JP2014062703A - Gas volume expansion utilization device - Google Patents
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Abstract
Description
冷凍サイクル装置及発電装置に関る Refrigeration cycle equipment and power generation equipment
冷凍サイクル装置として蒸気圧縮冷凍サイクル装置がある。
蒸気圧縮冷凍サイクルの動力は主に電力である。
冷凍サイクル装置は食品の冷凍、冷蔵に使用されている。
またエアコンとして多数使用されている。
冷凍サイクルの効率向上策としてインバーター制御技術や液ガス熱交換、エジェクター等がある。再生可能エネルギーによる発電として、風力発電、太陽光発電、バイオマス発電、地熱発電がある。
There is a vapor compression refrigeration cycle apparatus as a refrigeration cycle apparatus.
The power of the vapor compression refrigeration cycle is mainly electric power.
The refrigeration cycle apparatus is used for freezing and refrigeration of food.
Many are used as air conditioners.
Refrigeration cycle efficiency improvement measures include inverter control technology, liquid gas heat exchange, and ejectors. Examples of power generation using renewable energy include wind power generation, solar power generation, biomass power generation, and geothermal power generation.
冷凍サイクル装置の使用エネルギーの削減が求められている。
気水火力発電のエネルギー効率の向上が求められている。
蒸気圧縮冷凍サイクル装置には断熱圧縮機が使用され大部分は電力で駆動されている。
断熱圧縮機を使わない冷凍サイクルが求められている。
再生可能エネルギーの利用が求められている。
冷凍サイクル装置の節電が求められている。
電力供給力が不足し再生可能エネルギーでの発電が求められている。
There is a demand for reduction in energy consumption of the refrigeration cycle apparatus.
There is a need to improve the energy efficiency of steam-fired thermal power generation.
An adiabatic compressor is used in the vapor compression refrigeration cycle apparatus, and most is driven by electric power.
There is a need for a refrigeration cycle that does not use an adiabatic compressor.
The use of renewable energy is required.
There is a need for power saving in refrigeration cycle equipment.
There is a demand for power generation using renewable energy due to insufficient power supply.
本目的を達成するための気体体積膨張利用装置であって
作動流体の気体を体積膨張させて気体を液化する気体膨張液化手段を備える事を特徴とするものである。
従来の技術では等温膨張には仕事又は熱が必要とされており、事前に仕事を加える。すなわち圧縮するかカルノーサイクルの等温膨張のような吸熱過程とされていた。
しかし本発明は、気体を体積膨張させる際に仕事を加えず逆に仕事を取り出すものである。
気体を体積膨張させるには仕事Wが必要である。
周囲との熱の出入がない条件での気体の体積膨張時の仕事量Wは作動流体によって違いがある。
ケース1 体積膨張時の気体の温度が臨界点以上
この場合は仕事Wは気体自身から調達され、気体の温度・圧力が低下する。
W = R(T1−T2)log(VB/VA)
Rは気体定数 J/kg・K
T1は膨張前温度
T2は膨張後温度
いわゆる断熱膨張である。
ケース2 体積膨張時の気体の温度が臨界点未満
この場合も仕事Wは気体自身から得られるが、臨界点温度以下の気体は液相、気相の2相状態が存在し2相の相変化は等温等圧で行われるので、等温膨張となる。
よって、仕事 W = RTlog(VB/VA)
Tは蒸発温度
よって、仕事 W と熱、の変換効率は100%となる。
熱とは蒸発で吸収した熱量である。
体積膨張時に臨界点以下の作動流体としては
R22,R404,R407、R410、R134a等の代替フロン系冷媒や、水、アンモニア、二酸化炭素、イソブタン等の自然冷媒がある。
等温膨張に必要な仕事 W は気体自身から得られて気体から抽出された仕事
W が気化熱相当になった時に液化される。
よって、臨界点以下の温度の気体を体積膨張させると蒸発温度で液化することができる。
液化量は気化熱をqとすると、
液化量 = W/q = {RTlog(VB/VA)/q}
次に質量保存則により
流入気体質量 = 流出液体質量 + 流出気体質量
である。
又、エネルギー保存則により熱の出入りがないので
流出液体エネルギー減少 + 流出気体のエネルギー増 = 0
流出液体のエネルギー減は体積膨張仕事Wであるので気体のエネルギー増はWである。
ここで流入気体の速度エネルギーは通常の冷凍サイクルでは流速10m/sくらいなのでエネルギーは(1/2)102=50Jで無視できる。
又、流入気体の吸入口と流出気体の吐出口の断面積を等しくすると圧力項も等温等圧なので無視できる。
よって流出気体のエネルギー増は速度エネルギーとなる。
流出気体の速度をVとして
体積膨張仕事をW
気化熱をqとすると
となる。
体積膨張仕事は流入気体の速度エネルギー分だけ小さくなる。
よって、体積膨張液化時の流入気体の速度は10m/s程度と充分速度が小さい必要がある。
10m/s時の1kg当りの速度エネルギーは50Jとなり非常に小さい。
A gas volume expansion utilization apparatus for achieving this object is characterized by comprising gas expansion liquefaction means for liquefying gas by volume expansion of a working fluid gas.
