JP2513941B2 - 低沸点媒体システム - Google Patents
低沸点媒体システムInfo
- Publication number
- JP2513941B2 JP2513941B2 JP3089926A JP8992691A JP2513941B2 JP 2513941 B2 JP2513941 B2 JP 2513941B2 JP 3089926 A JP3089926 A JP 3089926A JP 8992691 A JP8992691 A JP 8992691A JP 2513941 B2 JP2513941 B2 JP 2513941B2
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- JP
- Japan
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- condenser
- low boiling
- evaporator
- vapor
- liquid
- Prior art date
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
- F25B2400/14—Power generation using energy from the expansion of the refrigerant
- F25B2400/141—Power generation using energy from the expansion of the refrigerant the extracted power is not recycled back in the refrigerant circuit
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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が多くなると高沸成
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が多くなると高沸成
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、蒸発器、
膨張機関、凝縮器およびポンプを直列に接続して形成し
た閉ループ内を沸点の異なる二成分系の非共沸混合媒体
を作動流体として循環させる低沸点媒体システムにおい
て、凝縮器出口の未凝縮低沸成分蒸気をコンプレッサに
より蒸発器入口の高沸成分濃度の高い液中に噴射して吸
収させることにより課題を解決した。
膨張機関、凝縮器およびポンプを直列に接続して形成し
た閉ループ内を沸点の異なる二成分系の非共沸混合媒体
を作動流体として循環させる低沸点媒体システムにおい
て、凝縮器出口の未凝縮低沸成分蒸気をコンプレッサに
より蒸発器入口の高沸成分濃度の高い液中に噴射して吸
収させることにより課題を解決した。
【０００８】
【作用】凝縮器出口の蒸気は低沸成分濃度が高いので、
蒸発器入口の高沸点成分濃度の高い、言い換えれば低沸
成分濃度の低い、液中に噴射することにより容易に吸収
される。したがって、これにより凝縮器出口部の低沸成
分濃度を一定に保つことができる。
蒸発器入口の高沸点成分濃度の高い、言い換えれば低沸
成分濃度の低い、液中に噴射することにより容易に吸収
される。したがって、これにより凝縮器出口部の低沸成
分濃度を一定に保つことができる。
【０００９】
【実施例】図３に示した上述のバイナリー発電システム
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の出口側にミストセパレータ14を接続
し、その下部出口を蒸発器２の入口側に接続する。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
ークーラー18を設置する。ミストセパレータ14の下部出
口とアフタークーラー18の気相とを配管20で接続する。
配管20にはコンプレッサー22を設ける。なお、この実施
例はバイナリーサイクルの場合であることから配管20に
コンプレッサーを設けるが、ヒートポンプの場合はこの
コンプレッサーは不要である。
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の出口側にミストセパレータ14を接続
し、その下部出口を蒸発器２の入口側に接続する。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
ークーラー18を設置する。ミストセパレータ14の下部出
口とアフタークーラー18の気相とを配管20で接続する。
配管20にはコンプレッサー22を設ける。なお、この実施
例はバイナリーサイクルの場合であることから配管20に
コンプレッサーを設けるが、ヒートポンプの場合はこの
コンプレッサーは不要である。
【００１０】蒸発器２を出た作動流体はミストセパレー
タ14で蒸気と液体に分離される。蒸気はタービン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（）。ミストセパレータ14で蒸気から
分離された液体は蒸発器２の入口側に戻される。この液
体に、アフタークーラー18で凝縮液から分離された凝縮
器出口の蒸気が配管20で導かれ、噴射される。
タ14で蒸気と液体に分離される。蒸気はタービン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（）。ミストセパレータ14で蒸気から
分離された液体は蒸発器２の入口側に戻される。この液
体に、アフタークーラー18で凝縮液から分離された凝縮
器出口の蒸気が配管20で導かれ、噴射される。
【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
は低沸成分濃度（モル分率）を表している。同図から理
解されるとおり、蒸発器出口液濃度（Ｘｅ）は系内で最
も低い濃度を示す。一方、凝縮器６の出口では低沸成分
ガスの濃度が非常に高い（Ｘｃ）。したがって、この低
沸成分濃度の高い蒸気を蒸発器入口側に導き、低沸成分
濃度の低い液に噴射して吸収させることにより、凝縮器
出口部の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
は低沸成分濃度（モル分率）を表している。同図から理
解されるとおり、蒸発器出口液濃度（Ｘｅ）は系内で最
も低い濃度を示す。一方、凝縮器６の出口では低沸成分
ガスの濃度が非常に高い（Ｘｃ）。したがって、この低
沸成分濃度の高い蒸気を蒸発器入口側に導き、低沸成分
濃度の低い液に噴射して吸収させることにより、凝縮器
出口部の低沸成分濃度を一定に保つことができる。
【００１２】なお、自然循環型蒸発器の場合は図２にＸ
F’で表されている蒸発器入口部へ吸収させるようにし
てもよい。
F’で表されている蒸発器入口部へ吸収させるようにし
てもよい。
【００１３】
【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、凝縮器出口の低沸成分濃度の高い蒸気を、蒸
発器入口の高沸成分濃度の高い液中に噴射して吸収させ
るようにしたものであるから、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。
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、凝縮器出口の低沸成分濃度の高い蒸気を、蒸
発器入口の高沸成分濃度の高い液中に噴射して吸収させ
るようにしたものであるから、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。
【図１】この発明の実施例を示すバイナリー発電システ
ムのフローシートである。
ムのフローシートである。
【図２】図１のバイナリー発電システムにおける作動流
体の気液平衡線図である。
体の気液平衡線図である。
【図３】従来例を示すバイナリー発電システムのフロー
シートである。
シートである。
【図４】ランキンサイクルのＴＳ線図である。
【図５】ローレンツサイクルのＴＳ線図である。
【図６】二成分系混合媒体の温度−組成の関係を示す気
液平衡線図である。
液平衡線図である。
２ 蒸発器 ４ タービン ６ 凝縮器 ８ 循環ポンプ 10 閉ループ 12 発電機 14 ミストセパレータ 18 アフタークーラー 20 配管 22 コンプレッサー
Claims (1)
- 【請求項１】 蒸発器、膨張機関、凝縮器およびポンプ
を直列に接続して形成した閉ループ内を沸点の異なる二
成分系の非共沸混合媒体を作動流体として循環させる低
沸点媒体システムにおいて、凝縮器出口の未凝縮低沸成
分蒸気をコンプレッサにより蒸発器入口の高沸成分濃度
の高い液中に噴射して吸収させ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 |
|---|---|---|---|
| JP3089926A JP2513941B2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP3089926A JP2513941B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 低沸点媒体システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04298611A JPH04298611A (ja) | 1992-10-22 |
| JP2513941B2 true JP2513941B2 (ja) | 1996-07-10 |
Family
ID=13984306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3089926A Expired - Fee Related JP2513941B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 低沸点媒体システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2513941B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013040606A (ja) * | 2011-08-17 | 2013-02-28 | Kazuhiko Nagashima | 高効率常温熱エネルギーの回収法及び回収装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5867975A (ja) * | 1981-10-16 | 1983-04-22 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 低温低温度差エネルギ回収方法 |
-
1991
- 1991-03-27 JP JP3089926A patent/JP2513941B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5867975A (ja) * | 1981-10-16 | 1983-04-22 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 低温低温度差エネルギ回収方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04298611A (ja) | 1992-10-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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