JPH05279659A - ランキンサイクル用作動流体 - Google Patents
ランキンサイクル用作動流体Info
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- JPH05279659A JPH05279659A JP4077639A JP7763992A JPH05279659A JP H05279659 A JPH05279659 A JP H05279659A JP 4077639 A JP4077639 A JP 4077639A JP 7763992 A JP7763992 A JP 7763992A JP H05279659 A JPH05279659 A JP H05279659A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】高温熱源に対する安定性に優れたランキンサイ
クル用作動流体を提供することをおもな目的とする。 【構成】式ＣＦ3 ＣＨＦＣＨn Ｆ3-n （但し、ｎは１ま
たは２である）で表わされるフルオロプロパンの少なく
とも１種からなるランキンサイクル用作動流体。
クル用作動流体を提供することをおもな目的とする。 【構成】式ＣＦ3 ＣＨＦＣＨn Ｆ3-n （但し、ｎは１ま
たは２である）で表わされるフルオロプロパンの少なく
とも１種からなるランキンサイクル用作動流体。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ランキンサイクル用の
作動流体に関する。
作動流体に関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】ランキンサイクルにおいては、
熱エネルギーを用いて液状媒体（作動流体）を加熱蒸発
させ、膨脹装置内で膨脹させることにより、機械エネル
ギーを得た後、該媒体を凝縮させ、ポンプにより加圧し
て液状媒体とするサイクルを繰り返して、熱エネルギー
を機械エネルギーに変換している。従来、ランキンサイ
クル用の作動流体としては、フルオロ炭化水素、これら
の共沸組成物ならびにその近辺の組成の組成物が知られ
ており、その一つに２，２−ジクロロ−１，１，１−ト
リフルオロエタン（フロン−１２３）がある。しかしな
がら、フロン１２３は、高温熱源（たとえば、１４０〜
２００℃程度）に対して安定性に欠けているという問題
点がある。
熱エネルギーを用いて液状媒体（作動流体）を加熱蒸発
させ、膨脹装置内で膨脹させることにより、機械エネル
ギーを得た後、該媒体を凝縮させ、ポンプにより加圧し
て液状媒体とするサイクルを繰り返して、熱エネルギー
を機械エネルギーに変換している。従来、ランキンサイ
クル用の作動流体としては、フルオロ炭化水素、これら
の共沸組成物ならびにその近辺の組成の組成物が知られ
ており、その一つに２，２−ジクロロ−１，１，１−ト
リフルオロエタン（フロン−１２３）がある。しかしな
がら、フロン１２３は、高温熱源（たとえば、１４０〜
２００℃程度）に対して安定性に欠けているという問題
点がある。
【０００３】また、特開平２−２７２０８６号公報は、
水素含有ハロゲン化炭化水素からなる広義の作動媒体組
成物を開示しており、極めて多種類の水素含有ハロゲン
化炭化水素が挙げられている。しかしながら、該公報に
おいて、具体的に使用例が示されているのは、冷凍サイ
クルのみであって、ランキンサイクルについては、何も
教えていない。即ち、冷凍サイクルは、熱交換器での冷
媒の蒸発時および凝縮時の熱量を冷房（或いは冷凍）お
よび暖房に利用しているので、冷媒の適性は、蒸発潜熱
の大小および圧縮機入口における蒸気比容積により決定
される。これに対し、ランキンサイクルでは、高温熱源
により高圧蒸気となった媒体が膨脹機を介して低圧蒸気
となる時の断熱落差により決定される。従って、冷凍サ
イクルにおける知見が、そのままランキンサイクルに適
用できるものではないし、逆にランキンサイクルにおけ
る知見が、そのまま冷凍サイクルに適用できるものでも
ない。このことは、例えば、ランキンサイクル用媒体と