In conventional techniques, work or heat is required for isothermal expansion, and work is added in advance. In other words, it was an endothermic process such as compression or isothermal expansion of the Carnot cycle.
However, according to the present invention, when the gas is volume-expanded, the work is taken out without adding work.
Work W is required to expand the volume of the gas.
The work amount W at the time of volume expansion of gas under the condition where heat does not enter and exit from the surroundings varies depending on the working fluid.
W = R (T1-T2) log (VB / VA)
R is gas constant J / kg · K
T1 is a pre-expansion temperature T2 is a post-expansion temperature, so-called adiabatic expansion.
Therefore, work W = RTlog (VB / VA)
Depending on the evaporation temperature, the conversion efficiency of work W and heat is 100%.
Heat is the amount of heat absorbed by evaporation.
The working fluid below the critical point during volume expansion includes alternative chlorofluorocarbon refrigerants such as R22, R404, R407, R410, and R134a, and natural refrigerants such as water, ammonia, carbon dioxide, and isobutane.
Work W required for isothermal expansion is obtained from the gas itself and is liquefied when the
Therefore, when a gas having a temperature below the critical point is volume-expanded, it can be liquefied at the evaporation temperature.
The amount of liquefaction is q where the heat of vaporization is q.
Liquefaction amount = W / q = {RTlog (VB / VA) / q}
Next, according to the law of conservation of mass, mass of inflow gas = mass of effluent liquid + mass of effluent gas.
Also, since there is no heat in and out due to the law of conservation of energy, the effluent liquid energy decreases + the effluent gas energy increases = 0
Since the decrease in the energy of the effluent liquid is the volume expansion work W, the increase in the energy of the gas is W.
Here, since the velocity energy of the inflowing gas is about 10 m / s in the normal refrigeration cycle, the energy can be ignored at (1/2) 102 = 50J.
Further, if the cross-sectional areas of the inlet port for the inflowing gas and the discharge port for the outflowing gas are equal, the pressure term can be neglected because it is isothermal.
Therefore, the increase in energy of the outflow gas becomes velocity energy.
The volume expansion work is W, where the velocity of the outflow gas is V.
If the heat of vaporization is q
It becomes.
The volume expansion work is reduced by the velocity energy of the inflowing gas.
Therefore, the velocity of the inflowing gas at the time of the volume expansion liquefaction needs to be sufficiently small such as about 10 m / s.
The velocity energy per kg at 10 m / s is 50 J, which is very small.
また、更に前記作動流体は体積膨張液化時に液体気体の2相状態で存在する事を特徴とするものである。
冷凍サイクル用の冷媒、たとえばR22、R134a、R404、R410、R407、R717、水などは常温で
液体と気体の2相状態で存在している。この性質を冷凍サイクルは利用している。
気体膨張液化手段で液化するためには体積膨張時の圧力温度条件で作動流体が2相状態で存在する作動流体である事が必要である。つまり体積膨張時に作動流体が臨界温度以下である事が液化の条件である。
Further, the working fluid is characterized in that it exists in a two-phase state of liquid gas at the time of volume expansion liquefaction.
Refrigerating cycle refrigerants such as R22, R134a, R404, R410, R407, R717, and water are present in a two-phase state of liquid and gas at room temperature. This property is utilized by the refrigeration cycle.
In order to liquefy with the gas expansion liquefaction means, it is necessary that the working fluid be a two-phase working fluid under pressure and temperature conditions during volume expansion. That is, the condition of liquefaction is that the working fluid is below the critical temperature during volume expansion.
また、更に複数の前記気体膨脹液化手段を備える事を特徴とするものである。
膨張比には限界があるので複数の気体膨張液化手段を直列または並列使用して気体をすべて液化する。完全に液化するには直列にすると良い。
Further, the apparatus further includes a plurality of the gas expansion liquefaction means.
Since the expansion ratio is limited, all the gas is liquefied by using a plurality of gas expansion liquefaction means in series or in parallel. In order to completely liquefy, it is better to serialize.
更に前記気体膨張液化手段で抽出されたエネルギーを利用する抽出エネルギー利用手段を備える事を特徴とするものである。 Furthermore, the apparatus further comprises extraction energy utilization means for utilizing the energy extracted by the gas expansion liquefaction means.
また、更に前記気体膨脹液化手段で抽出されたエネルギーを機械エネルギーに変換する機械エネルギー変換手段を備える事を特徴とするものである。
所謂タービンである。気体膨張液化手段で抽出したエネルギーは圧力と温度が一定なので
速度エネルギーとなる。
タービンについて
体積膨張手段によって蒸発温度でエネルギーが抽出され気体は、低温高速の気体となっている。
故に従来のタービンの様な高温高圧に耐える材料でタービン素材を選択する必要はない。
又、タービンの形式は衝動タービンとなる。
発電機の効率、タービンの効率を考慮すると100kwの発電には、140kw程度のエネルギー抽出が必要。
発電効率 90%
タービン効率 85% とすると、
又、蒸発温度、流量、膨張比、作動流体を選択する事により抽出エネルギーは調整できる。
何故なら、
W = RTlog(VB/VA)
であるから。
Furthermore, the apparatus further comprises mechanical energy conversion means for converting energy extracted by the gas expansion liquefaction means into mechanical energy.
