JPS58174109A - 低沸点媒体利用の発電プラント - Google Patents

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】 本発明は、発電プラントに係り、特に、温度レベルの低
い熱源から低沸点媒体を利用して効率よく電力変換する
に好適な発電プラントに関する。

従来の低沸点媒体を利用し九発電プラントは、作動流体
を循環させるに必要なポンプ動力が発電端出力に比べて
無視できない位大きく、プラントで発生する正味の出力
が小さくなる欠点があった。

すなわち、第１図に示すように、熱源から熱を一担甲関
熱ループの中間熱媒体２に吸収させ、それを蒸発ｔＩ７
でタービン作動媒体３の蒸気発、生に利用し、凝縮ｔＩ
５で液化するシステムの発電プラントでるることから、
タービン４で変換された機械的エネルギの一部は、循環
ポンプ６の動力に使われ、正味のプラントの利得は小さ
くなるという欠点がめつ九。

本発明の目的とするところは、循環ポンプを備えずに発
電プラントを運転できるようにした効率の高い低沸点媒
体利用の発電プラントを提供することにある。

本発明の特徴とするところは、凝縮器から蒸発器間は、
タービン動作流体は液体状態であり、その密度は高いの
に対し、蒸発器からタービンを通って凝縮器までの動作
流体は気体状態で、その密Ｉｆは低い、そこでこの性質
を利用して凝縮器を上方に、蒸発器への低沸点媒体の注
入点を下方に位置させｎば、液体部に作用する重力と気
体部に作用する重力の大きさく差違が生じ、この差圧に
よって、タービン動作流体が自然循環させるようにした
。すなわち、循環ポンプなしに低沸点媒体別用の発電プ
ラントを運転できるようにしたものてめる。

以下、本発明の一実施例である低沸点媒体利用の発電プ
ラントを第２図により説明する。熱源から熱回収熱交換
器１によって、−担、中間熱媒体２ＫＩＩｌｌｋ（２）
収する。中間熱媒体とタービン作動媒体３を直ＩＩＷｊ
！触熟交換８８の下部から注入し互に接触させる構造と
する。直接接触熱交換器８０上部に気液分離装置１０を
設け、気体状態のタービン作動媒体を配管に導き、ター
ビン４ｔ−回転せしめて電気エネルギに変換する。ター
ビンで膨張し喪タービン作動媒体は凝縮器５で液化され
て液体となり、直接接触熱交換器８の下部に重力による
圧力を与える。この圧力は、凝縮器５の媒体液面と、直
ＩＩｋｌＩｋ触熱交換器８への媒体注入口との―直距離
に依存するので、ランキンサイクルの状態量に合わせて
、こＯ距離を設定する。直接接触熱交換器＄内部では、
中間熱媒体とタービン作動媒体とがｆＩ級接触して液状
のタービン作動媒体が気体状態に相変化し、この際中間
熱媒体と混合されて気液２相滝となって、＊＊＊触熱交
換器内を上方（重力と反対方向）に流れる。直接接触式
熱交換器の上ＩＩＫ設けた気液分離器１０によって、中
間熱媒体と、低沸点媒体の蒸発分とが分離され、いずれ
も、Ｌ１接接接式熱交換器の上部から流出する。蒸発分
、直ち、低沸点媒体の蒸気は、タービンで仕事をした後
、凝縮器で液化されて液状の低沸点媒体となり、重力の
作用により下方ＫｆＩＬれて直！１４１触式熱交換器の
下部よ１１１１１接触式熱交換器内に注入される。他方
、未蒸発分、すなわち、中間熱媒体は、中間熱媒体ルー
プ内を、重力の作用により下方に流れ、熱回収熱交換器
１で加熱された後、さらに下方に流れて、直接接触式熱
交換器の下部より直接接触式熱交換器内に注入される。

タービン作動媒体及び中間熱媒体を重力によって駆動さ
せる力は、次式で概略表わされる。

ΔＰＩ　＝　（ｒｌｒｔｐ）Ｈ＊　　　（タービン作動
媒体Ｋｌｌする式） ΔＰ、　Ｗ　（ｒ、−γ！デ）Ｈｌ　　（中間熱媒体に
関、する式） ここで、ΔＰ８．ΔＰ、は直接接触式熱交換器の下部注
入点における差圧で、ｊｐ、は低沸点媒体側、ΔＰ、は
中間熱媒体側に於ける量であり、ｒｌ＋ｒ、はそれぞれ
低沸点媒体液体の比重量、中間熱媒体の比重量である。

Ｈ８は凝縮器の自由液面と直接接触熱交換器への低沸点
媒体下部注入点間の―直距離で６す、Ｈｌは、ＩｊＥ嬢
接触式熱交換器の上部に設けた気液分離器の自由柩面と
直接接触式熱交換器への中間熱媒体下部注入点間の喬直
距離である。Ｔｒｙは直ＩＩｋ接触式熱交換器内の気液
混合流体の平均比重量である。

