KR20250040778A - Heat pump using oil free centrifugal compressor and steam generating system using the same - Google Patents
Heat pump using oil free centrifugal compressor and steam generating system using the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20250040778A KR20250040778A KR1020230123040A KR20230123040A KR20250040778A KR 20250040778 A KR20250040778 A KR 20250040778A KR 1020230123040 A KR1020230123040 A KR 1020230123040A KR 20230123040 A KR20230123040 A KR 20230123040A KR 20250040778 A KR20250040778 A KR 20250040778A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- refrigerant
- double
- centrifugal compressor
- suction centrifugal
- cooling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims abstract description 294
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 165
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 60
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 29
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 29
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims description 17
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 15
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 3
- 238000005304 joining Methods 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 9
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 8
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000005262 decarbonization Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- -1 geothermal heat Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B30/00—Heat pumps
- F25B30/02—Heat pumps of the compression type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B3/00—Other methods of steam generation; Steam boilers not provided for in other groups of this subclass
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
- F25B1/04—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with compressor of rotary type
- F25B1/053—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with compressor of rotary type of turbine type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
- F25B1/10—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with multi-stage compression
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B31/00—Compressor arrangements
- F25B31/006—Cooling of compressor or motor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
- F25B41/20—Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
- F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
- F25B41/31—Expansion valves
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
- F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
- F25B2400/05—Compression system with heat exchange between particular parts of the system
- F25B2400/054—Compression system with heat exchange between particular parts of the system between the suction tube of the compressor and another part of the cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
- F25B2400/23—Separators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
- F25B2700/19—Pressures
- F25B2700/193—Pressures of the compressor
- F25B2700/1933—Suction pressures
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
- F25B2700/21—Temperatures
- F25B2700/2115—Temperatures of a compressor or the drive means therefor
- F25B2700/21151—Temperatures of a compressor or the drive means therefor at the suction side of the compressor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
본 발명은 저단에서 압축된 냉매를 고단에서 한 번 더 압축하는 양흡형 원심 압축기와, 상기 양흡형 원심 압축기를 통과한 냉매로부터 열이 방출되도록 상기 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기를 통과한 상기 냉매를 팽창시키는 제1 팽창밸브와, 상기 제1 팽창밸브를 통과한 상기 냉매를 기상과 액상으로 분리하는 냉매 플래시탱크와, 상기 냉매 플래시탱크에서 배출된 액상의 상기 냉매를 팽창시키는 제2 팽창밸브와, 열원으로부터 열 에너지를 흡수하여 상기 제2 팽창밸브를 통과한 상기 냉매를 증발시키는 증발기와, 상기 증발기를 통과하여 상기 양흡형 원심 압축기에 유입되기 전의 상기 냉매와 상기 냉매 플래시탱크에서 액상으로 배출된 상기 냉매 간 열교환이 이루어지도록, 상기 냉매 플래시탱크와 상기 제2 팽창밸브 사이에 설치되는 내부 열교환기와, 상기 내부 열교환기와 상기 제2 팽창밸브 사이에서 분기되어, 상기 냉매의 일부를 냉각용 냉매로서 상기 양흡형 원심 압축기의 내부에 주입되도록 안내하는 냉각유로, 및 상기 냉각용 냉매가 상기 양흡형 원심 압축기의 내부를 냉각한 후 배출되어 상기 저단 입구 측에서 상기 내부 열교환기에서 상기 양흡형 원심 압축기로 유입되는 상기 냉매와 합류하도록, 상기 냉각용 냉매를 안내하는 복귀유로를 포함하는 양흡형 원심 압축기를 이용한 히트펌프를 개시한다.The present invention comprises: a double-suction centrifugal compressor which compresses refrigerant compressed at a low stage once more at a high stage; a condenser which condenses the refrigerant so that heat is released from the refrigerant passing through the double-suction centrifugal compressor; a first expansion valve which expands the refrigerant passing through the condenser; a refrigerant flash tank which separates the refrigerant passing through the first expansion valve into a gas phase and a liquid phase; a second expansion valve which expands the liquid refrigerant discharged from the refrigerant flash tank; an evaporator which absorbs heat energy from a heat source and evaporates the refrigerant passing through the second expansion valve; an internal heat exchanger which is installed between the refrigerant flash tank and the second expansion valve so that heat exchange occurs between the refrigerant before passing through the evaporator and flowing into the double-suction centrifugal compressor and the refrigerant discharged in a liquid phase from the refrigerant flash tank; and a heat exchanger which is branched between the internal heat exchanger and the second expansion valve and discharges a portion of the refrigerant as a cooling refrigerant into the interior of the double-suction centrifugal compressor. A heat pump using a double-suction centrifugal compressor is disclosed, which includes a cooling path for guiding the cooling refrigerant to be injected, and a return path for guiding the cooling refrigerant so that the cooling refrigerant cools the inside of the double-suction centrifugal compressor and then is discharged to join the refrigerant flowing into the double-suction centrifugal compressor from the internal heat exchanger at the low-stage inlet side.
Description
본 발명은 양흡형 원심 압축기를 이용한 히트펌프 및 이를 포함하는 히트펌프식 증기 생성 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온의 증기를 안정적으로 생성하기 위하여, 양흡형 원심 압축기를 효과적으로 냉각하도록 구성된 히트펌프와 이를 이용하는 증기 생성 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pump using a double-suction centrifugal compressor and a heat pump-type steam generation system including the same, and more specifically, to a heat pump configured to effectively cool a double-suction centrifugal compressor in order to stably generate high-temperature steam, and a steam generation system using the same.
일반적으로 히트펌프는 압축기에서 기체 상태의 저온 저압의 냉매를 고온 고압으로 압축시켜 응축기를 통해 외부로 열을 방출하며, 이후 응축된 액상의 냉매를 팽창시켜 압력과 온도를 낮추고 증발기에서 외부로부터 열을 흡수하여 다시 기체 상태로 압축기에 공급하는 사이클을 형성한다. 이러한 히트펌프는 폐열 또는 미활용열 등 버려지는 열을 이용할 수 있으며 탈 탄소화 정책에 부합하는 전기화가 가능하여, 미래 에너지 전략에 중요한 기술 중 하나로 부상하고 있다. 특히 산업 현장에서는 초고온 증기에 대한 수요가 높아, 향후 초고온 증기를 생산하는 히트펌프의 수요 또한 늘어날 것으로 전망된다. In general, a heat pump compresses a low-temperature, low-pressure gaseous refrigerant in a compressor to high-temperature, high-pressure refrigerant, releases heat to the outside through a condenser, then expands the condensed liquid refrigerant to lower the pressure and temperature, and absorbs heat from the outside in the evaporator and supplies it back to the compressor in a gaseous state, forming a cycle. This heat pump can utilize wasted heat such as waste heat or unused heat, and can be electrified in line with the decarbonization policy, so it is emerging as one of the important technologies for future energy strategies. In particular, the demand for ultra-high-temperature steam is high in industrial sites, and the demand for heat pumps that produce ultra-high-temperature steam is also expected to increase in the future.
다만, 히트펌프에 사용되는 냉매로는 Low GWP, 즉 친환경 냉매를 사용하도록 권고되고 있으므로, 초고온 증기 생성 히트펌프는 친환경 냉매를 사용하면서도 초고온의 증기를 생성할 수 있어야 한다. 이에 따라 냉매를 압축하는 압축기의 성능이 매우 중요해지고 있다.However, since it is recommended to use low GWP, i.e. environmentally friendly refrigerants, as refrigerants used in heat pumps, ultra-high temperature steam generation heat pumps must be able to generate ultra-high temperature steam while using environmentally friendly refrigerants. Accordingly, the performance of the compressor that compresses the refrigerant is becoming very important.
자기 베어링을 장착한 양흡형 원심 압축기는 초고온 증기를 생성하는 히트펌프에 적합한 압축기로서 주목받고 있다. 자기 베어링을 장착한 양흡형 원심 압축기는 구조가 단순하고, 다단계 냉매 압축이 용이하며, 윤활유를 사용하지 않으므로 윤활유와 관련된 문제가 발생하지 않는다. The double-suction centrifugal compressor equipped with magnetic bearings is attracting attention as a compressor suitable for heat pumps that generate ultra-high temperature steam. The double-suction centrifugal compressor equipped with magnetic bearings has a simple structure, is easy to compress multi-stage refrigerant, and does not use lubricating oil, so there are no problems related to lubricating oil.
그러나 150°C 이상의 초고온 증기를 생성하는 히트펌프의 경우 작동 조건이 극심하여 압축기가 과열될 수 있으며, 압축기의 과열이 지속되면 압축기의 수명이 단축되고 히트펌프 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 장시간 초고온 히트펌프의 안정적인 작동을 위하여, 압축기의 과열을 방지하는 효과적인 수단이 필요하다.However, in the case of heat pumps that generate ultra-high temperature steam of 150°C or higher, the operating conditions are extreme and the compressor may overheat, and if the compressor overheating continues, the life of the compressor may be shortened and the heat pump efficiency may decrease. Therefore, in order to operate the ultra-high temperature heat pump stably for a long time, an effective means of preventing the compressor from overheating is required.
본 발명의 목적은 양흡형 원심 압축기를 효과적으로 냉각하는 히트펌프와, 히트펌프와의 열교환을 통해 증기를 생성하는 증기 생성 장치를 포함하는 히트펌프식 증기 생성 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a heat pump-type steam generation system including a heat pump that effectively cools a double-suction centrifugal compressor and a steam generation device that generates steam through heat exchange with the heat pump.
본 발명은 저단에서 압축된 냉매를 고단에서 한 번 더 압축하는 양흡형 원심 압축기와, 상기 양흡형 원심 압축기를 통과한 냉매로부터 열이 방출되도록 상기 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기를 통과한 상기 냉매를 팽창시키는 제1 팽창밸브와, 상기 제1 팽창밸브를 통과한 상기 냉매를 기상과 액상으로 분리하는 냉매 플래시탱크와, 상기 냉매 플래시탱크에서 배출된 액상의 상기 냉매를 팽창시키는 제2 팽창밸브와, 열원으로부터 열 에너지를 흡수하여 상기 제2 팽창밸브를 통과한 상기 냉매를 증발시키는 증발기와, 상기 증발기를 통과하여 상기 양흡형 원심 압축기에 유입되기 전의 상기 냉매와 상기 냉매 플래시탱크에서 액상으로 배출된 상기 냉매 간 열교환이 이루어지도록, 상기 냉매 플래시탱크와 상기 제2 팽창밸브 사이에 설치되는 내부 열교환기와, 상기 내부 열교환기와 상기 제2 팽창밸브 사이에서 분기되어, 상기 냉매의 일부를 냉각용 냉매로서 상기 양흡형 원심 압축기의 내부에 주입되도록 안내하는 냉각유로, 및 상기 냉각용 냉매가 상기 양흡형 원심 압축기의 내부를 냉각한 후 배출되어 상기 저단 입구 측에서 상기 내부 열교환기에서 상기 양흡형 원심 압축기로 유입되는 상기 냉매와 합류하도록, 상기 냉각용 냉매를 안내하는 복귀유로를 포함하는 양흡형 원심 압축기를 이용한 히트펌프를 개시한다.The present invention comprises: a double-suction centrifugal compressor which compresses refrigerant compressed at a low stage once more at a high stage; a condenser which condenses the refrigerant so that heat is released from the refrigerant passing through the double-suction centrifugal compressor; a first expansion valve which expands the refrigerant passing through the condenser; a refrigerant flash tank which separates the refrigerant passing through the first expansion valve into a gas phase and a liquid phase; a second expansion valve which expands the liquid refrigerant discharged from the refrigerant flash tank; an evaporator which absorbs heat energy from a heat source and evaporates the refrigerant passing through the second expansion valve; an internal heat exchanger which is installed between the refrigerant flash tank and the second expansion valve so that heat exchange occurs between the refrigerant before passing through the evaporator and flowing into the double-suction centrifugal compressor and the refrigerant discharged in a liquid phase from the refrigerant flash tank; and a heat exchanger which is branched between the internal heat exchanger and the second expansion valve and discharges a portion of the refrigerant as a cooling refrigerant into the interior of the double-suction centrifugal compressor. A heat pump using a double-suction centrifugal compressor is disclosed, which includes a cooling path for guiding the cooling refrigerant to be injected, and a return path for guiding the cooling refrigerant so that the cooling refrigerant cools the inside of the double-suction centrifugal compressor and then is discharged to join the refrigerant flowing into the double-suction centrifugal compressor from the internal heat exchanger at the low-stage inlet side.
상기 히트펌프는, 상기 냉각유로 상에 설치되는 냉각유로 밸브 및 상기 냉각용 냉매의 유량이 조절되도록 상기 냉각유로 밸브의 개도를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 합류에 의해 혼합된 냉매가 기설정된 과열도 범위 내에 있도록 상기 냉매의 유량을 제어할 수 있다.The above heat pump further includes a cooling channel valve installed on the cooling channel and a control unit that controls the opening of the cooling channel valve so that the flow rate of the cooling refrigerant is adjusted, and the control unit can control the flow rate of the refrigerant mixed by the joining so that the refrigerant is within a preset superheating range.
상기 히트펌프는, 상기 양흡형 원심 압축기로 흡입되는 상기 냉매의 온도를 측정하는 온도센서, 및 상기 양흡형 원심 압축기로 흡입되는 상기 냉매의 압력을 측정하는 압력센서를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 온도센서와 상기 압력센서로부터 측정 정보를 수신하여 상기 혼합된 냉매의 과열도를 감지하고, 상기 혼합된 냉매의 과열도가 상기 기설정된 과열도에 도달하였는지 여부를 판단할 수 있다.The above heat pump further includes a temperature sensor for measuring the temperature of the refrigerant sucked into the double-suction centrifugal compressor, and a pressure sensor for measuring the pressure of the refrigerant sucked into the double-suction centrifugal compressor, and the control unit receives measurement information from the temperature sensor and the pressure sensor to detect the superheating degree of the mixed refrigerant, and can determine whether the superheating degree of the mixed refrigerant has reached the preset superheating degree.
상기 양흡형 원심 압축기는, 상기 냉매를 압축하기 위한 동력을 제공하는 모터와, 상기 모터가 위치하는 내부를 향해 상기 냉각용 냉매가 주입되도록 개구된 주입부, 및 상기 모터를 냉각한 상기 냉각용 냉매가 배출되도록 개구된 배출부를 포함하고, 상기 주입부와 상기 배출부는 상기 모터의 고정자를 사이에 두고 양측에 각각 구비될 수 있다.The above-described double-suction centrifugal compressor includes a motor that provides power for compressing the refrigerant, an inlet port that is opened to inject the cooling refrigerant toward the inside where the motor is located, and a discharge port that is opened to discharge the cooling refrigerant that has cooled the motor, and the inlet port and the discharge port can be respectively provided on both sides with the stator of the motor interposed therebetween.
상기 양흡형 원심 압축기는, 상기 냉각유로와 연결되고, 상기 주입부에 설치되어 상기 냉각용 냉매의 온도를 강하시켜 분사하는 스프레이 노즐을 더 포함할 수 있다.The above-mentioned double-suction centrifugal compressor may further include a spray nozzle connected to the cooling path and installed in the injection unit to lower the temperature of the cooling refrigerant and spray it.
