JP2020148177A - Scroll expander - Google Patents
Scroll expander Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020148177A JP2020148177A JP2019048617A JP2019048617A JP2020148177A JP 2020148177 A JP2020148177 A JP 2020148177A JP 2019048617 A JP2019048617 A JP 2019048617A JP 2019048617 A JP2019048617 A JP 2019048617A JP 2020148177 A JP2020148177 A JP 2020148177A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- scroll
- pressure
- communication hole
- expansion
- expansion chamber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 171
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 20
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Rotary Pumps (AREA)
Abstract
Description
本発明は、スクロール膨張機の膨張比を可変にして膨張効率の低下による回収動力の低下を抑えるスクロール膨張機に関する。 The present invention relates to a scroll expander in which the expansion ratio of the scroll expander is made variable to suppress a decrease in recovery power due to a decrease in expansion efficiency.
容積型膨張機の一つとしてスクロール膨張機がある。スクロール膨張機は、固定スクロールの板状渦巻歯が旋回スクロールの板状渦巻歯に互いに噛み合った状態で、旋回スクロールが固定スクロールの中心に対して旋回することによって、固定スクロールの中心の吸入口から吸入された冷媒や蒸気などの作動流体を膨張させ、外周側の吐出口から吐出する。スクロール膨張機は、中心部の吸入容積と外側の吐出容積との容積比が幾何的に一つに決定される。 There is a scroll expander as one of the positive displacement expanders. The scroll expander is a state in which the plate-shaped spiral teeth of the fixed scroll mesh with each other with the plate-shaped spiral teeth of the swivel scroll, and the swivel scroll swivels with respect to the center of the fixed scroll from the suction port at the center of the fixed scroll. The working fluid such as the sucked refrigerant and steam is expanded and discharged from the discharge port on the outer peripheral side. In the scroll expander, the volume ratio of the suction volume at the center and the discharge volume at the outside is geometrically determined to be one.
なお、特許文献1には、スクロール膨張機の膨張室に連通するサブ吸入ポートを設け、このサブ吸入ポートの開度を調整することによって、スクロール膨張機に吸入される冷媒の圧力が目標圧力となるように制御する膨張機が記載されている。 In Patent Document 1, a sub suction port communicating with the expansion chamber of the scroll expander is provided, and by adjusting the opening degree of the sub suction port, the pressure of the refrigerant sucked into the scroll expander becomes the target pressure. An inflator controlled to be is described.
ところで、スクロール膨張機では、容積比が幾何的に一つに決定されるため、膨張比も一定となる。この膨張比が一定であることから、スクロール膨張機では、設定された運転条件以外の膨張処理が行われた場合、膨張不足や過膨張が発生し、膨張効率の低下により作動流体から回収する動力が低下してしまうという問題があった。 By the way, in the scroll expander, since the volume ratio is geometrically determined to be one, the expansion ratio is also constant. Since this expansion ratio is constant, in the scroll expander, when expansion processing other than the set operating conditions is performed, insufficient expansion or overexpansion occurs, and the power recovered from the working fluid due to a decrease in expansion efficiency. There was a problem that
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スクロール膨張機の膨張比を可変にして膨張効率の低下による回収動力の低下を抑えることができるスクロール膨張機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a scroll expander capable of varying the expansion ratio of the scroll expander to suppress a decrease in recovery power due to a decrease in expansion efficiency. ..
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるスクロール膨張機は、吸入した高圧作動流体を膨張して低圧作動流体を吐出するスクロール膨張機であって、固定スクロールと旋回スクロールとを噛み合わせて膨張室を形成する膨張機構と、前記旋回スクロールの旋回に伴って前記高圧作動流体が吸入される主吸入口と、前記主吸入口から隔離され、前記高圧作動流体を前記膨張室内に吸入する副吸入口と、前記副吸入口を開閉する開閉弁と、前記開閉弁を制御する制御部と、を備え、前記副吸入口は、前記膨張機構作動時に、前記旋回スクロールの内周に最初に形成される内側膨張室に前記高圧作動流体を吸入する内側連通孔と、前記旋回スクロールの外周に最初に形成される外側膨張室に前記高圧作動流体を吸入する外側連通孔と、で一対となるように形成されることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the scroll expander according to the present invention is a scroll expander that expands the sucked high-pressure working fluid and discharges the low-pressure working fluid, and is a fixed scroll and a swivel scroll. The expansion mechanism that forms an expansion chamber by meshing with the main suction port, the main suction port into which the high-pressure working fluid is sucked as the swivel scroll swivels, and the main suction port are separated from the main suction port, and the high-pressure working fluid is expanded. A sub-suction port for sucking into a room, an on-off valve for opening and closing the sub-suction port, and a control unit for controlling the on-off valve are provided, and the sub-suction port is inside the swivel scroll when the expansion mechanism is operated. An inner communication hole for sucking the high-pressure working fluid into the inner expansion chamber first formed on the circumference, and an outer communication hole for sucking the high-pressure working fluid into the outer expansion chamber first formed on the outer periphery of the swivel scroll. It is characterized in that it is formed so as to form a pair.
また、本発明にかかるスクロール膨張機は、上記の発明において、一対の前記副吸入口は、前記主吸入口を中心として互いに対称となる位置に配置されていることを特徴とする。 Further, the scroll expander according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the pair of the sub suction ports are arranged at positions symmetrical with each other about the main suction port.