して最も一般的なものは、火力発電所などで使用される
水であるが、水は蒸気圧縮式の冷凍サイクル用冷媒とし
ては使用できないことからも、明らかである。従って、
特開平２−２７２０８６号公報の開示からは、ランキン
サイクル用作動流体として何が好適であるかを知ること
はできない。
水素含有ハロゲン化炭化水素からなる広義の作動媒体組
成物を開示しており、極めて多種類の水素含有ハロゲン
化炭化水素が挙げられている。しかしながら、該公報に
おいて、具体的に使用例が示されているのは、冷凍サイ
クルのみであって、ランキンサイクルについては、何も
教えていない。即ち、冷凍サイクルは、熱交換器での冷
媒の蒸発時および凝縮時の熱量を冷房（或いは冷凍）お
よび暖房に利用しているので、冷媒の適性は、蒸発潜熱
の大小および圧縮機入口における蒸気比容積により決定
される。これに対し、ランキンサイクルでは、高温熱源
により高圧蒸気となった媒体が膨脹機を介して低圧蒸気
となる時の断熱落差により決定される。従って、冷凍サ
イクルにおける知見が、そのままランキンサイクルに適
用できるものではないし、逆にランキンサイクルにおけ
る知見が、そのまま冷凍サイクルに適用できるものでも
ない。このことは、例えば、ランキンサイクル用媒体と
して最も一般的なものは、火力発電所などで使用される
水であるが、水は蒸気圧縮式の冷凍サイクル用冷媒とし
ては使用できないことからも、明らかである。従って、
特開平２−２７２０８６号公報の開示からは、ランキン
サイクル用作動流体として何が好適であるかを知ること
はできない。
【０００４】
【本発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
は、高温熱源に対する安定性に優れたランキンサイクル
用作動流体を提供することを主な目的とする。
は、高温熱源に対する安定性に優れたランキンサイクル
用作動流体を提供することを主な目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は、高温熱源に
対する安定性に優れたランキンサイクル用作動流体をを
得るべく種々研究を重ねた結果、特定の２種のフルオロ
プロパンが、高温での安定性に優れ、且つ高温熱源を使
用するランキンサイクルにおいて送電端出力を高めるこ
とができることを見出した。
対する安定性に優れたランキンサイクル用作動流体をを
得るべく種々研究を重ねた結果、特定の２種のフルオロ
プロパンが、高温での安定性に優れ、且つ高温熱源を使
用するランキンサイクルにおいて送電端出力を高めるこ
とができることを見出した。
【０００６】すなわち、本発明は、式ＣＦ3 ＣＨＦＣＨ
n Ｆ3-n （但し、ｎは１または２である）で表わされる
フルオロプロパンの少なくとも１種からなるランキンサ
イクル用作動流体を提供するものである。
n Ｆ3-n （但し、ｎは１または２である）で表わされる
フルオロプロパンの少なくとも１種からなるランキンサ
イクル用作動流体を提供するものである。
【０００７】本発明作動流体は、上記の式において、ｎ
＝１の場合には、１，１，２，３，３，３−ヘキサフル
オロプロパン（ＨＦＣ２３６ｅａ）であり、ｎ＝２の場
合には、１，２，３，３，３−ペンタフルオロプロパン
（ＨＦＣ２４５ｅｂ）である。
＝１の場合には、１，１，２，３，３，３−ヘキサフル
オロプロパン（ＨＦＣ２３６ｅａ）であり、ｎ＝２の場
合には、１，２，３，３，３−ペンタフルオロプロパン
（ＨＦＣ２４５ｅｂ）である。
【０００８】本発明による作動流体は、熱エネルギーを
機械エネルギーに変換し得る任意の形式のランキンサイ
クルにおいて使用可能である。以下、図面を参照しつ
つ、フルオロプロパンを作動流体とするランキンサイク
ルの一例を説明する。
機械エネルギーに変換し得る任意の形式のランキンサイ
クルにおいて使用可能である。以下、図面を参照しつ
つ、フルオロプロパンを作動流体とするランキンサイク
ルの一例を説明する。
【０００９】図１は、熱エネルギーを機械エネルギーに
変換するためのランキンサイクル系統図の一例であり、
熱交換器である蒸気発生装置（４）で、例えば熱水によ
