JP2513936B2 - 低沸点媒体システム - Google Patents
低沸点媒体システムInfo
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- JP2513936B2 JP2513936B2 JP3089917A JP8991791A JP2513936B2 JP 2513936 B2 JP2513936 B2 JP 2513936B2 JP 3089917 A JP3089917 A JP 3089917A JP 8991791 A JP8991791 A JP 8991791A JP 2513936 B2 JP2513936 B2 JP 2513936B2
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- low boiling
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- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ヒートポンプやバイ
ナリーサイクルのような低沸点媒体システムに関し、作
動流体として二成分系の混合媒体を使用する場合の性能
向上を図るものである。
ナリーサイクルのような低沸点媒体システムに関し、作
動流体として二成分系の混合媒体を使用する場合の性能
向上を図るものである。
【０００２】
【従来の技術】低沸点媒体システムの一例として図３に
示されるバイナリー発電システムについて述べると、蒸
発器２、タービン４、凝縮器６および媒体ポンプ８が直
列に接続されて閉ループ10を構成している。そして、そ
の閉ループ10内を循環する作動流体は、まず蒸発器２で
熱源流体から熱を奪って蒸発し、発生した蒸気はタービ
ン４に供給される。この蒸気はタービン４内で膨張して
発電機12を駆動する仕事をする。タービン４から排出さ
れた蒸気は凝縮器６で冷却水に熱を奪われて凝縮する。
凝縮液は循環ポンプ８で再び蒸発器２に送られる。
示されるバイナリー発電システムについて述べると、蒸
発器２、タービン４、凝縮器６および媒体ポンプ８が直
列に接続されて閉ループ10を構成している。そして、そ
の閉ループ10内を循環する作動流体は、まず蒸発器２で
熱源流体から熱を奪って蒸発し、発生した蒸気はタービ
ン４に供給される。この蒸気はタービン４内で膨張して
発電機12を駆動する仕事をする。タービン４から排出さ
れた蒸気は凝縮器６で冷却水に熱を奪われて凝縮する。
凝縮液は循環ポンプ８で再び蒸発器２に送られる。
【０００３】ところで、このようなバイナリーサイクル
やヒートポンプ等の熱サイクルでは、効率の向上のため
作動流体に非共沸の混合媒体を用いてローレンツサイク
ルを構成させることがある。たとえばバイナリーサイク
ルは基本的にランキンサイクルであって、作動流体が単
一媒体のときは図４に示すようにＴＳ線図の’−、
−がそれぞれ等温変化を示す。ところが、フロンＲ
123 とＲ22の混合のような混合媒体を作動流体として使
用すると、図５に示すように、同一圧力でも飽和温度が
変化し、蒸発器２では蒸発温度が上がり、凝縮器６では
凝縮温度が下がる。これによりローレンツサイクルが形
成され、システム効率が向上する。
やヒートポンプ等の熱サイクルでは、効率の向上のため
作動流体に非共沸の混合媒体を用いてローレンツサイク
ルを構成させることがある。たとえばバイナリーサイク
ルは基本的にランキンサイクルであって、作動流体が単
一媒体のときは図４に示すようにＴＳ線図の’−、
−がそれぞれ等温変化を示す。ところが、フロンＲ
123 とＲ22の混合のような混合媒体を作動流体として使
用すると、図５に示すように、同一圧力でも飽和温度が
変化し、蒸発器２では蒸発温度が上がり、凝縮器６では
凝縮温度が下がる。これによりローレンツサイクルが形
成され、システム効率が向上する。
【０００４】図６は最も簡単な二成分の液体−蒸気系の
温度−組成の関係を横軸に低沸成分のモル分率をとって
示したものである。ＧとＬは単一相で、それぞれ気相と
液相、Ｌ＋Ｇの領域は液体と蒸気が共存する二相領域で
ある。もし低沸成分の60モル％（モル分率＝0.60）の液
体混合物の温度を、定圧下で上昇させたとすると、この
系の変化は直線ab'cd"e に沿って考えることができる。
低温では液相のみが存在するが、b'点で蒸気相が現われ
る。この蒸気相の組成はb"点で与えられ、２つの共役相
は図上の平衡連結線b"b'で結ばれている。さらに温度を
上げると、もっと多くの蒸気が生成するが、その場合、
蒸気中の低沸成分の濃度が高いので、液相ではこの成分
が相対的に減少し、液体の組成はb'c'd'に沿って変化
し、一方、蒸気の組成はb"c"d"に沿って変化する。温度
ｔ℃では、二相領域にある系の全組成はｃ点で表される
