JP5417743B2 - Turbine, turbine generator and refrigeration system - Google Patents
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Description
本発明は、タービン、タービン発電機及び冷凍装置に関するものである。 The present invention turbines, a turbine generator and refrigeration systems.
従来より、圧力流体（圧力水など）によってタービン羽根車を回転させて、該圧力流体のエネルギを電力に変換するタービン発電機が知られている。 Conventionally, a turbine generator that rotates a turbine impeller by pressure fluid (pressure water or the like) and converts the energy of the pressure fluid into electric power is known.
このタービン発電機として、特許文献１に開示されたものが知られている。特許文献１に係るタービン発電機は、タービン羽根車とノズルとを有するタービンを備えている。このタービン羽根車は、所定の回転軸の周方向に配列された複数の羽根部を備えており、該羽根部のそれぞれは、タービン羽根車の回転方向の前方に凹むように湾曲して形成された流体の衝突面を有している。そして、このタービンにおいては、衝突面における湾曲頂点、すなわち、衝突面における該タービン羽根車の厚み方向中央部に流体を入射させ、入射した流体を衝突面に沿って該湾曲頂点から厚み方向両側に分流させて該衝突面の厚み方向両端部から流体を排出している。こうして、タービンは、流体の速度エネルギを回転動力に変換している。
しかしながら、前述のような、流体を衝突面に衝突させるタービンにおいては、衝突面に入射する流体と衝突面から排出される流体とが干渉して、流体の速度エネルギを回転動力に効率良く変換することが難しい場合がある。特に、流体が気体の場合には、衝突面に入射した後、様々な方向に反射し易く、衝突面に入射する流体と衝突面から排出される流体との干渉によるエネルギ損失が大きくなってしまう。 However, in the turbine that collides the fluid with the collision surface as described above, the fluid incident on the collision surface interferes with the fluid discharged from the collision surface, and efficiently converts the velocity energy of the fluid into rotational power. It can be difficult. In particular, when the fluid is a gas, it easily reflects in various directions after entering the collision surface, and energy loss due to interference between the fluid incident on the collision surface and the fluid discharged from the collision surface becomes large. .
本発明は、か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、衝突面に入射する流体と衝突面から排出される流体との干渉によるエネルギ損失を低減することにある。 This invention is made | formed in view of this point, The place made into the objective is to reduce the energy loss by interference with the fluid which injects into a collision surface, and the fluid discharged | emitted from a collision surface.
本発明は、タービン羽根車の羽根部において、凹状に曲がった衝突面をタービン羽根車の厚み方向に１つ設け、該衝突面における該厚み方向の一端から流体が入射し、該衝突面における該厚み方向他端から流体を排出するようにしたものである。 In the blade portion of the turbine impeller, the present invention provides one collision surface bent in a concave shape in the thickness direction of the turbine impeller, and fluid is incident from one end of the thickness direction on the collision surface. The fluid is discharged from the other end in the thickness direction.
具体的には、第１の発明は、所定の回転軸（X）の周方向に配列された複数の羽根部（52）を備えたタービン羽根車（5）と、流体を噴射するノズル（13）とを備えたタービンが対象である。そして、前記タービン羽根車（5）の各羽根部（52）は、流体が衝突する衝突面（53）を１つだけ有しており、前記衝突面（53）は、前記タービン羽根車（5）の回転方向の前方に凹むように曲がって形成され、前記タービン羽根車（5）の厚み方向の一端側から流体が入射し、前記タービン羽根車（5）の厚み方向の他端側から流体を排出するように構成されている。 Specifically, in the first invention, a turbine impeller (5) including a plurality of blade portions (52) arranged in a circumferential direction of a predetermined rotation axis (X), and a nozzle (13 ) . And each blade | wing part (52) of the said turbine impeller (5) has only one collision surface (53) with which a fluid collides, The said collision surface (53) is the said turbine impeller (5). ) are formed bent as to be recessed forward of the rotational direction of the fluid enters from one end side in the thickness direction of the turbine impeller (5), from the other end in the thickness direction of the turbine impeller (5) that is configured to discharge the fluid.
さらに、前記衝突面（53）は、前記タービン羽根車（5）の厚み方向の入射側の端縁が、該タービン羽根車（5）の厚み方向の排出側の端縁よりも前記回転方向の後方に位置している。Further, the collision surface (53) has an edge on the incident side in the thickness direction of the turbine impeller (5) in the rotational direction more than an edge on the discharge side in the thickness direction of the turbine impeller (5). Located behind.
一方、前記ノズル（13）は、前記タービン羽根車（5）の衝突面（53）に対して前記タービン羽根車（5）の厚み方向の一端側に流体を噴射するように配設されている。On the other hand, the nozzle (13) is disposed so as to inject fluid to one end side in the thickness direction of the turbine impeller (5) with respect to the collision surface (53) of the turbine impeller (5). .
加えて、前記ノズル（13）の軸心は、前記タービン羽根車（5）の回転軸に直交する平面と平行であって且つ前記タービン羽根車（5）の厚み方向の中央よりも一端側に位置している。In addition, the axial center of the nozzle (13) is parallel to a plane perpendicular to the rotational axis of the turbine impeller (5) and is closer to one end than the center in the thickness direction of the turbine impeller (5). positioned.
前記の構成の場合、流体を、衝突面（53）におけるタービン羽根車（5）の厚み方向一端側から入射させ、該厚み方向の他端側から排出するため、流体を衝突面（53）におけるタービン羽根車（5）の厚み方向中央部に入射させて該中央部で分流させ、該厚み方向両端部から排出する構成と比較して、タービン羽根車（5）の厚さを一定とした場合に、前記衝突面（53）に入射する流体と該衝突面（53）から排出される流体とを可及的に遠ざけることができる。その結果、衝突面（53）に入射する流体と衝突面（53）から排出される流体との干渉によるエネルギ損失を低減することができ、流体の速度エネルギをタービンの回転動力に効率良く変換することができる。 In the case of the above configuration, the fluid is incident on one end side in the thickness direction of the turbine impeller (5) on the collision surface (53) and discharged from the other end side in the thickness direction. is made incident in a thickness direction central portion of the turbine impeller (5) is shunted by said central portion, in comparison with the configuration for discharging from said thickness seen opposite end portions, and the thickness of the turbine impeller (5) is constant In this case, the fluid incident on the collision surface (53) and the fluid discharged from the collision surface (53) can be separated as much as possible. As a result, energy loss due to interference between the fluid incident on the collision surface (53) and the fluid discharged from the collision surface (53) can be reduced, and the velocity energy of the fluid is efficiently converted into the rotational power of the turbine. it is Ru can.
また、前記衝突面（53）におけるタービン羽根車（5）の厚み方向の入射側（即ち、厚み方向一方側）の部分が、該厚み方向の排出側（即ち、厚み方向他方側）の部分よりも拡大される。こうすることによって、衝突面（53）に入射する流体を確実に受け止めることができる。その結果、入射してくる流体の速度エネルギを可及的にタービンの回転動力に変換することができる。 Further, the incident side (that is, one side in the thickness direction ) in the thickness direction of the turbine impeller (5) on the collision surface (53) is more than the portion on the discharge side (that is, the other side in the thickness direction) in the thickness direction. Is also expanded. By doing so, the fluid incident on the collision surface (53) can be reliably received. As a result, the velocity energy of the incident fluid can be converted into the rotational power of the turbine as much as possible.
また、衝突面（53）の入射側の端縁を出射側の端縁より回転方向の後方に位置させることによって、衝突面（53）の入射側の部分が、衝突面（53）に入射した流体がタービン羽根車（5）の厚み方向一方に逸れるのを防止する壁としての役割も果たし、衝突面（53）に入射する流体が該厚み方向の一方側に逸れ難くすることができ、その結果、衝突面（53）に入射する流体を確実に受け止めることができる。 Moreover, the incident side edge of the collision surface (53) is incident on the collision surface (53) by positioning the incident side edge of the collision surface (53) behind the emission side edge in the rotational direction. It also serves as a wall that prevents the fluid from moving to one side in the thickness direction of the turbine impeller (5) , making it difficult for the fluid incident on the collision surface (53) to move to one side in the thickness direction. As a result, the fluid incident on the collision surface (53) can be reliably received.
