JP5304445B2 - Expansion turbine used in refrigeration cycle - Google Patents
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Description
本発明は、中心軸回りに回転可能に構成された羽根車と、該羽根車の周方向の一側に凹む湾曲した流体衝突面を有し且つ該羽根車の外周面に沿って周方向に並ぶ複数の羽根部と、該羽根部の流体衝突面に向けて流体を噴射することで上記羽根車をその中心軸回りに回転駆動させる噴射ノズルと、を備えた、冷凍サイクルに使用される膨張タービンに関する技術分野に属する。 The present invention has an impeller configured to be rotatable about a central axis, a curved fluid collision surface recessed on one side in the circumferential direction of the impeller, and in a circumferential direction along the outer peripheral surface of the impeller. An expansion used in a refrigeration cycle, comprising: a plurality of blade portions arranged side by side; and an injection nozzle that rotates the impeller around its central axis by injecting fluid toward a fluid collision surface of the blade portions. It belongs to the technical field related to turbines.
この種の膨張タービンとしては、椀状のバケット（羽根部）を有し、このバケット内面（流体衝突面）の湾曲頂部に、流体を吹き付けるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このものでは、流体衝突面の湾曲頂部に入射した（吹き付けられた）流体は、流体衝突面に沿って羽根車厚さ方向の両側に分岐して流れた後にバケット外に排出される。 As this type of expansion turbine, a turbine having a bowl-shaped bucket (blade portion) and fluid is sprayed on the curved top of the bucket inner surface (fluid collision surface) is known (for example, Patent Documents). 1). In this case, the fluid incident (sprayed) on the curved top of the fluid collision surface is branched and flows along the fluid collision surface to both sides in the impeller thickness direction, and then discharged out of the bucket.
しかしながら、従来の膨張タービンでは、バケット内面への入射流れと、その排出流れ（入射後の流れ）とが干渉して、タービン効率が低下するという問題がある。また、この膨張タービンを冷凍サイクルに使用する場合には、タービン通過後の冷媒（流体）を回収して冷媒回路中に還元する必要があるが、従来の膨張タービンでは、流体の排出流れが、上述の如く二手に分岐してバケット外へと排出されるため、排出流体を回収するための回収通路を二系統備える必要がある。このため、排出流路構成が複雑化して、部品点数が増加するとともに、冷媒の圧損が増加してしまうという問題がある。 However, the conventional expansion turbine has a problem that the incident flow on the inner surface of the bucket interferes with the discharge flow (flow after the incidence), and the turbine efficiency decreases. Further, when this expansion turbine is used in a refrigeration cycle, it is necessary to recover the refrigerant (fluid) after passing through the turbine and reduce it into the refrigerant circuit. However, in the conventional expansion turbine, the fluid discharge flow is As described above, since it branches into two hands and is discharged out of the bucket, it is necessary to provide two recovery passages for recovering the discharged fluid. For this reason, there is a problem that the configuration of the discharge channel is complicated, the number of parts is increased, and the pressure loss of the refrigerant is increased.
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷凍サイクルに使用される膨張タービンに対して、その構成に工夫を凝らすことで、流体の排出流路構成の簡素化を図るとともに、タービン効率の向上を図ろうとすることにある。 The present invention has been made in view of such points, and an object of the present invention is to provide a fluid discharge flow path configuration by devising a configuration of an expansion turbine used in a refrigeration cycle. In addition to simplifying the system, it is intended to improve turbine efficiency.
上記の目的を達成するために、この発明では、流体衝突面（63）において羽根車厚さ方向の一側から入射した流体を該厚さ方向の他側から排出するようにした。 In order to achieve the above object, in the present invention, the fluid incident from one side in the impeller thickness direction on the fluid collision surface (63) is discharged from the other side in the thickness direction.
第１の発明は、中心軸（Z）回りに回転可能に構成された羽根車（60）と、該羽根車（60）の周方向の一側に凹む湾曲した流体衝突面（63）を有し且つ該羽根車（60）の外周面に沿って周方向に並ぶ複数の羽根部（61）と、該羽根部（61）の流体衝突面（63）に向けて流体を噴射することで上記羽根車（60）をその中心軸（Z）回りに回転駆動させる噴射ノズル（55）と、を備えた、冷凍サイクルに使用される膨張タービンを対象とする。 The first invention has an impeller (60) configured to be rotatable about a central axis (Z), and a curved fluid collision surface (63) recessed on one side in the circumferential direction of the impeller (60). And a plurality of blade portions (61) arranged in the circumferential direction along the outer peripheral surface of the impeller (60), and the fluid is ejected toward the fluid collision surface (63) of the blade portion (61). An expansion turbine used in a refrigeration cycle, which includes an injection nozzle (55) that rotates an impeller (60) around its central axis (Z), is intended.
そして、上記噴射ノズル（55）は、上記流体衝突面（63）における上記羽根車厚さ方向の中央に位置し且つ該羽根車（60）の中心軸（Z）に垂直な中央面（S）に対して該羽根車厚さ方向の一側にずれた位置に配設されていて、上記流体衝突面（63）における上記中央面（S）よりも該羽根車厚さ方向の一側に位置する部分に、上記噴射した流体を入射させるように構成されており、上記流体衝突面（63）は、上記入射した流体を、該流体衝突面（63）に沿って上記羽根車厚さ方向の一側から他側に向かって流動させて、上記中央面（S）よりも該羽根車厚さ方向の他側に位置する部分から排出するように構成され、上記各羽根部（61）はそれぞれ、基端部が上記羽根車（60）の外周面に接続されるとともに該羽根車（60）の径方向外側に向かって突出形成されていて、その突出方向から見たときに、上記流体衝突面（63）が、上記羽根車回転方向の後側に開口する略Ｕ字状をなすように構成されており、上記各羽根部（61）の流体衝突面（63）におけるＵ字開口側の両端縁のうち、上記羽根車厚さ方向の他側に位置する端縁が、上記羽根車厚さ方向の一側に位置する端縁よりも上記羽根車回転方向の後側に位置しているものとする。 The injection nozzle (55) is located at the center of the fluid impingement surface (63) in the impeller thickness direction and is perpendicular to the central axis (Z) of the impeller (60). Is disposed at a position shifted to one side in the impeller thickness direction with respect to the fluid impingement surface (63) and located on one side in the impeller thickness direction from the central surface (S). The fluid collision surface (63) is configured to cause the injected fluid to enter the portion in the thickness direction of the impeller along the fluid collision surface (63). It is configured to flow from one side to the other side and to discharge from a portion located on the other side in the impeller thickness direction from the central surface (S), and each of the blade portions (61) The base end is connected to the outer peripheral surface of the impeller (60) and protrudes outward in the radial direction of the impeller (60). When viewed from the protruding direction, the fluid collision surface (63) is configured to have a substantially U shape that opens to the rear side in the impeller rotation direction, and each of the blades Out of both end edges on the U-shaped opening side of the fluid collision surface (63) of the part (61), the edge located on the other side in the impeller thickness direction is located on one side in the impeller thickness direction It is assumed that it is located behind the end edge in the impeller rotation direction .
第１の発明では、流体衝突面（63）における中央面（S）よりも羽根車厚さ方向の一側に位置する部分に入射した流体は、その後、羽根車厚さ方向の一側から他側に向かって流動し、最終的には、中央面（S）よりも羽根車厚さ方向の他側に位置する部分から排出されることとなる。したがって、流体の入射位置と排出位置とを極力遠ざけて、入射流と排出流との干渉を抑制することができる。これにより、タービン効率を向上させることが可能となる。 In the first invention, the fluid that has entered the portion of the fluid impingement surface (63) that is located on one side of the impeller thickness direction from the central surface (S) is then moved from one side of the impeller thickness direction to the other side. It flows toward the side and is finally discharged from a portion located on the other side in the impeller thickness direction from the center surface (S). Therefore, it is possible to suppress the interference between the incident flow and the discharge flow by separating the incident position and the discharge position of the fluid as much as possible. Thereby, turbine efficiency can be improved.
また、上述の如く、流体の排出流れ（入射後の流れ）を、二手に分岐させることなく一方向（羽根車厚さ方向の一側から他側に向かう方向）にのみ流動させることができるので、流体の排出流路を一系統のみで済ますことができる。したがって、部品点数の削減を図るとともに、流体排出時における配管抵抗を極力抑制して、流体の圧力損失を低減することができる。 Further, as described above, the fluid discharge flow (flow after incidence) can be made to flow only in one direction (direction from one side of the impeller thickness direction to the other side) without being bifurcated. , It is possible to use only one system for the fluid discharge flow path. Therefore, it is possible to reduce the number of parts and suppress the pipe resistance at the time of discharging the fluid as much as possible, thereby reducing the pressure loss of the fluid.