상기 양흡형 원심 압축기는, 상기 모터의 축을 지지하는 자기 베어링을 더 포함하고, 상기 자기 베어링은, 상기 모터를 사이에 두고 서로 대향하여 배치되는 두 개의 레이디얼 베어링, 및 상기 두 개의 레이디얼 베어링 중 고단 측 레이디얼 베어링과 상기 모터의 사이에 배치되는 스러스트 베어링을 포함하며, 상기 주입부는 상기 고단 측에 대응되는 상기 고정자의 일측에 위치하고, 상기 배출부는 상기 저단 측에 대응되는 상기 고정자의 타측에 위치할 수 있다.The above-described double-suction centrifugal compressor further includes a magnetic bearing supporting a shaft of the motor, the magnetic bearing including two radial bearings arranged opposite each other with the motor therebetween, and a thrust bearing arranged between a high-stage radial bearing among the two radial bearings and the motor, the injection portion may be located on one side of the stator corresponding to the high-stage side, and the discharge portion may be located on the other side of the stator corresponding to the low-stage side.
상기 양흡형 원심 압축기는, 상기 냉매의 유동을 일으키는 임펠러를 더 포함하고, 상기 임펠러는, 상기 저단 입구 측과 상기 고단 입구 측 각각에 설치되고, 상기 주입부는, 상기 고단 측 레이디얼 베어링과 상기 고단 측 임펠러 사이에 위치하는 제1 주입구, 및 상기 스러스트 베어링의 측면부에 위치하는 제2 주입구를 포함할 수 있다.The above-described double-suction centrifugal compressor may further include an impeller that causes the refrigerant to flow, the impeller being installed on each of the low-stage inlet side and the high-stage inlet side, and the injection portion may include a first inlet located between the high-stage side radial bearing and the high-stage side impeller, and a second inlet located on a side surface of the thrust bearing.
상기 양흡형 원심 압축기는 하우징의 외면을 감싸는 냉각 재킷을 더 포함하고, 상기 냉각 재킷에는 냉각수를 공급하는 공급구 및 냉각수를 배출하는 배출구가 설치될 수 있다.The above-mentioned double-suction centrifugal compressor further includes a cooling jacket surrounding the outer surface of the housing, and the cooling jacket may be provided with a supply port for supplying cooling water and a discharge port for discharging cooling water.
상기 양흡형 원심 압축기는, 상기 저단에서 배출된 상기 냉매를 고단으로 유입되도록 안내하는 연결유로를 더 포함하고, 상기 히트펌프는, 냉매 플래시탱크에서 기상으로 배출된 상기 냉매가 상기 양흡형 원심 압축기의 고단으로 유입되기 전의 상기 냉매와 혼합되도록, 상기 냉매 플래시탱크와 상기 연결유로 간을 연결하는 주입유로를 더 포함할 수 있다.The above-described double-suction centrifugal compressor may further include a connecting passage guiding the refrigerant discharged from the low stage to be introduced into the high stage, and the heat pump may further include an injection passage connecting the refrigerant flash tank and the connecting passage so that the refrigerant discharged as a gas from the refrigerant flash tank is mixed with the refrigerant before being introduced into the high stage of the double-suction centrifugal compressor.
한편, 본 발명은 저온 열원으로부터 흡수한 열을 고온 열원에 전달하도록, 상기 히트펌프, 및 상기 히트펌프의 상기 응축기와 열교환을 통해 증기를 생성하는 증기 생성 장치를 포함하며, 상기 증기 생성 장치는, 순환수를 매개로 하여, 상기 응축기로부터 방출되는 열을 이용하여 증기를 생성하는 스팀 플래시탱크와, 상기 순환수가 상기 응축기와 상기 스팀 플래시탱크를 순환하도록 안내하는 순환유로와, 상기 순환유로와 상기 스팀 플래시탱크 중 어느 하나에 연결되어 상기 순환수의 일부가 배출되도록 이루어지는 순환수 토출유로, 및 상기 순환유로와 상기 스팀 플래시탱크 중 어느 하나에 연결되어 상기 순환수에 물을 보충하도록 이루어지는 순환수 공급유로를 포함하는 히트펌프식 증기 생성 시스템을 개시한다.Meanwhile, the present invention discloses a heat pump-type steam generation system including a heat pump and a steam generator which generates steam through heat exchange with the condenser of the heat pump to transfer heat absorbed from a low-temperature heat source to a high-temperature heat source, wherein the steam generator includes a steam flash tank which generates steam using heat released from the condenser through circulating water, a circulation path which guides the circulating water to circulate between the condenser and the steam flash tank, a circulating water discharge path which is connected to one of the circulating water path and the steam flash tank so as to discharge a portion of the circulating water, and a circulating water supply path which is connected to one of the circulating water path and the steam flash tank so as to replenish water to the circulating water.
이때, 상기 냉매는 R1336mzz(Z)일 수 있고, 150°C 이상의 증기를 생성할 수 있다.At this time, the refrigerant may be R1336mzz(Z) and may generate vapor of 150°C or higher.
한편, 본 발명은 저온 열원으로부터 흡수한 열을 고온 열원에 전달하도록 이루어지는 상기 히트펌프에 구비되는 양흡형 원심 압축기의 냉각 방법에 있어서, 상기 양흡형 원심 압축기에 구비된 모터의 과열 정도를 감지하는 단계, 상기 모터의 과열 정도에 근거하여, 냉각용 냉매의 필요 유량을 산출하는 단계, 및 상기 냉각용 냉매가 상기 냉각용 냉매의 필요 유량만큼 상기 양흡형 원심 압축기의 내부로 주입되도록, 냉각유로에 흐르는 상기 냉각용 냉매의 유량을 제어하는 단계를 포함하고, 상기 내부 열교환기에서 상기 제2 팽창밸브로 유동하는 냉매의 일부를 상기 냉각용 냉매로서 사용하는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, the present invention relates to a cooling method for a double-suction centrifugal compressor equipped in a heat pump configured to transfer heat absorbed from a low-temperature heat source to a high-temperature heat source, the method comprising: a step of detecting the degree of overheating of a motor equipped in the double-suction centrifugal compressor; a step of calculating the required flow rate of a cooling refrigerant based on the degree of overheating of the motor; and a step of controlling the flow rate of a cooling refrigerant flowing in a cooling path so that the cooling refrigerant is injected into the interior of the double-suction centrifugal compressor in an amount equivalent to the required flow rate of the cooling refrigerant, and is characterized in that a portion of the refrigerant flowing from the internal heat exchanger to the second expansion valve is used as the cooling refrigerant.
본 발명에 따른 히트펌프는 양흡형 원심 압축기의 냉각에 사용하기 적절한 상태에 있는 냉매의 일부를 냉각용 냉매로서 사용하여 냉각 효율을 극대화할 수 있으며, 이를 위한 구성도 복잡하지 않아 제작 비용이 크게 소요되지 않는다. The heat pump according to the present invention can maximize cooling efficiency by using a portion of a refrigerant suitable for use in cooling a double-suction centrifugal compressor as a cooling refrigerant, and its configuration for this purpose is not complicated, so that the manufacturing cost is not high.
또한 본 발명에 따른 히트펌프는 양흡형 원심 압축기를 냉각한 후의 냉각용 냉매를 양흡형 원심 압축기의 저단 입구에 유입되는 냉매에 합류시킴으로써 냉매가 목표 과열도에 더 용이하게 도달하도록 하여 작동 효율을 높일 수 있다.In addition, the heat pump according to the present invention can increase the operating efficiency by allowing the refrigerant, which has cooled the double-suction centrifugal compressor, to be added to the refrigerant flowing into the low-stage inlet of the double-suction centrifugal compressor, thereby making it easier for the refrigerant to reach the target superheat level.
또한 본 발명에 따른 히트펌프는 냉각용 냉매를 이용하여 모터와 자기 베어링을 둘러싸는 양흡형 원심 압축기의 내부를 냉각하고, 냉각수를 이용하여 양합형 원심 압축기의 외면을 냉각함으로써, 양흡형 원심 압축기를 이중으로 냉각하는 효과를 이룰 수 있다.In addition, the heat pump according to the present invention can achieve the effect of doubly cooling the double-suction centrifugal compressor by cooling the interior of the double-suction centrifugal compressor surrounding the motor and magnetic bearings using a cooling refrigerant and cooling the exterior of the double-suction centrifugal compressor using cooling water.
나아가 본 발명에 따른 증기 생성 시스템은 이러한 히트펌프를 이용하여, 친환경 냉매를 사용하면서도 안정적으로 작동되어 초고온의 증기를 효과적으로 생성할 수 있다.Furthermore, the steam generation system according to the present invention can operate stably and effectively generate ultra-high temperature steam while using an eco-friendly refrigerant by utilizing such a heat pump.
도 1은 본 발명에 따른 히트펌프를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 도 1에 따른 히트펌프에 포함되는 양흡형 원심 압축기의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 따른 히트펌프를 이용한 증기 생성 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 증기 생성 장치의 다양한 실시예를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 히트펌프에 구비되는 양흡형 원심 압축기의 냉각 방법을 나타내는 흐름도이다.Figure 1 is a conceptual diagram schematically illustrating a heat pump according to the present invention.
FIG. 2 is a drawing schematically illustrating a cross-section of a double-suction centrifugal compressor included in a heat pump according to FIG. 1.
Figure 3 is a conceptual diagram schematically illustrating a steam generation system using a heat pump according to Figure 1.
FIG. 4 is a conceptual diagram schematically illustrating various embodiments of a steam generating device according to the present invention.
Figure 5 is a flow chart showing a cooling method of a double-suction centrifugal compressor equipped in a heat pump according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에서 개시되는 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일하거나 유사한 구성에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈", "유닛" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the attached drawings. In this specification, the same reference numerals are given to identical or similar components even in different embodiments, and redundant descriptions thereof will be omitted. The suffixes "module," "unit," and "part" used for components in the following description are assigned or used interchangeably only for the convenience of writing the specification, and do not have distinct meanings or roles in themselves. In addition, the attached drawings are only intended to facilitate easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical ideas disclosed in the present specification are not limited by the attached drawings, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinal numbers, such as first, second, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only to distinguish one component from another.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.As used herein, singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When it is stated herein that a component is "connected" or "connected" to another component, it should be understood that it may be directly connected or connected to that other component, but that there may be other components in between. On the other hand, when it is stated that a component is "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there are no other components in between.
또한, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Furthermore, it should be understood that terms such as "includes" or "have" are intended to specify the presence of a feature, number, step, operation, component, part or combination thereof described in the specification, and do not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.
본 발명은 고온의 증기를 안정적으로 생성하기 위하여, 양흡형 원심 압축기를 효과적으로 냉각하도록 구성된 히트펌프와, 히트펌프와의 열교환을 통해 증기를 생성하는 증기 생성 장치와, 이들을 포함하는 증기 생성 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pump configured to effectively cool a double-suction centrifugal compressor to stably generate high-temperature steam, a steam generating device that generates steam through heat exchange with the heat pump, and a steam generating system including these.
본 발명에 따른 히트펌프(100)는 저온 열원으로부터 흡수한 열을 고온 열원에 전달하기 위하여 냉매를 순환시키는 사이클을 형성할 수 있다. 이러한 히트펌프(100)의 구조는 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 히트펌프(100)를 개략적으로 도시한 개념도이다.The heat pump (100) according to the present invention can form a cycle that circulates a refrigerant to transfer heat absorbed from a low-temperature heat source to a high-temperature heat source. The structure of this heat pump (100) is described with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a conceptual diagram schematically illustrating a heat pump (100) according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 히트펌프(100)는 양흡형 원심 압축기(110), 응축기(120), 제1 팽창밸브(130), 냉매 플래시탱크(140), 제2 팽창밸브(150), 증발기(160), 및 내부 열교환기(170)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a heat pump (100) according to the present invention includes a double-suction centrifugal compressor (110), a condenser (120), a first expansion valve (130), a refrigerant flash tank (140), a second expansion valve (150), an evaporator (160), and an internal heat exchanger (170).
양흡형 원심 압축기(110)는 복수의 단을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 양흡형 원심 압축기(110)는 2단 압축이 가능하도록 구성된다. 즉, 양흡형 원심 압축기(110)는 저단 압축부(이하, '저단'으로 지칭함)와 고단 압축부(이하, '고단'으로 지칭함)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 양흡형 원심 압축기(110)는 저단에서 냉매를 흡입하여 압축하고, 이렇게 압축된 냉매를 고단으로 보내 한 번 더 압축할 수 있다. 고단에서 압축된 냉매는 저단에서 압축된 냉매보다 상대적으로 더 높은 압력을 가진다. The double-suction centrifugal compressor (110) may include a plurality of stages. In the present specification, the double-suction centrifugal compressor (110) is configured to enable two-stage compression. That is, the double-suction centrifugal compressor (110) may include a low-stage compression unit (hereinafter, referred to as a 'low stage') and a high-stage compression unit (hereinafter, referred to as a 'high stage'). Accordingly, the double-suction centrifugal compressor (110) may suck in a refrigerant at a low stage, compress it, and send the compressed refrigerant to a high stage to compress it once more. The refrigerant compressed at a high stage has a relatively higher pressure than the refrigerant compressed at a low stage.
히트펌프(100)에는 이러한 양흡형 원심 압축기(110)가 복수 개 설치될 수 있다. 예를 들어, 히트펌프(100)에는 2단의 양흡형 원심 압축기(110) 2개가 직렬로 설치될 수 있으며, 이 경우 히트펌프(100)는 총 4단의 냉매 압축이 이루어지게 된다. A heat pump (100) may be equipped with a plurality of such double-suction centrifugal compressors (110). For example, the heat pump (100) may be equipped with two double-suction centrifugal compressors (110) in series, in which case the heat pump (100) performs a total of four stages of refrigerant compression.
양흡형 원심 압축기(110)에 대해서는 후에 더 상세히 설명하도록 한다.The double suction centrifugal compressor (110) will be described in more detail later.
응축기(120)는 양흡형 원심 압축기(110)를 통과한 냉매로부터 열이 방출되도록 냉매를 응축시킨다. The condenser (120) condenses the refrigerant so that heat is released from the refrigerant that has passed through the double-suction centrifugal compressor (110).
구체적으로, 응축기(120)에는 양흡형 원심 압축기(110)에서 압축되어 고온 고압 상태가 된 냉매가 유입되고, 이 냉매는 응축기(120) 내에서 응축되면서 열을 방출할 수 있다. 이러한 응축기(120)는 '냉각기' 또는 '열교환기'라고도 명명될 수 있다. 응축기(120)에서 온도가 낮아진 냉매는 제1 팽창밸브(130)로 보내진다. Specifically, refrigerant compressed in a double-suction centrifugal compressor (110) and brought into a high-temperature and high-pressure state is introduced into the condenser (120), and the refrigerant can release heat while being condensed within the condenser (120). This condenser (120) may also be called a 'cooler' or a 'heat exchanger'. The refrigerant, whose temperature is lowered in the condenser (120), is sent to the first expansion valve (130).