具体的に、前記ノズル（13）から噴射された流体は、前記タービン羽根車（5）の羽根部（52）の衝突面（53）において該タービン羽根車（5）の厚み方向一端部から入射し、該衝突面（53）に沿って流れた後、該衝突面（53）の該厚み方向他端部から排出される。つまり、前記衝突面（53）に入射する流体と該衝突面（53）から排出される流体とを可及的に遠ざけることができる。その結果、衝突面（53）に入射する流体と衝突面（53）から排出される流体との干渉によるエネルギ損失を低減することができ、流体の速度エネルギをタービンの回転動力に効率良く変換することができる。Specifically, the fluid ejected from the nozzle (13) is incident from one end in the thickness direction of the turbine impeller (5) on the collision surface (53) of the impeller (52) of the turbine impeller (5). Then, after flowing along the collision surface (53), it is discharged from the other end in the thickness direction of the collision surface (53). That is, the fluid incident on the collision surface (53) and the fluid discharged from the collision surface (53) can be separated as much as possible. As a result, energy loss due to interference between the fluid incident on the collision surface (53) and the fluid discharged from the collision surface (53) can be reduced, and the velocity energy of the fluid is efficiently converted into the rotational power of the turbine. be able to.
また、前記ノズル（13）から噴射された流体は、タービン羽根車（5）の接線方向と平行に飛散し、前記衝突面のうちタービン羽根車（5）の厚み方向一端側に入射する。Further, the fluid ejected from the nozzle (13) scatters in parallel with the tangential direction of the turbine impeller (5), and enters one end side in the thickness direction of the turbine impeller (5) in the collision surface.
第２の発明は、第１の発明において、前記衝突面（53）は、前記回転方向の前方へ最も凹んだ頂部（56）が、前記タービン羽根車（5）の厚み方向の中央よりも該厚み方向の排出側に位置するものとする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the collision surface (53) has a top portion (56) that is most recessed forward in the rotational direction, more than the center in the thickness direction of the turbine impeller (5). It shall be located on the discharge side in the thickness direction.
前記タービン羽根車（5）の厚み方向一端側から前記衝突面（53）に入射した流体は、その流れ方向が該衝突面（53）に沿って、タービン羽根車（5）の厚み方向に変化していき、最終的には衝突面（53）における該厚み方向他端側から排出される。つまり、衝突面（53）において頂部（56）よりも該厚み方向の入射側（即ち、厚み方向一方側）の部分は、入射してくる流体を受け止める機能を有すると共に、流体の流れを該厚み方向へ向けるのに寄与する部分である。そのため、頂部（56）を該厚み方向の中央よりも排出側（即ち、他方側）に位置させることによって、該頂部（56）よりも該厚み方向の入射側の部分を拡大することができ、その結果、流体の流れ方向を緩やかに変化させることができる。流体の流れ方向を急激に変化させると、その際に圧損が生じ得る。つまり、こうして流体の流れ方向を緩やかに変化させることによって、流体の圧損を低減することができる。 The fluid incident on the collision surface (53) from one end in the thickness direction of the turbine impeller (5) changes in the flow direction along the collision surface (53) in the thickness direction of the turbine impeller (5). Finally, it is discharged from the other end in the thickness direction on the collision surface (53). In other words, the portion of the collision surface (53) on the incident side (that is, one side in the thickness direction) in the thickness direction with respect to the top portion (56) has a function of receiving the incident fluid, and the fluid flow is reduced to the thickness. This is the part that contributes to the direction. Therefore, by positioning the top portion (56) on the discharge side (that is, the other side) from the center in the thickness direction, the portion on the incident side in the thickness direction can be enlarged from the top portion (56), As a result, the flow direction of the fluid can be changed gently. If the fluid flow direction is changed rapidly, pressure loss may occur at that time. That is, the fluid pressure loss can be reduced by gently changing the flow direction of the fluid.
また、頂部（56）を該厚み方向の中央よりも排出側に位置させることによって、該頂部（56）よりも該厚み方向の入射側の部分を拡大することができるため、衝突面（53）に入射する流体を確実に受け止めることができる。 Further, since the portion on the incident side in the thickness direction with respect to the top portion (56) can be enlarged by positioning the top portion (56) on the discharge side from the center in the thickness direction, the collision surface (53) It is possible to reliably receive the fluid incident on the.
第３の発明は、第２の発明において、前記衝突面（53）は、前記タービン羽根車（5）の厚み方向の入射側の部分の曲率が、該厚み方向の排出側の部分の曲率よりも小さいものとする。 According to a third aspect, in the second aspect, the collision surface (53) is configured such that the curvature of the incident side portion in the thickness direction of the turbine impeller (5) is greater than the curvature of the discharge side portion in the thickness direction. Is also small.
前記の構成の場合、前記頂部（56）よりも前記タービン羽根車（5）の厚み方向一方の、流体が入射する入射側の部分の曲率を小さくすることによって、衝突面（53）の入射側の部分で流体の流れ方向を変化させる際にその変化を緩やかにすることができ、その結果、流体の圧損を低減することができる。 In the case of the above configuration, the incidence side of the collision surface (53) is reduced by reducing the curvature of the portion of the incidence side where the fluid is incident, which is one of the turbine impeller (5) in the thickness direction of the top portion (56). When the flow direction of the fluid is changed in this portion, the change can be moderated, and as a result, the pressure loss of the fluid can be reduced.
また、前記頂部（56）を該厚み方向の中央よりも排出側に位置させると、前記頂部（56）よりも前記タービン羽根車（5）の厚み方向他方の、流体を排出する側の部分の面積が、入射側の部分の面積よりも相対的に小さくなる。このような場合であっても、該頂部（56）よりも該厚み方向の排出側の部分の曲率を大きくすることによって、排出する流体の、衝突面（53）に対する相対的な排出方向を前記回転方向の後方へ可及的に向けることができる。つまり、流体の速度エネルギのうち、回転方向の前方への速度成分を可及的にタービンの回転動力に変換することができる。 Further, when the top portion (56) is positioned on the discharge side from the center in the thickness direction, the fluid discharge side portion on the other side in the thickness direction of the turbine impeller (5) from the top portion (56). The area is relatively smaller than the area of the incident side portion. Even in such a case, by increasing the curvature of the portion on the discharge side in the thickness direction from the top portion (56), the discharge direction of the discharged fluid relative to the collision surface (53) It can be directed to the rear in the direction of rotation as much as possible. That is, the velocity component forward in the rotation direction in the velocity energy of the fluid can be converted into the rotational power of the turbine as much as possible.
第４の発明は、第１〜第３の何れか１つの発明において、隣接する前記羽根部（52）の前記タービン羽根車（5）の厚み方向の入射側の端縁間に設けられ、隣接する該羽根部（52）の間の空間を該厚み方向の入射側へ開口しないように塞ぐ壁部（58）をさらに備えているものとする。 4th invention is provided between the edge of the incident side of the thickness direction of the said turbine impeller (5) of the said blade part (52) in any one invention of 1st- 3rd , and adjoining. It is further provided with a wall portion (58) that closes the space between the blade portions (52) to be opened so as not to open to the incident side in the thickness direction.
前記の構成の場合、衝突面（53）に入射した流体が、該衝突面（53）に沿って流れることなくタービン羽根車（5）の厚み方向一方へ抜けていくことを防止することができる。つまり、衝突面（53）に入射する流体の速度エネルギを可及的にタービンの回転動力に変換することができる。 In the case of the above configuration, it is possible to prevent the fluid that has entered the collision surface (53) from escaping in the thickness direction of the turbine impeller (5) without flowing along the collision surface (53). . That is, Ru can be converted into rotational power of the turbine velocity energy of the fluid entering the collision surface (53) as much as possible.
第５の発明は、第１の発明のタービン（3）と、前記タービン羽根車（5）の回転軸（X）に沿って延びる軸部材（4）を介して該タービン羽根車（5）と連結され、該タービン羽根車（5）の回転によって発電する発電部（6）と、前記タービン（3）及び前記発電部（6）を収容するケーシング（7）とを備えたタービン発電機が対象である。そして、前記ケーシング（7）には、前記タービン羽根車（5）の厚み方向の排出側に、流体の流出部（73）が設けられているものとする。 The fifth invention is the turbine impeller (5) via the turbine (3) of the first invention and the shaft member (4) extending along the rotation axis (X) of the turbine impeller (5). A turbine generator including a power generation unit (6) that is connected and generates power by rotation of the turbine impeller (5), and a casing (7) that houses the turbine (3) and the power generation unit (6) is an object. It is. The casing (7) is provided with a fluid outflow portion (73) on the discharge side in the thickness direction of the turbine impeller (5).
