JPS6042557A - 容積型二相流の膨脹機を用いる動力回収方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、容積型二相流の膨張機を用いる動力回収方法
に関する。

〔発明の背景技術及びその問題点〕

従来、冷凍サイクル又はヒートポンプサイクルにおいて
、冷媒の膨張を行なうにあたって膨脹弁を用いるものに
おいては高圧力（凝縮圧力）力瓢ら低圧力（蒸発圧力）
までの圧力降下は損失となっている。また二相流膨張機
により冷媒の膨張を行なうものもめるが、これは該膨張
機に液体冷媒を直接噴射して動力を得ようとするもので
あるが、遠心型においては液体膨張は不可能であるから
、体積型のスクリュー圧縮機が用いられる。

しかしながら、このような二相流膨張機を用いる基台、
吸入過程の終了時の締切りに基ずく液体流の水撃により
配管系統や装置本体に振動〃（発生−′シ、このため効
率よく動力を回収することｄ！できず、ひいては冷凍又
はヒートポンプサイクル全体としての効率の向上にも寄
与しにくいことにな９、−また振動による騒音も発生す
ることになる。

〔発明の目的〕

本発明は冷凍又はヒートポンプサイクルにおいて二相流
の膨張機を用い、噴射する飽々口液又は過冷却液が水撃
や脈動により装置本体や配管系統に騒音や振動が生ずる
ことを防止するとともに、冷凍又はヒートポンプサイク
ルの効率の増加を計ることを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、容積型二相流の膨張機に高圧の飽；Ｆ（１液
又は過冷却液を導入することを特徴とする動力回収方法
に関する。

また本発明は、容積型二相流の膨張機に高圧の飽和液又
は過冷却液を導入するにめたり、配管の途中において、
前記液の液相中に適宜の手段によって気相部を形成させ
ることを特徴とする動力回収方法に関する。

また本発明は、容積型二相流の膨張機に高圧の飽和液又
は過冷却液を導入するにあた９、配管の逆甲において、
適宜の手段によって、前記液の振動を消去させることを
特徴とする動力回収方法に関する。

また本発明は、高圧の過冷却液の圧力を少し下げること
によって飽和液とし、これを容積型二相流−０膨張機に
導入することにより該膨張機の吸入過程の途中で前記液
の減圧沸騰が生ずるようにすることを特徴とする動力回
収方法に関する。

更に本発明は、容積型二相流の膨張機に筒圧過冷液を導
入するにわたり、前記液の減圧沸騰に時間的な余裕を与
えるため前記膨張機の回転数を減じて時間的遅れを与え
るように該膨張愼金運転することを特徴とする動力回収
方法に関する。

更に本発明は、容積型二相流の膨張様に制圧の飽和液又
は過冷却液を導入するとともに、冷凍又はヒートポンプ
サイクルの運−転条件の変動（圧縮機の吸入側の冷媒温
度若しくは圧力又は蒸発器内の冷媒液レベルの変動）を
検出して前記膨張機の能力制御を行なうことを特徴とす
る動力回収方法に関する。

更に本発明は、容積型二相流の膨張機に晶出の飽和液又
は過冷却液・全導入するとともに、前記膨張機を動力回
収機としての交流発電機に接続し、整流器を通して１０
−流を得、更にサイリスタ・インバータにより特定周波
数に変換することにより動力回収を行なうことを特徴と
する動力回収方法に関する。

〔発明の実施例〕

第１図は、従来の冷凍及びヒートポンプサイクルの７０
−シートでちゃ、駆動体αりによシ圧縮機（１）が駆動
され、圧縮された冷媒ガスは尚圧管（６）から＃！縮器
（２）に流入して液化し、受液器０・、液管（７）を経
て、熱交換器（５）内の熱交換管（８）により蒸発器（
４）ヲ出た圧縮機（１）への吸入ガスと熱交換して過冷
却され、過冷却管（９）を流れ、膨張弁（３）によシ減
圧影脹して蒸発器（４）内に流入し、熱交換管（１１の
冷却負荷と熱交換して耐却力を発揮し、熱交換器（５）
、吸入室０１）を経て圧縮機（１）に吸入されサイクル
を繰返す。凝縮器（２）には加熱負荷用の熱交換器←）
が組込まれている。

