JP2008088892A - Non-azeotropic mixture medium cycle system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は複数物質の混合媒体である作動流体を加熱、冷却させつつ循環させ、相変化を繰返す作動流体に仕事を行わせて動力エネルギを得る非共沸混合媒体サイクルシステムに関し、特に、循環する作動流体における、気相の作動流体の主成分である低沸点媒体の濃度を調整可能とし、適切な濃度調整により安定した運転が可能な非共沸混合媒体サイクルシステムに関する。 The present invention relates to a non-azeotropic mixed medium cycle system that circulates a working fluid, which is a mixed medium of a plurality of substances, while heating and cooling, and obtains motive energy by performing work on the working fluid that repeats phase change, and in particular, circulates. The present invention relates to a non-azeotropic mixed medium cycle system that can adjust the concentration of a low-boiling-point medium that is a main component of a gas-phase working fluid in a working fluid and can be stably operated by adjusting the appropriate concentration.
蒸気動力サイクルを用いるにあたり、高温熱源と低温熱源の温度差が小さい場合には、熱効率を高めて有効に熱を動力に変換できるようにするため、水と水より沸点の低い流体との混合媒体、又は水以外の互いに沸点の異なる複数種類の流体が混合されたものを作動流体として用いる蒸気動力サイクルが従来から提案されており、このような従来の非共沸混合媒体サイクルシステムの一例として、特開平7−91361号公報に記載されるものがある。 When using a steam power cycle, if the temperature difference between the high-temperature heat source and the low-temperature heat source is small, a mixed medium of water and a fluid having a lower boiling point than water in order to increase heat efficiency and effectively convert heat into power Or, a steam power cycle using a mixture of a plurality of types of fluids having different boiling points other than water as a working fluid has been proposed, and as an example of such a conventional non-azeotropic mixed medium cycle system, There is one described in JP-A-7-91361.
前記従来の非共沸混合媒体サイクルシステムは、蒸気動力サイクルとして一般的なランキンサイクル同様に蒸発器、タービン、凝縮器及びポンプを有する他に、蒸発器で加熱された作動流体を気相作動流体と液相作動流体とに分離する気液分離器と、凝縮器の前段側で膨張後の気相作動流体を液相作動流体に一部吸収させる吸収器と、蒸発器で加熱された作動流体のうち、液相の作動流体を蒸発器で熱交換する前の低温液相の作動流体と熱交換させる再生器と、複数段配設されたタービンの中間から抽気された高温気相の作動流体を低温液相の作動流体と熱交換させる加熱器とを備える構成である。 The conventional non-azeotropic mixed medium cycle system includes an evaporator, a turbine, a condenser and a pump as well as a general Rankine cycle as a steam power cycle, and a working fluid heated by the evaporator is a gas phase working fluid. -Liquid separator that separates the liquid-phase working fluid into a liquid-phase working fluid, an absorber that partially absorbs the gas-phase working fluid expanded on the front side of the condenser into the liquid-phase working fluid, and the working fluid heated by the evaporator Among them, a regenerator for exchanging heat between the liquid-phase working fluid and the low-temperature liquid-phase working fluid before exchanging heat with the evaporator, and a high-temperature gas-phase working fluid extracted from the middle of a turbine arranged in multiple stages And a heater that exchanges heat with a low-temperature liquid-phase working fluid.
この従来の非共沸混合媒体サイクルシステムは、単一の作動流体を用いる一般的なランキンサイクルに比べて熱効率を高めることができ、特に、タービンから抽気を行うと共に吸収器で気相の作動流体を液相の作動流体に一部吸収させ、凝縮器で低温熱源と熱交換する作動流体の量を抑えることで、凝縮器の負荷を低減して全体の効率上昇と共に凝縮器の過度の大型化とこれに伴うコスト上昇を抑制できるという利点を有していた。
従来の非共沸混合媒体サイクルシステムは、前記特許文献に示される構成となっており、作動流体は低沸点媒体と高沸点媒体との混合媒体であるため、気液分離器で分離された気相の作動流体と液相の作動流体とでは、各媒体成分の濃度割合が異なる。作動流体における各成分の割合は定常状態ではほぼ一定となるが、高温熱源や低温熱源の変化やタービン負荷の変化といった外的要因により、サイクルの主流路における作動流体の濃度割合が変化すると、効率に大きく影響することとなる。特に、高温熱源や低温熱源に自然エネルギを利用した場合、これらが季節変動等を生じることは明白であり、各熱源の温度変化に伴う作動流体の濃度変化を招くなど、サイクルを一定状態に維持することが難しく、得られるタービン出力等が低下するなど効率が悪くなるという問題があった。 The conventional non-azeotropic mixed medium cycle system has a configuration shown in the above-mentioned patent document. Since the working fluid is a mixed medium of a low boiling point medium and a high boiling point medium, the gas separated by the gas-liquid separator is used. The concentration ratio of each medium component differs between the phase working fluid and the liquid phase working fluid. The ratio of each component in the working fluid is almost constant in the steady state, but if the concentration ratio of the working fluid in the main flow path of the cycle changes due to external factors such as changes in the high and low temperature heat sources and changes in the turbine load, the efficiency Will be greatly affected. In particular, when natural energy is used for a high-temperature heat source or a low-temperature heat source, it is clear that these will cause seasonal fluctuations, etc., and the cycle of the working fluid will change due to changes in the temperature of each heat source. There is a problem that the efficiency is deteriorated, for example, the turbine output obtained is difficult to reduce.
また、システムの設計当初の想定と異なり、液相の作動流体が流路中で滞留を生じているような場合、低沸点媒体の濃度が低い液相作動流体の一部がサイクルに関わらなくなる分、サイクルにおける低沸点媒体の濃度が相対的に高くなり、システムの設計値からずれが生じて性能低下をもたらすという問題もあった。 Also, unlike the initial assumption of the system design, when the liquid-phase working fluid is stagnant in the flow path, a part of the liquid-phase working fluid with a low concentration of low boiling point medium is not involved in the cycle. There is also a problem that the concentration of the low boiling point medium in the cycle becomes relatively high, causing a deviation from the design value of the system, resulting in performance degradation.
しかしながら、こうした問題に対し、従来のシステムではシステム全体で作動流体の流動状態を見直し、改修等を行う以外に有効な手立てが無く、一時的な状況変化に迅速且つ適切な対応を採ることは難しいという課題を有していた。 However, with regard to such problems, the conventional system has no effective means other than reviewing the flow state of the working fluid in the entire system and performing refurbishment, etc., and it is difficult to quickly and appropriately respond to temporary changes in the situation. It had the problem that.
本発明は前記課題を解消するためになされたもので、動力サイクル中の作動流体が気相と液相に分離した状態で、液相の作動流体を一部貯溜して、循環する作動流体における低沸点媒体の濃度を調整可能とし、外部条件の変動に対して濃度調整を行って安定した運転を可能にすると共に、性能を最大限発揮させられる非共沸混合媒体サイクルシステムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. In a working fluid that stores and circulates part of a liquid-phase working fluid in a state where the working fluid in a power cycle is separated into a gas phase and a liquid phase. To provide a non-azeotropic mixed medium cycle system that makes it possible to adjust the concentration of a low-boiling medium, adjust the concentration to fluctuations in external conditions, enable stable operation, and maximize performance. Objective.
