JP4738225B2

JP4738225B2 - Power system

Info

Publication number: JP4738225B2
Application number: JP2006085331A
Authority: JP
Inventors: 洋藤本; 努若林
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2026-03-27
Also published as: JP2007262909A

Description

本発明は、高沸点媒体と低沸点媒体とを混合してなる作動流体が、当該作動流体の溶液を加熱して蒸気を発生する蒸気発生器と、前記蒸気発生器から供給された前記蒸気により駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排出された前記蒸気を冷却して前記溶液に復水させる復水器と、前記復水器から供給された前記溶液を前記蒸気発生器に供給する供給ポンプとの順に夫々を循環する動力サイクル回路を備えた動力システムに関する。 The present invention relates to a working fluid formed by mixing a high-boiling point medium and a low-boiling point medium with a steam generator that generates a steam by heating a solution of the working fluid, and the steam supplied from the steam generator. A driving steam turbine; a condenser for cooling the steam discharged from the steam turbine to condense into the solution; and a supply pump for supplying the solution supplied from the condenser to the steam generator It is related with the power system provided with the power cycle circuit which circulates each in order.

発電用のエンジンなどからエンジン排ガスとして排出される高温排熱や、エンジン冷却水として排出される低温排熱を効率良く回収して、発電機等を駆動するための動力を得るための動力システムが知られている。
この種の動力システムは、上記蒸気発生器において、エンジン排ガス等の高温排熱により作動流体の溶液を蒸発させて当該作動流体の蒸気を発生し、上記蒸気タービンにおいて、その蒸気により得た軸動力により発電機等を駆動し、上記復水器において、蒸気タービンを駆動した後に排出された蒸気を溶液に復水させるというサイクルを実現するものである。この様なサイクルとしては、ランキンサイクルが代表的なものであるが、カリーナサイクルも同様である。 There is a power system for efficiently recovering high-temperature exhaust heat exhausted as engine exhaust gas from engines for power generation and low-temperature exhaust heat exhausted as engine cooling water to obtain power to drive generators, etc. Are known.
In this type of power system, the steam generator generates the working fluid vapor by evaporating the solution of the working fluid by high-temperature exhaust heat such as engine exhaust gas, and the steam turbine generates the shaft power obtained by the steam. In the above condenser, a cycle in which the steam discharged after driving the steam turbine is condensed into the solution is realized. A typical example of such a cycle is the Rankine cycle, but the Karina cycle is also the same.

更に、上記作動流体としては、アンモニア等の低沸点媒体と水等の高沸点媒体とを混合してなる水−アンモニア系等の非共沸混合媒体を用い、更に、再生器と吸収器とを備える吸収サイクルを利用して、上記再生器において、復水器で復水した溶液から低沸点媒体を分離すると共に、上記吸収器において、再生器で分離した低沸点媒体を再度復水器で復水した溶液に吸収させて低沸点媒体が非常に多く吸収された高濃度の溶液を生成して、上記蒸気発生器に、その高濃度の溶液を供給するように構成された動力システムが知られている（例えば、特許文献１〜３を参照。）。この様なサイクルをカリーナサイクルと呼んでいる。
また、一般的に、この種の動力システムの復水器等において利用される冷熱源としては、大気熱を利用するように構成されており、例えば、クーリングタワー等で空冷された冷却水が、上記冷熱源として復水器等に供給される。 Furthermore, as the working fluid, a non-azeotropic mixed medium such as a water-ammonia system obtained by mixing a low boiling point medium such as ammonia and a high boiling point medium such as water is used, and a regenerator and an absorber are further provided. In the regenerator, the low-boiling point medium is separated from the solution condensed in the condenser by using the absorption cycle provided, and the low-boiling point medium separated in the regenerator is again condensed in the condenser by the condenser. There is known a power system configured to generate a high-concentration solution in which a low-boiling-point medium is absorbed by a water-absorbed solution and supply the high-concentration solution to the steam generator. (For example, refer to Patent Documents 1 to 3.) Such a cycle is called a carina cycle.
In general, as a cooling heat source used in a condenser or the like of this type of power system, it is configured to use atmospheric heat. For example, cooling water that is air-cooled in a cooling tower or the like is Supplied as a cold heat source to condensers.

特開２００３−１６１１１５号公報JP 2003-161115 A 特開２００１−２４８４０９号公報JP 2001-248409 A 特開２００５−１７１８９１号公報JP 2005-171891 A

上記のようなサイクルを実現する動力システムでは、蒸気タービンの蒸気流入側での圧力に対して、その流出側である復水器での圧力はできるだけ低いほうが、サイクル効率が高くなることが知られている。しかしながら、この復水器での圧力が過剰に低下した場合には、管継手やシール部等を介して外気が動力サイクル回路側に侵入するなどの原因で、サイクル効率が低下する場合があった。
特に、復水器等において利用される冷熱源として、大気熱等のように、季節の変化などの要因でその温度が大幅に変化するようなものを利用する場合には、冬場などにおいてその冷熱源の温度が極めて低くなって、復水器の圧力が過剰に低下することが懸念される。 In a power system that realizes the above cycle, it is known that the cycle efficiency increases when the pressure at the condenser on the outflow side is as low as possible with respect to the pressure at the steam inflow side of the steam turbine. ing. However, when the pressure in the condenser is excessively reduced, the cycle efficiency may be reduced due to the outside air entering the power cycle circuit side through a pipe joint or a seal part. .
In particular, when using a heat source that is used in a condenser or the like whose temperature changes significantly due to factors such as atmospheric changes, such as atmospheric heat, the cold heat is used in winter. There is a concern that the temperature of the source becomes extremely low and the condenser pressure drops excessively.