第２図は、本発明の一実施例の７０−シートであって、
第１図の従来技術の膨張弁（３）に代えてスクリュ一式
の膨張機（３ｃＬ）とそれにより駆動式れる動力回収用
の発電機又は各種の被駆動機（ロ）が連結され、液管（
９）は途中に流１ｉｔａ１１整弁（ト）を介してスクリ
ュ一式の膨張ｍ　（３α）の噴射孔（１７１に導通して
いる。

膨張後の二相流混合冷媒は蒸発器（４）に入り冷却負荷
の熱交換管０１と熱交換する。その他の構造、作用は第
１図の場合と同一である。

前記の第１図、第２図のサイクルをモリエル線図で対比
してみる。第３図において、ＸＯは飽和液線、ｙｏは飽
和ガス線であって、第１図の従来技術では、４−ｃ圧縮
、ｅ−ｄ−ｅ−ｆ凝縮、ｆ−ｈ膨張、ｈ　−ａ−４蒸発
の工８を辿る。ｅ−ｆｉｔ、過冷却である。冷凍効果は
ｈ−ａのエンタルピで表わされる。これに対し、第２図
の本発明の実施例においては、過冷却された液はスクリ
ュ一式容積型の二相流の膨張機によりｔ−ｇ−ｔの工程
を辿り、圧力差で回動する二相流の膨張機は更にｇ−ｔ
の工程に沿いｈからｔまでエンタルピの減少した工程を
辿ることになる。したがって、冷凍効果（冷凍能力）は
、ｔ−ａのエンタルピで表ワサれ、Ｌ　”　ａ　）　ｈ
τ）であるから、１７１分だけエンタルピは増加する。

なお、飽和点ｅからの場合はｅ−ｍで工程が表わされる
ので、エンタルピはｅ−ｎ−の場合よりも矢張増加する
。

次に、高圧の飽和液又は過玲却液を尋人するにあたり、
配管の途中において、高圧液の液相中に気相を形成する
ことにより、水撃や脈動による騒音や振動を防止する実
施例について説明する。

第４図は、圧縮機（１）の油の循環回路（２４）に油冷
却器（２５）を設け、凝縮器（２）からの高圧の冷媒液
の一部によって油を冷却し、これにより加熱された高圧
液と蒸発冷媒との混合流を液管（９）中の高圧過冷却液
とともに膨張機（３α）に導入させる。

第５図は圧縮機（１）からの吐出ガスの一部を側路（２
３）に導びいて液管（９）中の高圧過冷却液中に尋人さ
せ、この混合流を膨張機（３α）に流入させる。

第６図は、受液器（１１１から側路Ｈにより冷媒ガスを
液ｖ（９）内の高圧液中に導入しその混合流を膨張機（
３α）に流入させる。

次に、高圧の飽和液又は過冷却液を導入するにあたり、
配管の途中において、高圧液の振動を位相差により相殺
させ又はクッション部により消去させることにより水撃
や脈動による騒音や振動を防止する実施例について説明
する。

第７図は、液管（９）の途中に２つのルーゾ回路（≠Ｘ
９Ｃ）を作り、圃回路のそれぞれの管の太さ、又は長さ
′ｆ：具ならしめ、分岐部で圧力変動を吸収させる。

第８図は、過は却てれた高圧液の液管（９）の途中にク
ッションタ／りい１を介在でせ、該タンク−の液入１］
と液出口間に気相部（２１）を設けて低ｓｉ吸収させる
。

第９図は、直管（９）に分岐管（９α）を設け、これに
＃眼タンク（２２）を設けてその気相部により振動を吸
１区させる〇 第１０図は、受液器０呻に膨張機（３α）をじ妙λに取
付け、高圧の液管（９）の長さ部分を実質的になくする
ことＫより振動の要因をなべして脈動が起らないように
している。