제1 팽창밸브(130)는 응축기(120)를 통과하여 저온이 된 냉매의 압력이 낮아지도록 냉매를 팽창시킨다. 제1 팽창밸브(130)는 통과하는 냉매의 유량을 조절할 수도 있다.The first expansion valve (130) expands the refrigerant so that the pressure of the refrigerant, which has become low temperature after passing through the condenser (120), is lowered. The first expansion valve (130) can also control the flow rate of the refrigerant passing through it.
냉매 플래시탱크(140)는 제1 팽창밸브(130)를 통과한 냉매를 기상과 액상으로 분리한다. 이러한 냉매 플래시탱크(140)는 '분리기' 또는 '기액 분리기'라고도 명명될 수 있다. 냉매 플래시탱크(140)에서 액상의 냉매는 제2 팽창밸브(150)로 보내진다.The refrigerant flash tank (140) separates the refrigerant that has passed through the first expansion valve (130) into gas phase and liquid phase. This refrigerant flash tank (140) may also be called a 'separator' or a 'gas-liquid separator'. The liquid refrigerant in the refrigerant flash tank (140) is sent to the second expansion valve (150).
제2 팽창밸브(150)는 냉매 플래시탱크(140)에서 액상으로 배출된 냉매를 팽창시킨다. 제2 팽창밸브(150)를 통과한 냉매의 압력은 제1 팽창밸브(130)를 통과한 냉매의 압력보다 더 낮아진다. 제2 팽창밸브(150)는 통과하는 냉매의 유량을 조절할 수도 있다.The second expansion valve (150) expands the refrigerant discharged in a liquid state from the refrigerant flash tank (140). The pressure of the refrigerant passing through the second expansion valve (150) becomes lower than the pressure of the refrigerant passing through the first expansion valve (130). The second expansion valve (150) can also control the flow rate of the refrigerant passing through.
증발기(160)는 열원으로부터 열 에너지를 흡수하여 제2 팽창밸브(150)를 통과하는 냉매를 증발시킨다. 이에 따라 액체 상태의 냉매는 열원의 열 에너지를 흡수하여 기체 상태가 된다. The evaporator (160) absorbs heat energy from a heat source and evaporates the refrigerant passing through the second expansion valve (150). Accordingly, the refrigerant in a liquid state absorbs heat energy from the heat source and becomes a gaseous state.
증발기(160)를 통과한 냉매는 바로 양흡형 원심 압축기(110)로 유입되도록 이루어질 수 있지만, 본 명세서에서 히트펌프(100)는 내부 열교환기(170)를 구비하여 증발기(160)를 통과한 냉매가 양흡형 원심 압축기(110)로 유입되기 전에 내부 열교환기(170)를 경유하도록 구성된다. 동시에 히트펌프(100)는 냉매 플래시탱크(140)를 통과한 냉매가 제2 팽창밸브(150)로 보내지기 전에 내부 열교환기(170)를 경유하도록 구성된다. The refrigerant passing through the evaporator (160) may be configured to flow directly into the double-suction centrifugal compressor (110), but in the present specification, the heat pump (100) is configured to have an internal heat exchanger (170) so that the refrigerant passing through the evaporator (160) passes through the internal heat exchanger (170) before flowing into the double-suction centrifugal compressor (110). At the same time, the heat pump (100) is configured so that the refrigerant passing through the refrigerant flash tank (140) passes through the internal heat exchanger (170) before being sent to the second expansion valve (150).
도 1을 참조하면, 내부 열교환기(170)는 냉매 플래시탱크(140)와 제2 팽창밸브(150)의 사이에 개재됨과 동시에, 증발기(160)와 양흡형 원심 압축기(110)의 사이에 개재된다. Referring to FIG. 1, an internal heat exchanger (170) is interposed between a refrigerant flash tank (140) and a second expansion valve (150), and at the same time, between an evaporator (160) and a double-suction centrifugal compressor (110).
여기서 냉매 플래시탱크(140)와 제2 팽창밸브(150)의 사이 또는 증발기(160)와 양흡형 원심 압축기(110)의 사이는 냉매가 경유하는 순서 상 중간을 의미하는 것으로, 물리적인 배치관계를 의미하는 것은 아닐 수 있다. Here, the space between the refrigerant flash tank (140) and the second expansion valve (150) or between the evaporator (160) and the double-suction centrifugal compressor (110) means the middle in the order in which the refrigerant passes, and may not mean a physical arrangement relationship.
냉매의 유동을 기준으로 설명하면, 냉매 플래시탱크(140)에서 액상의 냉매가 배출되어 내부 열교환기(170)로 유입되고, 내부 열교환기(170)에서 배출되어 제2 팽창밸브(150)로 보내진 후 증발기(160)를 지나 다시 냉매 플래시탱크(140)로 유입된다. 이후 냉매 플래시탱크(140)에서 배출된 냉매는 양흡형 원심 압축기(110)로 유입된다.In terms of the flow of refrigerant, liquid refrigerant is discharged from the refrigerant flash tank (140) and flows into the internal heat exchanger (170), discharged from the internal heat exchanger (170) and sent to the second expansion valve (150), then passes through the evaporator (160) and flows back into the refrigerant flash tank (140). Thereafter, the refrigerant discharged from the refrigerant flash tank (140) flows into the double-suction centrifugal compressor (110).
이에 따라, 내부 열교환기(170)에서는 증발기(160)를 통과하여 양흡형 원심 압축기(110)에 유입되기 전의 냉매와 냉매 플래시탱크(140)에서 액상으로 배출된 냉매 간 열교환이 이루어진다.Accordingly, in the internal heat exchanger (170), heat exchange is performed between the refrigerant that has passed through the evaporator (160) and entered the double-suction centrifugal compressor (110) and the refrigerant discharged in a liquid state from the refrigerant flash tank (140).
이때 내부 열교환기(170)는 증발기(160)로부터 유입된 냉매와 냉매 플래시탱크(140)로부터 유입된 냉매가 서로 분리되어 이동하도록 이루어질 수 있다.At this time, the internal heat exchanger (170) can be configured so that the refrigerant flowing in from the evaporator (160) and the refrigerant flowing in from the refrigerant flash tank (140) move separately from each other.
이러한 내부 열교환기(170)의 도입을 통해 히트펌프(100)의 에너지 효율이 더 향상될 수 있다.The energy efficiency of the heat pump (100) can be further improved through the introduction of such an internal heat exchanger (170).
이처럼 히트펌프(100)는 냉매가 양흡형 원심 압축기(110), 응축기(120), 제1 팽창밸브(130), 냉매 플래시탱크(140), 제2 팽창밸브(150), 내부 열교환기(170) 및 증발기(160)를 순차적으로 통과하고 다시 내부 열교환기(170)를 거쳐 양흡형 원심 압축기(110)로 도입되는 사이클을 순환하도록 이루어지며, 이에 따라 히트펌프(100)는 이들을 연결하는 유로를 더 포함할 수 있다.In this way, the heat pump (100) is configured to circulate a cycle in which the refrigerant sequentially passes through a double-suction centrifugal compressor (110), a condenser (120), a first expansion valve (130), a refrigerant flash tank (140), a second expansion valve (150), an internal heat exchanger (170), and an evaporator (160), and then passes through the internal heat exchanger (170) and is introduced into the double-suction centrifugal compressor (110). Accordingly, the heat pump (100) may further include a path connecting them.
도 1을 참조하면, 히트펌프(100)는 양흡형 원심 압축기(110)와 응축기(120)를 연결하는 제1 유로(101), 응축기(120)와 제1 팽창밸브(130)를 연결하는 제2 유로(102), 제1 팽창밸브(130)와 냉매 플래시탱크(140)를 연결하는 제3 유로(103), 냉매 플래시탱크(140)와 내부 열교환기(170)를 연결하는 제4 유로(104), 내부 열교환기(170)와 제2 팽창밸브(150)를 연결하는 제5 유로(105), 제2 팽창밸브(150)와 증발기(160)를 연결하는 제6 유로(106), 증발기(160)와 내부 열교환기(170)를 연결하는 제7 유로(107), 내부 열교환기(170)와 양흡형 원심 압축기(110)를 연결하는 제8 유로(108)를 포함한다. 이때 제8 유로(108)는 양흡형 원심 압축기(110)의 저단 입구에 연결되고, 제1 유로(101)는 양흡형 원심 압축기(110)의 고단 출구에 연결될 수 있다.Referring to FIG. 1, the heat pump (100) has a first flow path (101) connecting a double-suction centrifugal compressor (110) and a condenser (120), a second flow path (102) connecting a condenser (120) and a first expansion valve (130), a third flow path (103) connecting a first expansion valve (130) and a refrigerant flash tank (140), a fourth flow path (104) connecting a refrigerant flash tank (140) and an internal heat exchanger (170), a fifth flow path (105) connecting an internal heat exchanger (170) and a second expansion valve (150), a sixth flow path (106) connecting a second expansion valve (150) and an evaporator (160), a seventh flow path (107) connecting an evaporator (160) and an internal heat exchanger (170), and a seventh flow path (107) connecting an internal heat exchanger (170) and a double-suction centrifugal compressor (110). It includes the 8th euro (108). At this time, the 8th euro (108) can be connected to the low stage inlet of the double suction centrifugal compressor (110), and the 1st euro (101) can be connected to the high stage outlet of the double suction centrifugal compressor (110).
나아가 히트펌프(100)는 냉각유로(1051)와 복귀유로(1052)를 더 포함한다.Furthermore, the heat pump (100) further includes a cooling path (1051) and a return path (1052).
도 1을 참조하면, 냉각유로(1051)는 내부 열교환기(170)와 제2 팽창밸브(150)의 사이에서 분기되어, 냉매의 일부를 냉각용 냉매로서 양흡형 원심 압축기(110)의 내부에 주입되도록 안내한다. 즉 냉각유로(1051)는 제5 유로(105)에서 분기된다. 제5 유로(105)를 지나는 냉매는 내부 열교환기(170)를 통과하면서 온도가 더 낮아진 상태가 되며, 이는 냉각용 냉매로 사용하기에 가장 적절한 상태일 수 있다. 냉매가 제2 팽창밸브(150)를 통과하게 되면 냉각용 냉매로 사용하기에는 적절하지 않은 상태가 될 수도 있으므로, 제2 팽창밸브(150)를 지나기 전인 제5 유로(105)에서 냉각유로(1051)가 분기되는 것이 가장 바람직하다.Referring to FIG. 1, the cooling path (1051) branches off between the internal heat exchanger (170) and the second expansion valve (150) to guide a portion of the refrigerant to be injected into the interior of the double-suction centrifugal compressor (110) as a cooling refrigerant. That is, the cooling path (1051) branches off at the fifth path (105). The refrigerant passing through the fifth path (105) becomes a state in which its temperature is lowered as it passes through the internal heat exchanger (170), which may be the most suitable state for use as a cooling refrigerant. Since the refrigerant may become an unsuitable state for use as a cooling refrigerant if it passes through the second expansion valve (150), it is most preferable that the cooling path (1051) branches off at the fifth path (105) before passing through the second expansion valve (150).
제5 유로(105)에서 분기된 냉각유로(1051)는 양흡형 원심 압축기(110)에 연결된다. 이때 냉각유로(1051)를 따라 유동하는 냉각용 냉매는 양흡형 원심 압축기(110)에 주입될 시, 제8 유로(108)를 따라 양흡형 원심 압축기(110)에 유입되는 냉매와는 분리되는 공간에 주입된다. The cooling path (1051) branched from the fifth path (105) is connected to a double-suction centrifugal compressor (110). At this time, the cooling refrigerant flowing along the cooling path (1051) is injected into the double-suction centrifugal compressor (110) and is injected into a space separated from the refrigerant flowing into the double-suction centrifugal compressor (110) along the eighth path (108).
여기서 냉각용 냉매는 앞서 설명한 바와 같이 내부 열교환기(170)와 제2 팽창밸브(150)의 사이를 흐르는 냉매에서 분기된 냉매의 일부로, 설명의 편의를 위하여 구분한 것일 뿐, 냉매와 냉각용 냉매가 서로 다른 물질임을 의미하는 것은 아니다.Here, the refrigerant for cooling is a part of the refrigerant branched off from the refrigerant flowing between the internal heat exchanger (170) and the second expansion valve (150) as described above. This distinction is made only for convenience of explanation, and does not mean that the refrigerant and the refrigerant for cooling are different substances.
한편, 복귀유로(1052)는 냉각용 냉매가 양흡형 원심 압축기(110)의 내부를 냉각한 후 배출되어 저단 입구 측에서 내부 열교환기(170)에서 양흡형 원심 압축기(110)로 유입되는 냉매와 합류하도록, 냉각용 냉매를 안내한다. Meanwhile, the return path (1052) guides the cooling refrigerant so that the cooling refrigerant, which has cooled the interior of the double-suction centrifugal compressor (110) and is then discharged, joins with the refrigerant flowing into the double-suction centrifugal compressor (110) from the internal heat exchanger (170) at the low-stage inlet side.
도 1을 참조하면, 복귀유로(1052)는 양흡형 원심 압축기(110)와 제8 유로(108) 간을 연결한다. 이에 따라 냉각용 냉매는 양흡형 원심 압축기(110)의 내부를 냉각한 후 복귀유로(1052)를 통하여 다시 냉매에 합류(복귀)하도록 이루어질 수 있다.Referring to Fig. 1, the return path (1052) connects the double-suction centrifugal compressor (110) and the eighth path (108). Accordingly, the cooling refrigerant can be cooled inside the double-suction centrifugal compressor (110) and then rejoined (returned) to the refrigerant through the return path (1052).
복귀유로(1052)는 일측에서 양흡형 원심 압축기(110)와 연결되고, 타측에서 제8 유로(108)와 연결되지만, 복귀유로(1052)가 제8 유로(108) 외의 다른 유로와 연결되는 것이 제한되는 것은 아니다. 다만, 복귀유로(1052)는 제8 유로(108)에서도 양흡형 원심 압축기(110)의 저단 입구 측과 가까운 위치에서 연결되는 것이 바람직하다. 그 이유는, 냉각용 냉매를 양흡형 원심 압축기(110)의 저단에 유입되는 냉매와 합류하도록 하면, 양흡형 원심 압축기(110)의 저단에 유입되는 냉매가 목표 과열도에 도달하도록 하는 데 유리하기 때문이다. 이는 냉각용 냉매의 온도가 양흡형 원심 압축기(110)의 내부를 냉각한 후 상승하기 때문에 이루어지는 효과이다. 즉, 냉각용 냉매와 혼합된 냉매는, 혼합되지 않은 냉매보다 목표 과열도에 도달하기에 더 용이한 상태가 될 수 있다. 이는 보다 적은 에너지로도 냉매가 목표 과열도에 도달하도록 할 수 있음을 의미하며, 히트펌프(100)가 보다 효율적으로 작동된다고 할 수 있다.The return path (1052) is connected to the double-suction centrifugal compressor (110) on one side and to the eighth path (108) on the other side, but the return path (1052) is not limited to being connected to a path other than the eighth path (108). However, it is preferable that the return path (1052) is connected to a position close to the low-stage inlet side of the double-suction centrifugal compressor (110) even in the eighth path (108). The reason for this is that when the cooling refrigerant is combined with the refrigerant flowing into the low stage of the double-suction centrifugal compressor (110), it is advantageous for the refrigerant flowing into the low stage of the double-suction centrifugal compressor (110) to reach the target superheating degree. This is an effect achieved because the temperature of the cooling refrigerant rises after cooling the inside of the double-suction centrifugal compressor (110). That is, the refrigerant mixed with the cooling refrigerant can be in a state where it is easier to reach the target superheat than the unmixed refrigerant. This means that the refrigerant can be made to reach the target superheat with less energy, and it can be said that the heat pump (100) operates more efficiently.