今、中間熱媒体に水、低沸点媒体にフロンＲ−１１４を
例にとって、本発明の効果としての流体駆動力を推算し
てみると、直接接触式熱交換器内Ｏボイド率（フロン蒸
気の体積率）を５０％となるように設計し、）ｌ、＝５
０ｍ、Ｈ，＝１４Ｑｍとした場合、フロン系統の注入点
において発生する圧力は、凝縮器自由液面での圧力をＯ
基準とした場合、 ΔＰ、−１．５Ｘ５０−０．５Ｘ４０＝５５ｍＡｑ＝５
．５ＫＩＦ／３”フロンタービン入口での圧力は、ｔｈ
接ｍ触式熱交換器内での圧力ヘッドを引いて３．５　’
１４７ｃｍ”　となる、これは、タービン入口で７０Ｃ
のＲ−１１４飽和蒸気を利用して４０Ｃの凝縮液になる
までり−ビンで膨張させ仕事をさせる２ンキンサイクル
を考えたとき、従来の必要としたポンプ動力をＯにでき
ることと当価であり、脣に、タービンで変換できるエネ
ルギが比較的小さい低温度差熱源利用で効果が大となる
。仁れを、熱力学的Ｍ図上で説明する。第３図は、フロ
ｙＲ−１１４を例にとり、その圧力、工／タルビを座標
軸にとって熱力学的状態量を目盛つ九ものである。図中
、１なる点が凝縮液の状態、２が本発明の重力によって
加圧さ７′Ｌｆｃ点（［微接触式熱交換器の下部の液注
入点）ｔ−示し、３が従来のポンプによって加圧され友
場合の状態点を示す、２と３０二ンタルビ差ΔＩＦがポ
ンプアップに必要な外部からのエネルギ供給量に相当す
る。４は、タービンの入口での状態、５がタービン出口
の状態を示し、４と５のエンタルピ差Δ１もがタービン
で取り出せる出力を示す。従がって、従来のポンプを用
−た２ンキンサイクルで得られる正味の出力は Δ１１−Δｔ。

であり、フロンＲ−１１４について、７０Ｃから４０Ｃ
まで彫脹壜せｂ場合についてその量を概算求めてみると
、　　　ノ！を冨Ｌ５　ｋｃａｔ／３７　。

ノｉ　、　ｗ、　０．５２　ｋｃａｔ／４　　　　（ｆ
ｃだし、タービン出口６０％、ポンプ効率５０％、昇圧
余裕を必要圧力差ｑ）ｚ倍とみ九） すなわち、ポンプ動力を石しひいた正味のエンｐルビＩ
ＩＬは約１　ｋｃａｔ／１ｔ４トｎ　ルＯＫ対し、ポン
プを用いない本＠明によｎば、４１２分がＯになるので
、正味出力を得るためのエンタルピ差はＬ５　ｋｃａｊ
／４、すなわち、約５割の出力増加が見込まれる。

漬らに、−分電荷時には、相対的にｊＩＩが減少しΔム
、が増加するので、この効果は場うに大型くなる。

同様な効果は、中間熱媒体循環の動力について４ｈ樵算
できるが、この場合は、圧力差は循環に伴なう圧慎分だ
けでよい６で、その儀はタービン作ｌ＆１ＩＩＩ＆体の
場合りり小Δくなるので雀略する。

本舛明によれば、循環ポンプの代わりに、重力１に利用
した自然循環に工って、中間熱媒体、タービン作動媒体
を循環できるので、従来のポンプを不用に出来ると共に
、該ポンプに費やした電力を節約でき、結果として、プ
ラントの所内動力を低減で龜るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の低沸点媒体利用の発電プラントの主系統
を示すフロー線、第２ｔｇｌは本発明の一実施例である
低沸点媒体利用発電プラントを示すフロー線図、Ｗ；３
図は第２図の発電プラントにおける圧力−エ／タルビ線
図でるる。 １・・・熱回収熱交換器、２・・・中間熱媒体、３・・
・タービン作動媒体、４・・・タービン、５・・・凝縮
器、８・・・直接接触式熱交換器、６，９・・・循環ポ
ンプ、１〇＝５＝

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高温熱源からＯ熱エネルギを回収する沸点の高φ中
   間熱媒体ループと、この中間熱媒体Ｏ熱エネルギで低沸
   点媒体蒸気を発生させる１１ＩＩ発器と、低沸点媒体蒸
   気を作動媒体として駆動されるタービン並びにタービン
   を経た作動媒体の凝縮器から成るランキンサイクルＯ発
   電プラントにおいて、蒸発器として直接接触式熱交換器
   を用い、ここで中間熱媒体に溶解しにくい低沸点媒体と
   中間熱媒体とを直Ｉｉ！接触葛せる仁とにより、低沸点
   媒体の蒸気を発生せしめ、かつ、該直接接触式熱交換器
   内にてその蒸気発生に伴なう密度変化を利用′して重力
   と反対方向に中間熱媒体と低沸点媒体の気液２相混合体
   を駆動せしめ、更に中間熱媒体及び低沸点媒体の直接接
   触式熱交換器へ（Ｄ＠注注入管直接接触式熱交換器の下
   部に位置せしめ、前記液注入点より上方に凝縮Ｓ廁−１
   １ｗ１、及び直接接触式熱交換器自由ｔｍを配置せしめ
   たことを特徴とする低沸点媒体利用の発電プラント。 ２　蒸発器である直接接触式熱交換器の上部位置に、気
   液２相混合体から低沸点媒体蒸気と中間熱媒体とを分離
   する気液分離器を設置したことｔ＊黴とする特許請求の
   範囲第１項記載の低沸点媒体利用の発電プラント。