KR101726689B1 - Fluid control system - Google Patents

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Abstract

유체 제어 시스템은, 압축기와, 압축기에 유체를 공급하는 챔버와, 압축기에서 배출된 유체의 압력을 감지하는 압력 감지부와, 압축기를 통과하는 유체의 유량을 감지하는 유량 감지부와, 압축기에서 배출된 유체의 일부가 유입되는 분기 통로와, 분기 통로에 연결되어 유체를 팽창시켜 냉각시키는 팽창부와, 팽창부에서 배출된 유체를 챔버로 공급하는 제1 회귀 통로와, 팽창부의 상류에서 분기 통로에 연결되어 분기 통로의 유체를 챔버로 공급하는 제2 회귀 통로와, 분기 통로의 유체를 팽창부나 제2 회귀 통로로 분기시키는 분기 밸브와, 감지된 유체의 유량과 감지된 유체의 압력을 기준값과 비교하여 분기 밸브를 제어하는 제어부를 구비한다.The fluid control system includes a compressor, a chamber for supplying a fluid to the compressor, a pressure sensing part for sensing a pressure of the fluid discharged from the compressor, a flow rate sensing part for sensing a flow rate of the fluid passing through the compressor, A first return passage for supplying the fluid discharged from the expanding portion to the chamber, and a second return passage for supplying the fluid discharged from the expanding portion to the branch passage at the upstream side of the expanding portion, A second return passage connected to the branch passage for supplying the fluid to the chamber, a branch valve for branching the fluid in the branch passage into the expansion portion or the second return passage, and a control portion for comparing the sensed fluid flow rate and the sensed fluid pressure with a reference value And a control unit for controlling the branch valve.

Description

유체 제어 시스템{Fluid control system}Fluid control system

실시예들은 유체 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압축기에 유입되는 유체의 온도를 조절하여 압축기를 변화하는 작동 조건에 대응시킴으로써 압축기의 작동 효율이 유지될 수 있는 유체 제어 시스템에 관한 것이다.Embodiments relate to a fluid control system, and more particularly, to a fluid control system in which the operating efficiency of a compressor can be maintained by adjusting the temperature of a fluid flowing into the compressor to correspond to a changing operating condition of the compressor.

액체나 기체 상의 유체를 제어하는 유체 제어 시스템에는 유체를 압축시키는 압축기가 사용된다. 압축기는 가능한 한 넓은 범위의 토출 압력과 유량에 대해 고효율로 작동할 수 있도록 설계되는데, 압축기의 효율뿐만 아니라 작동 영역(TR: turn down ratio)도 유체 제어 시스템의 중요한 성능 변수로 작용한다.A fluid control system for controlling liquids or gaseous fluids uses a compressor to compress fluid. Compressors are designed to operate as efficiently as possible with a wide range of discharge pressures and flow rates. Not only compressor efficiency but also turn-down ratio (TR) are also important performance parameters of fluid control systems.

압축기는 압축기가 주로 운용되는 임의의 토출 압력과 유량을 설계점으로 선정한 후, 선정된 설계점에 대해 최고 효율을 낼 수 있도록 설계된다. 설계점 이외의 작동영역, 즉 탈설계 영역에서는 압축기의 효율이 크게 떨어지므로 전력 소모가 증가한다. 특히, 공장이나 대형 설비나 기반 시설 등에 사용되는 대용량의 압축기는 효율에 따라 전력 소모량이 크게 변화하므로, 압축기를 운용하는 대형 시스템이나 설비에서는 탈설계 영역에 대해서도 압축기가 고효율을 낼 수 있어야 한다. The compressor is designed to achieve the highest efficiency for the selected design point after selecting the desired discharge pressure and flow rate as the design point. In the operating area other than the design point, that is, in the off-design area, the efficiency of the compressor is significantly lowered, thereby increasing power consumption. In particular, a large-capacity compressor used in a factory, a large facility, or an infrastructure requires a high efficiency of the compressor even in a downscale area in a large-sized system or facility that operates the compressor because power consumption greatly changes with efficiency.

압축기의 운용 영역을 제어하기 위해 입구 가이드 베인(inlet guide vane), 가변 형상 디퓨저(variable geometry diffuser)와 같은 제어 장치나, 분당 회전속도(RPM)를 제어하는 직접 구동(direct drive) 방식을 독립적 또는 복합적으로 사용한다. Control devices such as an inlet guide vane, a variable geometry diffuser, or a direct drive method for controlling the rotation speed per minute (RPM) may be used to control the operating area of the compressor, Used in combination.

미국 등록특허 6039534는 압축기에 사용되는 입구 가이드 베인(IGV)의 구조를 개시한다. US 6039534 discloses a structure of an inlet guide vane (IGV) used in a compressor.

도 1은 종래 기술의 입구 가이드 베인을 이용한 압축기의 성능맵을 도시한다.Figure 1 shows a performance map of a compressor using an inlet guide vane of the prior art.

IGV를 이용한 압축기는 유동 속도 벡터와 차압을 통해 유량과 압력을 조절할 수 있다. 그러나 압축기의 IGV가 일정 개도를 벗어나면 IGV에 의한 손실로 인해 압축기 운용 범위가 제한이 되어 압축기 효율이 급격하게 감소한다.Compressors using IGV can control flow rate and pressure through flow velocity vector and differential pressure. However, if the IGV of the compressor is outside a certain range, the compressor operating range is limited due to the loss due to IGV, and the compressor efficiency is drastically reduced.

도 2는 종래 기술의 가변 형상 디퓨저를 이용한 압축기의 성능맵을 도시한다.Figure 2 shows a performance map of a compressor using a variable shape diffuser of the prior art.