また、上記動力システムにおける低沸点媒体の濃度は、サイクル効率を良好なものにすべく決定されているが、復水器で起り得る最低圧力との関係からは決定されていなかった。 Further, the concentration of the low boiling point medium in the power system is determined so as to improve the cycle efficiency, but is not determined from the relationship with the minimum pressure that can occur in the condenser.

従って、本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記サイクルを実現する動力サイクル回路において、サイクル効率を最適化し得る動力システムを実現する点にある。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to realize a power system capable of optimizing cycle efficiency in a power cycle circuit that realizes the above-described cycle.

上記目的を達成するための本発明に係る動力システムは、高沸点媒体と低沸点媒体とを混合してなる作動流体が、当該作動流体の溶液を加熱して蒸気を発生する蒸気発生器と、前記蒸気発生器から供給された前記蒸気により駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排出された前記蒸気を冷却して前記溶液に復水させる復水器と、前記復水器から供給された前記溶液を前記蒸気発生器に供給する供給ポンプとの順に夫々を循環する動力サイクル回路を備えた動力システムであって、その第１特徴構成は、前記動力サイクル回路における前記復水器で起り得る最低圧力が大気圧近傍圧力となるように、前記復水器での前記作動流体の低沸点媒体の濃度が決定され、
前記作動流体が、前記低沸点媒体としてのアンモニアと前記高沸点媒体としての水とを混合してなる水−アンモニア系の作動流体であり、
前記復水器での当該作動流体におけるアンモニア濃度が、前記復水器に通ずる冷却水温度の関数として決定され、
前記蒸気タービンを動力源として駆動する圧縮機を備えたヒートポンプ回路を備え、
前記復水器において前記蒸気を冷却して得た温熱により前記ヒートポンプ回路の蒸発器に通ずる温熱源を加熱するように構成されている点にある。
尚、本発明において、復水器で起り得る最低圧力が設定される大気圧近傍圧力とは、復水器での圧力として設定した場合に、動力サイクル回路への外気の侵入を抑制し得る復水器での圧力範囲において、サイクル効率を許容範囲内に維持できるできるだけ低い圧力を示し、例えば、１０１．３ｋＰａ以上且つ１５１．３の範囲内の圧力とすることができる。 In order to achieve the above object, a power system according to the present invention includes a steam generator in which a working fluid obtained by mixing a high-boiling medium and a low-boiling medium heats a solution of the working fluid to generate steam; A steam turbine driven by the steam supplied from the steam generator; a condenser for cooling the steam discharged from the steam turbine to condense into the solution; and the supply from the condenser A power system including a power cycle circuit that circulates each in turn with a supply pump that supplies a solution to the steam generator, the first feature of which is a minimum that can occur in the condenser in the power cycle circuit The concentration of the low boiling point medium of the working fluid in the condenser is determined so that the pressure is near atmospheric pressure ,
The working fluid is a water-ammonia based working fluid obtained by mixing ammonia as the low boiling point medium and water as the high boiling point medium,
The ammonia concentration in the working fluid at the condenser is determined as a function of the cooling water temperature leading to the condenser;
A heat pump circuit including a compressor that drives the steam turbine as a power source;
In the condenser, a heat source connected to the evaporator of the heat pump circuit is heated by the heat obtained by cooling the steam .
In the present invention, the pressure near the atmospheric pressure at which the lowest pressure that can occur in the condenser is set as the pressure in the condenser, and when the pressure is set in the condenser, the pressure that can suppress the intrusion of outside air into the power cycle circuit. In the pressure range at the water tank, the pressure is as low as possible so that the cycle efficiency can be maintained within an allowable range. For example, the pressure can be 101.3 kPa or more and 151.3.

