JP2020026788A - Two-phase flow turbine and refrigerating machine including the same - Google Patents
Two-phase flow turbine and refrigerating machine including the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020026788A JP2020026788A JP2018153555A JP2018153555A JP2020026788A JP 2020026788 A JP2020026788 A JP 2020026788A JP 2018153555 A JP2018153555 A JP 2018153555A JP 2018153555 A JP2018153555 A JP 2018153555A JP 2020026788 A JP2020026788 A JP 2020026788A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- refrigerant
- phase flow
- turbine
- gas
- liquid
- 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.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
- F01K25/02—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for the fluid remaining in the liquid phase
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
- F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
- F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B11/00—Compression machines, plants or systems, using turbines, e.g. gas turbines
- F25B11/02—Compression machines, plants or systems, using turbines, e.g. gas turbines as expanders
Abstract
Description
本発明は、二相流タービンおよびそれを備えた冷凍機に関する。 The present invention relates to a two-phase flow turbine and a refrigerator including the same.
圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を備える冷媒回路において、膨張弁によって膨張された冷媒は気液二相冷媒となる。サイクル効率を高めるために、この気液二相冷媒を気液分離器によって液冷媒とガス冷媒とに分離して、液冷媒を蒸発器に導き、ガス冷媒を圧縮機に再循環させることが知られている。しかし、気液分離器設置のコストがかさむことが課題とされている。 In a refrigerant circuit including a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator, the refrigerant expanded by the expansion valve becomes a gas-liquid two-phase refrigerant. In order to increase the cycle efficiency, it is known that this gas-liquid two-phase refrigerant is separated into a liquid refrigerant and a gas refrigerant by a gas-liquid separator, the liquid refrigerant is guided to an evaporator, and the gas refrigerant is recirculated to a compressor. Have been. However, the problem is that the cost of installing the gas-liquid separator increases.
特許文献1においては、膨張弁に代えてエキスパンダを用いることで、回転エネルギから動力を回収することで、サイクルの高効率を図った発明が開示されている。 Patent Literature 1 discloses an invention that achieves high cycle efficiency by recovering power from rotational energy by using an expander instead of an expansion valve.
しかしながら、特許文献1に開示されている発明では、回転エネルギから動力を回収してサイクルの高効率を図っているものの、エキスパンダにて低圧となった作動流体(冷媒)はそのまま気相分とともに蒸発器に導かれる。しかし、蒸発器に導かれた作動流体に気相分が含まれていると、蒸発器における熱交換効率が低下する可能性がある。これに対して、作動流体から気相分を取り除くために、エキスパンダと蒸発器との間に気液分離器を設置することが考えられる。しかし、気液分離器を設置する場合、省スペース化への妨げやコストの増加が懸念される。 However, in the invention disclosed in Patent Document 1, although the power is recovered from the rotational energy to achieve high cycle efficiency, the working fluid (refrigerant), which has been reduced in pressure by the expander, is directly discharged together with the gas phase component. Guided to the evaporator. However, if the working fluid led to the evaporator contains a gas phase, the heat exchange efficiency in the evaporator may be reduced. On the other hand, it is conceivable to install a gas-liquid separator between the expander and the evaporator in order to remove the gas phase from the working fluid. However, when the gas-liquid separator is installed, there is a concern that it may hinder space saving and increase costs.
本発明はこのような事情に鑑みてなされてものであって、膨張タービンの回転を動力回収と気液二相冷媒の気液分離とに利用できる二相流タービンおよびそれを備えた冷凍機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a two-phase flow turbine capable of utilizing the rotation of an expansion turbine for power recovery and gas-liquid separation of a gas-liquid two-phase refrigerant, and a refrigerator including the same. The purpose is to provide.
上記課題を解決するために、本発明の二相流タービンおよびそれを備えた冷凍機は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の一態様に係る二相流タービンは、複数の翼の間で冷媒を膨張させて回転する膨張タービンと、該膨張タービンの回転によって駆動される動力回収装置と、前記膨張タービンの冷媒流れ下流側を包囲する空間を形成する分離容器とを備え、前記膨張タービンの回転によって、前記膨張タービンに導かれた冷媒を液冷媒とガス冷媒とに遠心分離して排出する。
In order to solve the above problems, a two-phase flow turbine of the present invention and a refrigerator including the same employ the following means.
That is, the two-phase flow turbine according to one aspect of the present invention includes an expansion turbine that rotates by expanding a refrigerant between a plurality of blades, a power recovery device driven by rotation of the expansion turbine, A separation vessel forming a space surrounding the downstream side of the refrigerant flow, wherein the refrigerant guided to the expansion turbine is centrifuged into a liquid refrigerant and a gas refrigerant and discharged by rotation of the expansion turbine.
