JPS6360300B2 - - Google Patents

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JPS6360300B2
JPS6360300B2 JP9974382A JP9974382A JPS6360300B2 JP S6360300 B2 JPS6360300 B2 JP S6360300B2 JP 9974382 A JP9974382 A JP 9974382A JP 9974382 A JP9974382 A JP 9974382A JP S6360300 B2 JPS6360300 B2 JP S6360300B2
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compressor
expander
supercharging
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refrigeration
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JP9974382A
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B11/00Compression machines, plants or systems, using turbines, e.g. gas turbines
    • F25B11/02Compression machines, plants or systems, using turbines, e.g. gas turbines as expanders
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/07Details of compressors or related parts
    • F25B2400/075Details of compressors or related parts with parallel compressors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Thermotherapy And Cooling Therapy Devices (AREA)
  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、圧縮式冷凍サイクルの冷凍能力増加
装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕 従来、圧縮機冷凍サイクルにおいて、圧縮機よ
りの吐出ガスの速度エネルギを利用して過給機を
駆動することにより密度の高い冷媒を圧縮機へ押
し込み冷凍能力を増大させることは知られている
(例えば特開昭51−3445号公報・F25B11/00)。
しかしながら前記公知のものは次のような欠点
がある。
(a) 冷凍機の部分負荷運転や運転条件の変動によ
り膨脹機と過給機の間に不整合が生じ(両者の
運転のバランスがくずれ)運転不能になるおそ
れがある。過給機と主圧縮機とが直列となつて
いるため過給機の運転が不能となると冷凍シス
テムの運転も不能となる。例えば、設計点より
冷媒の蒸発温度が上昇したり、部分負荷運転を
行うと、過給機は主圧縮機に対して逆に流体的
抵抗となり過給機の役目を果さなくなる。
(b) 低段がターボ圧縮機、高段が容積圧縮機から
なる二段圧縮方式と同じであるために、部分負
荷運転に際しては前記の高低段をそれぞれ能力
制御しなければならないが、低段側の圧縮機は
膨脹機と同軸のため任意の部分負荷運転をする
ことが困難である。
(c) 吐出ガスの速度エネルギによる吐出ガスター
ビン(膨脹機)によつては大きな有効エネルギ
は得られず、膨脹機の出力と膨脹機の損失に相
当する動力はその大きな部分を電動機によつて
供給しなければならず省エネルギ効果が大きい
とは言えない。
〔発明の目的〕 本発明は、前記の公知技術の欠点を解消するこ
とを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は、膨脹弁に並列に二相流膨脹機を設け
て凝縮器からの液化冷媒を導入するようにし、前
記膨脹機に過給用圧縮機を連結し、該過給用圧縮
