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JP7168376B2 - Two-phase flow turbine rotor blade, two-phase flow turbine, and refrigeration cycle system - Google Patents
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Two-phase flow turbine rotor blade, two-phase flow turbine, and refrigeration cycle system Download PDF

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Description

本開示は、回転軸に連結されたハブ上に設けられ、液相成分及び気相成分を含む二相流を受けることで駆動可能な二相流タービン動翼、当該二相流タービン動翼を備える二相流タービン、及び、当該二相流タービンを備える冷凍サイクルシステムに関する。 The present disclosure provides a two-phase flow turbine rotor blade which is provided on a hub connected to a rotating shaft and is drivable by receiving a two-phase flow containing a liquid phase component and a gas phase component, and the two-phase flow turbine rotor blade. The present invention relates to a two-phase flow turbine and a refrigeration cycle system including the two-phase flow turbine.

圧縮工程、凝縮工程、膨張工程及び蒸発工程を備える冷凍サイクルが知られている。この種の冷凍サイクルは、作動流体(冷媒)が流れる循環経路上に、各工程に対応する圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器等の構成要素を配置することで構成され、例えば空調等に利用されている。冷凍サイクルを冷房として機能させる場合、圧縮工程で生成された高温の圧縮作動流体は凝縮工程で液化され、膨張行程で減圧された後、蒸発工程で気化されることにより冷熱が発生する。 A refrigeration cycle is known that comprises a compression stage, a condensation stage, an expansion stage and an evaporation stage. This type of refrigeration cycle is configured by arranging components such as compressors, condensers, expansion valves, and evaporators corresponding to each process on a circulation path through which a working fluid (refrigerant) flows. is used for When the refrigeration cycle functions as cooling, the high-temperature compressed working fluid generated in the compression process is liquefied in the condensation process, decompressed in the expansion process, and then vaporized in the evaporation process to generate cold heat.

典型的な冷凍サイクルでは、膨張工程は、例えば膨張弁のようなデバイスを用いて液化された作動流体の減圧が行われるが、特許文献1では、膨張弁に代えて、気液混合状態にある冷媒(二相流)によって駆動可能な二相流タービンを配置することにより、膨張工程で生じる膨張エネルギを回収することでシステム効率を向上させることが開示されている。また特許文献2には、二相流タービンの一例が開示されている。 In a typical refrigeration cycle, the expansion process involves decompression of the liquefied working fluid using a device such as an expansion valve. Arranging a two-phase turbine that can be driven by a refrigerant (two-phase flow) is disclosed to improve system efficiency by recovering the expansion energy generated in the expansion process. Further, Patent Literature 2 discloses an example of a two-phase flow turbine.

実開昭61-98954号公報Japanese Utility Model Laid-Open No. 61-98954 米国特許第5467613号U.S. Pat. No. 5,467,613

特許文献1及び2に開示されるような二相流タービンでは、作動流体として、気相成分及び液相成分を含む二相流が用いられる。二相流タービンは、回転軸に連結されたハブ上に少なくとも一つの動翼(典型的には複数の動翼)を有しており、この動翼でノズルから吐出される二相流を受けることによって、ハブに連結された回転軸を駆動する。 Two-phase flow turbines as disclosed in Patent Documents 1 and 2 use a two-phase flow containing a gas phase component and a liquid phase component as a working fluid. A two-phase flow turbine has at least one rotor blade (typically a plurality of rotor blades) on a hub connected to a rotating shaft, and the rotor blade receives the two-phase flow discharged from a nozzle. thereby driving a rotating shaft connected to the hub.

図11は典型的な二相流タービン1においてノズル2から吐出された二相流4がハブ6上の動翼8を駆動する様子を示す模式図である。図11(a)では二相流4のうち気相成分(ガス成分)4aによってハブ6上の動翼8が駆動される様子が示されており、図11(b)では二相流4のうち液相成分(液滴成分)4bによってハブ6上の動翼8が駆動される様子が示されている。 FIG. 11 is a schematic diagram showing how a two-phase flow 4 discharged from a nozzle 2 drives a rotor blade 8 on a hub 6 in a typical two-phase flow turbine 1. FIG. FIG. 11(a) shows how the rotor blades 8 on the hub 6 are driven by the gas phase component (gas component) 4a of the two-phase flow 4, and FIG. It shows how the rotor blades 8 on the hub 6 are driven by the liquid phase component (droplet component) 4b.

二相流タービン1は、回転軸(不図示)に連結されたハブ6上に周方向に沿って複数の動翼8が設けられており、各動翼8がノズル2から吐出される二相流4を受けることによって、ハブ6とともに回転軸が駆動される。言い換えると、ノズル2は、所定のタイミングで複数の動翼8の少なくとも一つに対向する位置に配置されている。尚、図11では説明を簡潔にするために、ハブ6上に周方向に沿って略等間隔で設けられた複数の動翼8のうち一つに着目しており、当該動翼8が時間と共に二相流によって駆動される様子が示されている。 The two-phase flow turbine 1 has a plurality of moving blades 8 arranged along the circumferential direction on a hub 6 connected to a rotating shaft (not shown). Receiving the flow 4 drives the axle together with the hub 6 . In other words, the nozzle 2 is arranged at a position facing at least one of the rotor blades 8 at a predetermined timing. In FIG. 11, for the sake of simplicity of explanation, attention is paid to one of a plurality of rotor blades 8 provided on the hub 6 at substantially equal intervals along the circumferential direction. are shown driven by two-phase flow.

二相流4に含まれる気相成分4aは、ノズル2から吐出すると周囲に向けて迅速に行き渡る性質を有しており、ハブ6の周方向に沿って平衡圧力場を形成する。そのため図11(a)に示されるように、気相成分4aは、ハブ6の周囲に周方向に沿った流路を形成する。これにより、動翼8が位置A~Eのいずれにある場合においても、気相成分4aはハブ6上に設けられた動翼8に対して略垂直(言い換えるとハブ6の接線方向)に受けられ、動翼8を好適に駆動する。 The gas-phase component 4a contained in the two-phase flow 4 has the property of spreading rapidly toward the surroundings when discharged from the nozzle 2, and forms an equilibrium pressure field along the circumferential direction of the hub 6. FIG. Therefore, as shown in FIG. 11(a), the gas phase component 4a forms a flow path around the hub 6 along the circumferential direction. As a result, the gas phase component 4a is received substantially perpendicularly to the rotor blades 8 provided on the hub 6 (in other words, in the tangential direction of the hub 6) regardless of the position of the rotor blades 8 at any of positions A to E. and drives the rotor blades 8 favorably.

一方で二相流4に含まれる液相成分4bは、気相成分4aに比べて質量が大きな液滴から構成されている。そのため図11(b)に示されるように、ノズル2から吐出された液相成分4bは強い直進性を有する。その結果、ノズル2から吐出された液相成分4bは、例えば、位置B又はCのように動翼8に対して略垂直に受けられる場合には動翼8に対して好適に動力を伝達できるものの、その他の位置A,D,Eのように動翼8に対して斜めに受けられる位置では、液相成分4bが有する動力の径方向成分が少なからず損失してしまうこととなる。 On the other hand, the liquid phase component 4b contained in the two-phase flow 4 is composed of droplets having a larger mass than the gas phase component 4a. Therefore, as shown in FIG. 11(b), the liquid phase component 4b ejected from the nozzle 2 has strong straightness. As a result, the liquid phase component 4b discharged from the nozzle 2 can suitably transmit power to the moving blade 8 when received substantially perpendicularly to the moving blade 8, for example, at position B or C. However, at other positions such as positions A, D, and E, which are obliquely received with respect to the rotor blade 8, the radial component of the power of the liquid phase component 4b is not a little lost.