第１の発明では、流体衝突面（63）において相対的に流体排出側（羽根車厚さ方向の他側）に位置する部分の流路長さ（流体の流動方向に沿った長さ）を、流体入射側（羽根車厚さ方向の一側）に位置する部分の流路長さに比して長くとることができる。したがって、流体衝突面（63）に入射した流れを、流体排出側に向かうにしたがって緩やかに膨張させることができる。よって、流体衝突面（63）における流体剥離を抑制して、入射流れと排出流れとの干渉をより一層確実に防止することが可能となる。 In the first invention, the flow path length (the length along the fluid flow direction) of the portion relatively located on the fluid discharge side (the other side in the impeller thickness direction) on the fluid collision surface (63) is set. It can be made longer than the flow path length of the portion located on the fluid incident side (one side in the impeller thickness direction). Therefore, the flow incident on the fluid collision surface (63) can be gently expanded toward the fluid discharge side. Therefore, fluid separation at the fluid collision surface (63) can be suppressed, and interference between the incident flow and the discharge flow can be more reliably prevented.
第２の発明は、第１の発明において、上記羽根部（61）の流体衝突面（63）における該羽根部（61）の突出方向から見た湾曲頂部は、上記中央面（S）よりも上記羽根車厚さ方向の一側に位置しているものとする。 According to a second invention, in the first invention, the curved top portion of the fluid collision surface (63) of the blade portion (61) as viewed from the protruding direction of the blade portion (61) is more than the center surface (S). It is assumed to be located on one side of the impeller thickness direction.
第３の発明は、第１又は第２の発明において、上記羽根部（61）の流体衝突面（63）は、相対的に上記羽根車厚さ方向の一側に位置する部分の方が他側に位置する部分に比べて、該羽根部（61）の突出方向から見た曲率が大きくなるように形成されているものとする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the fluid collision surface (63) of the blade portion (61) is a portion that is relatively located on one side of the impeller thickness direction. It is assumed that the curvature as viewed from the protruding direction of the blade portion (61) is larger than the portion located on the side.
第２及び第３の発明では、流体衝突面（63）における流体入射側に位置する部分の曲率を、排出側に位置する部分に比べて相対的に大きく形成し、また、流体衝突面（63）の湾曲頂部を中央面よりも流体入射側に位置するようにしたことで、流体が入射する部分及びその近傍部分を、流体の入射方向に極力沿わせることができる。したがって、流体が流体衝突面（63）に入射する際の剥離を確実に抑制することができる。また、流体衝突面（63）における流体排出側に位置する部分の曲率を、入射側に位置する部分に比べて小さくしたことで、流体衝突面（63）に入射した流体を、その後、流体衝突面（63）に沿って緩やかに流動させて、その剥離を抑制することが可能となる。よって、第１の発明と同様の作用効果をより一層確実に得ることが可能となる。 In the second and third inventions, the curvature of the portion located on the fluid incident side of the fluid collision surface (63) is formed to be relatively larger than that of the portion located on the discharge side, and the fluid collision surface (63 ) Is positioned closer to the fluid incident side than the center surface, the portion where the fluid is incident and the vicinity thereof can be aligned as much as possible in the direction of incidence of the fluid. Therefore, peeling when the fluid enters the fluid collision surface (63) can be reliably suppressed. In addition, the curvature of the part located on the fluid discharge side of the fluid collision surface (63) is smaller than that of the part located on the incident side, so that the fluid incident on the fluid collision surface (63) It is possible to gently flow along the surface (63) to suppress the separation. Therefore, it is possible to obtain the same operational effect as in the first invention even more reliably.
第４の発明は、中心軸（Z）回りに回転可能に構成された羽根車（60）と、該羽根車（60）の周方向の一側に凹む湾曲した流体衝突面（63）を有し且つ該羽根車（60）の外周面に沿って周方向に並ぶ複数の羽根部（61）と、該羽根部（61）の流体衝突面（63）に向けて流体を噴射することで上記羽根車（60）をその中心軸（Z）回りに回転駆動させる噴射ノズル（55）と、を備えた、冷凍サイクルに使用される膨張タービンを対象とする。 The fourth invention has an impeller (60) configured to be rotatable about a central axis (Z), and a curved fluid collision surface (63) recessed on one side in the circumferential direction of the impeller (60). And a plurality of blade portions (61) arranged in the circumferential direction along the outer peripheral surface of the impeller (60), and the fluid is ejected toward the fluid collision surface (63) of the blade portion (61). An expansion turbine used in a refrigeration cycle, which includes an injection nozzle (55) that rotates an impeller (60) around its central axis (Z), is intended.
そして、上記噴射ノズル（55）は、上記流体衝突面（63）における上記羽根車厚さ方向の中央に位置し且つ該羽根車（60）の中心軸（Z）に垂直な中央面（S）に対して該羽根車厚さ方向の一側にずれた位置に配設されていて、上記流体衝突面（63）における上記中央面（S）よりも該羽根車厚さ方向の一側に位置する部分に、上記噴射した流体を入射させるように構成されており、上記流体衝突面（63）は、上記入射した流体を、該流体衝突面（63）に沿って上記羽根車厚さ方向の一側から他側に向かって流動させて、上記中央面（S）よりも該羽根車厚さ方向の他側に位置する部分から排出するように構成され、上記各羽根部（61）の上記羽根車厚さ方向の一側には、該各羽根部（61）の流体衝突面（63）に入射した流体が該羽根車厚さ方向の一側に排出されるのを防止する仕切り板（62）が設けられているものとする。 The injection nozzle (55) is located at the center of the fluid impingement surface (63) in the impeller thickness direction and is perpendicular to the central axis (Z) of the impeller (60). Is disposed at a position shifted to one side in the impeller thickness direction with respect to the fluid impingement surface (63) and located on one side in the impeller thickness direction from the central surface (S). The fluid collision surface (63) is configured to cause the injected fluid to enter the portion in the thickness direction of the impeller along the fluid collision surface (63). It is configured to flow from one side to the other side, and discharge from a portion located on the other side in the impeller thickness direction from the central surface (S), and the blade portions (61) are configured as described above. On one side of the impeller thickness direction, the fluid incident on the fluid collision surface (63) of each blade portion (61) is placed on one side of the impeller thickness direction. It is assumed that a partition plate (62) for preventing discharge is provided.
第４の発明では、流体の排出流れが、羽根車厚さ方向の一側に向かないように、仕切り板（62）によって該流体の流れ方向を規制することができる。よって、流体の排出流れの向きを確実に一方向（羽根車厚さ方向の一側から他側に向かう向き）に集約させることができて、第１の発明と同様の作用効果を得ることが可能となる。 In the fourth invention, the flow direction of the fluid can be regulated by the partition plate (62) so that the discharge flow of the fluid does not go to one side in the impeller thickness direction. Therefore, the direction of the fluid discharge flow can be reliably integrated in one direction (direction from one side to the other side in the impeller thickness direction), and the same effect as the first invention can be obtained. It becomes possible.
第５の発明は、中心軸（Z）回りに回転可能に構成された羽根車（60）と、該羽根車（60）の周方向の一側に凹む湾曲した流体衝突面（63）を有し且つ該羽根車（60）の外周面に沿って周方向に並ぶ複数の羽根部（61）と、該羽根部（61）の流体衝突面（63）に向けて流体を噴射することで上記羽根車（60）をその中心軸（Z）回りに回転駆動させる噴射ノズル（55）と、を備えた、冷凍サイクルに使用される膨張タービンを対象とする。 The fifth invention has an impeller (60) configured to be rotatable about a central axis (Z), and a curved fluid collision surface (63) recessed on one side in the circumferential direction of the impeller (60). And a plurality of blade portions (61) arranged in the circumferential direction along the outer peripheral surface of the impeller (60), and the fluid is ejected toward the fluid collision surface (63) of the blade portion (61). An expansion turbine used in a refrigeration cycle, which includes an injection nozzle (55) that rotates an impeller (60) around its central axis (Z), is intended.