It is a so-called turbine. The energy extracted by the gas expansion liquefaction means becomes velocity energy because the pressure and temperature are constant.
Energy is extracted at the evaporation temperature by the volume expansion means for the turbine, and the gas is a low-temperature and high-speed gas.
Therefore, it is not necessary to select a turbine material with a material that can withstand high temperature and pressure as in a conventional turbine.
The turbine type is an impulse turbine.
Considering the efficiency of the generator and the efficiency of the turbine, an energy extraction of about 140 kw is required for 100 kw power generation.
Power generation efficiency 90%
If the turbine efficiency is 85%,
The extraction energy can be adjusted by selecting the evaporation temperature, flow rate, expansion ratio, and working fluid.
Because,
W = RTlog (VB / VA)
Because.
また、更に前記気体膨張液化手段で抽出された速度エネルギーを圧力エネルギーに変換する圧力エネルギー変換手段を備える事を特徴とするものである。
デフューザーや渦巻き室やラバルノズルなどで速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して温度圧力をあげて暖房や給湯やでフロストなどに使用する。
「 暖房の計算 」
0℃、1kgの気体の温度を50℃にするためには
定圧比熱をCpとすると
Cp × 50Kの仕事量が必要である。
R22のCpは 0.681なので
必要エネルギーは 0.681 × 50K =34.05kJ必要である。
1kgの蒸気のエネルギーは約200kJなので
50k温度を上昇するためには約40kJエネルギーを抽出し、圧力変換をすれば良い。
よって液化率20%となる。
この場合の暖房能力 200kw + 40kw = 240kw/kg
ラバルノズルなので減速。
すると圧力が上昇し、暖房として使える。
又、給湯等で80℃のものにする為には、
80k × 0.681 =54.5kJ 必要で
液化率を545÷200 = 27.25%
給湯能力 200 + 54.5 = 254.5kw となる。
この様に液化率を変える事で、温度制御が出来る。
液化率の計算では
0. 646kgの気体は気体のエンタルピーと
速度エネルギーW 72,486Jを持っている。
この速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して温度を上げる。
R22の低圧比熱Cpは0.681kJ/kgK
であるので72.486kJの速度エネルギーは
気体の質量 × Cp × K(温度差)となる。
よって、0.646×0.681×K=72.486
∴ K=164Kの温度上昇が可能である。
しかし、これでは温度差が大きすぎるので抽出エネルギーWを小さくする。
抽出エネルギーを小さくするには膨張比を小さくする。
よって、膨張比を4にする。
よって、膨張器の拡大部は130mmとなる。
・抽出エネルギーは
W=RTlog(VB/VA) であるので
W=96×213.15×log4
=36,186J
液化量は W/q なので
36,186÷204.59
= 0.176kgである。
残りの気体量は0.824kgである。
よって、0.824×0.681×K=36.186
よって、K=64.48となり
温度は64.48℃上る。
この時の冷凍効果は0.824kgの気化熱分
0. 824×204.59+36.186
=168.58+36.186
=204.766kwである。
この結果
204.59kwの冷凍効果で冷房しながら204.766kwの暖房が可能となる。
Further, the apparatus further comprises pressure energy conversion means for converting the velocity energy extracted by the gas expansion liquefaction means into pressure energy.
Velocity energy is converted to pressure energy by using a diffuser, swirl chamber, Laval nozzle, etc., and the temperature and pressure are increased and used for heating, hot water supply, and frost.
"Calculation of heating"
In order to set the temperature of the gas of 1 kg to 0 ° C. to 50 ° C., the work amount of Cp × 50K is required if the constant pressure specific heat is Cp.
Since Cp of R22 is 0.681, the required energy is 0.681 × 50K = 34.05 kJ.
Since the energy of 1 kg of steam is about 200 kJ, about 40 kJ energy can be extracted and pressure converted to increase the temperature of 50 k.
Therefore, the liquefaction rate is 20%.
Heating capacity in this case 200kw + 40kw = 240kw / kg
Since it is a Laval nozzle, it slows down.
Then the pressure rises and can be used as heating.
In addition, in order to make it 80 ℃ with hot water supply etc.,
80k x 0.681 = 54.5kJ required
Liquefaction rate is 545 ÷ 200 = 27.25%
Hot water supply capacity 200 + 54.5 = 254.5kw
In this way, the temperature can be controlled by changing the liquefaction rate.
In the calculation of the liquefaction rate, 0. A gas of 646 kg has a gas enthalpy and velocity energy W 72,486J.
This velocity energy is converted into pressure energy to raise the temperature.
Low pressure specific heat Cp of R22 is 0.681kJ / kgK
Therefore, the velocity energy of 72.486 kJ is the mass of the gas × Cp × K (temperature difference).
Therefore, 0.646 × 0.681 × K = 72.486
温度 K = 164K temperature rise is possible.
However, since the temperature difference is too large, the extraction energy W is reduced.
In order to reduce the extraction energy, the expansion ratio is reduced.
Therefore, the expansion ratio is set to 4.
