JPH02252901A

JPH02252901A - スクリュー膨張機の給油装置

Info

Publication number: JPH02252901A
Application number: JP30332489A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Takeishi; 雅之武石; Yukihiro Kojima; 幸裕小島
Original assignee: Hisaka Works Ltd
Current assignee: Hisaka Works Ltd
Priority date: 1989-11-24
Filing date: 1989-11-24
Publication date: 1990-10-11
Also published as: JPH0329961B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は、流体機械におけるスクリュー膨張機、特にス
クリュー膨張機に対する給油技術に関するものである。

［従来の技術１スクリュー型の流体（ガス）機械を圧縮機として使用す
ることが、以前から行われており、したがってこれに関
する給油方法は数多く提案されているが、上記機械を膨
張機として使用した場合は少なく、その際の給油手段に
ついては、必ずしも明らかにされていない。

文献によれば、スクリュー型圧縮機は膨張機としても使
用することができるとあって、たとえば噴射式油冷スク
リュー型圧縮機の具体的構成の説明がなされているが、
当該装置においてケーシング内に冷却した多量の潤滑油
を噴射して、圧縮気体の直接冷却、ケーシング、ロータ
およびロータ相互間の潤滑ならびに各部のシール作用を
行うようにした給油技術は、すべて気体圧縮の効率を高
めるための手段であって膨張機の出力を増加させるため
の給油方法としては必ずしも適切なものとはいえなかっ
た。

また、蒸発器内で発生させた蒸気それ自体を、第２の熱
交換器内でスーパーヒートさせた後タービンに供給し、
原動機の熱効率を向上させるとか出力を増加させる方法
も本出願前にあるが、装置が大型化し高価となる欠点が
あった。

［発明が解決しようとする課題１そこで本発明は、スクリュー型の流体機械を膨張機とし
て使用する場合に、工場から排出される温排水等の低温
度の熱源によってフロン等の作動流体を蒸発させ、この
蒸気を用いて排熱回収を行う時、当該蒸気を膨張機に導
入する直前または流入・通過中にスーパーヒートさせる
ことにより、排熱回収装置を大型化することなく動力回
収量をより増加させることを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］本発明給油装置は、上述の目的を達成するために、以下
に述べるとおりの各構成要件を具備するものである。

（１）吸入室および吐出室を有するシリンダと、シリン
ダ内に回転自在に収納したスクリュー状の雄ロータおよ
び雌ロータとからなるスクリュー膨張機と、前記スクリ
ュー膨張機に供給する作動流体を排熱によって蒸発させ
るための蒸発器と、スクリュー膨張機に供給する潤滑油
を作動流体の蒸、、＊温度より高温に加熱するための加
熱パイプと、スクリュー膨張機から排出された気・液混
合流体を、それぞれに分離する手段と、分離した作動蒸
気を凝縮・液化させるための凝縮器と、上記作動流体お
よび潤滑油を、それぞれ循環させるための２つのポンプ
とによって構成し、スクリュー膨張機に供給する蒸気と
前記蒸気温度より高温に加熱した潤滑油とをスクリュー
膨張機の吸入室内において直接接触させ流通蒸気をスー
パーヒートすることにより、動力回収量を増加させたこ
とを特徴とするスクリュー膨張機の給油装置。

［作用］本件発明に係る給油装置を備えたスクリュ−５張機によ
って発電を行うには熱源となる、たとえば温排水を熱交
換器Ｓ１の蒸発器２および加熱パイプ３に供給すると同
時に、熱交換器Ｓ２内の凝。

縮器８に冷却水を供給する。この状態でポンプ（Ｐｌ）
、（Ｐ２）を駆動させ、フロンおよび潤滑油を循環させ
る。

するとポンプ（Ｐｌ）から吐出され蒸発器２に送られた
液体状のフロンは、蒸発器２内で温排水によって加熱さ
れ、フロン蒸気となってスクリュー膨張機４の吸入室１
５に送られる。

また、ポンプ（Ｐ２）から吐出され加熱パイプ３に送ら
れた潤滑油も加熱器３内で温排水よって上述したフロン
蒸気よりも高温に加熱された後、スクリュー膨張機の吸
入室１５に穿設したノズル１９に供給され、ノズル先端
から吸入室１５内に噴射される。

