(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝縮器（３）と高温スロットルバルブ（４）と不凝縮ガスポンプ（５）と低温スロットルバルブ（７）と蒸発器（８）とを含む自動カスケード冷凍装置と、増圧装置と、を包括するウェーブロータ式自動カスケード冷凍システムであって、
前記自動カスケード冷凍装置が自動カスケードサブクーラー（６）を更に含み、前記自動カスケードサブクーラー（６）は高温冷媒と低温冷媒を熱交換させると共に不凝縮ガスを排出し、前記増圧装置が空気増圧手段であるウェーブロータ（１）と蒸気圧縮機（２）とを備え、前記ウェーブロータ（１）の中圧蒸気出口（Ｍｐ）が前記蒸気圧縮機（２）の入口と接続し、前記蒸気圧縮機（２）の出口が前記凝縮器（３）の入口と接続し、前記凝縮器（３）の出口は２つの経路に分かれ、１つ経路が前記自動カスケードサブクーラー（６）のホット側入口と接続し、前記自動カスケードサブクーラー（６）のホット側出口が前記低温スロットルバルブ（７）の入口と接続し、前記低温スロットルバルブ（７）の出口が前記蒸発器（８）のコールド側入口と接続し、前記蒸発器（８）のコールド側出口が前記ウェーブロータ（１）の低圧蒸気入口（Ｌｐ）と接続し；別の経路は、前記高温スロットルバルブ（４）の入口と接続し、前記高温スロットルバルブ（４）の出口が前記自動カスケードサブクーラー（６）のコールド側入口と接続し、前記自動カスケードサブクーラー（６）のコールド側出口が前記ウェーブロータ（１）の駆動蒸気入口（Ｈｐ）と接続し；前記自動カスケードサブクーラー（６）の不凝縮ガス出口は、前記不凝縮ガスポンプ（５）と接続し；前記蒸発器（８）のホット側入口及び出口は、同様に冷却媒体管路で接続される
ことを特徴とするウェーブロータ式自動カスケード冷凍システム。
【請求項２】
請求項１に記載のウェーブロータ式自動カスケード冷凍システムの動作方法であって、
高温高圧蒸気をウェーブロータ（１）の駆動蒸気入口（Ｈｐ）に吹き込み、低圧飽和蒸気をウェーブロータ（１）の低圧蒸気入口（Ｌｐ）に吹き込み、両者を混合し、そして増圧蒸気出口（Ｍｐ）から排出し、また蒸気圧縮機（２）に入って高温高圧の過熱蒸気として圧縮し、凝縮器（３）を経由した後、高圧飽和液体の形で低温冷媒及び高温冷媒の２つの経路に分かれ；低温冷媒は、自動カスケードサブクーラー（６）を通じて不凝縮ガスを排出して降温して過冷却液体となり、低温スロットルバルブ（７）を通じて設定温度まで降温降圧し、低温低圧の気液混合物の形で蒸発器（８）に入り、吸熱定圧して低圧飽和蒸気に変換して冷凍サイクルを完成させてからウェーブロータ（１）の低圧蒸気となり；高温冷媒は、高温スロットルバルブ（４）を通じて降温降圧した後、自動カスケードサブクーラー（６）に吹き込んで吸熱し、高温高圧蒸気の形でウェーブロータ（１）の駆動蒸気となる
ことを特徴とする動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械冷凍技術分野に属し、相変化ウェーブロータ自動カスケード冷凍システム及びその動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
国民経済の急速な発展につれ、より低い温度の需要が益々高くなっている。現行の比較的低い温度を作る場合、シングルステージ蒸気圧縮式冷凍サイクルがすでに要求を満たすことができず、カスケード式冷凍サイクルはすでに幅広く応用されている。しかしながら、従来のカスケード冷凍システムは、カスケードステージ数の増加に伴ってシステム構造が複雑となり、コストが増加してしまう。従来のカスケード冷凍システムに比べると、自動カスケードシステムは、特殊なカスケードシステムとして構造が簡単で、信頼性が高く、コストが低い等といった利点を持つ。ただし、自動カスケードシステムの高温冷媒と低温冷媒の圧縮前の簡単な混合は、十分な低温増圧効果を奏することができないため、シングルステージ圧縮機の圧力比が大きすぎ、排気温度が高すぎ、冷凍性能が低下する等といった問題が生じてしまう。