このような動力の径方向成分の損失は、例えば動翼8が三次元翼である場合にはシュラウド構造を工夫し、二相流の流路を制御することで抑制することも考えられる。しかしながら、一般的に三次元翼やシュラウド構造の設計変更はコスト増の要因となる。また、このような解決手法は、そもそもシュラウド構造を有さない設計には適用することができない。 For example, when the rotor blade 8 is a three-dimensional blade, such a loss of the radial component of the power may be suppressed by devising the shroud structure and controlling the flow path of the two-phase flow. However, design changes to the three-dimensional blade and shroud structure generally increase costs. Also, such a solution cannot be applied to designs that do not have a shroud structure in the first place.

本発明の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、簡易な構成を用いて、液相成分を含む二相流によって駆動される動翼において良好な動力回収効率を達成可能な二相流タービン動翼、当該二相流タービン動翼を備える二相流タービン、及び、当該二相流タービンを備える冷凍サイクルシステムを提供することを目的とする。 At least one embodiment of the present invention has been devised in view of the above circumstances, and is capable of achieving good power recovery efficiency in a rotor blade driven by a two-phase flow containing a liquid phase component using a simple configuration. An object of the present invention is to provide a two-phase turbine rotor blade, a two-phase turbine including the two-phase turbine rotor blade, and a refrigeration cycle system including the two-phase turbine.

(1)本発明の少なくとも一実施形態に係る二相流タービン動翼は上記課題を解決するために、
回転軸に連結されたハブ上に設けられ、液相成分及び気相成分を含む二相流を受けることで駆動可能な二相流タービン動翼であって、
前記ハブに固定され、前記二相流を受ける圧力面を有する動翼本体と、
前記圧力面上において、前記回転軸の径方向に交差するように延在する少なくとも一つの溝部と、
を備える。
(1) In order to solve the above problems, the two-phase flow turbine rotor blade according to at least one embodiment of the present invention includes:
A two-phase flow turbine rotor blade provided on a hub connected to a rotating shaft and drivable by receiving a two-phase flow containing a liquid phase component and a gas phase component,
a blade body secured to the hub and having a pressure surface that receives the two-phase flow;
at least one groove extending on the pressure surface so as to intersect a radial direction of the rotating shaft;
Prepare.

上記(1)の構成によれば、二相流タービン動翼の動翼本体のうち圧力面上には、少なくとも一つの溝部が設けられる。溝部は、回転軸の径方向に交差するように延在する。動翼本体は、回転軸とともに回転するハブ上に固定されているため、回転軸の回転に伴って、圧力面が二相流を受ける角度は時々刻々と変化する。二相流が圧力面に対して斜めに侵入する場合、二相流は圧力面で受けられる際に、圧力面上の溝部に導かれて転向することで、二相流が有する動力の径方向成分を効果的に取り込み、動翼の回転に寄与させることができる。このように、二相流が有する動力の径方向成分を無駄にすることなく回収できるため、二相流タービンの効率的な駆動が可能となる。 According to the above configuration (1), at least one groove is provided on the pressure surface of the rotor blade body of the two-phase flow turbine rotor blade. The groove extends so as to cross the radial direction of the rotating shaft. Since the rotor blade body is fixed on a hub that rotates together with the rotating shaft, the angle at which the pressure surface receives the two-phase flow changes from moment to moment as the rotating shaft rotates. When the two-phase flow intrudes obliquely into the pressure surface, when the two-phase flow is received by the pressure surface, it is guided by the grooves on the pressure surface and turned, so that the power of the two-phase flow is generated in the radial direction. The components can be effectively taken in and contributed to the rotation of the moving blade. In this manner, since the radial component of the power of the two-phase flow can be recovered without wasting it, the two-phase flow turbine can be efficiently driven.

(2)幾つかの実施形態では上記(1)の構成において、
前記少なくとも一つの溝部は、径方向に沿って互いに平行に配列された複数の溝部を含む。
(2) In some embodiments, in the configuration of (1) above,
The at least one groove includes a plurality of grooves arranged parallel to each other along the radial direction.

上記(2)の構成によれば、複数の溝部が圧力面上に設けられる。溝部の各々は、圧力面上において、径方向に沿って互いに平行に配列される。これにより、圧力面上の広い範囲にわたって、二相流が有する動力の径方向成分を回収できる。 According to the configuration (2) above, a plurality of grooves are provided on the pressure surface. Each of the grooves is arranged parallel to each other along the radial direction on the pressure surface. As a result, the radial component of the power of the two-phase flow can be recovered over a wide range on the pressure surface.

(3)幾つかの実施形態では上記(1)の構成において、
前記少なくとも一つの溝部は、単一の溝部を含む。
(3) In some embodiments, in the configuration of (1) above,
The at least one groove includes a single groove.

上記(3)の構成によれば、単一の溝部が圧力面上に設けられる。この場合、圧力面上に溝部を形成するための加工負担が少なく、簡易的な構成で二相流が有する動力の径方向成分を回収できる。 According to the configuration (3) above, a single groove is provided on the pressure surface. In this case, the processing load for forming the grooves on the pressure surface is small, and the radial component of the power of the two-phase flow can be recovered with a simple configuration.

(4)幾つかの実施形態では上記(1)から(3)のいずれか一構成において、
前記少なくとも一つの溝部は、径方向外側縁部における接線方向と前記圧力面の法線方向とによって規定される流出部交差角が10度以内である。
(4) In some embodiments, in any one configuration of (1) to (3) above,
The at least one groove has an outflow crossing angle defined by a tangential direction at a radially outer edge and a normal direction to the pressure surface of 10 degrees or less.

上記(4)の構成によれば、圧力面上に設けられる溝部は、流出部交差角が10度以内である径方向外側縁部を有する。溝部の流出部交差角を当該範囲に設定することで、上述した溝部による二相流の転向作用をより効果的に得ることができ、二相流が有する動力の径方向成分をより効率的に回収できる。 According to configuration (4) above, the groove provided on the pressure surface has a radially outer edge with an outflow crossing angle of 10 degrees or less. By setting the crossing angle of the outflow portion of the groove portion within this range, it is possible to more effectively obtain the above-described turning action of the two-phase flow by the groove portion, and the radial direction component of the power possessed by the two-phase flow can be more efficiently obtained. can be recovered.

(5)幾つかの実施形態では上記(4)の構成において、
前記少なくとも一つの溝部は、径方向外側が径方向内側に比べて大きな曲率を有する。
(5) In some embodiments, in the configuration of (4) above,
The at least one groove portion has a larger radius of curvature on the radially outer side than on the radially inner side.