Therefore, the expansion part of the inflator is 130 mm.
・ Extraction energy is W = RTlog (VB / VA)
W = 96 × 213.15 × log4
= 36,186J
Since the amount of liquefaction is W / q
36,186 ÷ 204.59
= 0.176 kg.
The remaining gas amount is 0.824 kg.
Therefore, 0.824 × 0.681 × K = 36.186
Therefore, K = 64.48 and the temperature rises by 64.48 ° C.
The freezing effect at this time is 0.824 kg of heat of vaporization of 0. 824 × 204.59 + 36.186
= 168.58 + 36.186
= 204.766 kw.
As a result, it is possible to heat 204.766 kw while cooling with a freezing effect of 204.59 kw.
また、更に前記機械エネルギー変換手段で変換された機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電手段を備える事を特徴とするものである。 Further, the apparatus further comprises power generation means for converting the mechanical energy converted by the mechanical energy conversion means into electric energy.
また、更に前記作動流体の高温高圧の気体を凝縮する凝縮手段を備える事を特徴とするものである。
暖房やデフロスト回路の為に作動流体を外気や水で冷却して液化する。
冷凍サイクルでは凝縮器である。
汽水発電では復水器である。
Further, the apparatus further comprises a condensing means for condensing the high-temperature and high-pressure gas of the working fluid.
The working fluid is liquefied by cooling it with outside air or water for heating and defrost circuits.
It is a condenser in the refrigeration cycle.
It is a condenser in brackish water power generation.
また、更に前記作動流体の液体を送出するポンプを備える事を特徴とするものである。
サイクルを回すために起動力としてポンプが必要である。
また配管の圧力損失や絞り膨張やノズルで蒸発圧力を下げるためにも圧力差が必要である。
この昇圧の為にポンプが必要である。
通常は冷凍サイクルの冷媒ではキャンドポンプを使用する。
ボイラーでは高圧ポンプを使用する。
Further, the apparatus further comprises a pump for delivering the working fluid liquid.
A pump is needed as a starting force to turn the cycle.
Also, a pressure difference is necessary to reduce the pressure loss of the piping, expansion of the throttle, and the evaporation pressure with the nozzle.
A pump is necessary for this boosting.
Normally, a canned pump is used for the refrigerant in the refrigeration cycle.
The boiler uses a high-pressure pump.
また、更に前記作動流体の液体を蒸発させる蒸発手段を備えることを特徴とするものである。
汽水発電ではボイラーであり、冷凍サイクルでは蒸発器である。
冷凍サイクルでは蒸発は冷媒の液体がエネルギーを吸収して液体が気体となる。
蒸発は吸熱すなわちエネルギー吸収である。
変化としては等温膨張である。
蒸発手段で吸収したエネルギーを気体膨張液化手段で抽出すると外部燃焼熱源なしエネルギーが取り出せる。
Further, the apparatus further comprises an evaporation means for evaporating the liquid of the working fluid.
It is a boiler in brackish water power generation and an evaporator in a refrigeration cycle.
In the refrigeration cycle, the liquid in the refrigerant absorbs energy and the liquid becomes gas.
Evaporation is endothermic or energy absorption.
The change is isothermal expansion.
When the energy absorbed by the evaporation means is extracted by the gas expansion liquefaction means, energy without an external combustion heat source can be extracted.
また、更に前記作動流体の液体を所定の蒸発圧力に低下させる液体低圧化手段を備える事を特徴とするものである。
通常の冷凍サイクルでは絞り膨張手段である。膨張弁のオリフィスやキャピラリーチューブなどである。
本発明では圧力損失低減の為にノズルを使う。
Further, it is characterized by further comprising a liquid pressure reducing means for reducing the liquid of the working fluid to a predetermined evaporation pressure.
In a normal refrigeration cycle, it is a throttle expansion means. These are expansion valve orifices and capillary tubes.
In the present invention, a nozzle is used to reduce pressure loss.
また、更に前記液体低圧化手段を切り替える低圧化切替手段を備える事を特徴とするものである。 Further, the present invention is characterized by further comprising a low pressure switching means for switching the liquid low pressure means.
また、更に前記作動流体を冷凍サイクル用冷媒とする事を特徴とするものである。
R22、R404、R407、R410、アンモニア、二酸化炭素、イソブタン、等である。
Further, the working fluid is a refrigerant for a refrigeration cycle.
R22, R404, R407, R410, ammonia, carbon dioxide, isobutane, and the like.
また、更に前記作動流体を水とする事を特徴とするものである。
水は気化熱も大きく高温でも安定しているので作動流体として最適である。
火力発電でよく使用されている。
Further, the working fluid is water.
Water is optimal as a working fluid because it has a large heat of vaporization and is stable at high temperatures.
Often used in thermal power generation.
また、更に前記気体膨張液化手段を
気体体積膨張部と、
気体吸入部と、
気体の体積膨張により液化された作動流体の液体と液化されなかった気体を気液分離する気液分離部と、
気体吐出部
を備える膨張器とする事を特徴とするものである。
Further, the gas expansion liquefaction means is a gas volume expansion part,
A gas inlet,
A gas-liquid separation unit that gas-liquid separates the liquid of the working fluid liquefied by the volume expansion of the gas and the gas not liquefied;
It is characterized by setting it as an expander provided with a gas discharge part.
