JPH0250055A

JPH0250055A - ランキンサイクルエンジン駆動圧縮冷凍機

Info

Publication number: JPH0250055A
Application number: JP19747488A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Shimizu; 博之清水; Yoshio Nakamura; 中村　芳雄
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1988-08-08
Filing date: 1988-08-08
Publication date: 1990-02-20

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〕本発明は、ランキンサイクルエンジンの遠心式膨張機と
、圧縮冷凍サイクル冷凍機の遠心式圧縮機とをマグネッ
トカップリングによって連結したランキンサイクルエン
ジン駆動圧縮冷凍機に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の技術としては、作動流体に水を用い、ボイラーで
等圧加熱、沸騰させた高圧飽和蒸気を過熱器で過熱蒸気
とし、膨張機で断熱膨張してタービンを回し、復水器に
より等圧凝縮させた凝縮水が再びポンプの加圧でボイラ
ーへ至らしめるランキンサイクルエンジンの、そのター
ビンの回転でカップリングにより連結された圧縮冷凍サ
イクル冷凍機の圧縮機を駆動させ、圧縮機が冷媒の低圧
飽和冷媒蒸気を断熱圧縮させて高圧冷媒蒸気となし、凝
縮器で凝縮冷媒液として膨張弁を経て空調機に至らしめ
外気より熱を得て、即ち外気を冷凍して蒸発し、再び圧
縮機に戻るというランキンサイクルエンジン駆動圧縮冷
凍機であった。

しかしながら、このような従来のランキンサイクルエン
ジン駆動圧縮冷凍機のランキンサイクルエンジンの膨張
機であるタービンには過熱器を経た過熱蒸気が入り、断
熱膨張してタービンを回転し、その回転が圧縮冷凍サイ
クルの圧縮機を回転させることになっていたが、タービ
ンの回転が３００００〜５００００ｖｐｍの高速回転で
あり、それに連結した圧縮機をも高速回転させられるこ
とになって、その回転を許容できるだけのこれらタービ
ン及び圧縮機の羽根車の軸受が必要となり、また、高速
回転するがために機構上より膨張機と圧縮機を隣接させ
ることが効果的であることが解った。しかしながら、ラ
ンキンサイクルエンジンでは高温側の運転温度が高けれ
ば高い程サイクル効率が高くなることが熱力学上証明さ
れており、過熱器で過熱蒸気を６００℃まで上昇させた
場合。

このような高温が隣接する圧縮機に伝熱されることとな
って、圧縮冷凍サイクルの冷媒にも影響することになっ
た。ところが、冷媒の運転温度は高々ＳＯ℃程度である
ために圧縮冷凍サイクルの伝熱量が非常に大きいことと
、冷媒の耐熱温度がさほど良くないこととから、ランキ
ンサイクルエンジンからの伝熱をできるたけ低く抑える
ことが求められでいた。

そこで、出願人は各サイクルの作動流体を分離するため
の分離壁をはさんで前記遠心式膨張機と遠心式圧縮機と
をマグネットカップリングで連結し、該マグネットカッ
プリングの壊区動マグネッ１へと従動マグネット間の分
ａ壁を二重にし、その二重にした分離壁の中間を高真空
とし、さらに相対する分Ｓ壁の内壁面に低放射率処理を
施して、さらに遠心式圧縮機および遠心式膨張機の双方
、もしくは少なくとも遠心式膨張機の主軸を気体軸受に
て軸支したランキンサイクルエンジン駆動圧縮冷凍機を
先に提供した（特開昭６２−２２９６６号公報）。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記従来技術では、相対する分離壁の間を真
空とし、その両壁面を鏡面研摩することで、伝導と放射
の両方から伝熱を抑制する構造であるため、部品点数が
増加すること、加工費が高価になること、更には隔壁構
造が二重構造になることによるマグネットカップリング
のトルク損失を生じること等の問題があった。

