. 스크류 팽창기(11)와 발전기(12)는, 발전 유닛(G)을 구성하고 있다.
스크류 팽창기(11)의 작동 매체 출구(22)에는, 본체 출구측 라인(27)이 접속되어 있다. 본체 출구측 라인(27)에는, 기체를 액화시키는 응축기(13)가 개재 설치되어 있다.
응축기(13)의 출구는, 펌프(14)의 입구와 접속되어 있다. 펌프(14)는, 본체 출구측 라인(27)에 의해 송류된 작동 매체와 오일의 혼합물을 압송한다.
펌프(14)의 출구는, 펌프(14)에 의해 압송된 혼합물 중의 작동 매체를 증발시켜 기화시키는 증발기(15)와 접속되어 있다.
증발기(15)의 하류에는, 작동 매체와 오일의 혼합물을 작동 매체와 오일로 분리하는 오일 분리 탱크(16)가 설치되어 있다. 증발기(15)의 출구는, 오일 분리 탱크(16)와 오일 분리 탱크(16)의 상방 부분에서 접속되어 있다. 오일 분리 탱크(16)는, 분리한 작동 매체를 수용하는 작동 매체 수용부(28)와 분리한 오일을 수용하는 오일 수용부(29)를 구비하고 있다. 본 실시 형태에 있어서, 작동 매체 수용부(28)는 오일 분리 탱크(16) 내부의 상방 부분이고, 오일 수용부(29)는 작동 매체 수용부(28)보다 하방 부분이다. 오일 분리 탱크(16)는, 선회류를 형성하여 오일을 원심 분리하는 타입의 것, 엘리먼트에 의해 오일을 포착하는 것 등 다른 타입의 것을 채용해도 된다.
오일 분리 탱크(16)의 작동 매체 수용부(28)는, 작동 매체 공급 유로(30)에 의해 스크류 팽창기(11)의 작동 매체 입구(21)와 접속되어 있다. 작동 매체 공급 유로(30)에는, 상류측[오일 분리 탱크(16)측]의 압력과 하류측[작동 매체 입구(21)측]의 압력을 조정하는 교축 기구(압력 조정 수단)(31)가 개재 설치되어 있다. 교축 기구(31)는, 교축 기구(31)의 상류측의 압력을 Ps1, 하류측의 압력 Ps2라 하면, Ps1＞Ps2로 되도록 조정된다.
오일 분리 탱크(16)의 오일 수용부(29)는, 베어링용 오일 공급 유로(32)에 의해 제1 오일 입구(23, 23)와 접속되어 있다. 베어링용 오일 공급 유로(32)에는, 역지 밸브 등의 밸브를 개재 설치해도 된다. 또한, 오일 분리 탱크(16)의 오일 수용부(29)는, 팽창기 본체용 오일 공급 유로(33)에 의해, 제2 오일 입구(24)와 접속되어 있다. 팽창기 본체용 오일 공급 유로(33)에는 역지 밸브 등의 밸브를 개재 설치해도 된다.
이상의 구성으로 이루어지는 스크류 팽창기 시스템(10)의 동작에 대해 설명한다.
