JPH0329961B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、流体機械におけるスクリユー膨張
機、特にスクリユ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］ スクリユー型の流体（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
がつ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、スクリユ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つて、たとえば
噴射式油冷スクリユ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つ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
はいえなかつた。

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つた。

［発明が解決しようとする課題］ そこで本発明は、スクリユ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つてフロン等の作動
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) 吸入室および排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ユー状の雄
ロータおよび雌ロータとからなるスクリユー膨張
機と、前記スクリユー膨張機に供給する作動流体
を排熱によつて蒸発させるための蒸発器と、スク
ユ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
リユ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
のポンプとによつて構成し、スクリユー膨張機に
供給する蒸気と前記蒸気温度より高温に加熱した
潤滑油とをスクリユ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
るスクリユ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ユー膨
張機によつ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
P₁，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P₁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
つて加熱され、フロン蒸気となつてスクリユー膨
張機４の吸入室１５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内で温排水よつて上述
したフロン蒸気よりも高温に加熱された後、スク
リユー膨張機の吸入室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。

従つて、スクリユー膨張機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、スクリユー膨張機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
によつて両者とシリンダ（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ユー膨
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ユー膨張機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
ユー膨張機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機Ｓ
２の凝縮器８に送られ、凝縮器８内で冷却水によ
つて冷却されて凝縮し、フロン液となつた後、ポ
ンプＰ１を通つて再び蒸発器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を通つて再
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
すブロツク図である。

図中、２は温排水等の熱源により作動液体とな
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
ユー膨張機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
クリユー膨張機である。当該スクリユー膨張機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１０と、シリ
ンダ１０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とによつ
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つて回転
するようにしてシリンダ１０に配置してある。

また、雌スクリユーロータ１３と雌スクリユー
ロータ１４の噛合いによつ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つて
容量が増大するように、両スクリユーロータ１
３，１４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１０内壁によつて囲繞されている。
従つて、スクリユー膨張機４の吸入室１５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か
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
てある。

当該潤滑油は雄・雌スクリユーロータ１３，１
４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１０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、スクリユ
ー膨張機４の出力軸に連結した発電機、７は、ス
クリユー膨張機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によつて分離されたフロ
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。

Ｐ１は、気・液分離したフロン蒸気を上記した
蒸発器２、スクリユー膨張機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、スクリユ
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
体として、工場廃熱利用の発電装置に使用したス
クリユー膨張機の給油装置の実施例について述べ
たが、スクリユ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、本発明のスクリユ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、当該スクリユー膨張
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つて蒸発させた後、一
対のスクリユーロータを備えた膨張機に供給する
一方、スクリユ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
トしてスクリユ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、このようにスクリユ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ユー型
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
リユー膨張機、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……雌スクリユロータ、１５……吸入
室、１６……吐出室、１７……潤滑油噴射ノズ
ル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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ユー状の雄
   ロータおよび雌ロータとからなるスクリユー膨張
   機と、前記スクリユー膨張機に供給する作動流体
   を排熱によつて蒸発させるための蒸発器と、スク
   リユ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
   クリユ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つのポンプとによつて構成し、スクリユー膨張
   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ユ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
   とするスクリユー膨張機の給油装置。