が、蒸気組成、液体組成はそれぞれｃ点を通る平衡連結
線の両端、c"点とc'点で与えられる。二相の相対的な量
は、物理学のてこの原理から求められる。すなわち、蒸
気と液体のモル数の比はcc'と c"c の長さの比で表され
る。さらに温度を上げるとますます蒸気が生成し、ｄ”
点になると液相はほとんどなくなり、これ以上温度が高
くなると、液相が消えて蒸気相（d"点）のみが残る。こ
れ以上は温度を（d"e に沿って）上げてもなにも起らな
い。
温度−組成の関係を横軸に低沸成分のモル分率をとって
示したものである。ＧとＬは単一相で、それぞれ気相と
液相、Ｌ＋Ｇの領域は液体と蒸気が共存する二相領域で
ある。もし低沸成分の60モル％（モル分率＝0.60）の液
体混合物の温度を、定圧下で上昇させたとすると、この
系の変化は直線ab'cd"e に沿って考えることができる。
低温では液相のみが存在するが、b'点で蒸気相が現われ
る。この蒸気相の組成はb"点で与えられ、２つの共役相
は図上の平衡連結線b"b'で結ばれている。さらに温度を
上げると、もっと多くの蒸気が生成するが、その場合、
蒸気中の低沸成分の濃度が高いので、液相ではこの成分
が相対的に減少し、液体の組成はb'c'd'に沿って変化
し、一方、蒸気の組成はb"c"d"に沿って変化する。温度
ｔ℃では、二相領域にある系の全組成はｃ点で表される
が、蒸気組成、液体組成はそれぞれｃ点を通る平衡連結
線の両端、c"点とc'点で与えられる。二相の相対的な量
は、物理学のてこの原理から求められる。すなわち、蒸
気と液体のモル数の比はcc'と c"c の長さの比で表され
る。さらに温度を上げるとますます蒸気が生成し、ｄ”
点になると液相はほとんどなくなり、これ以上温度が高
くなると、液相が消えて蒸気相（d"点）のみが残る。こ
れ以上は温度を（d"e に沿って）上げてもなにも起らな
い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】混合媒体を用いるロー
レンツサイクルでは凝縮器出口部に低沸成分濃度の高い
蒸気が残る。この蒸気中の低沸成分濃度が高くなると高
沸成分の分圧が低下し、凝縮器の伝熱性能を低下させ
る。
レンツサイクルでは凝縮器出口部に低沸成分濃度の高い
蒸気が残る。この蒸気中の低沸成分濃度が高くなると高
沸成分の分圧が低下し、凝縮器の伝熱性能を低下させ
る。
【０００６】そこで、この発明の目的とするところは、
凝縮器における低沸成分濃度を一定に保ち、凝縮器の性
能を向上させることにある。
凝縮器における低沸成分濃度を一定に保ち、凝縮器の性
能を向上させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、二成分系の
非共沸混合媒体を作動流体として使用する低沸点媒体シ
ステムにおいて、蒸発器の出口側で気液分離器によって
分離された液を蒸発器に戻すに当たって、少なくともそ
の液の一部を駆動流体とするエジェクタを介して戻す系
を設けてなり、凝縮器出口側の未凝縮ガスをエジェクタ
に吸引させることにより気液分離器で分離された液に混
合して蒸発器に供給することを特徴とする。
非共沸混合媒体を作動流体として使用する低沸点媒体シ
ステムにおいて、蒸発器の出口側で気液分離器によって
分離された液を蒸発器に戻すに当たって、少なくともそ
の液の一部を駆動流体とするエジェクタを介して戻す系
を設けてなり、凝縮器出口側の未凝縮ガスをエジェクタ
に吸引させることにより気液分離器で分離された液に混
合して蒸発器に供給することを特徴とする。
【０００８】
【作用】凝縮器出口蒸気は低沸成分濃度が高く、一方、
蒸発器出口液は低沸成分濃度が低い。したがって、高沸
成分濃度の高い蒸発器出口液を駆動流体とするエジェク
ターを用い、低沸成分濃度の高い凝縮器出口蒸気を吸引
させることにより、これらの液と蒸気がよく混合し、液
中に蒸気が吸収される。
蒸発器出口液は低沸成分濃度が低い。したがって、高沸
成分濃度の高い蒸発器出口液を駆動流体とするエジェク
ターを用い、低沸成分濃度の高い凝縮器出口蒸気を吸引
させることにより、これらの液と蒸気がよく混合し、液
中に蒸気が吸収される。
【０００９】
【実施例】図３に示した上述のバイナリ−発電システム
に適用した場合を例にとって説明すると、図１に示すよ
うに、蒸発器２の出口側に気液分離器14を設置し、その
下部出口を戻り配管16により蒸発器２の入口側に接続す
る。戻り配管16にバイパス18を設けて、その途中にポン
プ20とエジェクタ22を設ける。エジェクタ22は、ポンプ
20で送られる液を駆動流体として圧力差を発生させる。
凝縮器６の出口側には低沸成分ガスを分離するためのア
フタ−ク−ラ−24を設置する。そして、このアフタ−ク
−ラ−24の気相をエジェクタ22の吸入口に導く。
に適用した場合を例にとって説明すると、図１に示すよ