【０００３】
非定常増圧特性に基づく相変化ウェーブロータブースターを用い、その効率は、従来の安定した増圧過程の増圧効率より高い。該技術は、ピストン或いは羽根等の部材の必要がなく、発生する運動衝撃波のみを通じて高効率で高低圧流体間の直接エネルギー交換を完成させ、効果的に圧縮機の圧力比を低下させ、システム冷凍性能を向上できる。特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４に開示されているコア設備の増圧メカニズムを自動カスケード冷凍システムとカスケードすると、本発明の主な構想を構成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】中国特許第ＣＮ１０２６０６５４７Ａ号
【特許文献２】中国特許第ＣＮ１０２６０６５４８Ａ号
【特許文献３】中国特許第ＣＮ１０３２０６８０１Ａ号
【特許文献４】中国特許第ＣＮ１０３２０６８００Ａ号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
自動カスケードシステムの高温冷媒と低温冷媒の圧縮前の簡単な混合は、十分な低温増圧効果を奏することができないため、シングルステージ圧縮機の圧力比が大きすぎ、排気温度が高すぎ、冷凍性能が低下する等の問題が生じてしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、従来技術内に存在する課題を解決するため、自動カスケード冷凍サイクル装置内に相変化ウェーブロータブースターを導入し、相変化ウェーブロータブースターの特性を利用して低温上昇、あらかじめ増圧の目的を達成する相変化ウェーブロータ自動カスケード冷凍システム及びその動作方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明が用いる技術的解決策としては、相変化ウェーブロータ自動カスケード冷凍システムであって、自動カスケード冷凍装置と増圧装置とを含み、前記自動カスケード冷凍装置は、凝縮器と高温スロットルバルブと不凝縮ガスポンプと低温スロットルバルブと蒸発器とを含み、かつ前記自動カスケード冷凍装置が自動カスケードサブクーラーを更に含み、前記自動カスケードサブクーラーは高温冷媒と低温冷媒を熱交換させると共に不凝縮ガスを排出し、前記増圧装置が相変化ウェーブロータブースターと蒸気圧縮機とからなり、前記相変化ウェーブロータブースターの中圧蒸気出口が蒸気圧縮機の入口と接続し、蒸気圧縮機の出口が凝縮器の入口と接続し、凝縮器の出口は２つの経路に分かれ、１つ経路が自動カスケードサブクーラーのホット側入口と接続し、自動カスケードサブクーラーのホット側出口が低温スロットルバルブの入口と接続し、低温スロットルバルブの出口が蒸発器のコールド側入口と接続し、蒸発器のコールド側出口が相変化ウェーブロータブースターの低圧蒸気入口と接続し；別の経路は、高温スロットルバルブの入口と接続し、高温スロットルバルブの出口が自動カスケードサブクーラーのコールド側入口と接続し、自動カスケードサブクーラーのコールド側出口が相変化ウェーブロータブースターの駆動蒸気入口と接続し；自動カスケードサブクーラーの不凝縮ガス出口は、不凝縮ガスポンプと接続し；蒸発器のホット側入口及び出口は、同様に冷却媒体管路で接続される。
【０００８】
相変化ウェーブロータ自動カスケード冷凍システムの動作方法であって、次のステップを用いる。
相変化ウェーブロータブースターの駆動蒸気入口に吹き込み、等エントロピー膨張過程を経た高圧蒸気と相変化ウェーブロータブースターの低圧蒸気入口に吹き込み、準等エントロピー圧縮を経た低圧飽和蒸気を中圧蒸気として等圧で混合し、そして増圧蒸気出口から排出し、また蒸気圧縮機に入って高温高圧の過熱蒸気として圧縮し、凝縮器を経由した後、高圧飽和液体の形で低温冷媒及び高温冷媒の２つの経路に分かれ；低温冷媒は、自動カスケードサブクーラーを通じて不凝縮ガスを排出して降温して過冷却液体となり、低温スロットルバルブを通じて設定温度まで降温降圧し、低温低圧の気液混合物の形で蒸発器に入り、吸熱定圧して低圧飽和蒸気に変換して冷凍サイクルを完成させてから相変化ウェーブロータブースターの低圧蒸気となり；高温冷媒は、高温スロットルバルブを通じて降温降圧した後、自動カスケードサブクーラーに吹き込んで吸熱し、高温高圧蒸気の形で相変化ウェーブロータブースターの駆動蒸気となる。