そして、上記噴射ノズル（55）は、上記流体衝突面（63）における上記羽根車厚さ方向の中央に位置し且つ該羽根車（60）の中心軸（Z）に垂直な中央面（S）に対して該羽根車厚さ方向の一側にずれた位置に配設されていて、上記流体衝突面（63）における上記中央面（S）よりも該羽根車厚さ方向の一側に位置する部分に、上記噴射した流体を入射させるように構成されており、上記流体衝突面（63）は、上記入射した流体を、該流体衝突面（63）に沿って上記羽根車厚さ方向の一側から他側に向かって流動させて、上記中央面（S）よりも該羽根車厚さ方向の他側に位置する部分から排出するように構成され、上記流体衝突面（63）は、上記噴射ノズル（55）より噴射された流体が該流体衝突面（63）に対して垂直に入射するように形成されているものとする。 The injection nozzle (55) is located at the center of the fluid impingement surface (63) in the impeller thickness direction and is perpendicular to the central axis (Z) of the impeller (60). Is disposed at a position shifted to one side in the impeller thickness direction with respect to the fluid impingement surface (63) and located on one side in the impeller thickness direction from the central surface (S). The fluid collision surface (63) is configured to cause the injected fluid to enter the portion in the thickness direction of the impeller along the fluid collision surface (63). by flowing toward the one side to the other side than the central plane (S) is configured to drain from the portion located on the other side of the impeller thickness direction, the upper Symbol fluid impingement surface (63) The fluid ejected from the ejection nozzle (55) is formed so as to enter perpendicularly to the fluid collision surface (63). Shall.
第５の発明では、噴射ノズル（55）より噴射される流体を、流体衝突面（63）に対して垂直に吹き付けることができる。したがって、この噴射流体の持つエネルギーを、流体衝突面（63）を介して羽根車（60）に効率的に伝達することができる。したがって、タービン効率を可及的に向上させることが可能となる。 In the fifth invention, the fluid ejected from the ejection nozzle (55) can be sprayed perpendicularly to the fluid collision surface (63). Therefore, the energy of the jet fluid can be efficiently transmitted to the impeller (60) through the fluid collision surface (63). Therefore, the turbine efficiency can be improved as much as possible.
第６の発明は、中心軸（Z）回りに回転可能に構成された羽根車（60）と、該羽根車（60）の周方向の一側に凹む湾曲した流体衝突面（63）を有し且つ該羽根車（60）の外周面に沿って周方向に並ぶ複数の羽根部（61）と、該羽根部（61）の流体衝突面（63）に向けて流体を噴射することで上記羽根車（60）をその中心軸（Z）回りに回転駆動させる噴射ノズル（55）と、を備えた、冷凍サイクルに使用される膨張タービンを対象とする。 The sixth invention has an impeller (60) configured to be rotatable about a central axis (Z), and a curved fluid collision surface (63) recessed on one side in the circumferential direction of the impeller (60). And a plurality of blade portions (61) arranged in the circumferential direction along the outer peripheral surface of the impeller (60), and the fluid is ejected toward the fluid collision surface (63) of the blade portion (61). An expansion turbine used in a refrigeration cycle, which includes an injection nozzle (55) that rotates an impeller (60) around its central axis (Z), is intended.
そして、上記噴射ノズル（55）は、上記流体衝突面（63）における上記羽根車厚さ方向の中央に位置し且つ該羽根車（60）の中心軸（Z）に垂直な中央面（S）に対して該羽根車厚さ方向の一側にずれた位置に配設されていて、上記流体衝突面（63）における上記中央面（S）よりも該羽根車厚さ方向の一側に位置する部分に、上記噴射した流体を入射させるように構成されており、上記流体衝突面（63）は、上記入射した流体を、該流体衝突面（63）に沿って上記羽根車厚さ方向の一側から他側に向かって流動させて、上記中央面（S）よりも該羽根車厚さ方向の他側に位置する部分から排出するように構成され、上記各羽根部（61）の流体衝突面（63）における上記Ｕ字開口側の両端縁部のうち上記羽根車厚さ方向の他側に位置する端縁部が、上記羽根車厚さ方向から見て、該各羽根部（61）の回転方向後側に隣接する羽根部（61）に重複する位置まで延びているものとする。 The injection nozzle (55) is located at the center of the fluid impingement surface (63) in the impeller thickness direction and is perpendicular to the central axis (Z) of the impeller (60). Is disposed at a position shifted to one side in the impeller thickness direction with respect to the fluid impingement surface (63) and located on one side in the impeller thickness direction from the central surface (S). The fluid collision surface (63) is configured to cause the injected fluid to enter the portion in the thickness direction of the impeller along the fluid collision surface (63). It is configured to flow from one side to the other side and to be discharged from a portion located on the other side in the impeller thickness direction from the central surface (S), and the fluid of each blade portion (61) The edge part located in the other side of the impeller thickness direction among the both edge parts on the U-shaped opening side in the collision surface (63) When viewed from the roots wheel thickness direction, it is assumed that extends to a position overlapping the vane portions (61) adjacent to the rotation direction rear side of the respective blade portion (61).
第６の発明では、各羽根部（61）の流体衝突面（63）におけるＵ字開口側の両端縁部のうち流体排出側の端縁部を、羽根車厚さ方向から見たときに、隣接する羽根部（61）に重複する位置まで延設するようにしたことで、流体衝突面（63）の曲率を急変させることなく、必要な羽根出口角を得ることができる。In 6th invention, when the edge part by the side of fluid discharge is seen from the impeller thickness direction among the both-ends edge parts by the side of the U-shape in the fluid collision surface (63) of each blade part (61), By extending to the position overlapping with the adjacent blade part (61), the necessary blade outlet angle can be obtained without abruptly changing the curvature of the fluid collision surface (63).
第７の発明は、第１乃至第６のいずれか一つの発明において、上記各羽根部（61）を上記羽根車（60）の外周側から囲むように形成された環状部材（56）をさらに備えているものとする。 According to a seventh invention, in any one of the first to sixth inventions, an annular member (56) formed so as to surround each blade portion (61) from the outer peripheral side of the impeller (60) is further provided. It shall be provided.
第７の発明では、流体の排出流れが、羽根車（60）に対して径方向外側に向かないように、環状部材（56）によって該流体の流れ方向を規制することができる。よって、流体の排出流れの向きをさらに確実に一方向に集約することができる。 In the seventh invention, the flow direction of the fluid can be regulated by the annular member (56) so that the discharge flow of the fluid does not go radially outward with respect to the impeller (60). Therefore, the direction of the fluid discharge flow can be more reliably integrated in one direction.
第８の発明は、第１乃至第７のいずれか一つの発明において、上記羽根車（60）及び上記羽根部（61）を内部に収容するタービン容器(51)をさらに備え、上記タービン容器(51)は、上記羽根部（61）の流体衝突面（63）に沿って流動排出された流体を、該容器外に排出するための排出口（71）を有し、上記排出口（71）は、上記羽根車（60）に対してその厚さ方向の他側に位置しているものとする。 An eighth invention according to any one of the first to seventh inventions, further comprises a turbine vessel (51) for accommodating the impeller (60) and the vane portion (61) therein, the turbine vessel ( 51) has a discharge port (71) for discharging the fluid flowing and discharged along the fluid collision surface (63) of the blade portion (61) to the outside of the container, and the discharge port (71) Is located on the other side in the thickness direction with respect to the impeller (60).
第８の発明では、羽根部（61）より排出された後の排出流れを、排出口（71）へと導くための排出流路構成を簡素化して、部品点数を削減することができる。 In the eighth invention, it is possible to simplify the discharge flow path configuration for guiding the discharge flow after being discharged from the blade portion (61) to the discharge port (71), and to reduce the number of parts.
以上説明したように、本発明の冷凍サイクルに使用される膨張タービン（100）による
と、流体衝突面（63）において羽根車厚さ方向の一側から入射した流体を該厚さ方向の他側から排出するようにしたことで、流体の排出流路構成の簡素化を図って部品点数の削減を図るとともに、流体衝突面（63）に対する入射流れと反射流れとの干渉を抑制してタービン効率の向上を図ることが可能となる。
As described above, according to the expansion turbine (100) used in the refrigeration cycle of the present invention, the fluid incident from one side in the impeller thickness direction on the fluid collision surface (63) is transferred to the other side in the thickness direction. As a result, it is possible to reduce the number of parts by simplifying the configuration of the fluid discharge flow path and to suppress the interference between the incident flow and the reflected flow on the fluid collision surface (63), thereby improving the turbine efficiency. Can be improved.
第１の発明によれば、流体衝突面（63）上における流体の剥離等を抑制して、この剥離に起因する入射流れと反射流れとの干渉を確実に抑制することが可能となる。 According to the first invention, it is possible to suppress the separation of the fluid on the fluid collision surface (63) and to reliably suppress the interference between the incident flow and the reflected flow due to the separation.