り加熱された作動流体は、蒸発し、高温高圧の蒸気とな
る。この作動流体蒸気は、次いで膨脹装置（１）に入
り、断熱膨脹を行ない、温度および圧力が低下して、仕
事を行なう。膨脹装置（１）内で仕事を行なって低温低
圧となった作動流体は、熱交換器である凝縮装置（２）
に入り、例えば、冷水により冷却され、凝縮液化する。
この液化した作動流体は、ポンプ（３）に入り、昇圧さ
れて再び蒸気発生装置（４）に入り、前述の様なサイク
ルが繰り返される。
変換するためのランキンサイクル系統図の一例であり、
熱交換器である蒸気発生装置（４）で、例えば熱水によ
り加熱された作動流体は、蒸発し、高温高圧の蒸気とな
る。この作動流体蒸気は、次いで膨脹装置（１）に入
り、断熱膨脹を行ない、温度および圧力が低下して、仕
事を行なう。膨脹装置（１）内で仕事を行なって低温低
圧となった作動流体は、熱交換器である凝縮装置（２）
に入り、例えば、冷水により冷却され、凝縮液化する。
この液化した作動流体は、ポンプ（３）に入り、昇圧さ
れて再び蒸気発生装置（４）に入り、前述の様なサイク
ルが繰り返される。
【００１０】上記のランキンサイクル用に使用される膨
脹装置としては、回転式または往復式の容積型膨脹機、
タービン型膨脹機などが使用可能であり、蒸気発生装置
としては、水蒸気の発生に使用されるボイラーと同じ形
式のものが使用可能であり、また凝縮装置としては冷凍
装置に使用されている形式のものが使用可能である。ポ
ンプとしては、化学装置に一般に使用されている有機溶
媒の加圧送給ポンプが使用可能である。
脹装置としては、回転式または往復式の容積型膨脹機、
タービン型膨脹機などが使用可能であり、蒸気発生装置
としては、水蒸気の発生に使用されるボイラーと同じ形
式のものが使用可能であり、また凝縮装置としては冷凍
装置に使用されている形式のものが使用可能である。ポ
ンプとしては、化学装置に一般に使用されている有機溶
媒の加圧送給ポンプが使用可能である。
【００１１】本発明で使用するＨＦＣ２３６ｅａおよび
ＨＦＣ２４５ｅｂは、１００〜２００℃程度の熱源に対
して適度な蒸気圧および臨界点を有しており、単位熱量
当たりの機械エネルギーへの変換率および熱源の回収率
が高く、作動流体として優れた特性を有している。
ＨＦＣ２４５ｅｂは、１００〜２００℃程度の熱源に対
して適度な蒸気圧および臨界点を有しており、単位熱量
当たりの機械エネルギーへの変換率および熱源の回収率
が高く、作動流体として優れた特性を有している。
【００１２】本発明による作動流体は、地熱、廃熱など
の任意の熱源を使用するランキンサイクルにおいて使用
可能であるが、地球温暖化の懸念のない自然エネルギー
の利用に有用である。特に、地熱は、世界中の多くの地
域の地下に１００〜２００℃程度の熱水として蓄えられ
ていることが多いので、本発明の作動流体は、この様な
地下熱源の利用に極めて有利である。
の任意の熱源を使用するランキンサイクルにおいて使用
可能であるが、地球温暖化の懸念のない自然エネルギー
の利用に有用である。特に、地熱は、世界中の多くの地
域の地下に１００〜２００℃程度の熱水として蓄えられ
ていることが多いので、本発明の作動流体は、この様な
地下熱源の利用に極めて有利である。
【００１３】
【発明の効果】本発明は、従来実質的に存在しなかった
１００〜２００℃という高温熱源に対処し得る新たなラ
ンキンサイクル用作動流体を提供するものである。即
ち、本発明によるランキンサイクル用作動流体は、公知
の作動流体であるフロン−１２３に比して、高温での熱
安定性および出力特性に優れている。
１００〜２００℃という高温熱源に対処し得る新たなラ
ンキンサイクル用作動流体を提供するものである。即
ち、本発明によるランキンサイクル用作動流体は、公知
の作動流体であるフロン−１２３に比して、高温での熱
安定性および出力特性に優れている。
【００１４】また、現在大きな国際的な問題となってい
るオゾン層の破壊についても、その危険性はない。
るオゾン層の破壊についても、その危険性はない。
【００１５】
【実施例】以下に実施例、比較例及び試験例を示し、本
発明の特徴とするところをより一層明らかにする。
