JP3169441B2 - 油吸収型熱サイクル - Google Patents
油吸収型熱サイクルInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、非共沸の２以上の成
分からなる混合媒体を作動流体として用いる熱サイクル
に関する。
分からなる混合媒体を作動流体として用いる熱サイクル
に関する。
【０００２】
【従来の技術】非共沸の混合媒体を用いた熱回サイクル
の例としてヒートポンプやバイナリー発電システムが挙
げられる。図８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）、蒸気機関（４）、凝縮器
（６）および媒体ポンプ（８）が直列に接続されて閉じ
た媒体循環系（10）を構成している。そして、その媒体
循環系（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
は蒸気機関（４）に供給される。この蒸気は蒸気機関
（４）内で膨張して発電機（12）を駆動する仕事をす
る。蒸気機関（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。
の例としてヒートポンプやバイナリー発電システムが挙
げられる。図８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）、蒸気機関（４）、凝縮器
（６）および媒体ポンプ（８）が直列に接続されて閉じ
た媒体循環系（10）を構成している。そして、その媒体
循環系（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
は蒸気機関（４）に供給される。この蒸気は蒸気機関
（４）内で膨張して発電機（12）を駆動する仕事をす
る。蒸気機関（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】
【発明が解決しようとする課題】混合媒体を作動流体と
して用いる場合、凝縮器（６）では高沸点成分蒸気が先
に凝縮し始めることから伝熱面近傍で低沸点成分蒸気濃
度が高くなり、熱移動と物質移動の妨げとなる。このた
め、凝縮器の伝熱性能が悪くなってシステム効率を低下
させるという問題がある。
して用いる場合、凝縮器（６）では高沸点成分蒸気が先
に凝縮し始めることから伝熱面近傍で低沸点成分蒸気濃
度が高くなり、熱移動と物質移動の妨げとなる。このた
め、凝縮器の伝熱性能が悪くなってシステム効率を低下
させるという問題がある。
【０００４】そこで、この発明の目的は、非共沸の２以
上の成分からなる混合媒体を作動流体として用いる熱サ
イクルにおいて、凝縮器に蓄積される低沸点成分蒸気濃
度を低くして凝縮器の伝熱性能を向上させることにあ
る。
上の成分からなる混合媒体を作動流体として用いる熱サ
イクルにおいて、凝縮器に蓄積される低沸点成分蒸気濃
度を低くして凝縮器の伝熱性能を向上させることにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、サイクルを
構成する回転機の媒体循環系内に、低沸点成分に対して
溶解性を持ち高沸点成分に対して不溶性の油を給油する
ことを特徴とする。
構成する回転機の媒体循環系内に、低沸点成分に対して
溶解性を持ち高沸点成分に対して不溶性の油を給油する
ことを特徴とする。
【０００６】
【作用】サイクルを構成する機器のうち給油を必要とす
る回転機への給油油種を上述のように選択することによ
って、潤滑油に低沸点成分が吸収され、凝縮器に多量の
低沸点成分が流入せず、したがって、凝縮器流入蒸気低
沸点成分濃度が下がり凝縮器に蓄積される低沸点成分濃
度が低くなる。
る回転機への給油油種を上述のように選択することによ
って、潤滑油に低沸点成分が吸収され、凝縮器に多量の
低沸点成分が流入せず、したがって、凝縮器流入蒸気低
沸点成分濃度が下がり凝縮器に蓄積される低沸点成分濃
度が低くなる。
【０００７】熱サイクルの中で回転機は必ず凝縮器の前
に位置する。回転機では、軸受、メカニカルシール冷
却、潤滑あるいはシール等の目的で給油が行われるが、
この油が媒体循環系内に流れ込む場合、低沸点成分に対
しては溶解性を持ち、高沸点成分に対しては不溶性であ
る種類の油を用いることにより、回転機を出た後のオイ
ルセパレータでは低沸点成分と油が混合し、油から分離