여기서 목표 과열도는 양흡형 원심 압축기(110)의 저단에 유입되는 냉매에 요구되는 과열도이며, 특정 값으로 설정될 수도 있고 범위로 설정될 수 있다. Here, the target superheat is the superheat required for the refrigerant flowing into the low stage of the double-suction centrifugal compressor (110), and may be set to a specific value or set as a range.
과열도의 측정을 위하여, 히트펌프(100)는 적어도 하나 이상의 온도센서 또는 압력센서를 더 포함할 수 있다. 과열도의 측정과 관련된 사항은 후에 상세히 설명하도록 한다.For measuring superheat, the heat pump (100) may further include at least one temperature sensor or pressure sensor. Matters related to measuring superheat will be described in detail later.
한편, 히트펌프(100)는 냉각유로 밸브(180)와 제어부를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the heat pump (100) may further include a cooling flow valve (180) and a control unit.
냉각유로 밸브(180)는 냉각유로(1051) 상에 설치되며, 제어부에 의해 제어될 수 있다.The cooling path valve (180) is installed on the cooling path (1051) and can be controlled by a control unit.
제어부는 냉각유로(1051)를 따라 흐르는, 즉 양흡형 원심 압축기(110)로 유입되는 냉각용 냉매의 유량이 조절되도록, 냉각유로 밸브(180)의 개도를 제어할 수 있다.The control unit can control the opening of the cooling path valve (180) so that the flow rate of the cooling refrigerant flowing along the cooling path (1051), i.e. flowing into the double-suction centrifugal compressor (110), is controlled.
제어부는 냉각용 냉매의 양을 증가시키려는 경우 냉각유로 밸브(180)를 보다 더 개방할 수 있다. 반대로 제어부는 냉각용 냉매의 양을 감소시키려는 경우 냉각유로 밸브(180)를 보다 더 폐쇄할 수 있다.The control unit can further open the cooling flow valve (180) if it is desired to increase the amount of refrigerant for cooling. Conversely, the control unit can further close the cooling flow valve (180) if it is desired to decrease the amount of refrigerant for cooling.
냉각유로 밸브(180)의 개방은 완전한 개방만을 의미하는 것은 아니며, 적어도 일부의 냉각용 냉매가 냉각유로(1051)를 따라 유동할 수 있는 정도로 부분 개방되는 것을 포함할 수 있다. 냉각유로 밸브(180)의 폐쇄 또한 완전한 폐쇄만을 의미하는 것은 아니며, 적어도 일부의 냉각용 냉매가 냉각유로(1051)를 따라 유동할 수 있는 정도로 부분 폐쇄되는 것을 포함할 수 있다. The opening of the cooling path valve (180) does not necessarily mean complete opening, and may include partial opening to the extent that at least some of the cooling refrigerant can flow along the cooling path (1051). The closing of the cooling path valve (180) also does not necessarily mean complete closing, and may include partial closing to the extent that at least some of the cooling refrigerant can flow along the cooling path (1051).
제어부에 대해서는 후에 더 상세히 설명하도록 한다.The control unit will be described in more detail later.
위에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 히트펌프(100)는 양흡형 원심 압축기(110)의 냉각에 사용하기 적절한 상태에 있는 냉매의 일부를 냉각용 냉매로서 사용하여 냉각 효율을 극대화할 수 있으며, 이를 위한 구성도 복잡하지 않아 제작 비용이 크게 소요되지 않는다. As examined above, the heat pump (100) according to the present invention can maximize cooling efficiency by using a portion of the refrigerant that is suitable for use in cooling a double-suction centrifugal compressor (110) as a cooling refrigerant, and the configuration for this is not complicated, so the manufacturing cost is not high.
히트펌프(100)는 양흡형 원심 압축기(110)를 냉각한 후의 냉각용 냉매를 양흡형 원심 압축기(110)의 저단 입구에 유입되는 냉매에 합류시킴으로써 냉매가 목표 과열도에 더 용이하게 도달하도록 하여 작동 효율을 높일 수 있다.The heat pump (100) can increase operating efficiency by allowing the refrigerant that has cooled the double-suction centrifugal compressor (110) to be added to the refrigerant flowing into the low-stage inlet of the double-suction centrifugal compressor (110), thereby making it easier for the refrigerant to reach the target superheat level.
한편, 히트펌프(100)는 작동 유체로서 low-GWP(global warming potential)인 HFOs(Hydrofluoroolefins) 또는 HCFO(Hydrochlorofluoroolefin) 계열의 냉매를 사용할 수 있다. 구체적으로, 히트펌프(100)는 R1336mzz(Z), R1224yd(Z), R1233zd(E) 등의 냉매를 사용할 수 있으며, 이 중에서도 R1336mzz(Z)를 작동 유체로 사용하는 것이 바람직하다. R1336mzz(Z)를 작동 유체로 사용하는 경우, Opteon MZ 또는 Opteon 1100 등의 제품이 사용될 수 있다.Meanwhile, the heat pump (100) can use a refrigerant of the HFOs (Hydrofluoroolefins) or HCFO (Hydrochlorofluoroolefin) series, which is a low-GWP (global warming potential), as a working fluid. Specifically, the heat pump (100) can use refrigerants such as R1336mzz (Z), R1224yd (Z), and R1233zd (E), and among these, it is preferable to use R1336mzz (Z) as a working fluid. When R1336mzz (Z) is used as a working fluid, products such as Opteon MZ or Opteon 1100 can be used.
또한, 히트펌프(100)는 폐열, 지열, 공기열 또는 미활용열 등을 열원으로 사용할 수 있으며, 이를 위하여 열을 회수하는 구성(예를 들어, 열원 회수 장치, 열원 공급 장치 등)도 포함할 수 있다. 다만, 본 명세서에서 열을 회수하는 구성은 본 발명으로 해결하고자 하는 문제와 관련도가 낮으므로, 이에 관한 설명은 생략하도록 한다.In addition, the heat pump (100) can use waste heat, geothermal heat, air heat, or unused heat as a heat source, and for this purpose, it can also include a component for recovering heat (e.g., a heat source recovery device, a heat source supply device, etc.). However, in this specification, the component for recovering heat is not related to the problem to be solved by the present invention, so a description thereof will be omitted.
이하에서는 양흡형 원심 압축기(110)에 대하여 도 2를 참조하여 설명하도록 한다. 도 2는 도 1에 따른 히트펌프(100)에 포함되는 양흡형 원심 압축기(110)의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.Hereinafter, a double-suction centrifugal compressor (110) will be described with reference to Fig. 2. Fig. 2 is a drawing schematically illustrating a cross-section of a double-suction centrifugal compressor (110) included in a heat pump (100) according to Fig. 1.
도 2에서 양흡형 원심 압축기(110)의 저단(111)은 좌측, 고단(112)은 우측에 해당한다. 다만, 또 다른 실시예에 따라 양흡형 원심 압축기(110)는 도 2와 그 형태와 구성이 다를 수 있으며, 그 구성들의 수 또한 도 2에 한정되지 않는다.In Fig. 2, the low stage (111) of the double suction centrifugal compressor (110) corresponds to the left, and the high stage (112) corresponds to the right. However, according to another embodiment, the double suction centrifugal compressor (110) may have a different shape and configuration from those of Fig. 2, and the number of configurations is also not limited to Fig. 2.
양흡형 원심 압축기(110)는 모터(113), 주입부(114) 및 배출부(115)를 포함할 수 있다.A double suction centrifugal compressor (110) may include a motor (113), an injection unit (114), and a discharge unit (115).
먼저, 모터(113)는 냉매를 압축하기 위한 동력을 제공한다. 모터(113)는 원기둥 형상의 회전자(113a)와 회전자(113a)의 외주면을 감싸며 형성되는 고정자(113b)를 포함할 수 있다.First, the motor (113) provides power to compress the refrigerant. The motor (113) may include a cylindrical rotor (113a) and a stator (113b) formed by surrounding the outer surface of the rotor (113a).
모터(113)의 회전자(113a)는 양단에서 길이방향으로 연장되어 형성되는 축을 포함하고, 이 축에는 후술할 자기 베어링(117)이 관통되어 회전자(113a)가 공중에서 회전 가능하도록 축을 지지한다.The rotor (113a) of the motor (113) includes a shaft formed by extending longitudinally from both ends, and a magnetic bearing (117) to be described later penetrates the shaft to support the shaft so that the rotor (113a) can rotate in the air.
양흡형 원심 압축기(110)는 이러한 모터(113)와 자기 베어링(117)을 보호하기 위해 하우징(110a)을 더 포함할 수 있다. 양흡형 원심 압축기(110)의 하우징(110a)은 양흡형 원심 압축기(110)의 전체 외형을 이루는 것으로, 일체형이거나 분할된 형태로 구성될 수 있다. 하우징(110a)이 분할된 경우, 양흡형 원심 압축기(110)는 이 분할된 하우징(110a)들을 체결할 수 있는 수단을 추가로 구비할 수 있다. The double-suction centrifugal compressor (110) may further include a housing (110a) to protect the motor (113) and the magnetic bearing (117). The housing (110a) of the double-suction centrifugal compressor (110) forms the overall outer shape of the double-suction centrifugal compressor (110) and may be configured as an integral or divided form. If the housing (110a) is divided, the double-suction centrifugal compressor (110) may additionally be provided with a means for fastening the divided housings (110a).
이러한 하우징(110a)은 모터(113)와 자기 베어링(117)을 둘러싸는 내부공간을 형성할 수 있다. 그리고 내부공간의 일부는 주입부(114)에 의해 양흡형 원심 압축기(110)의 외부와 통할 수 있다. This housing (110a) can form an internal space surrounding a motor (113) and a magnetic bearing (117). And a part of the internal space can be communicated with the outside of the double-suction centrifugal compressor (110) through an injection part (114).
주입부(114)는 하우징(110a)에 형성되며, 모터(113)가 위치하는 내부를 향해 냉각용 냉매가 주입되도록 개구된다. 여기서 모터(113)가 위치하는 내부는 상기의 모터(113)와 자기 베어링(117)을 둘러싼 내부공간을 의미한다.The injection part (114) is formed in the housing (110a) and is opened so that a cooling refrigerant is injected toward the interior where the motor (113) is located. Here, the interior where the motor (113) is located means the internal space surrounding the motor (113) and the magnetic bearing (117).
배출부(115)는 하우징(110a)에 형성되며, 모터(113)를 냉각한 냉각용 냉매가 배출되도록 개구된다. 배출부(115) 또한 내부공간의 일부와 외부가 통하도록 할 수 있다.The discharge portion (115) is formed in the housing (110a) and is opened to discharge the cooling refrigerant that cools the motor (113). The discharge portion (115) may also allow a portion of the internal space to communicate with the outside.
이러한 주입부(114)와 배출부(115)는 모터(113)의 고정자(113b)를 사이에 두고 양측에 각각 구비될 수 있다.These injection parts (114) and discharge parts (115) can be provided on both sides with the stator (113b) of the motor (113) interposed therebetween.
도 2를 참조하면, 주입부(114)는 고단(112) 측에 대응되는 고정자(113b)의 일측에 위치하고, 배출부(115)는 저단(111) 측에 대응되는 고정자(113b)의 타측에 위치할 수 있다.Referring to FIG. 2, the injection part (114) may be located on one side of the stator (113b) corresponding to the high stage (112) side, and the discharge part (115) may be located on the other side of the stator (113b) corresponding to the low stage (111) side.
양흡형 원심 압축기(110)는 스프레이 노즐(116)을 더 포함할 수 있다.The double suction centrifugal compressor (110) may further include a spray nozzle (116).
스프레이 노즐(116)은 주입부(114)에 설치되어 냉각용 냉매의 온도를 강하시켜 냉각용 냉매를 분사할 수 있다. 분사된 냉각용 냉매는 냉각유로(1051)를 유동할 때보다 온도가 더 낮아져 양흡형 원심 압축기(110)의 냉각에 더 유리한 상태가 된다.A spray nozzle (116) is installed in the injection portion (114) to lower the temperature of the cooling refrigerant and spray the cooling refrigerant. The sprayed cooling refrigerant has a lower temperature than when flowing through the cooling path (1051), which makes it more advantageous for cooling the double-suction centrifugal compressor (110).
뿐만 아니라 스프레이 노즐(116)에 의해 분사 각도가 넓어져 냉각용 냉매가 양흡형 원심 압축기(110)의 내부에서 고루 퍼지도록 이루어질 수 있다.In addition, the spray angle can be widened by the spray nozzle (116) so that the refrigerant for cooling can be evenly distributed inside the double-suction centrifugal compressor (110).
스프레이 노즐(116)은 냉각유로(1051)와 연결되며, 연결 방식에는 제한을 두지 않는다.The spray nozzle (116) is connected to the cooling path (1051), and there is no limitation on the connection method.
스프레이 노즐(116)에 의해 분사된 냉각용 냉매는 모터(113)와 자기 베어링(117)을 둘러싸는 내부공간에 분사되고, 회전자(113a)와 고정자(113b) 사이의 틈, 고정자(113b)와 양흡형 원심 압축기(110) 내벽 사이의 틈 등을 지나가며 과열된 모터(113)의 온도를 낮출 수 있다. The cooling refrigerant sprayed by the spray nozzle (116) is sprayed into the internal space surrounding the motor (113) and the magnetic bearing (117), and passes through the gap between the rotor (113a) and the stator (113b), the gap between the stator (113b) and the inner wall of the double-suction centrifugal compressor (110), etc., thereby lowering the temperature of the overheated motor (113).
양흡형 원심 압축기(110)는 모터(113)의 축을 지지하는 자기 베어링(117)을 더 포함할 수 있다. 여기서 모터(113)의 축은 회전자(113a)의 축을 의미한다. 모터(113)는 축을 기준으로 회전하며 동력을 전달하고, 자기 베어링(117)은 모터(113)가 안정적으로 회전하도록 지지할 수 있다.The double-suction centrifugal compressor (110) may further include a magnetic bearing (117) supporting the shaft of the motor (113). Here, the shaft of the motor (113) means the shaft of the rotor (113a). The motor (113) rotates around the shaft and transmits power, and the magnetic bearing (117) may support the motor (113) to rotate stably.
도 2를 참조하면, 자기 베어링(117)은 레이디얼 베어링(117a)과 스러스트 베어링(117b)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 자기 베어링(117)은 두 개의 레이디얼 베어링(117a)과 하나의 스러스트 베어링(117b)을 포함하지만, 이들의 수는 이에 한정되는 것은 아니다. Referring to FIG. 2, the magnetic bearing (117) may include a radial bearing (117a) and a thrust bearing (117b). In the present specification, the magnetic bearing (117) includes two radial bearings (117a) and one thrust bearing (117b), but the number is not limited thereto.