上記のように高沸点媒体と低沸点媒体とを混合してなる非共沸混合媒体を作動流体としてランキンサイクルを実現する上記動力サイクル回路においては、復水器での圧力は、その復水器での作動流体の温度以外に、その復水器での作動流体における低沸点媒体の濃度によって決定される。
そこで、上記第１特徴構成によれば、上記動力サイクル回路における復水器では、その復水器で起り得る最低圧力が大気圧近傍圧力となるように、復水器での作動流体における液部の低沸点媒体の濃度を決定する。よって、復水器の圧力が冬季等において起り得る最低圧力となったときでは、その復水器の圧力が、動力サイクル回路側への外気の侵入を抑制し得る圧力下限以上に維持されていることから、その動力サイクル回路側への外気の侵入によるサイクル効率の低下を抑制することができる。一方、復水器での作動流体における低沸点媒体の濃度が、復水器での圧力がサイクル効率を許容範囲内に維持できるできるだけ低い圧力となるように決定されていることから、復水器での圧力が夏季等において想定し得る最高圧力となったときでも、蒸気タービンの蒸気流入部での圧力に対する復水器の圧力差の縮小によるサイクル効率の低下を最小限に抑制することができる。 In the power cycle circuit that realizes the Rankine cycle using a non-azeotropic mixed medium obtained by mixing a high-boiling medium and a low-boiling medium as described above as a working fluid, the pressure in the condenser is the condenser. In addition to the temperature of the working fluid at, it is determined by the concentration of the low boiling point medium in the working fluid at the condenser.
Therefore, according to the first characteristic configuration, in the condenser in the power cycle circuit, the liquid part in the working fluid in the condenser is such that the lowest pressure that can occur in the condenser is the pressure near atmospheric pressure. Determine the concentration of the low boiling point medium. Therefore, when the pressure of the condenser becomes the lowest pressure that can occur in winter, the pressure of the condenser is maintained at a pressure lower than the lower limit that can suppress the intrusion of outside air into the power cycle circuit side. Therefore, it is possible to suppress a decrease in cycle efficiency due to the intrusion of outside air to the power cycle circuit side. On the other hand, the concentration of the low boiling point medium in the working fluid in the condenser is determined so that the pressure in the condenser is as low as possible to maintain the cycle efficiency within an allowable range. Even when the pressure at the tank reaches the maximum pressure that can be assumed in summer, etc., the reduction in cycle efficiency due to the reduction in the pressure difference of the condenser with respect to the pressure at the steam inlet of the steam turbine can be minimized. .

そして、本特徴構成によれば、動力サイクル回路を流通する作動流体として、水−アンモニア系の作動流体を利用する場合には、復水器でのその作動流体におけるアンモニア濃度を記復水器に通ずる冷却水温度の関数として決定することにより、復水器で起り得る最低圧力を大気圧近傍に維持することができ、結果、復水器での圧力の過剰低下によるサイクル効率の低下を抑制することができる。
即ち、復水器でのその作動流体におけるアンモニア濃度は、この復水器に通ずる冷却水温度に対して、復水器で起り得る最低圧力が大気圧近傍圧力となる範囲内に決定し、この範囲とは、例えば、冷却水温度が５℃のときには４４．７重量％以上且つ５１．３重量％以下の範囲、冷却水温度が１５℃のときには３８．５重量％以上且つ４４．６重量％以下の範囲、冷却水温度が３２℃のときには２９．０重量％以上且つ３４．６重量％以下の範囲となる。尚、例示した夫々の濃度範囲における冷却水温度は、対応する作動流体の溶液の飽和圧力が１０１．３ｋＰａ〜１５１．３ｋＰａの範囲内にあるときのものである。
また、復水器でのその作動流体におけるアンモニア濃度を、前記復水器に通ずる冷却水温度の関数として決定するのは、この冷却水温度が復水器での作動流体の温度に最も近く、且つ、作動流体の温度よりも低いからである。
そして、上記アンモニア濃度が上記範囲の下限値よりも低い場合には、復水器で起こり得る最低圧力が低くなりすぎて、動力サイクル回路への外気の侵入によるサイクル効率の低下が懸念され、逆に、上記アンモニア濃度が上記範囲の上限値よりも高い場合には、復水器の圧力が高くなって、蒸気タービンの蒸気流入部での圧力に対する復水器の圧力差の縮小によるサイクル効率の低下が懸念される。
さらに、本特徴構成によれば、上記のようなヒートポンプ回路を備え、例えばヒートポンプ回路の凝縮器において暖房用の温熱を生成するように構成する場合には、復水器において前記蒸気を冷却して得た温熱を、蒸発器に供給する温熱源として有効利用することができる。 And according to this characteristic structure, when using a water-ammonia type working fluid as a working fluid which distribute | circulates a power cycle circuit, the ammonia concentration in the working fluid in a condenser is stored in a condenser. By determining it as a function of the temperature of the cooling water that passes through, the lowest pressure that can occur in the condenser can be maintained near atmospheric pressure, and as a result, the reduction in cycle efficiency due to excessive reduction in pressure in the condenser is suppressed. be able to.
That is, the ammonia concentration in the working fluid in the condenser is determined within a range in which the lowest pressure that can occur in the condenser is close to the atmospheric pressure with respect to the cooling water temperature that passes through the condenser. The range is, for example, a range of 44.7 wt% or more and 51.3 wt% or less when the cooling water temperature is 5 ° C., or 38.5 wt% or more and 44.6 wt% when the cooling water temperature is 15 ° C. When the cooling water temperature is 32 ° C. in the following range, the range is 29.0 wt% or more and 34.6 wt% or less. In addition, the cooling water temperature in each illustrated concentration range is when the saturation pressure of the corresponding working fluid solution is in the range of 101.3 kPa to 151.3 kPa.
Also, determining the ammonia concentration in the working fluid at the condenser as a function of the cooling water temperature leading to the condenser is that this cooling water temperature is closest to the temperature of the working fluid at the condenser, And it is because it is lower than the temperature of a working fluid.
When the ammonia concentration is lower than the lower limit of the above range, the minimum pressure that can occur in the condenser is too low, and there is a concern that the cycle efficiency may decrease due to the intrusion of outside air into the power cycle circuit. In addition, when the ammonia concentration is higher than the upper limit of the above range, the condenser pressure becomes high, and the cycle efficiency is reduced by reducing the pressure difference of the condenser with respect to the pressure at the steam inlet of the steam turbine. There is concern about the decline.
Furthermore, according to the present characteristic configuration, when the heat pump circuit as described above is provided and, for example, the condenser of the heat pump circuit is configured to generate the heat for heating, the steam is cooled in the condenser. The obtained heat can be effectively used as a heat source to be supplied to the evaporator.