次に、高圧の過冷却液の圧力を少し下げることによって
飽和液とし、これを膨張機に尋人することにより、該膨
張機の吸入過程の途中で前記族の減圧沸騰が確実に生起
するようにし、振動が生じないようにする実施例につい
て説明する。

第１１図は、受液器α樟からの高圧過冷却液の液管（９
）の途中に絞り（１５α）を挿入し圧力を下げる。

第１２図は、受液器部からの液管（９）の途中にノズル
（１騨）を挿入し圧力を下げる。

第１３図は、受液器０＠から膨張機（３α）への高圧過
冷却液の液管（９）の途中に水車（１５（＋）を設け、
被動機（１４α）を駆動させることによって前記液の圧
力を下げる。

なお、前記の実施例に示した構造以外にも、膨張機（３
α）に高圧の飽和液又は過冷却液を導入するにあたって
、配管の途中において前記液の液相中に気相を形成する
方法としては、第１４図に示すように、ｔ　′＃（９）
の途中にヒータ又は適宜の加熱手段（２８）を挿入して
加熱により冷媒ガ゛スを発生させ、或は前記（２Ｂ）　
’に熱交換器とし、外気温が過冷却液よ）低いときはヒ
ータとしてガスを発生させ、過冷却液より外気温が誦い
ときは外気温自身を加熱源として加熱することによりガ
スを発生させることもできる。

−なおまた、第１５図のように液管（９）の途中をフレ
キシブル・９イブ（２９）として振動を吸収させるよう
にしたり、第１６図のように膨張機を位相をずらして併
動に襟数台例えば（３α）　（３／−）のように設ける
ことにより脈動を消去することもできる。

次に、容積型二相流の膨張機ｖｃ＾圧過冷却液全ｉＱ人
するにあたり、前記液の減圧沸騰に時間的な余裕を与え
るため前記膨張機の回転数を減じて時間的遅れを与える
ように該膨張機全運転する実施例について説明する。

容積型二相流の膨張機に高圧過冷却数を尋人するとき吸
込過程の途中で減圧による飽和液が飽オ１１圧力以下に
なっても瞬間に沸騰が生起せず、沸騰遅れが生ず−る。

したがって沸騰遅れのため沸騰現象が生起しない内に入
口ポートが閉制すると、故の締切シによる水撃が生じこ
れが配管内を上流側に反射し振動を発生させる。

このような現象を避けるためには膨張機を制憫１してそ
の回転数を減するようにすればよい。すなわち膨張機の
回転を適度に減じ吸入ボートの開口している時間を長く
なるようにして吸入過程で液の沸騰を生起させる。これ
によりガスによるクツジョン作用を利用できるので吸入
ポート閉鎖に基ずく振動が防止できる。

回転数を減少させると前記のように振動を防止すること
ができるので、振動に基ずく有効効率＝実出力／断熱熱
落差×流量の低下は減少するが、ロータ間の洩れが増大
するので有効効率は低下する。したがって、吸入過程の
最終段階で沸騰が開始するように膨張機の回転数を制御
するのが望ましへい。

次に容積型二相流の膨張機に高圧の飽和液又は過冷却液
全導入するとともに、冷凍又はヒートポンプサイクルの
運転条件の変動を検出して膨張機の能力制御１４１を行
なう実施例について説明する。

冷凍又はヒートポンプサイクルに容積型二相流の１彫眼
機金用い−Ｃ動力回収をも行なわせる場合には、加熱又
は冷却目的のためのサイクルの運転に支障を来さぬよう
な制御が心安となる。例えば圧縮機の吸入側の冷媒温度
又は圧力が変動した場合、蒸発器内の液レベルが変動し
た場合等にはその変動に応じて膨張機の能力を制御、例
えば膨張弁の、出口側に設けた流量調整外の開度を加減
し回収動力の方が変化してもサイクルの方の連転状況に
変動を生じないようにする。