また、本発明にかかるスクロール膨張機は、上記の発明において、前記高圧作動流体の吸入圧力を検出する高圧圧力検出部と、前記低圧作動流体の吐出圧力を検出する低圧圧力検出部と、をさらに備え、前記吐出圧力に対する前記吸入圧力の圧力比に応じて、対となる前記開閉弁を同時に開閉制御することを特徴とする。 Further, in the above invention, the scroll expander according to the present invention further includes a high pressure pressure detecting unit for detecting the suction pressure of the high pressure working fluid and a low pressure pressure detecting unit for detecting the discharge pressure of the low pressure working fluid. It is characterized in that the paired on-off valve is simultaneously opened and closed according to the pressure ratio of the suction pressure to the discharge pressure.
また、本発明にかかるスクロール膨張機は、上記の発明において、前記内側連通孔は、前記固定スクロールに形成された板状渦巻歯の外側に形成され、前記外側連通孔は、前記固定スクロールに形成された板状渦巻歯の内側に形成されることを特徴とする。 Further, in the scroll expander according to the present invention, in the above invention, the inner communication hole is formed on the outside of the plate-shaped spiral tooth formed on the fixed scroll, and the outer communication hole is formed on the fixed scroll. It is characterized in that it is formed inside the plate-shaped spiral tooth.
また、本発明にかかるスクロール膨張機は、上記の発明において、前記副吸入口の径は、前記旋回スクロールに形成された板状渦巻歯の厚さよりも小さいことを特徴とする。 Further, the scroll expander according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the diameter of the sub suction port is smaller than the thickness of the plate-shaped spiral teeth formed on the swirl scroll.
また、本発明にかかるスクロール膨張機は、上記の発明において、前記副吸入口の形成位置から前記旋回スクロールの旋回角が進んだ位置に、さらに一対以上の前記副吸入口が形成されていることを特徴とする。 Further, in the scroll expander according to the present invention, in the above invention, a pair or more of the sub suction ports are further formed at a position where the swivel angle of the swivel scroll is advanced from the formation position of the sub suction port. It is characterized by.
また、本発明にかかるスクロール膨張機は、上記の発明において、複数対の前記副吸入口は、それぞれ前記旋回角が180°進む毎に設けられることを特徴とする。 Further, the scroll expander according to the present invention is characterized in that, in the above invention, a plurality of pairs of the sub suction ports are provided every time the turning angle advances by 180 °.
また、本発明にかかるスクロール膨張機は、上記の発明において、前記制御部は、前記圧力比の所定値を一つ以上設定し、前記所定値に達するに応じて、一対または複数対の前記開閉弁を段階的に制御することを特徴とする。 Further, in the scroll expander according to the present invention, in the above invention, the control unit sets one or more predetermined values of the pressure ratio, and depending on reaching the predetermined value, a pair or a plurality of pairs of the opening / closing It is characterized by controlling the valve step by step.
また、本発明にかかるスクロール膨張機は、上記の発明において、前記旋回スクロールの旋回軸に連結した動力回収機を備えたことを特徴とする。 Further, the scroll expander according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the power recovery machine connected to the swivel shaft of the swivel scroll is provided.
本発明によれば、スクロール膨張機の膨張比を可変にして膨張効率の低下による回収動力の低下を抑えることができる。 According to the present invention, the expansion ratio of the scroll expander can be made variable to suppress a decrease in recovery power due to a decrease in expansion efficiency.
以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<スクロール膨張機の構成>
図1は、本発明の実施の形態であるスクロール膨張機1の構成を示す断面図である。また、図2は、図1に示したスクロール膨張機本体2のA−A線断面図である。
<Structure of scroll expander>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the scroll expander 1 according to the embodiment of the present invention. Further, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of the scroll expander