本発明に係る動力システムの第２特徴構成は、前記蒸気発生器が、前記溶液を高温排熱により加熱し、
前記復水器との間で循環する前記溶液を低温排熱により加熱して前記溶液から前記低沸点媒体の蒸気を分離する再生器を備えて、前記再生器で分離した前記低沸点媒体の蒸気を、前記供給ポンプから前記蒸気発生器までの前記溶液に吸収させる、又は、前記蒸気タービンの低圧段に供給するように構成され、
前記再生器から前記復水器に供給される前記溶液を冷却する冷却器を備えた点にある。 In the second characteristic configuration of the power system according to the present invention, the steam generator heats the solution by high-temperature exhaust heat,
The low-boiling medium vapor separated by the regenerator is provided with a regenerator for separating the vapor of the low-boiling medium from the solution by heating the solution circulating between the condenser and the low-temperature exhaust heat. Is absorbed in the solution from the supply pump to the steam generator, or is supplied to the low pressure stage of the steam turbine,
A cooler for cooling the solution supplied from the regenerator to the condenser is provided.

上記第２特徴構成によれば、蒸気発生器において、高温排熱により作動流体の溶液を加熱するので、高い圧力でも作動流体を蒸発させることが可能となり、従って、蒸気タービンの蒸気流入側の圧力を高くすることができる。更に、再生器において、低温排熱により作動流体の溶液を加熱して低沸点媒体の蒸気を分離し、吸収器においてその比較的低圧の低沸点媒体の蒸気を蒸気発生器に供給される溶液に吸収させるように構成することで、高温排熱の熱回収量が増大する。又は、前記蒸気タービンの低圧段に供給するように構成することで、蒸気タービンの少なくとも低圧段に供給される低沸点媒体の蒸気の流量が増加する。結果として、蒸気タービンの軸出力を増加させることができる。
一方、この再生器において低沸点媒体が低濃度となった作動流体の溶液を復水器に返すことで、復水器において、低沸点媒体が低濃度の作動流体の溶液に対して、蒸気タービンから排出される低沸点媒体の蒸気を効率良く吸収させることができる。ここで、復水器で発生する作動流体の凝縮熱と低沸点媒体の吸収熱を効率良く取り去るために、復水器での冷却に加えて、上記冷却器により再生器から復水器に供給される作動流体を冷却すれば、復水器での低沸点媒体の吸収能力を一層高くすることができ、サイクル効率の向上に寄与することができる。 According to the second characteristic configuration, since the working fluid solution is heated by the high-temperature exhaust heat in the steam generator, it is possible to evaporate the working fluid even at a high pressure, and therefore, the pressure on the steam inflow side of the steam turbine. Can be high. Furthermore, in the regenerator, the working fluid solution is heated by low-temperature exhaust heat to separate the vapor of the low boiling point medium, and in the absorber, the relatively low pressure low boiling point medium vapor is converted into the solution supplied to the steam generator. By making it absorb, the heat recovery amount of high-temperature exhaust heat increases. Alternatively, by supplying the low-pressure stage of the steam turbine, the flow rate of the low-boiling-point medium steam supplied to at least the low-pressure stage of the steam turbine increases. As a result, the shaft output of the steam turbine can be increased.
On the other hand, by returning the working fluid solution in which the low boiling point medium has a low concentration in the regenerator to the condenser, the steam turbine can reduce the low boiling point medium to the low concentration working fluid solution in the condenser. It is possible to efficiently absorb the vapor of the low-boiling point medium discharged from the tank. Here, in order to efficiently remove the heat of condensation of the working fluid generated in the condenser and the absorption heat of the low boiling point medium, in addition to cooling in the condenser, the cooler supplies the condenser from the regenerator. If the working fluid to be cooled is cooled, the absorption capacity of the low-boiling-point medium in the condenser can be further increased, which can contribute to the improvement of cycle efficiency.

本発明に係る動力システムの第３特徴構成は、冷却用の冷熱源として地中熱を利用するように構成されている点にある。 The third characteristic configuration of the power system according to the present invention is that it is configured to utilize geothermal heat as a cold source for cooling却用.