前記の構成のタービン（3）においては、タービン羽根車（5）の衝突面（53）に入射した流体は、タービン羽根車（5）の厚み方向他端から排出される。そのため、ケーシング（7）に設けられる流出部（73）をタービン羽根車（5）に対して厚み方向の排出側に位置させることによって、タービン羽根車（5）から排出された流体をケーシング（7）の流出部（73）まで複雑且つ長い経路を介して流通させる必要がなく、タービン羽根車（5）から排出された流体をケーシング（7）の流出部（73）から流出させる構成を簡単することができる。 In the turbine (3) configured as described above, the fluid incident on the collision surface (53) of the turbine impeller (5) is discharged from the other end in the thickness direction of the turbine impeller (5). Therefore, by positioning the outflow part (73) provided in the casing (7) on the discharge side in the thickness direction with respect to the turbine impeller (5), the fluid discharged from the turbine impeller (5) is removed from the casing (7 ) To the outflow part (73) of the casing (7), and it is not necessary to circulate through the complicated and long route to the outflow part (73) of the casing (7). be able to.
第６の発明は電動圧縮機（11）と、放熱器（12）と、第５の発明のタービン発電機（2）と、蒸発器（14）とが冷媒配管で接続されて、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置が対象である。そして、前記タービン発電機（2）で発生する電力が少なくとも前記電動圧縮機（11）の動力源として使用されるものとする。 In the sixth aspect of the invention, the electric compressor (11), the radiator (12), the turbine generator (2) of the fifth aspect of the invention, and the evaporator (14) are connected by a refrigerant pipe, and the vapor compression type A refrigeration apparatus including a refrigerant circuit that performs a refrigeration cycle is an object. And the electric power which generate | occur | produces in the said turbine generator (2) shall be used as a motive power source of the said electric compressor (11) at least.
前記の構成の場合、蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いられるので、タービン発電機（2）にはガス冷媒と液冷媒とが混在した二相冷媒が流入する場合がある。かかる場合、ガス冷媒を含むため噴射される冷媒が広範囲に拡散するが、前記タービン（3）によれば、前記衝突面（53）に入射する流体と該衝突面（53）から排出される流体とを可及的に遠ざけることができるため、衝突面（53）に入射する流体と衝突面（53）から排出される流体との干渉によるエネルギ損失を低減することができ、流体の速度エネルギをタービン（3）の回転動力に効率良く変換することができる。また、液冷媒については、タービン羽根車（5）の回転を妨げないようにケーシング（7）から速やかに排出する必要があるが、ケーシング（7）に設けられる流出部（73）をタービン羽根車（5）に対して厚み方向の排出側に位置させることによって、液冷媒をケーシング（7）から速やかに流出させることができる。さらに、タービン発電機（2）で発生した電力を電動圧縮機（11）の動力源として使用することによって、冷凍装置に外部から供給する電力量を低減することができる。 In the case of the above configuration, since it is used in a vapor compression refrigeration cycle, a two-phase refrigerant in which a gas refrigerant and a liquid refrigerant are mixed may flow into the turbine generator (2). In such a case, the injected refrigerant diffuses over a wide range because it contains gas refrigerant, but according to the turbine (3), the fluid incident on the collision surface (53) and the fluid discharged from the collision surface (53) Energy as a result of interference between the fluid incident on the collision surface (53) and the fluid discharged from the collision surface (53), and the velocity energy of the fluid can be reduced. It can be efficiently converted into the rotational power of the turbine (3). In addition, liquid refrigerant needs to be quickly discharged from the casing (7) so as not to disturb the rotation of the turbine impeller (5), but the outflow part (73) provided in the casing (7) is connected to the turbine impeller. By positioning it on the discharge side in the thickness direction with respect to (5), the liquid refrigerant can be quickly discharged from the casing (7). Furthermore, by using the electric power generated by the turbine generator (2) as a power source for the electric compressor (11), the amount of electric power supplied from the outside to the refrigeration apparatus can be reduced.
本発明によれば、タービン羽根車（5）の羽根部（52）の衝突面（53）を、回転方向の前方に凹むように曲げて形成し、該タービン羽根車の厚み方向の一端側から流体が入射して、該厚み方向の他端側から流体を排出するように構成することによって、前記衝突面（53）に入射する流体と該衝突面（53）から排出される流体とを可及的に遠ざけることができ、その結果、流体の速度エネルギをタービンの回転動力に効率良く変換することができる。 According to the present invention, the impingement surface (53 ) of the blade portion (52) of the turbine impeller (5) is formed by bending so as to be recessed forward in the rotational direction, and from one end side in the thickness direction of the turbine impeller. By configuring such that the fluid enters and the fluid is discharged from the other end side in the thickness direction, the fluid incident on the collision surface (53) and the fluid discharged from the collision surface (53) are allowed. As a result, the velocity energy of the fluid can be efficiently converted into the rotational power of the turbine.
つまり、タービン羽根車（5）とノズル（13）とを備えたタービンにおいて、タービン羽根車（5）の羽根部（52）の衝突面（53）を、回転方向の前方に凹むように曲げて形成し、該タービン羽根車（5）の厚み方向の一端側から流体が入射して、該厚み方向の他端側から流体を排出するように構成すると共に、ノズル（13）を前記タービン羽根車（5）の衝突面（53）に対して前記厚み方向の一端側に流体を噴射するように配設することによって、前記衝突面（53）に入射する流体と該衝突面（53）から排出される流体とを可及的に遠ざけることができ、その結果、流体の速度エネルギをタービンの回転動力に効率良く変換することができる。In other words, in a turbine equipped with a turbine impeller (5) and a nozzle (13), the collision surface (53) of the blade portion (52) of the turbine impeller (5) is bent so as to be recessed forward in the rotational direction. The turbine impeller (5) is configured so that fluid enters from one end side in the thickness direction of the turbine impeller (5) and is discharged from the other end side in the thickness direction. Disposing from the collision surface (53) with the fluid incident on the collision surface (53) by disposing the fluid to be ejected to one end side in the thickness direction with respect to the collision surface (53) of (5) The fluid velocity energy of the fluid can be efficiently converted into the rotational power of the turbine.
また、前記衝突面（53）の前記厚み方向の入射側の端縁を、該厚み方向の排出側の端縁よりも前記回転方向の後方に位置させることによって、衝突面（53）に入射する流体を確実に受け止めることができると共に、流体の圧損を低減することができ、その結果、流体の速度エネルギをタービンの回転動力に効率良く変換することができる。 Further , the incident surface edge in the thickness direction of the collision surface (53) is positioned behind the edge in the thickness direction on the discharge side to enter the collision surface (53). The fluid can be reliably received and the pressure loss of the fluid can be reduced. As a result, the velocity energy of the fluid can be efficiently converted into the rotational power of the turbine.
第２の発明によれば、前記衝突面（53）の頂部（56）を前記厚み方向の中央よりも該厚み方向の排出側に位置させることによって、衝突面（53）に入射する流体を確実に受け止めることができると共に、流体の圧損を低減することができ、その結果、流体の速度エネルギをタービンの回転動力に効率良く変換することができる。 According to the second invention, the top (56) of the collision surface (53) is positioned closer to the discharge side in the thickness direction than the center in the thickness direction, so that the fluid incident on the collision surface (53) can be reliably obtained. The pressure loss of the fluid can be reduced, and as a result, the velocity energy of the fluid can be efficiently converted into the rotational power of the turbine.
第３の発明によれば、前記衝突面（53）において、前記厚み方向の入射側の部分の曲率を該厚み方向の排出側の部分の曲率よりも小さくすることによって、流体の圧損を低減することができると共に、流体の速度エネルギのうち、回転方向前方への速度成分を可及的にタービンの回転動力に変換することができる。その結果、流体の速度エネルギをタービンの回転動力に効率良く変換することができる。 According to the third invention, the pressure loss of the fluid is reduced by making the curvature of the incident side portion in the thickness direction smaller than the curvature of the discharge side portion in the thickness direction on the collision surface (53). In addition, the velocity component forward in the rotational direction of the velocity energy of the fluid can be converted into the rotational power of the turbine as much as possible. As a result, the velocity energy of the fluid can be efficiently converted into the rotational power of the turbine.
第４の発明によれば、隣接する羽根部（52）の該厚み方向入射側の端縁間に設けられ、隣接する羽根部（52）の間の空間を該厚み方向の入射側へ開口しないように塞ぐ壁部（58）を設けることによって、衝突面（53）に入射した流体が、該厚み方向一方へ抜けていくことを防止することができる。その結果、流体の速度エネルギをタービンの回転動力に効率良く変換することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the space between the adjacent blade portions (52) on the thickness direction incident side is provided between the adjacent edges of the thickness direction, and the space between the adjacent blade portions (52) does not open to the thickness direction incident side. By providing the wall portion (58) that closes in this way, it is possible to prevent the fluid that has entered the collision surface (53) from escaping to one side in the thickness direction. As a result, Ru can be efficiently convert velocity energy of a fluid into rotational power of the turbine.