された蒸気は低沸点成分濃度の低いものとなる。この蒸
気はそのまま凝縮器で液化するが、その際、低沸点成分
蒸気濃度が低いため凝縮器伝熱面における熱移動と物質
移動の妨げとなる低沸点成分蒸気の濃度も低く、凝縮器
伝熱性能が改善される。
に位置する。回転機では、軸受、メカニカルシール冷
却、潤滑あるいはシール等の目的で給油が行われるが、
この油が媒体循環系内に流れ込む場合、低沸点成分に対
しては溶解性を持ち、高沸点成分に対しては不溶性であ
る種類の油を用いることにより、回転機を出た後のオイ
ルセパレータでは低沸点成分と油が混合し、油から分離
された蒸気は低沸点成分濃度の低いものとなる。この蒸
気はそのまま凝縮器で液化するが、その際、低沸点成分
蒸気濃度が低いため凝縮器伝熱面における熱移動と物質
移動の妨げとなる低沸点成分蒸気の濃度も低く、凝縮器
伝熱性能が改善される。
【０００８】一方、油に吸収されて混合した低沸点成分
は、一部が蒸発器に送られ、そこで加熱されて油から分
離する。したがって、蒸発器では低沸点成分蒸気濃度が
さらに高まり、蒸発圧力が上昇する。蒸発器出口で未蒸
発分として残った油は、ミストセパレータで比重分離に
より高濃度高沸点成分液から分離されて油循環系に戻さ
れる。
は、一部が蒸発器に送られ、そこで加熱されて油から分
離する。したがって、蒸発器では低沸点成分蒸気濃度が
さらに高まり、蒸発圧力が上昇する。蒸発器出口で未蒸
発分として残った油は、ミストセパレータで比重分離に
より高濃度高沸点成分液から分離されて油循環系に戻さ
れる。
【０００９】
【実施例】まず、図１に示されるバイナリーサイクルに
適用した実施例について説明すると、蒸発器（２）、膨
張機（４）、凝縮器（６）および媒体ポンプ（８）が直
列に接続されて閉じた媒体循環系（10）を構成してい
る。膨張機（４）は発電機のような負荷（12）と連結さ
れている。回転機に該当する膨張機（４）としては、蒸
気タービンやスクリュウエキスパンダ等の蒸気機関が含
まれる。蒸発器（２）と膨張機（４）の間にミストセパ
レータ（３）を設置し、ミストセパレータ（３）の気相
は膨張機（４）に、液相は蒸発器（２）の媒体通路入口
側に接続する。一方、膨張機（４）と凝縮器（６）との
間にオイルセパレータ（５）を設置し、オイルセパレー
タ（５）の気相を凝縮器（６）の媒体通路入口に接続
し、液相はオイルポンプ（14）に接続する。オイルポン
プ（14）の吐出側にはオイル加熱器（16）を設け、オイ
ル加熱器（16）の出側を分岐させて一方は弁（V1）を介
して膨張機（４）の内部に媒体と直接接するようにして
給油し、他方は弁（V2）を介して蒸発器（２）の媒体通
路入口側に接続する。なお、図示例の場合、膨張機
（４）への給油を、膨張機入り口側および膨張機内部の
３箇所で行なっている。
適用した実施例について説明すると、蒸発器（２）、膨
張機（４）、凝縮器（６）および媒体ポンプ（８）が直
列に接続されて閉じた媒体循環系（10）を構成してい
る。膨張機（４）は発電機のような負荷（12）と連結さ
れている。回転機に該当する膨張機（４）としては、蒸
気タービンやスクリュウエキスパンダ等の蒸気機関が含
まれる。蒸発器（２）と膨張機（４）の間にミストセパ
レータ（３）を設置し、ミストセパレータ（３）の気相
は膨張機（４）に、液相は蒸発器（２）の媒体通路入口
側に接続する。一方、膨張機（４）と凝縮器（６）との
間にオイルセパレータ（５）を設置し、オイルセパレー
タ（５）の気相を凝縮器（６）の媒体通路入口に接続
し、液相はオイルポンプ（14）に接続する。オイルポン
プ（14）の吐出側にはオイル加熱器（16）を設け、オイ
ル加熱器（16）の出側を分岐させて一方は弁（V1）を介
して膨張機（４）の内部に媒体と直接接するようにして
給油し、他方は弁（V2）を介して蒸発器（２）の媒体通
路入口側に接続する。なお、図示例の場合、膨張機
（４）への給油を、膨張機入り口側および膨張機内部の
３箇所で行なっている。
【００１０】図２に示す変形例は、図１の実施例におい
てさらに吸収器（18）を設けたものである。この場合、
蒸発器（２）の出側のミストセパレータ（３）の気相を
膨張機（４）に接続し、液相を吸収器（18）の媒体通路
入口側に接続する。凝縮器（６）の媒体通路出口を凝縮
器用ドレンポット（22）に接続し、凝縮器用ドレンポッ
ト（22）の気相を吸収器（18）の媒体通路入口側に接続
するとともに液相を媒体ポンプ（８）に接続する。ま