上記第３特徴構成によれば、上記復水器において利用される冷熱源、更には、上記第３特徴構成で上記冷却器において利用される冷熱源として、季節の変化などによってはその温度が殆ど変化しない地中熱を利用することで、復水器での作動流体の温度の変化を抑制することができる。よって、冬場などにおいて、復水器での圧力の過剰低下によるサイクル効率の低下を抑制すると共に、夏場などにおいて、復水器での圧力をできるだけ低く維持して、蒸気タービンの蒸気流入部での圧力に対する復水器の圧力差の縮小によるサイクル効率の低下を最小限に抑制することができる。また、上記冷熱源の温度が年間を通じて略一定に維持されることから、作動流体における低沸点媒体の濃度の調整の煩わしさからも開放される。 According to the third characterizing feature, cold source utilized in the condenser, and further, the a third cold source utilized in the cooler in construction, depending seasonal changes mostly temperature By using the underground heat that does not change, the change in the temperature of the working fluid in the condenser can be suppressed. Therefore, in winter, etc., the cycle efficiency is prevented from decreasing due to excessive pressure drop in the condenser, and in summer, etc., the pressure in the condenser is kept as low as possible, and the steam in the steam turbine steam inlet A reduction in cycle efficiency due to a reduction in the pressure difference of the condenser with respect to the pressure can be minimized. Further, since the temperature of the cold heat source is maintained substantially constant throughout the year, it is freed from the troublesome adjustment of the concentration of the low boiling point medium in the working fluid.

本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１に示す動力システムは、高温排熱としてのエンジン２０から排出されるエンジン排ガスの排熱を高温排熱とし、エンジン２０を冷却するエンジン冷却水の排熱を低温排熱として、これらエンジン排ガスとエンジン冷却水とから効率良く排熱回収して、蒸気タービン２により軸動力を出力するサイクルを利用するように構成されている。
更に、この動力システムは、低沸点媒体としてのアンモニアと、当該アンモニアを吸収可能な高沸点媒体としての水との水−アンモニア系等の非共沸混合媒体を作動流体として用いた吸収サイクルを利用するように構成されている。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The power system shown in FIG. 1 uses engine exhaust gas exhausted from the engine 20 as high-temperature exhaust heat as high-temperature exhaust heat, and engine cooling water exhaust heat that cools the engine 20 as low-temperature exhaust heat. And a cycle in which exhaust heat is efficiently recovered from the engine coolant and the shaft power is output by the steam turbine 2.
Furthermore, this power system utilizes an absorption cycle in which a non-azeotropic mixture medium such as a water-ammonia system of ammonia as a low boiling point medium and water as a high boiling point medium capable of absorbing the ammonia is used as a working fluid. Is configured to do.

そして、この動力システムは、作動流体の溶液を、排ガス管２１を通じてエンジン２０から供給された排ガスとの熱交換により加熱して作動流体の蒸気を発生する蒸気発生器１、蒸気発生器１から蒸気供給管１１を通じて供給された蒸気により駆動する蒸気タービン２、蒸気タービン２から排出され蒸気排出管１２を通じて供給された蒸気を冷却水との熱交換により冷却して溶液に復水させる復水器３と、復水器３から供給された溶液を、配管１５を通じて蒸気発生器１に供給する供給ポンプ１６との順に、この作動流体を循環させる動力サイクル回路１０を備えて構成されている。
そして、この蒸気タービン２が出力する軸動力は、後述するヒートポンプ回路５０に設けられた圧縮機５１を駆動する駆動源として利用される。 In this power system, the working fluid solution is heated by heat exchange with the exhaust gas supplied from the engine 20 through the exhaust gas pipe 21 to generate steam of the working fluid, and the steam generator 1 generates steam. A steam turbine 2 driven by steam supplied through the supply pipe 11, a condenser 3 for cooling the steam discharged from the steam turbine 2 and supplied through the steam discharge pipe 12 by heat exchange with the cooling water to condense into a solution. And a power cycle circuit 10 that circulates this working fluid in the order of the supply pump 16 that supplies the solution supplied from the condenser 3 to the steam generator 1 through the pipe 15.
And the shaft power which this steam turbine 2 outputs is utilized as a drive source which drives the compressor 51 provided in the heat pump circuit 50 mentioned later.

上記復水器３には、冷却水が通流する冷却管３ａが配設され、その冷却管３ａ内に、冷却水ポンプ３１により冷却水回路３０を循環する冷却水が通流することにより、蒸気及び溶液と冷却水との間の熱交換が行われ、蒸気が凝縮して溶液に混合されるときに生じる凝縮潜熱及び混合熱が冷却水により奪われる。 The condenser 3 is provided with a cooling pipe 3a through which cooling water flows, and the cooling water circulating through the cooling water circuit 30 by the cooling water pump 31 flows through the cooling pipe 3a. Heat and heat are exchanged between the steam and the solution and the cooling water, and the latent heat of condensation and mixing heat generated when the steam is condensed and mixed with the solution are taken away by the cooling water.

また、復水器３からポンプ１４により配管１７を通じて作動流体の溶液が供給され、エンジン冷却水との熱交換により、その作動流体の溶液を加熱して作動流体から低沸点媒体であるアンモニアの蒸気を分離する再生器４が設けられている。
この再生器４には、エンジン冷却水が通流する加熱管４ａが配設され、その加熱管４ａ内に、エンジン２０との間でポンプ２３により循環されるエンジン冷却水を通流させることにより、作動流体の溶液とエンジン冷却水との熱交換が行われる。 Also, a working fluid solution is supplied from the condenser 3 through the pipe 17 by the pump 14, and the working fluid solution is heated by heat exchange with the engine cooling water, and ammonia vapor, which is a low-boiling point medium, is heated from the working fluid. Is provided.
The regenerator 4 is provided with a heating pipe 4a through which engine cooling water flows, and the engine cooling water circulated by the pump 23 between the heating pipe 4a and the engine 20 is passed through the heating pipe 4a. Then, heat exchange between the working fluid solution and the engine coolant is performed.