本態様に係る二相流タービンは、冷媒を膨張させて回転する膨張タービンと、膨張タービンによって回転される動力回収装置と、膨張タービンの冷媒流れ下流側を包囲する空間を形成する分離容器とを備え、膨張タービンの回転によって、膨張タービンに導かれた気液二相冷媒を液冷媒とガス冷媒とに遠心分離して排出する。これによって、膨張タービンの回転から動力装置によって動力を回収するとともに、その回転を気液二相冷媒の遠心分離に利用できる。つまり、膨張タービンの回転を動力回収と気液二相冷媒の遠心分離とに利用でき、二相流タービンの高性能化を実現する。遠心分離された液冷媒とガス冷媒とは分離容器内の空間で別々に貯留されるので、二相流タービンは気液分離器としての機能も備えることとなる。例えば、この二相流タービンを冷媒回路の膨張機構として使用した場合、気液分離器を別設する必要がなくなり、冷凍機としての低コスト化を実現する。なお、動力回収装置は、例えば発電機や圧縮機を駆動する電動機などとされる。 The two-phase flow turbine according to this aspect includes an expansion turbine that rotates by expanding the refrigerant, a power recovery device that is rotated by the expansion turbine, and a separation container that forms a space surrounding the refrigerant flow downstream of the expansion turbine. And a gas-liquid two-phase refrigerant guided to the expansion turbine by centrifugation into a liquid refrigerant and a gas refrigerant by the rotation of the expansion turbine, and discharged. Thus, power can be recovered from the rotation of the expansion turbine by the power unit, and the rotation can be used for centrifugation of the gas-liquid two-phase refrigerant. In other words, the rotation of the expansion turbine can be used for power recovery and centrifugal separation of the gas-liquid two-phase refrigerant, thereby realizing a high-performance two-phase flow turbine. Since the liquid refrigerant and the gas refrigerant separated by centrifugation are separately stored in the space inside the separation container, the two-phase flow turbine also has a function as a gas-liquid separator. For example, when this two-phase flow turbine is used as an expansion mechanism of a refrigerant circuit, it is not necessary to separately provide a gas-liquid separator, and the cost of the refrigerator can be reduced. The power recovery device is, for example, an electric motor that drives a generator or a compressor.
また、本発明の一態様に係る二相流タービンにおいて、前記分離容器は、前記翼の冷媒流れ下流端とそれに対向する前記分離容器との間隙が前記翼の翼長以上とされた部分を有する容器とされている。 Further, in the two-phase flow turbine according to one aspect of the present invention, the separation vessel has a portion in which a gap between the downstream end of the refrigerant flow of the blade and the separation vessel opposed thereto is longer than the blade length of the blade. It is a container.
本態様に係る二相流タービンにおいて、分離容器は、膨張タービンの翼の冷媒流れ下流端(翼端)とそれに対向する分離容器との間隙が翼長以上とされた部分を有する容器とされる。これによって、翼端から間隙が翼長以上とされた部分に向かうガス冷媒の流速は減速しやすくなる。ガス冷媒が減速され流速が遅くなった場合、そのガス冷媒付近に存在する液冷媒の液滴はガス冷媒に随伴しにくくなるので、その流れ場にある液冷媒の液滴がガス冷媒の流れに巻き込まれることを抑制できる。仮に、ガス冷媒が十分に減速されずに流速が早い場合、液滴がガス冷媒の流れに随伴してしまうおそれがある。そうすると、ガス冷媒のみが向かうべき下流側に液冷媒が流れ込んでしまう。間隙を大きく確保する方法としては、例えば、膨張タービンの冷媒流れ下流側を包囲する空間を形成する分離容器の拡大などがある。 In the two-phase flow turbine according to this aspect, the separation vessel is a vessel having a portion in which the gap between the downstream end (blade tip) of the refrigerant flow of the blades of the expansion turbine and the separation vessel facing the same is longer than the blade length. . As a result, the flow velocity of the gas refrigerant from the blade tip toward the portion where the gap is longer than the blade length is easily reduced. When the gas refrigerant is decelerated and the flow velocity is reduced, the droplets of the liquid refrigerant present near the gas refrigerant hardly accompany the gas refrigerant, so that the droplets of the liquid refrigerant in the flow field flow into the gas refrigerant. Entanglement can be suppressed. If the gas refrigerant is not sufficiently decelerated and has a high flow velocity, the droplets may accompany the flow of the gas refrigerant. Then, the liquid refrigerant flows into the downstream side to which only the gas refrigerant should go. As a method of ensuring a large gap, for example, there is an enlargement of a separation vessel that forms a space surrounding the downstream side of the refrigerant flow of the expansion turbine.
また、本発明の一態様に係る二相流タービンは、前記空間内部に開口を有して、前記空間内に貯留されたガス冷媒を、前記開口を介して前記空間外に導く管状の気流管を備え、前記開口は、前記膨張タービンの回転によって前記翼から排出された液冷媒が飛散する領域の外に位置している。 Further, the two-phase flow turbine according to one aspect of the present invention has a tubular airflow pipe having an opening in the space, and guiding the gas refrigerant stored in the space to the outside of the space through the opening. And the opening is located outside a region where the liquid refrigerant discharged from the blades by the rotation of the expansion turbine is scattered.
本態様に係る二相流タービンは、空間内部に開口を有して、空間内に貯留されたガス冷媒を、開口を介して空間外に導く管状の気流管を備え、開口は膨張タービンの回転によって翼から排出された液冷媒が飛散する領域の外に位置している。これによって、飛散した液冷媒は開口に直接触れないので、飛散した液冷媒が気流管に巻き込まれる現象を抑制できる。 The two-phase flow turbine according to the present aspect includes a tubular airflow tube having an opening in the space and guiding the gas refrigerant stored in the space to the outside of the space through the opening, and the opening is a rotation of the expansion turbine. Is located outside the region where the liquid refrigerant discharged from the wings scatters. Thus, the scattered liquid refrigerant does not directly touch the opening, so that the phenomenon that the scattered liquid refrigerant is caught in the airflow tube can be suppressed.