第２及び第３の発明によれば、流体衝突面（63）における流体の剥離を可及的に抑制することができる。 According to the second and third inventions, fluid separation on the fluid collision surface (63) can be suppressed as much as possible.
第４及び第７の発明によれば、流体の流れを確実に一方向に（羽根車厚さ方向の一側から他側に向かう方向に）集約することができる。 According to the fourth and seventh aspects, the flow of fluid can be reliably collected in one direction (in a direction from one side to the other side in the impeller thickness direction).
第８の発明によれば、各羽根部（61）を通過した流体を、タービン容器（51）の排出口（71）へと導くための排出流路の構成を簡素化して、部品点数を削減することができるとともに、流体の圧力損失を確実に低減することが可能となる。 According to the eighth aspect of the invention, the configuration of the discharge flow path for guiding the fluid that has passed through the blades (61) to the discharge port (71) of the turbine vessel (51) is simplified, and the number of parts is reduced. In addition, the pressure loss of the fluid can be reliably reduced.
第５の発明によれば、噴射ノズル（55）より流体衝突面（63）に吹き付けられる流体の運動エネルギーを、羽根車（60）の回転エネルギーとして効率的に取り出すことができる。 According to the fifth aspect, the kinetic energy of the fluid sprayed from the injection nozzle (55) to the fluid collision surface (63) can be efficiently taken out as the rotational energy of the impeller (60).
第６の発明によれば、流体衝突面（63）での流体の剥離を確実に抑制しながら、所望のタービン効率を得ることができる。 According to the sixth aspect of the invention, desired turbine efficiency can be obtained while reliably preventing fluid separation on the fluid collision surface (63).
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１に示すように、本発明の実施形態に係る膨張タービン（100）は、冷媒回路（1）に設けられたタービン発電機（6）に利用されるものであって、一般的に水力発電等に利用されるペルトン式のタービン（水車）よりも極めて小さいものである。 As shown in FIG. 1, an expansion turbine (100) according to an embodiment of the present invention is used for a turbine generator (6) provided in a refrigerant circuit (1), and is generally hydroelectric power generation. It is extremely smaller than the Pelton type turbine (water turbine) used for the above.
冷媒回路（1）は、冷媒（例えば、二酸化炭素）が圧縮機（2）、放熱器（3）、膨張弁（4）および蒸発器（5）を順に循環して、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行うように構成されている。 In the refrigerant circuit (1), a refrigerant (for example, carbon dioxide) circulates through the compressor (2), the radiator (3), the expansion valve (4) and the evaporator (5) in this order, Configured to do.
図２に、タービン発電機の縦断面図を示す。タービン発電機（50）は、縦長の円筒形に形成された密閉容器状のケーシング（51）を備えている。ケーシング（51）の内部には、タービン羽根車（60）（以下、羽根車（60）という）と、ノズル（55）と、発電機構（65）と、駆動シャフト（68）とが収容されている。駆動シャフト（68）は、その軸方向が上下方向となる姿勢で、ケーシング（51）と概ね同軸に配置されている。駆動シャフト（68）には、羽根車（60）と発電機構（65）のロータ（66）とが取り付けられている。つまり、駆動シャフト（68）は、羽根車（60）とロータ（66）を連結している。この駆動シャフト（68）において、羽根車（60）は駆動シャフト（68）の下端付近に配置され、ロータ（66）は羽根車（60）よりも上方に配置されている。発電機構（65）のステータ（67）は、ケーシング（51）に固定されており、ロータ（66）の周囲を囲むように配置されている。 In FIG. 2, the longitudinal cross-sectional view of a turbine generator is shown. The turbine generator (50) includes a sealed container-like casing (51) formed in a vertically long cylindrical shape. A turbine impeller (60) (hereinafter referred to as an impeller (60)), a nozzle (55), a power generation mechanism (65), and a drive shaft (68) are accommodated in the casing (51). Yes. The drive shaft (68) is disposed substantially coaxially with the casing (51) in such a posture that its axial direction is the vertical direction. An impeller (60) and a rotor (66) of the power generation mechanism (65) are attached to the drive shaft (68). That is, the drive shaft (68) connects the impeller (60) and the rotor (66). In the drive shaft (68), the impeller (60) is disposed near the lower end of the drive shaft (68), and the rotor (66) is disposed above the impeller (60). The stator (67) of the power generation mechanism (65) is fixed to the casing (51), and is disposed so as to surround the rotor (66).
上記羽根車（60）は、水力発電等に利用されるものより極めて小さいものである。羽根車（60）は、比較的厚肉の略円板状に形成されている。また、羽根車（60）の外周部には、複数（本実施形態では１２個）の羽根部(61)が設けられている（図３参照）。ここで、羽根車（60）の外周面における各羽根部（61）に対応する部分は、加工上の都合から面取りされており、このため、羽根車（60）は、厳密には、正多角形状（本実施形態では正１２角形状）をなしている。また、羽根車（60）の厚さ方向（羽根車（60）の軸心方向）の一側面には、この羽根車（60）とは別体の円板状の仕切り板（62）（後述する）が取り付けられている。羽根車（60）には、駆動シャフト（68）が互いの軸心（Z）を一致させた状態で回転不能に取り付けられている。つまり、羽根車（60）が回転すると、駆動シャフト（68）も同様に回転する。 The impeller (60) is much smaller than that used for hydropower generation or the like. The impeller (60) is formed in a comparatively thick substantially disk shape. Further, a plurality (12 in this embodiment) of blade portions (61) are provided on the outer peripheral portion of the impeller (60) (see FIG. 3). Here, the part corresponding to each blade part (61) on the outer peripheral surface of the impeller (60) is chamfered for convenience of processing, and therefore the impeller (60) is strictly a regular polygon. It has a shape (in this embodiment, a regular dodecagon). Further, on one side surface of the impeller (60) in the thickness direction (axial direction of the impeller (60)), a disc-shaped partition plate (62) (described later) separate from the impeller (60) Is installed). A drive shaft (68) is attached to the impeller (60) in a non-rotatable manner with the axes (Z) aligned with each other. That is, when the impeller (60) rotates, the drive shaft (68) rotates in the same manner.
ケーシング（51）の内部には、二枚の軸受保持板（80a,80b）が設けられており、駆動シャフト（68）における、ロータ（66）と羽根車（60）との間の部分が、第１軸受保持板（80a）に対し回動可能に支持され、ロータ（66）よりも上側の部分が第２軸受保持板（80b）に対し回動可能に支持されている。そうして、ケーシング（51）内において、羽根車（60）は、第１軸受保持板（80a）よりも下側の下部空間（52）に収容され、発電機構（65）は、第１軸受保持板（80a）よりも上側の上部空間（53）に収容されている。
ケーシング（51）の側壁部には、ケーシング（51）内に冷媒を導入するための導入口（72）が形成され、この導入口（72）に導入管（54）が接続されている。また、ケーシング（51）の底壁部には、ケーシング（51）内の冷媒を排出するための排出口（71）が形成され、この排出口（71）に排出管（57）が接続されている。
Two bearing holding plates (80a, 80b) are provided inside the casing (51), and a portion of the drive shaft (68) between the rotor (66) and the impeller (60) is The first bearing holding plate (80a) is rotatably supported, and the portion above the rotor (66) is rotatably supported to the second bearing holding plate (80b). In the casing (51), the impeller (60) is accommodated in the lower space (52) below the first bearing holding plate (80a), and the power generation mechanism (65) is connected to the first bearing. It is accommodated in the upper space (53) above the holding plate (80a).
An inlet (72) for introducing the refrigerant into the casing (51) is formed in the side wall of the casing (51), and the inlet pipe (54) is connected to the inlet (72). A discharge port (71) for discharging the refrigerant in the casing (51) is formed in the bottom wall portion of the casing (51), and a discharge pipe (57) is connected to the discharge port (71). Yes.