この再生器４でアンモニア蒸気が分離された後の比較的アンモニア濃度が低い作動流体の溶液は、配管１８を通じて復水器３に戻されて、蒸気タービン２から供給された蒸気を吸収した後に再び再生器４に供給される。 The solution of the working fluid having a relatively low ammonia concentration after the ammonia vapor is separated by the regenerator 4 is returned to the condenser 3 through the pipe 18 to absorb the steam supplied from the steam turbine 2 and then again. The regenerator 4 is supplied.

また、復水器３から配管１３を通じて供給された作動流体の溶液に、再生器４から配管１８を通じて供給されたアンモニアの蒸気を吸収させ、アンモニア濃度が非常に高い作動流体の溶液を生成する吸収器５が設けられている。
そして、この吸収器５で生成された高濃度の作動流体の溶液が、供給ポンプ１６により配管１５を通じて蒸気発生器１に供給される。 Further, the working fluid solution supplied from the condenser 3 through the pipe 13 absorbs the vapor of ammonia supplied from the regenerator 4 through the pipe 18 to generate a working fluid solution having a very high ammonia concentration. A vessel 5 is provided.
Then, the high-concentration working fluid solution generated by the absorber 5 is supplied to the steam generator 1 through the pipe 15 by the supply pump 16.

復水器３から再生器４に供給される作動流体の溶液が通流する配管１７と、再生器４から復水器３に供給される作動流体の溶液が通流する配管１８との間で熱交換を行う熱交換器６が設けられている。
即ち、この熱交換器６により、配管１８内を通流し再生器４でエンジン冷却水により加熱されて比較的高温となった溶液と、復水器３で冷却水により冷却され比較的低温となった溶液との熱交換を行って、再生器４における加熱効率、及び、復水器３における冷却効率を向上させることができる。 Between the pipe 17 through which the working fluid solution supplied from the condenser 3 to the regenerator 4 flows and the pipe 18 through which the working fluid solution supplied from the regenerator 4 to the condenser 3 flows. A heat exchanger 6 that performs heat exchange is provided.
That is, the heat exchanger 6 passes through the pipe 18 and is heated by the engine cooling water in the regenerator 4 to a relatively high temperature, and the condenser 3 is cooled by the cooling water to a relatively low temperature. The heat exchange with the solution can be performed to improve the heating efficiency in the regenerator 4 and the cooling efficiency in the condenser 3.

更に、再生器４から復水器３に供給される作動流体の溶液が通流する配管１８には、上記熱交換器６の下流側に、冷却水回路３０において上記復水器３を通流した後の冷却水との熱交換により、上記溶液を冷却する冷却器７が設けられている。
この冷却器７により、再生器４から復水器３に供給される溶液の温度を一層低くすることができ、復水器３での蒸気タービン２から排出されるアンモニアに対する溶液の吸収能力を高くして、サイクル効率の向上が図られている。 Furthermore, the pipe 18 through which the working fluid solution supplied from the regenerator 4 to the condenser 3 flows passes through the condenser 3 in the cooling water circuit 30 downstream of the heat exchanger 6. A cooler 7 is provided for cooling the solution by heat exchange with the cooling water.
By this cooler 7, the temperature of the solution supplied from the regenerator 4 to the condenser 3 can be further lowered, and the absorption capacity of the solution with respect to ammonia discharged from the steam turbine 2 in the condenser 3 is increased. Thus, the cycle efficiency is improved.

更に、蒸気タービン２から排出された蒸気との熱交換により、温水を生成する熱交換器８が設けられており、この熱交換器８で生成された温水は給湯用や暖房用の温水として利用することができる。 Furthermore, a heat exchanger 8 that generates hot water by heat exchange with the steam discharged from the steam turbine 2 is provided, and the hot water generated by the heat exchanger 8 is used as hot water for hot water supply or heating. can do.

上記冷却水回路３０において、復水器３及び冷却器７を通過して昇温した冷却水は、後述するヒートポンプ回路５０の蒸発器５４の温熱源として利用された後に、地中Ｇに埋設された地中熱交換器３３に供給される。そして、地中熱交換器３３において、地中熱により、冷却水の温度は、季節の変化などによっては殆ど変化しない略一定の温度（例えば１５℃程度）に維持され、再度、ポンプ１４により復水器３に供給される。
即ち、上記復水器３更には冷却器７における冷却用の冷熱源としては、地中熱が利用されている。 In the cooling water circuit 30, the cooling water heated through the condenser 3 and the cooler 7 is used as a heat source for the evaporator 54 of the heat pump circuit 50, which will be described later, and is buried in the underground G. Supplied to the underground heat exchanger 33. Then, in the underground heat exchanger 33, the temperature of the cooling water is maintained at a substantially constant temperature (for example, about 15 ° C.) that hardly changes depending on seasonal changes due to the underground heat, and is restored again by the pump 14. It is supplied to the water device 3.
That is, ground heat is used as a cooling heat source for cooling in the condenser 3 and the cooler 7.