【発明の効果】
【０００９】
１、相変化ウェーブロータブースターの駆動蒸気は、自動カスケードシステムの余熱で提供され、省エネ、環境保全の目的を達成する。
２、相変化ウェーブロータブースターの非定常増圧特性は、効果的に蒸気圧縮機の圧力比を低下し、低温上昇、あらかじめ増圧の効果を奏する。
３、相変化ウェーブロータブースターは、増圧特性を持つ以外に、優れた帯液操作性も持ち、また構造寸法が小さく、回転速度が低く、設備を開発しやすい等の利点を有する。
４、自動カスケードサブクーラーの使用は、大幅に自動カスケードシステムの構造を簡略化し、コストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】相変化ウェーブロータ自動カスケード冷凍システム回路図
【図２】相変化ウェーブロータ自動カスケード冷凍システムのｐ−ｈグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施例及び添付図面を組み合わせて本発明に対し詳細な説明を行う。
【００１２】
混合冷媒を用いた相変化ウェーブロータ自動カスケード冷凍システム：
図１は、混合冷媒の相変化ウェーブロータ自動カスケード冷凍システムである。図内の混合冷媒の相変化ウェーブロータ自動カスケード冷凍システムは、自動カスケード冷凍装置と増圧装置とを含む。自動カスケード冷凍装置は、凝縮器３と高温スロットルバルブ４と不凝縮ガスポンプ５と低温スロットルバルブ７と蒸発器８と自動カスケードサブクーラー６とを含み、自動カスケードサブクーラー６を用いて高温冷媒と低温冷媒を熱交換させると共に不凝縮ガスを排出する。前記増圧装置は、相変化ウェーブロータブースター１と蒸気圧縮機２とからなり、前記相変化ウェーブロータブースター１の中圧蒸気出口Ｍｐが蒸気圧縮機２の入口と接続し、蒸気圧縮機２の出口が凝縮器３の入口と接続し、凝縮器３の出口は２つの経路に分かれ、１つ経路が自動カスケードサブクーラー６のホット側入口と接続し、自動カスケードサブクーラー６のホット側出口が低温スロットルバルブ７の入口と接続し、低温スロットルバルブ７の出口が蒸発器８のコールド側入口と接続し、蒸発器８のコールド側出口が相変化ウェーブロータブースター１の低圧蒸気入口Ｌｐと接続し；別の経路は、高温スロットルバルブ４の入口と接続し、高温スロットルバルブ４の出口が自動カスケードサブクーラー６のコールド側入口と接続し、自動カスケードサブクーラー６のコールド側出口が相変化ウェーブロータブースター１の駆動蒸気入口Ｈｐと接続し；自動カスケードサブクーラー６の不凝縮ガス出口は、不凝縮ガスポンプ５と接続し；蒸発器８のホット側入口及び出口は、同様に冷却媒体管路で接続される。
【００１３】
相変化ウェーブロータブースター１の駆動蒸気入口Ｈｐに吹き込み、等エントロピー膨張過程を経た高圧蒸気と相変化ウェーブロータブースター１の低圧蒸気入口Ｌｐに吹き込み、準等エントロピー圧縮を経た低圧飽和蒸気を中圧蒸気として等圧で混合し、そして増圧蒸気出口Ｍｐから排出し、また蒸気圧縮機２に入って高温高圧の過熱蒸気として圧縮し、凝縮器３を経由した後、高圧飽和液体の形で低温冷媒及び高温冷媒の２つの経路に分かれ；低温冷媒は、自動カスケードサブクーラー６を通じて不凝縮ガスを排出して降温して過冷却液体となり、低温スロットルバルブ７を通じて設定温度まで降温降圧し、低温低圧の気液混合物の形で蒸発器８に入り、吸熱定圧して低圧飽和蒸気に変換して冷凍サイクルを完成させてから相変化ウェーブロータブースター１の低圧蒸気となり；高温冷媒は、高温スロットルバルブ４を通じて降温降圧した後、自動カスケードサブクーラー６に吹き込んで吸熱し、高温高圧蒸気の形で相変化ウェーブロータブースター１の駆動蒸気となる。