次に、接種型二相流の膨張機に高圧の踏第１１液又は過
冷却液を導入するとともに、膨張機に交ｖ１℃発電機を
接続し、整流器を通して直流を得、更にサタ イリス・インバータによ、！１ｌｌｖｊ定周波数に変換
することにより動力回収を行なう実施例について説明す
る。

第１７図は、圧縮機人口の冷媒温度又は蒸発器の液レベ
ルの変化全検出してサイリスタのダートで位相を変化さ
せることにより膨張機の回転数を制御し、ひいては冷媒
流量の制御を行なうことができるようにする動力回収方
法であって、被駆動慎０りが交流発電機であり、これは
可変速度発電機になるために）＋！ｊ１１波数と同時に
出力電圧も変化するが、これを整流器（３３）で整流し
サイリスタ・インバータ（３４）でこの直流を商用′電
源に等しい電圧及び−拘波数に変換する。−実温度又は
賊レベル検出器（３１）の出力を位相変換器（３２）に
人力させプーイリスタ・インバータ（３４）の出力電流
の位相制御により商用＠　諒（３６）に動力の回生を竹
なわせるものである。この場合に、交流発′畦機の回転
数の変化に滲う電圧変化に対して予め交流発電機の励ｉ
ｔ流の加減により定電圧制御全行ない定・電圧、可変周
波数の発′醒機出力を温度検出器（３１）の出力で位相
制御を行い整流器（３３）　、サイリスタ・インバータ
（３４）を介して曲用電源（３６）側に動力の回生全灯
ってもよい。この交流発電機は励磁巻線のある発電機で
なければならないが、水入磁石による固定励磁発電機で
は出力に＠専練輪（３５）を直列に第１８図のように接
続することによシ出力に定電流ｌ時性を与えることで電
力回生用のサイリスタ・インバータの位相開側１は容易
になる。勿論、直匠出力全蓄電池などに電力貯蔵を行い
他に使用してもよい。