図1に示すように、スクロール膨張機1は、スクロール膨張機本体2、発電機3、制御部4及び表示操作部5を有する。スクロール膨張機本体2は、配管L1から高圧室17を介して吸入される作動流体の一例である高圧蒸気HWを膨張して、配管L2から低圧蒸気LWを吐出する。スクロール膨張機本体2は、固定スクロール11と旋回スクロール12とを有した膨張機構である。固定スクロール11と旋回スクロール12とは、それぞれ板状渦巻歯が互いに噛み合わされた状態で、旋回スクロール12が固定スクロール11の中心20aを旋回し、この旋回に伴って主吸入口20から吸入される高圧蒸気HWを、固定スクロール11と旋回スクロール12との間に形成される膨張室によって膨張させて低圧蒸気LWを生成する。なお、固定スクロール11および旋回スクロール12の各内壁及び各外壁は、インボリュート曲線LIを形成している。
As shown in FIG. 1, the scroll expander 1 includes a scroll expander
固定スクロール11および旋回スクロール12は、筐体10a,10bによって形成された筐体10内に設けられる。高圧蒸気HWの膨張は、旋回スクロール12が固定スクロール11に対して回転方向ALで公転運動することによって行われる。クランクシャフト13は、旋回スクロール12の旋回に伴って回転する軸であり、軸回転は発電機3に伝達される。スラスト軸受14は、旋回スクロール12の回転に対してスラスト方向に軸支する。クランクシャフト13には、旋回スクロール12の公転運動に対する回転バランスをとるためのバランスウェイト15が設けられている。
The
配管L1には、高圧蒸気HWの吸入圧力Psを検出して制御部4に出力する高圧圧力検出部22が設けられる。また、配管L1には、高圧蒸気HWの吸入温度Tpを検出して制御部4に出力する高圧温度検出部23を有する。また、配管L2には、低圧蒸気LWの吐出圧力Pdを検出して制御部4に出力する低圧圧力検出部24を有する。また、配管L2には、低圧蒸気LWの吐出温度Tdを検出して制御部4に出力する低圧温度検出部25を有する。
The pipe L1 is provided with a high pressure
図1及び図2に示すように、固定スクロール11には、旋回スクロール12の旋回に伴って高圧蒸気HWが吸入される主吸入口20から隔離されて旋回スクロール12と固定スクロール11との間であって旋回スクロール12の内側に最初に形成される初段内側膨張室Ri1に連通して高圧蒸気HWを高圧室17から流入させる内側連通孔31iと、旋回スクロール12の旋回に伴って主吸入口20から隔離されて旋回スクロール12と固定スクロール11との間であって旋回スクロール12の外側に最初に形成された初段外側膨張室Ro1に連通して高圧蒸気HWを高圧室17から流入させる外側連通孔31oとが形成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、内側連通孔31iの位置から旋回スクロール12の旋回角が180°進んだ位置に設けられて初段内側膨張室Ri1に連通する追加内側連通孔32iと、外側連通孔31oの位置から旋回スクロール12の旋回角が180°進んだ位置に設けられて初段外側膨張室Ro1に連通する追加外側連通孔32oとが形成される。内側連通孔31i、外側連通孔31o、追加内側連通孔32i及び追加外側連通孔32oは、副吸入口の一例である。
Further, an additional
なお、内側連通孔31i及び追加内側連通孔32iは、固定スクロール11の板状渦巻歯の外側に沿って形成され、外側連通孔31o及び追加外側連通孔32oは、固定スクロール11の板状渦巻歯の内側に沿って形成される。また、内側連通孔31iと外側連通孔31oとは、固定スクロール11の中心20aを通る直線上に配置される。また、追加内側連通孔32iと追加外側連通孔32oとは、固定スクロール11の中心20aを通る直線上に配置される。
The
内側連通孔31i、外側連通孔31o、追加内側連通孔32i及び追加外側連通孔32oの高圧室17側には、それぞれ、内側開閉弁41i、外側開閉弁41o、追加内側開閉弁42i及び追加外側開閉弁42oが設けられる。内側開閉弁41i、外側開閉弁41o、追加内側開閉弁42i及び追加外側開閉弁42oは、制御部4によって、内側開閉弁41iと外側開閉弁41oとの対、及び、追加内側開閉弁42iと追加外側開閉弁42oとの対をそれぞれ同時に開閉制御される。
On the high-
なお、発電機3は、旋回スクロール12の旋回軸であるクランクシャフト13に連結して高圧蒸気HWの膨張に伴う軸動力を回収する動力回収機として機能し、発電された電気エネルギーを外部出力する。
The generator 3 functions as a power recovery machine connected to the
また、表示操作部5は、例えばタッチパネルであり、制御部4に対する各種操作入力及び各種表示出力を行う入出力デバイスである。 Further, the display operation unit 5 is, for example, a touch panel, and is an input / output device that performs various operation inputs and various display outputs to the control unit 4.
図2に示すように、スクロール膨張機本体2では、主吸入口20近傍に形成された初段内側膨張室Ri1及び初段外側膨張室Ro1は、旋回スクロール12が回転方向ALに旋回することによって、順次周方向に沿って外側に移動しつつ膨張する。周方向外側の初段内側膨張室Ri1´及び初段外側膨張室Ro1´は、旋回スクロール12が3回転した状態を示している。初段内側膨張室Ri1と初段外側膨張室Ro1とを加えた容積V1は、初段内側膨張室Ri1´と初段外側膨張室Ro1´とを加えた容積V2(>容積V1)となり、高圧蒸気HWは、旋回スクロール12の旋回によって膨張される。
As shown in FIG. 2, in the scroll expander
<膨張行程>
次に、内側連通孔31i、外側連通孔31o、追加内側連通孔32i及び追加外側連通孔32oを開にした状態におけるスクロール膨張機本体2の膨張行程について説明する。図3〜図7は、内側連通孔31i、外側連通孔31o、追加内側連通孔32i及び追加外側連通孔32oを開にした状態におけるスクロール膨張機本体2の膨張行程を示す図である。
<Expansion stroke>
Next, the expansion stroke of the scroll expander
図3に示すように、まず旋回スクロール12の旋回角0°において、固定スクロール11と旋回スクロール12とによって主吸入口20近傍に初段内側膨張室Ri1及び初段外側膨張室Ro1が形成される。初段内側膨張室Ri1は、内側連通孔31iによって高圧室17に連通して高圧蒸気HWが流入可能となる。また、初段外側膨張室Ro1は、外側連通孔31oによって高圧室17に連通して高圧蒸気HWが流入可能となる。一方、主吸入口20周辺の領域RCも、主吸入口20を介して高圧室17に連通して高圧蒸気HWが流入される。したがって、初段内側膨張室Ri1及び初段外側膨張室Ro1は、領域RCの高圧蒸気HWと同じ高圧状態となり、このまま旋回スクロール12が旋回しても膨張を開始せず、高圧蒸気RWと同じ高圧状態が維持される。