導入管（54）のケーシング（51）への開口位置（導入口（72）の位置）は、ケーシング（51）の上下方向において羽根車（60）と概ね同じ高さとなっている。導入管（54）は、ケーシング（51）の外表面に取り付けられており、その内部に内部流路（70）が形成されている。導入管（54）の下流端には、ノズル（55）が設けられている。ノズル（55）は、ケーシング（51）内に内挿された環状部材（56）により保持されている。環状部材（56）は、羽根車（60）（羽根部（61）)の周囲を囲むように配設されている。環状部材（56）の内径は、羽根車（60）の羽根部（61）の回転径よりも若干大きめに設定されている。そして、環状部材（56）の内周面は、羽根部（61）を通過した後の冷媒を、下方（排出管（57））へと案内する案内流路を形成している。上記羽根車（60）に接続された各羽根部（61,61,…）は、羽根車（60）の周方向へ等角度間隔で配置されている。各羽根部（61）は、羽根車（60）の外周部（外周面）から径方向の外側へ突出している。各羽根部（61）は、その突出方向（羽根車（60）の径方向）から見て、略Ｕ字状をなしている。各羽根部（61）の幅寸法（羽根車厚さ方向に沿った長さ）は、羽根車（60）の厚さ寸法に等しい。各羽根部（61）の回転方向の後側に位置する面（63）は、後述するように、ノズル（55）から噴射された冷媒が衝突する流体衝突面（63）を構成している。 The opening position of the introduction pipe (54) to the casing (51) (position of the introduction port (72)) is substantially the same as the impeller (60) in the vertical direction of the casing (51). The introduction pipe (54) is attached to the outer surface of the casing (51), and an internal flow path (70) is formed therein. A nozzle (55) is provided at the downstream end of the introduction pipe (54). The nozzle (55) is held by an annular member (56) inserted in the casing (51). The annular member (56) is disposed so as to surround the periphery of the impeller (60) (blade part (61)). The inner diameter of the annular member (56) is set slightly larger than the rotational diameter of the blade portion (61) of the impeller (60). The inner peripheral surface of the annular member (56) forms a guide channel that guides the refrigerant after passing through the blade portion (61) downward (discharge pipe (57)). Each blade | wing part (61,61, ...) connected to the said impeller (60) is arrange | positioned at equal angular intervals in the circumferential direction of the impeller (60). Each blade part (61) protrudes radially outward from the outer peripheral part (outer peripheral surface) of the impeller (60). Each blade part (61) is substantially U-shaped when viewed from the protruding direction (the radial direction of the impeller (60)). The width dimension (length along the impeller thickness direction) of each impeller (61) is equal to the thickness dimension of the impeller (60). The surface (63) located on the rear side in the rotation direction of each blade portion (61) constitutes a fluid collision surface (63) on which the refrigerant injected from the nozzle (55) collides, as will be described later.
ノズル（55）の先端は羽根部（61）の近傍に開口しており、ノズル（55）の先端から噴出した冷媒が羽根部（61）の流体衝突面（63）に噴きつけられる。 The tip of the nozzle (55) is open near the blade (61), and the refrigerant jetted from the tip of the nozzle (55) is sprayed onto the fluid collision surface (63) of the blade (61).
図４に示すように、ノズル（55）は、羽根車厚さ方向の中央に位置し且つ該羽根車（60）の軸心（Z）に垂直な中央面（S）に対し、該厚さ方向の一側（図２における上側）にオフセットした位置（ずれた位置）に配設されている。ノズル（55）の噴射軸（55a）は、中央面（S）に対して平行に延びている。そして、ノズル（55）は、噴射した冷媒を、羽根部（61）の流体衝突面（63）における羽根車厚さ方向の一側端部に吹き付けるように構成されている。 As shown in FIG. 4, the nozzle (55) is located at the center in the impeller thickness direction and has a thickness relative to the central plane (S) perpendicular to the axis (Z) of the impeller (60). It is disposed at a position (shifted position) offset to one side of the direction (upper side in FIG. 2). The injection shaft (55a) of the nozzle (55) extends in parallel to the central surface (S). And the nozzle (55) is comprised so that the injected refrigerant may be sprayed on the one side edge part of the impeller thickness direction in the fluid collision surface (63) of a blade | wing part (61).
羽根部（61）の流体衝突面（63）は、ノズル（55）より吹き付けられた冷媒を、羽根車厚さ方向の一側から他側に向かって流動させて、該厚さ方向の他側端部から排出するように構成されている（図４参照）。 The fluid collision surface (63) of the blade part (61) causes the refrigerant blown from the nozzle (55) to flow from one side of the impeller thickness direction to the other side, and to the other side of the thickness direction. It is comprised so that it may discharge | emit from an edge part (refer FIG. 4).
流体衝突面（63）は、略Ｕ字状の湾曲面とされている。流体衝突面（63）におけるＵ字開口側の両端縁のうち、羽根車厚さ方向の他側の端縁は、一側の端縁に比べて羽根部（61）の回転方向の後側に位置している。 The fluid collision surface (63) is a substantially U-shaped curved surface. Of the two edges on the U-shaped opening side of the fluid collision surface (63), the edge on the other side in the impeller thickness direction is on the rear side in the rotational direction of the blade part (61) compared to the edge on one side. positioned.
各羽根部（61）の流体衝突面（63）における、羽根車厚さ方向の他側に位置する端縁部（つまり羽根部（61）の冷媒排出側の端縁部）は、該厚さ方向から見て、該羽根部（61）の回転方向後側に隣接する羽根部（61）に重複する位置まで延びている（図４参照）。この端縁部における接平面と羽根車（60）の円周接線方向とのなす角度β、つまり羽根部（61）の出口角βは、本実施形態では１０°〜１５°に設定されている。 In the fluid collision surface (63) of each blade portion (61), the edge portion located on the other side in the impeller thickness direction (that is, the edge portion on the refrigerant discharge side of the blade portion (61)) has the thickness. As viewed from the direction, the blade portion (61) extends to a position overlapping the blade portion (61) adjacent to the rear side in the rotation direction (see FIG. 4). In this embodiment, the angle β formed between the tangent plane at the edge and the circumferential tangent direction of the impeller (60), that is, the exit angle β of the blade (61) is set to 10 ° to 15 °. .
各羽根部（61）の流体衝突面（63）におけるその突出方向から見た湾曲頂部は、上記中央面（S）よりも羽根車厚さ方向の一側に位置している。すなわち、流体衝突面（63）において回転方向前側に最も凹んだ部分は、中央面（S）に対して、羽根車厚さ方向の一側に位置している。 The curved top portion of each blade portion (61) viewed from the projecting direction on the fluid collision surface (63) is located on one side in the impeller thickness direction with respect to the center surface (S). That is, the most concave portion on the fluid collision surface (63) on the front side in the rotational direction is located on one side in the impeller thickness direction with respect to the center surface (S).
また、羽根部（61）の流体衝突面（63）は、相対的に羽根車厚さ方向の一側に位置する部分の方が他側に位置する部分に比べて、該羽根部（61）の突出方向から見た曲率が大きくなるように形成されている。すなわち、流体衝突面（63）は、中央面（S）に対して羽根車厚さ方向の一側に位置し且つ第一半径ｒを有する円筒面（曲率１／ｒの円筒面）と、中央面（S）に対して羽根車厚さ方向の他側に位置し且つ第一半径ｒよりも大きい第二半径Ｒを有する円筒面（曲率１／Ｒの円筒面）とを、中央面（S）を境に滑らかに接続した面とされている。 Further, the fluid collision surface (63) of the blade portion (61) has a relatively smaller portion located on one side in the impeller thickness direction than the portion located on the other side. It is formed so that the curvature seen from the projecting direction of. That is, the fluid collision surface (63) is located on one side of the impeller thickness direction with respect to the center surface (S) and has a first radius r (a cylindrical surface with a curvature of 1 / r), A cylindrical surface (cylindrical surface having a curvature of 1 / R) located on the other side in the impeller thickness direction with respect to the surface (S) and having a second radius R larger than the first radius r is defined as a central surface (S ) Is a smooth connection surface.
また、羽根部（61）の流体衝突面（63）は、図５に示すように、羽根車（60）の径方向外側に向かって回転方向前側に所定角αだけ傾斜している。この所定角αは、ノズル（55）の噴射軸（55a）の延長線上に到達した羽根部（61）の流体衝突面（63）が、噴射軸（55a）に対して垂直になるように設定されている。本実施形態では、この流体衝突面（63）の傾斜を得るために、その加工に際して、加工ツール（80）（本実施形態ではボールエンドミル）を、ワークに対しその径方向から所定角度αだけ傾けて進入させるようにしている（図６参照）。 Further, as shown in FIG. 5, the fluid collision surface (63) of the blade part (61) is inclined by a predetermined angle α toward the front side in the rotational direction toward the radially outer side of the impeller (60). This predetermined angle α is set so that the fluid collision surface (63) of the blade (61) reaching the extension line of the injection shaft (55a) of the nozzle (55) is perpendicular to the injection shaft (55a). Has been. In the present embodiment, in order to obtain the inclination of the fluid collision surface (63), the machining tool (80) (ball end mill in this embodiment) is inclined with respect to the workpiece by a predetermined angle α from the radial direction. (See FIG. 6).