機の吸入口を蒸発器側に連通させて主圧縮機への
吸入冷媒ガスの一部を吸入するようにし、またそ
の吐出口を主圧縮機の中間位置に連通して圧縮冷
媒ガスを圧送するようにした圧縮式冷凍サイクル
の冷凍能力増加装置である。
また本発明は、前記構成において1個または複
数個の膨脹弁と並列に1個または複数個の二相流
膨脹機を設け、該膨脹機に連結する1個または複
数個の過給用圧縮機の吐出口をチエツキ弁を介し
て主圧縮機に連通させ膨脹機の運転台数を変化さ
せまたは膨脹弁のみによる運転もできるようにす
ることもでき、更に二相流膨脹機及び主圧縮機を
スクリユー式とし、過給用圧縮機の吐出口を主圧
縮機の閉じ込み後の位置に連通させることもで
き、また主圧縮機を往復式で多段型とし、過給用
圧縮機の吐出口を二段目圧縮機の吸入側に連通さ
せるようにすることもできる。
本発明における冷凍サイクルにはヒートポンプ
サイクルも含まれる。したがつてヒートポンプサ
イクルのヒートポンプ能力を増加装置も包含して
いる。
〔発明の実施例〕
第1図は本発明の第1実施例である。
1はスクリユー式の主圧縮機、2は凝縮機、3
は膨脹弁、4はスクリユー式膨脹機、5は過給用
圧縮機、9は蒸発器、7はモータ、8はチエツキ
弁である。
主圧縮機1からの吐出ガスは気管18を経て凝
縮機2に入つて液化し液化冷媒は液管10から液
管11に流れ二相流膨脹機としてのスクリユー式
膨脹機4に流入して膨脹仕事をして同軸の過給用
圧縮機5を回転させた後、管13を経て蒸発器9
に流入して蒸発し所要の冷凍作用を遂行する。次
いで気化冷媒は気管14,15に分流する。気管
14を流れる気化冷媒は主圧縮機1の吸入口から
吸入される。気管15を流れる気化冷媒は過給用
圧縮機5により圧縮され、チエツキ弁8を経て主
圧縮機1の閉じ込み後の位置19から圧入され
る。
一方、液管10から液管12に分流した液化冷
媒は膨脹弁3において膨脹した後、管13を経て
蒸発器9に流入する。スクリユー式膨脹機4は容
積型であるため、速度型膨脹機に較べてはるかに
容易に容量制御が可能である。スクリユー圧縮機
において十分実績のあるスライド弁機構を膨脹機
に使用することにより、0〜100%までの任意の
容量制御が可能となる。スライド弁機構等の容量
制御機構のないスクリユー式膨脹機を使用すると
きはスクリユー式膨脹機4はそれを流れる冷媒流
量が適当値のとき能率のよい作動を行うので、負
荷の変動に伴う主圧縮機の容量制御の変動、その
他の運転条件の変動などに際して冷媒流量が前記
の適当値から外れたときは液管12を経て膨脹弁
3を流れる冷媒流量を加減調節することにより前
記の変動に対応することができる。
本実施例によれば膨脹弁3と並列にスクリユー
式膨脹機4を設けているため、スクリユー式膨脹
機が故障したり、運転条件の変動や主圧縮機の部
分負荷運転に際してもそれらの影響を受けること
なく冷凍運転を継続することができる。
また本実施例によれば、膨脹弁と並列にスクリ
ユー式膨脹機を用いるので、その分だけ冷凍能力
を増加することができる。
すなわち、第3図のPi線図において、膨脹弁を
使用する冷凍サイクルは−−−−−
であるから、その絞り膨脹は−の等エンタル
ピー変化であるに対し、スクリユー式膨脹機を使
用する場合は−の等エントロピー変化となる
のでスクリユー式膨脹機を流れる冷媒量をGe
Kg/hとすればPi線図上でGe(i0−ie)Kcal/h
の冷凍能力にが膨張弁較べて増大し、同時にGe
(i0−ie)・ηKcal/hの膨脹機動力が取り出せる
ことになる(ただしηは膨脹機効率とする)。
第2図は本発明の第2実施例である。
本実施例は2個の膨脹弁と3台の同容量のスク
リユー式膨脹機と過給用圧縮機をそれぞれ並設し
た点において第1実施例と相違している。
本実施例では主圧縮機1の容量制御量に合わせ
て膨脹弁41,42,43の運転台数を変化さ
せ、n台運転のとき(n+1)台までの中間の容
量制御については膨脹弁で行うようにする。すな
わち、膨脹機の運転台数と膨脹弁開度の2つを適
当に設定することにより任意の圧縮機処理量に対
応可能となる。
2個の膨脹弁31,32を並設し、例えば膨脹
弁31を全処理用、膨脹弁32は(全処理量−膨
脹機の処理量)となるように選定しておき、膨脹
機が故障したり一時的に急激な運転条件の変動の
あるときなど、膨脹弁のみの運転が必要なときに
備える。61,62,63は電磁弁で、適宜開閉