As shown in FIG. 3, first, at a turning angle of 0 ° of the turning
その後、図4に示すように、旋回スクロール12が旋回角90°になると、初段内側膨張室Ri1は、さらに追加内側連通孔32iを介して高圧室17に連通して高圧蒸気HWと同じ高圧状態が維持され、膨張は行われない。同様に、初段外側膨張室Ro1も、さらに追加外側連通孔32oを介して高圧室17に連通して高圧蒸気HWと同じ高圧状態が維持され、膨張は行われない。
After that, as shown in FIG. 4, when the
その後、図5に示すように、旋回スクロール12が旋回角180°になると、初段内側膨張室Ri1は、追加内側連通孔32iのみを介して高圧室17に連通して高圧蒸気HWと同じ高圧状態が維持され、膨張は行われない。同様に、初段外側膨張室Ro1も、追加外側連通孔32oのみを介して高圧室17に連通して高圧蒸気HWと同じ高圧状態が維持され、膨張は行われない。なお、この旋回スクロール12が旋回角180°のとき、内側連通孔31i及び外側連通孔31oは、旋回スクロール12の板状渦巻歯によって塞がれる。
After that, as shown in FIG. 5, when the
その後、図6に示すように、旋回スクロール12が旋回角270°になると、この場合も、図3(c)と同様に、初段内側膨張室Ri1は、追加内側連通孔32iのみを介して高圧室17に連通して高圧蒸気RWと同じ高圧状態が維持され、膨張は行われない。同様に、初段外側膨張室Ro1も、追加外側連通孔32oのみを介して高圧室17に連通して高圧蒸気RWと同じ高圧状態が維持され、膨張は行われない。一方、この段階では、次段の内側膨張室及び外側膨張室は形成されておらず、内側連通孔31i及び外側連通孔31oは、主吸入口20周辺の領域RCに連通し、主吸入口20とともに、主吸入口20周辺の領域RCと高圧室17との間を連通して高圧蒸気HWと同じ高圧状態に維持する。したがって、主吸入口20から初段内側膨張室Ri1及び初段外側膨張室Ro1までの領域は、すべて高圧蒸気HWと同じ高圧状態となり、膨張が行われない。
After that, as shown in FIG. 6, when the turning
その後、図7に示すように、旋回スクロールが旋回角360°(0°)になると、追加内側連通孔32i及び追加外側連通孔32oは、旋回スクロール12の板状渦巻歯によって塞がれる。一方、主吸入口20近傍には、次段内側膨張室Ri2及び次段外側膨張室Ro2が形成され、次段内側膨張室Ri2及び次段外側膨張室Ro2は、それぞれ内側連通孔31i及び外側連通孔31oを介して高圧室17に連通し、高圧蒸気HWと同じ高圧状態となる。また、主吸入口20の周辺の領域RCも、主吸入口20を介して高圧室17に連通し、高圧蒸気HWと同じ高圧状態となる。したがって、この時点まで、初段内側膨張室Ri1、初段外側膨張室Ro1、次段内側膨張室Ri2、次段外側膨張室Ro2及び領域RCは、すべて高圧蒸気HWと同じ高圧状態となり、膨張されていない。
After that, as shown in FIG. 7, when the turning scroll reaches a turning angle of 360 ° (0 °), the additional
この旋回角360°を過ぎると、初段内側膨張室Ri1及び初段外側膨張室Ro1は、高圧室17と連通することがないので、旋回スクロール12の旋回に伴って膨張することになる。すなわち、内側開閉弁41i、外側開閉弁41o、追加内側開閉弁42i及び追加外側開閉弁42oをすべて開として、内側連通孔31i、外側連通孔31o、追加内側連通孔32i及び追加外側連通孔32oをすべて高圧室と連通状態とすることによって、旋回スクロール12が1回転するまでの間、膨張を行わず、1回転後に膨張開始を行うようにしている。すなわち、膨張開始時点を360°遅らせるようにしている。この結果、膨張比を小さくできる。
After this turning angle of 360 °, the first-stage inner expansion chamber Ri1 and the first-stage outer expansion chamber Ro1 do not communicate with the high-
なお、追加内側開閉弁42i及び追加外側開閉弁42oを閉じたままにした場合、追加内側連通孔32i及び追加外側連通孔32oは高圧室17とは連通しない。この場合、図5に示したように、旋回スクロール12が旋回角180°になるまで、初段内側膨張室Ri1、初段外側膨張室Ro1及び領域RCは、高圧蒸気HWと同じ高圧状態になって膨張が行われない。旋回角180°からさらに旋回スクロール12が旋回すると、初段内側膨張室Ri1及び初段外側膨張室Ro1はその後、膨張を開始する。すなわち、この場合は、膨張開始点を180°まで遅らせることができる。この場合の膨張比は、内側連通孔31i、外側連通孔31o、追加内側連通孔32i及び追加外側連通孔32oをすべて開にした場合に比べて、大きくなるが、内側連通孔31i、外側連通孔31o、追加内側連通孔32i及び追加外側連通孔32oをすべて閉にした場合に比べて小さくなる。
When the additional inner on-off
また、内側連通孔31iと外側連通孔31oとは、固定スクロール11の中心20aを通る直線上に対として配置される。さらに、追加内側連通孔32iと追加外側連通孔32oとは、固定スクロール11の中心20aを通る直線上に対として配置される。これにより、初段内側膨張室Ri1と初段外側膨張室Ro1とは、等圧状態となり、初段内側膨張室Ri1と初段外側膨張室Ro1との間の旋回スクロール12の板状渦巻歯の壁面の変形を抑えることができる。
Further, the
<制御部による開閉弁制御処理>
次に、制御部4による内側開閉弁41i、外側開閉弁41o、追加内側開閉弁42i及び追加外側開閉弁42oの開閉制御処理手順について説明する。この開閉制御処理は、膨張比(圧力比)を調整するためのものである。図8は、制御部4による内側開閉弁41i、外側開閉弁41o、追加内側開閉弁42i及び追加外側開閉弁42oの開閉制御処理手順を示すフローチャートである。
<On-off valve control process by the control unit>
Next, the opening / closing control processing procedure of the inner on-off valve 41i, the outer on-off valve 41o, the additional inner on-off
図8に示すように、まず制御部4は、内側開閉弁41i、外側開閉弁41o、追加内側開閉弁42i及び追加外側開閉弁42oのすべてを閉にしておく(ステップS101)。その後、制御部4は、吸入圧力Ps及び吐出圧力Pdを取得し、吐出圧力Pdに対する吸入圧力Psの比である圧力比ΔPを求め、圧力比ΔPが所定値Pa以下であるか否かを判定する(ステップS102)。この所定値Paは、内側開閉弁41i、外側開閉弁41o、追加内側開閉弁42i及び追加外側開閉弁42oのすべてを閉にした状態における圧力比ΔPである設定値よりも小さい値である。