스크류 팽창기(11)는, 작동 매체 입구(21)를 통해 보내진 작동 매체를 스크류 로터(17)의 팽창 공간에서 팽창시켜, 작동 매체 출구(22)로부터 배출한다. 또한, 스크류 팽창기(11)는, 제1 오일 입구(23)로부터 로터축(19)을 지지하는 베어링(20)에 오일을 공급하고, 제1 오일 출구(25)와 연통된 작동 매체 출구(22)로부터 오일을 배출하는 동시에, 작동 매체 입구(21)와 연통된 제2 오일 입구(24)로부터 스크류 로터(17)의 외주면, 나아가서는 팽창 공간에 오일을 공급하고 제2 오일 출구(26)와 연통된 작동 매체 출구(22)로부터 오일을 배출한다. 본 실시 형태에 있어서, 베어링(20)의 주위의 압력은, 대략 대기압으로 되어 있다. 작동 매체 출구(22)로부터 배출된 작동 매체 및 오일은, 작동 매체가 기체 상태이고, 또한 오일은 미스트상(입상, 액체)인 혼합물로 되어 본체 출구측 라인(27)에 의해 응축기(13)로 송류된다. 본 실시 형태에 있어서, 본체 출구측 라인(27)의 압력은, 0.16㎫이다. 응축기(13)에서는, 혼합물의 기체의 작동 매체가 액화된다. 그리고 응축기(13)로부터 작동 매체와 오일의 양쪽이 액체로 되어 있는 혼합물이, 펌프(14)로 보내진다. 펌프(14)는 혼합물을 승압하여 증발기(15)로 압송한다. 본 실시 형태에 있어서, 펌프(14)와 증발기(15) 사이의 압력은 0.8㎫이다. 증발기(15)에서는, 펌프(14)에 의해 압송된 혼합물은, 고온 유체(예를 들어, 증기)와 열교환되어 승온된다. 그 결과, 혼합물 중, 작동 매체는 기체 상태로 되지만, 오일은 미스트상(입상, 액체) 그대로이다. 그리고 증발기(15)로부터의 작동 매체와 오일의 혼합물은, 오일 분리 탱크(16)로 보내진다. 본 실시 형태에 있어서, 증발기(15)와 오일 분리 탱크(16) 사이의 압력은, 0.8㎫로부터 증발기(15)에서 발생한 압력 손실 α를 뺀 것이다. 오일 분리 탱크(16)에서는, 중력에 의해 기체 상태인 작동 매체와 액체 상태인 오일의 혼합물을 오일과 작동 매체로 분리한다. 작동 매체는 작동 매체 수용부(28)에 수용되고, 오일은 오일 수용부(29)에 수용된다.
작동 매체 공급 유로(30)의 교축 기구(31)를, Ps1(상류측의 압력)＞Ps2(하류측의 압력)로 되도록 조정하여 일정 시간 경과하면, 작동 매체 공급 유로(30)의 교축 기구(31)의 상류측과 접속된 오일 분리 탱크(16)의 내부의 압력은 Ps1과 거의 동일한 값으로 된다. 그리고 작동 매체 공급 유로(30)의 교축 기구(31)의 하류측과 접속된 스크류 팽창기(11)의 작동 매체 입구(21)의 압력은 Ps2와 거의 동일한 값으로 된다. 즉, 오일 분리 탱크(16)의 내부의 압력은, 스크류 팽창기(11)의 작동 매체 입구(21)와 연통되는 제2 오일 입구(24)의 압력보다 높다. 따라서, 오일 분리 탱크(16)에서 분리된 작동 매체는, 작동 매체 수용부(28)로부터 작동 매체 공급 유로(30)로 보내지는 동시에, 오일 분리 탱크(16)의 오일 수용부(29)의 오일은 제2 오일 입구(24)로 공급된다.
한편, 제1 오일 출구(25)를 통해 작동 매체 출구(22)와 연통되는 제1 오일 입구(23)에 있어서의 압력도 오일 분리 탱크(16)에 있어서의 압력에 대해 상대적으로 낮게 되어 있다. 따라서, 오일 분리 탱크(16)의 오일 수용부(29)로부터 오일의 일부를 제1 오일 입구(23)로 공급할 수 있다.
펌프(14)의 하류에 오일 분리 탱크(16)를 설치함으로써, 작동 매체 출구(22)로부터의 혼합물을 펌프(14)에 의해 승압하여 오일 분리 탱크(16)에 송류할 수 있다. 오일 분리 탱크(16)의 내부와 스크류 팽창기(11)의 오일 입구(23, 24) 사이의 압력차에 의해, 스크류 팽창기(11)의 오일 입구(23, 24)에 오일 펌프 등의 오일의 공급 수단을 설치하는 일 없이 오일을 공급할 수 있다. 또한, 펌프(14)의 하류에 오일 분리 탱크(16)를 설치함으로써, 본체 출구측 라인(27)에 설치하는 경우와 비교하여 대형화시키지 않아도 되므로 장치를 소형화할 수 있다. 또한, 베어링(20) 및 스크류 로터(17)의 팽창 공간의 양쪽에 오일을 공급하는 경우에는, 스크류 팽창기(11), 나아가서는 발전기(12)를 구동하는 작동 매체의 압력이 저하되는 것을 억제할 수 있으므로, 동력의 손실을 경감할 수 있다.