本発明に係る非共沸混合媒体サイクルシステムは、沸点の異なる複数の流体が混合された作動流体を全て液相の状態で所定の高温熱源と熱交換させ、前記作動流体の少なくとも一部を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器で得られた高温の作動流体を気相分と液相分とに分離する気液分離器と、前記作動流体のうち気相分を導入されて流体の保有する熱エネルギを動力に変換する膨張機と、当該膨張機を出た気相の作動流体を前記気液分離器を出た液相分と合わせて所定の低温熱源と熱交換させ、気相分を凝縮させる凝縮器と、当該凝縮器を出た作動流体を圧縮して前記蒸発器へ向わせる圧縮機とを少なくとも備える非共沸混合媒体サイクルシステムにおいて、前記気液分離器から取出される高温液相の作動流体の流路中に、当該作動流体の一部を所定量調整可能に貯溜する濃度調整用貯溜部を備えるものである。 In the non-azeotropic mixed medium cycle system according to the present invention, a working fluid in which a plurality of fluids having different boiling points are mixed is heat-exchanged with a predetermined high-temperature heat source in a liquid state, and at least a part of the working fluid is evaporated. An evaporator to be used, a gas-liquid separator that separates a high-temperature working fluid obtained by the evaporator into a gas phase component and a liquid phase component, and the gas phase component of the working fluid is introduced and retained by the fluid An expander that converts thermal energy into power, and a gas phase working fluid exiting the expander are combined with the liquid phase exiting the gas-liquid separator to exchange heat with a predetermined low-temperature heat source. In a non-azeotropic mixture cycle system comprising at least a condenser to condense and a compressor for compressing the working fluid exiting the condenser and directing it to the evaporator, a high temperature taken from the gas-liquid separator Part of the working fluid in the flow path of the liquid phase working fluid Those having a density adjustment reservoir by a predetermined amount adjustably reservoir.
このように本発明によれば、システム内の気液分離を経た液相作動流体流路において液相で高沸点媒体濃度の高い作動流体を一部貯溜し、この貯溜量を制御して、サイクルの蒸発器、膨張機、凝縮器、及び圧縮機を繋ぐ主流路で循環する作動流体における高沸点媒体分を増減させ、主流路の作動流体における各媒体の割合を調整可能とすることにより、貯溜量を増やして主流路での作動流体中の高沸点媒体を相対的に減らした場合には、循環する作動流体の低沸点媒体濃度を高めることができ、また、前記貯溜量を減らして主流路での作動流体中の高沸点媒体を相対的に増量した場合には、循環する作動流体の低沸点媒体濃度を低下させることができるなど、外部の調整用機器なしに作動流体の濃度調整が行え、季節変化に伴う各熱源の温度変動やタービン負荷変動等、外部条件の変化に対応して作動流体を適切な濃度に調整でき、システム全体を安定した運転状態としてその性能を最大限発揮させられる。 As described above, according to the present invention, in the liquid-phase working fluid flow path that has undergone gas-liquid separation in the system, a part of the working fluid having a high boiling point medium concentration in the liquid phase is stored, and the amount of storage is controlled to control the cycle. By increasing or decreasing the high boiling point medium content in the working fluid circulating in the main flow path connecting the evaporator, the expander, the condenser, and the compressor, the ratio of each medium in the working fluid in the main flow path can be adjusted. When the amount is increased to relatively reduce the high-boiling point medium in the working fluid in the main flow path, the concentration of the low-boiling point medium in the circulating working fluid can be increased. When the amount of high-boiling medium in the working fluid is increased relatively, the concentration of the low-boiling medium of the circulating working fluid can be reduced. , Temperature of each heat source with seasonal change Dynamic and turbine load fluctuation can be adjusted to an appropriate concentration the working fluid in response to changes in the external conditions, is caused to maximize its performance the entire system as a stable operating condition.
また、本発明に係る非共沸混合媒体サイクルシステムは必要に応じて、前記蒸発器が、中空の圧力容器であるシェルと、当該シェル内に配設されて長手方向両端部に熱交換対象流体の流入出口が存在する熱交換部とを備え、当該熱交換部における作動流体の流出口以外の各流入出口がシェル外部に延長配設されてシェル内部空間からは隔離された状態とされる一方、熱交換部における作動流体の流出口がシェル内部空間に開口連通する状態とされてなり、熱交換部の流出口からシェル内部空間に流出した高温の作動流体を、前記内部空間で気相分と液相分とに分離させ、シェルから気相の作動流体と液相の作動流体をそれぞれ別個に取出し可能な構造とされて前記気液分離器を兼ねると共に、分離後の液相の作動流体がシェル内部空間に所定量調整可能に貯溜されつつ取出される構造とされて前記濃度調整用貯溜部をも兼ねるものである。 Further, in the non-azeotropic mixed medium cycle system according to the present invention, if necessary, the evaporator is provided with a shell that is a hollow pressure vessel, and a fluid subject to heat exchange at both ends in the longitudinal direction. A heat exchanging portion in which the inflow / outflow port of the fluid is present, and each inflow / outflow port other than the outflow port of the working fluid in the heat exchanging portion extends outside the shell and is isolated from the internal space of the shell. The working fluid outlet in the heat exchange section is in open communication with the shell internal space, and the high-temperature working fluid flowing out from the outlet of the heat exchange section into the shell internal space is separated into the gas phase in the internal space. And separated into a liquid phase component, and a gas-phase working fluid and a liquid-phase working fluid can be separately taken out from the shell, and also serves as the gas-liquid separator. Specified in the shell internal space It is a structure to be fetched adjustably being reservoir by those doubling as the concentration adjusting reservoir.
このように本発明によれば、蒸発器として、高温熱源と作動流体とを熱交換させる熱交換部、並びに、この熱交換部を取囲むシェルを設けると共に、このシェルの内部空間を、熱交換部における作動流体出口に連通させ、熱交換部で液相の作動流体を高温熱源と熱交換させた後、蒸発した気相分とこれ以外の液相分とが混合した状態の高温混相作動流体を、熱交換部からシェル内部空間に流出させると、この内部空間で混相状態の作動流体が気相分と液相分に分離し、液相作動流体については濃度調整用貯溜部として貯溜量調整可能に一部貯溜できることにより、蒸発器から気相の作動流体と液相の作動流体とをそれぞれ分離状態で取出せ、蒸発器が気液分離器の機能も有することとなり、蒸発器とは別体の気液分離器を省略でき、蒸発器と気液分離器が別の場合より圧力損失や熱損失を低減させられると共に、機器配置に必要なスペースも小さくでき、外部条件の変化に対応した作動流体の低沸点媒体濃度調整が貯溜用のスペースを別途新設することなく実行できることと合わせて、システム全体をコンパクト化、低コスト化できる。 As described above, according to the present invention, the evaporator is provided with a heat exchanging part that exchanges heat between the high-temperature heat source and the working fluid, and a shell that surrounds the heat exchanging part. High-temperature mixed-phase working fluid in a state where the vapor phase component evaporated and the other liquid-phase component are mixed after the liquid-phase working fluid is exchanged with the high-temperature heat source in the heat exchange unit. From the heat exchange section into the shell internal space, the mixed-phase working fluid is separated into a gas phase and a liquid phase in this internal space, and the storage amount is adjusted as a concentration adjusting reservoir for the liquid phase working fluid. Since it is possible to store a part of it, the vapor-phase working fluid and the liquid-phase working fluid can be taken out from the evaporator in a separated state, and the evaporator also has the function of a gas-liquid separator. The gas-liquid separator can be omitted, and the evaporator Pressure loss and heat loss can be reduced as compared with other liquid separators, and the space required for equipment layout can be reduced, and the low-boiling medium concentration adjustment of the working fluid corresponding to changes in external conditions saves space for storage. Combined with being able to execute without newly installing, the entire system can be made compact and cost-effective.
