JPH04298609A - 低沸点媒体システム - Google Patents

低沸点媒体システム

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JPH04298609A
JPH04298609A JP8992491A JP8992491A JPH04298609A JP H04298609 A JPH04298609 A JP H04298609A JP 8992491 A JP8992491 A JP 8992491A JP 8992491 A JP8992491 A JP 8992491A JP H04298609 A JPH04298609 A JP H04298609A
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JP
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liquid
outlet
gas
low
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JP8992491A
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Hiroyuki Sumitomo
住友 博之
Akira Horiguchi
章 堀口
Tatsuo Yamazaki
山崎 起男
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Hisaka Works Ltd
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Hisaka Works Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General 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
    • F25B2400/14Power generation using energy from the expansion of the refrigerant
    • F25B2400/141Power 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)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】凝縮器出口の作動流体
の気相では低沸成分の濃度が系内で最も高く、凝縮伝熱
面付近にも低沸成分のガスが滞留する。このため、図7
に示すように、低沸成分は凝縮器に対し物質移動および
熱移動を妨げる不凝縮ガスと同じような存在となり、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、
凝縮器における未凝縮の低沸成分ガスの濃度を下げ、不
凝縮ガスを排除することと同じ効果を上げることにある
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は、二成分系の
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、蒸発器出口の蒸発残液を一度フラッシュさせ
、ガスを凝縮器入口側に、さらに薄くなった液を凝縮器
出口側に、それぞれ送り込むことにより課題を解決した
【0008】
【作用】蒸発器出口の蒸発残液は系内で最も低沸成分濃
度が低いので、これを凝縮器出口側に送り込むことによ
って、この蒸発残液が未凝縮の低沸成分ガスを吸収する
。その結果、気相の低沸成分濃度が下がるので物質移動
および熱移動が容易になり凝縮器伝熱性能が向上する。
【0009】また、蒸発器出口希液を一度フラッシュさ
せ、フラッシュ蒸気を凝縮器入口に導いて平均ガス濃度
を下げ、一方、フラッシュによりさらに薄くなった液を
凝縮器出口に導いて低沸成分を吸収させることにより、
液濃度が一段と薄くなって吸収がより促進される。
【0010】
【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、そのダウンカマー16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を設置し、ミストセパレータ1
4の下部出口とアフタークーラー18とを液戻り配管2
0で接続する。なお、液戻り配管20は凝縮器6の出口
側に蒸発残液を送り込むためのものであるから、図示し
た実施例のようにアフタークーラー18に接続するほか
、凝縮器6の出口に設置されるドレンポット(図示せず
)等に接続するようにしてもよい。液戻り配管20の途
中にはフラッシュタンク22を設け、その気相を凝縮器
6の入口側に接続する。
【0011】蒸発器2を出た作動流体はミストセパレー
タ14で蒸気と蒸発残液に分離される。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
から分離された蒸発残液は、ダウンカマー16から液戻
り配管20を通ってアフタークーラー18に送り込まれ
る。その際フラッシュタンク22でフラッシュし、フラ
ッシュ蒸気は、タービン4から排出された蒸気と合流し
て凝縮器6の入口側に導かれ、さらに薄くなった液はア
フタークーラー18に導かれる。
【0012】この場合の蒸発器2、凝縮器6の低沸成分
濃度は図2のようになる。図中の○付き数字は図1中の
ものと対応しており、それぞれ次の事項を示している。 ■凝縮器出口液、■蒸発器入口液、■蒸発器出口液、■
蒸発器出口ガス、■凝縮器入口(または全体平均)ガス
、■凝縮器出口ガス。図2から理解されるとおり、蒸発
器出口液■は系内で最も低い低沸成分濃度を示す。一方
、凝縮器6の出口では■で示される状態の低沸成分ガス
の濃度が非常に高い。したがって、アフタークーラー1
8内に送り込まれた蒸発残液に低沸成分ガスが吸収され
る。なお、凝縮器内には■〜■の種々状態のガスが存在
するが、低沸成分濃度の最も高い■の状態のガスが選択
的に吸収されることとなる。このように、低沸点成分濃
度が系内で最も低い蒸発器出口の蒸発残液を凝縮器出口
側に送り込むことによって、この蒸発残液に低沸成分ガ
スが吸収され、その結果、低沸成分ガス濃度が下がり、
凝縮器伝熱性能が向上する。
【0013】また、蒸発器出口希液を一度フラッシュさ
せ、フラッシュ蒸気を凝縮器入口に導いて平均ガス濃度
を下げ、一方、フラッシュによりさらに薄くなった液を
凝縮器出口に導いて低沸成分を吸収させることにより、
液濃度が一段と薄くなって吸収がより促進される。
【0014】
【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、凝縮器出口側に蒸発器出口の蒸発残液を一度
フラッシュさせ、ガスを凝縮器入口側に、さらに薄くな
った液を凝縮器出口側に、それぞれ送り込むようにした
ものであるから、系内で最も低い低沸成分濃度を示す蒸
発器出口液が凝縮器出口に送り込まれることにより低沸
成分ガスを吸収して低沸成分ガス濃度を下げ、凝縮器伝
熱性能を向上させることができるものである。
【0015】また、蒸発器出口希液を一度フラッシュさ
せ、フラッシュ蒸気を凝縮器入口に導いて平均ガス濃度
を下げ、一方、フラッシュによりさらに薄くなった液を
凝縮器出口に導いて低沸成分を吸収させることにより、
液濃度が一段と薄くなって吸収がより促進される。
【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ー発電システ
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。
【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。
【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。
【図7】凝縮伝熱面の断面図である。
【符号の説明】
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 16  ダウンカマー 18  アフタークーラー 20  液戻り配管 22  フラッシュタンク

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  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、蒸発器出口の蒸
    発残液を一度フラッシュさせ、ガスを凝縮器入口側に、
    さらに薄くなった液を凝縮器出口側に、それぞれ送り込
    むことを特徴とする低沸点媒体システム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0791212A (ja) * 1993-09-28 1995-04-04 Hisaka Works Ltd 凝縮液利用吸収器付き熱サイクル
US9726049B2 (en) 2013-03-25 2017-08-08 Kobe Steel, Ltd. Waste heat recovery apparatus

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS602487A (ja) * 1983-06-14 1985-01-08 日立造船株式会社 ロ−タリ−式リンサ−

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