また、本発明の一態様に係る二相流タービンにおいて、前記開口は、前記翼から排出されるガス冷媒の流れ方向を向く開口とされ、前記気流管は、前記開口の直後に湾曲部を有している。 Further, in the two-phase flow turbine according to one aspect of the present invention, the opening is an opening facing a flow direction of the gas refrigerant discharged from the blade, and the airflow tube has a curved portion immediately after the opening. are doing.
本態様に係る二相流タービンにおいて、開口は翼から排出されるガス冷媒の流れ方向を向く開口とされる。これによって、ガス冷媒を円滑に開口(気流管)に導くことができる。また、気流管は湾曲部を有する。これによって、ガス冷媒にわずかに存在する気流中液滴(液冷媒)をその慣性力で湾曲部に付着させることができる。付着した液滴を回収することでドレンとして分離容器内(液相側)に戻すことができる。さらに、気流管は開口の直後に湾曲部を有するので、翼から排出されるガス冷媒の流れ方向に気流管を延出させる必要が無くスペースの削減が可能となる。 In the two-phase flow turbine according to this aspect, the opening is an opening directed in the flow direction of the gas refrigerant discharged from the blade. Thus, the gas refrigerant can be smoothly guided to the opening (airflow pipe). The airflow tube has a curved portion. Thereby, the droplet (liquid refrigerant) in the gas stream slightly existing in the gas refrigerant can be attached to the curved portion by its inertia force. By collecting the attached liquid droplets, the liquid droplets can be returned into the separation container (liquid side) as drain. Further, since the airflow tube has a curved portion immediately after the opening, it is not necessary to extend the airflow tube in the flow direction of the gas refrigerant discharged from the blades, so that the space can be reduced.
また、本発明の一態様に係る二相流タービンは、前記開口を覆うフィルタを備えている。 The two-phase turbine according to one aspect of the present invention includes a filter that covers the opening.
本態様に係る二相流タービンは、開口を覆うフィルタを備える。これによって、ガス冷媒中にわずかに存在する気流中液滴(液冷媒)をフィルタによって捕集できる。捕集された液滴はドレンとして分離容器内(液相側)に戻すことができる。フィルタとしては、例えば金網のような金属製のものが用いられる。 The two-phase flow turbine according to this aspect includes a filter that covers the opening. As a result, droplets (liquid refrigerant) in the gas stream slightly present in the gas refrigerant can be collected by the filter. The collected droplets can be returned into the separation vessel (liquid phase side) as drain. As the filter, for example, a metal filter such as a wire net is used.
また、本発明の一態様に係る二相流タービンにおいて、前記動力回収装置は、発電機とされる。 In the two-phase flow turbine according to one aspect of the present invention, the power recovery device is a generator.
本態様に係る二相流タービンにおいて、動力回収装置は、発電機とされる。これによって、膨張タービンの回転を発電に利用できる。 In the two-phase flow turbine according to this aspect, the power recovery device is a generator. Thereby, the rotation of the expansion turbine can be used for power generation.
また、本発明の一態様に係る二相流タービンにおいて、前記動力回収装置は、圧縮機を駆動する電動機とされる。 In the two-phase flow turbine according to one aspect of the present invention, the power recovery device is an electric motor that drives a compressor.
本態様に係る二相流タービンにおいて、動力回収装置は、圧縮機を駆動する電動機とされる。これによって、膨張タービンの回転を圧縮機の駆動のアシストに利用できる。 In the two-phase flow turbine according to this aspect, the power recovery device is an electric motor that drives the compressor. Thus, the rotation of the expansion turbine can be used for assisting the driving of the compressor.
また、本発明の一態様に係る二相流タービンにおいて、前記膨張タービンの回転軸線の方向は、鉛直方向または水平方向とされている。 Further, in the two-phase flow turbine according to one aspect of the present invention, a direction of a rotation axis of the expansion turbine is a vertical direction or a horizontal direction.
本態様に係る二相流タービンにおいて、膨張タービンの回転軸線の方向は、鉛直方向または水平方向とされている。回転軸線の方向が鉛直方向の場合、膨張タービンから排出された液冷媒が重力落下しやすく、分離容器の鉛直下方に液冷媒を貯留しやすい構造を実現できる。一方、回転軸線の方向が水平方向の場合、膨張タービンの翼端(冷媒流れ下流端)から排出される液冷媒は略鉛直方向に飛散するので、水平方向における飛散範囲を縮小できる。これによって、翼から排出された液冷媒が飛散する領域の外に気流管の開口を位置させるために、気流管を極端に分離容器内に突出させる必要が無くなり、分離容器のコンパクト化が実現できる。 In the two-phase flow turbine according to this aspect, the direction of the rotation axis of the expansion turbine is a vertical direction or a horizontal direction. When the direction of the rotation axis is the vertical direction, a structure can be realized in which the liquid refrigerant discharged from the expansion turbine easily falls by gravity, and the liquid refrigerant can be easily stored vertically below the separation container. On the other hand, when the direction of the rotation axis is the horizontal direction, the liquid refrigerant discharged from the blade tip (the downstream end of the refrigerant flow) of the expansion turbine scatters in a substantially vertical direction, so that the scatter range in the horizontal direction can be reduced. Accordingly, it is not necessary to protrude the air flow tube extremely into the separation container in order to locate the opening of the air flow tube outside the region where the liquid refrigerant discharged from the wings scatters, and the separation container can be made compact. .