発明の特徴とするところをより一層明らかにする。
【００１６】実施例１ ＨＦＣ２３６ｅａおよびＨＦＣ２４５ｅｂをそれぞれ使
用して、図１に示すランキンサイクルを熱水温度１００
℃、１２０℃、１４０℃、１６０℃、１８０℃および２
００℃で運転した。その結果をそれぞれ表１乃至表６に
順次示す。なお、運転条件は、以下の通りであった。
用して、図１に示すランキンサイクルを熱水温度１００
℃、１２０℃、１４０℃、１６０℃、１８０℃および２
００℃で運転した。その結果をそれぞれ表１乃至表６に
順次示す。なお、運転条件は、以下の通りであった。
【００１７】１．熱水条件 上記の各温度（１００℃、１２０℃、１４０℃、１６０
℃、１８０℃、２００℃）において、1500トン／hr。
℃、１８０℃、２００℃）において、1500トン／hr。
【００１８】２．冷却水温度 入口温度：１４．５℃ 出口温度：２６．０℃ ３．熱交換器条件 蒸発器ピンチ温度：３℃ 凝縮器ピンチ温度：３℃ 表 １ ＨＦＣ２３６ｅａ ＨＦＣ２４５ｅｂ 発電端出力（KW） ４２４１ ４３１２ 送電端出力（KW） ３０２７ ３２１２ 媒体循環量（ton/hr） １０４２ ８６３ 媒体ポンプ動力（KW） ３２０ ２０６ 冷却水ポンプ動力（KW） ５０８ ５０６ 断熱落差（kcal/kg ） ３．６１ ４．４５ 表 ２ ＨＦＣ２３６ｅａ ＨＦＣ２４５ｅｂ 発電端出力（KW） ８３５９ ８１８１ 送電端出力（KW） ６３４８ ６４０２ 媒体循環量（ton/hr） １５６４ １３３８ 媒体ポンプ動力（KW） ６４３ ３７３ 冷却水ポンプ動力（KW） ７６０ ７８４ 断熱落差（kcal/kg ） ４．７３ ５．４２ 表 ３ ＨＦＣ２３６ｅａ ＨＦＣ２４５ｅｂ 発電端出力（KW） １４１９０ １３３３０ 送電端出力（KW） １１０２７ １０７２８ 媒体循環量（ton/hr） ２１９９ １８５８ 媒体ポンプ動力（KW） １２１１ ６１２ 冷却水ポンプ動力（KW） １０６６ １０９４ 断熱落差（kcal/kg ） ５．７０ ６．３４ 表 ４ ＨＦＣ２３６ｅａ ＨＦＣ２４５ｅｂ 発電端出力（KW） ２１９７９ １９７７５ 送電端出力（KW） １６９７１ １６２７３ 媒体循環量（ton/hr） ２９７７ ２２８９ 媒体ポンプ動力（KW） ２３９５ ９７６ 冷却水ポンプ動力（KW） １４１０ １３７２ 断熱落差（kcal/kg ） ６．５１ ７．６２ 表 ５ ＨＦＣ２３６ｅａ ＨＦＣ２４５ｅｂ 発電端出力（KW） ２７０４１ ２８４３１ 送電端出力（KW） ２０９０４ ２３６６１ 媒体循環量（ton/hr） ３６６０ ２７４４ 媒体ポンプ動力（KW） ２９２８ １６４５ 冷却水ポンプ動力（KW） １７３２ １６７６ 断熱落差（kcal/kg ） ６．５２ ９．１４ 表 ６ ＨＦＣ２３６ｅａ ＨＦＣ２４５ｅｂ 発電端出力（KW） ３２１９６ ３９１７２ 送電端出力（KW） ２４９９１ ３２１２１ 媒体循環量（ton/hr） ４３５５ ３３５０ 媒体ポンプ動力（KW） ３４６８ ３２８３ 冷却水ポンプ動力（KW） ２０５８ １９９２ 断熱落差（kcal/kg ） ６．５２ １０．３１ また、図２は、熱水温度と送電端出力との関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
【００１９】表１乃至表６および図２に示す結果から、
１６０℃以下では、ＨＦＣ２３６ｅａが、またそれ以上
の高温では、ＨＦＣ２４５ｅｂが優れた特性を有してい
ることが明らかである。
１６０℃以下では、ＨＦＣ２３６ｅａが、またそれ以上
の高温では、ＨＦＣ２４５ｅｂが優れた特性を有してい
ることが明らかである。
【００２０】比較例１ 本発明化合物の１つである２４５ｅｂの異性体としてＣ
Ｆ3 ＣＦ2 ＣＨ3（ＨＦＣ２４５ｃｂ）を選び、作動流
体として使用する以外は実施例１と同様にしてランキン
サイクルを運転した。各温度における結果を表７および
表８に示す。
Ｆ3 ＣＦ2 ＣＨ3（ＨＦＣ２４５ｃｂ）を選び、作動流
体として使用する以外は実施例１と同様にしてランキン
サイクルを運転した。各温度における結果を表７および