本発明の目的は、部品点数の低下、加工コストダウン、
更にはマグネットカップリングのトルク損失の防止等を
図れるランキンサイクルエンジン駆動圧縮冷凍機を提供
せんとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、蒸気発生手段で生
成した飽和蒸気を過熱器で過熱し、この過熱蒸気を膨張
させる膨張機とを備えたランキンサイクルエンジンの該
膨張機と、空調機で蒸発した冷媒を圧縮させる圧縮機を
備えた圧縮冷凍サイクル冷凍機の該圧縮機とをマグネッ
トカップリングで連結し、前記膨張機のシャフトを静圧
気体軸受にて支持したランキンサイクルエンジン駆動圧
縮冷凍機において、前記静圧気体軸受にその作動媒体と
して前記飽和蒸気を供給する軸受蒸気供給手段を設けた
ものである。

〔作用〕

膨張機の静圧気体軸受に、その作動媒体として過熱器で
過熱された過熱蒸気ではなく、飽和蒸気を供給するので
、マグネットカップリングで連結された膨張機と圧縮機
の隣接部の温度差は小さくなり、以って部品点数の低減
等を図れる。

〔実施例〕

以下、図面に基づいて説明すると、第１図は膨張機と圧
縮機とを連結したマグネットカップリング３を境として
右側はランキンサイクルエンジン回路、左側は圧縮冷凍
サイクル冷凍機回路を示すものである。

そこで、ランキンサイクルエンジン回路は、作動流体に
水が用いられて、蒸気発生手段であるボイラー９で加熱
沸騰させ高圧飽和蒸気にし、過熱器１０で過熱蒸気とし
て軸流又は半径流の膨張機２で断熱膨張してタービンを
回し、その後の低圧飽和蒸気を復水器７で凝縮し、ポン
プ８によって加圧されて再びボイラー９に至らすランキ
ンサイクルを描く。後で詳しく説明するが、膨張機２の
シャフトは軸受５２によって静圧気体軸受され、この軸
受５２の作動媒体として、ボイラ９で生成した飽和蒸気
を直接供給する軸受蒸気供給手段として軸受蒸気導管６
０が設けられている。一方、圧縮冷凍サイクル冷凍機回
路は冷媒が封入されており、圧縮機１で低圧飽和冷媒蒸
気が断熱圧縮されて高圧冷媒蒸気となり凝縮器４にて凝
縮冷媒液となり、さらには膨張弁５を経て空調機６に至
って外気より熱を得て蒸発し、即ち外気を冷凍し低圧飽
和冷媒蒸気となって圧縮機１に至る圧縮冷凍サイクルを
描くものである。

そして、上記圧縮機１及び膨張器２はいずれも遠心式で
あって、その連結構造の断面図を第２図に示すと、過熱
器１０を経た過熱蒸気が蒸気人口５７より入ってタービ
ン５５で断熱膨張して飽和蒸気となって蒸気出口５８を
経て復水器７に至らしむるものであって、タービン５５
は膨張機ケーシング５６、膨張機バックケーシング２７
及び膨張機軸受５２で形成される膨張室内で高速回転し
、膨張機２のシャフトすなわちタービン軸５３の一端に
は前記タービン５５が固定され、他端には開動マグネッ
ト２８を備えたマグネットボルダ−２６が固定され、膨
張機軸受５２及び膨張機スラスト軸受５１で支持されて
いる。この両軸受５２゜５１は静圧気体軸受構造となっ
ており、軸受蒸気導管６ｏより入った飽和蒸気が蒸気通
路５４を経て両軸受とタービン軸５３との隙間に導入さ
れ、軸受の絞り部及び軸との空隙部を通過し、圧縮機１
の隣接部空間７０に至り、更に低圧蒸気導管５９を経て
蒸気出口５８に至るものである。

次に、圧縮冷凍サイクル冷凍機の圧縮機１では羽根車軸
３５の一端にマグネット支え３０を介して従動マグネッ
ト２９が固定されており、駐動マグネット２８とまった
く同期して回転し、ランキンサイクルの駆動力を圧縮冷
凍サイクルに伝達させる。羽根車軸３５の他端には羽根
車３４が固定されており、その回転によって冷媒蒸気人
口３３から低圧飽和冷媒蒸気を吸入し、羽根車３４の遠
心力で断熱圧縮して高圧冷媒蒸気として冷媒蒸気出口３
６より凝縮器４に送出すものである。前記羽根車軸３５
は圧縮機軸受２４及び圧縮機スラスト軸受２５の両気体
軸受によって支持され、該気体軸受の気体であるフロン
冷媒蒸気は圧縮機ケーシング２１、圧縮機パックケーシ
ング２２及び圧縮機軸受２４によって形成される圧縮室
から気体通路３１を経て圧縮機軸受２４と羽根車軸３５
及び圧縮機スラスト軸受２５とによって形成される隙間
に導かれ気体軸受を構成する。