これまで説明してきた動力システムにおいて、動力サイクル回路１０における復水器３での冷却水の温度変化等を考慮して起り得る最低圧力が、大気圧近傍圧力の例えば１０１．３ｋＰａ以上且つ１５１．３ｋＰａ以下の範囲内となるように、復水器３での作動流体における低沸点媒体の濃度、即ち、水−アンモニア系の作動流体におけるアンモニア濃度が決定されている。即ち、ランキンサイクルと吸収サイクルとを利用するように構成された従来の動力システムでは、通常、サイクル効率を良好なものにすべく、水−アンモニア系の作動流体のアンモニア濃度が、２７％程度に決定されていた。
これに対して、本実施形態の動力システムでは、復水器３での水−アンモニア系の作動流体のアンモニア濃度が、上記従来の動力サイクルでのアンモニア濃度とは異なって、上記復水器３で起り得る最低圧力が上記大気圧近傍圧力となるように、前記復水器に通ずる冷却水温度の関数として決定されており、例えば、冷却水回路３０を循環する冷却水温度が１５℃の場合には、３８．５重量％以上且つ４４．６重量％以下の範囲内に決定されている。
尚、ここで冷却水回路３０を循環する冷却水温度としては、復水器３の入口側又は出口側の冷却水の温度や、地中熱交換器３３に通ずる冷却水の温度等の何れの箇所において測定した温度を用いても構わない。
また、このようなアンモニア濃度の冷却水温度に応じた調整については、１日毎のバッチ調整で行っても良いし、連続調整ができるように工夫して行っても良い。 In the power system described so far, the minimum pressure that can occur in consideration of the temperature change of the cooling water in the condenser 3 in the power cycle circuit 10 is, for example, 101.3 kPa or more and 151.3 kPa of the pressure near atmospheric pressure. The concentration of the low boiling point medium in the working fluid in the condenser 3, that is, the ammonia concentration in the water-ammonia working fluid is determined so as to fall within the following range. That is, in the conventional power system configured to use the Rankine cycle and the absorption cycle, the ammonia concentration of the water-ammonia working fluid is usually about 27% in order to improve the cycle efficiency. It was decided.
On the other hand, in the power system of the present embodiment, the ammonia concentration of the water-ammonia system working fluid in the condenser 3 is different from the ammonia concentration in the conventional power cycle, and the condenser 3 Is determined as a function of the cooling water temperature leading to the condenser so that the minimum pressure that can occur at the above atmospheric pressure is, for example, when the cooling water temperature circulating through the cooling water circuit 30 is 15 ° C. Is determined in the range of 38.5% by weight or more and 44.6% by weight or less.
Here, the cooling water temperature circulating through the cooling water circuit 30 may be any of the temperature of the cooling water on the inlet side or the outlet side of the condenser 3, the temperature of the cooling water leading to the underground heat exchanger 33, etc. You may use the temperature measured in the location.
Moreover, about the adjustment according to the cooling water temperature of such ammonia concentration, you may perform by the batch adjustment for every day, and you may devise so that a continuous adjustment can be performed.

よって、復水器３での圧力は、年間を通じて、大気圧より高く、且つ、大気圧に近いほぼ一定の圧力（１０１．３ｋＰａ以上且つ１５１．３の範囲内の圧力）に維持される。 Therefore, the pressure in the condenser 3 is maintained at a substantially constant pressure (pressure within a range of 101.3 kPa or more and 151.3) that is higher than the atmospheric pressure and close to the atmospheric pressure throughout the year.

次に、蒸気タービン２を動力源として駆動する圧縮機５１を備えたヒートポンプ回路５０について説明を加える。
上記ヒートポンプ回路５０は、公知の如く、冷媒を圧縮する圧縮機５１と、冷媒を放熱させて凝縮させる凝縮器５２と、冷媒を膨張させて減圧させる膨張弁５３と、冷媒に吸熱させて蒸発させる蒸発器５４との順に夫々を循環するように構成されている。
そして、上記凝縮器５２においては、その冷媒との熱交換により温水を生成し、その温水を給湯用や暖房用の温水として利用することができる。 Next, the heat pump circuit 50 including the compressor 51 that drives the steam turbine 2 as a power source will be described.
As is well known, the heat pump circuit 50 includes a compressor 51 that compresses the refrigerant, a condenser 52 that dissipates and condenses the refrigerant, an expansion valve 53 that expands and decompresses the refrigerant, and absorbs and evaporates the refrigerant. Each is configured to circulate in the order of the evaporator 54.
And in the said condenser 52, warm water can be produced | generated by heat exchange with the refrigerant | coolant, and the warm water can be utilized as hot water for hot water supply or heating.

上記蒸発器５４の温熱源としては、通常では外気熱が利用されるが、本実施形態では、地中熱を熱源としており、それを復水器３更には冷却器７を通過させることにより加熱し、復水器３や冷却器７を冷却して得た温熱が、蒸発器５４に供給される温熱源として追加され有効利用されている。 As the heat source of the evaporator 54, outside air heat is normally used, but in this embodiment, underground heat is used as a heat source, which is heated by passing through the condenser 3 and further the cooler 7. The warm heat obtained by cooling the condenser 3 and the cooler 7 is added and effectively used as a warm heat source supplied to the evaporator 54.