第５の発明によれば、タービン発電機において、第１の発明に係るタービン（3）を備えることによって、流体の速度エネルギを電力に効率良く変換することができる。それに加えて、ケーシング（7）における、前記タービン羽根車（5）の厚み方向の排出側に、流体の流出部（73）を設けることによって、タービン羽根車（5）から排出された流体をケーシング（7）の流出部（73）から流出させる構成を簡単することができる。 According to the fifth invention, in the turbine generator, by including the turbine (3) according to the first invention, the velocity energy of the fluid can be efficiently converted into electric power. In addition, by providing a fluid outflow part (73) on the discharge side in the thickness direction of the turbine impeller (5) in the casing (7), the fluid discharged from the turbine impeller (5) is casing. The configuration for flowing out from the outflow portion (73) of (7) can be simplified.
第６の発明によれば、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷凍装置であっても、前記衝突面（53）に入射する流体と該衝突面（53）から排出される流体とを可及的に遠ざけて、流体の速度エネルギをタービンの回転動力に効率良く変換することができると共に、タービン羽根車（5）から排出された流体をケーシング（7）の流出部（73）から速やかに流出させることができる。また、タービン発電機（2）で発生した電力を電動圧縮機（11）の動力源として使用することによって、冷凍装置の成績係数を向上させることができる。 According to the sixth invention, even in a refrigeration apparatus that performs a vapor compression refrigeration cycle, a fluid incident on the collision surface (53) and a fluid discharged from the collision surface (53) are made as much as possible. It is possible to efficiently convert the fluid velocity energy into the rotational power of the turbine at a distance, and quickly discharge the fluid discharged from the turbine impeller (5) from the outlet (73) of the casing (7). Can do. Moreover, the coefficient of performance of the refrigeration apparatus can be improved by using the electric power generated by the turbine generator (2) as a power source for the electric compressor (11).
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.
本発明の実施形態に係るタービン発電機（2）は、図３に示すように、冷凍装置（1）に設けられている。 As shown in FIG. 3, the turbine generator (2) according to the embodiment of the present invention is provided in the refrigeration apparatus (1).
冷凍装置（1）は、電動圧縮機（11）、放熱器（12）、タービン発電機（2）および蒸発器（14）が冷媒配管を介して順に接続された冷媒回路を備え、該冷媒回路を冷媒（例えば、二酸化炭素）が循環して、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行うように構成されている。 The refrigeration apparatus (1) includes a refrigerant circuit in which an electric compressor (11), a radiator (12), a turbine generator (2), and an evaporator (14) are sequentially connected via a refrigerant pipe. A refrigerant (for example, carbon dioxide) is circulated to perform a vapor compression refrigeration cycle.
タービン発電機（2）は、膨張弁（13）と共に設けられ、循環する冷媒から電力を回収するように構成されている。タービン発電機（2）は、図４に示すように、タービン（3）と、該タービン（3）と連結された発電部（6）と、該タービン（3）及び発電部（6）を収容するケーシング（7）とを備えている。 The turbine generator (2) is provided together with the expansion valve (13), and is configured to recover electric power from the circulating refrigerant. As shown in FIG. 4, the turbine generator (2) houses a turbine (3), a power generation unit (6) connected to the turbine (3), and the turbine (3) and the power generation unit (6). And a casing (7).
タービン（3）は、回転シャフト（4）と、該回転シャフト（4）に対して固定的に取り付けられて該回転シャフト（4）と一体的に回転するタービン羽根車（5）と、膨張弁（13）とで構成された、ペルトンタービンである。 The turbine (3) includes a rotating shaft (4), a turbine impeller (5) fixedly attached to the rotating shaft (4) and rotating integrally with the rotating shaft (4), and an expansion valve. (13) is a Pelton turbine.
膨張弁（13）は、ニードル弁（図示省略）によって冷媒の流量調整を行って冷媒を減圧する（膨張させる）ように構成されている。この膨張弁（13）は、冷媒回路においては膨張弁として機能する一方、タービン（3）においては冷媒の圧力エネルギを速度エネルギに変換して、該冷媒をタービン羽根車（5）に噴射するためのノズルとして機能する。よって、以下、膨張弁（13）をノズル（13）とも表現する。 The expansion valve (13) is configured so as to depressurize (expand) the refrigerant by adjusting the flow rate of the refrigerant by a needle valve (not shown). The expansion valve (13) functions as an expansion valve in the refrigerant circuit, and in the turbine (3), converts the pressure energy of the refrigerant into velocity energy and injects the refrigerant into the turbine impeller (5). It functions as a nozzle. Therefore, hereinafter, the expansion valve (13) is also expressed as a nozzle (13).
タービン羽根車（5）は、詳しくは後述するが、外周に複数の羽根部（52,52,…）が設けられた円盤状の羽根車本体（51）で構成されている。タービン羽根車（5）は、前記ノズル（13）から噴射する冷媒が羽根部（52,52,…）に衝突することで羽根車本体（51）の軸心（X）回りに回転する。この羽根車本体（51）には、互いの軸心（X）が一致する状態で回転シャフト（4）が取り付けられている。つまり、タービン羽根車（5）が回転すると、回転シャフト（4）も同様に回転する。尚、軸心（X）が回転軸を構成し、回転シャフト（4）が軸部材を構成する。 As will be described in detail later, the turbine impeller (5) includes a disk-shaped impeller body (51) having a plurality of blade portions (52, 52,...) Provided on the outer periphery. The turbine impeller (5) rotates around the axis (X) of the impeller body (51) when the refrigerant injected from the nozzle (13) collides with the blade portions (52, 52,...). A rotating shaft (4) is attached to the impeller body (51) in a state where the axes (X) coincide with each other. That is, when the turbine impeller (5) rotates, the rotating shaft (4) rotates in the same manner. The shaft center (X) constitutes a rotating shaft, and the rotating shaft (4) constitutes a shaft member.
こうして、タービン（3）は、ノズル（13）で冷媒の圧力エネルギを速度エネルギに変換して、該冷媒をタービン羽根車（5）に対して噴射することによってタービン羽根車（5）を回転させて、回転シャフト（4）を介して回転動力を出力する。 In this way, the turbine (3) rotates the turbine impeller (5) by converting the pressure energy of the refrigerant into velocity energy at the nozzle (13) and injecting the refrigerant to the turbine impeller (5). Rotational power is output via the rotating shaft (4).
ケーシング（7）は、円筒形状をしていて、その長手方向の異なる位置に２つの軸受（71,71）を備えている。回転シャフト（4）は、ケーシング（7）内において該ケーシング（7）の長手方向に延びるように配設され、該２つの軸受（71,71）で回転自在に支持されている。 The casing (7) has a cylindrical shape and includes two bearings (71, 71) at different positions in the longitudinal direction. The rotating shaft (4) is disposed in the casing (7) so as to extend in the longitudinal direction of the casing (7), and is rotatably supported by the two bearings (71, 71).
また、ケーシング（7）には、流入部（72）と流出部（73）とが設けられている。流入部（72）は、冷媒配管によって放熱器（12）に接続され、流出部（73）は、冷媒配管によって蒸発器（14）に接続されている。本実施形態では、流入部（72）が２つ設けられており（図３では１つだけ図示）、それぞれの流入部（72）には、ノズル（13）が設けられている。２つのノズル（13,13）は、タービン羽根車（5）における１８０度ずれた２つの羽根部（52,52）に向かって冷媒を噴射するように配設されている。流出部（73）は、ケーシング（7）の底部近傍に設けられており、タービン（3）よりも下方に位置している。 The casing (7) is provided with an inflow portion (72) and an outflow portion (73). The inflow part (72) is connected to the radiator (12) by the refrigerant pipe, and the outflow part (73) is connected to the evaporator (14) by the refrigerant pipe. In this embodiment, two inflow portions (72) are provided (only one is shown in FIG. 3), and each inflow portion (72) is provided with a nozzle (13). The two nozzles (13, 13) are arranged so as to inject the refrigerant toward the two blade portions (52, 52) shifted by 180 degrees in the turbine impeller (5). The outflow part (73) is provided in the bottom part vicinity of the casing (7), and is located below the turbine (3).