また、更に前記気体膨張液化手段と機械エネルギー変換手段と発電手段を、断熱圧縮機を転用した膨張機とする事を特徴とするものである。
スクロール膨張機などの断熱圧縮機を逆使用するものである。
断熱圧縮機の吐出口を膨張機の吸入口にして逆回転して使用する。
圧縮機の電動機を発電機にする事も可能である。
Further, the gas expansion liquefaction means, the mechanical energy conversion means, and the power generation means may be an expander that uses a heat insulating compressor.
A heat-insulating compressor such as a scroll expander is reversely used.
The discharge port of the adiabatic compressor is used as the suction port of the expander and rotated in reverse.
It is also possible to use the compressor motor as a generator.
また、更に前記気体膨張液化手段で液化された作動流体を貯液する低圧受液器を備える事を特徴とするものである。
気体膨張液化手段での液化は蒸発温度でおこなわれるので低圧になる。
In addition, a low-pressure receiver that stores the working fluid liquefied by the gas expansion liquefaction means is further provided.
Since the liquefaction by the gas expansion liquefaction means is performed at the evaporation temperature, the pressure becomes low.
また、更に前記作動流体の液体を貯液する最終受液器を備える事を特徴とするものである。
サイクル稼働しない時、作動流体は常温になる。故に始動時は最終受液器からポンプで送液する。
Furthermore, a final liquid receiver for storing the liquid of the working fluid is further provided.
When the cycle is not operated, the working fluid is at room temperature. Therefore, at the time of start-up, liquid is sent from the final receiver by a pump.
また、更に移動手段を備える事を特徴とするものである。
移動手段とは自動車、船舶、電車などである。
Further, it is characterized by further including a moving means.
The moving means is an automobile, a ship, a train or the like.
また、更に建築物を備える事を特徴とするものである。
建築物とはデータセンター、工場、集合住宅、事務所ビル等である。
Moreover, it is characterized by further providing a building.
Buildings include data centers, factories, apartment houses, office buildings, and the like.
また、更に蓄電手段を備える事を特徴とするものである。
この装置では発電が燃料なしで出来るがサイクル始動時には外部電源が必要であるので蓄電手段を取り付ける。
蓄電池やキャパシタなどである。
Further, it is characterized by further comprising power storage means.
In this device, power generation can be performed without fuel. However, since an external power source is required at the start of the cycle, power storage means is attached.
Examples are storage batteries and capacitors.
また、更に電子式電力変換装置を備えることを特徴とするものである。
電力変換装置とはインバーター、コンバーターの事である。
Further, the electronic power converter is further provided.
A power converter is an inverter or converter.
また、更に前記圧力変換手段を先細末広がりとする事を特徴とするものである。
気体膨張液化手段でエネルギーを抽出すると液化されなかった作動流体の気体は高速になる。
圧力変換手段で音速をこえる場合と超えない場合で装置が変わる。
音速をこえる時は先細末広がりノズルを使用する。
Further, the pressure converting means is characterized by having a taper spread.
When energy is extracted by the gas expansion liquefaction means, the gas of the working fluid that has not been liquefied becomes high speed.
The device changes depending on whether the pressure conversion means exceeds the speed of sound or not.
When exceeding the speed of sound, use a taper nozzle.
また、更に前記圧力変換手段をデフューザーする事を特徴するものである。
気体膨張液化手段で液化されなかった気体の速度が音速以下の場合はデフューザーを使う。
Further, the present invention is characterized in that the pressure converting means is diffused.
If the velocity of the gas that has not been liquefied by the gas expansion liquefaction means is less than the speed of sound, a diffuser is used.
また、更に前記蒸発手段を冷凍サイクルに使用される蒸発器とする事を特徴とするものである。 Furthermore, the evaporator is an evaporator used in a refrigeration cycle.
また、更に前記蒸発手段をボイラーとする事を特徴とするものである。 Further, the evaporation means is a boiler.
また、更に前記機械エネルギー変換手段をタービンとする事を特徴とするものである。
気体膨張液化手段で抽出したエネルギーで液化されなかった気体は高速の気体になるのでタービンで速度エネルギーを機械エネルギーに変換する。
これにより蒸発手段で吸収した熱エネルギーを機械エネルギーに変換できる。
Furthermore, the mechanical energy conversion means is a turbine.
Since the gas not liquefied by the energy extracted by the gas expansion liquefaction means becomes a high-speed gas, the turbine converts the velocity energy into mechanical energy.
Thereby, the thermal energy absorbed by the evaporation means can be converted into mechanical energy.
また、更に前記タービンの部材を合成樹脂とする事を特徴とするものである。
作動流体の温度は蒸発温度でするので蒸発圧力温度を制御する事ができる。
よって蒸発温度を0℃にするとタービンに流入する作動流体の温度を0℃にできる。
よって従来技術のように高温高圧に耐える素材ではなく熱に弱い合成樹脂をタービンのインペラ、ブレード、ローターに使用できる。
合成樹脂はプラスチックであり、エンジニアプラスチックのような強度のあるものがタービン素材には最適である。
又、繊維強化プラスチックをしても良い。
鉄合金を較べてプラスチックは軽量なのでタービンに使用すると、機械ロスが少なくなる。
プラスチック軸受には磁気軸受は使用できないので流体を作動流体にした流体軸受を使用すると良い。
Further, the turbine member is made of synthetic resin.