た、吸収器（18）の媒体通路出口を吸収器用ドレンポッ
ト（24）に接続するとともに液相を媒体ポンプ（８）に
接続する。このようにすれば、蒸発器（２）の媒体通路
出口から低沸点成分濃度の低い蒸発残液が吸収器（18）
の媒体通路に導かれるため、この蒸発残液に凝縮器
（６）からの未凝縮蒸気を吸収させ、凝縮器（６）から
低沸点成分蒸気を排出することができる。したがって、
凝縮器（６）からの低沸点成分蒸気の排出が一層促進さ
れる。
てさらに吸収器（18）を設けたものである。この場合、
蒸発器（２）の出側のミストセパレータ（３）の気相を
膨張機（４）に接続し、液相を吸収器（18）の媒体通路
入口側に接続する。凝縮器（６）の媒体通路出口を凝縮
器用ドレンポット（22）に接続し、凝縮器用ドレンポッ
ト（22）の気相を吸収器（18）の媒体通路入口側に接続
するとともに液相を媒体ポンプ（８）に接続する。ま
た、吸収器（18）の媒体通路出口を吸収器用ドレンポッ
ト（24）に接続するとともに液相を媒体ポンプ（８）に
接続する。このようにすれば、蒸発器（２）の媒体通路
出口から低沸点成分濃度の低い蒸発残液が吸収器（18）
の媒体通路に導かれるため、この蒸発残液に凝縮器
（６）からの未凝縮蒸気を吸収させ、凝縮器（６）から
低沸点成分蒸気を排出することができる。したがって、
凝縮器（６）からの低沸点成分蒸気の排出が一層促進さ
れる。
【００１１】図３に示す冷凍サイクルに適用した実施例
の場合、媒体循環系（10’）は蒸発器（２）、圧縮機
（４’）、凝縮器（６）、膨張弁（９）で構成されてお
り、ミストセパレータ（３）の液相は、ポンプ（26）を
経て、吸収器（18）の媒体通路入口に接続されるととも
に、オイルセパレータ（５）の気相に接続されている。
この場合圧縮機（４’）が回転機に該当する。油系は、
オイルセパレータ（５）の液相から導かれた管路（28）
が途中で分岐し、一方は弁（V3）を介して圧縮機
（４’）の内部に媒体と直接接するようにして給油し、
他方は弁（V4）を介して膨張弁（９）と蒸発器（２）の
間に接続されている。
の場合、媒体循環系（10’）は蒸発器（２）、圧縮機
（４’）、凝縮器（６）、膨張弁（９）で構成されてお
り、ミストセパレータ（３）の液相は、ポンプ（26）を
経て、吸収器（18）の媒体通路入口に接続されるととも
に、オイルセパレータ（５）の気相に接続されている。
この場合圧縮機（４’）が回転機に該当する。油系は、
オイルセパレータ（５）の液相から導かれた管路（28）
が途中で分岐し、一方は弁（V3）を介して圧縮機
（４’）の内部に媒体と直接接するようにして給油し、
他方は弁（V4）を介して膨張弁（９）と蒸発器（２）の
間に接続されている。
【００１２】蒸発器（２）出口で高濃度低沸点媒体蒸気
が発生するが、その濃度は膨張機（４）または圧縮機
（４’）出口まで変化しない。油に対する各成分の媒体
溶解度は、温度が一定であることから温度−圧力−溶解
度曲線による各成分毎の特性と圧力によって決定され
る。ここで、圧力は分圧で考えるので、濃度が高いほど
分圧も高くなり、溶解度も高くなる。したがって、油種
の選定如何によっては低沸点成分を主体に油が吸収する
ことになる。この低沸点成分蒸気を吸収した油を蒸発器
（２）に送り、更に高濃度の低沸点媒体蒸気を発生させ
るのである。一方、蒸発器（２）では出口で高濃度の高
沸点媒体液が油と混合されて存在している。これを膨張
機（４）または圧縮機（４’）出口に送り減圧すれば多
くの高沸点媒体が油中から飛び出し、凝縮器（６）へ導
かれる。これにより凝縮器（６）に流入する蒸気の高沸
点媒体濃度が高くなるので、同一温度で凝縮が終了する
とすれば凝縮圧力は低下する。この凝縮圧力の低下によ
り、低沸点成分蒸気の排出による凝縮器伝熱性能の向上
と相俟って、システム効率が向上する。
が発生するが、その濃度は膨張機（４）または圧縮機
（４’）出口まで変化しない。油に対する各成分の媒体
溶解度は、温度が一定であることから温度−圧力−溶解
度曲線による各成分毎の特性と圧力によって決定され
る。ここで、圧力は分圧で考えるので、濃度が高いほど
分圧も高くなり、溶解度も高くなる。したがって、油種
の選定如何によっては低沸点成分を主体に油が吸収する
ことになる。この低沸点成分蒸気を吸収した油を蒸発器
（２）に送り、更に高濃度の低沸点媒体蒸気を発生させ
るのである。一方、蒸発器（２）では出口で高濃度の高