上記(5)の構成によれば、圧力面上に設けられる溝部は、径方向外側が径方向内側に比べて大きな曲率を有するように形成される。これにより、径方向内側では、二相流を溝部の内側にスムーズに取り込むとともに、径方向外側では、二相流が有する動力の径方向成分を効果的に転向させることができる。その結果、上述した溝部による二相流の転向作用をより効果的に得ることができ、二相流が有する動力の径方向成分をより効率的に回収できる。 According to the configuration (5) above, the groove provided on the pressure surface is formed so that the radially outer side has a larger curvature than the radially inner side. As a result, the two-phase flow can be smoothly introduced to the inside of the groove on the radially inner side, and the radial component of the power of the two-phase flow can be effectively diverted on the radially outer side. As a result, the diversion action of the two-phase flow by the grooves described above can be obtained more effectively, and the radial direction component of the power of the two-phase flow can be recovered more efficiently.

(6)幾つかの実施形態では上記(1)から(5)のいずれか一構成において、
前記少なくとも一つの溝部は、前記圧力面の他の領域に比べて小さな表面粗度を有する。
(6) In some embodiments, in any one configuration of (1) to (5) above,
The at least one groove has a reduced surface roughness compared to other areas of the pressure surface.

上記(6)の構成によれば、圧力面上において溝部は他の領域に比べて小さな表面粗度を有する。一般的にムーディ線図のように、粗度が荒いと境界層部の圧損が大きくなり損失になる。本構成では、流体が流れる主要部の表面粗度を小さくすることによって、流体が流れる圧損を低減することができる。 According to the configuration (6) above, the groove has a smaller surface roughness on the pressure surface than other regions. In general, as shown in the Moody diagram, if the roughness is rough, the pressure loss in the boundary layer increases, resulting in loss. In this configuration, by reducing the surface roughness of the main portion through which the fluid flows, the pressure loss through which the fluid flows can be reduced.

(7)幾つかの実施形態では上記(1)から(6)のいずれか一構成において、
前記二相流は、前記圧力面の径方向に沿う中心線に対して一方側から前記圧力面に対して供給され、
前記少なくとも一つの溝部は、前記圧力面のうち前記中心線に対して他方側に設けられている。
(7) In some embodiments, in any one configuration of (1) to (6) above,
the two-phase flow is supplied to the pressure surface from one side with respect to a center line along the radial direction of the pressure surface;
The at least one groove is provided on the other side of the pressure surface with respect to the center line.

上記(7)の構成によれば、圧力面に対して中心線の一方側から二相流が供給される場合、溝部は圧力面上の他方側に設けられる。動翼はハブとともに回転するため、このように一方側から二相流が供給されると他方側において二相流から受ける動力の径方向成分が大きくなる。本構成では、このように二相流から受ける動力の径方向成分が大きくなる領域に溝部を設けることで、より効率的に動力の径方向成分を回収できる。 With configuration (7) above, when the two-phase flow is supplied to the pressure surface from one side of the center line, the groove is provided on the other side of the pressure surface. Since the rotor blades rotate together with the hub, when the two-phase flow is supplied from one side in this way, the radial component of the power received from the two-phase flow on the other side increases. In this configuration, by providing the groove in the region where the radial component of the power received from the two-phase flow is large, the radial component of the power can be recovered more efficiently.

(8)幾つかの実施形態では上記(1)から(7)のいずれか一構成において、
前記動翼本体は平行翼である。
(8) In some embodiments, in any one configuration of (1) to (7) above,
The rotor blade body is a parallel blade.

上記(8)の構成によれば、上記構成を有する二相流タービン動翼が平行翼として構成される。平行翼は長手方向に対する垂直断面形状が一定であり、長手方向に対する垂直断面形状が一定でない三次元翼に比べて構造がシンプルである。本構成では、平行翼である動翼本体の圧力面上に溝部を設けることで、シンプルな翼形状ながらも、二相流が有する径方向動力を効果的に回収し、良好なタービン効率が得られる。 According to the above configuration (8), the two-phase flow turbine rotor blade having the above configuration is configured as a parallel blade. Parallel blades have a uniform vertical cross-sectional shape with respect to the longitudinal direction, and have a simpler structure than three-dimensional blades with non-uniform vertical cross-sectional shapes with respect to the longitudinal direction. In this configuration, by providing grooves on the pressure surface of the rotor blade body, which is a parallel blade, the radial power of the two-phase flow can be effectively recovered even though the blade shape is simple, and good turbine efficiency can be obtained. be done.

(9)本発明の少なくとも一実施形態に係る二相流タービンは上記課題を解決するために、
上記(1)から(8)のいずれか一構成の二相流タービン動翼を備える。
(9) In order to solve the above problems, the two-phase flow turbine according to at least one embodiment of the present invention includes:
A two-phase flow turbine rotor blade having any one configuration of (1) to (8) above is provided.

上記(9)の構成によれば、二相流タービンは上述の各実施形態に係る二相流タービン動翼を備えることで、二相流が有する動力の径方向成分を効果的に回収し、良好なタービン効率を得ることができる。 According to the above configuration (9), the two-phase flow turbine includes the two-phase flow turbine rotor blades according to the above-described embodiments, thereby effectively recovering the radial component of the power possessed by the two-phase flow, Good turbine efficiency can be obtained.

(10)幾つかの実施形態では上記(9)の構成において、
前記二相流を前記二相流タービン動翼に供給するためのノズル出口部、又は、前記二相流タービン動翼の出口部における前記二相流の湿り度が80%以上である。
(10) In some embodiments, in the configuration of (9) above,
The wetness of the two-phase flow at a nozzle outlet for supplying the two-phase flow to the two-phase flow turbine rotor blade or at the outlet of the two-phase flow turbine rotor blade is 80% or more.

上記(10)の構成によれば、湿り度が当該範囲にある液相成分が支配的な領域において二相流タービンを運転することで、良好な駆動効率が得られる。 According to the above configuration (10), good driving efficiency is obtained by operating the two-phase flow turbine in a region where the wetness is in the range and the liquid phase component is dominant.

(11)本発明の少なくとも一実施形態に係る冷凍サイクルシステムは上記課題を解決するために、
膨張行程を含む冷凍サイクルと、
前記膨張行程において作動流体を前記二相流として供給することで駆動可能な上記(9)又は(10)に記載の二相流タービンと、
前記二相流タービンに連結された発電機と、
を備える。
(11) In order to solve the above problems, the refrigeration cycle system according to at least one embodiment of the present invention includes:
a refrigeration cycle including an expansion stroke;
the two-phase flow turbine according to (9) or (10) above, which can be driven by supplying the working fluid as the two-phase flow in the expansion stroke;
a generator coupled to the two-phase flow turbine;
Prepare.

上記(11)の構成によれば、冷凍サイクルの膨張行程において、作動流体を二相流として供給することで二相流タービンの駆動が行われる。二相流タービンは上述の各実施形態に係る二相流タービン動翼を備えるため、二相流が有する動力を径方向成分を含めて効果的に回収し、良好なタービン効率を得ることができる。二相流タービンは発電機に連結されており、二相流タービンの駆動によって電気エネルギが得られる。このようにして、本構成では膨張行程におけるエネルギ回収を効率的に行うことができ、シンプルな構成ながらも高性能な冷凍サイクルシステムを実現できる。 According to the above configuration (11), the two-phase flow turbine is driven by supplying the working fluid as a two-phase flow in the expansion stroke of the refrigeration cycle. Since the two-phase flow turbine includes the two-phase flow turbine rotor blades according to the above-described embodiments, it is possible to effectively recover the power of the two-phase flow, including the radial component, and obtain good turbine efficiency. . A two-phase flow turbine is coupled to the generator, and electrical energy is obtained by driving the two-phase flow turbine. In this manner, in this configuration, energy can be efficiently recovered in the expansion stroke, and a high-performance refrigeration cycle system can be realized with a simple configuration.