As shown in FIG. 8, first, the control unit 4 closes all of the inner on-off valve 41i, the outer on-off valve 41o, the additional inner on-off
圧力比ΔPが所定値Pa以下である場合(ステップS102,Yes)には、内側開閉弁41i及び外側開閉弁41oを同時に開にするとともに、追加内側開閉弁42i及び追加外側開閉弁42oを閉のままにする(ステップS103)。一方、圧力比ΔPが所定値Pa以下でない場合(ステップS102,No)には、ステップS102の判定処理を繰り返す。
When the pressure ratio ΔP is equal to or less than the predetermined value Pa (steps S102, Yes), the inner on-off valve 41i and the outer on-off valve 41o are opened at the same time, and the additional inner on-off
その後、圧力比ΔPが所定値Paを超えたか否かを判定する(ステップS104)。圧力比ΔPが所定値Paを超える場合(ステップS104,Yes)には、ステップS101に移行して、内側開閉弁41i、外側開閉弁41o、追加内側開閉弁42i及び追加外側開閉弁42oのすべてを閉にする。一方、圧力比ΔPが所定値Paを超えない場合(ステップS104,No)には、さらに圧力比ΔPが所定値Pb以下であるか否かを判定する(ステップS105)。この所定値Pbは、所定値Paよりも小さい値である。圧力比ΔPが所定値Pb以下でない場合(ステップS105,No)には、ステップS103に移行して、内側開閉弁41i及び外側開閉弁41oを開にし、追加内側開閉弁42i及び追加外側開閉弁42oを閉のままとする現在の状態を維持する。
After that, it is determined whether or not the pressure ratio ΔP exceeds the predetermined value Pa (step S104). When the pressure ratio ΔP exceeds the predetermined value Pa (step S104, Yes), the process proceeds to step S101, and all of the inner on-off valve 41i, the outer on-off valve 41o, the additional inner on-off
一方、圧力比ΔPが所定値Pb以下である場合(ステップS105,Yes)には、内側開閉弁41i及び外側開閉弁41oを開のままで、追加内側開閉弁42i及び追加外側開閉弁42oを同時に閉にする(ステップS106)。その後、圧力比ΔPが所定値Pbを超えたか否かを判定する(ステップS107)。圧力比ΔPが所定値Pbを超えた場合(ステップS107,Yes)には、ステップS103に移行して、追加内側開閉弁42i及び追加外側開閉弁42oを同時に閉にする。一方、圧力比ΔPが所定値Pbを超えない場合(ステップS107,No)には、膨張処理の終了指示があったか否かを判定する(ステップS108)。膨張処理の終了指示がない場合(ステップS108,No)には、ステップS106に移行して現在の状態を維持する。一方、膨張処理の終了指示があった場合(ステップS108,Yes)には、本処理を終了する。
On the other hand, when the pressure ratio ΔP is equal to or less than the predetermined value Pb (steps S105, Yes), the inner on-off valve 41i and the outer on-off valve 41o are left open, and the additional inner on-off
<膨張損失の低減>
次に、本実施の形態による膨張損失の低減について説明する。図9は、本実施の形態による膨張損失の低減を説明する説明図である。図9(a)は、膨張行程に伴う初段内側膨張室Ri1の容積と初段外側膨張室Ro1の容積とを加算した膨張室容積Vの変化に対する膨張行程に伴う初段内側膨張室Ri1及び初段外側膨張室Ro1の圧力Pの変化を示す図である。図9(a)は、内側連通孔31i、外側連通孔31o、追加内側連通孔32i及び追加外側連通孔32oを設けない従来の膨張室容積Vの変化に対する圧力Pの変化を示している。圧力変化dPは、吸入圧力Psと吐出圧力Pdとの差であり、圧力変化dPは、設定値である。
<Reduction of expansion loss>
Next, reduction of expansion loss according to the present embodiment will be described. FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating reduction of expansion loss according to the present embodiment. FIG. 9A shows the first-stage inner expansion chamber Ri1 and the first-stage outer expansion associated with the expansion stroke with respect to the change in the expansion chamber volume V, which is the sum of the volume of the first-stage inner expansion chamber Ri1 and the volume of the first-stage outer expansion chamber Ro1 accompanying the expansion stroke. It is a figure which shows the change of the pressure P of the chamber Ro1. FIG. 9A shows a change in pressure P with respect to a change in the conventional expansion chamber volume V without the
ここで、内側連通孔31i、外側連通孔31o、追加内側連通孔32i及び追加外側連通孔32oを設けない場合、スクロール膨張機本体2の中心部の吸入容積V1と吐出容積V2との容積比(V2/V1)が幾何的に一つに決定されるため、次式に示すように、圧力比ΔP(=Ps/Pd)も一定となる。
Ps/Pd=(V2/V1)^κ
なお、Psは吸入圧力、Pdは吐出圧力、V2は吐出容積、V2は吸入容積、κは断熱指数である。
Here, when the
Ps / Pd = (V2 / V1) ^ κ
Ps is the suction pressure, Pd is the discharge pressure, V2 is the discharge volume, V2 is the suction volume, and κ is the adiabatic index.