또한, 통상, 오일 분리 탱크(16)에 공급되는 오일 혼합 작동 매체의 체적 유량은, 스크류 팽창기(11)의 작동 매체 출구(22)측에 있어서의 작동 매체의 체적 유량의 수 분의 1(예를 들어, 약 1/5) 정도로 된다. 상술한 바와 같이, 원하는 오일 분리의 효과를 얻기 위해, 오일 분리 탱크(16)의 크기는, 가스의 유속(혹은, 체적 유량)에 거의 비례한 크기로 할 필요가 있다. 그렇게 하면, 본 발명과 같이, 오일 분리 탱크(16)를 스크류 팽창기(11)의 작동 매체 입구(21)측에 설치하면, 작동 매체 출구(22)에 설치한 경우에 비해, 그 크기는, 수 분의 1 정도로 억제할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태의 스크류 팽창기 시스템(10)을 도시한다. 본 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.
스크류 팽창기 시스템(10)에는, 제1 실시 형태의 구성에 더하여, 응축기(13)로부터 증발기(15)측으로 송류되는 작동 매체와 오일의 혼합물과, 오일 분리 탱크(16)로부터 베어링용 오일 공급 유로(32)에 의해 제1 오일 입구(23)측으로 송류되는 오일이 열교환되는 열교환기(34)가 설치되어 있다.
스크류 팽창기 시스템(10)의 운전 중에는, 증발기(15)에서 가열되고, 오일 분리 탱크(16)를 통해 제1 오일 입구(23)측으로 송류되는 오일은, 응축기(13)로부터 증발기(15)측으로 송류되는 혼합물에 대해, 상대적으로 고온으로 되어 있다. 그로 인해, 응축기(13)로부터 증발기(15)측으로 송류되는 혼합물과 오일 분리 탱크(16)로부터 베어링용 오일 공급 유로(32)에 의해 제1 오일 입구(23)측으로 송류되는 오일이 열교환기(34)에 의해 열교환된다. 그 결과, 오일 분리 탱크(16)로부터 베어링용 오일 공급 유로(32)에 의해 제1 오일 입구(23)측으로 송류되는 오일은, 응축기(13)로부터 증발기(15)측으로 송류되는 혼합물에 의해 냉각된다. 따라서, 스크류 팽창기 시스템(10) 내부의 작동 매체 및 오일의 혼합물을 이용한 간이한 구성에 의해, 제1 오일 입구(23)에 공급하는 오일을 냉각할 수 있다. 이에 의해, 베어링(20)에 공급하는 오일의 점도를 적정하게 유지, 나아가서는 베어링(20)의 충분한 윤활을 유지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태의 스크류 팽창기 시스템(10)을 도시한다. 본 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.
스크류 팽창기 시스템(10)은, 제1 실시 형태의 구성에 대해, 교축 기구(31) 및 팽창기 본체용 오일 공급 유로(33)가 설치되어 있지 않다. 펌프(14)와 증발기(15) 사이에 분기부(35)가 설치되어 있다. 분기부(35)는 작동 매체 입구(21)에 개방된 제2 오일 입구(24)와 접속되어 있다.
본 실시 형태에 있어서, 펌프(14)와 증발기(15) 사이의 분기부(35)의 압력은 0.8㎫이다. 증발기(15)와 오일 분리 탱크(16) 사이의 압력은, 0.8㎫로부터 증발기(15)에서 발생한 압력 손실 α를 뺀 것이다. 오일 분리 탱크(16)의 압력은, 그 압력값에 대해 약간 더 낮은(0.8－α－β) 값으로 된다. 오일 분리 탱크(16)는, 스크류 팽창기(11)의 작동 매체 입구(21)와 연통되어 있으므로, 작동 매체 입구(21)의 압력은 (0.8－α－β)㎫이다. 따라서, 분기부(35)와 작동 매체 입구(21) 사이에서 압력차가 발생한다. 그 결과, 펌프(14)에 의해 압송되는 혼합물은, 증발기(15)로 압송되는 동시에, 분기부(35)를 통해 스크류 팽창기(11)의 작동 매체 입구(21)에 개방된 제2 오일 입구(24)로 압송된다. 이에 의해, 오일 펌프 등의 오일 공급 수단을 설치하는 일 없이 혼합물을 구성하는 오일을 작동 매체 입구(21)를 통해 스크류 팽창기(11)의 팽창 공간에 공급할 수 있다. 그리고 공급된 오일에 의해, 스크류 로터(17)를 윤활하는 동시에, 스크류 팽창기(11)의 팽창 공간에 있어서 시일을 형성한다. 이에 의해, 스크류 팽창기(11)의 성능을 유지할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 교축 기구(31)를 설치할 필요가 없으므로, 스크류 팽창기(11), 나아가서는 발전기(12)를 구동하는 작동 매체의 압력을 저하시키는 일이 없으므로, 동력상의 손실이 경감된다. 또한, 액체 상태인 작동 매체도 작동 매체 입구(21)를 통해 스크류 팽창기(11)의 팽창 공간에 공급되지만 문제는 없다.