VGD를 이용하는 경우에는 간극의 손실이 필연적으로 발생하며, IGV를 이용한 압축기에서와 같이 VGD에 의한 차압이 증가하므로 탈설계 영역에서의 효율은 감소한다. 또한 IGV와 VGD는 모두 로터(rotor)의 전후에 위치하기 때문에 공진이 발생할 위험이 있어, 로터의 특성에 따라 각각의 베인 수를 변경해야 하는 제한이 있다.In the case of using VGD, the loss of the gap is inevitably generated. As in the case of the compressor using the IGV, the differential pressure due to the VGD is increased. Also, since both IGV and VGD are located before and after the rotor, there is a risk that resonance may occur. Therefore, there is a limitation in changing the number of vanes according to the characteristics of the rotor.

도 3은 종래 기술의 분당 회전속도(RPM)를 제어하는 압축기 제어 기술에 의한 압축기의 성능맵을 도시한다.3 shows a performance map of a compressor by a compressor control technique controlling the rotational speed per minute (RPM) per minute of the prior art.

RPM을 이용한 제어는 IGV나 VGD에 비교하여 상대적으로 탈설계 영역에서의 효율 감소가 적지만, 기계적인 한계로 인해 대용량 압축기에는 적용하기가 어렵다. The control using RPM is relatively less efficient than the IGV or VGD in the off-design area, but it is difficult to apply it to large-capacity compressors due to mechanical limitations.

미국 등록특허 6039534(2000.03.21.)United States Patent 6039534 (Mar. 21, 2000)

실시예들의 목적은 작동 환경에 변화에 대응하며 압축기의 효율을 유지할 수 있는 유체 제어 시스템을 제공하는 데 있다.An object of embodiments is to provide a fluid control system that can respond to changes in the operating environment and maintain the efficiency of the compressor.

실시예들의 다른 목적은 압축기의 입구로 유입되는 유체의 온도를 제어함으로써 변화하는 작동 환경에 효율적으로 대응할 수 있는 유체 제어 시스템을 제공하는 데 있다. Another object of embodiments is to provide a fluid control system that can efficiently cope with a changing operating environment by controlling the temperature of the fluid flowing into the inlet of the compressor.

실시예들의 또 다른 목적은 압축기에서 배출된 고온의 유체를 압축기의 입구로 회귀시키거나 팽창기에서 배출되는 저온의 유체를 압축기의 입구로 공급함으로써 압축기에 공급되는 유체의 온도를 제어할 수 있는 유체 제어 시스템을 제공하는 데 있다.Another object of the embodiments is to provide a fluid control device capable of controlling the temperature of a fluid supplied to a compressor by returning a high temperature fluid discharged from a compressor to an inlet of the compressor or supplying a low temperature fluid discharged from an expander to an inlet of the compressor System.

일 실시예에 관한 유체 제어 시스템은, 유체를 압축하여 배출하는 압축기와, 압축기에 연결되어 유체를 공급하는 챔버와, 압축기에서 배출된 유체의 압력을 감지하는 압력 감지부와, 압축기를 통과하는 유체의 유량을 감지하는 유량 감지부와, 압축기에서 배출된 유체의 일부가 유입되는 분기 통로와, 분기 통로에 연결되어 유체를 팽창시켜 냉각시키는 팽창부와, 팽창부에서 배출된 유체를 챔버로 공급하는 제1 회귀 통로와, 팽창부의 상류에서 분기 통로에 연결되어 분기 통로의 유체를 챔버로 공급하는 제2 회귀 통로와, 분기 통로에 배치되며 외부에서 인가된 신호에 의해 작동하여 분기 통로의 유체를 팽창부나 제2 회귀 통로로 분기시키는 분기 밸브와, 유량 감지부에 의해 감지된 유체의 유량과 압력 감지부에 의해 감지된 유체의 압력을 기준값과 비교하여 분기 밸브를 제어하는 제어부를 구비한다.A fluid control system according to one embodiment includes a compressor for compressing and discharging fluid, a chamber connected to the compressor for supplying fluid, a pressure sensing part for sensing the pressure of the fluid discharged from the compressor, A branch passage through which a part of the fluid discharged from the compressor flows, an expansion portion connected to the branch passage for expanding and cooling the fluid, and a valve for supplying the fluid discharged from the expansion portion to the chamber A second return passage connected to the branch passage upstream of the expansion portion to supply the fluid in the branch passage to the chamber, and a second return passage disposed in the branch passage and operated by an externally applied signal to expand the fluid in the branch passage. A branch valve for branching to a second regeneration passage, a flow rate sensor for detecting a flow rate of the fluid sensed by the flow rate sensing unit and a pressure of the fluid sensed by the pressure sensing unit, T and a control unit for controlling a branch valve.

유량 감지부에 의해 감지된 유량이나 압력 감지부에 의해 감지된 압력이 기준값을 초과하는 경우 제어부가 분기 밸브를 작동시켜 제1 회귀 통로를 통해 저온의 유체를 챔버로 공급할 수 있다. When the flow rate sensed by the flow rate sensing unit or the pressure sensed by the pressure sensing unit exceeds the reference value, the control unit may operate the diverting valve to supply the low temperature fluid to the chamber through the first return passage.

제어부는 분기 밸브를 작동시켜 제1 회귀 통로를 통해 공급되는 유체의 유량을 제어할 수 있다.The control unit can operate the branch valve to control the flow rate of the fluid supplied through the first return passage.

유량 감지부에 의해 감지된 유량이나 압력 감지부에 의해 감지된 압력이 기준값의 미만인 경우 제어부가 분기 밸브를 작동시켜 제2 회귀 통로를 통해 고온의 유체를 챔버로 공급할 수 있다.When the flow rate sensed by the flow rate sensing unit or the pressure sensed by the pressure sensing unit is less than the reference value, the control unit may operate the diverter valve to supply the high temperature fluid to the chamber through the second return passage.

제어부는 분기 밸브를 작동시켜 제2 회귀 통로를 통해 공급되는 유체의 유량을 제어할 수 있다.The control section can operate the branch valve to control the flow rate of the fluid supplied through the second return passage.