うに、蒸発器２の出口側に気液分離器14を設置し、その
下部出口を戻り配管16により蒸発器２の入口側に接続す
る。戻り配管16にバイパス18を設けて、その途中にポン
プ20とエジェクタ22を設ける。エジェクタ22は、ポンプ
20で送られる液を駆動流体として圧力差を発生させる。
凝縮器６の出口側には低沸成分ガスを分離するためのア
フタ−ク−ラ−24を設置する。そして、このアフタ−ク
−ラ−24の気相をエジェクタ22の吸入口に導く。
【００１０】蒸発器２を出た作動流体は気液分離器14で
蒸気と液に分離される。蒸気はタ−ビン４に供給されて
仕事をした後、凝縮器６で冷却水に熱を奪われて凝縮す
る。気液分離器14で蒸気から分離された液体は、戻り配
管16により蒸発器２の入口側に戻される。また、戻り配
管16内の液の一部は、ポンプ20で加圧され、エジェクタ
22を経てから蒸発器２の入口側に送られる。この液は、
エジェクタ22を通過するときアフタ−ク−ラ−24からの
蒸気（未凝縮ガス）を吸い込み、それと混じり合いなが
ら進む。この結果、液に蒸気が吸収される。
蒸気と液に分離される。蒸気はタ−ビン４に供給されて
仕事をした後、凝縮器６で冷却水に熱を奪われて凝縮す
る。気液分離器14で蒸気から分離された液体は、戻り配
管16により蒸発器２の入口側に戻される。また、戻り配
管16内の液の一部は、ポンプ20で加圧され、エジェクタ
22を経てから蒸発器２の入口側に送られる。この液は、
エジェクタ22を通過するときアフタ−ク−ラ−24からの
蒸気（未凝縮ガス）を吸い込み、それと混じり合いなが
ら進む。この結果、液に蒸気が吸収される。
【００１１】図２は、図１のバイナリー発電システムに
おける作動流体の温度−組成の関係を示すもので、横軸
は低沸成分の濃度（モル分率）を表している。同図から
理解されるように、蒸発器出口では低沸成分濃度が低く
（Ｘｅ）、凝縮器出口では低沸成分濃度が高い（Ｘ
ｃ）。したがって、蒸発器出口液に凝縮器出口蒸気を吸
収させることによって、凝縮器出口側における低沸成分
の増加を抑えて低沸成分濃度を一定に保つことができ
る。
おける作動流体の温度−組成の関係を示すもので、横軸
は低沸成分の濃度（モル分率）を表している。同図から
理解されるように、蒸発器出口では低沸成分濃度が低く
（Ｘｅ）、凝縮器出口では低沸成分濃度が高い（Ｘ
ｃ）。したがって、蒸発器出口液に凝縮器出口蒸気を吸
収させることによって、凝縮器出口側における低沸成分
の増加を抑えて低沸成分濃度を一定に保つことができ
る。
【００１２】
【発明の効果】以上のように、この発明は、二成分系の
混合媒体を作動流体として使用する低沸点媒体システム
において、凝縮器出口の蒸気を、蒸発器出口の液を駆動
流体とするエジェクターで吸引させるようにしたもので
あるから、低沸成分濃度の高い凝縮器出口蒸気を高沸成
分濃度の高い、すなわち低沸成分濃度の低い、蒸発器出
口液に吸収させ、凝縮器出口部の低沸成分濃度を一定に
保ち、凝縮器の性能を向上させることができる。また、
エジェクターを利用して液と蒸気を混合させるため吸収
速度が速く、コンプレッサーその他の特別な装置が不要
という利点もある。
混合媒体を作動流体として使用する低沸点媒体システム
において、凝縮器出口の蒸気を、蒸発器出口の液を駆動
流体とするエジェクターで吸引させるようにしたもので
あるから、低沸成分濃度の高い凝縮器出口蒸気を高沸成
分濃度の高い、すなわち低沸成分濃度の低い、蒸発器出
口液に吸収させ、凝縮器出口部の低沸成分濃度を一定に
保ち、凝縮器の性能を向上させることができる。また、
エジェクターを利用して液と蒸気を混合させるため吸収
速度が速く、コンプレッサーその他の特別な装置が不要
という利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示すバイナリ−発電システ
ムのフロ−チャ−ト。
ムのフロ−チャ−ト。
【図２】図１のバイナリ−発電システムにおける作動流
体の気液平衡線図。
体の気液平衡線図。
【図３】従来例を示すバイナリ−発電システムのフロ−
チャ−ト。
チャ−ト。
【図４】ランキンサイクルのＴＳ線図。
【図５】ロ−レンツサイクルのＴＳ線図。
【図６】二成分系混合媒体の温度−組成の関係を示す気
液平衡線図。
液平衡線図。
２ 蒸発器 ４ タ−ビン ６ 蒸発器 ８ 循環ポンプ 10 閉ル−プ 12 発電機 14 気液分離器 16 戻り配管 18 バイパス 20 ポンプ 22 エジェクタ 24 アフタ−ク−ラ−
Claims (1)
- 【請求項１】 二成分系の非共沸混合媒体を作動流体と
して使用する低沸点媒体システムにおいて、蒸発器の出
口側で気液分離器によって分離された液を蒸発器に戻す
に当たって、少なくともその液の一部を駆動流体とする
エジェクタを介して戻す系を設けてなり、凝縮器出口側