発電部（6）は、回転シャフト（4）に対して固定的に取り付けられて該回転シャフト（4）と一体的に回転するロータ（61）と、該ロータ（61）の外周側に設置されてケーシング（7）に固定された固定子（62）とを有し、ケーシング（7）内において２つの軸受（71,71）の間に配設されている。固定子（62）は、図示を省略するが、スロットが形成される固定子鉄心とスロットに配置される固定子コイルとを有する。発電部（6）は、回転シャフト（4）が回転することでロータ（61）が回転磁界を発生し、その回転磁界によって固定子鉄心の固定子コイルに誘起電圧が生じ電流が流れる。このように、発電部（6）は、タービン（3）から出力される回転動力を電力に変換して出力する。 The power generation section (6) is fixedly attached to the rotating shaft (4) and is installed on the outer peripheral side of the rotor (61) rotating integrally with the rotating shaft (4). And a stator (62) fixed to the casing (7), and is disposed between the two bearings (71, 71) in the casing (7). Although not shown, the stator (62) includes a stator core in which a slot is formed and a stator coil disposed in the slot. In the power generation unit (6), when the rotating shaft (4) rotates, the rotor (61) generates a rotating magnetic field, and an induced voltage is generated in the stator coil of the stator core by the rotating magnetic field, and current flows. As described above, the power generation unit (6) converts the rotational power output from the turbine (3) into electric power and outputs the electric power.
こうして発電した電力は、電動圧縮機（11）の動力源として利用される。つまり、冷媒の運動エネルギー（膨張エネルギー）が電動圧縮機（11）のために動力回収される。 The electric power thus generated is used as a power source for the electric compressor (11). That is, the kinetic energy (expansion energy) of the refrigerant is recovered for the electric compressor (11).
以下に、タービン羽根車（5）について詳しく説明する。 Hereinafter, the turbine impeller (5) will be described in detail.
本実施形態に係るタービン羽根車（5）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。具体的には、タービン羽根車（5）は、図１，２に示すように、円盤状の羽根車本体（51）を備えている。そして、羽根車本体（51）の外周面には、複数の羽根部（52,52,…）が周方向に間隔を開けて形成されている。 The turbine impeller (5) according to the present embodiment is much smaller than that used for hydroelectric power generation or the like. Specifically, the turbine impeller (5) includes a disc-shaped impeller body (51) as shown in FIGS. A plurality of blade portions (52, 52,...) Are formed on the outer peripheral surface of the impeller body (51) at intervals in the circumferential direction.
各羽根部（52）は、羽根車本体（51）の外周において半径方向に立設されている。さらに詳しくは、羽根部（52）は、羽根車本体（51）の軸心（X）回りの周方向一方、即ち、回転方向後方に開口し且つ周方向他方、即ち、回転方向前方に凹むように曲がって形成された略Ｕ字形状の衝突面（53）と、該衝突面（53）と対向し且つ回転方向に対して概略直交する背面（57）とを有している。 Each blade part (52) is erected in the radial direction on the outer periphery of the impeller body (51). More specifically, the blade portion (52) opens in the circumferential direction around the axis (X) of the impeller body (51), that is, opens backward in the rotational direction, and dents in the other circumferential direction, that is, forward in the rotational direction. And a substantially U-shaped collision surface (53) formed in a bent shape, and a back surface (57) facing the collision surface (53) and substantially orthogonal to the rotation direction.
衝突面（53）の形状について、さらに詳しく説明すると、回転方向前方へ最も凹んだ頂部（56）が羽根車本体（51）の厚み方向の中央よりも該厚み方向他端側に位置するように構成されている。そして、衝突面（53）は、該頂部（56）よりも該厚み方向一端側に位置し、冷媒が入射する入射面（54）と、該頂部（56）よりも該厚み方向他端側に位置し、冷媒を排出する排出面（55）とを有している。 The shape of the collision surface (53) will be described in more detail. The top portion (56) that is most recessed forward in the rotational direction is positioned on the other end in the thickness direction from the center in the thickness direction of the impeller body (51). It is configured. The collision surface (53) is positioned on one end side in the thickness direction from the top portion (56), and the incident surface (54) on which the refrigerant enters and on the other end side in the thickness direction from the top portion (56). And a discharge surface (55) for discharging the refrigerant.
これら入射面（54）及び排出面（55）は共に、円弧状に湾曲している（即ち、円筒の内周面の一部となっている）。また、入射面（54）及び排出面（55）は共に、中心角が９０度となる、１／４円周面となっている。ただし、入射面（54）の曲率の方が排出面（55）の曲率よりも小さく、即ち、入射面（54）の曲率半径の方が排出面（55）の曲率半径よりも大きくなっている。そして、入射面（54）と排出面（55）とは、頂部（56）において、互いの接線方向が羽根車本体（51）の厚み方向と一致した状態で連続的に繋がっている。尚、入射面（54）及び排出面（55）は、１／４円周面であるため、開口端縁（即ち、回転方向後側端縁）における接線が羽根車本体（51）の円形側面と平行になっている。 Both the incident surface (54) and the discharge surface (55) are curved in an arc shape (that is, a part of the inner peripheral surface of the cylinder). Further, both the incident surface (54) and the discharge surface (55) are ¼ circumferential surfaces having a central angle of 90 degrees. However, the curvature of the incident surface (54) is smaller than the curvature of the discharge surface (55), that is, the curvature radius of the incident surface (54) is larger than the curvature radius of the discharge surface (55). . The incident surface (54) and the discharge surface (55) are continuously connected at the top (56) in a state where the tangential direction of each other coincides with the thickness direction of the impeller body (51). Since the entrance surface (54) and the discharge surface (55) are ¼ circumferential surfaces, the tangent at the opening edge (that is, the rear edge in the rotational direction) is the circular side surface of the impeller body (51). It is parallel to.
また、入射面（54）の開口端縁の方が、排出面（55）の開口端縁よりも、該回転方向後方に位置する。すなわち、入射面（54）の方が排出面（55）よりも回転方向後方に延びている。 Further, the opening edge of the incident surface (54) is positioned behind the opening edge of the discharge surface (55) in the rotational direction. That is, the incident surface (54) extends rearward in the rotational direction from the discharge surface (55).
さらに、隣接する羽根部（52,52）の間には、一方の羽根部（52）の入射面（54）の開口端縁を、他方の羽根部（52）の背面（57）と接合する壁部（58）が設けられている。この壁部（58）は、隣接する羽根部（52,52）の間の空間が該厚み方向一方へ開口しないように塞いでいる。 Further, between the adjacent blade portions (52, 52), the opening edge of the incident surface (54) of one blade portion (52) is joined to the back surface (57) of the other blade portion (52). A wall (58) is provided. The wall portion (58) closes the space between the adjacent blade portions (52, 52) so as not to open in the thickness direction.
一方、隣接する羽根部（52,52）において、一方の羽根部（52）の排出面（55）の開口端縁と、他方の羽根部（52）の背面（57）との間には、それらを接合する壁部は設けられていない。つまり、隣接する羽根部（52,52）の間の空間は、厚み方向他方へ開口している。 On the other hand, in the adjacent blade part (52, 52), between the opening edge of the discharge surface (55) of one blade part (52) and the back surface (57) of the other blade part (52), The wall part which joins them is not provided. That is, the space between adjacent blade portions (52, 52) is open to the other side in the thickness direction.
このように、タービン羽根車（5）において、隣接する２つの羽根部（52,52）の間の空間は、厚み方向他端側の円形平面に開口している一方、厚み方向一端側の円形平面には開口していない。 As described above, in the turbine impeller (5), the space between the two adjacent blade portions (52, 52) is open to the circular plane on the other end side in the thickness direction, while the circular shape on the one end side in the thickness direction. There is no opening in the plane.
尚、頂部（56）は衝突面（53）を横断する線分となるが、この線分が羽根車本体（51）の半径方向に延びるように、羽根部（52）が形成されている。すなわち、衝突面（53）は、頂部（56）を通る半径と平行に形成されている。また、背面（57）も同様に、頂部（56）を通る半径と平行に形成されている。 In addition, although the top part (56) becomes a line segment which crosses the collision surface (53), the blade part (52) is formed so that this line segment extends in the radial direction of the impeller body (51). That is, the collision surface (53) is formed in parallel with the radius passing through the top (56). Similarly, the back surface (57) is formed in parallel with the radius passing through the top (56).