스러스트 베어링(117b)은 두 개의 레이디얼 베어링(117a) 중 고단(112) 측 레이디얼 베어링(117a)과 모터(113)의 고정자(113b) 사이에 배치될 수 있다. 다만, 스러스트 베어링(117b)은 양흡형 원심 압축기(110)의 축 상이라면 양흡형 원심 압축기(110)의 내측 어디에도 위치할 수 있다.The thrust bearing (117b) may be arranged between the radial bearing (117a) on the high stage (112) side among the two radial bearings (117a) and the stator (113b) of the motor (113). However, the thrust bearing (117b) may be located anywhere inside the double-suction centrifugal compressor (110) as long as it is on the shaft of the double-suction centrifugal compressor (110).
한편, 양흡형 원심 압축기(110)는 냉매의 유동을 일으키는 임펠러(118)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the double-suction centrifugal compressor (110) may further include an impeller (118) that causes the flow of refrigerant.
임펠러(118)는 냉매의 압력과 흐름을 증가시키는 데 사용되는 것으로, 중앙부를 중심으로 방사상으로 연장되는 복수의 날개를 포함할 수 있다.The impeller (118) is used to increase the pressure and flow of the refrigerant and may include a plurality of blades extending radially from a center portion.
임펠러(118)는 하우징(110a)의 내측에 위치하며, 저단 입구(111a) 측과 고단 입구(112a) 측 각각에 설치될 수 있다. The impeller (118) is located inside the housing (110a) and can be installed on each of the low-stage inlet (111a) side and the high-stage inlet (112a) side.
도 2를 참조하면, 저단 입구(111a) 측에 저단(111) 측 임펠러(118a)가 설치되고, 고단 입구(112a) 측에 고단(112) 측 임펠러(118b)가 설치된다. 저단(111) 측 임펠러(118a)와 고단(112) 측 임펠러(118b)는 양흡형 원심 압축기(110)의 양측에 서로 대향하도록 배치되어 양흡형 원심 압축기(110)의 양쪽에서 냉매를 흡입한다.Referring to Fig. 2, a low-stage (111) side impeller (118a) is installed on the low-stage inlet (111a) side, and a high-stage (112) side impeller (118b) is installed on the high-stage inlet (112a) side. The low-stage (111) side impeller (118a) and the high-stage (112) side impeller (118b) are arranged to face each other on both sides of a double-suction centrifugal compressor (110) so as to suck refrigerant from both sides of the double-suction centrifugal compressor (110).
저단(111) 측 임펠러(118a)와 고단(112) 측 임펠러(118b)는 크기와 모양이 서로 같을 수도 있고 다를 수도 있다.The impeller (118a) on the low stage (111) side and the impeller (118b) on the high stage (112) side may be the same or different in size and shape.
주입부(114)와 배출부(115)는 각각 복수로 구비될 수 있다. 본 명세서의 실시예에 따라 주입부(114)는 두 개 구비된다. 이에 따라, 주입부(114)는 제1 주입구(114a) 및 제2 주입구(114b)를 포함할 수 있다.The injection unit (114) and the discharge unit (115) may each be provided in multiple numbers. According to the embodiment of the present specification, two injection units (114) are provided. Accordingly, the injection unit (114) may include a first injection port (114a) and a second injection port (114b).
도 2를 참조하면, 제1 주입구(114a)는 고단(112) 측 레이디얼 베어링(117a)과 고단(112) 측 임펠러(118b) 사이에 위치할 수 있고, 제2 주입구(114b)는 스러스트 베어링(117b)의 측면부에 위치할 수 있다.Referring to FIG. 2, the first inlet (114a) may be located between the radial bearing (117a) on the high stage (112) side and the impeller (118b) on the high stage (112) side, and the second inlet (114b) may be located on the side of the thrust bearing (117b).
이를 위해, 주입부(114)와 연결되는 냉각유로(1051)는 제1 주입구(114a)와 제2 주입구(114b) 각각에 연결되도록 일단이 분기될 수 있다. 이때, 스프레이 노즐(116) 또한 주입부(114)의 수에 맞추어 제1 주입구(114a)에 설치되는 제1 스프레이 노즐(116a)과 제2 주입구(114b)에 설치되는 제2 스프레이 노즐(116b)을 포함할 수 있다. 여기서 냉각유로(1051)가 주입부(114)에 연결된다는 것은 냉각유로(1051)가 스프레이 노즐(116)에 연결된다는 것과 구성 상 다르지 않다.To this end, the cooling channel (1051) connected to the injection unit (114) may be branched at one end to be connected to each of the first injection port (114a) and the second injection port (114b). At this time, the spray nozzle (116) may also include a first spray nozzle (116a) installed in the first injection port (114a) and a second spray nozzle (116b) installed in the second injection port (114b) according to the number of injection units (114). Here, the fact that the cooling channel (1051) is connected to the injection unit (114) is not structurally different from the fact that the cooling channel (1051) is connected to the spray nozzle (116).
제1 주입구(114a)로 주입되는 냉각용 냉매는 모터(113)와 자기 베어링(117)을 둘러싸는 내부공간 중에서도 제1 공간(110aa)에 분사될 수 있다. 도 2를 참조하면, 제1 공간(110aa)은 양흡형 원심 압축기(110)의 하우징(110a)과, 고단(112) 측 레이디얼 베어링(117a)과, 고단(112) 측 임펠러(118b)에 의해 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 주입구(114a)로 주입되는 냉각용 냉매는 고단(112) 측 레이디얼 베어링(117a), 스러스트 베어링(117b), 회전자(113a), 고정자(113b), 및 저단(111) 측 레이디얼 베어링(117a)의 노출되는 면을 따라 흘러 배출부(115)로 배출되도록 이루어진다.The refrigerant for cooling injected into the first inlet (114a) can be sprayed into the first space (110aa) among the internal spaces surrounding the motor (113) and the magnetic bearing (117). Referring to FIG. 2, the first space (110aa) can be formed by the housing (110a) of the double-suction centrifugal compressor (110), the high-stage (112)-side radial bearing (117a), and the high-stage (112)-side impeller (118b). Accordingly, the refrigerant for cooling injected into the first inlet (114a) is configured to flow along the exposed surfaces of the high-stage (112)-side radial bearing (117a), the thrust bearing (117b), the rotor (113a), the stator (113b), and the low-stage (111)-side radial bearing (117a) and be discharged to the discharge portion (115).
도 2를 참조하면, 제1 공간(110aa)에 분사된 냉각용 냉매의 적어도 일부는 제2 공간(110ab)으로 이어지는 냉각용 냉매 통로(110b)를 통해 이동할 수 있다. 이 냉각용 냉매 통로(110b)는 하우징(110a)을 관통하여 형성될 수 있다. 제2 공간(110ab)은 양흡형 원심 압축기(110)의 하우징(110a)과, 스러스트 베어링(117b)과, 고정자(113b)에 의해 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 주입구(114a)로 주입되는 냉각용 냉매의 적어도 일부는 스러스트 베어링(117b), 회전자(113a), 고정자(113b), 및 저단(111) 측 레이디얼 베어링(117a)의 노출되는 면을 따라 흘러 배출부(115)로 배출되도록 이루어진다.Referring to FIG. 2, at least a portion of the cooling refrigerant injected into the first space (110aa) can move through a cooling refrigerant passage (110b) leading to the second space (110ab). The cooling refrigerant passage (110b) can be formed by penetrating the housing (110a). The second space (110ab) can be formed by the housing (110a) of the double-suction centrifugal compressor (110), the thrust bearing (117b), and the stator (113b). Accordingly, at least a portion of the cooling refrigerant injected into the first inlet (114a) is configured to flow along the exposed surfaces of the thrust bearing (117b), the rotor (113a), the stator (113b), and the low-stage (111)-side radial bearing (117a) and be discharged to the discharge portion (115).
한편, 제2 주입구(114b)로 주입되는 냉각용 냉매는 모터(113)와 자기 베어링(117)을 둘러싸는 내부공간 중에서도 제3 공간(110ac)에 분사될 수 있다. 도 2를 참조하면, 제3 공간(110ac)은 양흡형 원심 압축기(110)의 하우징(110a)과, 스러스트 베어링(117b)과, 고정자(113b)에 의해 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 주입구(114b)로 주입되는 냉각용 냉매는 스러스트 베어링(117b), 회전자(113a), 고정자(113b), 및 저단(111) 측 레이디얼 베어링(117a)의 노출되는 면을 따라 흘러 배출부(115)로 배출되도록 이루어진다.Meanwhile, the cooling refrigerant injected into the second inlet (114b) may be sprayed into the third space (110ac) among the internal spaces surrounding the motor (113) and the magnetic bearing (117). Referring to FIG. 2, the third space (110ac) may be formed by the housing (110a) of the double-suction centrifugal compressor (110), the thrust bearing (117b), and the stator (113b). Accordingly, the cooling refrigerant injected into the second inlet (114b) is configured to flow along the exposed surfaces of the thrust bearing (117b), the rotor (113a), the stator (113b), and the low-stage (111)-side radial bearing (117a) and be discharged to the discharge portion (115).
나아가 제1 주입구(114a)와 제2 주입구(114b)는 모터(113)의 회전 축을 기준으로 서로 약 180도를 이루는 곳에 각각 위치할 수 있다. 이러한 제1 주입구(114a)와 제2 주입구(114b)는 냉각용 냉매가 모터(113)에 닿는 면적이 넓어지도록 하여, 모터(113)가 효과적으로 냉각되도록 하는 데 도움을 줄 수 있다. 냉각용 냉매는 모터(113)를 냉각시킬 뿐 아니라 자기 베어링(117)을 포함하여 양흡형 원심 압축기(110)의 내부공간을 전반적으로 냉각시킬 수 있다.Furthermore, the first inlet (114a) and the second inlet (114b) may be positioned at positions approximately 180 degrees apart from each other based on the rotation axis of the motor (113). The first inlet (114a) and the second inlet (114b) may help to effectively cool the motor (113) by increasing the area where the cooling refrigerant comes into contact with the motor (113). The cooling refrigerant may not only cool the motor (113), but may also cool the entire internal space of the double-suction centrifugal compressor (110), including the magnetic bearing (117).
모터(113)를 포함하는 양흡형 원심 압축기(110)의 내부를 냉각한 냉각용 냉매는 배출부(115)와 이어지는 제4 공간(110ad)으로 모일 수 있다. 제4 공간(110ad)은 양흡형 원심 압축기(110)의 하우징(110a)과, 저단(111) 측 레이디얼 베어링(117a)과, 고정자(113b)에 의해 형성될 수 있다.The cooling refrigerant that cools the interior of the double-suction centrifugal compressor (110) including the motor (113) can be collected into a fourth space (110ad) connected to the discharge portion (115). The fourth space (110ad) can be formed by the housing (110a) of the double-suction centrifugal compressor (110), the low-stage (111) side radial bearing (117a), and the stator (113b).
한편, 모터(113)와 자기 베어링(117)을 둘러싸는 내부공간은 압축되기 위해 유입되는 냉매의 유로와는 물리적으로 분리될 수 있다. 이에 따라, 양흡형 원심 압축기(110)에서 압축되는 냉매는 양흡형 원심 압축기(110) 내부에서 냉각용 냉매와 혼합되지 않는다.Meanwhile, the internal space surrounding the motor (113) and the magnetic bearing (117) can be physically separated from the flow path of the refrigerant flowing in for compression. Accordingly, the refrigerant compressed in the double-suction centrifugal compressor (110) is not mixed with the refrigerant for cooling inside the double-suction centrifugal compressor (110).
나아가, 히트펌프(100)는 양흡형 원심 압축기(110)의 하우징(110a)의 외면을 감싸는 냉각 재킷(110c)을 더 포함할 수 있다.Furthermore, the heat pump (100) may further include a cooling jacket (110c) that surrounds the outer surface of the housing (110a) of the double-suction centrifugal compressor (110).
도 2를 참조하면, 냉각 재킷(110c)은 양흡형 원심 압축기(110)의 하우징(110a)의 일부를 감쌀 수 있다. Referring to FIG. 2, a cooling jacket (110c) can surround a portion of a housing (110a) of a double-suction centrifugal compressor (110).
냉각 재킷(110c)과 하우징(110a) 사이에는 냉각수가 공급되어 양흡형 원심 압축기(110)를 냉각하도록 이루어지며, 이를 위해 양흡형 원심 압축기(110)는 냉각수가 흐르도록 이루어지는 냉각수 통로(110d)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(110a)의 외면에는 외주면을 따라 패어진 복수의 홈이 일정한 간격을 두고 형성될 수 있고, 냉각 재킷(110c)은 복수의 홈을 포함하는 하우징(110a)의 외면을 감싸도록 이루어질 수 있다. 이러한 복수의 홈과 냉각 재킷(110c)에 의해 형성된 냉각수 통로(110d)에는 냉각수가 흐를 수 있다. 냉각수 통로(110d)를 따라 흐르는 냉각수는 양흡형 원심 압축기(110)를 냉각한다.Cooling water is supplied between the cooling jacket (110c) and the housing (110a) to cool the double-suction centrifugal compressor (110). To this end, the double-suction centrifugal compressor (110) may be provided with a cooling water passage (110d) through which the cooling water flows. For example, as shown in FIG. 2, a plurality of grooves may be formed at regular intervals along the outer surface of the housing (110a), and the cooling jacket (110c) may be formed to surround the outer surface of the housing (110a) including the plurality of grooves. Cooling water may flow through the cooling water passage (110d) formed by the plurality of grooves and the cooling jacket (110c). The cooling water flowing along the cooling water passage (110d) cools the double-suction centrifugal compressor (110).
또다른 일 예로, 냉각 재킷(110c)은 양흡형 원심 압축기(110)의 본체 외면을 소정의 간격을 두고 감싸는 형태일 수도 있다.As another example, the cooling jacket (110c) may be formed to wrap around the outer surface of the main body of the double-suction centrifugal compressor (110) at a predetermined interval.
냉각 재킷(110c)에는 냉각수 통로(110d)로 냉각수가 들어가고 나올 수 있도록 홀이 형성되고, 이러한 홀에 대응하여 냉각수를 공급하는 공급구(110e) 및 냉각수를 배출하는 배출구(110f)가 설치될 수 있다.A cooling jacket (110c) has holes formed to allow cooling water to enter and exit through a cooling water passage (110d), and a supply port (110e) for supplying cooling water and a discharge port (110f) for discharging cooling water can be installed corresponding to these holes.
이처럼, 본 발명에 따른 히트펌프(100)는 냉각용 냉매를 이용하여 모터(113)와 자기 베어링(117)을 둘러싸는 양흡형 원심 압축기(110)의 내부를 냉각하고, 냉각수를 이용하여 양흡형 원심 압축기(110)의 외면을 냉각함으로써, 양흡형 원심 압축기(110)를 이중으로 냉각하는 효과를 이룰 수 있다.In this way, the heat pump (100) according to the present invention cools the interior of the double-suction centrifugal compressor (110) surrounding the motor (113) and the magnetic bearing (117) using a cooling refrigerant, and cools the exterior of the double-suction centrifugal compressor (110) using cooling water, thereby achieving the effect of doubly cooling the double-suction centrifugal compressor (110).
한편, 다시 도 1을 참조하면, 양흡형 원심 압축기(110)는 저단(111)에서 배출된 냉매를 고단(112)으로 유입되도록 안내하는 연결유로(1101)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, referring again to FIG. 1, the double-suction centrifugal compressor (110) may further include a connecting passage (1101) that guides the refrigerant discharged from the low stage (111) to flow into the high stage (112).