従って、スクリュー膨・張機４の吸入室１５に供給され
たフロン蒸気は、同室内で蒸気よりも高温に加熱された
潤滑油と直接接触し、スーパーヒートされた後、スクリ
ュー膨張機４の雄スクリユーロータ１３と雌スクリユー
ロータ１４との噛合いによって両者とシリンダ（端板を
含む）内壁との間に生じる歯形（作用）空間に潤滑油と
共に流入する。

そして、歯形空間内ではスーパーヒートされたフロン蒸
気が膨張することにより、前記歯形空間を押し広げるよ
うに作用する結果、雄スクリユーロータ１３と雌スクリ
ユーロータ１４とを回転させた後、フロン蒸気および潤
滑油はスクリュー膨張機４の吐出室１６から流出し、分
離タンク７へ流入する。

上記のようにしてスクリュー膨張機４の雄スクリユーロ
ータ１３と雌スクリユーロータ１４とが回転すると、前
記ロータ回転軸に連動するスクリュー膨張機４の出力軸
と連結している発電機９も回転するため、発電が行われ
る。また、分離タンク７に流入したフロン蒸気と潤滑油
とはタンク７内で分離される。そしてフロン蒸気は熱交
換１７！ｌｓ２の凝縮器８に送られ、凝縮器８内で冷却
水によって冷却さてれて凝縮し、フロン液となった後、
ボンプ（Ｐｌ）を通って再び蒸発器２に送出される。

一方、分離タンク７内で蒸気から分離された潤滑油は同
タンクから排出され、ポンプ（Ｐ２）を通って再び加熱
パイプ３に送られ加熱される。

上記した操作を連続的に繰返すことにより、温排水等の
熱源からの動力回収が行われる。

［実施例］第１図は、本発明にかかる給油装置の構成を示すブロッ
ク図である。

図中、２は温排水等の熱源により作動一体となるフロン
を加熱・蒸発させるための熱交換器Ｓに設けられた蒸発
器、３は、同じく後述するスクリュー膨張機４に供給す
る潤滑油を加熱するための加熱パイプで、前記潤滑油は
蒸発器２内で蒸発したフロン蒸気の温度より高温に加熱
される。

当該加熱パイプ３の熱源には、図示の如く蒸発器２に供
給するのと同じ熱源を用いてもよいし、他の熱源を用い
てもよい。４は、蒸発器２内で蒸発したフロン蒸気と、
加熱パイプ３内でフロン蒸気より高温に加熱された潤滑
油とが供給されるスクリューｌｓｊ張機である。当該ス
クリュー膨張機４は、第２図に、その断面を示すように
吸入室１５および吐出室１６を有するシリンダＩＯと、
シリンダｌＯ内で回転自在に収納した雄スクリユーロー
タ１３および雌スクリユーロータ１４とによって構成さ
れている。当該雄スクリユーロータ１３と雌スクリユー
ロータ１４とは相互に回転軸が平行であり、かつ両者の
歯形が互に噛み合って回転するようにしてシリンダ１０
に配置しである。

また、雌スクリユーロータ１３と雌スクリユーロータ１
４の噛合いによって両者とシリンダ内壁（端板を含む）
との間に生じる歯形（作用）空間（図示せず）は、両者
が回転し、噛合いが矢印で示すように吸入側から吐出側
へ移動するに従って容量が増大するように、両スクリュ
ーロータ１３．１４の歯形形状を設定しておく、さらに
、シリンダ１０の一端に取付けた高圧側端板１１に設け
た吸入室１５および他端の低圧側端板１２に設けた吐出
室１６は、雄スクリユーロータ１３および雌スクリユー
ロータ１４の端面に開口するようにしてあり、かつ、前
述のとおり雄スクリユーロータ１３および雌スクリユー
ロータ１４の外周は、シリンダ内壁内壁によって囲繞さ
れている。従って、スクリュー膨張機４の吸入室！５に
流入したフロン蒸気は、雄スクリユーロータ１３と雌ス
クリユーロータ１４とシリンダ内壁（端板を含む）との
間に形成された歯形空間内に流入して、同空間の容積を
押し拡げるように作用し、そのため雄スクリユーロータ
１３および雌スクリユーロータ１４を回転させて、歯形
空間内で膨張した後、吐出室１６から排出されることに
なり、この間で動力回収が行われる。また吸入室１５の
任意の位置には、上述した熱交換器Ｓ１の加熱器２がら
送出するフロン蒸気より高温に加熱された潤滑油を噴出
するための潤滑油噴射ノズル１７が設けである。