また、隣接する２つの羽根部（52,52）の間には、一方の羽根部（52）の衝突面（53）と他方の羽根部（52）の背面（57）とを繋ぐ、概略鱗形状の平面（59）が形成されている。この平面（59）は、一方の羽根部（52）の衝突面（53）の頂部（56）を通る半径に対して直交している。 In addition, between the two adjacent wings (52, 52), a rough scale connecting the collision surface (53) of one wing (52) and the back (57) of the other wing (52). A flat surface (59) is formed. This plane (59) is orthogonal to the radius passing through the top (56) of the impingement surface (53) of one blade (52).
このように構成された羽根部（52）に対して、前記ノズル（13）は、タービン羽根車（5）の回転方向前方に向かって冷媒を噴射し、噴射される冷媒が羽根部（52）の入射面（54）に当たるように配設されている。詳しくは、ノズル（13）の軸心は、また、ノズル（4）の軸心は、羽根車本体（51）の軸心（X）に直交する平面と平行であって、羽根車本体（51）の厚み方向において羽根車本体（51）の厚み方向中央よりも入射面（54）側にオフセットされていると共に、羽根車本体（51）の外周面に対する接線を半径方向内方にオフセットさせた状態となっている。こうすることで、ノズル（13）から噴射された冷媒は、羽根部（52）の入射面（54）に入射する。尚、本実施形態では、タービン羽根車（5）における１８０度ずれた２つの羽根部（52,52）の入射面（54,54）に冷媒が噴射されるようになっている。 With respect to the blade portion (52) configured as described above, the nozzle (13) injects refrigerant toward the front in the rotational direction of the turbine impeller (5), and the injected refrigerant is the blade portion (52). It is arrange | positioned so that it may contact on the entrance plane (54). Specifically, the axis of the nozzle (13) and the axis of the nozzle (4) are parallel to a plane orthogonal to the axis (X) of the impeller body (51), and the impeller body (51 ) In the thickness direction of the impeller body (51) is offset to the incident surface (54) side than the center of the impeller body (51) in the thickness direction, and the tangent to the outer peripheral surface of the impeller body (51) is offset radially inward. It is in a state. By doing so, the refrigerant injected from the nozzle (13) is incident on the incident surface (54) of the blade part (52). In the present embodiment, the refrigerant is jetted onto the incident surfaces (54, 54) of the two blade portions (52, 52) shifted by 180 degrees in the turbine impeller (5).
以上のように構成されたタービン発電機（2）の動作について説明する。 The operation of the turbine generator (2) configured as described above will be described.
冷媒回路を循環して放熱器（12）で放熱した冷媒は、ノズル（13）を介してケーシング（7）に流入する。この冷媒は、ノズル（13）を流通する際に減圧される（膨張する）。このノズル（13）で減圧された冷媒は、タービン羽根車（5）の外周に配設された羽根部（52,52,…）の衝突面（53,53,…）に向かって噴射される。噴射された冷媒は、衝突面（53）の入射面（54）に入射し、該入射面（54）及び排出面（55）に沿って流れ、排出面（55）から、タービン羽根車（5）の厚み方向他方、即ち、下方へ排出される。こうして、冷媒が衝突面（53）に沿って流れる際の衝撃によって、タービン羽根車（5）が軸心（X）回りに回転する。タービン羽根車（5）が回転すると、該タービン羽根車（5）と一体的に回転シャフト（4）が回転し、さらには、回転シャフト（4）に固定されたロータ（61）が回転する。ロータ（61）が回転すると、回転磁界が発生し、固定子（62）の固定子コイルに誘導電圧が生じる。こうして、タービン発電機（2）は電力を発生する。尚、排出面（55）から排出された冷媒は、ケーシング（7）の流出部（73）からケーシング（7）外へ流出して蒸発器（14）へ流れていく。 The refrigerant circulated through the refrigerant circuit and radiated by the radiator (12) flows into the casing (7) through the nozzle (13). This refrigerant is decompressed (expands) when it flows through the nozzle (13). The refrigerant decompressed by the nozzle (13) is injected toward the collision surface (53, 53, ...) of the blade part (52, 52, ...) disposed on the outer periphery of the turbine impeller (5). . The injected refrigerant enters the incident surface (54) of the collision surface (53), flows along the incident surface (54) and the discharge surface (55), and from the discharge surface (55), the turbine impeller (5 ) In the other thickness direction, that is, discharged downward. Thus, the turbine impeller (5) rotates about the axis (X) due to an impact when the refrigerant flows along the collision surface (53). When the turbine impeller (5) rotates, the rotating shaft (4) rotates integrally with the turbine impeller (5), and further, the rotor (61) fixed to the rotating shaft (4) rotates. When the rotor (61) rotates, a rotating magnetic field is generated, and an induced voltage is generated in the stator coil of the stator (62). Thus, the turbine generator (2) generates electric power. In addition, the refrigerant | coolant discharged | emitted from the discharge surface (55) flows out out of the casing (7) from the outflow part (73) of a casing (7), and flows into an evaporator (14).
ここで、羽根部（52）においては、タービン羽根車（5）の厚み方向において衝突面（53）が１つだけ設けられている。そして、該衝突面（53）に対して厚み方向一端部から冷媒を入射させ、衝突面（53）の厚み方向他端部から冷媒を排出している。こうすることによって、流体を衝突面における厚み方向中央部に入射させて、該中央部で分流させて、該厚み方向両端部から排出する構成と比較して、衝突面（53）に入射する冷媒と衝突面（53）から排出される冷媒とを、タービン羽根車（5）の厚み方向に遠ざけることができる。その結果、衝突面（53）に入射する冷媒と衝突面（53）から排出される冷媒との干渉によるエネルギ損失を低減することができ、流体の速度エネルギをタービン（3）の回転動力に効率良く変換することができる。さらに、タービン発電機（2）としては、効率良く発電することができる。 Here, in the blade part (52), only one collision surface (53) is provided in the thickness direction of the turbine impeller (5). Then, the refrigerant is incident on the collision surface (53) from one end in the thickness direction, and the refrigerant is discharged from the other end in the thickness direction of the collision surface (53). By doing so, the refrigerant is incident on the collision surface (53) as compared with the configuration in which the fluid is incident on the central portion in the thickness direction on the collision surface, is divided at the central portion, and is discharged from both ends in the thickness direction. And the refrigerant discharged from the collision surface (53) can be moved away in the thickness direction of the turbine impeller (5). As a result, energy loss due to interference between the refrigerant incident on the collision surface (53) and the refrigerant discharged from the collision surface (53) can be reduced, and the velocity energy of the fluid is efficiently used for the rotational power of the turbine (3). It can be converted well. Furthermore, the turbine generator (2) can generate power efficiently.
また、衝突面（53）の頂部（56）をタービン羽根車（5）の厚み方向中央よりも該厚み方向他方、即ち、排出側へオフセットすることによって、入射面（54）を排出面（55）よりも拡大することができる。さらに、入射面（54）の開口端縁を排出面（55）の開口端縁よりも回転方向後方へ延ばすことによって、入射面（54）を排出面（55）よりも拡大することができる。 Further, the incident surface (54) is offset from the center in the thickness direction of the turbine impeller (5) to the other side in the thickness direction, that is, the discharge side by offsetting the top (56) of the collision surface (53). ) Can be expanded. Furthermore, the incident surface (54) can be made larger than the discharge surface (55) by extending the opening edge of the incident surface (54) more backward in the rotational direction than the opening edge of the discharge surface (55).
こうして、入射面（54）を大きくすることによって、ノズル（13）から噴射されて拡散する冷媒を確実に受け止めて、冷媒の速度エネルギをタービン羽根車（5）の回転動力として回収することができる。 Thus, by enlarging the incident surface (54), it is possible to reliably receive the refrigerant that is injected and diffused from the nozzle (13), and recover the speed energy of the refrigerant as the rotational power of the turbine impeller (5). .
また、入射面（54）を大きくすることによって、冷媒の圧損を低減することができる。つまり、入射面（54）は、タービン羽根車（5）に対して概略回転方向に入射してきた冷媒を厚み方向へ導く機能を有する。そして、入射面（54）を大きくすることによって、冷媒の流れを緩やかに変化させることができる。仮に、入射面（54）が冷媒の流れを急激に変化させるように構成されていたとすると、冷媒の流れを変化させる際に大きな圧損が発生する。つまり、冷媒の流れを緩やかに変化させることによって、冷媒の圧損を低減することができる。 Moreover, the pressure loss of a refrigerant | coolant can be reduced by enlarging an entrance plane (54). That is, the incident surface (54) has a function of guiding the refrigerant that has entered the turbine impeller (5) in the direction of rotation in the thickness direction. And the flow of a refrigerant | coolant can be gently changed by enlarging an entrance plane (54). If the incident surface (54) is configured to change the refrigerant flow abruptly, a large pressure loss occurs when the refrigerant flow is changed. That is, the pressure loss of the refrigerant can be reduced by gently changing the refrigerant flow.