도 4는 본 발명의 제4 실시 형태의 스크류 팽창기 시스템(10)을 도시한다. 본 실시 형태는, 제2 실시 형태를 지열 바이너리 발전의 설비에 적용한 것이다. 본 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.
스크류 팽창기 시스템(10)에는, 제1 실시 형태의 구성에 더하여, 증발기(15)의 상류측에, 펌프(14)에 의해 압송되는 혼합물을 가열하는 예열기(36)가 설치되어 있다.
또한, 스크류 팽창기 시스템(10)에는, 땅속으로부터 유도되어 있는 생산정으로부터의 기체 및 액체를 포함하는 혼합물을 기체와 액체로 분리하는 기액 분리기(37)가 설치되어 있다. 기액 분리기(37)는 상기 기체를 수용하는 기체 수용부(38)와 상기 기체 수용부(38)의 하방에 위치하고 상기 액체를 수용하는 액체 수용부(39)를 구비하고 있다. 기액 분리기(37)의 기체 수용부(38)는, 차례로, 증발기(15) 및 예열기(36)와 접속되어, 환원정을 통해 땅속으로 유도되어 있다. 기액 분리기(37)의 액체 수용부(39)는, 예열기(36)와 증발기(15) 사이에서 기체 수용부(38)로부터의 유로와 합류하도록 접속되어 있다.
본 실시 형태에 있어서, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 열교환기(34)가 설치되어 있다. 또한, 응축기(13)는 공냉식 응축기이다.
생산정으로부터 분출되는 기체(증기) 및 액체(열수)를 포함하는 혼합물은, 기액 분리기(37)에 의해 기체와 액체로 분리된다. 그리고 기체는 기체 수용부(38)에 수용되고, 액체는 액체 수용부(39)에 수용된다. 기액 분리기(37)의 기체 수용부(38)로부터 기체를 증발기(15)로 송기하고, 증발기(15)에서 상기 기체와의 열교환에 의해 펌프(14)에 의해 압송되는 혼합물을 증발시키는 동시에, 증발기(15)로부터의 기체, 액체, 또는 기액 혼합물과 기액 분리기(37)의 액체 수용부(39)로부터의 액체를 합류시켜 예열기(36)로 송류하고, 예열기(36)에서 합류시킨 액체, 또는 기액 혼합물과 펌프(14)에 의해 압송된 혼합물을 열교환한 후, 예열기(36)로부터 땅속으로 유도되어 있는 환원정에 기액 혼합물을 송출한다.
이와 같이, 상대적으로 저온인 액체를 예열기(36)로 송류하여 예열기(36)에서 미리 가열하고, 상대적으로 고온인 기체를 증발기(15)로 송기함으로써 증발기(15)로 보내진 혼합물을 보다 확실하게 증발시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 제5 실시 형태의 스크류 팽창기 시스템(10)을 도시한다. 본 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.
본체 출구측 라인(27)으로부터 분기되도록 일단부가 접속되고, 펌프(14)의 출구와 증발기(15)를 접속하는 유로인 펌프 출구측 라인(40)에 합류하도록 타단부가 접속된 복귀 유로(42)가 설치되어 있다. 복귀 유로(42)에는 개폐 밸브(41)가 개재 설치되어 있다.
펌프 출구측 라인(40)에 설치된 도시하지 않은 유량계에 의해, 작동 매체의 공급량이 과잉이라고 판단된 경우에는, 복귀 유로(42)의 개폐 밸브(41)를 개방한다. 이에 의해, 펌프(14)에 의해 압송된 펌프 출구측 라인(40)의 혼합물은, 본체 출구측 라인(40)으로 복귀된다. 이와 같이 하여, 펌프 출구측 라인(40)으로부터 공급하는 작동 매체의 공급량이 과잉인 경우에, 그 공급량을 시정할 수 있다.
이상의 실시 형태에서는, 스크류 팽창기(11)의 구동 대상이 발전기(12)인 스크류 팽창기 시스템(10)을 예로 설명하였지만, 이것에만 한정되지 않고, 구동 대상을 발전기(12) 이외의 것으로 해도 된다.