また、本発明の一態様に係る冷凍機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、該凝縮器で凝縮された冷媒を膨張させる膨張機構と、該膨張機構で膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器と備えている冷凍機であって、前記膨張機構は、前述の二相流タービンとされている。 Further, a refrigerator according to one embodiment of the present invention is a compressor that compresses a refrigerant, a condenser that condenses the refrigerant compressed by the compressor, and an expansion mechanism that expands the refrigerant condensed by the condenser. And a evaporator for evaporating the refrigerant expanded by the expansion mechanism, wherein the expansion mechanism is the above-described two-phase flow turbine.
本態様に係る冷凍機によれば、前述の二相流タービンを冷媒回路の膨張機構とする。これによって、二相流タービンによって気液分離されるので、遠心分離された液冷媒のみを蒸発器に導けば気液分離器を別設する必要がなくなり、冷凍機としての低コスト化を実現する。また、遠心分離されたガス冷媒を、例えば多段圧縮機の高低中間段に導くことでサイクルの効率向上を実現する。さらに、二相流タービンによって動力が回収されるので、更なるサイクルの効率向上を実現する。 According to the refrigerator of this aspect, the two-phase turbine described above is used as an expansion mechanism of the refrigerant circuit. As a result, since gas-liquid separation is performed by the two-phase flow turbine, it is not necessary to separately provide a gas-liquid separator if only the centrifugally separated liquid refrigerant is guided to the evaporator, and cost reduction as a refrigerator is realized. . Further, the efficiency of the cycle is improved by guiding the centrifugally separated gas refrigerant to, for example, the middle stage of the multi-stage compressor. Furthermore, since the power is recovered by the two-phase flow turbine, the efficiency of the cycle is further improved.
本発明に係る二相流タービンによれば、膨張タービンの回転を動力回収と気液二相冷媒の気液分離とに利用できる。また、その膨張タービンを備えた冷凍機を提供できる。 According to the two-phase flow turbine of the present invention, the rotation of the expansion turbine can be used for power recovery and gas-liquid separation of the gas-liquid two-phase refrigerant. Further, a refrigerator having the expansion turbine can be provided.
以下に、本発明の一実施形態に係る二相流タービンおよびそれを備えた冷凍機について図を参照して説明する。 Hereinafter, a two-phase flow turbine according to an embodiment of the present invention and a refrigerator including the same will be described with reference to the drawings.
〔第1実施形態〕
まず、本発明の第1実施形態に係る二相流タービンおよびそれを備えた冷凍機について説明する。
[First Embodiment]
First, a two-phase flow turbine according to a first embodiment of the present invention and a refrigerator including the same will be described.
図1には、本実施形態に係る二相流タービン30Aが膨張機構として備えられている冷媒回路1が示されている。
FIG. 1 shows a refrigerant circuit 1 in which a two-
冷媒回路1は、例えばターボ冷凍機が備える冷媒回路とされ、冷媒回路1に充填された冷媒を圧縮するターボ圧縮機10(以下「圧縮機10」と言う。)と、圧縮機10で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器12と、凝縮器12で凝縮された冷媒を膨張させる膨張機構としての二相流タービン30Aと、二相流タービン30Aで膨張された冷媒の一部(液冷媒)を蒸発させる蒸発器14とを備えている。
The refrigerant circuit 1 is, for example, a refrigerant circuit provided in a turbo refrigerator, and is compressed by the turbo compressor 10 (hereinafter, referred to as “
これらの機器が配管によって接続されることで冷媒回路1を構成している。具体的には、圧縮機10の冷媒出口(吐出口)と凝縮器12の冷媒入口とは冷媒配管P1によって接続されている。凝縮器12の冷媒出口と二相流タービン30Aの液冷媒供給管38(後述)とは冷媒配管P2によって接続されている。二相流タービン30Aの分離容器40の液相部(後述)と蒸発器14の冷媒入口とは液冷媒配管P3A(後述)によって接続されている。蒸発器14の冷媒出口と圧縮機10の冷媒入口(吸入口)とは冷媒配管P4によって接続されている。圧縮機10は多段(例えば2段)圧縮機とされて、低圧段と高圧段とは冷媒配管P5によって接続されている。また、二相流タービン30Aの分離容器40の気相部(後述)と冷媒配管P5とは気流管P3B(後述)によって接続されている。
The refrigerant circuit 1 is configured by connecting these devices by piping. Specifically, a refrigerant outlet (discharge port) of the
電動機によって駆動されるインペラ等によって冷媒を圧縮する圧縮機10から吐出された高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管P1を流れて凝縮器12に導かれる。