また、本発明に係る非共沸混合媒体サイクルシステムは必要に応じて、前記蒸発器での熱交換対象となる高温熱源の状態を検出し、得られた検出値に基づいて、前記濃度調整用貯溜部における作動流体の貯溜量を調整するものである。 In addition, the non-azeotropic mixed medium cycle system according to the present invention detects the state of a high-temperature heat source to be heat exchanged in the evaporator as necessary, and based on the obtained detection value, the concentration adjustment cycle is detected. It adjusts the storage amount of the working fluid in the storage part.
このように本発明によれば、高温熱源の状態を検出し、その状態変化に対応して濃度調整用貯溜部の貯溜量を調整し、循環する作動流体の濃度を調整することにより、高温熱源の状態変化に応じて作動流体の濃度を適切に調整制御することができ、特に季節変動等による温度低下で蒸発器での受熱量が低下する場合、貯溜量を増やして作動流体の低沸点媒体濃度を適切な状態まで高め、蒸発器における作動流体の飽和温度を低下させて蒸発しやすい状態とすることができ、蒸発器での発生蒸気量の低下を防いで安定した運転状態を確保できる。 As described above, according to the present invention, the state of the high-temperature heat source is detected, the storage amount of the concentration adjusting reservoir is adjusted in accordance with the change in the state, and the concentration of the circulating working fluid is adjusted. The concentration of the working fluid can be adjusted and controlled appropriately according to changes in the state of the fluid. Especially when the amount of heat received by the evaporator decreases due to a temperature drop due to seasonal fluctuations, etc. The concentration can be increased to an appropriate state, the saturation temperature of the working fluid in the evaporator can be lowered to make it easy to evaporate, and a stable operation state can be secured by preventing a decrease in the amount of vapor generated in the evaporator.
また、本発明に係る非共沸混合媒体サイクルシステムは必要に応じて、前記凝縮器での熱交換対象となる低温熱源の状態を検出し、得られた検出値に基づいて、前記濃度調整用貯溜部における作動流体の貯溜量を調整するものである。 In addition, the non-azeotropic mixed medium cycle system according to the present invention detects the state of a low-temperature heat source to be heat exchanged in the condenser, if necessary, and based on the obtained detection value, the concentration adjustment It adjusts the storage amount of the working fluid in the storage part.
このように本発明によれば、低温熱源の状態を検出し、その状態変化に対応して濃度調整用貯溜部の貯溜量を調整し、循環する作動流体の濃度を調整することにより、低温熱源の状態変化に応じて作動流体の濃度を適切に調整制御することができ、特に季節変動等による温度上昇で凝縮器での放熱量が低下する場合、貯溜量を減らして作動流体の低沸点媒体濃度を適切な状態まで低下させ、凝縮器における作動流体の飽和圧力を低下させて膨張機出口圧力を低くすることができ、膨張機前後での圧力差の減少を防いで出力低下を防止できる。 As described above, according to the present invention, the state of the low-temperature heat source is detected, the storage amount of the concentration adjusting reservoir is adjusted in accordance with the state change, and the concentration of the circulating working fluid is adjusted. The concentration of the working fluid can be adjusted and controlled appropriately according to the state change, especially when the heat dissipation in the condenser decreases due to temperature rise due to seasonal fluctuations, etc. The concentration can be lowered to an appropriate state, the saturation pressure of the working fluid in the condenser can be lowered to lower the expander outlet pressure, and the pressure difference between the front and back of the expander can be prevented from decreasing to prevent the output from decreasing.
(本発明の第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態を図1に基づいて説明する。図1は本実施の形態に係る非共沸混合媒体サイクルシステムの概略系統図である。
(First embodiment of the present invention)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic system diagram of a non-azeotropic mixed medium cycle system according to the present embodiment.
前記図1において本実施の形態に係る非共沸混合媒体サイクルシステム1は、アンモニアと水の混合媒体からなる作動流体と前記高温熱源としての温海水とを熱交換させ、作動流体の蒸気を得る蒸発器10と、作動流体を気相分と液相分とに分離する気液分離器11と、気相の作動流体により動作する前記膨張機としてのタービン12と、このタービン12を出た気相の作動流体を凝縮させて液相とする凝縮器13と、凝縮器13から作動流体を取出して蒸発器10に導入する前記圧縮機としてのポンプ14と、気液分離器11で分離された液相の作動流体を一部貯溜する濃度調整用貯溜部15とを備える構成である。このうち、タービン12及びポンプ14については、一般的な蒸気動力サイクルで用いられるのと同様の公知の装置であり、説明を省略する。
In FIG. 1, the non-azeotropic mixed
前記蒸発器10は、矩形状の複数のプレートを重ね合せて一体化した一般的なプレート式熱交換器であり、内部のプレート間の隙間一つおきに作動流体が流通する一方、残りの隙間に高温熱源としての温海水が流通し、各プレートを介して二つの流体が熱交換を行う公知の構成であり、詳細な説明を省略する。この蒸発器10の長手方向一端部にはポンプ14出口と繋がる主流路1aの配管が接続され、他端部には気液分離器11入口側と連通する配管が接続され、この他、温海水の流入出用の配管がそれぞれ接続される構成である。
The
この蒸発器10内で、ポンプ14からの送給圧力を受けつつ、温海水との熱交換で温められる作動流体は、その一部(揮発しやすいアンモニアが大部分を占める)が蒸発することで気液混相状態となる。なお、作動流体はちょうど所定の温度まで昇温した段階で蒸発器10より気液混相状態で気液分離器11へ向け流出するように流量を設定されている。
In this
