JPS6040702A - スクリユ−膨張機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、流体機械におけるスクリュー膨張機、特にス
クリュー膨張機における最適容積比の選定技術に関する
。

従来技術 スクリュー型の流体（ガス）機械を圧縮機として使用す
ることは以前から行われており、しだがつて圧縮比の選
定とか吐出容量の大小とかの関係につき効率上好ましい
範囲については種々知られているが、膨張機として使用
している場合は少々く、その際における容積比の最適範
囲は必ずしも明らかでない。

目　的 スクリュー型のガス流体機械を膨張機として使用する場
合に、気体の充填効率の影響による吸入閉込直後の圧力
低下およびポＩＪ　）ローブ膨張によシ圧力比が容積比
より大きくなるので、効率を良くするためには予め本体
設計時の容積比を圧力比より小さくする必要がある。し
かしながら、その範囲を如何に選択すれば高効率の稼動
が可能なのか、また、高効率の利点を失うことなくどの
範囲まで両者の比率を広げることができるのか、必ずし
も解明されていなかった。

そこで本発明の目的は、スクリュー膨張機における各容
積比における最適圧力比の範囲を明瞭にし、かつ、その
関係を特定することによって、何時、如何なる条件の許
においても高効率の稼動が可能であるところのスクリュ
ー膨張機を容易に提供できるようにすることにある。

構　成 本発明は、スクリュー型流体機械の膨張機において、吸
入圧力をＰｓ１吐出圧力をＰｄ１吸入容積の等式におけ
るβおよびγが、それぞれβ−０，３〜−膨張機。

であって、今、その一実施例を図面に宿って説明すると
下記のとおシである。

第１図は、本発明スクリュー膨張機を原動機として工場
廃熱を利用して発電するシステムの概要図であって、図
中、熱交換器（Ｉ）には、その一方に工場から排出され
る高温流体を導くパイプ１が導入され、他方にはポンプ
（Ｐｌ）を介１−て送給される液状の冷媒（ここではフ
レオンガスＲ−１１４が使用されている。）を加熱して
気化させ、高温、高圧ガスに変える蒸発器２が設置され
ている。熱交換器（Ｉ）には、さらにポンプ（Ｐ２）を
介して送給される潤滑油を高温にするだめの加熱パイプ
３が設けられる。

なお、パイプ１内を通過した高温流体の熱エネルギーは
、熱交換器（Ｉ）によって冷媒の気化および加熱、昇圧
ならびに潤滑油の加熱のだめに用いつくされて低温流体
となシ、熱交換器（Ｉ）外に排出される。

熱交換器（Ｉ）内で気化し高温・高圧になった冷媒ガス
は、スクリュー膨張機４の吸入口５０１１１に導かれる
。作用室内で膨張してスクリュー・ロータを回転させた
高温・高圧の冷媒ガスは低圧・低温の状態で膨張機の吐
出口６側から排出されて分離タンク７内に送９込まれ、
ここで冷媒ガスと潤滑油とが分離し、冷媒ガスは熱交換
器（ＩＩ）内に設置した凝縮器８を通って液化し、その
後ポンプ（ＰＩ）の吸込側に吸込まれて、加圧流体とな
り熱交換器（Ｉ）の蒸発器２内に送込まれる。

高温・高圧の冷媒ガスによって駆動された膨張機４のス
クリュー・ロータは、発電機９を回して電気を起す。

熱交換器（ｎ）内には別に低温熱源を海水とする流体を
導入して、冷媒ガスの通る凝縮器８を冷却し、ガスを凝
縮・液化している。

他方、熱交換器（Ｉ）内に設けられた潤滑油加熱パイプ
３内を通って加熱された潤滑油は、六姑→五つの系統に
分けて、膨張機内に供給され、摺動面の潤滑ならびに作
用室のシール作用を確実にするためなどに用いられる。

それらの膨張機内に送給された潤滑油は、機内で冷媒ガ
スに混入したまま作用室内を移動して、吐出口６からガ
ス諸共、排出され、分離タンク７に収容されている間に
気液分離が行われ、ここで分離された潤滑油はタンク７
の底部からポンプ（Ｐ２）によって吸入・加圧されて熱
交換器（Ｉ）の潤滑油加熱パイプ３に送給される。熱交
換器（Ｉ）の加熱パイプ３内を通った高温潤滑油のその
後の作動は前述のとおりである。

かくして、冷媒ガスおよび潤滑油の流れは、クローズド
サイクルを構成している。

本発明スクリュー膨張機は、上記システムのうちの原動
機としての位置を占め、その稼動効率は装置全体の性能
に大きなかかわりを持つから、望ましくは最良の条件の
許に運転されるよう計画される。