유체 제어 시스템은 압축기로 유입되는 유체의 온도를 감지하는 온도 감지부를 더 구비할 수 있고, 제어부는 온도 감지부에 의해 감지된 유체의 온도에 기초하여 챔버의 유체의 온도를 상승시키거나 하강시키도록 분기 밸브를 제어할 수 있다.The fluid control system may further include a temperature sensing unit that senses the temperature of the fluid flowing into the compressor, and the control unit controls the temperature sensing unit to raise or lower the temperature of the fluid in the chamber based on the temperature of the fluid sensed by the temperature sensing unit. The branch valve can be controlled.

압축기는 복수 개의 압축단을 구비하는 다단 압축기일 수 있고, 온도 감지부는 복수 개의 압축단의 각각의 입구의 온도를 측정하는 복수 개의 온도 센서들을 구비할 수 있다.The compressor may be a multi-stage compressor having a plurality of compression stages, and the temperature sensing section may include a plurality of temperature sensors that measure the temperature of the respective inlet of the plurality of compression stages.

압축기는 유체가 유입되는 입구와 유체가 배출되는 출구를 구비할 수 있고, 압력 감지부는 압축기의 출구에 연결된 배출 통로에 설치될 수 있다.The compressor may have an inlet through which the fluid is introduced and an outlet through which the fluid is discharged, and the pressure sensing portion may be installed in the discharge passage connected to the outlet of the compressor.

유량 감지부는 배출 통로에 설치될 수 있다.The flow sensing portion may be installed in the discharge passage.

분기 통로는 배출 통로에 연결될 수 있다.The branch passage may be connected to the discharge passage.

상술한 바와 같은 실시예들에 관한 유체 제어 시스템은, 압축기의 유량이나 압력비를 직접 조정하는 것이 아니라 압축기의 입구에서의 유체의 온도를 제어함으로써 압축기의 전체적인 효율을 유지할 수 있다. 즉 압축기의 입구에서의 유체의 온도를 제어하면, 현재 작동하고 있는 압축기의 유량과 압력비가 제어된 유체의 온도에 대응하는 압축기 작동 영역에 포함되므로 압축기의 효율이 효과적으로 유지될 수 있다.The fluid control system according to the above-described embodiments can maintain the overall efficiency of the compressor by controlling the temperature of the fluid at the inlet of the compressor rather than directly adjusting the flow rate or pressure ratio of the compressor. That is, by controlling the temperature of the fluid at the inlet of the compressor, the efficiency of the compressor can be effectively maintained because the flow rate and the pressure ratio of the currently operating compressor are included in the compressor operating region corresponding to the temperature of the controlled fluid.

도 1은 종래 기술의 입구 가이드 베인을 이용한 압축기의 성능맵을 도시한다.
도 2는 종래 기술의 가변 형상 디퓨저를 이용한 압축기의 성능맵을 도시한다.
도 3은 종래 기술의 분당 회전속도(RPM)를 제어하는 압축기 제어 기술에 의한 압축기의 성능맵을 도시한다.
도 4는 일 실시예에 관한 유체 제어 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 시스템 구성도이다.
도 5는 도 4의 유체 제어 시스템의 제어 개념을 개략적으로 설명한 그래프이다.
도 6은 도 4의 유체 제어 시스템의 효율을 입구 가이드 베인을 이용한 기술에 의한 효율을 비교한 그래프이다.
도 7은 도 4의 유체 제어 시스템의 효율을 분당 회전속도를 이용한 기술에 의한 효율을 비교한 그래프이다.Figure 1 shows a performance map of a compressor using an inlet guide vane of the prior art.
Figure 2 shows a performance map of a compressor using a variable shape diffuser of the prior art.
3 shows a performance map of a compressor by a compressor control technique controlling the rotational speed per minute (RPM) per minute of the prior art.
4 is a system configuration diagram showing a schematic configuration of a fluid control system according to one embodiment.
5 is a graph schematically illustrating the control concept of the fluid control system of FIG.
FIG. 6 is a graph comparing the efficiency of the fluid control system of FIG. 4 with the technique using the inlet guide vane.
FIG. 7 is a graph comparing the efficiency of the fluid control system of FIG. 4 with the efficiency of the technique using the rotation speed per minute.

이하, 첨부 도면의 실시예들을 통하여, 실시예들에 관한 유체 제어 시스템의 구성과 작용을 상세히 설명한다.Hereinafter, the structure and operation of the fluid control system according to the embodiments will be described in detail through the embodiments of the accompanying drawings.

도 4는 일 실시예에 관한 유체 제어 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 시스템 구성도이고, 도 5는 도 4의 유체 제어 시스템의 제어 개념을 개략적으로 설명한 그래프이다.FIG. 4 is a system configuration diagram showing a schematic configuration of a fluid control system according to an embodiment, and FIG. 5 is a graph schematically illustrating a control concept of the fluid control system of FIG.

도 4에 나타난 실시예에 관한 유체 제어 시스템에 있어서, 유체 제어 시스템은 유체를 압출하여 배출하는 압축기(10)와, 압축기(10)에 유체를 공급하는 챔버(20)와, 압축기의 배출 유체 압력을 감지하는 압력 감지부(30)와, 유체의 유량을 감지하는 유량 감지부(40)와, 압축기(10)에서 배출된 유체의 일부가 유입되는 분기 통로(50)와, 분기 통로(50)에 연결되며 유체를 팽창시켜 냉각시키는 팽창부(60)와, 팽창부(60)에서 배출된 유체를 챔버(20)로 공급하는 제1 회귀 통로(70)와, 분기 통로(50)의 고온 유체를 챔버(20)로 공급하는 제2 회귀 통로(80)와, 분기 통로(50)에 배치되어 유체의 흐름을 제어하는 분기 밸브(90)와, 분기 밸브(90)의 작동을 제어하는 제어부(100)를 구비한다.In the fluid control system according to the embodiment shown in Fig. 4, the fluid control system includes a compressor 10 for extruding and discharging fluid, a chamber 20 for supplying a fluid to the compressor 10, A branch passage 50 into which a part of the fluid discharged from the compressor 10 flows and a branch passage 50 through which a part of the fluid discharged from the compressor 10 flows, A first return passage 70 connected to the branch passage 50 for supplying the fluid discharged from the expansion portion 60 to the chamber 20 and a second return passage 70 connected to the high- A branch valve 90 for controlling the flow of the fluid disposed in the branch passage 50 and a control unit for controlling the operation of the branch valve 90 100).