さらに、入射面（54）の曲率の方が排出面（55）よりも曲率が小さくなっているため、この点においても、冷媒の流れを緩やかに変化させることができ、冷媒の圧損を低減することができる。 Furthermore, since the curvature of the incident surface (54) is smaller than the curvature of the discharge surface (55), the flow of the refrigerant can be gradually changed also in this respect, and the pressure loss of the refrigerant is reduced. be able to.
また、排出面（55）の曲率を入射面（54）の曲率よりも大きくすることによって、排出面（55）の面積が入射面（54）の面積よりも小さい構成であっても、排出される冷媒の、羽根部（52）に対する相対的な排出方向を、回転方向後方、即ち、冷媒の入射方向と反対向きにできる限り向けることができる。その結果、冷媒の速度エネルギの回転方向成分を可及的に、タービン羽根車（5）の回転動力に変換することができる。 Further, by making the curvature of the discharge surface (55) larger than the curvature of the incident surface (54), the discharge surface (55) is discharged even if the area of the discharge surface (55) is smaller than the area of the incident surface (54). The relative discharge direction of the refrigerant with respect to the blade part (52) can be directed as much as possible in the rearward direction of the rotation, that is, in the direction opposite to the incident direction of the refrigerant. As a result, the rotational direction component of the speed energy of the refrigerant can be converted into the rotational power of the turbine impeller (5) as much as possible.
さらにまた、隣接する羽根部（52,52）間のタービン羽根車（5）の厚み方向一端に壁部（58）を設けることによって、隣接する羽根部（52,52）の空間が該厚み方向一方、即ち、入射側に開口しないように構成するこができる。つまり、入射面（54）に入射した冷媒が厚み方向一方へ逸れ難くなり、衝突面（53）に入射した冷媒のほとんどを該衝突面（53）に沿って流れさせ、排出面（55）から排出することができるため、タービン羽根車（5）の回転動力の発生に寄与しない冷媒の量を低減することができる。 Furthermore, by providing a wall portion (58) at one end in the thickness direction of the turbine impeller (5) between the adjacent blade portions (52, 52), the space between the adjacent blade portions (52, 52) is in the thickness direction. On the other hand, it can be configured not to open to the incident side. That is, the refrigerant that has entered the incident surface (54) is less likely to be displaced in one direction in the thickness direction, and most of the refrigerant that has entered the collision surface (53) flows along the collision surface (53), and from the discharge surface (55). Since it can discharge | emit, the quantity of the refrigerant | coolant which does not contribute to generation | occurrence | production of the rotational power of a turbine impeller (5) can be reduced.
また、タービン発電機（2）において、厚み方向他方、即ち、排出側がケーシング（7）の流出部（73）の方を向くようにタービン羽根車（5）を配設する（即ち、タービン羽根車（5）を流出部（73）よりも上方に配置すると共に、入射面（54）が上方に、排出面（55）が下方に位置する姿勢で配置する）ことによって、タービン羽根車（5）から排出された冷媒を、ケーシング（7）の流出部（73）からスムーズに排出することができる。さらに、タービン羽根車（5）から流出部（73）まで冷媒を導くための複雑な機構が必要ないため、構成を簡単にすることができる。 In the turbine generator (2), the turbine impeller (5) is disposed so that the other in the thickness direction, that is, the discharge side faces the outflow part (73) of the casing (7) (that is, the turbine impeller). (5) is arranged above the outflow part (73), and is arranged in such a posture that the incident surface (54) is located above and the discharge surface (55) is located below), thereby providing a turbine impeller (5) Can be smoothly discharged from the outflow part (73) of the casing (7). Furthermore, since a complicated mechanism for guiding the refrigerant from the turbine impeller (5) to the outflow part (73) is not necessary, the configuration can be simplified.
《その他の実施形態》
本発明は、前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
<< Other Embodiments >>
The present invention may be configured as follows with respect to the embodiment.
すなわち、前記実施形態では、円盤状の羽根車本体（51）を切削加工して羽根部（52,52,…）を形成しているが、これに限られるものではない。例えば、図５に示すように、タービン羽根車（205）は、羽根車本体（251）と、リム（250）と、羽根部としてのバケット（252）とから成っている。リム（250）は、羽根車本体（251）の外周面から放射状に延びるように複数形成されている。バケット（252）は、各リム（250）の先端に形成されている。バケット（252）は、羽根車本体（251）の回転方向後方に開口するように椀状に形成されている。このバケット（252）の椀状内面は、ノズル（13）から噴射した冷媒が衝突する衝突面（253）を構成している。なお、羽根車本体（251）の中心には、回転シャフト（4）用の軸孔が形成されている。本実施形態では、タービン羽根車（205）における１８０度ずれた２つのバケット（252）に冷媒が噴射されるようになっている。 That is, in the embodiment, the disk-shaped impeller body (51) is cut to form the blade portions (52, 52,...), But is not limited thereto. For example, as shown in FIG. 5, the turbine impeller (205) includes an impeller body (251), a rim (250), and a bucket (252) as a blade portion. A plurality of rims (250) are formed so as to extend radially from the outer peripheral surface of the impeller body (251). The bucket (252) is formed at the tip of each rim (250). The bucket (252) is formed in a bowl shape so as to open rearward in the rotation direction of the impeller body (251). The bowl-shaped inner surface of the bucket (252) constitutes a collision surface (253) on which the refrigerant injected from the nozzle (13) collides. A shaft hole for the rotating shaft (4) is formed at the center of the impeller body (251). In the present embodiment, the refrigerant is injected into two buckets (252) shifted by 180 degrees in the turbine impeller (205).
バケット（252）の衝突面（253）は、図６に示すように、回転方向前方へ最も凹んだ頂部（256）に対して、羽根車本体（251）の厚み方向一方に位置し、冷媒が入射する入射面（254）と、該厚み方向他方に位置し、冷媒を排出する排出面（255）とを有している。この頂部（256）は、羽根車本体（251）の厚み方向の中央よりも該厚み方向他方に位置する。 As shown in FIG. 6, the impact surface (253) of the bucket (252) is located on one side in the thickness direction of the impeller body (251) with respect to the top (256) that is most recessed forward in the rotational direction, It has an incident surface (254) for incidence, and a discharge surface (255) for discharging the refrigerant located on the other side in the thickness direction. The top portion (256) is located on the other side in the thickness direction from the center in the thickness direction of the impeller body (251).
これら入射面（254）及び排出面（255）は共に、円弧状に湾曲している（即ち、円筒の内周面の一部となっている）。また、入射面（254）及び排出面（255）は共に、中心角が９０度となる、１／４円周面となっている。ただし、入射面（254）の曲率の方が排出面（255）の曲率よりも小さく、即ち、入射面（254）の曲率半径の方が排出面（255）の曲率半径よりも大きくなっている。そして、入射面（254）と排出面（255）とは、頂部（256）において、互いの接線方向が羽根車本体（251）の厚み方向と一致した状態で連続的に繋がっている。尚、入射面（254）及び排出面（255）は、１／４円周面であるため、開口端縁（2即ち、回転方向後側端縁）における接線が羽根車本体（251）の円形側面と平行になっている。 Both the incident surface (254) and the discharge surface (255) are curved in an arc shape (that is, a part of the inner peripheral surface of the cylinder). Further, both the incident surface (254) and the discharge surface (255) are ¼ circumferential surfaces with a central angle of 90 degrees. However, the curvature of the incident surface (254) is smaller than the curvature of the discharge surface (255), that is, the curvature radius of the incident surface (254) is larger than the curvature radius of the discharge surface (255). . The incident surface (254) and the discharge surface (255) are continuously connected at the top (256) in a state where the tangential direction of each other coincides with the thickness direction of the impeller body (251). Since the incident surface (254) and the discharge surface (255) are ¼ circumferential surfaces, the tangent at the opening edge (ie, the rear edge in the rotational direction) is the circular shape of the impeller body (251). It is parallel to the side.
また、入射面（254）の開口端縁の方が、排出面（255）の開口端縁よりも、該回転方向後方に位置する。すなわち、入射面（254）の方が排出面（255）よりも回転方向後方に延びている。 Further, the opening edge of the incident surface (254) is positioned behind the opening edge of the discharge surface (255) in the rotational direction. That is, the incident surface (254) extends rearward in the rotational direction from the discharge surface (255).
