JPS6051621B2 - 冷凍又はヒ−トポンプのサイクルの動力回収方法 - Google Patents
冷凍又はヒ−トポンプのサイクルの動力回収方法Info
- Publication number
- JPS6051621B2 JPS6051621B2 JP55050885A JP5088580A JPS6051621B2 JP S6051621 B2 JPS6051621 B2 JP S6051621B2 JP 55050885 A JP55050885 A JP 55050885A JP 5088580 A JP5088580 A JP 5088580A JP S6051621 B2 JPS6051621 B2 JP S6051621B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- refrigeration
- heat pump
- gas
- pressure
- power
- 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.)
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- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、冷凍又はヒートポンプのサイクルの動力回
収方法に関するものである。
収方法に関するものである。
第３図は、従来周知の冷凍又はヒートポンプのサイクル
であつて、１は圧縮機、６は凝縮器、２’は絞り膨脹弁
、１１は蒸発器、４は圧縮機１を駆動するためのモータ
、５は伝動軸である。
であつて、１は圧縮機、６は凝縮器、２’は絞り膨脹弁
、１１は蒸発器、４は圧縮機１を駆動するためのモータ
、５は伝動軸である。
また８は内部熱交換器であつて熱媒体入口１５、熱媒体
出口１６が接続され、１７は内部熱交換器であつて熱媒
体入口１２、熱媒体出口１４が連通される。７はガス吐
出管、９は液管、１０は連通管、１３はガス吸入管であ
る。
出口１６が接続され、１７は内部熱交換器であつて熱媒
体入口１２、熱媒体出口１４が連通される。７はガス吐
出管、９は液管、１０は連通管、１３はガス吸入管であ
る。
このような従来周知のサイクルにおいては、圧縮機１に
費される圧縮仕事の熱当量がモータ４で消費されるもの
であり、モータ４には何等動力が還元されていない。
費される圧縮仕事の熱当量がモータ４で消費されるもの
であり、モータ４には何等動力が還元されていない。
液管９を流れる冷媒液は、絞り膨脹弁２’により高圧か
ら低圧に減圧されるが、エンタルピー（Ｋｃａ１ｌｋ９
）の変化はなく （等エンタルピー変化）圧力損失が生
ずる。また前記の絞り膨脹弁２’の代りに歯車式、ベー
ン式又はターボ式の膨脹タービンを用いて冷媒の圧力変
化を利用するようにし、その圧力エネルギーにより動力
を回収する方法が知られている（特開昭５４−１００５
５１号公報参照）。
ら低圧に減圧されるが、エンタルピー（Ｋｃａ１ｌｋ９
）の変化はなく （等エンタルピー変化）圧力損失が生
ずる。また前記の絞り膨脹弁２’の代りに歯車式、ベー
ン式又はターボ式の膨脹タービンを用いて冷媒の圧力変
化を利用するようにし、その圧力エネルギーにより動力
を回収する方法が知られている（特開昭５４−１００５
５１号公報参照）。
しカルながらこのような方法では、サイクルの凝縮器か
ら蒸発器に流れてゆく気液混合の二相流の流体のエネル
ギーを有効に回転力として回収することは事実上は゜で
きない。何となれば、歯車式、ベーン式又はターボ式は
その構造上、気体と液体との両方に共に適合するように
はなつていないから二相流用としては能率よい膨脹ター
ビンを得ることができないからである。〔発明が解決し
ようとする問題点〕 この発明は、高圧の冷媒液から低圧の冷媒液と低圧のフ
ラッシュガス又は湿りガスとなつて蒸発器に流入する二