上記仕切り板（62）の外径は、羽根車（60）の外径よりも大きく設定されており、仕切り板（62）は、羽根車（60）の軸心方向（Z軸方向）から見て、羽根車（60）の径方向外側に鍔状に突出している。そして、仕切り板（62）は、互いに隣接する各羽根部（61）間に形成される冷媒流路の、羽根車厚さ方向の一側に開放する端部を塞ぐように構成されている。 The outer diameter of the partition plate (62) is set larger than the outer diameter of the impeller (60), and the partition plate (62) is viewed from the axial direction (Z-axis direction) of the impeller (60). And projecting in a bowl shape on the outer side in the radial direction of the impeller (60). And the partition plate (62) is comprised so that the edge part opened to the one side of an impeller thickness direction of the refrigerant | coolant flow path formed between each mutually adjacent blade | wing part (61) may be plugged up.
以上のように構成された膨張タービン（100）において、ノズル（55）より噴射された冷媒は、図４に２点鎖線で示すように、流体衝突面（63）における羽根車厚さ方向の一側端部に入射した後に、羽根車厚さ方向の一側から他側に向かって流動し、中央面（S）を通過して羽根車厚さ方向の他側端部より排出される。排出された冷媒は、下方へと流れて、排出口（71）からケーシング（51)外へと排出される。こうして、流体衝突面（63）に入射した冷媒が、二手に分かれることなく一方向にのみ流れることで、冷媒の入射位置と排出位置とを遠ざけることができる。これにより、冷媒の入射流れと排出流れとの干渉を防止し、タービン効率を向上させることができる。 In the expansion turbine (100) configured as described above, the refrigerant injected from the nozzle (55) is one in the impeller thickness direction on the fluid collision surface (63) as shown by a two-dot chain line in FIG. After entering the side end, it flows from one side of the impeller thickness direction to the other side, passes through the central surface (S), and is discharged from the other end of the impeller thickness direction. The discharged refrigerant flows downward and is discharged out of the casing (51) from the discharge port (71). In this way, the refrigerant incident on the fluid collision surface (63) flows only in one direction without being divided into two hands, so that the incident position and the discharge position of the refrigerant can be kept away. Thereby, interference with the incident flow and discharge flow of a refrigerant | coolant can be prevented, and turbine efficiency can be improved.
ここで、上記実施形態では、上記各羽根部（61）の冷媒排出側（羽根車厚さ方向の他側）の端縁が冷媒入射側（羽根車厚さ方向の一側）の端縁に比べて、羽根車（60）の回転方向の後側に位置している。 Here, in the said embodiment, the edge of the refrigerant | coolant discharge side (other side of an impeller thickness direction) of each said blade | wing part (61) is an edge of a refrigerant | coolant incident side (one side of an impeller thickness direction). In comparison, it is located on the rear side in the rotational direction of the impeller (60).
したがって、流体衝突面（63）において相対的に冷媒排出側に位置する部分の流路長さ（冷媒流動方向に沿った長さを）を、流体入射側に位置する部分の流路長さに比して長くとることができる。これにより、流体衝突面（63）に入射した冷媒を、流体排出側において緩やかに膨張させることができる。よって、流体衝突面（63）での冷媒の剥離等を抑制して、冷媒の入射流れと排出流れとの干渉をより一層確実に抑制することが可能となる。 Therefore, the flow path length (length along the refrigerant flow direction) of the portion relatively located on the refrigerant discharge side on the fluid collision surface (63) is set to the flow path length of the portion located on the fluid incident side. It can take longer than that. Thereby, the refrigerant incident on the fluid collision surface (63) can be gently expanded on the fluid discharge side. Therefore, it is possible to suppress the separation of the refrigerant on the fluid collision surface (63) and to more reliably suppress the interference between the refrigerant incident flow and the exhaust flow.
また、上記実施形態では、流体衝突面（63）における中央面（S）よりも冷媒入射側に位置する部分の曲率（＝１／ｒ）が、冷媒排出側に位置する部分の曲率（＝１／Ｒ）に比べて大きく設定されている。また、流体衝突面（63）の湾曲頂部が、中央面（S）よりも冷媒入射側に位置している。 Moreover, in the said embodiment, the curvature (= 1 / r) of the part located in a refrigerant | coolant entrance side rather than the center surface (S) in the fluid collision surface (63) is the curvature (= 1) of the part located in a refrigerant | coolant discharge side. / R) is set larger. Further, the curved top portion of the fluid collision surface (63) is located closer to the refrigerant incident side than the center surface (S).
これにより、流体衝突面（63）を、冷媒の入射位置においてその入射方向に極力沿わせて、冷媒入射時の剥離を抑制することができるとともに、冷媒排出側では、冷媒を緩やかに膨張させてその剥離を抑制することができる。したがって、冷媒の入射流れと排出流れとの剥離による干渉を可及的に抑制することができる。 As a result, the fluid collision surface (63) can be kept in the incident direction of the refrigerant as much as possible in the incident direction of the refrigerant so as to suppress separation when the refrigerant is incident, and on the refrigerant discharge side, the refrigerant is gently expanded. The peeling can be suppressed. Therefore, interference due to separation between the incident flow and the discharge flow of the refrigerant can be suppressed as much as possible.
また、上記実施形態では、羽根車（60）の冷媒入射側の一側面に、仕切り板（62）を設けるとともに、羽根車（60）の羽根部（61）をその外周側から囲む環状部材（56）を設けるようにしている。 Moreover, in the said embodiment, while providing a partition plate (62) in one side of the refrigerant | coolant incident side of an impeller (60), the annular member (surrounding the blade | wing part (61) of an impeller (60) from the outer peripheral side ( 56).
これにより、羽根部（61）の流体衝突面（63）に入射した冷媒は、仕切り板（62）によって、羽根車厚さ方向の一側へと向かう流れが規制されるとともに、環状部材（56）によって羽根車（60）の径方向外側へと向かう流れが規制される。したがって、流体衝突面（63）に入射した後の冷媒流れを、羽根車厚さ方向の一側から他側に向かう方向に集約することができる。よって、冷媒の入射流れと排出流れとの干渉を可及的に抑制することが可能となる。 Thus, the refrigerant entering the fluid collision surface (63) of the blade portion (61) is restricted from flowing toward one side in the impeller thickness direction by the partition plate (62), and the annular member (56 ) Restricts the flow toward the radially outer side of the impeller (60). Therefore, the refrigerant flow after entering the fluid collision surface (63) can be concentrated in the direction from one side of the impeller thickness direction to the other side. Therefore, it is possible to suppress interference between the incident flow and the discharge flow of the refrigerant as much as possible.
また、上記実施形態では、羽根部（61）の流体衝突面（63）は、噴射ノズル（55）の延長線上において、該噴射軸（55a）に垂直になるように形成されている。これにより、噴射ノズル（55）より噴射された冷媒を、流体衝突面（63）に対して垂直に吹き付けることができる。したがって、この吹き付けられた冷媒の運動エネルギーを効率的に、羽根車（60）の回転エネルギーに変換することができ、タービン効率を向上させることが可能となる。 Moreover, in the said embodiment, the fluid collision surface (63) of the blade | wing part (61) is formed so that it may become perpendicular | vertical to this injection axis | shaft (55a) on the extension line | wire of the injection nozzle (55). Thereby, the refrigerant | coolant injected from the injection nozzle (55) can be sprayed perpendicularly | vertically with respect to the fluid collision surface (63). Therefore, the kinetic energy of the sprayed refrigerant can be efficiently converted into the rotational energy of the impeller (60), and the turbine efficiency can be improved.
また、上記実施形態では、羽根部（61）の流体衝突面（63）における冷媒排出側に位置する端縁部（Ｕ字開口側の両端縁部のうち羽根車厚さ方向の他側が位置する端縁部）が、羽根車厚さ方向から見て、該各羽根部（61）の回転方向後側に隣接する羽根部（61）に重複する位置まで延設されている。 Moreover, in the said embodiment, the edge part located in the refrigerant | coolant discharge side in the fluid collision surface (63) of a blade | wing part (61) (The other side of an impeller thickness direction is located among the both-ends edge parts by the side of a U-shape. The end edge portion is extended to a position overlapping the blade portion (61) adjacent to the rear side in the rotational direction of each blade portion (61) when viewed from the impeller thickness direction.