10 : 스크류 팽창기 시스템
11 : 스크류 팽창기
12 : 발전기
13 : 응축기
14 : 펌프
15 : 증발기
16 : 오일 분리 탱크
17 : 스크류 로터
18 : 케이싱
19 : 로터축
20 : 베어링
21 : 작동 매체 입구
22 : 작동 매체 출구
23 : 제1 오일 입구
24 : 제2 오일 입구
25 : 제1 오일 출구
26 : 제2 오일 출구
27 : 본체 출구측 라인
28 : 작동 매체 수용부
29 : 오일 수용부
30 : 작동 매체 공급 유로
31 : 교축 기구(압력 조정 수단)
32 : 베어링용 오일 공급 유로
33 : 팽창기 본체용 오일 공급 유로
34 : 열교환기
35 : 분기부
36 : 예열기
37 : 기액 분리기
38 : 기체 수용부
39 : 액체 수용부
40 : 펌프 출구측 라인
41 : 개폐 밸브
42 : 복귀 유로
G : 발전 유닛

Claims (8)

  1. 서로 맞물리는 스크류 로터에 의해 형성되고 작동 매체를 팽창시키는 팽창 공간과,
    상기 팽창 공간과 연통되는 작동 매체 입구 및 작동 매체 출구와,
    상기 스크류 로터의 로터축을 지지하는 베어링과,
    상기 팽창 공간, 상기 베어링 중 적어도 한쪽에 오일을 공급하는 오일 입구와,
    상기 팽창 공간, 상기 베어링 중 적어도 한쪽으로부터 오일을 배출하는 오일 출구를 갖는 스크류 팽창기와,
    상기 작동 매체 출구 및 상기 오일 출구와 접속되고, 상기 작동 매체 출구로부터의 작동 매체와 상기 오일 출구로부터의 오일을 송류하는 본체 출구측 라인과,
    상기 본체 출구측 라인에 개재 설치된 응축기와,
    상기 본체 출구측 라인과 접속되고, 상기 본체 출구측 라인에 의해 송류되는 작동 매체와 오일의 혼합물을 압송하는 펌프와,
    상기 펌프에 의해 압송되는 혼합물 중의 작동 매체를 증발시키는 증발기를 구비하고,
    상기 증발기로부터의 작동 매체를 상기 작동 매체 입구에 순환 공급하는 동시에 상기 증발기로부터의 오일을 상기 오일 입구에 순환 공급하는 스크류 팽창기 시스템에 있어서,
    상기 증발기와 상기 스크류 팽창기 사이에, 작동 매체와 오일로 분리하고, 분리된 작동 매체를 수용하는 작동 매체 수용부와 분리된 오일을 수용하는 오일 수용부를 갖는 오일 분리 탱크를 개재 설치하고,
    상기 오일 분리 탱크의 오일 수용부와 상기 스크류 팽창기의 오일 입구를 접속하고,
    상기 오일 입구는, 상기 베어링과 연통되는 제1 오일 입구와 상기 팽창 공간과 연통되는 제2 오일 입구로 이루어지고,
    상기 오일 분리 탱크의 작동 매체 수용부와 상기 스크류 팽창기의 작동 매체 입구 사이에 상류측의 압력과 하류측의 압력을 조정하는 압력 조정 수단을 개재 설치한 것을 특징으로 하는, 스크류 팽창기 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 응축기로부터 상기 증발기측으로 송류되는 상기 혼합물과 상기 오일 분리 탱크로부터 상기 오일 입구를 통해 상기 베어링에 공급되는 오일이 열교환되는 열교환기를 설치한 것을 특징으로 하는, 스크류 팽창기 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 펌프와 상기 증발기 사이에 분기부를 설치하고, 상기 분기부와 상기 스크류 로터의 팽창 공간과 연통되는 상기 오일 입구를 접속한 것을 특징으로 하는, 스크류 팽창기 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 증발기의 상류측에, 상기 펌프에 의해 압송되는 혼합물을 가열하는 예열기를 설치하는 동시에,
    생산정으로부터의 기체 및 액체를 포함하는 혼합물을 기체와 액체로 분리하여, 상기 기체를 수용하는 기체 수용부와 상기 기체 수용부의 하방에 위치하고 상기 액체를 수용하는 액체 수용부를 갖는 기액 분리기를 설치하고,
    상기 기액 분리기의 기체 수용부로부터 기체를 상기 증발기로 송기하고, 상기 증발기에서 상기 기체와의 열교환에 의해 상기 혼합물을 증발시켜, 상기 증발기로부터의 기체, 액체, 또는 기액 혼합물과 상기 기액 분리기의 액체 수용부로부터의 액체를 합류시켜 상기 예열기로 송류하고, 상기 예열기에서 상기 합류시킨 액체, 또는 기액 혼합물과 상기 펌프에 의해 압송되는 혼합물을 열교환한 후, 상기 예열기로부터 환원정에 기액 혼합물을 송출하는 것을 특징으로 하는, 스크류 팽창기 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 본체 출구측 라인과, 상기 펌프의 출구와 접속된 펌프 출구측 라인에 접속되고, 개폐 밸브가 개재 설치된 복귀 유로를 설치한 것을 특징으로 하는, 스크류 팽창기 시스템.