〔別実施形態〕
（１）上記実施の形態では、蒸気タービン２の軸出力を増加させるために、復水器３と蒸気発生器１との間に吸収器５を設けて、この吸収器５において、復水器３から蒸気発生器１に供給される作動流体の溶液に、再生器４から供給されたアンモニアである低沸点媒体の蒸気を吸収させるように構成したが、この吸収器５を省略すると共に、蒸気タービン３を、蒸気の流通方向において高圧段と低圧段とを直列に配置してなる多段式に構成して、再生器４から供給された低沸点媒体の蒸気を、上記蒸気タービン３の低圧段に供給することで、この蒸気タービン３の低圧段に供給される蒸気の流量を増加させるように構成しても構わない。 [Another embodiment]
(1) In the above embodiment, in order to increase the shaft output of the steam turbine 2 , the absorber 5 is provided between the condenser 3 and the steam generator 1. 3, the solution of the working fluid supplied from the regenerator 4 to the solution of the working fluid supplied from the regenerator 4 is configured to absorb the vapor of the low-boiling-point medium. The turbine 3 is configured in a multistage system in which a high pressure stage and a low pressure stage are arranged in series in the flow direction of steam, and the steam of the low boiling point medium supplied from the regenerator 4 is converted into the low pressure stage of the steam turbine 3. May be configured to increase the flow rate of the steam supplied to the low pressure stage of the steam turbine 3.

（２）上記実施の形態では、冷却器７において、再生器４から復水器３に供給される作動流体の溶液を、冷却水回路３０を流通する冷却水により冷却するように構成したが、この冷却器７の代わりに、地中に埋設された熱交換器を設け、再生器４から復水器３に供給される作動流体の溶液を直接この熱交換器に通流させて、上記溶液を直接地中熱により冷却するように構成しても構わない。 (2) In the above embodiment, in the cooler 7, the working fluid solution supplied from the regenerator 4 to the condenser 3 is cooled by the cooling water flowing through the cooling water circuit 30. Instead of the cooler 7, a heat exchanger buried in the ground is provided, and the solution of the working fluid supplied from the regenerator 4 to the condenser 3 is directly passed through the heat exchanger, so that the solution May be directly cooled by underground heat.

（３）上記実施の形態では、蒸気発生器１及び再生器４の温熱源を、エンジン２０の排熱としたが、ボイラなどの別の温熱源を利用しても構わない。 (3) Although the heat source of the steam generator 1 and the regenerator 4 is the exhaust heat of the engine 20 in the above embodiment, another heat source such as a boiler may be used.

（４）上記実施の形態では、復水器３及び冷却器７の冷熱源を、地中熱としたが、大気熱などの別の冷熱源を利用しても構わない。 (4) In the above embodiment, the cold heat source of the condenser 3 and the cooler 7 is ground heat, but another cold heat source such as atmospheric heat may be used.

本発明に係る動力システムは、ランキンサイクルやカリーナサイクルを実現する動力サイクル回路において、サイクル効率を最適化し得る動力システムとして有効に利用可能である。 The power system according to the present invention can be effectively used as a power system capable of optimizing cycle efficiency in a power cycle circuit that realizes a Rankine cycle or a carina cycle.

動力システムの概略構成図Schematic configuration diagram of power system

１：蒸気発生器
２：蒸気タービン
３：復水器
４：再生器
５：吸収器
７：冷却器
１０：動力サイクル回路
１６：供給ポンプ
３３：地中熱交換器
５０：ヒートポンプ回路
５１：圧縮機 1: Steam generator 2: Steam turbine 3: Condenser 4: Regenerator 5: Absorber 7: Cooler 10: Power cycle circuit 16: Supply pump 33: Ground heat exchanger 50: Heat pump circuit 51: Compressor

Claims

A working fluid formed by mixing a high boiling point medium and a low boiling point medium heats a solution of the working fluid to generate steam, and a steam turbine driven by the steam supplied from the steam generator A condenser that cools the steam discharged from the steam turbine and condenses it into the solution, and a supply pump that supplies the solution supplied from the condenser to the steam generator, respectively. A power system with a power cycle circuit that circulates
The concentration of the low boiling point medium of the working fluid in the condenser is determined so that the lowest pressure that can occur in the condenser in the power cycle circuit is a pressure near atmospheric pressure ,
The working fluid is a water-ammonia based working fluid obtained by mixing ammonia as the low boiling point medium and water as the high boiling point medium,
The ammonia concentration in the working fluid at the condenser is determined as a function of the cooling water temperature leading to the condenser;
A heat pump circuit including a compressor that drives the steam turbine as a power source;
The power system comprised so that the heat source which leads to the evaporator of the said heat pump circuit may be heated with the heat obtained by cooling the said vapor | steam in the said condenser.

The steam generator heats the solution with high temperature exhaust heat;
The low-boiling medium vapor separated by the regenerator is provided with a regenerator for separating the vapor of the low-boiling medium from the solution by heating the solution circulating between the condenser and the low-temperature exhaust heat. Is absorbed in the solution from the supply pump to the steam generator, or is supplied to the low pressure stage of the steam turbine,
The power system according to claim 1, further comprising a cooler that cools the solution supplied from the regenerator to the condenser.

The power system of Claim 1 or 2 comprised so that geothermal heat may be utilized as a cooling-heat source for cooling.