前記気液分離器11は、蒸発器10で温海水との熱交換を経て高温且つ気液混相状態となった作動流体を、気相分と液相分とに分ける公知の装置であり、詳細な説明を省略する。作動流体は、この気液分離器11内で気相分と液相分に分れ、タービン12入口側と連通する配管を通じて気相の作動流体がタービン12へ向う一方、濃度調整用貯溜部15と連通する配管を通じて液相の作動流体が濃度調整用貯溜部15へ向うこととなる。
The gas-
前記凝縮器13は、前記蒸発器10同様、複数のプレートを重ね合せて一体化した一般的なプレート式熱交換器であり、内部のプレート間の隙間が一つおきに前記タービン12及び濃度調整用貯溜部15の各出口と同時に連通し、この隙間に作動流体が流通する一方、残りの隙間に低温熱源としての冷海水が流通し、各プレートを介して二つの流体が熱交換を行う公知の構成であり、詳細な説明を省略する。この凝縮器13には、タービン12を出た気相の作動流体と、濃度調整用貯溜部15を出た液相の作動流体とが同時に導入され、これらを冷海水と熱交換させて冷却し、気相の作動流体を凝縮させると共に、気相の作動流体の一部を液相の作動流体に吸収させる仕組みとなっている。凝縮器13の後段には、凝縮器13を出た液相の作動流体を一時的に貯溜した上でポンプ14側へ送出すタンク16が配設される。
Like the
前記濃度調整用貯溜部15は、気液分離器11の後段側の支流路1b中に配設され、液相の作動流体の一部を貯溜し、残りを後段側の凝縮器13へ送出すものである。この濃度調整用貯溜部15は、作動流体を所定量貯溜する貯溜部分での作動流体を溢流させる高さを調整して、液面位置、すなわち貯溜量を変化させられる仕組みとなっている。気液分離器11から凝縮器13に至る支流路1bで、主流路1aの作動流体とは低沸点媒体濃度の異なる液相作動流体の流量を、濃度調整用貯溜部15における貯溜量調整に基づいて変化させることで、主流路1aで作動流体中の各媒体の濃度を調整制御することができ、高温熱源や低温熱源の温度変化など外部からの各種影響に対して、低沸点媒体濃度の調整を行える仕組みとなっている。なお、本実施形態では省略したが、従来公知の非共沸混合媒体動力サイクルと同様、濃度調整用貯溜部15と凝縮器13との間の支流路1bに、液相の作動流体が凝縮器13に至る前に適切な圧力まで減圧させる減圧弁を配設する構成とすることもできる。
The
次に、本実施の形態に係る非共沸混合媒体サイクルシステムのサイクル実行状態について説明する。前提として、海の所定深さ位置から低温熱源となる冷海水を、また、海の表層から高温熱源としての温海水を、それぞれ所定の流量を確保しつつ取水し、凝縮器13又は蒸発器10にそれぞれ導入しているものとする。
Next, the cycle execution state of the non-azeotropic mixed medium cycle system according to the present embodiment will be described. As a premise, cold seawater as a low temperature heat source is taken from a predetermined depth position of the sea, and warm seawater as a high temperature heat source is taken from the surface of the sea while securing a predetermined flow rate, respectively, and the
蒸発器10では、高温熱源としての温海水と、全て液相の作動流体とを熱交換させる。この熱交換で加熱された作動流体は、昇温に伴いその一部が蒸発して気液混相状態となる。この混相状態の高温作動流体は蒸発器10外へ出て、気液分離器11に達する。気液分離器11内で作動流体は気相分と液相分に分れるが、気相の作動流体は、低沸点媒体であるアンモニアの濃度が蒸発器10導入前時点の作動流体と比較して非常に高くなる一方、これと分れた液相の作動流体は、気相の作動流体のみならず、前記蒸発器導入前時点の液相作動流体と比べてもアンモニアの濃度が低くなっている。気液分離器11を出た気相の作動流体は主流路1aを進んでタービン12へ向い、また、液相の作動流体は気液分離器11から支流路1bに入り、濃度調整用貯溜部15に導入される。
In the
気相の作動流体がタービン12に達するとこれを作動させることとなり、タービン12により発電機等他の機器が駆動され、熱エネルギが使用可能なエネルギに変換される。こうしてタービン12で膨張して仕事を行った気相作動流体は、圧力及び温度を低下させた状態となり、タービン12を出た後、凝縮器13に導入される。
When the gas-phase working fluid reaches the
一方、濃度調整用貯溜部15では、導入された液相の作動流体のうち一部を貯溜量調整を行いつつ所定量貯溜し、残りの液相作動流体は後段側へ流出させることとなる。液相作動流体は濃度調整用貯溜部15を出た後、凝縮器13へ向い、タービン12を出た気相作動流体と共に凝縮器13に導入されることとなる。
On the other hand, the
凝縮器13では、内部に導入された気相の作動流体が、同じく導入された液相の作動流体と共に、プレートを隔てた隙間に導入された温度の低い冷海水と熱交換し、作動流体全体が冷却される中、気相の作動流体が液相の作動流体と接触し、これに一部吸収されて液相に変化する。そして、残りの未吸収分の気相作動流体は、熱交換による冷却に伴い凝縮して液相となる。この液相となった作動流体は、凝縮器13から外部に排出されて後段側のタンク16に流入する。
In the
タンク16内の作動流体は、蒸発器に入る前の初期状態の作動流体、すなわち作動流体におけるアンモニアと水の割合が当初の割合に戻っている。そして、液相の作動流体としてはシステム内で最も低い温度及び圧力となっている。このタンク16に達した全て液相の作動流体は、ポンプ14を経由して、主流路1aを蒸発器10へ向け進むこととなる。蒸発器10内に戻ると、前記同様に蒸発器10での熱交換以降の各過程を繰返すこととなる。
The working fluid in the
この作動流体に対し、凝縮器13での熱交換に使用された冷海水は、作動流体からの熱を受けて所定温度まで昇温している。この海水は、凝縮器13の外へ排出された後、最終的にシステム外部の海中へ放出される。また、蒸発器10での作動流体との熱交換に伴い温度が下がった温海水も、熱交換後にシステム外部の海中へ放出される。
With respect to this working fluid, the cold seawater used for heat exchange in the
続いて、本実施の形態に係る非共沸混合媒体サイクルシステムの作動流体における低沸点媒体濃度調整状態について説明する。濃度調整用貯溜部15では、液相作動流体の貯溜量を制御し、システム全体の作動流体のうち、高沸点媒体である水の比率の高い作動流体が濃度調整用貯溜部15に滞留する割合を増減させて、主流路1aを循環する作動流体の濃度変化を生じさせることとなる。
Next, the low boiling point medium concentration adjustment state in the working fluid of the non-azeotropic mixed medium cycle system according to the present embodiment will be described. The
濃度調整用貯溜部15における最大の貯溜量は、循環する作動流体総量における「1−(流体全体に対する低沸点媒体の組成割合)」程度の割合が望ましい。例えば、低沸点媒体の組成割合が0.8の場合、貯溜量は0.2すなわち全体の20%程度となる。これは、循環する作動流体における調整前の当初の低沸点媒体濃度が低いほど、濃度調整用貯溜部15における貯溜量を大きく変動させないと調整効果は小さいことによる。すなわち、低沸点媒体のアンモニア濃度が低いと、逆に高沸点媒体である水の割合が多いということであり、水の貯溜量が多少変化しても全体への影響が少ないことに基づく。
The maximum storage amount in the concentration adjusting
濃度調整用貯溜部15において、低沸点媒体のアンモニア濃度は低く高沸点媒体である水の割合が高い液相作動流体の貯溜量を増やした場合、主流路1aを循環する作動流体における水の割合が減少することとなり、循環する作動流体のアンモニア濃度を高めることができる。アンモニアの濃度が高くなると、蒸発器10では、圧力一定とすると作動流体の飽和温度(沸騰開始温度)が低下し、これに伴い気相作動流体の量が増加し、液相作動流体の量が減少する。気液分離器11でもこれを受けて、分離後の気相作動流体の量が増加し、液相作動流体の量が減少することとなる。他方、凝縮器13では、気相作動流体量が増加するため、アンモニア濃度の高い作動流体として流入することとなり、同じ凝縮温度の場合、飽和圧力が上昇する。
In the
一方、濃度調整用貯溜部15において、アンモニア濃度は低く水の割合の高い液相作動流体の貯溜量を減らした場合、主流路1aを循環する作動流体における水の割合が増加することとなり、循環する作動流体のアンモニア濃度を低下させることができる。アンモニアの濃度が低くなると、蒸発器10では、作動流体の飽和温度(沸騰開始温度)が上昇し、これに伴い気相作動流体の量が減少し、液相作動流体の量が増加する。気液分離器11でもこれを受けて、分離後の気相作動流体の量が減少し、液相作動流体の量が増加することとなる。他方、凝縮器13では、気相作動流体の量が減少するため、アンモニア濃度の低い作動流体として流入することとなり、同じ凝縮温度の場合、飽和圧力が低下する。