相流の液体のエネルギーを能率よく利用してこれを動力
として十分に回収することにより前記従来技術の欠点を
解消することを目的とする。
ら蒸発器に流れてゆく気液混合の二相流の流体のエネル
ギーを有効に回転力として回収することは事実上は゜で
きない。何となれば、歯車式、ベーン式又はターボ式は
その構造上、気体と液体との両方に共に適合するように
はなつていないから二相流用としては能率よい膨脹ター
ビンを得ることができないからである。〔発明が解決し
ようとする問題点〕 この発明は、高圧の冷媒液から低圧の冷媒液と低圧のフ
ラッシュガス又は湿りガスとなつて蒸発器に流入する二
相流の液体のエネルギーを能率よく利用してこれを動力
として十分に回収することにより前記従来技術の欠点を
解消することを目的とする。
冷凍又はヒートポンプのサイクルの動力回収方法におい
て、前記サイクルの膨脹過程にスクリュー式二相流の膨
脹機を用い、この膨脹機により前記サイクルの圧縮機を
連動する。
て、前記サイクルの膨脹過程にスクリュー式二相流の膨
脹機を用い、この膨脹機により前記サイクルの圧縮機を
連動する。
冷凍又はヒートポンプのサイクルにおいて、高圧の冷媒
液から低圧の冷媒液と低圧のフラッシュガス又は湿りガ
スとなつで蒸発器に流入する気液混合の流体を途中でス
クリュー式二相流の膨脹機を導いてその圧力変化を回転
動力として回収し圧縮機を駆動するための動力を軽減す
る。
液から低圧の冷媒液と低圧のフラッシュガス又は湿りガ
スとなつで蒸発器に流入する気液混合の流体を途中でス
クリュー式二相流の膨脹機を導いてその圧力変化を回転
動力として回収し圧縮機を駆動するための動力を軽減す
る。
この発明の実施例を第１図により説明する。
図中、第３図と同一符号は同一部品を表わすものである
。１はスクリュー式、ターボ式、レジプロ式等からなる
圧縮機、２はスクリュー式二相流の膨脹タービン、３は
膨脹タービン２と圧縮機１とを連結する駆動軸である。
。１はスクリュー式、ターボ式、レジプロ式等からなる
圧縮機、２はスクリュー式二相流の膨脹タービン、３は
膨脹タービン２と圧縮機１とを連結する駆動軸である。
モータ４から供給される動力によつて圧縮機１駆動して
冷凍又はヒートポンプサイクルのガス圧縮を行ない、圧
縮された冷媒ガスは、例えばＲ２２ならば１４〜１５ｋ
９１ｄの吐出圧力となつて吐出ガス管７を経て凝縮器６
に流入し、内部熱交換器８内の熱媒体に熱を与えて前記
吐出圧力と同じ凝縮圧力で液化する。
冷凍又はヒートポンプサイクルのガス圧縮を行ない、圧
縮された冷媒ガスは、例えばＲ２２ならば１４〜１５ｋ
９１ｄの吐出圧力となつて吐出ガス管７を経て凝縮器６
に流入し、内部熱交換器８内の熱媒体に熱を与えて前記
吐出圧力と同じ凝縮圧力で液化する。
冷媒液は、次いで液管９を経て膨脹機として膨脹タービ
ン２に流入し、膨脹タービン２の吸入圧力までの圧力差
によつて回転させ、駆動軸３と圧縮機１を通してこの圧
力差分か動力に変換され、動力回収が行なわれて圧縮機
１の圧縮動力を軽減させることができる。１４〜１５ｋ
ｇＩｃ７１の冷媒液は液管９より膨脹タービン２に流入
し乾きフラッシュガスと液微粒子を含んだ湿りガスの、
相の異なる梳れに変化しつつ膨脹タービン２を通過し、
０〜５ｋ９１ｃイの低圧の減圧される際の圧力エネルギ
ーによつて膨脹タービン２が回転されるものである。
ン２に流入し、膨脹タービン２の吸入圧力までの圧力差
によつて回転させ、駆動軸３と圧縮機１を通してこの圧
力差分か動力に変換され、動力回収が行なわれて圧縮機
１の圧縮動力を軽減させることができる。１４〜１５ｋ
ｇＩｃ７１の冷媒液は液管９より膨脹タービン２に流入
し乾きフラッシュガスと液微粒子を含んだ湿りガスの、
相の異なる梳れに変化しつつ膨脹タービン２を通過し、
０〜５ｋ９１ｃイの低圧の減圧される際の圧力エネルギ
ーによつて膨脹タービン２が回転されるものである。
この採、膨脹機をスクリュー式二相流の型式とした理由