本発明の少なくとも一実施形態によれば、簡易な構成を用いて、液相成分を含む二相流によって駆動される動翼において良好な動力回収効率を達成可能な二相流タービン動翼、当該二相流タービン動翼を備える二相流タービン、及び、当該二相流タービンを備える冷凍サイクルシステムを提供できる。 According to at least one embodiment of the present invention, a two-phase flow turbine rotor blade capable of achieving good power recovery efficiency in a rotor blade driven by a two-phase flow containing a liquid phase component using a simple configuration; A two-phase flow turbine including two-phase flow turbine rotor blades and a refrigeration cycle system including the two-phase flow turbine can be provided.

本発明の少なくとも一実施形態に係る二相流タービンの軸方向断面図である。1 is an axial cross-sectional view of a two-phase flow turbine according to at least one embodiment of the invention; FIG. 図1の二相流タービン動翼をノズルとともに軸方向から示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the two-phase flow turbine rotor blade of FIG. 1 together with the nozzle from the axial direction; ハブ上に設けられた動翼を圧力面側から示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing rotor blades provided on a hub from the pressure surface side; 図3のF方向から動翼を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a rotor blade from direction F in FIG. 3 ; 図4のG領域における断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view in the G region of FIG. 4; 溝部の流出部交差角を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outflow part intersection angle of a groove part. 第1変形例に係る動翼の模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram of a rotor blade according to a first modified example; 第2変形例に係る動翼の模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram of a rotor blade according to a second modified example; 第3変形例に係る動翼の模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram of a rotor blade according to a third modified example; 本発明の少なくとも一実施形態に係る冷凍サイクルシステムの構成図である。1 is a configuration diagram of a refrigeration cycle system according to at least one embodiment of the present invention; FIG. 典型的な二相流タービンにおいてノズルから吐出された二相流がハブ上の動翼を駆動する様子を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing how a two-phase flow discharged from a nozzle drives rotor blades on a hub in a typical two-phase flow turbine.

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Several embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described as embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention, and are merely illustrative examples. do not have.

図1は本発明の少なくとも一実施形態に係る二相流タービン1の軸方向断面図であり、図2は図1の二相流タービン動翼8(以下、適宜「動翼8」と称する)をノズル2とともに軸方向から示す模式図である。
尚、以下の説明では、特段の記載がない限りにおいて、二相流タービン1の回転軸10を基準に周方向、軸方向、径方向を規定するものとする。
1 is an axial cross-sectional view of a two-phase flow turbine 1 according to at least one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a two-phase flow turbine rotor blade 8 (hereinafter referred to as "rotor blade 8" as appropriate) of FIG. 2 is a schematic diagram showing the , together with the nozzle 2, from the axial direction.
In the following description, the circumferential direction, axial direction, and radial direction are defined with reference to the rotating shaft 10 of the two-phase flow turbine 1 unless otherwise specified.

二相流タービン1は、軸方向に沿って延びる回転軸10と、回転軸10に連結されたハブ6と、ハブ6上に設けられた少なくとも一つの動翼8と、を備える。動翼8の上流側には、二相流4である作動流体を供給するためのノズル2(図2を参照)が配置されたノズル室12が設けられている。また動翼8の下流側には、動翼8に対して仕事を終えた作動流体を外部に導くタービンディフューザ14が設けられている。 The two-phase flow turbine 1 includes a rotating shaft 10 extending along the axial direction, a hub 6 connected to the rotating shaft 10 , and at least one rotor blade 8 provided on the hub 6 . A nozzle chamber 12 in which a nozzle 2 (see FIG. 2) for supplying a working fluid that is a two-phase flow 4 is arranged is provided on the upstream side of the rotor blade 8 . A turbine diffuser 14 is provided on the downstream side of the moving blades 8 to guide the working fluid that has finished working on the moving blades 8 to the outside.

尚、二相流タービン1には、上流側から二相流4である作動流体を供給するようにしてもよいし、上流側から液相状態にある作動流体を供給し、例えばノズル2としてリーマ形状を採用することにより二相流を生成するようにしてもよい。 The two-phase flow turbine 1 may be supplied with a working fluid that is a two-phase flow 4 from the upstream side, or may be supplied with a working fluid that is in a liquid phase state from the upstream side, and may be supplied with a reamer as a nozzle 2, for example. The shape may be used to create a two-phase flow.

図2に示されるように、ハブ6上には周方向に沿って複数の動翼8が配列されている。これらの動翼8には、ノズル室12に設けられたノズル2から、二相流4が供給される。ノズル2は、ノズル室12の内壁に沿って動翼8に対応するように周方向に沿って複数設けられている。ノズル2の数は、動翼8の数と同じであってもよいし、異なっていてもよい。ハブ6上に設けられた動翼8は、ノズル2から吐出された二相流を受けることによって、矢印で示されるようにハブ6及び回転軸10を駆動する。 As shown in FIG. 2, a plurality of rotor blades 8 are arranged on the hub 6 along the circumferential direction. A two-phase flow 4 is supplied to these rotor blades 8 from a nozzle 2 provided in a nozzle chamber 12 . A plurality of nozzles 2 are provided along the inner wall of the nozzle chamber 12 along the circumferential direction so as to correspond to the rotor blades 8 . The number of nozzles 2 may be the same as or different from the number of rotor blades 8 . The rotor blades 8 provided on the hub 6 drive the hub 6 and the rotating shaft 10 as indicated by arrows by receiving the two-phase flow discharged from the nozzle 2 .

ノズル2は、二相流4がハブ6の接線方向に沿うように吐出方向が設定されており、動翼8が二相流4を受けることで、図11を参照して前述したように、動翼8が位置A~Eを順に移動する。このとき、二相流4に含まれる気相成分4aは、ノズル2から吐出すると周囲に向けて迅速に行き渡る性質を有しており、ハブ6の周方向に沿って平衡圧力場を形成する。そのため図11(a)に示されるように、気相成分4aは、ハブ6の周囲に周方向に沿った流路を形成する。これにより、動翼8が位置A~Eのいずれにある場合においても、気相成分4aはハブ6上に設けられた動翼8に対して略垂直(言い換えるとハブ6の接線方向)に受けられ、動翼8を好適に駆動する。 The discharge direction of the nozzle 2 is set so that the two-phase flow 4 is along the tangential direction of the hub 6, and the rotor blades 8 receive the two-phase flow 4, as described above with reference to FIG. The moving blade 8 moves through positions A to E in order. At this time, the gas-phase component 4a contained in the two-phase flow 4 has the property of spreading rapidly toward the surroundings when discharged from the nozzle 2, and forms an equilibrium pressure field along the circumferential direction of the hub 6. Therefore, as shown in FIG. 11(a), the gas phase component 4a forms a flow path around the hub 6 along the circumferential direction. As a result, the gas phase component 4a is received substantially perpendicularly to the rotor blades 8 provided on the hub 6 (in other words, in the tangential direction of the hub 6) regardless of the position of the rotor blades 8 at any of positions A to E. and drives the rotor blades 8 favorably.