On the other hand, when the storage amount of the liquid phase working fluid having a low ammonia concentration and a high proportion of water is reduced in the
具体的には、高温熱源である温海水の温度や流量等の状態を常時検出する中、夏季から冬季への季節変化等により水温が低下し、蒸発器での受熱量が低下する場合、検出値に基づいて濃度調整用貯溜部15での貯溜量を増やして、循環する作動流体のアンモニア濃度を高くし、作動流体の飽和温度(沸騰開始温度)を低下させることで、蒸発器における発生蒸気量の低下を防ぐことができる。また、低温熱源である冷海水の温度や流量等の状態を常時検出する中、季節変動等により水温が上昇し、凝縮器での放熱量が低下する場合、検出値に基づいて濃度調整用貯溜部15での貯溜量を減らして、循環する作動流体のアンモニア濃度を低くし、作動流体の飽和圧力(凝縮圧力)を低下させることで、タービン12出口と入口との圧力差が小さくなることを防止でき、タービン出力の低下を防ぐことができる。
Specifically, while constantly detecting the temperature, flow rate, and other conditions of warm seawater, which is a high-temperature heat source, it is detected when the water temperature decreases due to seasonal changes from summer to winter and the amount of heat received by the evaporator decreases. Based on the value, the storage amount in the
こうして各熱源の温度変動やタービン負荷変動に対応して作動流体を適切な濃度に調整することで、システム全体を安定した運転状態とすることができ、システムの性能を最大限発揮させられる。この他、メンテナンス時にシステムを構成する閉配管の一部を開放する場合、主に高沸点媒体が外部に放出されることとなるが、この放出による作動流体の濃度変化にも対応して、システムを流れる作動流体の濃度を適切な状態に調整できる。 Thus, by adjusting the working fluid to an appropriate concentration in response to temperature fluctuations of each heat source and turbine load fluctuations, the entire system can be brought into a stable operating state, and the system performance can be maximized. In addition, when a part of the closed pipe constituting the system is opened at the time of maintenance, the high boiling point medium is mainly discharged to the outside. The concentration of the working fluid flowing through can be adjusted to an appropriate state.
このように、本実施の形態に係る非共沸混合媒体サイクルシステムにおいては、気液分離器11での気液分離を経た液相作動流体の流路である支流路1bに、液相で高沸点媒体濃度の高い作動流体を一部貯溜する濃度調整用貯溜部15を配設し、この濃度調整用貯溜部15での貯溜量を制御して、サイクルの主流路1aで循環する作動流体における高沸点媒体分を増減させ、作動流体をなす各媒体の割合を調整可能とすることから、貯溜量を増やして主流路1aでの作動流体中の水を相対的に減らした場合には、主流路1aにおける作動流体のアンモニア濃度を高めることができ、また、貯溜量を減らして主流路1aでの作動流体中の水を相対的に増やした場合には、主流路1aにおける作動流体のアンモニア濃度を低下させることができるなど、外部の調整用機器なしに作動流体の濃度調整が行え、季節変化に伴う各熱源の温度変動やタービン12負荷変動等、外部条件の変化に対応して作動流体を適切な濃度に調整でき、発生蒸気量を維持するなどシステム全体を安定した運転状態としてその性能を最大限発揮させられる。
As described above, in the non-azeotropic mixed medium cycle system according to the present embodiment, the liquid phase is high in the
なお、前記実施の形態に係る非共沸混合媒体サイクルシステムにおいて、蒸発器10や凝縮器13として、プレート式熱交換器を用いる構成としているが、これに限らず、長手方向端部に熱交換対象流体の流入出口が位置するものであれば、例えばシェルアンドチューブ型などの他の形式の熱交換器を採用する構成とすることもできる。
In the non-azeotropic mixed medium cycle system according to the above-described embodiment, a plate-type heat exchanger is used as the
また、前記実施の形態に係る非共沸混合媒体サイクルシステムにおいては、凝縮器13で気相作動流体の凝縮を行わせるほか、気相の作動流体の一部を液相の作動流体に吸収させる構成としているが、これに限らず、凝縮器の前段側に別途吸収器を設けて、濃度調整用貯溜部から導入された液相の作動流体に、タービンからの気相作動流体を一部吸収させ、この吸収器から作動流体を気相と液相の混相状態でまとめて凝縮器に導入し、凝縮器内で主に気相分の凝縮を行わせる構成とすることもできる。
In the non-azeotropic mixed medium cycle system according to the embodiment, the vapor phase working fluid is condensed by the
また、前記実施の形態に係る非共沸混合媒体サイクルシステムにおいては、気液分離器11で気相作動流体と分離した液相の作動流体を濃度調整用貯溜部15にそのまま導き、液相の作動流体の一部を貯溜させる構成としているが、これに限らず、図2に示すように、濃度調整用貯溜部15の前段側に再生器17を設けて、濃度調整用貯溜部15に導入される前の液相の作動流体と、蒸発器10に入る直前の作動流体とを熱交換させる構成とすることもでき、気液分離器11を出た液相の作動流体の保有するエネルギを再生器17で回収することで、サイクルの熱効率をより一層向上させられる。なお、前記再生器については、濃度調整用貯溜部15の後段側に設け、濃度調整用貯溜部15から送出される液相の作動流体と、蒸発器10に入る直前の作動流体とを熱交換させる構成としてもかまわない。
In the non-azeotropic mixed medium cycle system according to the above-described embodiment, the liquid-phase working fluid separated from the gas-phase working fluid by the gas-
(本発明の第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態を図3ないし図5に基づいて説明する。図3は本実施形態に係る非共沸混合媒体サイクルシステムの概略系統図、図4は本実施形態に係る非共沸混合媒体サイクルシステムにおける蒸発器の概略縦断面図、図5は本実施形態に係る非共沸混合媒体サイクルシステムにおける蒸発器の熱交換部構造説明図である。
(Second embodiment of the present invention)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 is a schematic system diagram of the non-azeotropic mixed medium cycle system according to the present embodiment, FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view of an evaporator in the non-azeotropic mixed medium cycle system according to the present embodiment, and FIG. 5 is the present embodiment. It is heat exchange part structure explanatory drawing of the evaporator in the non-azeotropic mixed-medium cycle system which concerns on this.