表８に示す。
【００２１】 表 ７ １００℃ １２０℃ １４０℃ 発電端出力（KW） ４４４７ ９４８６ １３３７１ 送電端出力（KW） ２９４２ ６４６４ ９１５３ 媒体循環量（ton/hr） １１９２ １９９９ ２８１０ 媒体ポンプ動力（KW） ６１２ １５５８ ２１６９ 冷却水ポンプ動力（KW） ５０５ ８１０ １１２９ 断熱落差（kcal/kg ） ３．３２ ４．２１ ４．２１ 表 ８ １６０℃ １８０℃ ２００℃ 発電端出力（KW） １７２９９ ２１２９０ ２５３５３ 送電端出力（KW） １１８７２ １４６３３ １７４３４ 媒体循環量（ton/hr） ３６２９ ４４６１ ５３０８ 媒体ポンプ動力（KW） ２７８３ ３４０６ ４０５３ 冷却水ポンプ動力（KW） １４５６ １７８８ ２１２６ 断熱落差（kcal/kg ） ４．２１ ４．２１ ４．２１ また、図２にＨＦＣ２４５ｃｂを使用する場合の熱水温
度と送電端出力との関係を併せて示す。
度と送電端出力との関係を併せて示す。
【００２２】表７および８ならびに図２に示す結果から
明らかな様に、ＨＦＣ２４５ｃｂを使用する場合には、
ＨＦＣ２３６ｅａまたはＨＦＣ２４５ｅｂを使用する場
合に比して、送電端出力が低い。
明らかな様に、ＨＦＣ２４５ｃｂを使用する場合には、
ＨＦＣ２３６ｅａまたはＨＦＣ２４５ｅｂを使用する場
合に比して、送電端出力が低い。
【００２３】ところで特開平２−２７２０８６号公報の
実施例には、ＨＦＣ２４５ｅｂおよびその異性体である
ＨＦＣ２４５ｃｂの冷凍サイクルの結果が記載され、例
えばＨＦＣ２４５ｃｂはＨＦＣ２４５ｅｂの６倍強の冷
凍能力を有する旨記載されている。
実施例には、ＨＦＣ２４５ｅｂおよびその異性体である
ＨＦＣ２４５ｃｂの冷凍サイクルの結果が記載され、例
えばＨＦＣ２４５ｃｂはＨＦＣ２４５ｅｂの６倍強の冷
凍能力を有する旨記載されている。
【００２４】これに対し、上記実施例１および比較例１
によれば、ランキンサイクル用作動流体としての送電端
出力特性は、少なくとも前記冷凍能力の傾向とは関係な
く、むしろ逆の傾向にあり、予想外の結果であるといえ
る。
によれば、ランキンサイクル用作動流体としての送電端
出力特性は、少なくとも前記冷凍能力の傾向とは関係な
く、むしろ逆の傾向にあり、予想外の結果であるといえ
る。
【００２５】試験例１ ＨＦＣ２３６ｅａ２ｇまたはＨＦＣ２４５ｅｂ２ｇにタ
ービン油２ｇを加えた２種の混合物に鋼片（２mm×５mm
×５０mm）を浸漬し、加熱下にシールドチューブ法によ
り、両フロンの熱安定性を調べた。
ービン油２ｇを加えた２種の混合物に鋼片（２mm×５mm
×５０mm）を浸漬し、加熱下にシールドチューブ法によ
り、両フロンの熱安定性を調べた。
【００２６】加熱後のハロゲン濃度および分解生成物の
濃度で示される結果は、下記表９にに示す通りである。
加熱条件は、１３０℃×１ケ月（試験Ａ）および１５０
℃×１ケ月（試験Ｂ）とした。
濃度で示される結果は、下記表９にに示す通りである。
加熱条件は、１３０℃×１ケ月（試験Ａ）および１５０
℃×１ケ月（試験Ｂ）とした。
【００２７】 表 ９ ハロゲン濃度（ppm ） 分解生成物（％） 試験Ａ： ＨＦＣ２３６ｅａ １以下 ０．０１以下 ＨＦＣ２４５ｅｂ １以下 ０．０１以下 試験Ｂ： ＨＦＣ２３６ｅａ １以下 ０．０１以下 ＨＦＣ２４５ｅｂ １以下 ０．０１以下 本発明による作動流体は、高温における熱安定性に優れ
ていることが明らかである。
ていることが明らかである。
【図１】ランキンサイクルの一例を示す概念図である。
【図２】高温熱源を使用するランキンサイクルにおける
本発明作動流体の優れた特性を示すグラフである。
本発明作動流体の優れた特性を示すグラフである。
１…膨脹装置 ２…凝縮装置 ３…ポンプ ４…蒸気発生装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 克樹 大阪府摂津市西一津屋１番１号 ダイキン 工業株式会社淀川製作所内 (72)発明者 百田 博史 大阪府摂津市西一津屋１番１号 ダイキン 工業株式会社淀川製作所内
Claims (1)