一方で二相流4に含まれる液相成分4bは、気相成分4aに比べて質量が大きな液滴から構成されている。そのため図11(b)に示されるように、ノズル2から吐出された液相成分4bは強い直進性を有する。その結果、ノズル2から吐出された液相成分4bは、例えば、位置B又はCのように動翼8に対して略垂直に受けられる場合には動翼8に対して好適に動力を伝達できるものの、その他の位置A,D,Eでは動翼8に対して斜めに受けられる。本実施形態では、このような場合においても、動翼8が以下のような構成を有することにより、良好な動力伝達を行うことができる。 On the other hand, the liquid phase component 4b contained in the two-phase flow 4 is composed of droplets having a larger mass than the gas phase component 4a. Therefore, as shown in FIG. 11(b), the liquid phase component 4b ejected from the nozzle 2 has strong straightness. As a result, the liquid phase component 4b discharged from the nozzle 2 can suitably transmit power to the moving blade 8 when received substantially perpendicularly to the moving blade 8, for example, at position B or C. However, at the other positions A, D and E, it is obliquely received with respect to the rotor blade 8 . In this embodiment, even in such a case, the rotor blade 8 has the following configuration, so that good power transmission can be performed.

図3はハブ6上に設けられた動翼8を圧力面16側から示す斜視図であり、図4は図3のF方向から動翼8を示す斜視図であり、図5は図4のG領域における断面図である。尚、図3ではハブ6側が紙面下方になり、チップ(先端)側が紙面上方になるように示されている。 3 is a perspective view showing the rotor blade 8 provided on the hub 6 from the pressure surface 16 side, FIG. 4 is a perspective view showing the rotor blade 8 from the direction F in FIG. 3, and FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view in the G region; In FIG. 3, the hub 6 side is shown below the paper surface, and the tip (tip) side is shown above the paper surface.

動翼8は、長手方向が径方向に沿うようにハブ6上に立設された動翼本体18を有する。動翼本体18は、長手方向に対する垂直断面形状が一定である平行翼として形成されている。 The rotor blade 8 has a rotor blade body 18 erected on the hub 6 so that its longitudinal direction extends along the radial direction. The moving blade main body 18 is formed as a parallel blade having a constant cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction.

動翼本体18は、ノズル2から吐出された二相流4を受けるための圧力面16を有する。圧力面16は凹状に形成されており、ノズル2から吐出された二相流4を受けた際の動力回収効率を向上するように構成されている。 A blade body 18 has a pressure surface 16 for receiving the two-phase flow 4 discharged from the nozzle 2 . The pressure surface 16 is formed in a concave shape and is configured to improve power recovery efficiency when receiving the two-phase flow 4 discharged from the nozzle 2 .

圧力面16上には、少なくとも一つの溝部20が設けられる。溝部20は、圧力面16の表面に対して凹状に形成されており、回転軸10の径方向に交差するように延在する。溝部20は、幅方向に沿って一方の縁部から他方の縁部にわたって延在している。 At least one groove 20 is provided on the pressure surface 16 . The groove portion 20 is formed in a concave shape with respect to the surface of the pressure surface 16 and extends so as to intersect the radial direction of the rotating shaft 10 . The groove portion 20 extends from one edge to the other edge along the width direction.

図3~図5の例では、圧力面16上には径方向に沿って複数の溝部20が設けられている。複数の溝部20は、互いに略平行に延在する。各溝部20は、チップ側縁部22とハブ側縁部24とによって規定されており、チップ側縁部22及びハブ側縁部24の間に凹状に形成される。このように、圧力面16上には径方向に沿って互いに平行に配列された複数の溝部20が設けられることにより、後述するような液相成分4bの径方向動力回収を圧力面16上の広い範囲にわたって行うことが可能になっている。 In the examples of FIGS. 3 to 5, a plurality of grooves 20 are provided on the pressure surface 16 along the radial direction. The plurality of grooves 20 extend substantially parallel to each other. Each groove 20 is defined by a tip edge 22 and a hub edge 24 and is recessed between the tip edge 22 and the hub edge 24 . In this manner, a plurality of grooves 20 arranged in parallel to each other along the radial direction are provided on the pressure surface 16, so that radial power recovery of the liquid phase component 4b as described later can be performed on the pressure surface 16. It can be done over a wide range.

図3及び図5では、このような溝部20に対して、二相流4に含まれる液相成分4bが供給される様子が模式的に示されている。液相成分4bが所定方向から圧力面16に対して斜めに供給される場合、まずハブ側縁部24から溝部20に侵入する。そして、溝部20の凹状底部に沿って移動し、チップ側縁部22から外部に向かうように転向される。このとき、圧力面16に供給される液相成分4bが有する径方向動力は溝部20によって動翼本体18に作用し、ハブ6に伝達される。 FIGS. 3 and 5 schematically show how the liquid phase component 4b contained in the two-phase flow 4 is supplied to such a groove portion 20. As shown in FIG. When the liquid phase component 4b is supplied obliquely to the pressure surface 16 from a predetermined direction, it first enters the groove 20 from the hub side edge 24. As shown in FIG. Then, it moves along the concave bottom portion of the groove portion 20 and is turned outward from the chip-side edge portion 22 . At this time, the radial power of the liquid phase component 4 b supplied to the pressure surface 16 acts on the rotor blade body 18 through the grooves 20 and is transmitted to the hub 6 .

ここで図6に示されるように、溝部20の径方向外側縁部であるチップ側縁部22における流出部交差角θを、当該チップ側縁部22における接線方向Hと、圧力面16の法線方向Iとによって規定する。幾つかの実施形態では、流出部交差角θは10度以内であってもよい。流出部交差角θを、このような範囲に設定することにより、二相流4に含まれる液相成分4bの径方向移動成分を効果的に転向させることができ、径方向動力をより効率的に回収できる。 Here, as shown in FIG. 6, the outflow crossing angle θ at the tip-side edge 22 which is the radially outer edge of the groove 20 is determined by defined by the line direction I and In some embodiments, the outflow crossing angle θ may be 10 degrees or less. By setting the outflow crossing angle θ within such a range, the radial movement component of the liquid phase component 4b contained in the two-phase flow 4 can be effectively diverted, and the radial power can be more efficiently applied. can be recovered to

このように本実施形態では、三次元翼に比べて構成がシンプルな平行翼において、圧力面16上に溝部20を設けることで、シンプルな翼形状ながらも、二相流4が有する径方向動力を効果的に回収し、良好なタービン効率が得られる。 As described above, in the present embodiment, the grooves 20 are provided on the pressure surface 16 of the parallel blade, which has a simpler configuration than the three-dimensional blade. is effectively recovered and good turbine efficiency is obtained.

尚、三次元翼においても圧力面16上に当該溝部20を設けることで、径方向動力をより効果的に回収するようにしてもよい。 Incidentally, even in the three-dimensional blade, by providing the groove portion 20 on the pressure surface 16, the radial power may be recovered more effectively.