터보 기기에서의 RPM(분당 회전속도)은 구동되는 압축기(10)의 실제 기계적인 회전속도(mechanical RPM)와 압축기(10)의 성능에 영향을 미치는 보정 회전속도(corrected RPM)로 구분된다. 압축기(10)의 실제적인 성능과 운용 범위는 보정 회전속도에 의해 정해지며, 보정 회전속도는 기계적인 회전속도를 기준으로 온도의 영향을 보정한 값으로 구해지며 다음과 같은 수학식 1에 의해 정의된다.The RPM (revolutions per minute) in the turbo device is divided into the actual mechanical rotational speed (RPM) of the driven compressor 10 and the corrected rotational speed (corrected RPM) which affects the performance of the compressor 10. The actual performance and operating range of the compressor 10 are determined by the correction rotation speed, and the correction rotation speed is obtained by correcting the influence of the temperature based on the mechanical rotation speed and is defined by the following Equation 1 do.

Figure 112012062096998-pat00001
Figure 112012062096998-pat00001

수학식 1에서 NC는 보정 회전속도, NM은 기계적인 회전속도, Tact는 압축기가 작동하는 주변 온도, TDP는 압축기의 입구 온도에 해당한다. In Equation (1), N C corresponds to the correction rotation speed, N M to the mechanical rotation speed, T act corresponds to the ambient temperature at which the compressor operates, and T DP corresponds to the inlet temperature of the compressor.

압축기가 일정한 기계적인 회전속도로 운용 중일 때 입구 온도가 증가하면 보정 회전속도는 감소한다. 반대로, 입구 온도가 감소하면 보정 회전속도는 증가한다. 압축기의 유량(Q)과 압력비(Pr)와 보정 회전속도(NC)의 관계는 다음 수학식 2로 정의된다.When the compressor is operating at a constant mechanical speed, the correction rotational speed decreases as the inlet temperature increases. Conversely, as the inlet temperature decreases, the correction rotational speed increases. The relationship between the flow rate Q of the compressor, the pressure ratio Pr and the correction rotational speed N C is defined by the following equation (2).

Figure 112012062096998-pat00002
Figure 112012062096998-pat00002

수학식 2를 참조하면, 보정 회전속도가 감소할수록 유량과 압력비가 감소하며, 반대로 보정 회전속도가 증가할수록 유량과 압력비가 증가한다. Referring to Equation 2, the flow rate and the pressure ratio decrease as the correction rotation speed decreases, and conversely, as the correction rotation speed increases, the flow rate and the pressure ratio increase.

한편, 압축기의 효율은 보정 회전속도의 변화에 따라 레이놀즈수(Reynolds Number)와 임펠러 입구의 깃 속도에 따라 미소하게 변화한다.On the other hand, the efficiency of the compressor slightly changes according to the Reynolds number and the impeller speed at the impeller inlet according to the variation of the correction rotation speed.

압축기(10)는 일정한 입구조건을 갖는 유체를 흡입하여 압력을 상승시켜 운용 중인 유체 시스템이나 설비에 압축된 유체를 공급하는 기능을 한다. 일반적으로 압축기(10)의 입구(11)에 공급 배관(11a)이 연결되고 압축기(10)의 출구(12)에 배출 배관(12a)이 연결되므로, 압축기(10)가 공급 배관(11a)으로 공급되는 유체를 흡입하여 압축된 유체를 배출 배관(12a)으로 배출한다. The compressor 10 sucks the fluid having a predetermined inlet condition to increase the pressure to supply the compressed fluid to the fluid system or facility under operation. Generally, since the supply pipe 11a is connected to the inlet 11 of the compressor 10 and the discharge pipe 12a is connected to the outlet 12 of the compressor 10, the compressor 10 is connected to the supply pipe 11a Sucks the supplied fluid and discharges the compressed fluid to the discharge pipe 12a.

실시예에서 압축기(10)를 비롯한 각종 유체 기계 요소를 통과하는 유체는 기체가 사용되었지만, 실시예는 이러한 유체의 형태에 의해 제한되는 것은 아니므로 예를 들어 액체가 사용될 수 있다.Although gas is used for the fluid passing through various fluid machinery elements including the compressor 10 in the embodiment, the embodiment is not limited by the form of such fluid, and liquid, for example, may be used.

압축기(10)에는 압축기(10)의 입구(11)에 유체를 공급하는 챔버(20)가 연결된다. 챔버(20)는 외부의 유체 공급원(미도시)에 연결된 유입 배관(21)에 연결되어 외부에서 공급된 유체를 압축기(10)와 연결된 공급 배관(11a)으로 전달한다. The compressor (10) is connected to a chamber (20) which supplies fluid to the inlet (11) of the compressor (10). The chamber 20 is connected to an inlet pipe 21 connected to an external fluid supply source (not shown), and transfers the fluid supplied from the outside to a supply pipe 11a connected to the compressor 10.