Since the temperature of the working fluid is the evaporation temperature, the evaporation pressure temperature can be controlled.
Therefore, when the evaporation temperature is set to 0 ° C., the temperature of the working fluid flowing into the turbine can be set to 0 ° C.
Therefore, instead of a material that can withstand high temperature and pressure as in the prior art, a heat-sensitive synthetic resin can be used for the impeller, blade, and rotor of the turbine.
Synthetic resins are plastics, and those that are strong like engineer plastics are optimal for turbine materials.
Further, fiber reinforced plastic may be used.
Compared to iron alloys, plastic is lighter, so when used in a turbine, mechanical loss is reduced.
Since a magnetic bearing cannot be used as a plastic bearing, it is preferable to use a fluid bearing in which a fluid is used as a working fluid.
また、更に前記液体低圧化手段をノズルとする事を特徴とするものである。 Further, the liquid pressure reducing means is a nozzle.
また、更に前記タービンの軸受けを流体軸受けとし流体を作動流体とする事を特徴とするものである。
タービンは高速で回転するので軸受けの選択は重要である。
マイクロガスタービンでは空気軸受けが使用されている。
通常空気軸受けには空気を送るコンプレッサーが必要である。
しかし体積膨張液化後の気体は高速なので作動流体を流体軸受けの流体とできる。
Further, the turbine bearing is a fluid bearing, and the fluid is a working fluid.
Since the turbine rotates at high speed, the choice of bearings is important.
Air bearings are used in micro gas turbines.
Usually, the air bearing needs a compressor that sends air.
However, since the gas after volume expansion and liquefaction is high speed, the working fluid can be used as the fluid of the fluid bearing.
また、更に前記凝縮手段を冷凍サイクルに使用する凝縮器とする事を特徴とするものである。 Further, the condenser means is a condenser used in a refrigeration cycle.
また、更に異なる蒸発圧力の前記蒸発手段を備える事を特徴とするものである。 Further, the present invention is characterized in that the evaporation means having different evaporation pressures is provided.
また、更に異なる蒸発圧力毎に前記気体膨張液化手段を備える事を特徴とするものである。 Further, the gas expansion liquefaction means is provided for each different evaporation pressure.
また、更に前記低圧受液器の液体の圧力を検出する低圧受液器圧力検出手段を備える事を特徴とするものである。 Further, it is characterized by further comprising a low-pressure receiver pressure detecting means for detecting the pressure of the liquid in the low-pressure receiver.
また、更に前記低圧受液器の液面を検出する低圧受液器液面検出手段を備える事を特徴とするものである。 Further, it is characterized by further comprising a low-pressure receiver liquid level detecting means for detecting the liquid level of the low-pressure receiver.
また、更に前記ポンプの送液元を前記低圧受液器または最終受液器に切り替えるポンプ送液元切り替え手段を備える事を特徴とするものである。 Further, the apparatus further comprises pump liquid source switching means for switching the liquid source of the pump to the low pressure liquid receiver or the final liquid receiver.
また、更に前記膨張器と前記低圧受液器の圧力を等圧にする第1均圧管を備える事を特徴とするものである。 Furthermore, a first pressure equalizing pipe is provided to make the pressure of the expander and the low-pressure liquid receiver equal to each other.
また、更に前記低圧受液器と前記高圧受液器の圧力を等圧にする第2均圧管を備える事を特徴とするものである。 Furthermore, a second pressure equalizing pipe is provided to make the pressure of the low-pressure receiver and the high-pressure receiver equal.
また、更に作動流体の気体を加熱する加熱熱源を備える事を特徴とするものである。 In addition, a heating heat source for heating the gas of the working fluid is further provided.
また、更に真空ポンプを備える事を特徴とするものである。
液体の低温低圧化の補助のため真空ポンプを使用する。
作動流体が水の時には真空ポンプ蒸発させる。
In addition, a vacuum pump is further provided.
A vacuum pump is used to assist in lowering the liquid temperature and pressure.
When the working fluid is water, the vacuum pump is evaporated.
また、更に被冷却物の温度を検出する被冷却物温度検出手段を備える事を特徴とするものである。
被冷却物とは冷蔵庫、冷凍庫では庫内の空気温度、庫内温度のことである。
温度検出手段とはサーモスタット等である。
In addition, the apparatus further includes an object temperature detecting means for detecting the temperature of the object to be cooled.
The object to be cooled is the temperature of the air in the refrigerator and the temperature of the refrigerator in the freezer.
The temperature detecting means is a thermostat or the like.
また、更に作動流体を地熱水蒸気とする事を特徴とするものである。 Further, the working fluid is geothermal steam.