도 2를 참조하면, 연결유로(1101)의 일단은 저단(111)의 출구(111b)에 연결되고, 연결유로(1101)의 타단은 고단(112)의 입구(112a)에 연결된다. 이로 인해 냉매는 저단(111)의 입구(111a)를 통해 유입되어 압축된 후, 저단(111)의 출구(111b)에서 배출되어 고단(112)의 입구(112a)로 유입될 수 있다. 이후, 냉매는 한 번 더 압축된 후 고단(112)의 출구(112b)를 통해 배출되어 응축기(120)로 보내진다.Referring to FIG. 2, one end of the connecting passage (1101) is connected to the outlet (111b) of the low stage (111), and the other end of the connecting passage (1101) is connected to the inlet (112a) of the high stage (112). Accordingly, the refrigerant can be introduced through the inlet (111a) of the low stage (111), compressed, discharged from the outlet (111b) of the low stage (111), and introduced into the inlet (112a) of the high stage (112). Thereafter, the refrigerant is compressed once more, discharged through the outlet (112b) of the high stage (112), and sent to the condenser (120).
나아가 히트펌프(100)는 냉매 플래시탱크(140)와 연결유로(1101) 간을 연결하는 주입유로(109)를 더 포함할 수 있다. Furthermore, the heat pump (100) may further include an injection path (109) connecting the refrigerant flash tank (140) and the connection path (1101).
주입유로(109)에는 냉매 플래시탱크(140)에서 기상으로 배출된 냉매가 연결유로(1101)로 도입되도록 안내할 수 있다. 이에 따라, 냉매 플래시탱크(140)에서 기상으로 배출된 냉매는 양흡형 원심 압축기(110)의 저단(111)에서 배출되어 고단(112)으로 유입되기 전의 냉매와 혼합될 수 있다. The injection path (109) can guide the refrigerant discharged as a gas from the refrigerant flash tank (140) to be introduced into the connection path (1101). Accordingly, the refrigerant discharged as a gas from the refrigerant flash tank (140) can be mixed with the refrigerant discharged from the low stage (111) of the double-suction centrifugal compressor (110) before being introduced into the high stage (112).
한편, 본 발명은 이러한 히트펌프(100)를 이용하여 증기(스팀)를 생성하는 히트펌프식 증기 생성 시스템(10, 이하 '증기 생성 시스템'이라 지칭함)을 개시한다. Meanwhile, the present invention discloses a heat pump-type steam generation system (10, hereinafter referred to as 'steam generation system') that generates steam using such a heat pump (100).
도 3은 도 1에 따른 히트펌프(100)를 이용한 증기 생성 시스템(10)을 개략적으로 도시한 개념도이다. 도 3을 참조하면, 증기 생성 시스템(10)은 히트펌프(100)와 증기 생성 장치(200)를 포함한다.Fig. 3 is a conceptual diagram schematically illustrating a steam generation system (10) using a heat pump (100) according to Fig. 1. Referring to Fig. 3, the steam generation system (10) includes a heat pump (100) and a steam generation device (200).
증기 생성 장치(200)는 히트펌프(100)의 응축기(120)와 열교환을 통해 증기를 생성한다. The steam generator (200) generates steam through heat exchange with the condenser (120) of the heat pump (100).
이를 위해, 증기 생성 장치(200)는 스팀 플래시탱크(210), 순환유로(220), 증기유로(230), 순환수 토출유로(240) 및 순환수 공급유로(250)를 포함한다.To this end, the steam generation device (200) includes a steam flash tank (210), a circulation path (220), a steam path (230), a circulation water discharge path (240), and a circulation water supply path (250).
스팀 플래시탱크(210)는 순환수를 매개로 하여, 응축기(120)로부터 방출되는 열을 이용하여 증기를 생성할 수 있다. 구체적으로, 스팀 플래시탱크(210)는 응축기(120)를 통과하면서 가열된 순환수를 감압하여 증기를 생성할 수 있다.The steam flash tank (210) can generate steam by using heat released from the condenser (120) via circulating water. Specifically, the steam flash tank (210) can generate steam by depressurizing circulating water that has been heated while passing through the condenser (120).
이러한 스팀 플래시탱크(210)는 순환수를 증기(기상)와 물(액상)로 분리하여 저장할 수 있으며, 이에 따라, 순환수는 물 상태로 순환유로(220)를 통해 배출되고, 증기 상태로 증기유로(230)를 통해 배출될 수 있다.This steam flash tank (210) can store the circulating water by separating it into steam (gas phase) and water (liquid phase), and accordingly, the circulating water can be discharged in a water state through a circulating path (220) and in a steam state through a steam path (230).
순환유로(220)는 순환수가 응축기(120)와 스팀 플래시탱크(210)를 순환하도록 안내한다. The circulation path (220) guides the circulation water to circulate through the condenser (120) and the steam flash tank (210).
도 3을 참조하면, 순환유로(220)는 순환수가 스팀 플래시탱크(210)에서 응축기(120)로 유입되도록 안내하는 제1 순환유로(221)와, 응축기(120)에서 열을 흡수한 순환수가 스팀 플래시탱크(210)로 다시 유입되도록 안내하는 제2 순환유로(222)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the circulation path (220) may include a first circulation path (221) that guides the circulation water to flow from the steam flash tank (210) to the condenser (120), and a second circulation path (222) that guides the circulation water that has absorbed heat in the condenser (120) to flow back into the steam flash tank (210).
이에 따라, 순환수는 제1 순환유로(221)를 통해 응축기(120)에 공급되어 고온 고압의 냉매가 응축하면서 방출한 열을 흡수하고, 열을 흡수한 순환수는 제2 순환유로(222)를 통해 스팀 플래시탱크(210)로 유입되도록 이루어진다.Accordingly, the circulating water is supplied to the condenser (120) through the first circulation path (221) to absorb the heat released by the high-temperature and high-pressure refrigerant as it condenses, and the circulating water that has absorbed the heat is introduced into the steam flash tank (210) through the second circulation path (222).
증기유로(230)는 스팀 플래시탱크(210)에서 생성된 증기를 외부로 배출시킬 수 있다. 다시 말하면, 증기유로(230)는 증기를 필요로 하는 곳에 증기를 공급할 수 있다.The steam path (230) can discharge steam generated in the steam flash tank (210) to the outside. In other words, the steam path (230) can supply steam to a place that requires steam.
이렇게 순환하며 열의 흡수와 방출을 반복하는 순환수는, 점차 오염되어 응축기(120)에 파울링(fouling)이나 스케일링(scaling)을 발생시킬 수 있다. 파울링이나 스케일링은 응축기(120)의 열교환 성능을 저하시킬 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 순환수의 일부를 방출하고, 깨끗한 물을 보충하는 정화 과정이 이루어질 수 있다.The circulating water, which circulates in this manner and repeats the absorption and release of heat, may gradually become contaminated and cause fouling or scaling in the condenser (120). Since fouling or scaling may deteriorate the heat exchange performance of the condenser (120), a purification process may be performed to discharge a portion of the circulating water and replenish clean water to prevent this.
이를 위해 순환수 토출유로(240)는 순환수의 일부가 배출되도록 이루어질 수 있다. 또한, 순환수 공급유로(250)는 순환수에 깨끗한 물을 보충하도록 이루어질 수 있다. 순환수 토출유로(240)와 순환수 공급유로(250)에는 방출되거나 보충되는 순환수(또는 물)의 양을 조절하는 밸브가 각각 설치될 수 있다. To this end, the circulating water discharge path (240) may be configured to discharge a portion of the circulating water. In addition, the circulating water supply path (250) may be configured to replenish clean water to the circulating water. Valves for controlling the amount of circulating water (or water) discharged or replenished may be installed in each of the circulating water discharge path (240) and the circulating water supply path (250).
순환수 토출유로(240)와 순환수 공급유로(250) 각각은 순환유로(220)와 스팀 플래시탱크(210) 중 어느 하나에 연결될 수 있다. Each of the circulation water discharge path (240) and the circulation water supply path (250) can be connected to either the circulation path (220) or the steam flash tank (210).
도 4는 본 발명에 따른 증기 생성 장치(200)의 다양한 실시예를 개략적으로 도시한 개념도이다. 증기 생성 장치(200)를 이루는 구성들의 배치관계는 도 4와 같이 다양한 실시예를 가질 수 있다. Fig. 4 is a conceptual diagram schematically illustrating various embodiments of a steam generating device (200) according to the present invention. The arrangement relationship of components forming the steam generating device (200) may have various embodiments as shown in Fig. 4.
증기 생성 장치(200)는, 도 4(a)와 같이, 순환수 토출유로(240)가 스팀 플래시탱크(210)에 연결되고, 순환수 공급유로(250)가 순환유로(220) 중에서도 제1 순환유로(221)에 연결되도록 구성될 수 있다.The steam generator (200) may be configured such that the circulating water discharge path (240) is connected to the steam flash tank (210), as shown in Fig. 4(a), and the circulating water supply path (250) is connected to the first circulating path (221) among the circulating paths (220).
또는, 증기 생성 장치(200)는, 도 4(b)와 같이, 순환수 토출유로(240)와 순환수 공급유로(250)가 모두 스팀 플래시탱크(210)에 연결되도록 구성될 수 있다.Alternatively, the steam generator (200) may be configured such that both the circulating water discharge path (240) and the circulating water supply path (250) are connected to the steam flash tank (210), as shown in FIG. 4(b).
또는, 증기 생성 장치(200)는, 도 4(c)와 같이, 순환수 토출유로(240)와 순환수 공급유로(250)가 모두 제1 순환유로(221)에 연결되도록 구성될 수 있다.Alternatively, the steam generator (200) may be configured such that both the circulating water discharge path (240) and the circulating water supply path (250) are connected to the first circulating path (221), as shown in FIG. 4(c).
한편, 증기 생성 장치(200)는 순환유로(220) 상에 설치되어, 순환수의 유동을 만들어내는 펌프(260)를 포함할 수 있다. 순환수는 이러한 펌프(260)에 의해 순환유로(220)를 따라 순환할 수 있다. Meanwhile, the steam generation device (200) may be installed on a circulation path (220) and may include a pump (260) that creates a flow of circulating water. The circulating water may be circulated along the circulation path (220) by the pump (260).
펌프(260)는 적어도 하나 이상 설치될 수 있으며, 도 3 및 도 4는 하나의 펌프(260)가 설치된 모습을 나타내고 있다. At least one pump (260) can be installed, and FIGS. 3 and 4 show a state where one pump (260) is installed.
도 4의 (a) 내지 (c)와 같이, 펌프는 제1 순환유로(221) 상에 설치될 수도 있지만, 도 4의 (d)와 같이, 제2 순환유로(222) 상에 설치될 수도 있다.As shown in (a) to (c) of FIG. 4, the pump may be installed on the first circulation path (221), but as shown in (d) of FIG. 4, it may also be installed on the second circulation path (222).
순환수는 정화의 목적이 아니더라도, 증기 생성 장치(200)의 상태에 따라 일부가 배출되거나, 더 공급될 수 있다. 즉, 스팀 플래시탱크(210)는 저장되는 순환수의 양에 따라, 순환수의 일부를 배출하여 순환수의 양을 줄이거나, 순환수에 물을 더 공급하여 순환수의 양을 늘릴 수 있다. 이를 위해 스팀 플래시탱크(210)에는 순환수의 양을 측정하는 유량계가 구비될 수 있다.Even if the purpose of the circulating water is not purification, some of it may be discharged or more may be supplied depending on the state of the steam generating device (200). That is, the steam flash tank (210) may discharge some of the circulating water to reduce the amount of circulating water, or supply more water to the circulating water to increase the amount of circulating water, depending on the amount of circulating water stored. For this purpose, the steam flash tank (210) may be equipped with a flow meter that measures the amount of circulating water.
이러한 히트펌프(100)와 증기 생성 장치(200)를 포함하는 히트펌프식 증기 생성 시스템(10)은, 150°C 이상의 증기를 생성하는 것이 가능하다.A heat pump-type steam generation system (10) including a heat pump (100) and a steam generation device (200) is capable of generating steam of 150°C or higher.
나아가, 이러한 히트펌프식 증기 생성 시스템(10)은 고온의 증기를 얻기 위하여, 응축기(120)에서의 방열이 임계점 이상에서 이루어지는 초임계 사이클로 작동되는 것이 바람직하다.Furthermore, it is preferable that this heat pump type steam generation system (10) be operated in a supercritical cycle in which heat dissipation in the condenser (120) is performed above the critical point in order to obtain high temperature steam.
이상에서는, 히트펌프(100)에 구비되는 양흡형 원심 압축기(110)를 효과적으로 냉각하여 안정적으로 증기를 생산해내는 히트펌프식 증기 생성 시스템(10)의 구조를 설명하였다.Above, the structure of a heat pump-type steam generation system (10) that effectively cools a double-suction centrifugal compressor (110) equipped in a heat pump (100) to stably produce steam has been described.
이하에서는, 이러한 양흡형 원심 압축기(110)의 냉각 방법을 도 5를 참조하여 구체적으로 설명한다. 도 5는 본 발명에 따른 히트펌프(100)에 구비되는 양흡형 원심 압축기(110)의 냉각 방법을 나타내는 흐름도이다.Hereinafter, a cooling method of the double-suction centrifugal compressor (110) will be specifically described with reference to Fig. 5. Fig. 5 is a flow chart showing a cooling method of the double-suction centrifugal compressor (110) equipped in the heat pump (100) according to the present invention.
먼저, 본 발명에서는, 양흡형 원심 압축기(110)에 구비된 모터(113)의 과열 정도를 감지하는 과정이 진행될 수 있다(S510).First, in the present invention, a process of detecting the degree of overheating of a motor (113) equipped in a double-suction centrifugal compressor (110) can be performed (S510).
이를 위해, 양흡형 원심 압축기(110)에는 모터(113)의 온도를 측정하는 모터 측 센서(119)가 구비될 수 있다. For this purpose, the double-suction centrifugal compressor (110) may be equipped with a motor-side sensor (119) that measures the temperature of the motor (113).
모터 측 센서(119)는 모터(113)의 온도를 직접적으로 측정할 수도 있고, 간접적으로 측정할 수 있다. 따라서 경우에 따라, 모터(113)의 온도는 모터(113)의 주위 온도를 의미하는 것일 수도 있다.The motor side sensor (119) can directly or indirectly measure the temperature of the motor (113). Therefore, in some cases, the temperature of the motor (113) may mean the ambient temperature of the motor (113).
도 2에서 모터 측 센서(119)는 모터(113)의 주위 온도를 측정하고 있다. 모터 측 센서(119)는 온도 외에 압력 등을 복합적으로 측정하는 복합센서일 수 있다.In Fig. 2, the motor-side sensor (119) measures the ambient temperature of the motor (113). The motor-side sensor (119) may be a composite sensor that comprehensively measures pressure, etc. in addition to temperature.