尚、溝部20は、圧力面16のうち溝部20を除く他の領域に比べて小さな表面粗度を有してもよい。一般的にムーディ線図のように、粗度が荒いと境界層部の圧損が大きくなり損失になる。本構成では、流体が流れる主要部の表面粗度を小さくすることによって、流体が流れる圧損を低減することができる。 In addition, the groove portion 20 may have a smaller surface roughness than other areas of the pressure surface 16 excluding the groove portion 20 . In general, as shown in the Moody diagram, if the roughness is rough, the pressure loss in the boundary layer increases, resulting in loss. In this configuration, by reducing the surface roughness of the main portion through which the fluid flows, the pressure loss through which the fluid flows can be reduced.

尚、表面粗度の調整は、例えば、溝部又は圧力面の少なくとも一方に対して所定の表面加工を施すことで行われてもよい。この場合、表面加工としては既知の各種手法を採用することができる。 The adjustment of the surface roughness may be performed, for example, by subjecting at least one of the groove portion and the pressure surface to a predetermined surface treatment. In this case, various known methods can be employed for surface processing.

図7は第1変形例に係る動翼の模式図である(図6に対応する模式図である)。前述の実施形態では、圧力面16上に設けられた溝部20は、略一定の曲率を有する形状を有しているが、本変形例のように、溝部20の曲率は一定でなくてもよい。図7の例では特に、溝部20は、径方向外側(チップ側縁部22の近傍)が径方向内側(ハブ側縁部24の近傍)に比べて大きな曲率を有している。 FIG. 7 is a schematic diagram of a rotor blade according to the first modification (a schematic diagram corresponding to FIG. 6). In the above-described embodiment, the groove 20 provided on the pressure surface 16 has a shape with a substantially constant curvature, but the curvature of the groove 20 may not be constant as in this modified example. . Especially in the example of FIG. 7, the groove portion 20 has a larger curvature on the radially outer side (near the tip side edge 22) than on the radially inner side (near the hub side edge 24).

言い換えると、溝部20の径方向外側縁部であるチップ側縁部22における流出部交差角θ1を、当該チップ側縁部22における接線方向Hと、圧力面16の法線方向Iとによって規定するとともに、径方向内側縁部であるハブ側縁部24における流入部交差角θ2を、当該ハブ側縁部24における接線方向Jと、圧力面16の法線方向Iとによって規定すると、流出部交差角θ1が流入部交差角θ2より小さくなるように構成される。これにより、ハブ側縁部24では、溝部20の底側に向けて二相流4をスムーズに取り込むとともに、チップ側縁部22では、二相流4に含まれる液相成分4bの径方向成分を効果的に転向させることができ、径方向動力をより効率的に回収できる。この場合においても、流出部交差角θ1は10度以内であると、動力回収効率を向上させる点から好ましい。 In other words, the outflow crossing angle θ1 at the tip-side edge 22, which is the radially outer edge of the groove 20, is defined by the tangential direction H at the tip-side edge 22 and the normal direction I to the pressure surface 16. In addition, if the inlet crossing angle θ2 at the hub side edge 24, which is the radially inner edge, is defined by the tangential direction J at the hub side edge 24 and the normal direction I to the pressure surface 16, the outflow crossing angle The angle θ1 is configured to be smaller than the inlet crossing angle θ2. As a result, the two-phase flow 4 is smoothly taken in toward the bottom side of the groove 20 at the hub-side edge 24, and the radial direction component of the liquid-phase component 4b contained in the two-phase flow 4 is at the tip-side edge 22. can be effectively diverted and radial power can be recovered more efficiently. Also in this case, it is preferable that the outflow section crossing angle θ1 is within 10 degrees from the viewpoint of improving the power recovery efficiency.

図8は第2変形例に係る動翼8の模式図である(図3と同様に、ハブ6上に設けられた動翼8を圧力面16側から示す斜視図である)。この変形例では、二相流4が圧力面16の径方向に沿う中心線Kに対して一方側(紙面左側)から圧力面16に対して供給されるようにノズル2が配置される。これにより、二相流4は圧力面16に対して、圧力面16の中心線Kの一方側から斜めに供給される。 FIG. 8 is a schematic diagram of the rotor blade 8 according to the second modification (similar to FIG. 3, it is a perspective view showing the rotor blade 8 provided on the hub 6 from the pressure surface 16 side). In this modification, the nozzle 2 is arranged such that the two-phase flow 4 is supplied to the pressure surface 16 from one side (the left side of the drawing) with respect to the center line K along the radial direction of the pressure surface 16 . Thereby, the two-phase flow 4 is obliquely supplied to the pressure surface 16 from one side of the center line K of the pressure surface 16 .

そして溝部20は、圧力面16のうち中心線Kに対して他方側(紙面右側)に設けられている。図8に圧力面16上における液相成分4bの流路が示されているように、液相成分4bはハブ6側からチップ側に向けて進行するため、圧力面16のうち二相流4の径方向移動成分が大きくなる中心線Kより他方側に溝部20を設けることにより、簡易な構成で効率的に二相流の径方向動力を回収できる。 The groove portion 20 is provided on the other side (right side of the drawing) of the pressure surface 16 with respect to the center line K. As shown in FIG. As the flow path of the liquid phase component 4b on the pressure surface 16 is shown in FIG. By providing the groove portion 20 on the other side of the center line K where the radial movement component of is large, the radial power of the two-phase flow can be efficiently recovered with a simple configuration.

図9は第3変形例に係る動翼8の模式図である(図3と同様に、ハブ6上に設けられた動翼8を圧力面16側から示す斜視図である)。上述の実施形態では圧力面16上に複数の溝部20が設けられていたが、本変形例では、圧力面16上に単一の溝部20が設けられている。この場合、圧力面16上に溝部20を形成するための加工負担が少なく、簡易的な構成で液相成分4bの径方向動力を回収できる。 FIG. 9 is a schematic diagram of the rotor blade 8 according to the third modification (similar to FIG. 3, it is a perspective view showing the rotor blade 8 provided on the hub 6 from the pressure surface 16 side). A plurality of grooves 20 were provided on the pressure surface 16 in the above-described embodiment, but a single groove 20 is provided on the pressure surface 16 in this modified example. In this case, the processing load for forming the grooves 20 on the pressure surface 16 is small, and the radial power of the liquid phase component 4b can be recovered with a simple configuration.

以上説明したように上述の各実施形態によれば、動翼8の動翼本体18のうち圧力面16上には、少なくとも一つの溝部20が設けられる。溝部20は、回転軸10の径方向に交差するように延在する。動翼本体18は、回転軸10とともに回転するハブ6上に固定されているため、回転軸10の回転に伴って、圧力面16が二相流4を受ける角度は時々刻々と変化する。二相流4が圧力面16に対して斜めに侵入する場合、二相流4は圧力面16で受けられる際に、圧力面16上の溝部20に導かれて転向することで、二相流4が有する動力の径方向成分を効果的に取り込み、動翼8の回転に寄与させることができる。このように、二相流4が有する動力の径方向成分を無駄にすることなく回収できるため、二相流タービン1の効率的な駆動が可能となる。 As described above, according to each of the above-described embodiments, at least one groove portion 20 is provided on the pressure surface 16 of the rotor blade body 18 of the rotor blade 8 . The groove portion 20 extends so as to intersect with the radial direction of the rotating shaft 10 . Since the rotor blade main body 18 is fixed on the hub 6 that rotates together with the rotating shaft 10 , the angle at which the pressure surface 16 receives the two-phase flow 4 changes from moment to moment as the rotating shaft 10 rotates. When the two-phase flow 4 enters obliquely into the pressure surface 16, the two-phase flow 4 is guided by the grooves 20 on the pressure surface 16 and turned around while being received by the pressure surface 16, so that the two-phase flow It is possible to effectively take in the radial component of the power possessed by 4 and contribute to the rotation of the moving blades 8 . In this way, since the radial component of the power of the two-phase flow 4 can be recovered without wasting it, the two-phase flow turbine 1 can be efficiently driven.