また、更に圧力容器と、
圧力容器内を往復する往復用液体と、
往復用液体の吸入弁と、
往復用液体の吐出弁と、
気体の吸入弁と
気体の吐出弁と、
往復用液体を高圧で送出するポンプからなる液体往復式圧縮機を備えることを特徴とするものである。
液体をピストンの代用とする往復式気体圧縮機である。
圧力容器に液体を充填するにはポンプを使用する。
液体は予め貯蔵しておく。
液体を蒸発圧力の非常に小さい油にし、気体を空気にすると真空ポンプとして使用できる。
油は真空ポンプ用のフッ素系油を使用するとよい。
気体を冷媒にして、液体を同じ液体の低温冷媒にすると気液混合凝縮器となる。
気体の吸入弁を閉じて液体を下降させると真空ポンプになり、気体の吸入弁を開いて液体を下降させると気体の圧縮機となる。
Furthermore, a pressure vessel,
A reciprocating liquid that reciprocates in the pressure vessel;
A reciprocating liquid suction valve;
A reciprocating liquid discharge valve;
A gas intake valve and a gas discharge valve;
A liquid reciprocating compressor including a pump for sending a reciprocating liquid at a high pressure is provided.
It is a reciprocating gas compressor that uses liquid instead of a piston.
A pump is used to fill the pressure vessel with liquid.
The liquid is stored in advance.
If the liquid is oil with very low evaporation pressure and the gas is air, it can be used as a vacuum pump.
As the oil, a fluorine-based oil for a vacuum pump may be used.
When gas is used as a refrigerant and a liquid is used as a low-temperature refrigerant of the same liquid, a gas-liquid mixed condenser is obtained.
When the gas suction valve is closed and the liquid is lowered, a vacuum pump is obtained, and when the gas suction valve is opened and the liquid is lowered, a gas compressor is obtained.
また、更に前記往復用液体を真空ポンプ用油とし、
前記気体を空気とする事を特徴とするものである。
いわゆる空気コンプレッサーである。真空ポンプ用油は低蒸気圧であるので液体往復式圧縮機の液体ピストンとして使用できる。
Further, the reciprocating liquid is used as a vacuum pump oil,
The gas is air.
This is a so-called air compressor. Since the oil for vacuum pumps has a low vapor pressure, it can be used as a liquid piston for a liquid reciprocating compressor.
また、更に断熱圧縮機を備える事を特徴とするものである。
気体膨張液化手段で液化されなかった作動流体を断熱圧縮機で高温高圧にして凝縮器で液化する。
In addition, a heat insulating compressor is further provided.
The working fluid that has not been liquefied by the gas expansion liquefaction means is made high temperature and high pressure by an adiabatic compressor and liquefied by a condenser.
また、更に前記往復用液体を冷凍サイクル用液体冷媒とし、
前記気体を冷凍サイクル用気体冷媒とする事を特徴とするものである。
Further, the reciprocating liquid is a refrigeration cycle liquid refrigerant,
The gas is a gas refrigerant for a refrigeration cycle.
また、更に前記凝縮器で液化された作動流体の液体と
前記蒸発手段で蒸発された作動流体の気体を熱交換する気液熱交換器を備える事を特徴とするものである。
Furthermore, a gas-liquid heat exchanger for exchanging heat between the liquid of the working fluid liquefied by the condenser and the gas of the working fluid evaporated by the evaporation means is provided.
また、更に前記気液熱交換器は気体の逆流を防止する逆止弁を備える事を特徴とするものである。 Furthermore, the gas-liquid heat exchanger is provided with a check valve for preventing a backflow of gas.
また、更に加熱熱源を備える事を特徴とするものである。
作動流体を
圧力変換手段で高温高圧にするがより高温を得たい場合に燃焼熱熱源などの加熱熱源を使用する。
In addition, a heating heat source is further provided.
A heating heat source such as a combustion heat source is used when the working fluid is changed to a high temperature and a high pressure by the pressure conversion means, but a higher temperature is desired.
また、更に通信手段を備える事を特徴とするものである。 Further, the communication device further includes a communication unit.
また、更に前記加熱熱源をコンピューター発熱熱源とする事を特徴とするものである。
データセンターではコンピューターのCPUが加熱熱源となる。
蒸発器の気化熱熱源とする。
Further, the heating heat source is a computer heat generation heat source.
In the data center, the CPU of the computer is the heat source.
Evaporator heat source for evaporator.
また、更に前記加熱熱源の熱を前記蒸発手段に輸送するヒートパイプを備える事を特徴とするものである。
CPUの発熱を蒸発器に輸送するために、ヒートパイプでCPUと蒸発器の蒸発管を接続してCPU発熱を蒸発器に輸送する。
Furthermore, a heat pipe for transporting the heat of the heating heat source to the evaporation means is further provided.
In order to transport the heat generated by the CPU to the evaporator, the CPU and the evaporator's evaporator pipe are connected by a heat pipe to transport the CPU generated heat to the evaporator.