The high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the
凝縮器12に導かれた高温高圧のガス冷媒は、凝縮器12の容器内に設けられている伝熱管によって熱交換されて高圧の液冷媒になる。この高圧の液冷媒は、冷媒配管P2を流れて二相流タービン30Aに導かれる。
The high-temperature and high-pressure gas refrigerant guided to the
二相流タービン30Aに導かれた高圧の液冷媒は、二相流タービン30Aによって膨張されて低温低圧の気液二相冷媒になる。さらに、低温低圧の気液二相冷媒は、二相流タービン30Aによって気液分離されて液冷媒とガス冷媒とに分けられる。二相流タービン30Aの詳細については後述する。
The high-pressure liquid refrigerant guided to the two-
二相流タービン30Aによって気液分離された低温低圧の液冷媒は、液冷媒配管P3Aを流れて蒸発器14に導かれる。
The low-temperature and low-pressure liquid refrigerant gas-liquid separated by the two-
蒸発器14に導かれた低温低圧の液冷媒は、蒸発器14の容器内に設けられている伝熱管によって熱交換されて低圧のガス冷媒になる。この低圧のガス冷媒は、冷媒配管P4を流れて再び圧縮機10に導かれる。
The low-temperature and low-pressure liquid refrigerant guided to the
一方、二相流タービン30Aによって気液分離されたガス冷媒は、気流管P3Bを流れて圧縮機10の低圧段と高圧段とを接続する冷媒配管P5に導かれ、圧縮機10の高圧段に供給される。
On the other hand, the gas refrigerant gas-liquid separated by the two-
次に、二相流タービン30Aの構造について詳細に説明する。
図2に示すように、二相流タービン30Aは、膨張タービン32と、動力回収装置としての発電機60と、分離容器40とを備える。
Next, the structure of the two-
As shown in FIG. 2, the two-
膨張タービン32は、回転軸線Xに沿って延びるシャフト34と、その一端に接続されたインペラ33とを備えている。図2の場合、回転軸線Xは鉛直方向に一致している。
The
インペラ33は、ハブ33aとハブ33aの周方向に接続された複数枚の翼33bとを有している。また、インペラ33の上流側には冷媒配管P2に接続された液冷媒供給管38が設置されている。さらに、液冷媒供給管38にはノズル38aが接続されており、ノズル38aの先端がインペラ33が有する翼33bに向くように構成されている。
The
シャフト34は軸受36に回転自在に支持されており回転軸線X回りに回転できる。なお、図2においては、1つの軸受36が図示されているが、2つ以上の軸受36によってシャフト34を回転自在に支持しても良い。
The
発電機60の駆動軸はシャフト34の他端に接続され、シャフト34の回転によって駆動される。すなわち、シャフト34が回転することで発電機60の駆動軸が回転され発電が行われることになる。
The drive shaft of the
分離容器40は、膨張タービン32のインペラ33を包囲して、かつ、回転軸線X方向に延在した空間を形成する金属製の容器とされる。分離容器40の鉛直方向下方には液冷媒配管P3Aが接続されている。また、分離容器40の側面には気流管P3Bが貫通するように設置されており、気流管P3Bの一端側の開口42が分離容器40によって形成された空間内に位置している。
The
次に、二相流タービン30Aの動作について詳細に説明する。
冷媒配管P2から液冷媒供給管38に供給された高圧の液冷媒は、ノズル38aを介して複数枚の翼33bに向けて噴射される。
Next, the operation of the two-
The high-pressure liquid refrigerant supplied from the refrigerant pipe P2 to the liquid
複数枚の翼33bに噴射された高圧の液冷媒は、翼33bの間を通過しつつ膨張することで、低温低圧の気液二相冷媒になる。また、この膨張によって発生する力を翼33bが受けることで、インペラ33は回転軸線X回りに回転する。インペラ33の回転にともなってシャフト34が回転軸線X回りに回転する。すなわち、膨張タービン32が回転軸線X回りに回転することになる。
The high-pressure liquid refrigerant injected into the plurality of
膨張タービン32の回転に伴って、シャフト34の他端に接続された発電機60の駆動軸が回転される。
With the rotation of the
膨張タービン32によって膨張され低温低圧の気液二相冷媒に変化していく冷媒は、インペラ33の回転によって遠心分離されて液冷媒とガス冷媒とに分けられる。このとき、比重の大きい液冷媒は、主に翼33bの端部(翼端)から排出される。一方、比重の小さいガス冷媒は、主に翼33bの中間部から排出される。
The refrigerant expanded into the low-temperature and low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant by the
翼33bの翼端から排出され液滴となった液冷媒は、遠心力の作用で周囲の分離容器40に向かって飛散する。飛散した液冷媒は、分離容器40の内壁を伝って分離容器40の鉛直方向下方側の液相部に捕集・貯留される。捕集・貯留された液冷媒は、分離容器40に接続された液冷媒配管P3Aに流れる。
The liquid refrigerant discharged from the wing tip of the
一方、翼33bの中間部から排出されたガス冷媒は、分離容器40の空間内であって、液冷媒が貯留された液相部の鉛直方向上方側の気相部に貯留される。気流管P3Bは、ガス冷媒が貯留される気相部に開口42が位置するように設置されているので、貯留されたガス冷媒は気流管P3Bに流れる。
On the other hand, the gas refrigerant discharged from the intermediate portion of the
このとき、気流管P3Bの開口42は、翼33bから排出された液冷媒が飛散する領域の外に位置していることが望ましい。すなわち、飛散した液冷媒に直接触れないような位置に開口42が配置されていることが望ましい。ここで、冷媒が「直接触れない」とは、例えば、飛散した液冷媒が慣性力に従って飛行した場合に他の障害物に衝突せずに直接的に接触することを意味する。
At this time, it is desirable that the
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
膨張タービン32の回転から発電機60によって動力を回収するとともに、膨張タービン32の回転を気液二相冷媒の遠心分離に利用できる。つまり、膨張タービン32の回転を動力回収と気液二相冷媒の遠心分離とに利用でき、二相流タービン30Aの高性能化を実現する。
遠心分離された液冷媒とガス冷媒とは分離容器40内の空間で別々に貯留されるので、二相流タービン30Aは気液分離器としての機能も備えることとなる。例えば、この二相流タービン30Aを冷媒回路1の膨張機構として使用した場合、気液分離器を別設する必要がなくなり、冷凍機としての低コスト化を実現する。
According to the present embodiment, the following effects can be obtained.
