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公開番号2021099277
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210701
出願番号2019231746
出願日20191223
発明の名称膨張機評価装置
出願人株式会社神戸製鋼所
代理人個人,個人,個人
主分類G01M 99/00 20110101AFI20210604BHJP(測定;試験)
要約【課題】複数段で設けた膨張機の評価を行う。
【解決手段】膨張機評価装置は、熱媒体を圧縮する圧縮機1と、熱媒体を減圧して膨張させる複数の膨張機2と、熱媒体を冷却して凝縮させる凝縮器3と、複数の膨張機2を直列接続する接続流路20,23と、圧縮機1の吐出側に接続される供給流路11と、供給流路11から分岐し、複数の膨張機2のうち最上流に位置する1段側膨張機5の入口側に接続される第1分岐流路13、及び、接続流路20,23に接続される第2分岐流路14と、第2分岐流路14に設けられ、熱媒体の流量を調整する第2流量調整弁19とを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
熱媒体を圧縮する圧縮機と、
前記熱媒体を減圧して膨張させる複数の膨張機と、
前記熱媒体を冷却して凝縮させる凝縮器と、
前記複数の膨張機を直列接続する接続流路と、
前記圧縮機の吐出側に接続される供給流路と、
前記供給流路から分岐し、前記複数の膨張機のうち最上流に位置する膨張機の入口側に接続される第1分岐流路、及び、前記接続流路に接続される第2分岐流路と、
前記第2分岐流路に設けられ、前記熱媒体の流量を調整する流量調整弁と、
を備える、膨張機評価装置。
続きを表示(約 1,200 文字)【請求項2】
前記圧縮機は、吐出させる前記熱媒体の流量を調整する容量調整部を有する、請求項1に記載の膨張機評価装置。
【請求項3】
前記容量調整部は、
前記供給流路を流動する前記熱媒体を前記圧縮機の吸込側に還流させる還流流路と、
前記還流流路を流動する前記熱媒体の流量を調整する還流流量調整弁と、
を備える、請求項2に記載の膨張機評価装置。
【請求項4】
前記容量調整部は、前記圧縮機の内部容積比を制御するスライド弁である、請求項2に記載の膨張機評価装置。
【請求項5】
前記容量調整部は、前記圧縮機を駆動するモータの回転数を制御するインバータである、請求項2に記載の膨張機評価装置。
【請求項6】
前記第1分岐流路及び前記第2分岐流路の上流側で前記供給流路から分岐し、前記圧縮機から吐出された熱媒体の一部を前記複数の膨張機の下流側に逃がす逃し流路と、
前記逃し流路を流動する前記熱媒体の流量を調整する逃し流量調整弁と、
を備える、請求項1から5のいずれか1項に記載の膨張機評価装置。
【請求項7】
前記膨張機の入口側で前記熱媒体の温度を検出する入口側温度検出部と、
前記膨張機の入口側で前記熱媒体の圧力を検出する入口側圧力検出部と、
前記膨張機の出口側で前記熱媒体の温度を検出する出口側温度検出部と、
前記膨張機の出口側で前記熱媒体の圧力を検出する出口側圧力検出部と、
前記膨張機の出力を電力に変換する発電機と、
前記発電機の出力を測定する電力計と、
を備える、請求項1から6のいずれか1項に記載の膨張機評価装置。
【請求項8】
前記入口側温度検出部、前記入口側圧力検出部、前記出口側温度検出部、前記出口側圧力検出部、前記発電機及び前記電力計は、前記複数の膨張機のそれぞれに対して設けられている、請求項7に記載の膨張機評価装置。
【請求項9】
前記発電機が発電した電力は、前記圧縮機を駆動する電源系統に供給される、請求項7又は8に記載の膨張機評価装置。
【請求項10】
前記複数の膨張機のうち最下流に位置する膨張機と前記凝縮器とを接続する排出流路と、
前記凝縮器と前記圧縮機とを接続する吸込流路と、
前記排出流路と前記吸込流路とを接続する迂回流路と、
を備え、
前記迂回流路は流量調整弁を有する、請求項1から9のいずれか1項に記載の膨張機評価装置。
【請求項11】
前記吸込流路は、前記凝縮器からの液相の前記熱媒体と、前記最下流に位置する膨張機からの気相の前記熱媒体とを混合する混合器を有する、請求項10に記載の膨張機評価装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、膨張機評価装置に関する。
続きを表示(約 4,700 文字)【背景技術】
【0002】
従来、ランキンサイクル発電システムを排熱回収装置に採用する際、エネルギー変換効率が高くなるように設計するために、膨張機のエネルギー変換効率が入口及び出口の条件に応じてどのように変化するのかを把握するようにした膨張機評価装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