は、容積型で２本のオス・メススクリューからなる膨脹
機がもともと液シール式の容積型圧縮機と同じ構造であ
るため、液ガス混合体の内、液はネジのガス漏洩シール
として作用し、湿りガス及びガスは順次体積の増大する
閉じ込み容積（ねじ間隙の）中でフラッシュ膨脹して蒸
発器に流入し熱交換作用をさせることができるからであ
る。冷凍又はヒートポンプのサイクルにおける膨脹弁の
絞り作用によると、前記のように冷媒は液、ガスの二相
流となる。
は、容積型で２本のオス・メススクリューからなる膨脹
機がもともと液シール式の容積型圧縮機と同じ構造であ
るため、液ガス混合体の内、液はネジのガス漏洩シール
として作用し、湿りガス及びガスは順次体積の増大する
閉じ込み容積（ねじ間隙の）中でフラッシュ膨脹して蒸
発器に流入し熱交換作用をさせることができるからであ
る。冷凍又はヒートポンプのサイクルにおける膨脹弁の
絞り作用によると、前記のように冷媒は液、ガスの二相
流となる。
この場合、その圧力エネルギーを動力として回収するた
め、羽根型や遠心型のタービンを使用すると、これらは
速度型のためキャビテーション等の故障を起し易く、性
能が上らないので不向きである。またレシプロ型圧縮機
も当然ながら二相流には適していない。これに対してス
クリュー圧縮機はもともと液噴射式であるから二相流用
として好適の圧縮機であり、これを逆に膨脹機として使
用することによりその利点が利用できるので、前記従来
技術の欠点を解徳することができる。冷凍又はヒートポ
ンプのサイクルにおいて、一例としてＲ２２を冷媒とす
るプレン系ガスを使用する場合、圧縮機が油噴射式なら
ば油が冷媒に混入するので、膨脹タービンには冷媒液、
冷媒ガスの外にも油も混入し三相流ともなるが、キャビ
テーション変動にも強いスクリュー式を用いたため十分
これに対応できる利点がある。
め、羽根型や遠心型のタービンを使用すると、これらは
速度型のためキャビテーション等の故障を起し易く、性
能が上らないので不向きである。またレシプロ型圧縮機
も当然ながら二相流には適していない。これに対してス
クリュー圧縮機はもともと液噴射式であるから二相流用
として好適の圧縮機であり、これを逆に膨脹機として使
用することによりその利点が利用できるので、前記従来
技術の欠点を解徳することができる。冷凍又はヒートポ
ンプのサイクルにおいて、一例としてＲ２２を冷媒とす
るプレン系ガスを使用する場合、圧縮機が油噴射式なら
ば油が冷媒に混入するので、膨脹タービンには冷媒液、
冷媒ガスの外にも油も混入し三相流ともなるが、キャビ
テーション変動にも強いスクリュー式を用いたため十分
これに対応できる利点がある。
この場合、同調ギヤ（タイミングギヤ）は用いない。ま
た油噴射を行なわず冷媒に油を混入させるととも同調ギ
ヤは用いない。冷媒液、冷媒ガスだけで油混入、油噴射
がなければ、膨脹タービンの二本のスクリューロータは
同調ギヤによつて無接触の構造として設置される。
た油噴射を行なわず冷媒に油を混入させるととも同調ギ
ヤは用いない。冷媒液、冷媒ガスだけで油混入、油噴射
がなければ、膨脹タービンの二本のスクリューロータは
同調ギヤによつて無接触の構造として設置される。
今、第１図のヒートポンプのサイクルにおいて、モータ
４から圧縮機１の所要軸動力として５００ＫＷが与えら
れたとし、膨脹タービン２（効率η＝０．５）から得ら
れる回収動力が約４０ＫＷ得られるとすれば、圧縮機１
の圧縮に要する仕事の熱当量は（４０＋５００）ＫＷｌ
５４ＯＫＷの仕事ができることになり、したがつてモー
タ４は５００ＫＷであるが５４０ＫＷの圧縮仕事ができ
ることになる。
４から圧縮機１の所要軸動力として５００ＫＷが与えら
れたとし、膨脹タービン２（効率η＝０．５）から得ら
れる回収動力が約４０ＫＷ得られるとすれば、圧縮機１
の圧縮に要する仕事の熱当量は（４０＋５００）ＫＷｌ
５４ＯＫＷの仕事ができることになり、したがつてモー
タ４は５００ＫＷであるが５４０ＫＷの圧縮仕事ができ