Power is recovered by the
Since the liquid refrigerant and the gas refrigerant separated by centrifugation are separately stored in the space inside the
また、飛散した液冷媒は開口42に直接触れないので、飛散した液冷媒が気流管P3Bに巻き込まれる現象を抑制できる。
Further, since the scattered liquid refrigerant does not directly touch the
また、回転軸線Xが鉛直方向に一致している場合、膨張タービン32から排出された液冷媒が重力落下しやすく、分離容器40の鉛直下方に液冷媒を貯留させやすい。
When the rotation axis X coincides with the vertical direction, the liquid refrigerant discharged from the
〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態に係る二相流タービンについて説明する。
本実施形態の二相流タービン30Bは、第1実施形態と分離容器40の形態や膨張タービン32の配置が異なり、その他の点については同様である。したがって、第1実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他は同一の符号を用いてその説明を省略する。
[Second embodiment]
Next, a two-phase flow turbine according to a second embodiment of the present invention will be described.
The two-
図3に示すように、液冷媒が飛散する方向において、分離容器40は、インペラ33の直径に対して十分に大きな内径を有する空間を形成している。また、水平方向において、膨張タービン32は、回転軸線Xが分離容器40に対して非対称に配置されている。すなわち、回転軸線Xは、分離容器40の幅方向(図3において左右方向)における中心線X2に対してオフセットされている。同図の場合、分離容器40の中心線X2に対して回転軸線Xが左側に寄っている。
As shown in FIG. 3, in the direction in which the liquid refrigerant scatters, the
図3のような構成とすることで、翼33bの翼端とそれに対向する分離容器40の内壁との間隙を十分に確保した部分(同図の場合、中心線X2から右側の部分)を形成できる。この間隙は、例えば翼33bの翼長以上を確保できれば良い。
With the configuration as shown in FIG. 3, a portion (a portion on the right side from the center line X2 in FIG. 3) in which a gap between the blade tip of the
なお、間隙を確保する構成としては図3に示されている形態に限らず、翼33bの翼端とそれに対向する分離容器40の内壁との間隙が翼長以上とされた部分がある形態であれば良い。
The configuration for securing the gap is not limited to the configuration shown in FIG. 3, but may be a configuration in which the gap between the blade tip of the
また、第1実施形態と同様、気流管P3Bの開口42は、翼33bから排出された液冷媒が飛散する領域の外に位置していることが望ましい。すなわち、飛散した液冷媒に直接触れないような位置に開口42が配置されていることが望ましい。
Further, as in the first embodiment, it is desirable that the
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
翼長以上とされた間隙によって、翼33bの翼端から分離容器40の内壁に向かうガス冷媒の流速が減速しやすくなる。ガス冷媒が減速され流速が遅くなった場合、そのガス冷媒付近に存在する液冷媒の液滴はガス冷媒に随伴しにくくなるので、その流れ場にある液冷媒の液滴がガス冷媒の流れに巻き込まれることを抑制できる。
仮に、ガス冷媒が十分に減速されずに流速が早い場合、液滴がガス冷媒の流れに随伴してしまうおそれがある。そうすると、ガス冷媒のみが向かうべき気流管P3Bに液冷媒が流れ込んでしまう。
According to the present embodiment, the following effects can be obtained.
The gap having a length equal to or longer than the blade length facilitates a reduction in the flow velocity of the gas refrigerant from the blade tip of the
If the gas refrigerant is not sufficiently decelerated and has a high flow velocity, the droplets may accompany the flow of the gas refrigerant. Then, the liquid refrigerant flows into the airflow pipe P3B to which only the gas refrigerant should go.
また、翼33bの翼端とそれに対向する分離容器40の内壁との間隙を十分に確保することで空いたスペースに気流管P3Bを設置しやすくなる。
In addition, by ensuring a sufficient gap between the wing tip of the
〔第3実施形態〕
次に、本発明の第3実施形態に係る二相流タービンについて説明する。
本実施形態の二相流タービン30Cは、第1実施形態および第2実施形態と分離容器40の形態や膨張タービン32の配置が異なり、その他の点については同様である。したがって、第1実施形態および第2実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他は同一の符号を用いてその説明を省略する。
[Third embodiment]
Next, a two-phase flow turbine according to a third embodiment of the present invention will be described.