ここで、図9(b)に示すように、吐出圧力Pdが設定値よりも大きい吐出圧力Pd´に上昇した場合、膨張行程では、吐出圧力Pdとなるまで減圧する膨張を行うため、過膨張損失Saが発生する。これに対し、本実施の形態では、図9(c)に示すように、内側連通孔31i、外側連通孔31o、追加内側連通孔32i及び追加外側連通孔32oにより高圧室17に連通して初段内側膨張室Ri1の圧力及び初段外側膨張室Ro1の圧力を吸入圧力Psに維持し、膨張開始点を膨張室容積Vが膨張室容積V´になるまで遅らせて膨張行程を短縮している。すなわち、圧力変化dPを圧力変化dP´に小さくし、圧力比ΔPを小さくしている。この結果、無駄な過膨張損失Saが発生せず、膨張効率の低下を抑止することができる。
Here, as shown in FIG. 9B, when the discharge pressure Pd rises to a discharge pressure Pd ′ larger than the set value, in the expansion stroke, the pressure is reduced until the discharge pressure Pd is reached. Loss Sa occurs. On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 9C, the
また、図9(d)に示すように、吸入圧力Psが設定値よりも小さい吸入圧力Ps´に上昇した場合、膨張行程では、圧力変化dPとなるまで膨張行程を行って減圧するため、過膨張損失Sbが発生する。これに対し、本実施の形態では、図9(e)に示すように、内側連通孔31i、外側連通孔31o、追加内側連通孔32i及び追加外側連通孔32oにより高圧室17に連通して初段内側膨張室Ri1の圧力及び初段外側膨張室Ro1の圧力を吸入圧力Ps´に維持し、膨張開始点を膨張室容積Vが膨張室容積V´になるまで遅らせて膨張行程を短縮している。すなわち、圧力変化dPを圧力変化dP´´に小さくし、圧力比ΔPを小さくしている。この結果、無駄な過膨張損失Sbが発生せず、膨張効率の低下を抑止することができる。
Further, as shown in FIG. 9D, when the suction pressure Ps rises to a suction pressure Ps'smaller than the set value, the expansion stroke is performed until the pressure changes dP, and the pressure is reduced. Expansion loss Sb occurs. On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 9E, the
ここで、膨張開始点は、内側連通孔31i及び外側連通孔31oの連通、さらに内側連通孔31i、外側連通孔31o、追加内側連通孔32i及び追加外側連通孔32oのすべての連通という多段階の制御によって圧力変化dP(圧力比ΔP)を変化することができる。具体的には、圧力変化dPの変化に応じて、図9(c)及び図9(e)の膨張室容積V´の位置を多段階に変化することができる。
Here, the expansion start point is a multi-stage communication of the
なお、上述した実施の形態では、内側連通孔31i及び外側連通孔31oの対と、追加内側連通孔32i及び追加外側連通孔32oの対からなる2対の連通孔を設けていたが、さらに複数対の連通孔を設けて、さらに多段階に圧力比を可変にしてもよい。
In the above-described embodiment, two pairs of communication holes including a pair of the
すなわち、内側連通孔31iの位置から固定スクロール11に沿って旋回スクロール12の旋回角が進んだ位置に、初段内側膨張室Ri1に連通する1以上の追加内側連通孔を設けるとともに、外側連通孔31oの位置から固定スクロール11に沿って旋回スクロールの旋回角が進んだ位置に、初段外側膨張室Ro1に連通する1以上の追加外側連通孔を設けるようにしてもよい。上記の追加内側連通孔32i及び追加外側連通孔32oは旋回角が180°進んだ一例である。なお、各追加内側連通孔及び各追加外側連通孔には、それぞれ開閉する1以上の追加内側開閉弁及び1以上の追加外側開閉弁が設けられ、制御部4によって開閉制御される。
That is, one or more additional inner communication holes communicating with the first stage inner expansion chamber Ri1 are provided at a position where the turning angle of the turning
具体的には、図10に示すように、内側連通孔31iの位置から旋回スクロール12の旋回角が90°進んだ位置に追加内側連通孔33i、及び、外側連通孔31oの位置から旋回スクロールの旋回角が90°進んだ位置に追加外側連通孔33oを対として設ける。内側連通孔31i、外側連通孔31o、追加内側連通孔33i及び追加外側連通孔33oが閉になっている場合、旋回スクロールの旋回角が180°(半回転)になるまで、圧縮開始点を遅らせることができる。
Specifically, as shown in FIG. 10, the
また、図10に示すように、内側連通孔31iの位置から旋回スクロール12の旋回角が270°進んだ位置に追加内側連通孔34i、及び、外側連通孔31oの位置から旋回スクロールの旋回角が270°進んだ位置に追加外側連通孔34oを対として設ける。内側連通孔31i、外側連通孔31o、追加内側連通孔33i、追加外側連通孔33o、追加内側連通孔32i、追加外側連通孔32o、追加内側連通孔34i及び追加外側連通孔34oが閉になっている場合、旋回スクロールの旋回角が540°(1回転半)になるまで、圧縮開始点を遅らせることができる。
Further, as shown in FIG. 10, the turning angle of the turning
なお、上記の実施の形態では、各連通孔が設けられる位置の旋回角の進み角は、180°単位、あるいは90°単位としていたが、これに限らずの任意の進み角の位置に設けてもよい。 In the above embodiment, the advancing angle of the turning angle at the position where each communication hole is provided is in units of 180 ° or 90 °, but the advancing angle is not limited to this and is provided at any advancing angle. May be good.