そして冷媒蒸気は低圧冷媒蒸気導管３２を通って冷媒蒸
気人口３３に達し圧縮冷凍サイクルに戻るものである。

次に作用を説明する。ボイラ９で生成された飽和蒸気が
軸受蒸気導管６０を通って、直接軸受５２に供給される
。すなわち、過熱器１０を経ない飽和蒸気が軸受５２に
供給される。軸受５２に供給された蒸気は、軸受の絞り
部及び軸との空隙部を通過し、断熱膨張して低圧蒸気導
管５２を通って、蒸気出口５８に導かれる。飽和蒸気の
温度は。

一般に圧力により異なることは言うまでもないが、蒸気
人口５７より供給される過熱蒸気の温度よりかなり低い
。その結果として高温の過熱蒸気が直接に圧縮機１との
隣接部空間７０に及ぶことはなくなる。この隣接部空間
７ｏの温度は軸受５．２に供給される飽和蒸気温度に支
配されることになる。

尚、実際には、これに前記断熱膨張の過程が加わるので
、隣接部空間７０の温度は、前記飽和蒸気のそれよりも
更に低くなる。このようにして、隣接部空間７０におけ
る膨張機２側の温度の影響が。

圧縮機１の運転温度並びに圧縮冷凍サイクルの冷媒にと
って無視できるものとすることが可能となる。

〔発明の効果〕

（１）従来のように断熱のための真空層を形成する必要
がないことから、部品点数が減少し、さらに放射伝導を
抑制する為の高価な鏡面加工等も不要となり、より一層
小型、低廉な装置となった。

（２）駆動・従動マグネット間に介在する隔壁が一枚か
らなり、渦電流の発生に依る伝達トルクの損失が１／２
になったことに依り、マグネットを小型化出来、駆動力
を低減することで効率改善が図れた。

（３）軸受に供給する蒸気の温度を下げることで、軸と
軸受間の運転隙間の熱膨張による寸法変化が小さくなり
、安定な運転を実現することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はランキンサイクルエンジン駆動圧縮冷凍機のシ
ステム図、第２図は遠心膨張機、遠心圧縮機およびマグ
ネットカップリング部の構造図である。１・・・圧縮機、２・・・膨張機、３・・・マグネット
カップリング、４・・・凝縮器、５・・・膨張弁、６・
・・空調機。７・・・復水器、８・・・ポンプ、９・・・ボイラー　
１０・・・過熱器、２１・・・圧縮機ケーシング、２２
・・・圧縮機バックケーシング、２４・・・圧縮機軸受
、２７・・・膨張機バックケーシング、２８・・・駆動
マグネット、２９・・・従動マグネット、３１・・・気
体通路、３２・・・低圧冷媒蒸気導管、３４・・・羽根
車、３５・・・羽根車軸、５２・・・膨張機軸受、５３
・・・タービン軸（シャフト）、５４・・・蒸気通路、
５５・・・タービン、５６・・・膨張機ケーシング、５
９・・・低圧蒸気導管、６０・・・軸受蒸気導管、７０
・・・隣接部空間。

Claims

【特許請求の範囲】

１、蒸気発生手段で生成した飽和蒸気を過熱器で過熱し
、この過熱蒸気を膨張させる膨張機とを備えたランキン
サイクルエンジンの該膨張機と、空調機で蒸発した冷媒
を圧縮させる圧縮機を備えた圧縮冷凍サイクル冷凍機の
該圧縮機とをマグネットカップリングで連結し、前記膨
張機のシャフトを静圧気体軸受にて支持したランキンサ
イクルエンジン駆動圧縮冷凍機において、前記静圧気体
軸受にその作動媒体として前記飽和蒸気を供給する軸受
蒸気供給手段を設けたことを特徴とするランキンサイク
ルエンジン駆動圧縮冷凍機。