第２図を参照して、同図は本発明スクリュー膨張機の横
断面図を示し、図中、１０は作用室の外壁を形成する縦
断面が眼鏡形もしくは分銅形のシリンダで、その長手軸
方向両端には端面を封止する各端板１１．１２がねじ止
めされ、それぞれシリンダ室内で回転する雌、雄のスク
リュー・ロータ１３（１〆ｌ）の回転軸１５．１６を軸
支するベアリング１７．１８を保持する一方、当該ロー
タの各端面との間で接触シールすると共に、その一方に
は高圧ガス吸入室１９を、他方にはガス吐出室２０を設
けている。作用室は、雌、雄スクリユー・ロータの歯の
噛合線とシリンダ１０内壁と端板１ｊの端面２２とによ
り区画された空間よりなり、ロータの回転に伴なってそ
の容積が次第に拡がるように設けられていて、前記作用
室は高圧側端板１１に設けた吸入口５に連通していると
きは容積が狭く、連通を絶って、すなわち閉切って低圧
側端板１２側に進行すると伴なって容積が拡まり二やが
て低圧側端板１２に穿設した吐出口６に連通して、作用
室内に吸入した高温・高圧ガスを吐出口６を介して低圧
側の吐出室側に解放する。

その間に、吸入口５から吸入した高温・高圧ガスは作用
室内でロータを回転させなからポＩＪ　）ロープ膨張を
続けて低温・低圧のガスに変り、動力を発生する。

第３図は、上述シリンダ１０内壁、作用室の一部展開図
であって、上側水平線は高圧側端面２２で吸入口５側で
あり、下側水平線は低圧側端面であって吐出口６側であ
り、中央線はスクリュー・ロータの歯の噛合接触線、斜
線は、スクリュー歯先面とシリンダ内壁面との摺動接触
線であって、それぞれの区画が作用室の空間の広さを示
すものである。

なお、矢印はロータの進行方向、すなわち作用室の移動
方向を示す。また、一点鎖線による斜線は、作用空間の
膨張の終了位置を示すもので、さきの摺動接触線の移動
が上記一点鎖線を越えて進むときは、その摺動接触線に
よって区画された作用室は吐出口６側に連通ずるものと
なる。

上記スクリュー膨張機において、作用室が吸入口５との
連通を絶ったとき、すなわち閉切時における作用室の容
積をＶＳ＋７＋’　、そのときスクリュー膨張機に吸入
される冷媒のガス圧をＰｓ　Ｋｇ／ｃｎｉで現わし、前
記作用室が低圧側端面方向に移動して、同作用室が吐出
口６に連通ずる直前における室の容積をｙｄｍ’　ｚそ
のときのスクリュー膨張機から吐出される冷媒のガス圧
をＰｄＫ９／ＣＡとすると、前記膨張機における 圧力比：ｐｇ／Ｐ、、容積比、／Ｖ５である。

スクリュー型流体機械を膨張機として使用する場合、ガ
スの充填効率の影響による吸入閉込直後の圧力低下およ
びポリトロープ膨張によりｐｓ７．。

がＶｄ／ＶＳよシも大になるだめ、膨張機を効率よく稼
動させるために、本体設計時にｖａ、〜５はＰ　Ｓ／ｐ
ｄよりも小さくする必要がある。

第４図、表１を参照して、同グラフは横軸をｐｓ７．ｄ
とし、縦軸を効率ηとして、スクリュー膨張機における
　／Ｖｓ−２０に固定した状態においてｌ）５．ｚ、ｄ
を連続的に変えた場合、実験データに基き得られた効率
の値をプロットし、それらの値を連結して示したカーブ
であって、前記グラフによれば”／ｖ５＝　２．０にお
ける最適圧力比の範囲は、はぼ２５〜４．５の領域にわ
たっていることが知られる。表１に示されたようなグラ
フを各ＶＣ／ＡＪ。

における最適圧力比の範囲についてめ、これを第５図表
２に示すように横軸にｐ　ｓ／／ｌ）、を、縦軸にＶｄ
／／ＶＳをとって、各Ｖａ／ｙ、毎に上記最適圧力比の
範囲をプロットし、それぞれの値を連結して示すと表２
に記載のような二本のカーブに囲まれた斜線で表わしだ
領域となる。

今、Ｖｄ／　−β（Ｐ’／ｐ、）ｒとして、上記領域を
Ｓ カバーするβとγとをめたところ、表２における上側１
のカーブは　／　−０，６（ＰＳ／Ｐｄ）　４　の曲Ｓ ＫＧ　い、下ｅｌｌ（Ｄカー）ｌｒＪ、／　＝ｏ３（Ｐ
ｓ／ｐ、）’ｓ の曲線にのる。