沸点媒体液が油と混合されて存在している。これを膨張
機（４）または圧縮機（４’）出口に送り減圧すれば多
くの高沸点媒体が油中から飛び出し、凝縮器（６）へ導
かれる。これにより凝縮器（６）に流入する蒸気の高沸
点媒体濃度が高くなるので、同一温度で凝縮が終了する
とすれば凝縮圧力は低下する。この凝縮圧力の低下によ
り、低沸点成分蒸気の排出による凝縮器伝熱性能の向上
と相俟って、システム効率が向上する。
【００１３】特定の媒体とそれに対する油の例示として
図４の臨界溶解度曲線について説明すると、一つの容器
の中に油と媒体を入れたときに、ある温度で二層に分離
しているものとし、それぞれの層の媒体濃度を示したも
のが臨界溶解度曲線である。例えば、バーレルフリーズ
Ｐ−３８０（商品名）と冷媒Ｒ−２２についてみると、
矢印で示すように温度５０℃のときは媒体濃度９８％の
層（下層）と３７％の層（上層）が存在する。なお、図
５のように試作油８ＺＦ０１７と冷媒Ｒ−１２３の場合
曲線が一つしかないというのは、下層がほぼ１００％と
いうことを表している。バーレルフリーズと冷媒Ｒ−２
２との臨界溶解度曲線図を示す図６において、曲線より
上では∞の溶解度があり、液状の媒体があれば∞に解け
合うことを示している。図７の温度−圧力−溶解度曲線
は、一つの容器の中に油（試作油８ＺＦ０１７）と媒体
（Ｒ−１２３）を入れたときに、ある温度（℃）、圧力
（Kg／cm2・Ｇ）で油中に存在する冷媒の濃度（ｗｔ．
％）を示したもので、蒸気層と液相の平衡状態を示して
いる。
図４の臨界溶解度曲線について説明すると、一つの容器
の中に油と媒体を入れたときに、ある温度で二層に分離
しているものとし、それぞれの層の媒体濃度を示したも
のが臨界溶解度曲線である。例えば、バーレルフリーズ
Ｐ−３８０（商品名）と冷媒Ｒ−２２についてみると、
矢印で示すように温度５０℃のときは媒体濃度９８％の
層（下層）と３７％の層（上層）が存在する。なお、図
５のように試作油８ＺＦ０１７と冷媒Ｒ−１２３の場合
曲線が一つしかないというのは、下層がほぼ１００％と
いうことを表している。バーレルフリーズと冷媒Ｒ−２
２との臨界溶解度曲線図を示す図６において、曲線より
上では∞の溶解度があり、液状の媒体があれば∞に解け
合うことを示している。図７の温度−圧力−溶解度曲線
は、一つの容器の中に油（試作油８ＺＦ０１７）と媒体
（Ｒ−１２３）を入れたときに、ある温度（℃）、圧力
（Kg／cm2・Ｇ）で油中に存在する冷媒の濃度（ｗｔ．
％）を示したもので、蒸気層と液相の平衡状態を示して
いる。
【００１４】
【発明の効果】この発明は、非共沸の２以上の成分から
なる混合媒体を作動流体として用いる熱サイクルにおい
て、サイクルを構成する回転機の媒体循環系内に給油す
る油を、低沸点成分に対して溶解性を持ち、高沸点成分
に対して不溶性のものとしたから、潤滑油に低沸点成分
が吸収され、凝縮器に多量の低沸点成分が流入せず、し
たがって、凝縮器流入蒸気低沸点成分濃度が下がり凝縮
器に蓄積される低沸点成分濃度が低くなる。その結果、
伝熱面近傍における熱移動と物質移動の妨げとなる要素
が減少して凝縮器伝熱性能が向上し、システム効率が向
上する。
なる混合媒体を作動流体として用いる熱サイクルにおい
て、サイクルを構成する回転機の媒体循環系内に給油す
る油を、低沸点成分に対して溶解性を持ち、高沸点成分
に対して不溶性のものとしたから、潤滑油に低沸点成分
が吸収され、凝縮器に多量の低沸点成分が流入せず、し
たがって、凝縮器流入蒸気低沸点成分濃度が下がり凝縮
器に蓄積される低沸点成分濃度が低くなる。その結果、
伝熱面近傍における熱移動と物質移動の妨げとなる要素
が減少して凝縮器伝熱性能が向上し、システム効率が向
上する。
【図１】バイナリーサイクルに適用した実施例を示すブ
ロック線図である。
ロック線図である。
【図２】図１の実施例の変形例を示すブロック線図であ
る。
る。
【図３】冷凍サイクルに適用した実施例を示すブロック
線図である。
線図である。
【図４】バーレルフリーズＰ−３８０とＲ−２２との臨
界溶解度曲線図である。
界溶解度曲線図である。
【図５】バーレルフリーズＰ−２２０とＲ−１２３との
臨界溶解度曲線図である。
臨界溶解度曲線図である。
【図６】バーレルフリーズＰ−２２０とＲ−１２３との
温度−圧力−溶解度曲線図である。
温度−圧力−溶解度曲線図である。
【図７】バーレルフリーズと冷媒Ｒ−２２との臨界溶解