모터(113)의 주위 온도를 측정하는 경우, 본 발명에는 모터(113)의 온도를 보정하는 과정이 추가될 수 있다. 예를 들어, 모터(113)의 주위 온도를 측정하는 경우, 제어부는 모터 측 센서(119)로 측정된 온도에 소정의 온도를 더한 값을 모터(113)의 온도로 여길 수 있다. When measuring the ambient temperature of the motor (113), the present invention may include an additional process for compensating the temperature of the motor (113). For example, when measuring the ambient temperature of the motor (113), the control unit may consider a value obtained by adding a predetermined temperature to the temperature measured by the motor-side sensor (119) as the temperature of the motor (113).
모터(113)의 주위 온도를 측정하되, 별도의 보정 없이 이를 모터(113)의 온도로 간주하기로 한다면, 이후의 과정은 모터(113)의 주위 온도를 기준으로 적용되도록 설정될 수 있다.If the ambient temperature of the motor (113) is measured and considered as the temperature of the motor (113) without separate compensation, the subsequent process can be set to be applied based on the ambient temperature of the motor (113).
제어부는 모터 측 센서(119)로부터 전달받은 모터 온도에 근거하여, 모터(113)의 과열 정도를 감지할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 모터 온도가 '모터 한계 온도'를 넘어서는 상태가 5초 이상 지속되는 경우, 모터(113)가 과열 상태에 있다고 판단할 수 있다. The control unit can detect the degree of overheating of the motor (113) based on the motor temperature received from the motor side sensor (119). For example, the control unit can determine that the motor (113) is in an overheated state if the motor temperature exceeds the 'motor limit temperature' for more than 5 seconds.
제어부는 모터(113)의 과열 정도를 온도로 나타내거나 복수의 단계로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 제어부는 모터 온도가 T1 이상 T2 미만인 경우 양호 단계, T2 이상 T3 미만인 경우 경고 단계, T3 이상인 경우 위험 단계로 나타낼 수 있다. The control unit can express the degree of overheating of the motor (113) as a temperature or as a plurality of stages. For example, the control unit can express a good stage when the motor temperature is T1 or more and less than T2, a warning stage when it is T2 or more and less than T3, and a dangerous stage when it is T3 or more.
다음으로, 본 발명에서는, 모터(113)의 과열 정도에 근거하여, 냉각용 냉매의 필요 유량을 산출하는 과정이 진행될 수 있다(S520).Next, in the present invention, a process of calculating the required flow rate of refrigerant for cooling based on the degree of overheating of the motor (113) can be performed (S520).
이때, 제어부에는 모터(113)의 과열 정도와 냉각용 냉매의 필요 유량을 매칭한 매칭 데이터가 기 입력될 수 있다. 매칭 데이터에는, 예를 들어, 모터 온도가 양호 단계에 있는 경우 냉각용 냉매의 필요 유량은 Q1이고, 모터 온도가 경고 단계에 있는 냉각용 냉매의 필요 유량은 Q2라는 정보가 포함될 수 있다. At this time, matching data matching the degree of overheating of the motor (113) and the required flow rate of the cooling refrigerant may be input into the control unit. The matching data may include, for example, information that when the motor temperature is in the good stage, the required flow rate of the cooling refrigerant is Q1, and when the motor temperature is in the warning stage, the required flow rate of the cooling refrigerant is Q2.
이러한 매칭 데이터는 실험에 의해 얻어질 수 있다.Such matching data can be obtained experimentally.
제어부는 이러한 매칭 데이터를 이용하여 냉각용 냉매의 필요 유량을 산출할 수 있다. 또는 제어부는 냉각용 냉매와 냉각용 냉매의 필요 유량 간 관계식을 이용하여 냉각용 냉매의 필요 유량을 산출할 수도 있다. The control unit can use this matching data to calculate the required flow rate of the cooling refrigerant. Alternatively, the control unit can use the relationship between the cooling refrigerant and the required flow rate of the cooling refrigerant to calculate the required flow rate of the cooling refrigerant.
다음으로, 본 발명에서는, 냉각용 냉매가 냉각용 냉매의 필요 유량만큼 양흡형 원심 압축기(110)의 내부로 주입되도록, 냉각유로(1051)에 흐르는 냉각용 냉매의 유량을 제어하는 과정이 진행될 수 있다(S530).Next, in the present invention, a process of controlling the flow rate of the cooling refrigerant flowing in the cooling path (1051) so that the cooling refrigerant is injected into the interior of the double-suction centrifugal compressor (110) in the amount of the required flow rate of the cooling refrigerant can be performed (S530).
이를 위해 냉각유로(1051) 상에는 냉각유로(1051)에 흐르는 냉각용 냉매의 유량을 측정할 수 있는 냉각용 냉매 유량 센서가 설치될 수 있다.To this end, a cooling refrigerant flow sensor capable of measuring the flow rate of the cooling refrigerant flowing in the cooling refrigerant flow path (1051) may be installed on the cooling duct (1051).
제어부는 냉각용 냉매 유량 센서에 의해 전달된 냉각용 냉매의 유량과 냉각용 냉매의 필요 유량을 비교할 수 있다. 냉각용 냉매의 유량이 냉각용 냉매의 필요 유량보다 적은 경우, 제어부는, 냉각용 냉매의 유량이 냉각용 냉매의 필요 유량에 도달할 때까지 냉각유로 밸브(180)를 점진적으로 더 개방할 수 있다.The control unit can compare the flow rate of the cooling refrigerant transmitted by the cooling refrigerant flow rate sensor with the required flow rate of the cooling refrigerant. If the flow rate of the cooling refrigerant is less than the required flow rate of the cooling refrigerant, the control unit can gradually open the cooling flow valve (180) until the flow rate of the cooling refrigerant reaches the required flow rate of the cooling refrigerant.
제어부는 냉각용 냉매의 유량이 냉각용 냉매의 필요 유량에 도달하면, 모터(113)가 과열 상태에서 벗어나거나 모터 온도가 안정적인 상태에 들어설 때까지 냉각유로 밸브(180)의 조절을 멈출 수 있다. 이후 기설정된 조건을 만족하면, 제어부는 냉각유로 밸브(180)의 개도를 조절하여 냉각용 냉매의 유량을 감소시킬 수 있다. 상기 기설정된 조건은, 모터(113)가 과열이 아닌 상태를 소정의 시간 이상 지속하는 경우일 수 있다.When the flow rate of the cooling refrigerant reaches the required flow rate of the cooling refrigerant, the control unit can stop adjusting the cooling flow valve (180) until the motor (113) is out of the overheated state or the motor temperature enters a stable state. Thereafter, when a preset condition is satisfied, the control unit can adjust the opening of the cooling flow valve (180) to reduce the flow rate of the cooling refrigerant. The preset condition may be a case where the motor (113) continues in a non-overheated state for a predetermined period of time or longer.
또다른 일 예에 따라, 제어부는 필요 유량을 산출하지 않고도 양흡형 원심 압축기(110)를 냉각할 수 있다. 이에 따르면, 모터(113)가 과열 상태에 있는 경우, 제어부는 밸브(180)를 보다 더 개방하고, 모터의 온도가 충분히 낮아졌다고 판단되는 경우 냉각유로 밸브(180)를 보다 더 폐쇄하여 냉각용 냉매의 유량을 감소시킬 수 있다.According to another example, the control unit can cool the double-suction centrifugal compressor (110) without calculating the required flow rate. Accordingly, when the motor (113) is in an overheated state, the control unit can further open the valve (180), and when it is determined that the temperature of the motor has sufficiently decreased, the control unit can further close the cooling flow valve (180) to reduce the flow rate of the cooling refrigerant.
여기서 냉각용 냉매는, 앞서 설명한 바와 같이, 내부 열교환기(170)에서 제2 팽창밸브(150)로 유동하는 냉매의 일부이다. Here, the refrigerant for cooling is a portion of the refrigerant flowing from the internal heat exchanger (170) to the second expansion valve (150), as described above.
또한, 앞서 설명한 바와 같이, 냉각용 냉매는 양흡형 원심 압축기(110)를 냉각한 후 복귀유로(1052)를 따라 유동하여 양흡형 원심 압축기(110)의 입구로 유입(흡입)되는 냉매와 합류하도록 이루어진다. 이에 따라 양흡형 원심 압축기(110)로 유입(흡입)되는 냉매는 냉각용 냉매와 혼합된 냉매이다.In addition, as described above, the refrigerant for cooling flows along the return path (1052) after cooling the double-suction centrifugal compressor (110) and is combined with the refrigerant flowing into (sucked into) the inlet of the double-suction centrifugal compressor (110). Accordingly, the refrigerant flowing into (sucked into) the double-suction centrifugal compressor (110) is a refrigerant mixed with the refrigerant for cooling.
냉각용 냉매와 냉매는 온도 또는 압력 등이 서로 다른 상태에서 혼합될 수 있다. 구체적으로, 냉각용 냉매는 양흡형 원심 압축기(110)를 냉각하면서 온도가 상승할 수 있고, 이러한 냉각용 냉매는 냉매보다 온도가 높을 수 있다.The refrigerant for cooling and the refrigerant can be mixed in different states such as temperature or pressure. Specifically, the temperature of the refrigerant for cooling can rise while cooling the double-suction centrifugal compressor (110), and the temperature of the refrigerant for cooling can be higher than that of the refrigerant.
이 경우, 냉각용 냉매와 혼합된 냉매는 온도가 상승하는 효과가 발생할 수 있으며, 이는 냉매의 과열도를 효율적으로 제어하는 데 이용될 수 있다.In this case, the refrigerant mixed with the cooling refrigerant can have a temperature-rising effect, which can be used to efficiently control the superheating of the refrigerant.
이에 따라, 제어부는 합류에 의해 혼합된 냉매가 기설정된 과열도에 도달하도록(또는 기설정된 과열도 범위 내에 있도록) 냉매의 유량을 제어할 수 있다.Accordingly, the control unit can control the flow rate of the refrigerant so that the refrigerant mixed by the merging reaches a preset superheat (or is within a preset superheat range).
이를 위해, 히트펌프(100)는, 양흡형 원심 압축기(110)로 흡입되는 냉매의 온도를 측정하는 적어도 하나 이상의 온도센서와, 양흡형 원심 압축기(110)로 흡입되는 냉매의 압력을 측정하는 적어도 하나 이상의 압력센서를 더 포함할 수 있다.To this end, the heat pump (100) may further include at least one temperature sensor for measuring the temperature of the refrigerant sucked into the double-suction centrifugal compressor (110) and at least one pressure sensor for measuring the pressure of the refrigerant sucked into the double-suction centrifugal compressor (110).
온도센서는 양흡형 원심 압축기(110)의 저단 입구(111a) 측, 고단 출구(112b) 측, 하우징(110a) 중 적어도 한 곳에 설치될 수 있고, 압력센서 또한 양흡형 원심 압축기(110)의 저단 입구(111a) 측, 고단 출구(112b) 측, 하우징(110a) 중 적어도 한 곳에 설치될 수 있다.The temperature sensor may be installed at least one of the low-stage inlet (111a) side, the high-stage outlet (112b) side, and the housing (110a) of the double-suction centrifugal compressor (110), and the pressure sensor may also be installed at least one of the low-stage inlet (111a) side, the high-stage outlet (112b) side, and the housing (110a) of the double-suction centrifugal compressor (110).
제어부는 이러한 온도센서와 압력센서로부터 측정된 온도정보와 압력정보를 수신하여, 혼합된 냉매의 과열도를 감지하고, 혼합된 냉매의 과열도가 기설정된 과열도에 도달하였는지(또는 기설정된 과열도 범위 내에 있는지) 여부를 판단할 수 있다.The control unit receives temperature information and pressure information measured from the temperature sensor and pressure sensor, detects the superheat of the mixed refrigerant, and determines whether the superheat of the mixed refrigerant has reached a preset superheat (or is within a preset superheat range).
예를 들어, 제어부는 양흡형 원심 압축기(110)의 저단 입구(111a) 측에 설치된 온도센서와 마찬가지로 양흡형 원심 압축기(110)의 저단 입구(111a) 측에 설치된 압력 센서를 이용하여 혼합된 냉매의 압축 전 과열도를 산출할 수 있다. 이러한 제어부는, 혼합된 냉매의 압축 전 과열도가 기설정된 과열도에 도달하지 못한 경우, 과열도를 높이거나 낮추기 위해 히트펌프(100)의 제1 유로(101) 내지 제8 유로(108)를 유동하는 냉매의 유량을 조절할 수 있다. 이를 위해, 히트펌프(100)는 냉매의 일부를 저장할 수 있는 어큐뮬레이터(미도시)를 포함할 수 있다. 제어부는, 냉매의 유량을 증가시키려는 경우, 어큐뮬레이터 내 저장량을 감소시키고, 냉매의 유량을 감소시키려는 경우, 어큐뮬레이터 내 저장량을 증가시킬 수 있다.For example, the control unit can calculate the pre-compression superheat of the mixed refrigerant by using the pressure sensor installed on the low-stage inlet (111a) side of the double-suction centrifugal compressor (110) as well as the temperature sensor installed on the low-stage inlet (111a) side of the double-suction centrifugal compressor (110). If the pre-compression superheat of the mixed refrigerant does not reach a preset superheat, the control unit can adjust the flow rate of the refrigerant flowing through the first passage (101) to the eighth passage (108) of the heat pump (100) to increase or decrease the superheat. To this end, the heat pump (100) can include an accumulator (not shown) capable of storing a portion of the refrigerant. If the control unit wants to increase the flow rate of the refrigerant, it can decrease the storage amount in the accumulator, and if the control unit wants to decrease the flow rate of the refrigerant, it can increase the storage amount in the accumulator.
제어부는 제1 팽창밸브(130) 또는 제2 팽창밸브(150)를 제어하여 시스템에 흐르는 냉매의 유량을 조절할 수도 있다.The control unit may also control the first expansion valve (130) or the second expansion valve (150) to regulate the flow rate of refrigerant flowing in the system.
제어부는 과열도를 높이거나 낮추기 위해, 냉매의 유량 이외의 물리량이나 상태값을 조절할 수도 있다.The control unit may also adjust physical quantities or state values other than the flow rate of the refrigerant to increase or decrease the superheat level.
또다른 일 예에 따라, 제어부는 양흡형 원심 압축기(110)의 고단 출구(112b) 측에 설치된 온도센서와, 마찬가지로 양흡형 원심 압축기(110)의 고단 출구(112b) 측에 설치된 압력센서를 이용하여 혼합된 냉매의 압축 후 과열도를 산출하고, 이에 근거하여 냉매의 유량을 조절하는 것도 가능하다.According to another example, the control unit may calculate the superheat degree of the mixed refrigerant after compression by using a temperature sensor installed on the high-stage outlet (112b) side of the double-suction centrifugal compressor (110) and a pressure sensor installed on the high-stage outlet (112b) side of the double-suction centrifugal compressor (110), and may also control the flow rate of the refrigerant based on the superheat degree.
또다른 일 예에 따라, 제어부는 양흡형 원심 압축기(110)로 유입되는 제1 유로(101) 내지 제8 유로(108) 중 하나의 유로 상에 설치된 압력센서와 온도센서, 그리고 냉각유로(1051) 상에 설치된 압력센서와 온도센서를 이용하여 과열도를 산출하는 것도 가능하다. According to another example, the control unit can also calculate the superheat level by using a pressure sensor and a temperature sensor installed on one of the first to eighth passages (101) to (108) flowing into the double-suction centrifugal compressor (110), and a pressure sensor and a temperature sensor installed on the cooling passage (1051).