このように構成されたバケット（252）に対して、前記ノズル（13）は、噴射される冷媒が入射面（254）に当たるように配設されている。詳しくは、ノズル（13）の軸心は、図６に示すように、羽根車本体（251）の厚み方向において、該厚み方向と直交し且つ、羽根車本体（251）の厚み方向中央よりも該厚み方向一方にオフセットされている。また、ノズル（13）の軸心は、図５に示すように、羽根車本体（251）の軸心（X）に直交する平面内において、羽根車本体（251）の外周面上の所定の点における接線（詳しくは、回転軸回りの外周円の接線）を半径方向内方に平行移動させた直線と一致している。こうすることで、ノズル（13）から噴射された冷媒は、バケット（252）の入射面（254）に入射する。そして、バケット（252）の衝突面（253）に衝突した冷媒の運動エネルギーがバケット（252）に吸収され、タービン羽根車（205）が回転する。 With respect to the bucket (252) configured as described above, the nozzle (13) is disposed so that the refrigerant to be injected strikes the incident surface (254). Specifically, as shown in FIG. 6, the axis of the nozzle (13) is perpendicular to the thickness direction in the thickness direction of the impeller body (251) and more than the center in the thickness direction of the impeller body (251). It is offset to one side in the thickness direction. Further, as shown in FIG. 5, the axis of the nozzle (13) has a predetermined axis on the outer peripheral surface of the impeller body (251) in a plane perpendicular to the axis (X) of the impeller body (251). This coincides with a straight line obtained by translating the tangent at the point (specifically, the tangent of the outer circumference around the rotation axis) radially inward. By doing so, the refrigerant injected from the nozzle (13) enters the incident surface (254) of the bucket (252). And the kinetic energy of the refrigerant | coolant which collided with the collision surface (253) of the bucket (252) is absorbed by the bucket (252), and a turbine impeller (205) rotates.
尚、前記実施形態では、羽根部（52）又はバケット（252）の衝突面（53,253）は、入射面（54,254）が排出面（55,255）よりも、面積が拡大されていたり、曲率が小さく設定されていたりするが、これに限られるものではない。例えば、入射面（54,254）と排出面（55,255）とが、タービン羽根車（5,205）の厚み方向において対称な形状に構成されていてもよい。 In the above embodiment, the impingement surface (53,253) of the blade portion (52) or bucket (252) is set such that the incident surface (54,254) has a larger area or a smaller curvature than the discharge surface (55,255). However, it is not limited to this. For example, the incident surface (54,254) and the discharge surface (55,255) may be configured to be symmetrical in the thickness direction of the turbine impeller (5,205).
以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 The above embodiments are essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present invention, its application, or its use.
以上説明したように、本発明は、周方向に配列された複数の羽根部を備えたタービン羽根車、並びに、それを備えたタービン及びタービン発電機について有用である。 As described above, the present invention is useful for a turbine impeller having a plurality of blade portions arranged in the circumferential direction, and a turbine and a turbine generator having the turbine impeller.
X 回転軸
1 冷凍装置
11 電動圧縮機
13 ノズル
2 タービン発電機
3 タービン
4 回転シャフト（軸部材）
5,205 タービン羽根車
52 羽根部
252 バケット（羽根部）
53,253 衝突面
56,256 頂部
58 壁部
6 発電部
7 ケーシング
73 流出部
X rotation axis
1 Refrigeration equipment
11 Electric compressor
13 nozzles
2 Turbine generator
3 Turbine
4 Rotating shaft (shaft member)
5,205 Turbine impeller
52 feathers
252 bucket
53,253 Colliding surface
56,256 Top
58 Wall
6 Power generation unit
7 Casing
73 Outflow
Claims (6)
前記タービン羽根車（5）の各羽根部（52）は、流体が衝突する衝突面（53）を１つだけ有しており、
前記衝突面（53）は、前記タービン羽根車（5）の回転方向の前方に凹むように曲がって形成され、前記タービン羽根車（5）の厚み方向の一端側から流体が入射し、前記タービン羽根車（5）の厚み方向の他端側から流体を排出するように構成されるとともに、
前記衝突面（53）は、前記タービン羽根車（5）の厚み方向の入射側の端縁が、該タービン羽根車（5）の厚み方向の排出側の端縁よりも前記回転方向の後方に位置し、
前記ノズル（13）は、前記タービン羽根車（5）の衝突面（53）に対して前記タービン羽根車（5）の厚み方向の一端側に流体を噴射するように配設され、
前記ノズル（13）の軸心は、前記タービン羽根車（5）の回転軸に直交する平面と平行であって且つ前記タービン羽根車（5）の厚み方向の中央よりも一端側に位置していることを特徴とするタービン。 A turbine comprising a turbine impeller (5) having a plurality of blade portions (52) arranged in a circumferential direction of a predetermined rotation axis (X), and a nozzle (13) for injecting fluid,
Each blade portion (52) of the turbine impeller (5) has only one collision surface (53) with which the fluid collides,
The collision surface (53) is formed to be bent so as to be recessed forward in the rotational direction of the turbine impeller (5), and fluid is incident from one end side in the thickness direction of the turbine impeller (5). While configured to discharge fluid from the other end side in the thickness direction of the impeller (5),
In the collision surface (53), the edge on the incident side in the thickness direction of the turbine impeller (5) is more rearward in the rotational direction than the edge on the discharge side in the thickness direction of the turbine impeller (5). Position to,
The nozzle (13) is arranged to inject fluid to one end side in the thickness direction of the turbine impeller (5) with respect to the collision surface (53) of the turbine impeller (5) ,
An axis of the nozzle (13) is parallel to a plane orthogonal to the rotation axis of the turbine impeller (5) and is located at one end side from the center in the thickness direction of the turbine impeller (5). Turbine characterized by being.
前記衝突面（53）は、前記回転方向の前方へ最も凹んだ頂部（56）が、前記タービン羽根車（5）の厚み方向の中央よりも該厚み方向の排出側に位置することを特徴とするタービン。 Oite to claim 1,
The collision surface (53) is characterized in that a top portion (56) that is most recessed forward in the rotational direction is located on the discharge side in the thickness direction from the center in the thickness direction of the turbine impeller (5). Turbine .
前記衝突面（53）は、前記タービン羽根車（5）の厚み方向の入射側の部分の曲率が、該厚み方向の排出側の部分の曲率よりも小さいことを特徴とするタービン。 In claim 2 ,
Turbine said impact surface (53), the curvature of the incidence-side portion in the thickness direction of the turbine impeller (5), characterized in that less than the curvature of the discharge side portion of the thick viewed direction.
隣接する前記羽根部（52）の前記タービン羽根車（5）の厚み方向の入射側の端縁間に設けられ、隣接する該羽根部（52）の間の空間を該厚み方向の入射側へ開口しないように塞ぐ壁部（58）をさらに備えていることを特徴とするタービン。 In any one of Claims 1 thru | or 3 ,
It is provided between the edges on the incident side in the thickness direction of the turbine impeller (5) of the adjacent blade portions (52), and the space between the adjacent blade portions (52) to the incident side in the thickness direction The turbine further comprising a wall portion (58) that is closed so as not to open.
前記タービン羽根車（5）の回転軸（X）に沿って延びる軸部材（4）を介して該タービン羽根車（5）と連結され、該タービン羽根車（5）の回転によって発電する発電部（6）と、
前記タービン（3）及び前記発電部（6）を収容するケーシング（7）とを備えたタービン発電機であって、
前記ケーシング（7）には、前記タービン羽根車（5）の厚み方向の排出側に、流体の流出部（73）が設けられていることを特徴とするタービン発電機。 A turbine (3) according to claim 1 ,
A power generation unit connected to the turbine impeller (5) via a shaft member (4) extending along the rotation axis (X) of the turbine impeller (5) and generating electric power by the rotation of the turbine impeller (5) (6) and
A turbine generator comprising the turbine (3) and a casing (7) for accommodating the power generation unit (6),
The turbine generator according to claim 1, wherein a fluid outflow portion (73) is provided in the casing (7) on a discharge side in a thickness direction of the turbine impeller (5).
前記タービン発電機（2）で発生する電力が少なくとも前記電動圧縮機（11）の動力源として使用されることを特徴とする冷凍装置。 An electric compressor (11), a radiator (12), a turbine generator (2) according to claim 5 , and an evaporator (14) are connected by refrigerant piping to perform a vapor compression refrigeration cycle. A refrigeration apparatus comprising a circuit,
The refrigeration apparatus characterized in that the electric power generated by the turbine generator (2) is used as a power source of at least the electric compressor (11).
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