前記各図において本実施の形態に係る非共沸混合媒体サイクルシステム2は、前記第1の実施形態同様、蒸発器20と、タービン23、24と、凝縮器25と、ポンプ26とを備える一方、異なる点として、蒸発器20での熱交換を経て高温となった作動流体のうち、液相の作動流体を、凝縮器25から出た全て液相の作動流体と熱交換させる再生器27と、第1段目のタービン23を出た段階で抽気された一部の気相作動流体と前記全て液相の作動流体とを熱交換させる加熱器28とを備えると共に、前記蒸発器20が気液分離器並びに濃度調整用貯溜部の機能を併せ持つ構成を有するものである。このうち、タービン23、24及びポンプ26については、一般的な蒸気動力サイクルで用いられるのと同様の公知の装置であり、説明を省略する。
In each of the drawings, the non-azeotropic mixed
前記蒸発器20は、最外殻をなして他の機器と配管で接続される中空のシェル21と、このシェル21内部に配置され、高温熱源としての温海水と作動流体を熱交換させるプレート式の熱交換部22とを備える構成である。
The
前記シェル21は、一般的な略円筒カプセル状の中空圧力容器であり、長手方向一端部に温海水流入口21aと作動流体流出口21c、他端部に温海水流出口21bと作動流体流入口21e、作動流体流出口21dがそれぞれ外部の配管と接続可能に配置される構造となっており、これら流入出口を除いて内部と外部を水密状態で隔離する構成である。シェル21の作動流体流入口21eは再生器27低温側と連通する配管に接続される。また、作動流体流出口21cはタービン23入口側と連通する配管に接続され、作動流体流出口21dは再生器27高温側と連通する配管に接続される。このシェル21の内部空間21fは外部に対し保温状態となっている他、シェル21内には熱交換部22を支持すると共に気液の分離をより確実なものとする有孔隔壁板21gが設けられる。
The
前記熱交換部22は、複数のプレート50を重ね合せて一体化した一般的なプレート式熱交換器であり、内部のプレート50間の隙間が一つおきに作動流体の流通部分と温海水の流通部分とをそれぞれなし、各プレート50を介して二つの流体が熱交換を行う公知の構成であり、詳細な説明を省略する。この熱交換部22は、長手方向一端部に温海水の流入口22aと作動流体の流出口22b、他端部に温海水の流出口(図示を省略)と作動流体の流入口22cがそれぞれ配置される向流型となっており、熱交換部22におけるこれら各流入出口は、作動流体の流出口22bを除いてシェル21の各流入出口と連通状態で一体化されており、シェル21の内部空間21fに対して水密状態で隔離される構成である。一方、作動流体の流出口22bはシェル21の内部空間21fで開口した状態にあり、この内部空間21f及び作動流体流出口21c、21dに連通している。
The
この熱交換部22内で、ポンプ26からの送給圧力を受けつつ、温海水との熱交換で温められる作動流体は、熱交換部22を上昇し、その一部(揮発しやすいアンモニアが大部分を占める)が蒸発して気液混相状態となる。ちょうど所定の温度まで昇温した段階で熱交換部22上部の流出口22bより気液混相状態で流出するように流量を設定されている。
The working fluid that is heated by heat exchange with warm seawater while receiving the supply pressure from the
作動流体は、熱交換部22の流出口22bからシェル21の内部空間21fに流出した後、この内部空間21fを流下しながら気相分と液相分に分れ、気相の作動流体はシェル21上部の作動流体流出口21cから後段側のタービン23へ向う一方、液相の作動流体はシェル21下部に達し、貯溜状態となった後、作動流体流出口21dから後段側の再生器27へ向うこととなり、結果として、温海水との熱交換を経た高温の作動流体を気相分と液相分とに分けてシェル21外に取出せる仕組みとなっている。
The working fluid flows out from the
シェル21下部では、液相の作動流体の一部を貯溜しているが、この貯溜部分での作動流体を溢流させる高さを調整して、液面位置、すなわち貯溜量を変化させられる仕組みとなっている。システム全体の作動流体のうち、高沸点媒体である水の比率の高い作動流体が滞留する割合を増減させることで、結果として主流路2aで作動流体中の各媒体の濃度を調整制御することができ、高温熱源や低温熱源の温度変化など外部からの各種影響に対してこの作動流体の低沸点媒体濃度の調整で対応する仕組みとなっている。
In the lower part of the
前記凝縮器25は、前記第1の実施形態同様、複数のプレートを重ね合せて一体化した一般的なプレート式熱交換器であり、内部のプレート間の隙間が一つおきに前記タービン24及び再生器27の各出口と同時に連通し、この隙間に作動流体が流通する一方、残りの隙間に低温熱源としての冷海水が流通し、各プレートを介して二つの流体が熱交換を行う公知の構成であり、詳細な説明を省略する。この凝縮器25には、タービン24を出た気相の作動流体と、再生器27を出た液相の作動流体とが同時に導入され、これらを冷海水と熱交換させて冷却し、気相の作動流体を凝縮させると共に、気相の作動流体の一部を液相の作動流体に吸収させる仕組みとなっている。凝縮器25の後段には、凝縮器25を出た液相の作動流体を一時的に貯溜した上でポンプ26側へ送出すタンク29が配設される。
As in the first embodiment, the
前記再生器27は、凝縮器25からポンプ26を経て蒸発器20に向う全て液相の作動流体の主流路2a中に介設され、蒸発器20に達する前の全て液相の作動流体と、蒸発器20内で気相の作動流体と分離されて蒸発器20を出た高温液相の作動流体とを熱交換させる熱交換器であり、前記蒸発器20の熱交換部22や凝縮器25同様、複数のプレートを重ね合せて一体化した一般的なプレート式熱交換器であり、詳細な説明は省略する。この再生器27では、蒸発器20の作動流体流出口21dに通じる高温液相作動流体側の支流路2bが減圧弁27aを介して凝縮器25と配管接続されており、再生器27を出た液相の作動流体が、減圧弁27aを経由して圧力を調整された後、凝縮器25内へ導入される仕組みである。
The
前記加熱器28は、前記再生器27同様に凝縮器25から蒸発器20に向う全て液相の作動流体の主流路2a中に介設され、再生器27より前段側の位置でこの再生器27に達する前の全て液相の作動流体と、第一段目のタービン23を出た後抽気された一部の高温気相の作動流体とを熱交換させる熱交換器であり、前記蒸発器20の熱交換部22や凝縮器25と同様のプレート式熱交換器とされてなり、詳細な説明は省略する。この加熱器28のタービン23出口側に接続される高温作動流体側の支流路2cにおける、加熱器28より後段側部分には、加熱器28に対し高温作動流体をスムーズに流入出させるための圧力を発生させるポンプ61及びこのポンプ動作に伴う作動流体の流量変化の影響を小さくするタンク62がそれぞれ配設される。
Like the
この加熱器28の高温作動流体側の支流路2cは、タンク62及びポンプ61を介して、前記主流路2aにおける加熱器28より後段側で且つ再生器27より前段側の位置に合流する形で配管接続されており、タービン23を出て加熱器28における熱交換で冷却され凝縮した作動流体が、タンク62及びポンプ61を経由した後、再生器27に達する直前の液相作動流体に加わる仕組みである。前記タンク62及びポンプ61は、加熱器28で凝縮された液相の作動流体を主流路2a側からの逆流等なく適切に後段側へ流せる程度の容量及び吐出能力があれば問題なく、容量や能力を抑えた小型のものを用いることができる。
The
次に、本実施の形態に係る非共沸混合媒体サイクルシステムのサイクル実行状態について説明する。前提として、海の所定深さ位置から低温熱源となる冷海水を、また、海の表層から高温熱源としての温海水を、それぞれ所定の流量を確保しつつ取水し、凝縮器25又は蒸発器20にそれぞれ導入しているものとする。
Next, the cycle execution state of the non-azeotropic mixed medium cycle system according to the present embodiment will be described. As a premise, cold seawater as a low-temperature heat source is taken from a predetermined depth position of the sea, and warm seawater as a high-temperature heat source is taken from the surface of the sea while securing a predetermined flow rate, respectively, and the
蒸発器20では、高温熱源として上側の温海水流入口21aから導入される温海水と、下側の作動流体流入口21eから導入される全て液相の作動流体とを、内部の熱交換部22で熱交換させる。ここで加熱された作動流体は、昇温に伴いその一部が蒸発して気液混相状態となる。この混相状態の高温作動流体は、熱交換部22の流出口22bからシェル21の内部空間21fに流出して、有孔隔壁板21gを通過し、熱交換部22側面やシェル21内壁に沿って流下する過程で気相分と液相分に分れ、気相の作動流体は内部空間21fを上昇してシェル21上部の作動流体流出口21cから蒸発器20外へ出る。また、液相の作動流体はそのまま流下して濃度調整用貯溜部を兼ねるシェル21下部に達する。