しかしながら、従来の膨張機評価装置では、中間圧を設定する複数段で設けた膨張機を評価することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2012−184928号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、複数段で設けた膨張機の評価を行うことができる膨張機評価装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、熱媒体を圧縮する圧縮機と、前記熱媒体を減圧して膨張させる複数の膨張機と、前記熱媒体を冷却して凝縮させる凝縮器と、前記複数の膨張機を直列接続する接続流路と、前記圧縮機の吐出側に接続される供給流路と、前記供給流路から分岐し、前記複数の膨張機のうち最上流に位置する膨張機の入口側に接続される第1分岐流路、及び、前記接続流路に接続される第2分岐流路と、前記第2分岐流路に設けられ、前記熱媒体の流量を調整する流量調整弁と、を備える、膨張機評価装置を提供する。
【0007】
この構成によれば、流量調整弁の開度を調整することにより、直列接続された複数段の膨張機に対して個別に供給する熱媒体の条件を任意に設定することができる。
【0008】
前記圧縮機は、吐出させる前記熱媒体の流量を調整する容量調整部を有するのが好ましい。
【0009】
この構成によれば、容量調整部によって熱媒体の流量を増減させることにより、予め各膨張機に供給する熱媒体の条件を設定することで、流量調整弁の開度の調整によってよりきめ細かく熱媒体の条件を設定することができる。
【0010】
前記容量調整部は、前記供給流路を流動する前記熱媒体を前記圧縮機の吸込側に還流させる還流流路と、前記還流流路を流動する前記熱媒体の流量を調整する還流流量調整弁と、を備えるのが好ましい。
【0011】
この構成によれば、還流流路によって還流させる熱媒体の流量を調整して、各膨張機に供給する熱媒の流量を増減させることにより、予め各膨張機に供給する熱媒体の条件を設定することができる。これにより、流量調整弁及び容量調整部によってさらにきめ細かく熱媒体の条件を設定することができる。
【0012】
前記容量調整部は、前記圧縮機の内部容積比を制御するスライド弁であるのが好ましい。
【0013】
前記容量調整部は、前記圧縮機を駆動するモータの回転数を制御するインバータであるのが好ましい。
【0014】
前記膨張機評価装置は、前記第1分岐流路及び前記第2分岐流路の上流側で前記供給流路から分岐し、前記圧縮機から吐出された熱媒体の一部を前記複数の膨張機の下流側に逃がす逃し流路と、前記逃し流路を流動する前記熱媒体の流量を調整する流量調整弁と、を備えるのが好ましい。
【0015】
この構成によれば、逃し流路を流れる熱媒体の流量を流量調整弁によって調整することで、膨張機へ流れる熱媒体のきめ細かな流量調節を実現できる。
【0016】
前記膨張機評価装置は、前記膨張機の入口側で前記熱媒体の温度を検出する入口側温度検出部と、前記膨張機の入口側で前記熱媒体の圧力を検出する入口側圧力検出部と、前記膨張機の出口側で前記熱媒体の温度を検出する出口側温度検出部と、前記膨張機の出口側で前記熱媒体の圧力を検出する出口側圧力検出部と、前記膨張機の出力を電力に変換する発電機と、前記発電機の出力を測定する電力計と、を備えるのが好ましい。
【0017】
この構成によれば、膨張機の入口側の熱媒体の温度及び圧力を検出することにより、膨張機に供給される熱媒体の条件を特定することができる。加えて、膨張機の出口側の熱媒体の温度及び圧力を検出することにより、膨張機のエネルギー変換効率の理論値を算出することができる。そして、算出された理論値と、電力計で測定された電力値から得られる実測値とによってエネルギー変換効率を得ることができる。これにより、膨張機の入口側で熱媒体の流量を調整しての熱媒体の条件を種々変更すれば、その条件下での膨張機のエネルギー変換効率を算出することができる。
【0018】
前記入口側温度検出部、前記入口側圧力検出部、前記出口側温度検出部、前記出口側圧力検出部、前記発電機及び前記電力計は、前記複数の膨張機のそれぞれに対して設けられているのが好ましい。
【0019】
この構成によれば、各膨張機でのエネルギー変換効率を個別に算出することができる。
【0020】
前記発電機が発電した電力は、前記圧縮機を駆動する電源系統に供給されるのが好ましい。
【0021】
この構成によれば、発電機で得られた電力を圧縮機の消費電力に利用することができるので、装置全体としての消費電力を低減可能となる。
【0022】
前記複数の膨張機のうち最下流に位置する膨張機と前記凝縮器とを接続する排出流路と、前記凝縮器と前記圧縮機とを接続する吸込流路と、前記排出流路と前記吸込流路とを接続する迂回流路とを備え、前記迂回流路は流量調整弁を有するのが好ましい。
【0023】
この構成によれば、気相の熱媒体と液相の熱媒体の混合割合を調整し、所望のエンタルピーとして圧縮機に供給することができる。