【００１４】
図２は、混合冷媒の相変化ウェーブロータ自動カスケード冷凍システムのｐ−ｈ線図である。図内から分かるように、相変化ウェーブロータブースター１において等エントロピーしてＦａ´まで膨張した点Ｆａの高圧過熱蒸気と相変化ウェーブロータブースター１において点Ａ´まで等エントロピー圧縮した点Ａの低圧飽和蒸気を点Ｂまで等圧で混合し、点Ｂの過熱蒸気が蒸気圧縮機２で圧縮すると点Ｃの高温高圧の過熱蒸気になり、凝縮器３によって等圧で降温して点Ｄの高圧飽和液体となり、点Ｄの高圧飽和液体は低温冷媒及び高温冷媒の２つの経路に分かれ、低温冷媒が自動カスケードサブクーラー６によって熱交換して降温して点Ｇの高圧過冷却液になり、また不凝縮ガスポンプ５によって不凝縮ガスを排出し、低温スロットルバルブ７によりエンタルピー降温、降圧して点Ｈの低圧過飽和蒸気になり、蒸発器８により熱交換、昇温して点Ａの低圧飽和蒸気になって冷凍サイクルを完成させ、そして相変化ウェーブロータブースター１の低圧蒸気入口Ｌｐに吹き込み；高温冷媒は、高温スロットルバルブ４によってエンタルピー降温、降圧してＥの高圧過飽和蒸気になり、自動カスケードサブクーラー６によって熱交換して昇温して点Ｆａの高圧過熱及び蒸気状態になって相変化ウェーブロータブースター１の駆動蒸気入口Ｈｐに吹き込む。
【実施例】
【００１５】
単一冷媒を用いたマルチステージ蒸気圧縮冷凍システム：
原則として流れ及び設備の配置方式は変わらず、混合冷媒を単一冷媒に変えて単一冷媒を用いたマルチステージ蒸気圧縮冷凍システムを実現できる。
【００１６】
相変化ウェーブロータブースター１において等エントロピーしてＦｂ´まで膨張した点Ｆｂの高圧過飽和蒸気と相変化ウェーブロータブースター１において点Ａ´まで等エントロピー圧縮した点Ａの低圧飽和蒸気を点Ｂまで等圧で混合し、点Ｂの過熱蒸気が蒸気圧縮機２で圧縮すると点Ｃの高温高圧の過熱蒸気になり、凝縮器３によって等圧で降温して点Ｄの高圧飽和液体となり、点Ｄの高圧飽和液体は低温冷媒及び高温冷媒の２つの経路に分かれ、低温冷媒が自動カスケードサブクーラー６によって熱交換して降温して点Ｇの高圧過冷却液になり、また不凝縮ガスポンプ５によって不凝縮ガスを排出し、低温スロットルバルブ７によりエンタルピー降温、降圧して点Ｈの低圧過飽和蒸気になり、蒸発器８により熱交換、昇温して点Ａの低圧飽和蒸気になって冷凍サイクルを完成させ、そして相変化ウェーブロータブースター１の低圧蒸気入口Ｌｐに吹き込み；高温冷媒は、高温スロットルバルブ４によってエンタルピー降温、降圧してＥの高圧過飽和蒸気になり、自動カスケードサブクーラー６によって熱交換して昇温して点Ｆａの高圧過飽和及び蒸気状態になって相変化ウェーブロータブースター１の駆動蒸気入口Ｈｐに吹き込む。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
相変化ウェーブロータブースターの駆動蒸気は、自動カスケードシステムの余熱で提供され、省エネ、環境保全の目的を達成し；相変化ウェーブロータブースターの非定常増圧特性は、効果的に蒸気圧縮機の圧力比を低下し、低温上昇、あらかじめ増圧の効果を奏し；相変化ウェーブロータブースターは、増圧特性を持つ以外に、優れた帯液操作性も持ち、また構造寸法が小さく、回転速度が低く、設備を開発しやすい等の利点を有する。自動カスケードサブクーラーの使用は、大幅に自動カスケードシステムの構造を簡略化し、コストを削減できる。
【符号の説明】
【００１８】
１  相変化ウェーブロータブースター
２  蒸気圧縮機
３  凝縮器
４  高温スロットルバルブ
５  不凝縮ガスポンプ
６  自動カスケードサブクーラー
７  低温スロットルバルブ
８  蒸発器
ＨＰ  駆動蒸気入口
ＬＰ  低圧蒸気入口
ＭＰ  増圧蒸気出口
【図１】
0006585830.tif 000002
【図２】
0006585830.tif 000003