そして、このような動翼8を備える二相流タービン1では、二相流4が有する径方向動力を効果的に回収し、良好なタービン効率を得ることができる。特に、二相流4を動翼8に供給するためのノズル出口部30(図2を参照)、又は、動翼8の出口部32(図1を参照)における二相流4の湿り度が80%以上である二相流タービンでは、湿り度が高いことによって液相成分4bが支配的な領域にある二相流4を利用して二相流タービンを運転することで、良好な駆動効率が得られる。 In the two-phase flow turbine 1 having such moving blades 8, the radial power of the two-phase flow 4 can be effectively recovered, and good turbine efficiency can be obtained. In particular, the wetness of the two-phase flow 4 at the nozzle outlet 30 (see FIG. 2) for supplying the two-phase flow 4 to the blade 8 or at the outlet 32 of the blade 8 (see FIG. 1) is In the two-phase flow turbine of 80% or more, good driving efficiency is achieved by operating the two-phase flow turbine using the two-phase flow 4 in the region where the liquid phase component 4b is dominant due to the high wetness. is obtained.

続いて上記構成を有する二相流タービン1の応用例の一つとして、二相流タービン1を利用した冷凍サイクルシステム100について説明する。図10は本発明の少なくとも一実施形態に係る冷凍サイクルシステム100の構成図である。 Next, a refrigeration cycle system 100 using the two-phase flow turbine 1 will be described as one application example of the two-phase flow turbine 1 having the above configuration. FIG. 10 is a configuration diagram of a refrigeration cycle system 100 according to at least one embodiment of the invention.

冷凍サイクルシステム100は、冷凍サイクルを利用した空調システムである。以下の説明では、冷凍サイクルシステム100を冷房サイクルで運転している状態について述べるが、特段の記載がない限りにおいて暖房サイクルで運転している状態についても本発明を適用可能である。 The refrigerating cycle system 100 is an air conditioning system using a refrigerating cycle. In the following description, the state in which the refrigerating cycle system 100 is operated in the cooling cycle will be described, but the present invention can also be applied to the state in which the refrigeration cycle system 100 is operated in the heating cycle unless otherwise specified.

冷凍サイクルシステム100は、典型的には、圧縮工程、凝縮工程、膨張工程及び蒸発工程からなる冷凍サイクル102を含む。冷凍サイクル102は、冷媒が流れる循環経路104上に、各工程に対応する圧縮機106、凝縮器108、二相流タービン1、及び、蒸発器112が配置されることで構成される。圧縮機106は多段型であり、循環経路104に沿って直列的に配置された低圧側圧縮機106A及び高圧側圧縮機106Bを含む。低圧側圧縮機106A及び高圧側圧縮機106Bは互いに同軸上に連結されており、電動機114によって駆動可能に構成される。 The refrigeration cycle system 100 typically includes a refrigeration cycle 102 consisting of compression, condensation, expansion and evaporation steps. The refrigerating cycle 102 is configured by arranging a compressor 106, a condenser 108, a two-phase flow turbine 1, and an evaporator 112 corresponding to each process on a circulation path 104 through which refrigerant flows. Compressor 106 is multistage and includes low pressure side compressor 106 A and high pressure side compressor 106 B arranged in series along circulation path 104 . The low pressure side compressor 106A and the high pressure side compressor 106B are coaxially connected to each other and configured to be driven by the electric motor 114 .

圧縮機106から吐出される高温高圧の冷媒は凝縮器108に送られ、外気との熱交換により凝縮される。凝縮器108で凝縮された冷媒は、循環経路104を介して二相流タービン1に送られる。二相流タービン1では、ノズル2から冷媒が二相流4として動翼8に向けて吐出され、動翼8を駆動する。これにより、二相流タービン1の回転軸10が駆動され、回転軸10に連結された発電機116が駆動される。動翼8は、前述したように二相流4を受ける圧力面16上に少なくとも一つの溝部20を有するため、液相成分4bを含む二相流4によって効率的に駆動される。その結果、二相流タービン1によって駆動される発電機116では、高効率な発電性能が得られる。 The high-temperature, high-pressure refrigerant discharged from the compressor 106 is sent to the condenser 108 and condensed by heat exchange with the outside air. The refrigerant condensed by the condenser 108 is sent to the two-phase flow turbine 1 via the circulation path 104 . In the two-phase flow turbine 1 , refrigerant is discharged as a two-phase flow 4 from a nozzle 2 toward moving blades 8 to drive the moving blades 8 . Thereby, the rotating shaft 10 of the two-phase flow turbine 1 is driven, and the generator 116 connected to the rotating shaft 10 is driven. Since the rotor blade 8 has at least one groove portion 20 on the pressure surface 16 which receives the two-phase flow 4 as described above, it is efficiently driven by the two-phase flow 4 containing the liquid phase component 4b. As a result, the generator 116 driven by the two-phase flow turbine 1 achieves highly efficient power generation performance.

尚、発電機116によって生成された電気エネルギは、不図示のバッテリ等の蓄電装置に蓄えられてもよいし、電気エネルギを消費する負荷に直接供給されてもよい。 The electrical energy generated by the generator 116 may be stored in a power storage device such as a battery (not shown), or may be directly supplied to a load that consumes the electrical energy.

二相流タービン1で仕事を終えた冷媒は蒸発器112に供給される。蒸発器112では、冷媒と冷却水とを熱交換することにより、冷媒の気化熱による冷熱を発生させることで、冷却水を冷却する。蒸発器112で熱交換を終えた冷媒は、圧縮機106に戻され、上記サイクルが繰り返される。 The refrigerant that has finished work in the two-phase flow turbine 1 is supplied to the evaporator 112 . The evaporator 112 cools the cooling water by exchanging heat between the refrigerant and the cooling water to generate cold heat from the heat of vaporization of the refrigerant. After the heat exchange in the evaporator 112, the refrigerant is returned to the compressor 106 and the above cycle is repeated.

尚、この冷凍サイクル102では、凝縮器108で凝縮された冷媒の一部が、循環経路104から分岐されたバイパス経路118を介して膨張弁110に供給されることで、気化される。膨張弁110で気化された冷媒は、熱交換器120において循環経路104の冷媒と熱交換することで、二相流タービン1に供給される冷媒を二相流4にする。熱交換器120を通過したバイパス経路118上の冷媒(ガス)は、圧縮機106に戻され再循環する。 In the refrigerating cycle 102, part of the refrigerant condensed in the condenser 108 is supplied to the expansion valve 110 via the bypass path 118 branched from the circulation path 104 and vaporized. The refrigerant vaporized by the expansion valve 110 exchanges heat with the refrigerant in the circulation path 104 in the heat exchanger 120 , thereby changing the refrigerant supplied to the two-phase flow turbine 1 into the two-phase flow 4 . The refrigerant (gas) on bypass path 118 that has passed through heat exchanger 120 is returned to compressor 106 for recirculation.