の未凝縮ガスをエジェクタに吸引させることにより気液
分離器で分離された液に混合して蒸発器に供給すること
を特徴とする低沸点媒体システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3089917A JP2513936B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 低沸点媒体システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3089917A JP2513936B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 低沸点媒体システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04298605A JPH04298605A (ja) | 1992-10-22 |
| JP2513936B2 true JP2513936B2 (ja) | 1996-07-10 |
Family
ID=13984061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3089917A Expired - Fee Related JP2513936B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 低沸点媒体システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2513936B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021054585A1 (ko) * | 2019-09-18 | 2021-03-25 | 한국에너지기술구원 | 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템 및 운전방법 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5799853B2 (ja) * | 2012-02-23 | 2015-10-28 | 三浦工業株式会社 | バイナリ発電システム |
| JP6306821B2 (ja) * | 2013-01-08 | 2018-04-04 | 日野自動車株式会社 | ランキンサイクル機関 |
| JP6005568B2 (ja) * | 2013-03-25 | 2016-10-12 | 株式会社神戸製鋼所 | 排熱回収装置 |
| CN114017944B (zh) * | 2021-10-16 | 2023-06-20 | 昆明理工大学 | 一种烟气余热驱动闪蒸补汽orc-喷射复合循环冷电联供系统 |
| JP7250096B1 (ja) * | 2021-10-22 | 2023-03-31 | 東芝プラントシステム株式会社 | 地熱発電設備用の不凝縮ガス排出システム、地熱発電設備、および地熱発電設備用の不凝縮ガス排出システムの制御方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63179105A (ja) * | 1987-01-20 | 1988-07-23 | Hisaka Works Ltd | 非共沸混合物の凝縮装置 |
-
1991
- 1991-03-27 JP JP3089917A patent/JP2513936B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021054585A1 (ko) * | 2019-09-18 | 2021-03-25 | 한국에너지기술구원 | 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템 및 운전방법 |
| KR20210033595A (ko) * | 2019-09-18 | 2021-03-29 | 한국에너지기술연구원 | 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템 및 운전방법 |
| KR102243702B1 (ko) * | 2019-09-18 | 2021-04-27 | 한국에너지기술연구원 | 액체 재순환유로를 가진 랭킨사이클 시스템 및 운전방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04298605A (ja) | 1992-10-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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