In the
この濃度調整用貯溜部としてのシェル21下部では、前記第1の実施形態同様、液相作動流体の貯溜量を制御し、水の比率の高い作動流体が滞留する割合を増減させることで、結果として主流路2aを循環する作動流体の濃度変化を生じさせることができ、各熱源の温度変動やタービン負荷変動に対応して作動流体を適切な濃度に調整することで、システム全体を安定した運転状態とすることができ、システムの性能を最大限発揮させられる。こうしてシェル21下部では、液相の作動流体のうち一部が貯溜量を調整されつつ所定量貯溜され、残りの液相作動流体が作動流体流出口21dから蒸発器20外へ流出することとなる。
In the lower part of the
蒸発器20を出た高温気相の作動流体は、蒸発器20導入前の当初組成の液相作動流体と比較して低沸点媒体であるアンモニアの割合が非常に高くなっており、この作動流体がタービン23、24に達してこれらを作動させ、これらタービン23、24により発電機等他の機器が駆動され、熱エネルギが使用可能なエネルギに変換される。こうしてタービン23、24で膨張して仕事を行った気相作動流体は、圧力及び温度を低減させた状態となり、第二段目のタービン24を出た後、凝縮器25に導入される。
The high-temperature gas-phase working fluid exiting the
一方、蒸発器20の作動流体流出口21dから蒸発器20外へ出た高温液相の作動流体は、蒸発器20導入前の当初組成の液相作動流体と比較してアンモニアの割合が低めとなっている。この高温液相の作動流体がシェル21下部と通じる支流路2bに入り、再生器27に導入される。この再生器27では、他方の主流路2aを通る全て液相の作動流体と前記高温液相の作動流体とを熱交換させ、主流路2a側の全て液相の作動流体を昇温させて蒸発器20側へ向わせる。そして、この再生器27での熱交換で冷却された支流路2b側の液相作動流体は、再生器27を出た後、減圧弁27aを経て凝縮器25内部に導入される。
On the other hand, the high-temperature liquid-phase working fluid that has flowed out of the evaporator 20 from the working
凝縮器25では、内部に導入された気相の作動流体が、同じく導入された液相の作動流体と共に、プレートを隔てた隙間に導入された温度の低い冷海水と熱交換し、作動流体全体が冷却される中、気相の作動流体が液相の作動流体と接触し、これに一部吸収されて液相に変化する。そして、残りの未吸収分の気相作動流体は、熱交換による冷却に伴い凝縮して液相となる。この液相となった作動流体は、凝縮器25から外部に排出されて後段側のタンク29に流入する。
In the
タンク29内の作動流体は、液相の作動流体としてはシステム内で最も低い温度及び圧力となっている。このタンク29に達した全て液相の作動流体は、ポンプ26を経由して、主流路2aを蒸発器20へ向け進むこととなる。
The working fluid in the
なお、第一段目のタービン23から第二段目のタービン24に向う高温気相の作動流体の一部(約1%程度)が、抽気されて支流路2cに入り、加熱器28に導入される。加熱器28では、他方の主流路2aを通る全て液相の作動流体と前記抽気された高温気相の作動流体とを熱交換させ、全て液相の作動流体を昇温させて、気相の作動流体の保有する熱を回収する。気相の作動流体はこの加熱器28での熱交換を経て冷却され、凝縮して液相となり、この凝縮した液相の作動流体は加熱器28を出た後、前記タンク62及びポンプ61を経て、支流路2cと主流路2aの合流点で主流路2aを流れる全て液相の作動流体に加わる。この合流点において、各過程で複数の流路にそれぞれ分れた作動流体が全て一つに合わさることとなり、作動流体におけるアンモニアと水の割合が当初の割合に戻る。
Part of the high-temperature gas-phase working fluid (about 1%) from the first-stage turbine 23 to the second-
こうして液相の作動流体は、加熱器28や再生器27での熱交換を経て、あらかじめ所定温度まで昇温した状態で蒸発器20内に戻り、前記同様に蒸発器20での熱交換以降の各過程を繰返すこととなる。
In this way, the liquid-phase working fluid passes through heat exchange in the
この作動流体に対し、凝縮器25での熱交換に使用された冷海水は、作動流体からの熱を受けて所定温度まで昇温している。この海水は、凝縮器25の外へ排出された後、最終的にシステム外部の海中へ放出される。また、蒸発器20での作動流体との熱交換に伴い温度が下がった温海水も、熱交換後にシステム外部の海中へ放出される。
With respect to this working fluid, the cold seawater used for heat exchange in the
このように、本実施の形態に係る非共沸混合媒体サイクルシステムにおいては、蒸発器20として、高温熱源と作動流体とを熱交換させる熱交換部22、並びに、この熱交換部22を取囲むシェル21を設けると共に、このシェル21の内部空間21fを、熱交換部22における作動流体流出口22bに連通させ、熱交換部22で液相の作動流体を高温熱源と熱交換させた後、蒸発した気相分とこれ以外の液相分とが混合した状態の高温混相作動流体を、熱交換部22からシェルの内部空間21fに流出させると、この内部空間21fで混相状態の作動流体が気相分と液相分に分離し、且つ液相作動流体については濃度調整用貯溜部として貯溜量調整可能に一部貯溜できることから、蒸発器20から気相の作動流体と液相の作動流体とをそれぞれ分離状態で取出せ、蒸発器20が気液分離器の機能も有することとなり、蒸発器とは別体の気液分離器を省略でき、蒸発器と気液分離器が別の場合より圧力損失や熱損失を低減させられると共に、機器配置に必要なスペースも小さくでき、外部条件の変化に対応した作動流体の低沸点媒体濃度調整が貯溜用のスペースを別途新設することなく実行できることと合わせて、システム全体をコンパクト化、低コスト化できる。
Thus, in the non-azeotropic mixed medium cycle system according to the present embodiment, the
なお、前記第1及び第2の各実施の形態に係る非共沸混合媒体サイクルシステムにおいては、アンモニアと水の混合媒体からなる作動流体と温海水とを熱交換させ、生じた気相の作動流体でタービンを動作させ、タービンを出た気相の作動流体を冷海水と熱交換させて液相とする過程を繰返す蒸気動力サイクルの例を示しているが、これに限られるものではなく、冷凍サイクルなど他のサイクルに適用することもできる。また、作動流体として他の混合媒体を用いたり、高温熱源として温海水に代えてプロセスガス、蒸気等の工業プロセス流体といった他の熱源を用いたり、低温熱源として冷海水に代えて他の冷却水や冷却用気体を用いるものとしてもかまわない。 In the non-azeotropic mixed medium cycle system according to each of the first and second embodiments, the working fluid formed of a mixed medium of ammonia and water exchanges heat with warm seawater, and the generated gas phase operation is performed. Although an example of a steam power cycle is shown in which the process of operating the turbine with a fluid and repeating the process of making the gas phase working fluid exiting the turbine heat-exchanged with cold seawater to form a liquid phase is not limited to this, It can also be applied to other cycles such as a refrigeration cycle. Also, another mixed medium is used as the working fluid, another heat source such as an industrial process fluid such as process gas or steam is used as the high-temperature heat source, or other cooling water is used as the low-temperature heat source. Or a gas for cooling may be used.