当該潤滑油は雄・雌スクリューロータ１３，１４相互お
よびシリンダ内壁、端板との摺動面の潤滑ならびに各部
のシール作用を行うと同時に、吸入室１５からシリンダ
ｌＯ内に供給されるフロン蒸気と直接接触することによ
り、フロン蒸気をスーパーヒートさせるものである。９
は、スクリュー膨張機４の出力軸に連結した発電機、７
は、スクリュー膨張機４の吐出室１６から排出されるフ
ロン蒸気と潤滑油とを分離するための分離タンク、８は
、分離タンク７によって分離されたフロン蒸気を凝縮す
るための熱交換器Ｓ２に設けた凝縮器であり、当該熱交
換器Ｓ２には海水などの冷却水が供給される。

（Ｐｌ）は、気・液分離したフロン蒸気を上記した蒸発
器２、スクリュー膨張機４、分離タンク７および凝縮器
８間の閉回路内で循環させるためのポンプ、（Ｐ２）は
、潤滑油を加熱パイプ３、スクリュー膨張機４および分
離タンク７間の閉回路内で循環させるための第２のポン
プである。

なお、上記技術の説明は、冷媒ガスを作動源流体とし、
工場廃熱利用の発電装置に使用したスクリュー膨張機の
給油装置の実施例について述べたが、スクリュー膨張機
に用いられる高圧ガス源は必ずしも冷媒ガスに限られる
ものではない。

たとえば圧搾空気を使用する場合は、吸入側端面シール
および作用室内へ供給する潤滑兼シール用液体に“水”
を選択することができる。

ただし、この際はベアリングの潤滑手段を別系統にする
ことを要する。

また、本発明のスクリュー膨張機の使用領域も、上述実
施例の説明に制限されるものではなく、要するに定常的
に多量の高圧ガス流体源が得られる状態の許であれば、
特に支障のない限り、何時、如何なる環境下でも実施可
能であり、それに伴ない本発明給油装置は、当該スクリ
ュー膨張機の効率を向上させ、かつ、耐用年数を大巾に
延長させる効果を奏するものである。

［発明の効果］上記したように、本発明によれば、フロンを温排水を利
用した蒸発器によって蒸発させた後、対のスクリューロ
ータを備えた膨張機に供給する一方、スクリュー膨張機
に使用される潤滑油を、フロン蒸気の温度よりも高温に
加熱した後フロン蒸気に直接接触させ、フロン蒸気をス
ーパーヒートしてスクリュー膨張機に供給することによ
り、従来のフロン蒸気をタービンに直接供給する装置に
比べ熱効率を高め動力回収量を増加できる。

また、このようにスクリュー膨張機に供給する液体状の
潤滑油を用いてフロン蒸気をスーパーヒートさせれば、
全体として熱交換装置を大型化することなくエネルギー
回収量を増加することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置が施されたスクリュー型流体機械
の膨張機を原動機として使用した工場廃熱利用発電シス
テムの系統図、第２図は、前記膨張機の雄スクリユーロ
ータの回転軸を含む平面で切断して示す横断面図である
。２・・・・蒸発器、　　　　　　３・・・・加熱パイプ
、４・・・・スクリュー膨張機、７・・・・分離タンク
、８・・・・凝縮器、　　　　　　１０・・・・シリン
ダ、１３・・・・雄スクリユーロータ、１４・・・・雌スクリュロータ、１５・・・・吸入室、　　　　　　１６・・・・吐出室
、１７・・・・潤滑油噴射ノズル。代理人　　弁理士　　　永　１）　浩

Claims

【特許請求の範囲】

（１）吸入室および吐出室を有するシリンダと、シリン
ダ内に回転自在に収納したスクリュー状の雄ロータおよ
び雌ロータとからなるスクリュー膨張機と、前記スクリ
ュー膨張機に供給する作動流体を排熱によって蒸発させ
るための蒸発器と、スクリュー膨張機に供給する潤滑油
を作動流体の蒸気温度より高温に加熱するための加熱パ
イプと、スクリュー膨張機から排出された気・液混合流
体を、それぞれに分離する手段と、分離した作動蒸気を
凝縮・液化させるための凝縮器と、上記作動流体および
潤滑油を、それぞれ循環させるための２つのポンプとに
よって構成し、スクリュー膨張機に供給する蒸気と前記
蒸気温度より高温に加熱した潤滑油とをスクリュー膨張
機の吸入室内において直接接触させ流通蒸気をスーパー
ヒートすることにより、動力回収量を増加させたことを
特徴とするスクリュー膨張機の給油装置。