操作をして運転台数を変更する。51,52,5
3は過給用圧縮機である。
本実施例の冷媒の流れは前記の点で第1実施例
と相違するがその他は第1実施例と同じである。
第4図は主圧縮機を往復式の多段型とした第3
実施例であつて、モータ7により第1段の圧縮機
21、第2段の圧縮機22、第3段の圧縮機23
が運転される。圧縮機21には蒸発器から気管1
5を経て気化冷媒が吸入される。一方、過給用圧
縮機により圧縮された気化冷媒はチエツキ弁8を
経て圧縮機22の吸入側にある吐出口19に圧入
される。18は第3段の圧縮機23から凝縮器2
へ高圧の冷媒ガスを送る気管である。
〔発明の効果〕
(a) 膨脹弁と並列に二相流膨脹機を設けているた
め、膨脹機や過給用圧縮機が故障したり、運転
条件の変動や主圧縮機の部分負荷運転に際して
もそれらの影響を受けることなくシステムの冷
凍運転を継続することができる。
(b) 二相流膨脹機により冷媒を等エントロピー変
化の膨張をさせるので従来の膨脹弁を用いる等
エンタルピー変化の膨張よりも冷凍能力が増加
し、その分だけ動力が取り出させことになる。
(c) (b)の膨脹機の動力により過給用圧縮機を駆動
するため過給用圧縮機の処理ガスの増量分だけ
主圧縮機の処理ガス量を増加することができ
る。
なお、主圧縮機をスクリユー式とし、該主圧縮
機の閉じ込み後の位置に過給用圧縮機の吐出口を
連通させた場合、主圧縮機の処理量の10%内外の
冷媒ガスを圧送するときスクリユー式の主圧縮機
の所要動力は殆んど同一であるという効果のある
ことが知られている(スクリユー圧縮機のエコノ
マイザー効果)ので、この効果を利用できること
になり、膨脹弁のみの場合と同一のモータ馬力
で、事実上過給用圧縮機の処理能力分の処理ガス
量の増大が可能である。
なおまた、前記の公知技術では過給機が主圧縮
機と直列に設置されているため、容量制御や運転
条件の変動により運転が不能となつたり、過給機
を設けない場合より主圧縮機の所要動力が増加す
ることがあるが、複数の膨脹機、過給用圧縮機と
複数の膨脹弁と設ければ、常に主圧縮機の所要動
力が最小となるよう膨脹機の運転台数と膨脹弁開
度を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図はそれぞれ本発明の第1、第2
の実施例の系統図、第3図は冷媒の膨脹過程を説
明する冷凍サイクルのPi線図、第4図は本発明の
第3の実施例の系統図である。 1……主圧縮機、3……膨脹弁、4……二相流
膨脹機としてのスクリユー式膨脹機、5……過給
用圧縮機、8……チエツキ弁、19……主圧縮機
の中間位置としての吐出口、21,22,23…
…主圧縮機としての第1段、第2段及び第3段の
往復式の圧縮機、31,32……膨脹弁、41,
42,43……二相流膨脹機としてのスクリユー
式膨脹機、51,52,53……過給用圧縮機。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 膨脹弁と並列に二相流膨脹機を設けて凝縮器
    からの液化冷媒を導入するようにし、前記膨脹機
    に過給用圧縮機を連結し、該過給用圧縮機の吸入
    口を蒸発器側に連通させて主圧縮機への吸入冷媒
    ガスの一部を吸入するようにし、またその吐出口
    を主圧縮機の中間位置に連通して圧縮冷媒ガスを
    圧送するようにした圧縮式冷凍サイクルの冷凍能
    力増加装置。 2 1個または複数個の膨脹弁と並列に1個また
    は複数個の二相流膨脹機を設け、該膨脹機に連結
    する1個または複数個の過給用圧縮機の吐出口を
    チエツキ弁を介して主圧縮機に連通させた特許請
    求の範囲第1項記載の圧縮式冷凍サイクルの冷凍
    能力増加装置。 3 二相流膨脹機及び主圧縮機をスクリユー式と
    し、過給用圧縮機の吐出口を主圧縮機の閉じ込み
    後の位置に連通させた特許請求の範囲第1項また
    は第2項記載の圧縮式冷凍サイクルの冷凍能力増
    加装置。 4 主圧縮機を往復式の多段型とし、過給用圧縮
    機の吐出口を二段目圧縮機の吸入側に連通させた
    特許請求の範囲第1項または第2項記載の圧縮式
    冷凍サイクルの冷凍能力増加装置。
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