이처럼 제어부는 히트펌프(100)의 사이클을 순환하는 냉매의 유량을 제어할 수 있다.In this way, the control unit can control the flow rate of refrigerant circulating in the cycle of the heat pump (100).
뿐만 아니라 제어부는 히트펌프(100)를 전반적으로 제어할 수 있다. 이에 따라, 제어부는 양흡형 원심 압축기(110)에 구비되는 임펠러(118)와 모터(113) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. In addition, the control unit can control the heat pump (100) as a whole. Accordingly, the control unit can control at least one of the impeller (118) and the motor (113) provided in the double-suction centrifugal compressor (110).
나아가, 양흡형 원심 압축기(110)는 모터(113)의 제어를 위한 인버터를 구비할 수 있고, 제어부는 이 인버터를 통해 모터(113)를 간접적으로 제어할 수 있다. Furthermore, the double-suction centrifugal compressor (110) may be equipped with an inverter for controlling the motor (113), and the control unit may indirectly control the motor (113) through the inverter.
본 명세서에서 양흡형 원심 압축기(110)의 저단 입구(111a) 측과 고단 입구(112a) 측을 구별하지 않는 한 양흡형 원심 압축기(110)의 입구 측은 양흡형 원심 압축기(110)의 저단 입구(111a) 측이라고 보아야 한다.In this specification, unless the low-stage inlet (111a) side and the high-stage inlet (112a) side of the double-suction centrifugal compressor (110) are distinguished, the inlet side of the double-suction centrifugal compressor (110) should be regarded as the low-stage inlet (111a) side of the double-suction centrifugal compressor (110).
또한 본 명세서에서 양흡형 원심 압축기(110)로 유입되는 냉매는, 내부 열교환기(170)에서 배출되어 양흡형 원심 압축기(110)로 유입되기 전의 냉매에 냉각용 냉매가 혼합된 냉매를 의미한다.In addition, the refrigerant introduced into the double-suction centrifugal compressor (110) in this specification means a refrigerant in which a cooling refrigerant is mixed with the refrigerant before being discharged from the internal heat exchanger (170) and introduced into the double-suction centrifugal compressor (110).
한편, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.Meanwhile, the above detailed description should not be construed as restrictive in all respects but should be considered as illustrative. The scope of the present invention should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.
Claims (10)
상기 양흡형 원심 압축기를 통과한 냉매로부터 열이 방출되도록 상기 냉매를 응축시키는 응축기;
상기 응축기를 통과한 상기 냉매를 팽창시키는 제1 팽창밸브;
상기 제1 팽창밸브를 통과한 상기 냉매를 기상과 액상으로 분리하는 냉매 플래시탱크;
상기 냉매 플래시탱크에서 배출된 액상의 상기 냉매를 팽창시키는 제2 팽창밸브;
열원으로부터 열 에너지를 흡수하여 상기 제2 팽창밸브를 통과한 상기 냉매를 증발시키는 증발기;
상기 증발기를 통과하여 상기 양흡형 원심 압축기에 유입되기 전의 상기 냉매와 상기 냉매 플래시탱크에서 액상으로 배출된 상기 냉매 간 열교환이 이루어지도록, 상기 냉매 플래시탱크와 상기 제2 팽창밸브 사이에 설치되는 내부 열교환기;
상기 내부 열교환기와 상기 제2 팽창밸브 사이에서 분기되어, 상기 냉매의 일부를 냉각용 냉매로서 상기 양흡형 원심 압축기의 내부에 주입되도록 안내하는 냉각유로; 및
상기 냉각용 냉매가 상기 양흡형 원심 압축기의 내부를 냉각한 후 배출되어 상기 저단 입구 측에서 상기 내부 열교환기에서 상기 양흡형 원심 압축기로 유입되는 상기 냉매와 합류하도록, 상기 냉각용 냉매를 안내하는 복귀유로를 포함하는 양흡형 원심 압축기를 이용한 히트펌프.A double-suction centrifugal compressor that compresses the refrigerant compressed at a low stage once more at a high stage;
A condenser for condensing the refrigerant so that heat is released from the refrigerant passing through the double-suction centrifugal compressor;
A first expansion valve for expanding the refrigerant passing through the condenser;
A refrigerant flash tank that separates the refrigerant passing through the first expansion valve into a gas phase and a liquid phase;
A second expansion valve for expanding the liquid refrigerant discharged from the refrigerant flash tank;
An evaporator that absorbs heat energy from a heat source and evaporates the refrigerant that has passed through the second expansion valve;
An internal heat exchanger installed between the refrigerant flash tank and the second expansion valve to allow heat exchange between the refrigerant before it passes through the evaporator and flows into the double-suction centrifugal compressor and the refrigerant discharged in a liquid phase from the refrigerant flash tank;
A cooling path branched between the internal heat exchanger and the second expansion valve to guide a portion of the refrigerant to be injected into the interior of the double-suction centrifugal compressor as a cooling refrigerant; and
A heat pump using a double-suction centrifugal compressor, which includes a return path for guiding the cooling refrigerant so that the cooling refrigerant cools the inside of the double-suction centrifugal compressor and then is discharged to join the refrigerant flowing into the double-suction centrifugal compressor from the internal heat exchanger at the low-stage inlet side.
상기 냉각유로 상에 설치되는 냉각유로 밸브; 및
상기 냉각용 냉매의 유량이 조절되도록 상기 냉각유로 밸브의 개도를 제어하는 제어부를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 합류에 의해 혼합된 냉매가 기설정된 과열도 범위 내에 있도록 상기 냉매의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 양흡형 원심 압축기를 이용한 히트펌프.In the first paragraph,
A cooling channel valve installed on the above cooling channel; and
It further includes a control unit that controls the opening of the cooling flow valve so that the flow rate of the cooling refrigerant is adjusted,
A heat pump using a double-suction centrifugal compressor, characterized in that the control unit controls the flow rate of the refrigerant so that the refrigerant mixed by the joining is within a preset superheat range.
상기 양흡형 원심 압축기로 흡입되는 상기 냉매의 온도를 측정하는 온도센서; 및
상기 양흡형 원심 압축기로 흡입되는 상기 냉매의 압력을 측정하는 압력센서를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 온도센서와 상기 압력센서로부터 측정 정보를 수신하여 상기 혼합된 냉매의 과열도를 감지하고,
상기 혼합된 냉매의 과열도가 상기 기설정된 과열도 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 양흡형 원심 압축기를 이용한 히트펌프.In the second paragraph,
A temperature sensor for measuring the temperature of the refrigerant sucked into the double-suction centrifugal compressor; and
Further comprising a pressure sensor for measuring the pressure of the refrigerant sucked into the double-suction centrifugal compressor;
The above control unit,
Detecting the superheating of the mixed refrigerant by receiving measurement information from the above temperature sensor and the above pressure sensor,
A heat pump using a double-suction centrifugal compressor, characterized in that it determines whether the superheat of the mixed refrigerant is within the preset superheat range.
상기 양흡형 원심 압축기는,
상기 냉매를 압축하기 위한 동력을 제공하는 모터;
상기 모터가 위치하는 내부를 향해 상기 냉각용 냉매가 주입되도록 개구된 주입부; 및
상기 모터를 냉각한 상기 냉각용 냉매가 배출되도록 개구된 배출부를 포함하고,
상기 주입부와 상기 배출부는, 상기 모터의 고정자를 사이에 두고 양측에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 양흡형 원심 압축기를 이용한 히트펌프.In the first paragraph,
The above double suction centrifugal compressor,
A motor providing power to compress the above refrigerant;
An injection port opened to inject the cooling refrigerant toward the inside where the motor is located; and
Including a discharge port opened to discharge the cooling refrigerant that cools the above motor,
A heat pump using a double-suction centrifugal compressor, characterized in that the injection part and the discharge part are respectively provided on both sides with the stator of the motor interposed therebetween.
상기 양흡형 원심 압축기는, 상기 냉각유로와 연결되고, 상기 주입부에 설치되어 상기 냉각용 냉매의 온도를 강하시켜 분사하는 스프레이 노즐을 더 포함하는 양흡형 원심 압축기를 이용한 히트펌프.In paragraph 4,
A heat pump using a double-suction centrifugal compressor, wherein the double-suction centrifugal compressor further includes a spray nozzle connected to the cooling path and installed in the injection unit to lower the temperature of the cooling refrigerant and spray it.
상기 양흡형 원심 압축기는, 상기 모터의 축을 지지하는 자기 베어링을 더 포함하고,
상기 자기 베어링은,
상기 모터를 사이에 두고 서로 대향하여 배치되는 두 개의 레이디얼 베어링; 및
상기 두 개의 레이디얼 베어링 중 고단 측 레이디얼 베어링과 상기 모터의 사이에 배치되는 스러스트 베어링을 포함하며,
상기 주입부는 상기 고단 측에 대응되는 상기 고정자의 일측에 위치하고,
상기 배출부는 상기 저단 측에 대응되는 상기 고정자의 타측에 위치하는 것을 특징으로 하는 양흡형 원심 압축기를 이용한 히트펌프.In paragraph 4,
The above-mentioned double-suction centrifugal compressor further includes a magnetic bearing supporting the shaft of the motor,
The above magnetic bearings,
Two radial bearings arranged opposite each other with the above motor in between; and
It includes a thrust bearing arranged between the high-side radial bearing among the above two radial bearings and the motor,
The above injection part is located on one side of the stator corresponding to the high side,
A heat pump using a double-suction centrifugal compressor, characterized in that the discharge portion is located on the other side of the stator corresponding to the low-stage side.
상기 양흡형 원심 압축기는, 상기 냉매의 유동을 일으키는 임펠러를 더 포함하고,
상기 임펠러는, 상기 저단 입구 측과 상기 고단 입구 측 각각에 설치되고,
상기 주입부는,
상기 고단 측 레이디얼 베어링과 상기 고단 측 임펠러 사이에 위치하는 제1 주입구; 및
상기 스러스트 베어링의 측면부에 위치하는 제2 주입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 양흡형 원심 압축기를 이용한 히트펌프.In Article 6,
The above-mentioned double-suction centrifugal compressor further includes an impeller that causes the flow of the refrigerant,
The above impellers are installed on each of the low stage inlet side and the high stage inlet side,
The above injection part,
A first inlet located between the high-side radial bearing and the high-side impeller; and
A heat pump using a double-suction centrifugal compressor, characterized in that it includes a second inlet located on the side surface of the thrust bearing.
상기 양흡형 원심 압축기는 하우징의 외면을 감싸는 냉각 재킷을 더 포함하고,
상기 냉각 재킷에는, 냉각수를 공급하는 공급구 및 냉각수를 배출하는 배출구가 설치되는 것을 특징으로 하는 양흡형 원심 압축기를 이용한 히트펌프.In the first paragraph,
The above-mentioned double-suction centrifugal compressor further includes a cooling jacket surrounding the outer surface of the housing,
A heat pump using a double-suction centrifugal compressor, characterized in that the cooling jacket is provided with a supply port for supplying cooling water and a discharge port for discharging cooling water.
상기 히트펌프의 상기 응축기와 열교환을 통해 증기를 생성하는 증기 생성 장치를 포함하며,
상기 증기 생성 장치는,
순환수를 매개로 하여, 상기 응축기로부터 방출되는 열을 이용하여 증기를 생성하는 스팀 플래시탱크;
상기 순환수가 상기 응축기와 상기 스팀 플래시탱크를 순환하도록 안내하는 순환유로;
상기 순환유로와 상기 스팀 플래시탱크 중 어느 하나에 연결되어 상기 순환수의 일부가 배출되도록 이루어지는 순환수 토출유로; 및
상기 순환유로와 상기 스팀 플래시탱크 중 어느 하나에 연결되어 상기 순환수에 물을 보충하도록 이루어지는 순환수 공급유로를 포함하는 히트펌프식 증기 생성 시스템.A heat pump according to any one of claims 1 to 8, for transferring heat absorbed from a low-temperature heat source to a high-temperature heat source; and
It includes a steam generating device that generates steam through heat exchange with the condenser of the above heat pump,
The above steam generating device,
A steam flash tank that generates steam by utilizing the heat released from the condenser through circulating water;
A circulation path that guides the above-mentioned circulating water to circulate through the above-mentioned condenser and the above-mentioned steam flash tank;
A circulation water discharge path connected to one of the above circulation path and the above steam flash tank so that a portion of the circulation water is discharged; and
A heat pump type steam generation system including a circulating water supply path connected to one of the above circulating water path and the above steam flash tank to replenish water to the circulating water.
상기 냉매는 R1336mzz(Z)이고,
150°C 이상의 증기를 생성하는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 증기 생성 시스템.In Article 9,
The above refrigerant is R1336mzz(Z),
A heat pump type steam generation system characterized by generating steam of 150°C or higher.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230123040A KR20250040778A (en) | 2023-09-15 | 2023-09-15 | Heat pump using oil free centrifugal compressor and steam generating system using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230123040A KR20250040778A (en) | 2023-09-15 | 2023-09-15 | Heat pump using oil free centrifugal compressor and steam generating system using the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20250040778A true KR20250040778A (en) | 2025-03-25 |
Family
ID=95200393
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230123040A Pending KR20250040778A (en) | 2023-09-15 | 2023-09-15 | Heat pump using oil free centrifugal compressor and steam generating system using the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20250040778A (en) |
-
2023
- 2023-09-15 KR KR1020230123040A patent/KR20250040778A/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4246257B2 (en) | Refrigeration cycle equipment | |
| CN106321499B (en) | Turbines and refrigeration cycle units | |
| CN103670553B (en) | The method of operation of power generation arrangement and this device | |
| US9429347B2 (en) | Refrigeration apparatus | |
| US9982918B2 (en) | Energy system | |
| KR101389650B1 (en) | Power generator | |
| US10605124B2 (en) | Hybrid power generating system | |
| CN107780988A (en) | For running the apparatus and method of volume expanding machine | |
| US8739532B2 (en) | Exhaust heat regeneration system | |
| KR102189168B1 (en) | Compressor assembly and its control method and cooling/heating system | |
| JP2014159950A (en) | Freezer | |
| JP6070224B2 (en) | Power generator | |
| US20070157659A1 (en) | Multi-stage refrigerant turbine | |
| CN112302723B (en) | Expander and fuel cell system | |
| JP2011133210A (en) | Refrigerating apparatus | |
| KR20250040778A (en) | Heat pump using oil free centrifugal compressor and steam generating system using the same | |
| US20160186746A1 (en) | Liquid pump and rankine cycle apparatus | |
| US10408092B2 (en) | Heat exchanger, energy recovery system, and vessel | |
| US9850783B2 (en) | Liquid pump including a gas accumulation area and rankine cycle device including a liquid pump | |
| KR101896763B1 (en) | Apparatus for cooling a pump actuation motor | |
| KR101563629B1 (en) | Generating system for organic rankine cycle | |
| KR20080096711A (en) | Fluid machinery | |
| KR20250106086A (en) | Centrifugal compressor and heat pump having the same | |
| JP6102292B2 (en) | Trochoid pump | |
| KR102579475B1 (en) | Hybrid heat pump type hot water supply system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20230915 |
|
| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20230915 Comment text: Patent Application |
|
| PG1501 | Laying open of application |