これにより、流体衝突面（63）の冷媒排出側において冷媒の案内流路を十分に長くとることができる。したがって、流体衝突面（63）の冷媒排出側における曲率変化を緩やかに保ちながら、羽根部（61）の出口角βを所望の角度に一致させることができる。これにより、冷媒の剥離等を抑制しつつ、必要なタービン効率を得ることができる。 Thereby, the guide channel of the refrigerant can be made sufficiently long on the refrigerant discharge side of the fluid collision surface (63). Therefore, the exit angle β of the blade portion (61) can be made to coincide with a desired angle while maintaining a gentle change in curvature on the refrigerant discharge side of the fluid collision surface (63). Thereby, required turbine efficiency can be acquired, suppressing peeling of a refrigerant | coolant.
また、上記実施形態では、羽根車（60）は、その厚さ方向の冷媒入射側を、ケーシング（51）の軸心方向の上側に向けて、且つ、厚さ方向の冷媒排出側を、ケーシング（51）の軸心方向の下側に向けて配設されている。これにより、羽根車（60）を通過した冷媒を、重力に従って自然に下部空間(52)へと案内して、排出口（71）からケーシング（51）外へと排出することができる。したがって、タービン（100）を通過した冷媒を排出口（71）へと導くための排出流路構成を簡素化することができる。よって、冷媒の排出流路中での圧力損失を低減することができるとともに、部品点数を削減することが可能となる。 Further, in the above embodiment, the impeller (60) has the refrigerant incident side in the thickness direction facing upward in the axial direction of the casing (51) and the refrigerant discharge side in the thickness direction is arranged in the casing. It is arranged toward the lower side in the axial direction of (51). Thereby, the refrigerant having passed through the impeller (60) can be naturally guided to the lower space (52) according to gravity and discharged from the discharge port (71) to the outside of the casing (51). Therefore, it is possible to simplify the configuration of the discharge flow path for guiding the refrigerant that has passed through the turbine (100) to the discharge port (71). Therefore, pressure loss in the refrigerant discharge passage can be reduced, and the number of components can be reduced.
（他の実施形態）
本発明の構成は、上記実施形態に限定されるものではなく、それ以外の種々の構成を包含するものである。すなわち、上記実施形態では、流体衝突面（63）の冷媒排出側の端部を、羽根車厚さ方向から見て、羽根車（60）の回転方向の後側に隣接する羽根部（61）に重複する位置まで延設するようにしているが、例えば該隣接する羽根部（61）の回転方向前側端と同位置まで延ばすようにしてもよい（図７参照）。
(Other embodiments)
The configuration of the present invention is not limited to the above embodiment, but includes various other configurations. That is, in the above-described embodiment, the end portion on the refrigerant discharge side of the fluid collision surface (63) is viewed from the impeller thickness direction, and the blade portion (61) adjacent to the rear side in the rotational direction of the impeller (60). However, it may be extended to the same position as the front end in the rotational direction of the adjacent blade part (61), for example (see FIG. 7).
また、上記実施形態では、羽根車（60）を、略円板状に形成するようにしているが、これに限ったものではなく、例えば、円錐状等に形成するようにしてもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the impeller (60) is formed in substantially disc shape, you may make it form not only in this but in a cone shape etc., for example.
本発明は、中心軸回りに回転可能に構成された羽根車と、該羽根車の周方向の一側に凹む湾曲した流体衝突面を有し且つ該羽根車の外周面に沿って周方向に並ぶ複数の羽根部と、該羽根部の流体衝突面に向けて流体を噴射することで上記羽根車をその中心軸回りに回転駆動させる噴射ノズルと、を備えた、冷凍サイクルに使用される膨張タービンに有用であり、特に、膨張タービンをタービン発電機に適用する場合に有用である。 The present invention has an impeller configured to be rotatable about a central axis, a curved fluid collision surface recessed on one side in the circumferential direction of the impeller, and in a circumferential direction along the outer peripheral surface of the impeller. An expansion used in a refrigeration cycle, comprising: a plurality of blade portions arranged side by side; and an injection nozzle that rotates the impeller around its central axis by injecting fluid toward a fluid collision surface of the blade portions. It is useful for turbines, and is particularly useful when applying an expansion turbine to a turbine generator.
Ｓ 中央面
５１ ケーシング（タービン容器）
５５ 噴射ノズル
５６ 環状部材
６０ 羽根車
６１ 羽根部
６２ 仕切り板
６３ 流体衝突面
７１ 排出口（排出口）
１００ 膨張タービン
55
100 Expansion turbine
Claims (8)
上記噴射ノズル（55）は、上記流体衝突面（63）における上記羽根車厚さ方向の中央に位置し且つ該羽根車（60）の中心軸（Z）に垂直な中央面（S）に対して該羽根車厚さ方向の一側にずれた位置に配設されていて、上記流体衝突面（63）における上記中央面（S）よりも該羽根車厚さ方向の一側に位置する部分に、上記噴射した流体を入射させるように構成されており、
上記流体衝突面（63）は、上記入射した流体を、該流体衝突面（63）に沿って上記羽根車厚さ方向の一側から他側に向かって流動させて、上記中央面（S）よりも該羽根車厚さ方向の他側に位置する部分から排出するように構成され、
上記各羽根部（61）はそれぞれ、基端部が上記羽根車（60）の外周面に接続されるとともに該羽根車（60）の径方向外側に向かって突出形成されていて、その突出方向から見たときに、上記流体衝突面（63）が、上記羽根車回転方向の後側に開口する略Ｕ字状をなすように構成されており、
上記各羽根部（61）の流体衝突面（63）におけるＵ字開口側の両端縁のうち、上記羽根車厚さ方向の他側に位置する端縁が、上記羽根車厚さ方向の一側に位置する端縁よりも上記羽根車回転方向の後側に位置していることを特徴とする冷凍サイクルに使用される膨張タービン。 An impeller (60) configured to be rotatable about a central axis (Z), a curved fluid collision surface (63) recessed on one side in a circumferential direction of the impeller (60), and the impeller ( 60) and a plurality of blade portions (61) arranged in the circumferential direction along the outer peripheral surface of the blade 60, and the fluid impinging on the fluid collision surface (63) of the blade portion (61), thereby the impeller (60) An expansion nozzle for use in a refrigeration cycle, comprising an injection nozzle (55) that is driven to rotate about its central axis (Z),
The injection nozzle (55) is located in the center of the fluid impingement surface (63) in the impeller thickness direction and is perpendicular to the center plane (S) perpendicular to the central axis (Z) of the impeller (60). A portion located on one side of the impeller thickness direction with respect to the center surface (S) of the fluid collision surface (63). Is configured to make the jetted fluid incident thereon,
The fluid collision surface (63) causes the incident fluid to flow from one side of the impeller thickness direction toward the other side along the fluid collision surface (63), so that the center surface (S) is configured to discharge the portion positioned on the other side of the impeller thickness direction than,
Each of the blade parts (61) has a base end connected to the outer peripheral surface of the impeller (60) and is formed to protrude outward in the radial direction of the impeller (60). When viewed from the above, the fluid collision surface (63) is configured to have a substantially U-shape opening to the rear side in the impeller rotation direction,
Of the both edges on the U-shaped opening side of the fluid collision surface (63) of each blade part (61), the edge located on the other side in the impeller thickness direction is one side in the impeller thickness direction. An expansion turbine for use in a refrigeration cycle, wherein the expansion turbine is located on the rear side in the impeller rotational direction with respect to an edge located at the position .
上記羽根部（61）の流体衝突面（63）における該羽根部（61）の突出方向から見た湾曲頂部は、上記中央面（S）よりも上記羽根車厚さ方向の一側に位置していることを特徴とする冷凍サイクルに使用される膨張タービン。 The expansion turbine used for the refrigeration cycle according to claim 1 ,
A curved top portion of the fluid collision surface (63) of the blade portion (61) as viewed from the projecting direction of the blade portion (61) is located on one side of the impeller thickness direction from the center surface (S). An expansion turbine used for a refrigeration cycle.