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Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2476869B1 (de) * 2011-01-17 2017-04-05 Orcan Energy AG Schmierung volumetrisch arbeitender Expansionsmaschinen
JP2013051769A (ja) * 2011-08-30 2013-03-14 Kobe Steel Ltd 動力発生装置および動力発生方法
JP5492170B2 (ja) * 2011-10-06 2014-05-14 株式会社神戸製鋼所 発電装置
CN102644489A (zh) * 2012-04-27 2012-08-22 北京亿玮坤节能科技有限公司 一种发电循环机组
CN102877890B (zh) * 2012-09-19 2015-01-14 北京工业大学 单螺杆膨胀机的润滑系统及控制方法
US9482230B2 (en) 2012-10-17 2016-11-01 Johnson Controls Technology Company Screw compressor
JP5715111B2 (ja) * 2012-12-12 2015-05-07 株式会社神戸製鋼所 発電装置及び発電システム
DE102013200413A1 (de) * 2013-01-14 2014-07-31 Magna Powertrain Ag & Co. Kg Expanderkreislauf
EP2981685A1 (en) * 2013-01-28 2016-02-10 Eaton Corporation Organic rankine cycle system with lubrication circuit
JP2014163608A (ja) * 2013-02-26 2014-09-08 Kobe Steel Ltd バイナリー発電装置及びバイナリー発電装置の運転方法
JP5891192B2 (ja) * 2013-03-25 2016-03-22 株式会社神戸製鋼所 発電装置及び発電システム
CN104110274A (zh) * 2013-04-19 2014-10-22 天津大学 低温热发电膨胀机的润滑及冷却系统
US9845711B2 (en) * 2013-05-24 2017-12-19 Cummins Inc. Waste heat recovery system
JP6005586B2 (ja) * 2013-05-30 2016-10-12 株式会社神戸製鋼所 バイナリー駆動装置
JP5860435B2 (ja) * 2013-05-31 2016-02-16 株式会社神戸製鋼所 発電装置
CN103775146B (zh) * 2014-01-22 2016-03-02 美意(浙江)空调设备有限公司 一种风冷膨胀发电机系统
DE102014206023B4 (de) * 2014-03-31 2023-12-28 Rolls-Royce Solutions GmbH System für einen thermodynamischen Kreisprozess, Anordnung mit einer Brennkraftmaschine und einem System, Verfahren zum Schmieren einer Expansionseinrichtung in einem System für einen thermodynamischen Kreisprozess, und Kraftfahrzeug
JP6163145B2 (ja) * 2014-09-05 2017-07-12 株式会社神戸製鋼所 熱エネルギー回収装置
WO2016205188A1 (en) * 2015-06-15 2016-12-22 Eaton Corporation Integrated expander-pump assembly
WO2017059884A1 (de) * 2015-10-05 2017-04-13 Bitzer Kühlmaschinenbau Gmbh Expansionsanlage
BE1023714B1 (nl) * 2015-12-11 2017-06-26 Atlas Copco Airpower Naamloze Vennootschap Werkwijze voor het regelen van de vloeistofinjectie van een compressor- of expanderinrichting, een vloeistofgeïnjecteerde compressor- of expanderinrichting en een vloeistofgeïnjecteerd compressor- of expanderelement
EP3387258B1 (en) * 2015-12-11 2020-02-12 Atlas Copco Airpower Method for regulating the liquid injection of a compressor, a liquid-injected compressor and a liquid-injected compressor element
KR102222343B1 (ko) 2015-12-11 2021-03-03 아틀라스 캅코 에어파워, 남로체 벤누트삽 압축기 장치 또는 익스팬더 장치의 액체 주입을 조절하기 위한 방법, 액체 주입식 압축기 장치 또는 익스팬더 장치, 및 액체 주입식 압축기 요소 또는 익스팬더 요소
CN105888757B (zh) * 2016-06-23 2017-04-12 中国石油大学(华东) 一种闭式循环发电装置
CN106121943B (zh) * 2016-07-25 2018-10-19 衢州学院 一种螺杆膨胀机组
JP6815911B2 (ja) * 2017-03-22 2021-01-20 株式会社神戸製鋼所 熱エネルギー回収装置
