KOKUSHIKAN University

高圧の流体を膨張させて動力を取り出す流体機械
国士舘大学

理工学部 理工学科教授 大髙 敏男

機械工学系

2022年8月9日
14:30－14:55
9/August/2022

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技術の概要
本技術は、冷却空気を必要とする冷凍・空調分
野、動力・エネルギーシステム等に利用可能な流体装置に用いる流体膨張機及び流体膨張ユニットに関するものです。例えば、環境負荷を与えない冷却空気を効率よく提供する、あるいは、熱源の温度変動に対応した高効率の熱回生システムを構築することが可能となります。
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社会的位置づけ
近年、SDGsやこれに伴うエネルギーの有効利用の観点から、環境負荷が少ない冷却システムや、これまで利用が困難で廃棄されていた工場廃熱、ソーラーパネル背面廃熱などの有効利用に関する関心が高まっています。
例えば、家庭用空調機やビル空調機、家庭用／業務用冷凍冷蔵庫分野に、環境負荷を与えない冷却空気を効率よく提供することが可能な冷却システムや、１００℃程度の廃熱を回生するシステムがポータブルなシステムが具現化すれば、広い分野で有効に活用することが可能となります。

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従来技術とその問題点☆エアーサイクルシステム
流体の冷却を目的とするエアーサイクルシス
テムは、環境負荷が少ないことから広い分野での応用が期待されています。しかし、サイクルに取り込む空気の状態量（圧力や温度）の変化によって、得られる冷却空気の量や温度が変動するため、利用分野が限られるという問題がありました。
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従来技術とその問題点

従来のエアーサイクルシステムの概略構成
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従来技術・競合技術との比較

エアーサイクルのph線図
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従来技術・競合技術との比較
エアーサイクルシステムは、一般的に、流体の状態変化に応じて所望の冷却流体を得ることが困難です。本技術によれば、エンタルピ損失させずに、高効率な冷熱サイクルとして機能させることが可能となります。また、ランキンサイクルに応用すれば、これまでの熱源温度の変動に軸出力が影響を受ける問題が解消されます。
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密閉形揺動式膨張機
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膨張空間

吐出ポート

吸気終了

吸気給気口
主軸受

ロータ
膨張サイクル

軸

軸
仕切板

シリンダ

シリンダ 吐出副軸受
作動流体
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ランキンサイクルシステムへの応用

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新技術の特徴・環境負荷がない所望の冷却空気を恒常的に提供可能
・熱源温度が変動する廃熱の高効率なエネル
ギー回生・コンパクトなユニット

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想定される用途• 本技術の特徴を生かすためには、一定温度の冷却空気を必要とするシステムに適用すればメリットが大きいと考えられる。
• また、１００℃程度の低温廃熱を回生させる小形発電装置に応用すれば、高効率なシステムの具現化が期待される。

・冷却装置
・空調装置
・廃熱回生装置
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実用化に向けた課題• 現在、膨張機について実用可能なところまで開発済み。しかし、絞り機構の制御を含めた膨張機の駆動、あるいは膨張機のスタータ発電機の組み込みが未解決である。
• 今後、上記のスタータ発電機とその制御インバータについて開発を進めていく。

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企業への期待• 未解決のスタータ発電機とその制御インバータについては、密閉形圧縮機の制御技術により克服できると考えている。
• スタータ発電機と制御インバータの技術を持つ、企業との共同研究を希望。

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本技術に関する知的財産権• 発明の名称 ：流体膨張機及び流体膨張ユニット• 出願番号 ：特願2022-067944• 出願人：国士舘大学• 発明者：大髙敏男
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ＴＥＬ 03-5481-3306
ＦＡＸ 03-5481-5601
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