つまり、実験値に基いて得られだβ−０３〜０．６、ｄ γ−５／４の範囲をはずさないようにして、７／Ｖｓ＝
β（Ｐ゛／）ｒノ関係カ成立スルＶｄ／／ＶＳトＰ゛／
／Ｐｄｄ とを具備するようなスクリュー膨張機であれば、自づと
効率のよい運転が可能になるものである。

再び第１図に戻って、工場廃熱発電システムにおいては
予め、排棄される熱量とその温度、熱交換器（Ｉ）　（
ＩＩ）およびポンプ（ＰＩ　）　（Ｐ２）の特性、海水
の平均温度ならびに使用する冷媒ガスの性能等々が特定
さ才しるから、Ｐ゛／、ｄの近接値は自づと計算可能な
ものとなる。Ｐ”／ｐｄの値が特定できれば効率よい稼
動が得られるスクリュー膨張機におけるｖｄ／Ｖ、をど
の範囲に定めるべきかが極めて容易に決定できるものと
なる。

また逆にＶｄ／／Ｖｓが解っているスクリュー膨張機を
工場廃熱システムの原動機として効率よく、駆動させる
為にはｐｓ／ｌ）ｄを如何にとるべきかの目安が容易に
得られるものである。

効　果 本発明によれば、スクリュー型ガス流体機械を膨張機と
して使用する場合において最高の効率の許に稼動させる
条件を新規に解明提供することができるので、既に機械
の特性が定寸っていてｖｄ／Ｖ５が知られているときに
は、外部条件のＰｓ／／Ｐ、を、”’／Ｐ（ｌの条件が
解っているときには、その条件に最適なＶｃ１／Ｖｓを
備えだ膨張機の構造を、それぞれ容易に決定することが
でき、如何なる掬えられた条件にも対応して最高効率で
運転可能な膨張機をたちどころに提供することができる
利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明スクリュー膨張機を原動機として設置
した工場廃熱利用の発電システムの系統図、第２図は、
本発明スクリュー膨張機の横断面図、第３図は本発明膨
張機のシリンダ内側作用室の展開図、第４図は、スクリ
ュー膨張機における■ｄ／−一定にしたときのｐｓ／Ｐ
、、と効率ηとのＶｓ 関係を示す表１、第５図は、スクリュー膨張機を作動さ
せるにあたって６０φ程度の効率を確保するだめの最適
なＶｄ／　とＰ−／　との関連領域をＶｓ　ｐｄ 示す表２である。 ４・・スクリュー膨張機、５・吸入口、６・・・吐出口
、１０・・シリンダケース、１１・・・高圧側端板、１
２・・・低圧側端板、１３・・スクリュー・ロータ、１
５．１６・・・回転軸、１７・・・高圧側ベアリング、
１８・低圧側ベアリング、１９・・吸入室、２ｏ−・吐
出室代理人　弁理士　永　１）浩　− 第２図 第４図 手続袖正書　（ １１Ｂ和５８年９月８日 （ ＃°Ｊ゛許庁若杉和夫　殿 １　・１１件の表示 （： 昭和５８　年　牛デ　許　願第１．４７９５５号１）明
細書第３ページ第１８行の１クレオンガス」を１フレオ
ンカス」と補正する。 ２）同第９ページ第１８行の１曲」の後に１線」を加入
する。 ３）第３図を添付図面の通り補正し１す１゜手続補正書
（方式） 昭和５８年１２月９日 」旨：′１庁長信　若杉第１１夫　殿 ］、　、ｌｌｌ′件の表示 昭和５８年　１特許　願第１４７９５５号３　補正をす
る者 沖件との関係　特許出願人 ４、代理人 （ｉ、ｒ）ｌｉ　１１に、Ｌり増加する発明の数　な　
し７　補止の対象 （１）発明の詳ぶ１１１な１況明のイｔｉ１１（２）図
面の１ｉ１１ｉ栄な、況明の…、＋１１８　補止の内容
　別紙 別　紙 （１）　出願幽初の明細書第９ページ第１行および第９
行（１表］」とあるのを、それぞれ「線図用と七山正す
る。 （２）　同ページ２１行、第１４行および第１７行に「
表２」とあるのを、それぞれ「線１９２Ｊと補正する。 （３）同第１１ページ第１７行「表１」を「線図１」に
補正する。 （４）　同ページ第２１行「表２」とあるのを「線図２
」と１市正する。 Ｊヲ上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）スクリュー型流体機械の膨張機において、吸入圧
   力をＰＳ１吐出圧力をＰｄ１吸入容積をＶｓ、吐出容積
   をｖｄとしたとき、 それぞれ するスクリュー膨張機。