챔버(20)는 제1 회귀 통로(70) 및 제2 회귀 통로(80)와도 연결되므로, 팽창부(60)를 통과한 저온 유체나 팽창부(60)를 통과하기 전의 고온 유체가 챔버(20)에 공급된다. 따라서 챔버(20)는 고온 유체나 저온 유체를 압축기(10)에 공급할 수 있다. The chamber 20 is also connected to the first regression passage 70 and the second regression passage 80 so that the low temperature fluid passing through the expanding section 60 or the high temperature fluid before passing through the expanding section 60 flows into the chamber 20 . Accordingly, the chamber 20 can supply the high-temperature fluid or the low-temperature fluid to the compressor 10.

압축기(10)에서 배출된 유체는 배출 배관(12a)을 통해 배출 통로(140)로 전달된다. 배출 통로(140)에는 압축기(10)에서 배출된 유체의 압력을 감지하는 압력 감지부(30)와, 압축기(10)에서 배출된 유체의 유량을 감지하는 유량 감지부(40)가 설치된다. The fluid discharged from the compressor (10) is transferred to the discharge passage (140) through the discharge pipe (12a). The discharge passage 140 is provided with a pressure sensing part 30 for sensing the pressure of the fluid discharged from the compressor 10 and a flow rate sensing part 40 for sensing the flow rate of the fluid discharged from the compressor 10.

배출 통로(140)에는 배출 통로(140)를 통과하는 유체의 일부를 분기시키는 분기 통로(50)가 연결된다. 또한 분기 통로(50)에는 분기 통로(50)를 통과하는 유체를 팽창시켜 냉각시키는 팽창부(60)가 연결된다. 팽창부(60)는 팽창의 원리를 이용하여 압축기(10)에서 배출된 고온의 유체를 팽창시킴으로써 압력과 온도를 감소시켜 냉각하는 기능을 수행한다. The discharge passage 140 is connected to a branch passage 50 for branching a part of the fluid passing through the discharge passage 140. The expansion passage 60 is connected to the branch passage 50 for expanding and cooling the fluid passing through the branch passage 50. The expansion unit 60 functions to cool down the pressure and the temperature by expanding the high temperature fluid discharged from the compressor 10 using the principle of expansion.

팽창부(60)의 출구는 제1 회귀 통로(70)를 통해 챔버(20)로 연결된다. 제1 회귀 통로(70)는 팽창부(60)에서 배출된 저온의 유체를 챔버(20)로 공급하는 기능을 한다.The outlet of the expanding section (60) is connected to the chamber (20) through the first return passage (70). The first return passage 70 functions to supply the low-temperature fluid discharged from the expanding section 60 to the chamber 20.

팽창부(60)의 상류의 분기 통로(50)에는 제2 회귀 통로(80)가 연결된다. 제2 회귀 통로(80)는 팽창부(60)를 통과하기 전의 분기 통로(50)의 고온의 유체를 챔버(20)로 공급하는 기능을 한다. A second return passage (80) is connected to the branch passage (50) on the upstream side of the expansion portion (60). The second regression passage 80 functions to supply the high-temperature fluid of the branch passage 50 before passing through the expansion portion 60 to the chamber 20. [

제2 회귀 통로(80)는 분기 밸브(90)를 통해 분기 통로(50)에 연결된다. 분기 밸브(90)는 분기 통로(50)에 배치되며 외부에서 인가된 신호(Mc)에 의해 작동함으로써 분기 통로(50)의 유체가 팽창부(60)나 제2 회귀 통로(80)로 흐르게 하는 기능을 한다. 도시된 실시예에서 분기 밸브(90)는 전기적 신호에 의해 작동하는 솔레노이드 밸브에 의해 구현되었다. 그러나 실시예는 이러한 분기 밸브(90)의 구체적 구현 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 유압에 의해 작동하는 유압 밸브나 공압에 의해 작동하는 공압 밸브로 구현될 수 있다.The second regression passage 80 is connected to the branch passage 50 through the branch valve 90. The branch valve 90 is disposed in the branch passage 50 and operates by an externally applied signal Mc to cause the fluid in the branch passage 50 to flow into the expansion portion 60 and the second return passage 80 Function. In the illustrated embodiment, the diverter valve 90 is implemented by a solenoid valve operated by an electrical signal. However, the embodiment is not limited by a specific implementation of such a branch valve 90, but may be implemented, for example, by a hydraulic valve operated by hydraulic pressure or by a pneumatic valve operated by pneumatic pressure.

제어부(100)는 압력 감지부(30)와 유량 감지부(40)와 분기 밸브(90)에 연결되며, 유량 감지부(40)에 의해 감지된 유체의 유량과 압력 감지부(30)에 의해 감지된 유체의 압력을 기준값과 비교하여 분기 밸브(90)를 제어한다.The control unit 100 is connected to the pressure sensing unit 30, the flow sensing unit 40 and the branching valve 90. The control unit 100 controls the flow rate of the fluid sensed by the flow sensing unit 40, And controls the branch valve 90 by comparing the sensed fluid pressure with a reference value.

압축기(10)의 입구(11)와 연결된 공급 배관(11a)에는 압축기(10)로 유입되는 유체의 온도를 감지하는 온도 감지부(130)가 설치된다. 제어부(100)는 온도 감지부(130)에 의해 감지된 유체의 온도에 기초하여 챔버(20)의 유체의 온도를 상승시키거나 하강시키도록 분기 밸브(90)를 제어할 수 있다.A temperature sensing unit 130 for sensing the temperature of the fluid flowing into the compressor 10 is installed in the supply pipe 11a connected to the inlet 11 of the compressor 10. [ The control unit 100 may control the branch valve 90 to raise or lower the temperature of the fluid in the chamber 20 based on the temperature of the fluid sensed by the temperature sensing unit 130. [

도시된 실시예에서 압축기(10)와 온도 감지부(130)가 각각 하나씩 설치되는 것으로 설명되었으나, 실시예는 이러한 구성에 의해 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 압축기(10)는 복수 개의 압축단을 구비하는 다단 압축기로 구현될 수 있으며, 온도 감지부는 복수 개의 압축단의 각각의 입구의 온도를 측정하는 복수 개의 온도 센서들을 구비할 수 있다. In the illustrated embodiment, the compressor 10 and the temperature sensing unit 130 are respectively provided for the compressor 10 and the temperature sensing unit 130, respectively. However, the embodiment is not limited thereto. For example, the compressor 10 may be implemented as a multi-stage compressor having a plurality of compression stages, and the temperature sensing unit may include a plurality of temperature sensors for measuring the temperatures of the respective inlets of the plurality of compression stages.