上記羽根部（61）の流体衝突面（63）は、相対的に上記羽根車厚さ方向の一側に位置する部分の方が他側に位置する部分に比べて、該羽根部（61）の突出方向から見た曲率が大きくなるように形成されていることを特徴とする冷凍サイクルに使用される膨張タービン。 In the expansion turbine used for the refrigeration cycle according to claim 1 or 2 ,
The fluid collision surface (63) of the blade portion (61) has a relatively smaller portion located on one side in the impeller thickness direction than the portion located on the other side. An expansion turbine used in a refrigeration cycle, wherein the expansion turbine is formed to have a large curvature as viewed from the protruding direction of
上記噴射ノズル（55）は、上記流体衝突面（63）における上記羽根車厚さ方向の中央に位置し且つ該羽根車（60）の中心軸（Z）に垂直な中央面（S）に対して該羽根車厚さ方向の一側にずれた位置に配設されていて、上記流体衝突面（63）における上記中央面（S）よりも該羽根車厚さ方向の一側に位置する部分に、上記噴射した流体を入射させるように構成されており、
上記流体衝突面（63）は、上記入射した流体を、該流体衝突面（63）に沿って上記羽根車厚さ方向の一側から他側に向かって流動させて、上記中央面（S）よりも該羽根車厚さ方向の他側に位置する部分から排出するように構成され、
上記各羽根部（61）の上記羽根車厚さ方向の一側には、該各羽根部（61）の流体衝突面（63）に入射した流体が該羽根車厚さ方向の一側に排出されるのを防止する仕切り板（62）が設けられていることを特徴とする冷凍サイクルに使用される膨張タービン。 An impeller (60) configured to be rotatable about a central axis (Z), a curved fluid collision surface (63) recessed on one side in a circumferential direction of the impeller (60), and the impeller ( 60) and a plurality of blade portions (61) arranged in the circumferential direction along the outer peripheral surface of the blade 60, and the fluid impinging on the fluid collision surface (63) of the blade portion (61), thereby the impeller (60) An expansion nozzle for use in a refrigeration cycle, comprising an injection nozzle (55) that is driven to rotate about its central axis (Z),
The injection nozzle (55) is located in the center of the fluid impingement surface (63) in the impeller thickness direction and is perpendicular to the center plane (S) perpendicular to the central axis (Z) of the impeller (60). A portion located on one side of the impeller thickness direction with respect to the center surface (S) of the fluid collision surface (63). Is configured to make the jetted fluid incident thereon,
The fluid collision surface (63) causes the incident fluid to flow from one side of the impeller thickness direction toward the other side along the fluid collision surface (63), so that the center surface (S) Is configured to discharge from a portion located on the other side of the impeller thickness direction than
On one side of the impeller thickness direction of each blade portion (61), the fluid that has entered the fluid collision surface (63) of each blade portion (61) is discharged to one side of the impeller thickness direction. The expansion turbine used for the refrigerating cycle is provided with a partition plate (62) for preventing the refrigeration cycle.
上記噴射ノズル（55）は、上記流体衝突面（63）における上記羽根車厚さ方向の中央に位置し且つ該羽根車（60）の中心軸（Z）に垂直な中央面（S）に対して該羽根車厚さ方向の一側にずれた位置に配設されていて、上記流体衝突面（63）における上記中央面（S）よりも該羽根車厚さ方向の一側に位置する部分に、上記噴射した流体を入射させるように構成されており、
上記流体衝突面（63）は、上記入射した流体を、該流体衝突面（63）に沿って上記羽根車厚さ方向の一側から他側に向かって流動させて、上記中央面（S）よりも該羽根車厚さ方向の他側に位置する部分から排出するように構成され、
上記流体衝突面（63）は、上記噴射ノズル（55）より噴射された流体が該流体衝突面（63）に対して垂直に入射するように形成されていることを特徴とする冷凍サイクルに使用される膨張タービン。 An impeller (60) configured to be rotatable about a central axis (Z), a curved fluid collision surface (63) recessed on one side in a circumferential direction of the impeller (60), and the impeller ( 60) and a plurality of blade portions (61) arranged in the circumferential direction along the outer peripheral surface of the blade 60, and the fluid impinging on the fluid collision surface (63) of the blade portion (61), thereby the impeller (60) An expansion nozzle for use in a refrigeration cycle, comprising an injection nozzle (55) that is driven to rotate about its central axis (Z),
The injection nozzle (55) is located in the center of the fluid impingement surface (63) in the impeller thickness direction and is perpendicular to the center plane (S) perpendicular to the central axis (Z) of the impeller (60). A portion located on one side of the impeller thickness direction with respect to the center surface (S) of the fluid collision surface (63). Is configured to make the jetted fluid incident thereon,
The fluid collision surface (63) causes the incident fluid to flow from one side of the impeller thickness direction toward the other side along the fluid collision surface (63), so that the center surface (S) Is configured to discharge from a portion located on the other side of the impeller thickness direction than
The fluid collision surface (63) is used in a refrigeration cycle, wherein the fluid ejected from the ejection nozzle (55) is formed so as to enter perpendicularly to the fluid collision surface (63). Expansion turbine.
上記噴射ノズル（55）は、上記流体衝突面（63）における上記羽根車厚さ方向の中央に位置し且つ該羽根車（60）の中心軸（Z）に垂直な中央面（S）に対して該羽根車厚さ方向の一側にずれた位置に配設されていて、上記流体衝突面（63）における上記中央面（S）よりも該羽根車厚さ方向の一側に位置する部分に、上記噴射した流体を入射させるように構成されており、The injection nozzle (55) is located in the center of the fluid impingement surface (63) in the impeller thickness direction and is perpendicular to the center plane (S) perpendicular to the central axis (Z) of the impeller (60). A portion located on one side of the impeller thickness direction with respect to the center surface (S) of the fluid collision surface (63). Is configured to make the jetted fluid incident thereon,
上記流体衝突面（63）は、上記入射した流体を、該流体衝突面（63）に沿って上記羽根車厚さ方向の一側から他側に向かって流動させて、上記中央面（S）よりも該羽根車厚さ方向の他側に位置する部分から排出するように構成され、The fluid collision surface (63) causes the incident fluid to flow from one side of the impeller thickness direction toward the other side along the fluid collision surface (63), so that the center surface (S) Is configured to discharge from a portion located on the other side of the impeller thickness direction than
上記各羽根部（61）はそれぞれ、基端部が上記羽根車（60）の外周面に接続されるとともに該羽根車（60）の径方向外側に向かって突出形成されていて、その突出方向から見たときに、上記流体衝突面（63）が、上記羽根車回転方向の後側に開口する略Ｕ字状をなすように構成されており、Each of the blade parts (61) has a base end connected to the outer peripheral surface of the impeller (60) and is formed to protrude outward in the radial direction of the impeller (60). When viewed from the above, the fluid collision surface (63) is configured to have a substantially U-shape opening to the rear side in the impeller rotation direction,
上記各羽根部（61）の流体衝突面（63）における上記Ｕ字開口側の両端縁部のうち上記羽根車厚さ方向の他側に位置する端縁部が、上記羽根車厚さ方向から見て、該各羽根部（61）の回転方向後側に隣接する羽根部（61）に重複する位置まで延びていることを特徴とする冷凍サイクルに使用される膨張タービン。The edge part located in the other side of the said impeller thickness direction among the both ends edge part of the said U-shaped opening side in the fluid collision surface (63) of each said blade part (61) from the said impeller thickness direction As seen, the expansion turbine used in the refrigeration cycle extends to a position overlapping the blade portion (61) adjacent to the rear side in the rotational direction of each blade portion (61).
上記各羽根部（61）を上記羽根車（60）の外周側から囲むように形成された環状部材（56）をさらに備えていることを特徴とする冷凍サイクルに使用される膨張タービン。 In the expansion turbine used for the refrigeration cycle according to any one of claims 1 to 6 ,
An expansion turbine used in a refrigeration cycle, further comprising an annular member (56) formed so as to surround each of the blade portions (61) from the outer peripheral side of the impeller (60).
て、
上記羽根車（60）及び上記羽根部（61）を内部に収容するタービン容器(51)をさらに備え、
上記タービン容器(51)は、上記羽根部（61）の流体衝突面（63）に沿って流動排出された流体を、該容器外に排出するための排出口（71）を有し、
上記排出口（71）は、上記羽根車（60）に対してその厚さ方向の他側に位置していることを特徴とする冷凍サイクルに使用される膨張タービン。 In the expansion turbine used for the refrigeration cycle according to any one of claims 1 to 7 ,
A turbine vessel (51) for accommodating the impeller (60) and the blade portion (61) therein;
The turbine container (51) has a discharge port (71) for discharging the fluid flowing and discharged along the fluid collision surface (63) of the blade part (61) to the outside of the container,
The said discharge port (71) is located in the other side of the thickness direction with respect to the said impeller (60), The expansion turbine used for the refrigerating cycle characterized by the above-mentioned.
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