The two-
図4に示すように、膨張タービン32は、回転軸線Xが水平方向に一致するように配置されている。また、膨張タービン32のインペラ33によって遠心分離された液冷媒は、自重によって分離容器40の鉛直方向下方に捕集・貯留されるので、分離容器40の鉛直方向下方に液冷媒配管P3Aが接続されている。
As shown in FIG. 4, the
分離容器40の鉛直方向上方側の内壁は、飛散して付着した液冷媒が滴下せずに液相部まで伝うように下方に傾斜している。
The inner wall on the upper side in the vertical direction of the
なお、前述の各実施形態と同様、気流管P3Bの開口42は、翼33bから排出された液冷媒が飛散する領域の外に位置していることが望ましい。すなわち、飛散した液冷媒に直接触れないような位置に開口42が配置されていることが望ましい。
Note that, similarly to the above-described embodiments, the
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
回転軸線Xが水平方向に一致しているので、翼33bの翼端から排出される液冷媒は略鉛直方向に飛散する。液冷媒に作用する重力の方向は冷媒が飛散する方向と一致してるいので、回転軸線X方向における液冷媒の飛散範囲を縮小できる。これによって、翼33bから排出された液冷媒が飛散する領域の外に気流管P3Bの開口42を位置させるために気流管P3Bを極端に分離容器40内に突出させる必要が無くなり、分離容器40のコンパクト化が実現できる。
仮に回転軸線Xを鉛直方向と一致させた場合、翼33bの翼端から排出される液冷媒は略水平方向に飛散する。液冷媒に作用する重力の方向は冷媒が飛散する方向と一致していないので、回転軸線X方向における液冷媒の飛散範囲は拡大する。そうすると、翼33bから排出された液冷媒が飛散する領域の外に気流管P3Bの開口42を位置させるために気流管P3Bを極端に分離容器40内に突出させなくてはならない。
According to the present embodiment, the following effects can be obtained.
Since the rotation axis X coincides with the horizontal direction, the liquid refrigerant discharged from the blade tip of the
If the rotation axis X is aligned with the vertical direction, the liquid refrigerant discharged from the blade tip of the
なお、第1実施形態から第3実施形態においては、図5に示すように、発電機60に代えて、動力回収装置を圧縮機10の駆動に使用される電動機62としても良い。この場合、膨張タービン32の回転を圧縮機10の駆動のアシストに利用できる。
In the first to third embodiments, as shown in FIG. 5, instead of the
また、図5に示すように、開口42は翼33bから排出されるガス冷媒の流れ方向を向くように配置されることが好ましい。これによって、ガス冷媒を円滑に開口42(気流管P3B)に導くことができる。また、開口42の直後の気流管P3Bに、導入したガス冷媒の進行方向を偏向させる湾曲部43を設けても良い。これによって、ガス冷媒にわずかに存在する気流中液滴(液冷媒)をその慣性力で湾曲部43に付着させることができる。付着した液滴を回収することでドレンとして分離容器40の液相部に戻すことができる。さらに、湾曲部43によって、翼33bから排出されるガス冷媒の流れ方向に気流管P3Bを延出させる必要がなくなり、スペースの削減が可能となる。
In addition, as shown in FIG. 5, it is preferable that the
また、図4に示すように、開口42を覆うフィルタ44を取り付けても良い。フィルタ44としては、例えば金網のような金属製のものが用いられる。これによって、ガス冷媒中にわずかに存在する気流中液滴(液冷媒)をフィルタ44によって捕集できる。捕集された液滴はドレンとして分離容器40の液相部に戻すことができる。フィルタ44は、例えば一辺が10〜100μm程度のメッシュとされる。
Further, as shown in FIG. 4, a
1 冷媒回路
10 圧縮機
12 凝縮器
14 蒸発器
30(30A,30B,30C) 二相流タービン(膨張機構)
32 膨張タービン
33 インペラ
33a ハブ
33b 翼
34 シャフト
36 軸受
38 液冷媒供給管
38a ノズル
40 分離容器
42 開口
43 湾曲部
44 フィルタ
60 発電機(動力回収装置)
62 電動機(動力回収装置)
P1,P2,P4,P5 冷媒配管
P3A 液冷媒配管
P3B 気流管
X 回転軸線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
32
62 electric motor (power recovery device)
P1, P2, P4, P5 Refrigerant pipe P3A Liquid refrigerant pipe P3B Air flow pipe X Rotation axis
Claims (9)
該膨張タービンの回転によって駆動される動力回収装置と、
前記膨張タービンの冷媒流れ下流側を包囲する空間を形成する分離容器と、
を備え、
前記膨張タービンの回転によって、前記膨張タービンに導かれた冷媒を液冷媒とガス冷媒とに遠心分離して排出する二相流タービン。 An expansion turbine that rotates by expanding a refrigerant between a plurality of blades,
A power recovery device driven by rotation of the expansion turbine,
A separation vessel forming a space surrounding the downstream side of the refrigerant flow of the expansion turbine,
With
A two-phase flow turbine that centrifugally separates a refrigerant guided to the expansion turbine into a liquid refrigerant and a gas refrigerant by rotation of the expansion turbine and discharges the refrigerant.
前記開口は、前記膨張タービンの回転によって前記翼から排出された液冷媒が飛散する領域の外に位置している請求項1または2に記載の二相流タービン。 An opening is provided inside the space, and a gaseous refrigerant stored in the space is provided with a tubular airflow pipe that guides the gas refrigerant out of the space through the opening.