제어부(100)는 압력 감지부(30)와 유량 감지부(40)와 온도 감지부(130)의 감지 신호들(Fc, Pc, Tc)을 수신하는 수신부(110)와, 제어 신호(Mc)를 출력하여 분기 밸브(90)를 제어하는 회귀 제어부(120)를 구비한다. The control unit 100 includes a receiving unit 110 receiving the sensing signals Fc, Pc and Tc of the pressure sensing unit 30, the flow sensing unit 40 and the temperature sensing unit 130, And a regression control unit (120) for controlling the branch valve (90).

유량 감지부(40)에 의해 감지된 유량이나 압력 감지부(30)에 의해 감지된 압력이 미리 정해진 기준값에 미달하는 경우 제어부(100)는 분기 밸브(90)를 작동시켜 제2 회귀 통로(80)를 통해 고온의 유체를 챔버(20)로 공급한다.When the flow rate sensed by the flow rate sensing unit 40 or the pressure sensed by the pressure sensing unit 30 falls below a predetermined reference value, the control unit 100 operates the branch valve 90 to operate the second regression passage 80 To the chamber 20 through the high-pressure pipe (not shown).

유량 감지부(40)에 의해 감지된 유량이나 압력 감지부(30)에 의해 감지된 압력이 미리 정해진 기준값을 초과하는 경우 제어부(100)는 분기 밸브(90)를 작동시켜 제1 회귀 통로(70)를 통해 팽창부(60)에서 배출된 저온의 유체를 챔버(20)로 공급한다. When the flow rate detected by the flow rate sensing unit 40 or the pressure sensed by the pressure sensing unit 30 exceeds a predetermined reference value, the control unit 100 operates the branch valve 90 to operate the first regression passage 70 Temperature fluid discharged from the expanding section 60 to the chamber 20 through the opening / closing valve (not shown).

제어부(100)는 예를 들어 반도체칩이나, 반도체칩과 회로들을 포함하여 인쇄회로기판의 형태로 제작된 제어보드나, 반도체칩이나 제어보드에 포함되는 소프트웨어나, 반도체칩 장착 장비에 설치되는 컴퓨터에 포함된 제어용 알고리즘 등의 다양한 형태로 구현될 수 있다.The control unit 100 may be, for example, a semiconductor chip, a control board manufactured in the form of a printed circuit board including semiconductor chips and circuits, software included in a semiconductor chip or a control board, And a control algorithm included in the control algorithm.

제어부(100)는 도 5에 도시된 것과 같이 압축기(10)가 작동하는 성능맵에 대응하는 압축기 작동 데이터를 기준값으로 가지고 있을 수 있다. 예를 들어, 제어부(100)는 성능맵에 대응하는 기준값의 데이터 베이스(미도시)에 연결되거나, 기준값을 메모리(미도시)에 저장하여 보유할 수 있다.The control unit 100 may have the compressor operation data corresponding to the performance map in which the compressor 10 operates as a reference value, as shown in FIG. For example, the control unit 100 may be connected to a database (not shown) of a reference value corresponding to the performance map, or may store the reference value in a memory (not shown).

제어부(100)는 압력 감지부(30)와 유량 감지부(40)의 각각에서 감지된 유체의 압력이나 유량이 압축기 작동 데이터의 기준값에 미달하는 경우 압축기(10)에 고온의 유체가 필요한 상태로 판단하여, 팽창부(60)의 상류의 고온의 유체를 제2 회귀 통로(80)를 통해 챔버(20)로 공급한다.The control unit 100 controls the compressor 10 such that when the pressure or the flow rate of the fluid sensed by the pressure sensing unit 30 and the flow rate sensing unit 40 is lower than the reference value of the compressor operation data, The high temperature fluid upstream of the expansion part 60 is supplied to the chamber 20 through the second return passage 80. [

제어부(100)는 감지된 유체의 압력이나 유량이 압축기 작동 데이터의 기준값을 초과하는 경우 압축기(10)에 저온의 유체가 필요한 상태로 판단하여, 팽창부(60)에서 배출된 저온의 유체를 제1 회귀 통로(70)를 통해 챔버(20)로 공급한다.When the detected pressure or flow rate of the fluid exceeds the reference value of the compressor operation data, the control unit 100 determines that the compressor 10 requires a low-temperature fluid, so that the low-temperature fluid discharged from the expansion unit 60 And is supplied to the chamber 20 through the one return passage 70.

챔버(20)는 외부로부터 공급된 유체를 제1 회귀 통로(70)에서 유입된 저온의 유체나 제2 회귀 통로(80)에서 유입된 고온의 유체와 혼합함으로써 유체를 가열하거나 냉각시키는 기능을 한다. The chamber 20 functions to heat or cool the fluid by mixing the fluid supplied from the outside with the low temperature fluid introduced from the first regression passage 70 or the high temperature fluid introduced from the second regression passage 80 .

그러므로 유체 제어 시스템의 외기 조건이나 압축기(10)가 사용되는 운용 조건의 변화에 따라 현재 압축기(10)가 작동하는 유량과 압력비를 감소시킬 필요가 있을 경우에는, 압축기(10)로부터 배출된 고온의 공기를 바이패스(bypass)시켜 챔버(20)를 통해 압축기(10)로 재순환시킴으로써 압축기(10)의 입구(11)에서의 온도를 증가시킬 수 있다. Therefore, when it is necessary to reduce the flow rate and the pressure ratio at which the compressor 10 is operated in accordance with the ambient conditions of the fluid control system or the operating conditions in which the compressor 10 is used, The temperature at the inlet 11 of the compressor 10 can be increased by bypassing the air and recirculating it through the chamber 20 to the compressor 10.