【0024】
前記吸込流路は、前記凝縮器からの液相の前記熱媒体と、前記最下流の膨張機からの気相の前記熱媒体とを混合する混合器を有するのが好ましい。
【0025】
この構成によれば、圧縮機が吸い込む熱媒体を均質化することにより、より一層、運転状態を安定させることができる。
【発明の効果】
【0026】
本発明によれば、膨張機の入口側で熱媒体の流量を調整することにより、熱媒体の条件を任意に設定することができる。これにより、膨張機の評価を種々の条件で行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
第1実施形態に係る膨張機評価装置の構成図である。
図1に示す膨張機評価装置での熱媒体の状態を示すモリエル線図である。
第2実施形態に係る膨張機評価装置の構成図である。
第3実施形態に係る膨張機評価装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。
【0029】
(第1実施形態)
図1は、本実施形態に係る膨張機評価装置の構成図である。この膨張機評価装置は、スクリュ圧縮機1、膨張機2及び凝縮器3を備える。スクリュ圧縮機1は、モータ4によって駆動し、熱媒体(例えば、R245fa)を圧縮して膨張機2に供給する。膨張機2は、直列接続される1段側膨張機5及び2段側膨張機6で構成されている。1段側膨張機5及び2段側膨張機6は、内部を通過する熱媒体が減圧されて膨張することによって回転する回転軸をそれぞれ有する。各回転軸には第1発電機7及び第2発電機8がそれぞれ接続されている。第1発電機7及び第2発電機8での発電量は第1電力計9及び第2電力計10によってそれぞれ計測される。凝縮器3は、膨張機2から排出された熱媒体を冷却して凝縮させる。
【0030】
スクリュ圧縮機1の出口には、供給流路である第1流路11が接続されている。第1流路11には、油分離器12が設けられている。第1流路11から、第1分岐流路である第2流路13と、第2分岐流路である第3流路14とが分岐している。第2流路13は、1段側膨張機5の入口に接続されている。第2流路13には、第1流量調整弁15、第1流量計16、第1圧力検出センサ17(入口側圧力検出部)及び第1温度検出センサ18(入口側温度検出部)が設けられている。但し、第1流量調整弁15は必ずしも必要なものではない。第3流路14には第2流量調整弁19(流量調整弁)が設けられている。1段側膨張機5の出口には第4流路20が接続されている。第4流路20には、第2圧力検出センサ21(出口側圧力検出部)及び第2温度検出センサ22(出口側温度検出部)が設けられている。第3流路14と第4流路20が合流し、この合流部分と2段側膨張機6の入口とは第5流路23で接続されている。第5流路23には、第2流量計24、第3圧力検出センサ25(入口側圧力検出部)及び第3温度検出センサ26(入口側温度検出部)が設けられている。第4流路20と第5流路23によって接続流路が構成されている。2段側膨張機6の出口と凝縮器3の入口とは、排出流路である第6流路27で接続されている。第6流路27には、第4圧力検出センサ28(出口側圧力検出部)、第4温度検出センサ29(出口側温度検出部)及び第3流量調整弁30が設けられている。第6流路27と第1流路11とは第7流路31(逃し流路)によって接続されている。第7流路31には、第4流量調整弁32(逃し流流量調整弁)が設けられている。第4流量調整弁32の開度を調整することにより、スクリュ圧縮機1から吐出された熱媒体の一部を膨張機の下流側へ逃がして1段側膨張機5及び2段側膨張機6に供給される流量を調整している。凝縮器3の出口には第8流路33が接続されている。第8流路33には第5流量調整弁34が設けられている。第5流量調整弁34は、凝縮器3から流出する液相熱媒体の流量を調整する。第6流路27には、凝縮器3を迂回する第9流路35(迂回流路)が接続されている。第9流路35には第6流量調整弁36が設けられている。第6流量調整弁36は、第2膨張機から流出して分流される気相熱媒体の流量を調整する。第8流路33と第9流路35とが合流し、この合流部分とスクリュ圧縮機1の入口とは第10流路37で接続されている。第8流路33と第10流路37で吸込流路を構成している。第10流路37には、混合器38及び第7流量調整弁39が設けられている。混合器38は、第10流路37の一部に接続される蛇行した配管で構成されている。混合器38は、凝縮器3から第7流路31を流動する液相熱媒体と、2段側膨張機6から第6流路27と第9流路35を流動する気相熱媒体とを混合させる。なお、混合器38は、十分に長い直管や、内部に撹拌羽根を備えた静的又は動的なミキサで構成してもよい。第7流量調整弁39は、スクリュ圧縮機1に流入させる熱媒体を減圧して気相とする。
(【0031】以降は省略されています)

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