度曲線図である。
度曲線図である。
【図８】バイナリー発電システムのブロック線図であ
る。
る。
４ 膨張機（回転機） ４’ 圧縮機（回転機） ６ 凝縮器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−133242（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−81366（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01K 25/10 F01K 25/00
Claims (1)
- 【請求項１】 非共沸の２以上の成分からなる混合媒体
を作動流体として用いる熱サイクルにおいて、サイクル
を構成する回転機の媒体循環系内に、低沸点成分に対し
て溶解性を持ち高沸点成分に対して不溶性の油を給油す
ることを特徴とする油吸収型熱サイクル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18140692A JP3169441B2 (ja) | 1992-07-09 | 1992-07-09 | 油吸収型熱サイクル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18140692A JP3169441B2 (ja) | 1992-07-09 | 1992-07-09 | 油吸収型熱サイクル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0626309A JPH0626309A (ja) | 1994-02-01 |
| JP3169441B2 true JP3169441B2 (ja) | 2001-05-28 |
Family
ID=16100207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18140692A Expired - Fee Related JP3169441B2 (ja) | 1992-07-09 | 1992-07-09 | 油吸収型熱サイクル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3169441B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008145100A (ja) * | 2008-02-25 | 2008-06-26 | Daikin Ind Ltd | 冷凍装置 |
| DE102010022408B4 (de) * | 2010-06-01 | 2016-11-24 | Man Truck & Bus Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Dampfkreisprozesses mit geschmiertem Expander |
| JP2014009649A (ja) * | 2012-07-02 | 2014-01-20 | Toyota Industries Corp | ランキンサイクル装置 |
| JP6005586B2 (ja) * | 2013-05-30 | 2016-10-12 | 株式会社神戸製鋼所 | バイナリー駆動装置 |
| JP6321569B2 (ja) * | 2015-03-06 | 2018-05-09 | ヤンマー株式会社 | 動力発生装置 |
| BE1024383B1 (nl) * | 2016-02-23 | 2018-02-12 | Atlas Copco Airpower Naamloze Vennootschap | Gasexpansie-inrichting en werkwijze voor het expanderen van gas |
-
1992
- 1992-07-09 JP JP18140692A patent/JP3169441B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0626309A (ja) | 1994-02-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010206 |
|
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