제어부(100)는 분기 밸브(90)를 작동시켜 제1 회귀 통로(70)를 통해 공급되는 저온 유체의 유량과 제2 회귀 통로(80)를 통해 공급되는 고온 유체의 유량을 제어할 수 있다. 그러므로 제2 회귀 통로(80)를 통해 압축기(10)로 공급되는 고온 유체의 유량을 제어함으로써 압축기(10)의 입구(11)로 공급되는 유체의 온도를 조절할 수 있다.The control unit 100 can control the flow rate of the low temperature fluid supplied through the first return passage 70 and the flow rate of the high temperature fluid supplied through the second return passage 80 by operating the branch valve 90. Therefore, the temperature of the fluid supplied to the inlet (11) of the compressor (10) can be controlled by controlling the flow rate of the high temperature fluid supplied to the compressor (10) through the second regression passage (80).

외기 조건이나 운용 조건의 변화에 따라 현재 압축기(10)가 작동하는 유량과 압력비를 증가시킬 필요가 있는 경우에는 제2 회귀 통로(80)를 통해 압축기(10)로 공급되는 고온 유체의 유량을 감소시키거나, 상온보다 낮은 온도의 유체 공급이 필요한 경우에는 압축기(10)로부터 배출된 유체를 팽창부(60)로 유입시켜 유체의 온도를 감소시킨 후 저온 유체를 제1 회귀 통로(70)를 통해 챔버(20)로 공급할 수 있다. When it is necessary to increase the flow rate and the pressure ratio at which the compressor 10 is operated in accordance with changes in ambient conditions or operating conditions, the flow rate of the high temperature fluid supplied to the compressor 10 through the second return passage 80 is reduced The fluid discharged from the compressor 10 is introduced into the expansion unit 60 to reduce the temperature of the fluid, and then the low-temperature fluid is supplied through the first return passage 70 Can be supplied to the chamber (20).

제어부(100)는 분기 밸브(90)를 작동시켜 팽창부(60)로 유입되는 유체의 유량을 제어할 수 있으므로, 제1 회귀 통로(70)를 통해 챔버(20)로 공급되는 저온 유체의 유량을 제어하여 압축기(10)의 입구(11)로 공급되는 유체의 온도를 조절할 수 있다.The control unit 100 can control the flow rate of the fluid flowing into the expansion unit 60 by operating the branch valve 90 so that the flow rate of the low temperature fluid supplied to the chamber 20 through the first return passage 70 To control the temperature of the fluid supplied to the inlet (11) of the compressor (10).

도 6은 도 4의 유체 제어 시스템의 효율을 입구 가이드 베인을 이용한 기술에 의한 효율을 비교한 그래프이고, 도 7은 도 4의 유체 제어 시스템의 효율을 분당 회전속도를 이용한 기술에 의한 효율을 비교한 그래프이다. FIG. 6 is a graph comparing the efficiency of the fluid control system of FIG. 4 with the technique using the inlet guide vane, FIG. 7 is a graph showing the efficiency of the fluid control system of FIG. It is a graph.

도 6에서 점선으로 도시된 그래프는 입구 가이드 베인(IGV)을 이용하여 압축기를 제어할 때의 유량과 효율의 관계를 나타낸다. 도 7에서 점선으로 도시된 그래프는 압축기의 분당 회전속도(RPM)를 제어할 때의 유량과 효율의 관계를 나타낸다. The graph shown by the dotted line in FIG. 6 shows the relationship between flow rate and efficiency when controlling the compressor using the inlet guide vane (IGV). The graph shown by the dotted line in FIG. 7 shows the relationship between the flow rate and the efficiency when controlling the revolution speed (RPM) per minute of the compressor.

도 6 및 도 7을 참조하면 정상 온도(Tin=300K)의 영역에서는 IGV나, RPM에 의한 제어 효율이 정상적으로 유지되고 있지만, 온도가 상승한 영역들(Tin=360K, Tin=330K)에서는 IGV나 RPM 제어를 이용하더라도 압축기의 효율이 감소함을 알 수 있다. 6 and 7, the control efficiency by IGV or RPM is normally maintained in the region of the normal temperature (Tin = 300K). However, in regions where the temperature has risen (Tin = 360K, Tin = 330K) It can be seen that the efficiency of the compressor is reduced even if the control is used.

실시예에 관한 유체 제어 시스템에서는 압축기(10)의 유량이나 압력비를 직접 조정하는 것이 아니라 압축기(10)의 입구(11)에서의 유체의 온도를 제어함으로써 압축기(10)의 전체적인 효율을 유지할 수 있다. 즉 압축기(10)의 입구(11)에서의 유체의 온도를 제어하면, 현재 작동하고 있는 압축기(10)의 유량과 압력비가 제어된 유체의 온도에 대응하는 압축기 성능맵, 즉 압축기 작동 데이터의 작동 영역에 포함되므로 도 6 및 도 7에 도시된 것과 같이 압축기(10)의 효율이 정상적으로 유지될 수 있다.The overall efficiency of the compressor 10 can be maintained by controlling the temperature of the fluid at the inlet 11 of the compressor 10 instead of directly controlling the flow rate or pressure ratio of the compressor 10 in the fluid control system according to the embodiment . Controlling the temperature of the fluid at the inlet 11 of the compressor 10 allows the flow rate and pressure ratio of the compressor 10 which is currently operating to be controlled in accordance with the compressor performance map corresponding to the temperature of the controlled fluid, The efficiency of the compressor 10 can be normally maintained as shown in FIGS. 6 and 7.