ることになる。
逆に云えば５４０ＫＷの出力のモータが必要なときに５
００ＫＷの動力で良いことになり、冷凍又はヒートポン
プのサイクルの省エネルギーが可能となるものである。
次に第２図のモリエル線図により本発明の方法の利点を
説明する。
００ＫＷの動力で良いことになり、冷凍又はヒートポン
プのサイクルの省エネルギーが可能となるものである。
次に第２図のモリエル線図により本発明の方法の利点を
説明する。
冷媒の減圧膨脹に絞り弁を用いるサイクルは、Ａ−＋Ｂ
−＋Ｃ−＋Ｇ→Ａとなる。Ｃ→Ｇが膨脹過程（等エンタ
ルピー変化）である。この場合の冷凍熱量（蒸発器によ
り汲み上げることのできる熱量は）は、Ｑ＝（ＩＡ−１
ｃ）Ｋｃａｌｌｋ９である。また従来技術（特開昭５４
−１００５５１号公報）の膨脹タービンを用いるサイク
ルは、Ａ−＋Ｂ−＋Ｃ＋Ｄ→Ａであり、Ｃ−＋Ｄが膨脹
過程である。
−＋Ｃ−＋Ｇ→Ａとなる。Ｃ→Ｇが膨脹過程（等エンタ
ルピー変化）である。この場合の冷凍熱量（蒸発器によ
り汲み上げることのできる熱量は）は、Ｑ＝（ＩＡ−１
ｃ）Ｋｃａｌｌｋ９である。また従来技術（特開昭５４
−１００５５１号公報）の膨脹タービンを用いるサイク
ルは、Ａ−＋Ｂ−＋Ｃ＋Ｄ→Ａであり、Ｃ−＋Ｄが膨脹
過程である。
この楊合の冷凍熱量は、Ｑ＋ΔＱ＝（ＩＡ−１Ｄ）Ｋｃ
ａｌｌｋ９である。これに対し、本発明においては、二
相流の膨脹機を使用するので効率がきわめて良くなる。
ａｌｌｋ９である。これに対し、本発明においては、二
相流の膨脹機を使用するので効率がきわめて良くなる。
すなわち、飽和液線上のＣ点から膨脹を行なわせる周知
のサイクルにおいては、Ａ→Ｂ−＋Ｃ−＋Ｈ−＋Ａとな
り、Ｃ−＋Ｈが膨脹過程（等エントロピー変化）であり
、冷凍熱量はＱ＋ΔＱ″（ＩＡ−１Ｈ）ＫＣａｌｌｋ９
と増加させることができる。更に、Ｃ点から更にＣ−＋
Ｅの過冷却過程を辿らせる周知の過冷却サイクルを本発
明に利用する場合においては、Ａ→Ｂ−＋Ｃ−＋Ｅ−＋
Ｆ−＋Ｊ→Ａとなり、Ｆ→Ｊが膨脹過程（等エントロピ
ー変化）であつて、冷凍熱量は、Ｑ＋ΔＱ″″＝（ＩＡ
−１，）Ｋｃａｌｌｋ９のように更に増加させることが
できる。前記冷凍熱量の大小の関係は、明らかに次のと
おりとなる。〔発明の効果〕 この発明は、冷凍又はヒートポンプサイクルの膨脹過程
にスクリュー式二相流の膨脹機を用い、この膨脹機によ
り前記冷凍又はそのサイクルの圧縮機を連動させること
により、高圧の冷媒液から低圧の冷媒液と低圧のフラッ
シュガス又は湿りガスとなつて蒸発器に流入する気液混
合の流体の圧力エネルギーを回転動力として十分に回収
することができるので、サイクルの省エネルギーを達成
することが可能となる。
のサイクルにおいては、Ａ→Ｂ−＋Ｃ−＋Ｈ−＋Ａとな
り、Ｃ−＋Ｈが膨脹過程（等エントロピー変化）であり
、冷凍熱量はＱ＋ΔＱ″（ＩＡ−１Ｈ）ＫＣａｌｌｋ９
と増加させることができる。更に、Ｃ点から更にＣ−＋
Ｅの過冷却過程を辿らせる周知の過冷却サイクルを本発
明に利用する場合においては、Ａ→Ｂ−＋Ｃ−＋Ｅ−＋
Ｆ−＋Ｊ→Ａとなり、Ｆ→Ｊが膨脹過程（等エントロピ
ー変化）であつて、冷凍熱量は、Ｑ＋ΔＱ″″＝（ＩＡ
−１，）Ｋｃａｌｌｋ９のように更に増加させることが
できる。前記冷凍熱量の大小の関係は、明らかに次のと
おりとなる。〔発明の効果〕 この発明は、冷凍又はヒートポンプサイクルの膨脹過程
にスクリュー式二相流の膨脹機を用い、この膨脹機によ
り前記冷凍又はそのサイクルの圧縮機を連動させること
により、高圧の冷媒液から低圧の冷媒液と低圧のフラッ
シュガス又は湿りガスとなつて蒸発器に流入する気液混
合の流体の圧力エネルギーを回転動力として十分に回収
することができるので、サイクルの省エネルギーを達成
することが可能となる。
第１図は、この発明の動力回収方法を実施するための冷
凍又はヒートポンプサイクルの系統図の一例、第２図は
モリエル線図、第３図は従来の冷凍又はヒートポンプサ