このような冷凍サイクルシステムでは、冷凍サイクル102の膨張工程に二相流タービン1を配置することで、膨張工程で生じる膨張エネルギを回収することでシステム効率を向上させることができる。本実施形態では特に、上記構成を有する二相流タービン1を膨張工程に採用するため、良好なタービン効率が得られる。 In such a refrigeration cycle system, by arranging the two-phase flow turbine 1 in the expansion process of the refrigeration cycle 102, system efficiency can be improved by recovering the expansion energy generated in the expansion process. Particularly in this embodiment, since the two-phase flow turbine 1 having the above configuration is adopted for the expansion process, good turbine efficiency can be obtained.

以上説明したように上述の実施形態によれば、簡易な構成を用いて、液相成分を含む二相流によって駆動される動翼において良好な動力回収効率を達成可能な二相流タービン動翼、当該二相流タービン動翼を備える二相流タービン、及び、当該二相流タービンを備える冷凍サイクルシステムを提供できる。 As described above, according to the above-described embodiments, a two-phase flow turbine rotor blade capable of achieving good power recovery efficiency in a rotor blade driven by a two-phase flow containing a liquid phase component using a simple configuration. , a two-phase turbine including the two-phase turbine rotor blade, and a refrigeration cycle system including the two-phase turbine.

本発明の少なくとも一実施形態は、回転軸に連結されたハブ上に設けられ、液相成分及び気相成分を含む二相流を受けることで駆動可能な二相流タービン動翼、当該二相流タービン動翼を備える二相流タービン、及び、当該二相流タービンを備える冷凍システムに利用可能である。 At least one embodiment of the present invention provides a two-phase flow turbine rotor blade mounted on a hub connected to a rotating shaft and drivable by receiving a two-phase flow containing a liquid phase component and a gas phase component; It can be used for two-phase flow turbines with flow turbine rotor blades and refrigeration systems with such two-phase flow turbines.

1 二相流タービン
2 ノズル
4 二相流
6 ハブ
8 二相流タービン動翼(動翼)
10 回転軸
16 圧力面
18 動翼本体
20 溝部
22 チップ側縁部
24 ハブ側縁部
100 冷凍サイクルシステム
102 冷凍サイクル
104 循環経路
106 圧縮機
108 凝縮器
110 膨張弁
112 蒸発器
114 電動機
116 発電機
118 バイパス経路
120 熱交換器
1 two-phase flow turbine 2 nozzle 4 two-phase flow 6 hub 8 two-phase flow turbine rotor blade (rotor blade)
10 Rotary shaft 16 Pressure surface 18 Blade body 20 Groove 22 Tip side edge 24 Hub side edge 100 Refrigeration cycle system 102 Refrigeration cycle 104 Circulation path 106 Compressor 108 Condenser 110 Expansion valve 112 Evaporator 114 Electric motor 116 Generator 118 Bypass route 120 heat exchanger

Claims (11)

回転軸に連結されたハブ上に設けられ、液相成分及び気相成分を含む二相流を受けることで駆動可能な二相流タービン動翼であって、
前記ハブに固定され、前記二相流を受ける圧力面を有する動翼本体と、
前記圧力面上において、前記回転軸の径方向に交差するように延在する少なくとも一つの溝部と、
を備え
前記二相流を前記二相流タービン動翼に供給するためのノズル出口部における前記二相流の湿り度が80%以上である、二相流タービン動翼。
A two-phase flow turbine rotor blade provided on a hub connected to a rotating shaft and drivable by receiving a two-phase flow containing a liquid phase component and a gas phase component,
a blade body secured to the hub and having a pressure surface that receives the two-phase flow;
at least one groove extending on the pressure surface so as to intersect a radial direction of the rotating shaft;
with
A two-phase flow turbine rotor blade, wherein the two-phase flow has a wetness of 80% or more at a nozzle exit portion for supplying the two-phase flow to the two-phase flow turbine rotor blade.
前記少なくとも一つの溝部は、径方向に沿って互いに平行に配列された複数の溝部を含む、請求項1に記載の二相流タービン動翼。 2. The two-phase flow turbine rotor blade according to claim 1, wherein said at least one groove includes a plurality of grooves arranged parallel to each other along the radial direction. 前記少なくとも一つの溝部は、単一の溝部を含む、請求項1に記載の二相流タービン動翼。 2. The two-phase flow turbine rotor blade of claim 1, wherein said at least one groove comprises a single groove. 前記少なくとも一つの溝部は、径方向外側縁部における接線方向と前記圧力面の法線方向とによって規定される流出部交差角が10度以内である、請求項1から3のいずれか一項に記載の二相流タービン動翼。 4. The at least one groove according to any one of claims 1 to 3, wherein the outflow intersection angle defined by the tangential direction at the radially outer edge and the normal direction of the pressure surface is within 10 degrees. A two-phase flow turbine rotor blade as described. 前記少なくとも一つの溝部は、径方向外側が径方向内側に比べて大きな曲率を有する、請求項4に記載の二相流タービン動翼。 5 . The two-phase flow turbine rotor blade according to claim 4 , wherein the at least one groove portion has a greater curvature on the radially outer side than on the radially inner side. 前記少なくとも一つの溝部は、前記圧力面の他の領域に比べて小さな表面粗度を有する、請求項1から5のいずれか一項に記載の二相流タービン動翼。 6. The two-phase flow turbine rotor blade according to any one of claims 1 to 5, wherein said at least one groove portion has a smaller surface roughness than other areas of said pressure surface. 前記二相流は、前記圧力面の径方向に沿う中心線に対して一方側から前記圧力面に対して供給され、
前記少なくとも一つの溝部は、前記圧力面のうち前記中心線に対して他方側に設けられている、請求項1から6のいずれか一項に記載の二相流タービン動翼。
the two-phase flow is supplied to the pressure surface from one side with respect to a center line along the radial direction of the pressure surface;
The two-phase flow turbine rotor blade according to any one of claims 1 to 6, wherein the at least one groove portion is provided on the other side of the pressure surface with respect to the center line.
前記動翼本体は平行翼である、請求項1から7のいずれか一項に記載の二相流タービン動翼。 8. A two-phase flow turbine rotor blade according to any one of claims 1 to 7, wherein said rotor blade body is a parallel blade. 請求項1から8のいずれか一項に記載の二相流タービン動翼を備える、二相流タービン。 A two-phase flow turbine comprising a two-phase flow turbine rotor blade according to any one of claims 1 to 8. 前記二相流を前記二相流タービン動翼に供給するためのノズル出口部における前記二相流の湿り度が80%以上である、請求項9に記載の二相流タービン。 10. The two-phase flow turbine according to claim 9, wherein the wetness of said two-phase flow at a nozzle outlet for supplying said two-phase flow to said two-phase flow turbine rotor blade is 80% or more. 膨張行程を含む冷凍サイクルと、
前記膨張行程において作動流体を前記二相流として供給することで駆動可能な請求項9又は10に記載の二相流タービンと、
前記二相流タービンに連結された発電機と、
を備える、冷凍サイクルシステム。
a refrigeration cycle including an expansion stroke;
11. The two-phase flow turbine according to claim 9 or 10, which can be driven by supplying the working fluid as the two-phase flow in the expansion stroke;
a generator coupled to the two-phase flow turbine;
A refrigeration cycle system.
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