3. The two-phase flow turbine according to claim 1, wherein the opening is located outside a region where the liquid refrigerant discharged from the blade by the rotation of the expansion turbine is scattered. 4.
前記気流管は、前記開口の直後に湾曲部を有している請求項3に記載の二相流タービン。 The opening is an opening facing the flow direction of the gas refrigerant discharged from the wing,
The two-phase flow turbine according to claim 3, wherein the airflow tube has a curved portion immediately after the opening.
該圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、
該凝縮器で凝縮された冷媒を膨張させる膨張機構と、
該膨張機構で膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器と、
を備えている冷凍機であって、
前記膨張機構は、請求項1から8のいずれかに記載の二相流タービンとされている冷凍機。 A compressor for compressing the refrigerant,
A condenser for condensing the refrigerant compressed by the compressor,
An expansion mechanism for expanding the refrigerant condensed in the condenser,
An evaporator for evaporating the refrigerant expanded by the expansion mechanism,
A refrigerator comprising:
The refrigerator, wherein the expansion mechanism is the two-phase flow turbine according to any one of claims 1 to 8.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018153555A JP2020026788A (en) | 2018-08-17 | 2018-08-17 | Two-phase flow turbine and refrigerating machine including the same |
PCT/JP2019/027210 WO2020036018A1 (en) | 2018-08-17 | 2019-07-09 | Two-phase flow turbine and refrigerator using same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018153555A JP2020026788A (en) | 2018-08-17 | 2018-08-17 | Two-phase flow turbine and refrigerating machine including the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020026788A true JP2020026788A (en) | 2020-02-20 |
Family
ID=69525380
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018153555A Pending JP2020026788A (en) | 2018-08-17 | 2018-08-17 | Two-phase flow turbine and refrigerating machine including the same |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020026788A (en) |
WO (1) | WO2020036018A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021129793A (en) * | 2020-02-20 | 2021-09-09 | 株式会社三共 | Game machine |
WO2023058536A1 (en) * | 2021-10-05 | 2023-04-13 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Expansion turbine and refrigeration device using same |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57163105A (en) * | 1981-04-02 | 1982-10-07 | Kobe Steel Ltd | Power recovery method from low temperature heat source |
JPS5855655A (en) * | 1981-09-30 | 1983-04-02 | 株式会社東芝 | Turbine for refrigerating cycle |
US5467613A (en) * | 1994-04-05 | 1995-11-21 | Carrier Corporation | Two phase flow turbine |
JP4978519B2 (en) * | 2007-03-22 | 2012-07-18 | ダイキン工業株式会社 | TURBINE GENERATOR AND REFRIGERATION DEVICE PROVIDED WITH TURBINE GENERATOR |
JP2009287866A (en) * | 2008-05-30 | 2009-12-10 | Ntn Corp | Air cycle refrigerating device |
-
2018
- 2018-08-17 JP JP2018153555A patent/JP2020026788A/en active Pending
-
2019
- 2019-07-09 WO PCT/JP2019/027210 patent/WO2020036018A1/en active Application Filing
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021129793A (en) * | 2020-02-20 | 2021-09-09 | 株式会社三共 | Game machine |
WO2023058536A1 (en) * | 2021-10-05 | 2023-04-13 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Expansion turbine and refrigeration device using same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2020036018A1 (en) | 2020-02-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6644062B1 (en) | Transcritical turbine and method of operation | |
JP5821115B2 (en) | Gas-liquid separator and refrigeration apparatus equipped with the gas-liquid separator | |
JP5395358B2 (en) | A gas-liquid separator and a refrigeration apparatus including the gas-liquid separator. | |
US4059364A (en) | Pitot compressor with liquid separator | |
WO2020036018A1 (en) | Two-phase flow turbine and refrigerator using same | |
JPH0842930A (en) | Single fluid cooler | |
US9890787B2 (en) | Wet gas compressor and method | |
US10526090B2 (en) | Tangential entry water separator for aircraft ECS | |
EP3427812B1 (en) | Water extractor for environmental control system of an aircraft | |
JP2005520984A5 (en) | ||
TWI685615B (en) | Cylindrical symmetric volumetric machine | |
JP5983188B2 (en) | Turbo compressor and turbo refrigerator | |
CN201152259Y (en) | Compressor | |
JP2005312272A (en) | Turbo refrigerator and motor for the turbo refrigerator | |
WO2014077691A1 (en) | Turbine, heat transfer cycle comprising such a turbine, use of such a turbine and method of transferring heat | |
JP5634549B2 (en) | A gas-liquid separator and a refrigeration apparatus including the gas-liquid separator. | |
JP3603552B2 (en) | Nozzle device | |
JP4296829B2 (en) | Oil mist collection method and oil mist separator | |
JP5491818B2 (en) | Turbo refrigerator | |
JPH11193968A (en) | Expansion mechanism for working medium | |
JP7191589B2 (en) | Two-phase flow turbine nozzle, two-phase flow turbine provided with this two-phase flow turbine nozzle, and refrigeration cycle provided with this two-phase flow turbine | |
JP2008309343A (en) | Expansion mechanism and refrigerating apparatus having the same | |
JP2000199658A (en) | Gas/liquid separator for cooling device | |
Hays et al. | A transcritical CO2 turbine-compressor | |
JP2019184114A (en) | Refrigerating machine |