- 【請求項１】式ＣＦ3 ＣＨＦＣＨn Ｆ3-n （但し、ｎは
１または２である）で表わされるフルオロプロパンの少
なくとも１種からなるランキンサイクル用作動流体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4077639A JPH05279659A (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | ランキンサイクル用作動流体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4077639A JPH05279659A (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | ランキンサイクル用作動流体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05279659A true JPH05279659A (ja) | 1993-10-26 |
Family
ID=13639468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4077639A Pending JPH05279659A (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | ランキンサイクル用作動流体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05279659A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994020587A1 (en) * | 1993-03-02 | 1994-09-15 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Compositions including a hexafluoropropane |
| US5538659A (en) * | 1993-03-29 | 1996-07-23 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Refrigerant compositions including hexafluoropropane and a hydrofluorocarbon |
| US5681501A (en) * | 1995-10-11 | 1997-10-28 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Compositions including a hydrofluoropropane |
| WO1998006791A1 (en) * | 1996-08-14 | 1998-02-19 | Alliedsignal Inc. | Pentafluoropropanes and hexafluoropropanes as working fluids for power generation |
| US6063305A (en) * | 1991-12-03 | 2000-05-16 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The Environmental Protection Agency | Refrigerant compositions containing a hydrofluoropropane and a hydrofluorocarbon |
| KR101351401B1 (ko) * | 2005-03-01 | 2014-01-14 | 오매트 테크놀로지스 인코포레이티드 | 유기 작동 유체 |
-
1992
- 1992-03-31 JP JP4077639A patent/JPH05279659A/ja active Pending
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