상술한 실시예들에 대한 구성과 효과에 대한 설명은 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.The construction and effect of the above-described embodiments are merely illustrative, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Accordingly, the true scope of protection of the invention should be determined by the appended claims.

10: 압축기 60: 팽창부
11a: 공급 배관 70: 제1 회귀 통로
11: 입구 80: 제2 회귀 통로
12a: 배출 배관 90: 분기 밸브
12: 출구 100: 제어부
20: 챔버 110: 수신부
21: 연결된 유입 배관 120: 회귀 제어부
30: 압력 감지부 130: 온도 감지부
40: 유량 감지부 140: 배출 통로
50: 분기 통로10: compressor 60:
11a: supply pipe 70: first regression passage
11: inlet 80: second regression passage
12a: exhaust pipe 90: branch valve
12: outlet 100:
20: chamber 110:
21: connected inflow pipe 120: regression control unit
30: Pressure sensing unit 130: Temperature sensing unit
40: flow rate sensing part 140: discharge passage
50: branch path

Claims (7)

유체가 유입되는 입구와 유체가 배출되는 출구를 구비하며, 유체를 압축하여 상기 출구로 배출하는 압축기;
상기 압축기의 상기 입구에 연결되어 외부로부터 공급된 유체를 상기 압축기의 상기 입구로 공급하는 챔버;
상기 압축기의 출구에 연결되며 상기 압축기에서 배출된 유체가 흐르는 배출 통로;
상기 배출 통로에 설치되어 상기 압축기에서 배출된 유체의 압력을 감지하는 압력 감지부;
상기 배출 통로에 설치되어 상기 압축기를 통과하는 유체의 유량을 감지하는 유량 감지부;
상기 배출 통로에 연결되며 상기 압축기에서 배출되어 상기 배출 통로를 통과하는 유체의 일부가 유입되는 분기 통로;
상기 분기 통로에 연결되어 유체를 팽창시켜 냉각시키는 팽창부;
일단은 상기 팽창부의 팽창부 출구에 연결되고 타단은 상기 챔버에 연결되어, 상기 팽창부에서 배출된 저온의 유체를 상기 챔버로 공급하는 제1 회귀 통로;
일단은 상기 팽창부의 상류에서 상기 분기 통로에 연결되고 타단은 상기 챔버에 연결되어, 상기 팽창부를 통과하기 전의 상기 분기 통로의 고온의 유체를 상기 챔버로 공급하는 제2 회귀 통로;
상기 분기 통로에 배치되며 외부에서 인가된 신호에 의해 작동하여, 상기 분기 통로의 유체를 상기 팽창부나 상기 제2 회귀 통로로 분기시키는 분기 밸브; 및
상기 유량 감지부에 의해 감지된 유체의 유량과 상기 압력 감지부에 의해 감지된 유체의 압력을 기준값과 비교하여 상기 분기 밸브를 제어하는 제어부;를 구비하고,
상기 유량 감지부에 의해 감지된 유량이나 상기 압력 감지부에 의해 감지된 압력이 기준값을 초과하는 경우 상기 제어부가 상기 분기 밸브를 작동시켜 상기 제1 회귀 통로를 통해 상기 저온의 유체를 상기 챔버로 공급하며,
상기 유량 감지부에 의해 감지된 유량이나 상기 압력 감지부에 의해 감지된 압력이 기준값의 미만인 경우 상기 제어부가 상기 분기 밸브를 작동시켜 상기 제2 회귀 통로를 통해 상기 고온의 유체를 상기 챔버로 공급하고,
상기 챔버는 외부로부터 공급된 유체를 상기 제1 회귀 통로에서 유입된 상기 저온의 유체나 상기 제2 회귀 통로에서 유입된 상기 고온의 유체와 혼합함으로써 상기 압축기의 상기 입구로 공급될 유체를 가열하거나 냉각시키는, 유체 제어 시스템.A compressor having an inlet through which the fluid flows and an outlet through which the fluid is discharged, compressing the fluid and discharging the fluid to the outlet;
A chamber connected to the inlet of the compressor to supply fluid supplied from the outside to the inlet of the compressor;
A discharge passage connected to the outlet of the compressor through which the fluid discharged from the compressor flows;
A pressure sensor installed in the discharge passage for sensing a pressure of the fluid discharged from the compressor;
A flow rate sensing unit installed in the discharge passage for sensing a flow rate of the fluid passing through the compressor;
A branch passage connected to the discharge passage and through which a part of the fluid discharged from the compressor flows through the discharge passage;
An expansion unit connected to the branch passage to expand and cool the fluid;
A first regeneration passage connected to the outlet of the expansion part of the expansion part at one end and connected to the chamber at the other end to supply the low temperature fluid discharged from the expansion part to the chamber;
A second return passage connected to the branch passage at one end thereof upstream of the expansion portion and connected to the chamber at the other end thereof to supply the high temperature fluid of the branch passage before passing through the expansion portion to the chamber;
A branch valve arranged in the branch passage and operated by an externally applied signal to branch the fluid in the branch passage to the expansion portion or the second return passage; And
And a control unit for controlling the branching valve by comparing a flow rate of the fluid sensed by the flow rate sensing unit and a pressure of the fluid sensed by the pressure sensing unit with a reference value,
When the flow rate detected by the flow rate sensing unit or the pressure sensed by the pressure sensing unit exceeds a reference value, the control unit operates the branch valve to supply the low temperature fluid to the chamber through the first return passage In addition,
When the flow rate sensed by the flow rate sensing unit or the pressure sensed by the pressure sensing unit is less than a reference value, the control unit operates the branch valve to supply the high temperature fluid to the chamber through the second return passage ,
Wherein the chamber is configured to heat the fluid to be supplied to the inlet of the compressor by mixing the fluid supplied from the outside with the low temperature fluid introduced from the first regression passage or the high temperature fluid introduced from the second regression passage, Fluid control system. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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