イクルの系統図の一例である。 １・・・・・圧縮機、２・・・・・・膨脹機としての膨
脹タービン、３・・・・・駆動軸。
凍又はヒートポンプサイクルの系統図の一例、第２図は
モリエル線図、第３図は従来の冷凍又はヒートポンプサ
イクルの系統図の一例である。 １・・・・・圧縮機、２・・・・・・膨脹機としての膨
脹タービン、３・・・・・駆動軸。
Claims (1)
- １ 冷凍又はヒートポンプのサイクルの膨脹過程にスク
リュー式二相流の膨脹機を用い、この膨脹機により前記
冷凍又はヒートポンプのサイクルの圧縮機を連動するこ
とを特徴とする動力回収方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55050885A JPS6051621B2 (ja) | 1980-04-16 | 1980-04-16 | 冷凍又はヒ−トポンプのサイクルの動力回収方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55050885A JPS6051621B2 (ja) | 1980-04-16 | 1980-04-16 | 冷凍又はヒ−トポンプのサイクルの動力回収方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56146972A JPS56146972A (en) | 1981-11-14 |
| JPS6051621B2 true JPS6051621B2 (ja) | 1985-11-14 |
Family
ID=12871179
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55050885A Expired JPS6051621B2 (ja) | 1980-04-16 | 1980-04-16 | 冷凍又はヒ−トポンプのサイクルの動力回収方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6051621B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6042557A (ja) * | 1983-08-18 | 1985-03-06 | 株式会社前川製作所 | 容積型二相流の膨脹機を用いる動力回収方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51144851A (en) * | 1975-06-09 | 1976-12-13 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Heated water motor |
| NL7614570A (nl) * | 1976-12-30 | 1978-07-04 | Stork Maschf Nv | Thermodynamische installatie. |
| JPS54100551A (en) * | 1978-01-24 | 1979-08-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Refrigerator |
| IL56763A (en) * | 1978-04-10 | 1981-12-31 | Hughes Aircraft Co | Cryogenic refrigeration system comprising screw compressorexpander |
-
1980
- 1980-04-16 JP JP55050885A patent/JPS6051621B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56146972A (en) | 1981-11-14 |
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