CN107461221A (zh) * 2017-08-16 2017-12-12 无锡锡压压缩机有限公司 一种大功率柴油机余热回收用两级螺杆膨胀机结构
DE102017121954A1 (de) * 2017-09-21 2019-03-21 GasNet s.r.o. Schraubenexpander und Verfahren zum Erzeugen von mechanischer Energie durch Expandieren eines Arbeitsfluids
CN107676135B (zh) * 2017-11-16 2024-06-07 山西易通环能科技集团有限公司 一种螺杆膨胀机油气分离装置
JP6763848B2 (ja) * 2017-12-04 2020-09-30 株式会社神戸製鋼所 熱エネルギー回収装置
JP2019183813A (ja) * 2018-04-17 2019-10-24 株式会社神戸製鋼所 熱エネルギー回収装置及び油検出方法
JP7146478B2 (ja) * 2018-06-22 2022-10-04 株式会社神戸製鋼所 スクリュー圧縮機及びガス圧縮システム
CN112392558B (zh) * 2019-08-13 2024-05-03 江苏国富氢能技术装备股份有限公司 一种低温气液化用透平膨胀装置
DE102020004152A1 (de) 2020-07-09 2022-01-13 Technische Universität Dortmund Verfahren und Vorrichtung zur Expansion unter Druck stehender Gase mittels Expansionsmaschine unter Nutzung von Wärmequellen niedrigen Temperaturniveaus
CN115102329B (zh) * 2022-08-24 2022-11-18 杭州重红科技有限公司 一种新能源电机降温装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5832908A (ja) * 1981-08-24 1983-02-26 Hitachi Ltd ランキン機関の油分離装置
JPS5941609A (ja) * 1982-09-01 1984-03-07 Hitachi Ltd ランキン機関
JPS6060209A (ja) * 1983-09-14 1985-04-06 Hitachi Ltd 動力発生機関の運転方法
JP2008542629A (ja) * 2005-06-10 2008-11-27 シティ ユニヴァーシティ ポンプ

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4008573A (en) * 1975-12-09 1977-02-22 General Electric Company Motive fluids for external combustion engines
JPS5848733B2 (ja) * 1976-08-11 1983-10-31 株式会社日立製作所 廃熱利用小型発電プラント
NZ248799A (en) * 1992-10-26 1996-03-26 Ormat Ind Ltd Power plant, using heat from geothermal steam and brine, with recuperator to transfer heat from organic vapor exiting turbine to organic fluid exiting condenser
JPH11101106A (ja) 1997-09-29 1999-04-13 Hisaka Works Ltd バイナリー発電システム
US6981377B2 (en) * 2002-02-25 2006-01-03 Outfitter Energy Inc System and method for generation of electricity and power from waste heat and solar sources
JP2004332626A (ja) * 2003-05-08 2004-11-25 Jio Service:Kk 発電装置及び発電方法
EP1896698A2 (en) 2005-06-10 2008-03-12 City University Expander lubrication in vapour power systems
JP4881065B2 (ja) * 2006-05-23 2012-02-22 株式会社荏原製作所 高温ガス熱源の動力回収装置
US8186161B2 (en) * 2007-12-14 2012-05-29 General Electric Company System and method for controlling an expansion system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5832908A (ja) * 1981-08-24 1983-02-26 Hitachi Ltd ランキン機関の油分離装置
JPS5941609A (ja) * 1982-09-01 1984-03-07 Hitachi Ltd ランキン機関
JPS6060209A (ja) * 1983-09-14 1985-04-06 Hitachi Ltd 動力発生機関の運転方法
JP2008542629A (ja) * 2005-06-10 2008-11-27 シティ ユニヴァーシティ ポンプ

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KR20120093359A (ko) 2012-08-22
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