1、2 非共沸混合媒体サイクルシステム
1a、2a 主流路
1b、2b、2c 支流路
10、20 蒸発器
11 気液分離器
12、23、24 タービン
13、25 凝縮器
14、26、61 ポンプ
15 濃度調整用貯溜部
16、29、62 タンク
17 再生器
21 シェル
21a 温海水流入口
21b 温海水流出口
21c、21d 作動流体流出口
21e 作動流体流入口
21f 内部空間
21g 有孔隔壁板
22 熱交換部
22a、22c 流入口
22b 流出口
27 再生器
27a 減圧弁
28 加熱器
50 プレート
1, 2 Non-azeotropic mixed
Claims (4)
前記気液分離器から取出される高温液相の作動流体の流路中に、当該作動流体の一部を所定量調整可能に貯溜する濃度調整用貯溜部を備えることを
特徴とする非共沸混合媒体サイクルシステム。 A working fluid in which a plurality of fluids having different boiling points are mixed is subjected to heat exchange with a predetermined high-temperature heat source in a liquid state, and at least a part of the working fluid is evaporated, and the high temperature obtained by the evaporator A gas-liquid separator that separates the working fluid into a gas phase component and a liquid phase component, an expander that introduces the gas phase component of the working fluid and converts thermal energy held by the fluid into power, and the expansion The vapor phase working fluid exiting the machine is combined with the liquid phase component exiting the gas-liquid separator to exchange heat with a predetermined low-temperature heat source, and the vapor phase component is condensed, and the operation exiting the condenser A non-azeotropic mixture cycle system comprising at least a compressor for compressing fluid toward the evaporator;
A non-azeotropy is provided in the flow path of the high-temperature liquid-phase working fluid taken out from the gas-liquid separator, and a concentration-adjusting reservoir for storing a part of the working fluid so that a predetermined amount can be adjusted. Mixed media cycle system.
前記蒸発器が、中空の圧力容器であるシェルと、当該シェル内に配設されて長手方向両端部に熱交換対象流体の流入出口が存在する熱交換部とを備え、当該熱交換部における作動流体の流出口以外の各流入出口がシェル外部に延長配設されてシェル内部空間からは隔離された状態とされる一方、熱交換部における作動流体の流出口がシェル内部空間に開口連通する状態とされてなり、熱交換部の流出口からシェル内部空間に流出した高温の作動流体を、前記内部空間で気相分と液相分とに分離させ、シェルから気相の作動流体と液相の作動流体をそれぞれ別個に取出し可能な構造とされて前記気液分離器を兼ねると共に、分離後の液相の作動流体がシェル内部空間に所定量調整可能に貯溜されつつ取出される構造とされて前記濃度調整用貯溜部をも兼ねることを
特徴とする非共沸混合媒体サイクルシステム。 The non-azeotropic mixed medium cycle system according to claim 1,
The evaporator includes a shell that is a hollow pressure vessel, and a heat exchanging unit that is disposed in the shell and has an inlet / outlet of a fluid to be heat exchanged at both longitudinal ends, and operates in the heat exchanging unit. Each inflow / outlet other than the fluid outflow port extends outside the shell and is isolated from the shell internal space, while the working fluid outflow port in the heat exchanging portion is in open communication with the shell internal space The high-temperature working fluid flowing out from the outlet of the heat exchange section into the shell internal space is separated into a gas phase component and a liquid phase component in the internal space, and the gas phase working fluid and the liquid phase are separated from the shell. The working fluid can be separately taken out and serves as the gas-liquid separator, and the separated liquid-phase working fluid is taken out while being stored in the shell internal space so that a predetermined amount can be adjusted. The concentration adjustment reservoir Non-azeotropic mixed medium cycle system, characterized in that also serves as a.
前記蒸発器での熱交換対象となる高温熱源の状態を検出し、得られた検出値に基づいて、前記濃度調整用貯溜部における作動流体の貯溜量を調整することを
特徴とする非共沸混合媒体サイクルシステム。 In the non-azeotropic mixed medium cycle system according to claim 1 or 2,
A state of a high-temperature heat source that is a heat exchange target in the evaporator is detected, and a storage amount of the working fluid in the concentration adjusting storage portion is adjusted based on the obtained detection value. Mixed media cycle system.
前記凝縮器での熱交換対象となる低温熱源の状態を検出し、得られた検出値に基づいて、前記濃度調整用貯溜部における作動流体の貯溜量を調整することを
特徴とする非共沸混合媒体サイクルシステム。 In the non-azeotropic mixed medium cycle system according to claim 1 or 2,
A state of a low-temperature heat source that is a heat exchange target in the condenser is detected, and a storage amount of the working fluid in the concentration adjusting reservoir is adjusted based on the obtained detection value. Mixed media cycle system.
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