冷凍サイクルにおいて、冷媒蒸気を膨張器で体積膨張させて液化する事が出来る。
複数回体積膨張させると、すべての冷媒蒸気を液化する事が可能となる。
この事で、断熱圧縮機と凝縮器が不要となる。
サイクルの循環用に液体ポンプは必要であるが同じ循環量の断熱圧縮機の動力よりポンプの動力は大巾に小さく、大巾なエネルギー削減になる。
又、液化により抽出したエネルギーで発電も可能となる。
これは蒸発器で吸熱したエネルギーを従来技術のように凝縮器で放熱する事なく利用するので、ヒートアイランド現象の防止CO2排出量の削減に寄与する。
In the refrigeration cycle, the refrigerant vapor can be liquefied by volume expansion with an expander.
If the volume is expanded a plurality of times, all the refrigerant vapor can be liquefied.
This eliminates the need for an adiabatic compressor and condenser.
A liquid pump is necessary for circulation of the cycle, but the power of the pump is much smaller than the power of the adiabatic compressor of the same circulation amount, which greatly reduces energy.
In addition, it is possible to generate power with the energy extracted by liquefaction.
This uses the energy absorbed by the evaporator without radiating heat with the condenser as in the prior art, thus contributing to the prevention of the heat island phenomenon and the reduction of CO2 emissions.
1 蒸発開始点
2 蒸発完了及び第1回膨脹器による液化開始点
3 第1回膨脹器による液化終了点及び第2回膨脹器による液化開始点
4 第2回膨脹器による液化終了点及び第3回膨脹器による液化開始点
5 第3回膨脹器による液化終了点及び第4回膨脹器による液化開始点
6 第4回膨脹器による液化終了点及び第5回膨脹器による液化開始点
7 第5回膨脹器による液化終了点及びポンプによる昇圧開始点
8 ポンプによる昇圧終了点及び絞りによる膨脹開始点
9 絞りによる膨張終了点
10 液相
11 液相及び気相
12 気相
13 臨界点(c、p)
14 気体吸入口
15 拡大部
16 縮小部
17 気体吐出口
18 均圧管
19 液体吐出口
20 低圧受液器
21 高圧ポンプ
22 最終受液器
23 ノズル
24 蒸発器
25a〜e 膨張器
26a〜d タービン
27a〜d 発電機
28a〜e 電磁弁
29 第1均圧管
30 第2均圧管
31 フロートスウィッチ高位
32 フロートスウィッチ低位
33 液体
34 気体
35 ラバルノズル
36 凝縮器
37 給水タンク
38 給水ポンプ
39 ボイラー
40 気液分離器
41 断熱圧縮機
42 圧力容器
43abc 液管
44 水
45 蒸気
1
3 End of liquefaction by the 1st inflator and start of liquefaction by the
14 Gas suction port 15 Enlargement unit 16 Reduction unit 17
29 First
44
Claims (52)
気体体積膨張部と、
気体吸入部と、
気体の体積膨張により液化された作動流体の液体と液化されなかった気体を気液分離する気液分離部と、
気体吐出部
を備える膨張器とする事を特徴とする請求項1〜14の気体体積膨張利用装置 Further, the gas expansion liquefaction means is a gas volume expansion part,
A gas inlet,
A gas-liquid separation unit that gas-liquid separates the liquid of the working fluid liquefied by the volume expansion of the gas and the gas not liquefied;
The gas volume expansion utilization apparatus according to claim 1, wherein the expander includes a gas discharge unit.
圧力容器内を往復する往復用液体と、
往復用液体の吸入弁と、
往復用液体の吐出弁と、
気体の吸入弁と
気体の吐出弁と、
往復用液体を高圧で送出するポンプからなる液体往復式圧縮機を備える事を特徴とする請求項1〜42の気体体積膨張利用装置 And a pressure vessel,
A reciprocating liquid that reciprocates in the pressure vessel;
A reciprocating liquid suction valve;
A reciprocating liquid discharge valve;
A gas intake valve and a gas discharge valve;
43. A gas volume expansion utilization apparatus according to claim 1, further comprising a liquid reciprocating compressor comprising a pump for delivering a reciprocating liquid at a high pressure.
前記気体を空気とする事を特徴とする請求項1〜43の気体体積膨張利用装置 Further, the reciprocating liquid is used as a vacuum pump oil,
44. The gas volume expansion utilization device according to claims 1 to 43, wherein the gas is air.
前記気体を冷凍サイクル用気体冷媒とする事を特徴とする請求項1〜45の気体体積膨張利用装置 Further, the reciprocating liquid is a refrigeration cycle liquid refrigerant,
46. The gas volume expansion utilization apparatus according to claim 1, wherein the gas is a gas refrigerant for a refrigeration cycle.
前記蒸発手段で蒸発された作動流体の気体を熱交換する気液熱交換器を備える事を特徴とする請求項1〜46の気体体積膨張利用装置 47. The gas volume expansion utilization method according to claim 1, further comprising a gas-liquid heat exchanger for exchanging heat between the liquid of the working fluid liquefied by the condenser and the gas of the working fluid evaporated by the evaporation means. apparatus
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012209086A JP2014062703A (en) | 2012-09-24 | 2012-09-24 | Gas volume expansion utilization device |
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JP2023507908A (en) * | 2019-11-29 | 2023-02-28 | 学斌 ▲鐘▼ | hydro turbine set |
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- 2012-09-24 JP JP2012209086A patent/JP2014062703A/en active Pending
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