また、連通孔の径は、旋回スクロール12の板状渦巻歯の厚さよりも小さくする。例えば、図11に示すように、外側連通孔31oの径W2は、旋回スクロール12の板状渦巻歯の厚さW1よりも小さくする。これにより、外側連通孔31oを介して旋回スクロール12を跨いだ蒸気の圧力漏れが回避される。
Further, the diameter of the communication hole is made smaller than the thickness of the plate-shaped spiral teeth of the
なお、図12に示すように、外側連通孔31o´が長穴である場合、短手方向の径W2´は旋回スクロール12の板状渦巻場の厚さW1よりも小さくする。
As shown in FIG. 12, when the outer communication hole 31o'is a long hole, the diameter W2'in the lateral direction is made smaller than the thickness W1 of the plate-shaped spiral field of the
さらに、上記の実施の形態及び変形例で図示した各構成は機能概略的なものであり、必ずしも物理的に図示の構成をされていることを要しない。すなわち、各装置及び構成要素の分散・統合の形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を各種の使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。 Further, each configuration shown in the above-described embodiment and modification is a schematic function, and does not necessarily have to be physically illustrated. That is, the form of distribution / integration of each device and component is not limited to the one shown in the figure, and all or part of the device and components are functionally or physically distributed / integrated in arbitrary units according to various usage conditions. Can be configured.
1 スクロール膨張機
2 スクロール膨張機本体
3 発電機
4 制御部
5 表示操作部
10 筐体
10a,10b 筐体
11 固定スクロール
12 旋回スクロール
13 クランクシャフト
14 スラスト軸受
15 バランスウェイト
17 高圧室
20 主吸入口
20a 中心
22 高圧圧力検出部
23 高圧温度検出部
24 低圧圧力検出部
25 低圧温度検出部
31o 外側連通孔
31i 内側連通孔
32o,33o,34o 追加外側連通孔
32i,33i,34i 追加内側連通孔
41o 外側開閉弁
41i 内側開閉弁
42o 追加外側開閉弁
42i 追加内側開閉弁
AL 回転方向
dP 圧力変化
HW 高圧蒸気
L1,L2 配管
LW 低圧蒸気
Pa,Pb 所定値
Pd 吐出圧力
Ps 吸入圧力
RC 領域
Ri1 初段内側膨張室
Ri2 次段内側膨張室
Ro1 初段外側膨張室
Ro2 次段外側膨張室
RW 高圧蒸気
Sa,Sb 過膨張損失
V 膨張室容積
V1 吸入容積
V2 吐出容積
ΔP 圧力比
1 Scroll
Claims (9)
固定スクロールと旋回スクロールとを噛み合わせて膨張室を形成する膨張機構と、
前記旋回スクロールの旋回に伴って前記高圧作動流体が吸入される主吸入口と、
前記主吸入口から隔離され、前記高圧作動流体を前記膨張室内に吸入する副吸入口と、
前記副吸入口を開閉する開閉弁と、
前記開閉弁を制御する制御部と、
を備え、
前記副吸入口は、前記膨張機構作動時に、前記旋回スクロールの内周に最初に形成される内側膨張室に前記高圧作動流体を吸入する内側連通孔と、前記旋回スクロールの外周に最初に形成される外側膨張室に前記高圧作動流体を吸入する外側連通孔と、で一対となるように形成されることを特徴とするスクロール膨張機。 A scroll expander that expands the sucked high-pressure working fluid and discharges the low-pressure working fluid.
An expansion mechanism that meshes a fixed scroll and a swivel scroll to form an expansion chamber,
A main suction port into which the high-pressure working fluid is sucked as the swivel scroll swivels,
An auxiliary suction port that is isolated from the main suction port and sucks the high-pressure working fluid into the expansion chamber.
An on-off valve that opens and closes the sub suction port,
A control unit that controls the on-off valve and
With
The sub-suction port is first formed on the outer periphery of the swivel scroll and the inner communication hole for sucking the high-pressure working fluid into the inner expansion chamber first formed on the inner circumference of the swivel scroll when the expansion mechanism is operated. A scroll expander characterized in that it is formed in a pair with an outer communication hole for sucking the high-pressure working fluid in the outer expansion chamber.