〔発明の効果〕 本発明は、容積型二相流膨張様を用いる動力回収方法に
おいて、該膨張機に直接噴射する流体の水撃、脈動によ
る振動や騒音を、配管系統にガス層を作りクッション手
段を作ることにより防止し、−また膨張機の吸入退部に
おいて確実に減圧沸騰を生起せしめるようにすることに
より防止し、膨張機によるエンタルピーの減少によりエ
ンタルピー差を増加させ、冷凍又はヒートポンゾ能力を
増加させることができる。父、冷凍又はと−トポンプ能
力全定常に維持しつつ動力凹状を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の冷凍及びヒートポンプサイクルの７０−
シートダイヤグラム、第３図は冷凍及びヒートポンプサ
イクルのモリエル線図、第２図及び第４図ないし第１８
図は本発明の異なる実施例の冷凍及びヒートポンプサイ
クルのフローシートダイヤグラムである。 ３α・膨張機、９・・液看、９ａ・・分岐営、９　’　
＋　９　ｃ・・ループ回路、１４・・発電機、１５（Ｌ
・・絞り、１５４・・ノズル、１５ｃ・・水車、１８・
・受液器、１９・・側路、２ｏ・・クッションタンク、
２２・・膨張タンク、２３・・側路、２５・・油冷却器
、２８・・加熱手段、２９・・フレキシブル・！イブ、
３３・・整流器、３４・・サイリスターインバータ。 昭和５８年８月１８日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）容積型二相流の膨張機に高圧の飽和液又は過冷却
   液を導入することを特徴とする動力回収方法０ （２）　容積型二相流の膨張機が冷凍又はヒートポン・
   グサイクルに組込まれていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の動力回収方法。 （３）容積型二相流の膨張機に高圧の飽和液又は過冷却
   液を導入するにあたｐ１配管の途中において、前記液の
   液相中に気相を形成することを特徴とする動力回収方法
   。 （４）　圧縮機の潤滑油を冷却することによｐ蒸発した
   冷媒を高圧の飽和液又は過冷却液に混合し、この混合流
   を膨張機に導入することを特徴とする％Ｉｆｆ：請求の
   範囲第３項記載の動力回収方法。 （５）圧縮機の吐出ガスの一部を菌属の飽和液又は過冷
   却液に混合し、この混合流を膨張機に導入することを特
   徴とする％ｆｆ請求の範囲第３項記載の動力回収方法。 （６）受液器内のガスの一部を高圧の飽和液又は過冷却
   液に混合し、この混合流を膨張機に導入することを特徴
   とする％肝ｉ＃求の範囲第３項記載の動力回収方法。 （７）容積型二相流の膨張機に高圧の飽和液又は過冷却
   液を導入するにあたシ、配管の途中において、前記液の
   振動を消去させることを特徴とする動力回収方法。 （８）受液器から膨張機に至る配管の途中において、２
   つのループ回路を形成し、両回路の管の太さ又は長さを
   異ならしめ位相差により圧力変動を吸収させることを特
   徴とする特許請求の範囲第７項記載の動力回収方法。 （９）受液器から膨張機に至る配管の途中において、ク
   ッションタンク全般けることを特徴とする特Ｗｆ詞求の
   範囲第７項記載の動力回収方法。 佃　受液器から膨張機に至る配管の途中において、膨張
   タンクを設けることを特徴とする特許請求の範囲第７項
   記載の動力回収方法。 ａｖ　受液器から膨張機に至る配管を実質上なくし両者
   を直結したことを特徴とする特許請求の範囲第７項Ｎ己
   載の動力回収方法。 ０４　高圧の過冷却液の圧力金少し下げることによって
   飽和液とし、これを容積型二相流の膨張機に導入するこ
   とを特徴とする動力回収方法。 ０１　絞りにより圧力を下けることを特徴とする特許請
   求の範囲第１２項記載の動力回収方法。 α→　ノズルにより圧力を下けること全特徴とする特許
   請求の範囲第１２項記載の動力回収方法。 ０Ｑ　水亀で動力を得ることによって圧力を下げること
   を特徴とする％ｉｆｆ藺求の範囲第１２項記載の動力回
   収方法。 ０→　容積型二相流の膨張機に高圧過冷液ｆ：導入する
   にあたシ、前記液の減圧沸騰に時間的な余裕を与えるた
   め前記膨張機の回転数を減じて時間的遅れを与えるよう
   に該膨張機を運転することを特徴とする動力回収方法。 ａ′Ｉ）容積型二相流の膨張機に高圧の飽和液又は過冷
   却液を導入するとともに、冷凍又はヒートポンプサイク
   ルの運転条件の変動を検出して前記膨張機の能力制御を
   行なうことを特徴とする動力回収方法。 ０→　冷凍又はヒートポンプサイクルの圧縮機の吸入側
   の冷媒温度若しくは圧力又は蒸発器内の冷媒液レベルの
   変化を検出して膨張機の能力制御を行なうことを特徴と
   する請求 項記載の動力回収方法。 （１ω　膨張機の出口側の流量調整弁により該膨張機の
   能力制御を行々うことを特徴とする特許請求の範囲第１
   ７項又は第１８項記載の動力回収方法。 い珍　容積型二相流の膨張機に高圧の飽和液又は過冷却
   Ｄ．′！ｉｌ−導入するとともに、前記膨張機を動力回
   収機としての父流発電戦に接続し、整流器全通して直流
   を得、更にサイリスタ・インパータニヨり特定周波数に
   変換することにより動力回収＋ｈなうことを特徴とする
   動力回収方法。 （２１）　冷凍又はヒートポンプサイクルの運転条件の
   変化を検出してサイリスタのケ゛一トで位相を変化させ
   これにより膨張機の回転数を制御することを特徴とする
   ％Ｖｆ請求の範囲第２０項記載の動力回収方法。