前記低圧作動流体の吐出圧力を検出する低圧圧力検出部と、
をさらに備え、
前記吐出圧力に対する前記吸入圧力の圧力比に応じて、対となる前記開閉弁を同時に開閉制御することを特徴とする請求項2に記載のスクロール膨張機。 A high-pressure pressure detection unit that detects the suction pressure of the high-pressure working fluid, and
A low-pressure pressure detection unit that detects the discharge pressure of the low-pressure working fluid,
With more
The scroll expander according to claim 2, further comprising controlling the opening and closing of the paired on-off valves at the same time according to the pressure ratio of the suction pressure to the discharge pressure.
前記外側連通孔は、前記固定スクロールに形成された板状渦巻歯の内側に形成されることを特徴とする請求項1に記載のスクロール膨張機。 The inner communication hole is formed on the outside of the plate-shaped spiral tooth formed on the fixed scroll.
The scroll expander according to claim 1, wherein the outer communication hole is formed inside a plate-shaped spiral tooth formed in the fixed scroll.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019048617A JP7287022B2 (en) | 2019-03-15 | 2019-03-15 | scroll expander |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019048617A JP7287022B2 (en) | 2019-03-15 | 2019-03-15 | scroll expander |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020148177A true JP2020148177A (en) | 2020-09-17 |
JP7287022B2 JP7287022B2 (en) | 2023-06-06 |
Family
ID=72431939
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019048617A Active JP7287022B2 (en) | 2019-03-15 | 2019-03-15 | scroll expander |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7287022B2 (en) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000227080A (en) * | 1999-02-05 | 2000-08-15 | Nippon Soken Inc | Scroll type expansion machine |
JP2003269103A (en) * | 2002-03-14 | 2003-09-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Scroll expansion machine and its driving method |
JP2006046223A (en) * | 2004-08-05 | 2006-02-16 | Daikin Ind Ltd | Scroll type expander |
JP2007255327A (en) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Nippon Soken Inc | Expander controlling device |
WO2008072575A1 (en) * | 2006-12-08 | 2008-06-19 | Daikin Industries, Ltd. | Freezing apparatus, and expander |
JP2013142355A (en) * | 2012-01-12 | 2013-07-22 | Toyota Industries Corp | Expander |
US20140219844A1 (en) * | 2013-02-06 | 2014-08-07 | Daimler Ag | Expansion device for use in a working medium circuit and method for operating an expansion device |
JP2016164381A (en) * | 2015-03-06 | 2016-09-08 | ヤンマー株式会社 | Power generation device |
-
2019
- 2019-03-15 JP JP2019048617A patent/JP7287022B2/en active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000227080A (en) * | 1999-02-05 | 2000-08-15 | Nippon Soken Inc | Scroll type expansion machine |
JP2003269103A (en) * | 2002-03-14 | 2003-09-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Scroll expansion machine and its driving method |
JP2006046223A (en) * | 2004-08-05 | 2006-02-16 | Daikin Ind Ltd | Scroll type expander |
JP2007255327A (en) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Nippon Soken Inc | Expander controlling device |
WO2008072575A1 (en) * | 2006-12-08 | 2008-06-19 | Daikin Industries, Ltd. | Freezing apparatus, and expander |
JP2013142355A (en) * | 2012-01-12 | 2013-07-22 | Toyota Industries Corp | Expander |
US20140219844A1 (en) * | 2013-02-06 | 2014-08-07 | Daimler Ag | Expansion device for use in a working medium circuit and method for operating an expansion device |
JP2016164381A (en) * | 2015-03-06 | 2016-09-08 | ヤンマー株式会社 | Power generation device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7287022B2 (en) | 2023-06-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1953338B1 (en) | Expander and heat pump using the expander | |
WO2013146674A1 (en) | Two-stage compression device | |
JP2007239666A (en) | Refrigerator | |
JP4065316B2 (en) | Expander and heat pump using the same | |
US9234684B2 (en) | Refrigerant passage change-over valve and air conditioner using the same | |
JP6430003B2 (en) | Screw compressor and refrigeration cycle apparatus equipped with the screw compressor | |
JP6661916B2 (en) | Scroll compressor and heat cycle system | |
JP4382151B2 (en) | Two-stage rotary expander, expander-integrated compressor, and refrigeration cycle apparatus | |
KR100619767B1 (en) | Apparatus for changing capacity multi-stage rotary compressor | |
WO2017145251A1 (en) | Screw compressor and refrigeration cycle device | |
JP2020148177A (en) | Scroll expander | |
US8475149B2 (en) | Scroll fluid machine having multiple discharge ports | |
JP2010077897A (en) | Screw compressor | |
CN107429692B (en) | Scroll compressor having a discharge port | |
JP5889168B2 (en) | Scroll compressor | |
JP7198116B2 (en) | Multi-stage compressor | |
JP6926635B2 (en) | Scroll compressor | |
KR101573662B1 (en) | Rotating type fluid machinery and system havine the same | |
WO2020026333A1 (en) | Screw compressor and refrigeration cycle device | |
JP6932797B2 (en) | Scroll compressor | |
JP2005351169A (en) | Screw compressor and its operation control method | |
WO2013105319A1 (en) | Expander | |
WO2017175298A1 (en) | Screw compressor and refrigeration cycle device | |
JP7372581B2 (en) | Screw compressor and refrigeration equipment | |
JP2019143546A (en) | Scroll fluid machine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220214 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20221222 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230104 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230303 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230425 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230508 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7287022 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |