JPS59102992A - Working fluid for rankine cycle - Google Patents

Working fluid for rankine cycle

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JPS59102992A
JPS59102992A JP57213165A JP21316582A JPS59102992A JP S59102992 A JPS59102992 A JP S59102992A JP 57213165 A JP57213165 A JP 57213165A JP 21316582 A JP21316582 A JP 21316582A JP S59102992 A JPS59102992 A JP S59102992A
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freon
rankine cycle
working fluid
temperature
dichlorotetrafluoroethane
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遠上 尚徳
Masahiro Noguchi
真裕 野口
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Abstract

PURPOSE:A novel working fluid for the Rankine cycle, consisting of dichlorotetrafluoroethane and difluoroethane, having improved energy conversion efficiency, heat exchange characteristics and thermal stability, and usable for the Rankine cycle. CONSTITUTION:A working fluid, consisting of a mixture of (A) preferably 90- 60wt% dichlorotetrafluoroethane with (B) preferably 10-40wt% difluoroethane, and usable for the Rankine cycle. EFFECT:A small amount of halogen is formed at high temperatures, and metallic materials in apparatuses are not easily corroded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はランキンサイクル用の新規な前作流体にINす
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention incorporates a new and previous fluid for Rankine cycles.

熱エネルギーを用いて液状媒体を加熱蒸発させ膨張装置
1斤内で1膨張させることにより1後械エネルギーを得
、ついでこの媒体を凝縮させ、ポンプにより加圧して液
状媒体とするザイクルをくり返すことにより熱エネルギ
ーを機椋1エネルギーに変換するランキンサイクル用動
作流体として従来から使用されてきたほとんど唯一のも
のは水である。動作流体としての水は水蒸気機関に古く
から実用化されてきた。然しながら、水は凝固点が高く
、蒸気比容積が太さいためその使用範囲が限定され、と
くに低温熱源を使用する場合ij:2備が大きくなり効
率も低下する吉いう欠点があり、丈に低温で使用すると
きは氷結するため便用湿灰に限界かある。
By heating and evaporating a liquid medium using thermal energy and expanding it once within one loaf of an expansion device, one mechanical energy is obtained, and then this medium is condensed and pressurized by a pump to form a liquid medium.The cycle is repeated. Water is almost the only working fluid that has traditionally been used as a working fluid for the Rankine cycle, which converts thermal energy into machine energy. Water as a working fluid has been used in steam engines for a long time. However, water has a high freezing point and a large vapor specific volume, which limits the scope of its use.Especially when using a low-temperature heat source, water has the disadvantage of increasing ij:2 and reducing efficiency. Because it freezes when used, there is a limit to how much wet ash can be used for toilet use.

このような水の欠点を改善するものとして、多くの有機
!lvノ作流体が提案されているが、多くのものは可燃
性であったり1.Ilt蝕性であったりして、いまだ7
両足して使用できるものはイ1チられていない。
Many organic products such as those that improve the drawbacks of water! Although lvr fluids have been proposed, many are flammable or 1. Due to Ilt erosivity, it is still 7
The ones that can be used with both feet are not the best.

しかしこれらのもののうち、実用化されているものトシ
てトリクロロフルオロメタン(以下フロン−11という
)があるが、フロン−11からなるランキンサイクル用
動作流体は熱エネルギーから機械エネルギーへの変換効
率が低い雌点がある上、加熱温度が高いときは分解して
フロン−11の熱力学的特性が質化しさきにのべたエネ
ルギーの敦換効平かさらに低下する。また、フロン−1
1が加熱により分解したときはハロゲンが遊離し、この
遊離したハロゲンにより装(11の腐蝕が発生ずる。
However, among these, the one that has been put into practical use is trichlorofluoromethane (hereinafter referred to as Freon-11), but the working fluid for the Rankine cycle, which is made of Freon-11, has a low conversion efficiency from thermal energy to mechanical energy. In addition to having a female point, when the heating temperature is high, it decomposes and the thermodynamic properties of Freon-11 become qualitative, further reducing the energy conversion effect mentioned above. In addition, Freon-1
When 1 is decomposed by heating, halogen is liberated, and this liberated halogen causes corrosion of 11.

フロン−11は以上のような欠点があるためどのような
加熱源にもイψ用できる動作流体ではない。
Because of the above-mentioned drawbacks, Freon-11 is not a working fluid that can be used with any heating source.

このためエネルギーy換効率がよく加熱安定性のよい即
J作流体の出現が期待されている。
Therefore, the emergence of a ready-to-use fluid with high energy conversion efficiency and good heating stability is expected.

本発明者らはそのような要望に応えるべく種々研究を重
ねた結果、従来の〜IJ作流体はすべて単−物質が研究
され用いられて来たが、異った特性をもつ物質を混合し
た混合系が単一物質に比べて優れた特性を示すことを見
出1y 、特にジクロロテトラフルオロエタン(以下フ
ロン−114といつ)とジフルオロエタン(以下フロン
−152という)とから成る混合物がランキンサイクル
用の?IJ作流体としてきわめてすぐれた特性を有して
いることを見出し不発1」1を完成するにいたった。
The inventors of the present invention have conducted various studies in response to such demands, and have found that, although all conventional IJ working fluids have been researched and used as single substances, they have been developed by mixing substances with different characteristics. It was discovered that a mixed system exhibits superior properties compared to a single substance.In particular, a mixture consisting of dichlorotetrafluoroethane (hereinafter referred to as Freon-114) and difluoroethane (hereinafter referred to as Freon-152) was used for the Rankine cycle. of? It was discovered that it had extremely excellent properties as an IJ fluid, and led to the completion of ``Fujitsu 1''1.

本発明のフロン−114とフロン−152との混合系は
ランキンサイクル用前作流体として次の特性をイ」して
いる。
The mixed system of Freon-114 and Freon-152 of the present invention has the following characteristics as a pre-production fluid for Rankine cycle.

第一に、フロン−114とフロン−152との混合系を
用いたランキンサイクルは、熱源エネルギーから得られ
る機械エネルギー、即ちエネルギー入換効率が従来ラン
キンサイクル用前作流体として公知のフロン−11及び
フロン−114(ジクロロテトラフルオロエタン)に比
し十分+t’t+い特性を■している。
First, in the Rankine cycle using a mixed system of Freon-114 and Freon-152, the mechanical energy obtained from the heat source energy, that is, the energy exchange efficiency is -114 (dichlorotetrafluoroethane) has sufficiently better properties.

第二に、ランキンサイクル用動作流体として具備すべき
単要な特性として高い安定性が要求されるが、この点で
従来公知のhu記ラフロン11は高温で分解するため熱
源温度が高い場合は使用できなかったのに対し、本発明
のフロン−114及びフロン−152は常温で分解する
ことはなく、高温域においても高い安定性を保持し、才
たこの混合物についても同様のIr1lい安定性を有し
ている。
Second, high stability is required as a simple characteristic that a working fluid for a Rankine cycle should have.In this respect, the conventionally known HU-K Laflon 11 decomposes at high temperatures, so it cannot be used when the heat source temperature is high. On the other hand, Freon-114 and Freon-152 of the present invention do not decompose at room temperature and maintain high stability even in high temperature ranges, and this excellent mixture also exhibits the same stability as Ir11. have.

さらに、フロン−152は可燃性であるが、本発1月の
!ifjノ作流体は、フロン−114を成分として刊す
ることにより燃焼性が減少しており、70ンー114の
混合比が大きい組成では燃焼性がない。
Furthermore, Freon-152 is flammable, but this January issue! The IFJ production fluid has reduced flammability due to the inclusion of Freon-114 as a component, and has no flammability when the composition has a large mixing ratio of 70-114.

本発明においてフロン−114とフロン−152とは広
範囲の混合比率で混合して使用することができるが燃焼
性を考慮してフロン−152を40爪量%以下の範囲と
する混合比率か好ましい。
In the present invention, Freon-114 and Freon-152 can be mixed in a wide range of mixing ratios, but in consideration of combustibility, it is preferable to use a mixing ratio in which Freon-152 is in a range of 40% or less.

第1図は不発り]のフロン−114とフロン−152と
の混合物(混合比701【鍼%/30小猷%)の圧力−
エンタルピ線図(P −HIFit図)であり、図中に
記入した点A、B、C,D、h:はそれぞれ下記夫施例
で夫施されたランキンサイクルの下記第2図及び第3凶
に説明するランキンサイクルの各状態点に対応する。
Pressure of a mixture of Freon-114 and Freon-152 (mixing ratio 701 [acupuncture %/30 koi %])
It is an enthalpy diagram (P-HIFit diagram), and the points A, B, C, D, and h written in the diagram are the following diagrams 2 and 3 of the Rankine cycle applied in the example below, respectively. This corresponds to each state point of the Rankine cycle described in .

第2図はπζエネルギーを機械工ネルキーに及換するた
めのランキンサイクル系統図であり、第3図はフロン−
114とフロン−152との混合物を動作流体として用
いたランキンサイクルを温度エン)oピ線図上に記入し
て示したものである。
Figure 2 is a Rankine cycle system diagram for converting πζ energy into mechanic Nerky, and Figure 3 is a Freon-
The Rankine cycle using a mixture of Freon-114 and Freon-152 as the working fluid is shown on a temperature en)o diagram.

なお、第2図における記Jij(A−E)は、第3図に
おける記号(A−E)で示した各状態点に対応する。
Note that the notation Jij (A-E) in FIG. 2 corresponds to each state point indicated by the symbol (A-E) in FIG.

蒸気発生装置(4)で加熱された動作流体は蒸発し、高
温6圧の蒸気となる。この状蝕は第3図において(L)
)、■)、(4)の変化で示される。この間で液状動作
流体は加熱され温度が上昇し、d8騰が始まり全量が気
化する。この動作流体蒸気はつぎに膨張装置(1)に入
か、断熱膨張を行ない、温度、圧力が低下し第3図に示
す(2)−03)間の仕事を行なう。;膨張装置(1)
内で仕事を行ない低温低圧になった動作流体は次に凝縮
装@(2)に入り、第3図の([4) −(C)で示す
ように凝縮液化する。この液化した動作流体はポンプ(
3)に入り、昇圧されて再び蒸気発生装fM(4)  
  。
The working fluid heated by the steam generator (4) evaporates and becomes steam at high temperature and 6 pressures. This state of eclipse is shown in Figure 3 (L).
), ■), and (4). During this time, the liquid working fluid is heated and its temperature rises, and d8 begins to rise, and the entire amount is vaporized. This working fluid vapor then enters the expansion device (1) and undergoes adiabatic expansion to lower its temperature and pressure and perform the work shown in (2)-03) in FIG. ; Expansion device (1)
The working fluid that performs work inside and becomes low temperature and low pressure then enters the condenser @(2) and is condensed and liquefied as shown at ([4)-(C)] in Fig. 3. This liquefied working fluid is pumped (
3), the pressure is increased and the steam generator fM(4)
.

に入り、前述の如きザイクルが繰り返される。なお、第
3図中、点(a)は熱源である熱水がランキンサイクル
の蒸気発生装置に入ったときの熱水の状郷を示し、(b
) fdこの熱水が蒸気発生装りを出た時の熱水の状態
を示し、点(a)から点(1))にひいたl線上の矢印
は熱水の流れの方向を示している。また、点(d) 、
(e)は凝&i器内の冷却水の状態を示し、(d)はM
mJ器出口の冷却水の状態を示し、点(d)から点(e
)にひいた直線上の矢印は冷却水の流れの方向を示して
いる。
, and the cycle as described above is repeated. Note that in Figure 3, point (a) indicates the state of hot water when the hot water that is the heat source enters the Rankine cycle steam generator, and point (b)
) fd indicates the state of the hot water when it leaves the steam generator, and the arrow on the l line drawn from point (a) to point (1)) indicates the direction of flow of hot water. . Also, point (d),
(e) shows the state of the cooling water in the condenser, and (d) shows the state of the cooling water in the condenser.
The state of the cooling water at the outlet of the mJ machine is shown, from point (d) to point (e
) indicates the direction of the flow of cooling water.

上記のランキンサイクルに用いられる肺張装置としては
、回転式捷たは往復式の容積梨膨張砲やタービン)膨張
機が使用可能であυ、蒸気発生装置としては水蒸気の発
生に用いられるボイラーと同じ形式のものも使用口f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。そしてボンダとしては
、化学装(αに一般に用いられているイ1後溶剤の加圧
送液ポンプが使用可能である。
As the lung expansion device used in the above-mentioned Rankine cycle, a rotary or reciprocating positive displacement cannon or a turbine expander can be used. Those of the same type can also be used, and as the condensing device, those of the type used in refrigeration equipment can be used. As the bonder, a pressurized liquid pump for the post-I solvent, which is generally used for chemical solutions (α), can be used.

次に、本発明を実施例、比較例及び各種の試メ51例に
よって不発り]を説明する。なお各成分の配合比は重量
%を以て表示する。
Next, the present invention will be explained with reference to Examples, Comparative Examples, and 51 various trial samples. The blending ratio of each component is expressed in weight %.

実施例1〜4及び比較例1 前記の第1〜3図に示したランキンサイクルに従い、本
発明のフロン−114及びフロン−152の各種混合比
率の混合物およびフロン−114をそれぞれ動作流体と
して同一装置によりこのサイクルを運転した。運転条件
としては第3図(aJ点における熱水温度を110℃及
び140°Cの二水準に設定し、(d)点及び(e)点
で示される冷却水の温度をそれぞれ25℃及び32℃と
して、ntJ記熱水の1500t/時の熱エネルギーか
ら得られる機械エネルギーによって発電する際の出力特
性を求め、第1表に示す結果を得た。なお、このサイク
ルの蒸発温りは最高出力が得られる温度とし凝&?温度
は35℃である。
Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 According to the Rankine cycle shown in FIGS. 1 to 3 above, mixtures of Freon-114 and Freon-152 of the present invention at various mixing ratios and Freon-114 were used as working fluids in the same apparatus. This cycle was run by: The operating conditions are shown in Figure 3 (the hot water temperature at point aJ is set at two levels, 110°C and 140°C, and the cooling water temperature shown at points (d) and (e) is set at 25°C and 32°C, respectively. ℃, we calculated the output characteristics when generating electricity using mechanical energy obtained from 1500 t/hour of thermal energy of ntJ hot water, and obtained the results shown in Table 1.The evaporation temperature of this cycle is the maximum output. The condensation temperature is 35°C.

第  1  表 熱水16.1度 110℃ 糸(水d;^J、、It  140℃ 第1人の結果より、フロン−114単独の場合に比して
フロン−114と70ンー152との混合糸による出力
特性の向上が顕著であり、フロン−152の混合比ヰが
10爪鉱%以上の組Mlで特に出力の屑入が纒められる
。またフロン−114とフロン−152との混合系に放
てはタービン出口の蒸気M熱度が小さくサイクル効率が
向上することが認められた。したがって、燃焼性及び出
力%の1旭Hの混合比が好ましい。
Table 1 Hot water 16.1 degrees 110℃ Thread (water d; ^J,, It 140℃ From the results of the first person, the mixture of Freon-114 and 70-152 The improvement in the output characteristics due to the thread is remarkable, and the inclusion of waste in the output is particularly observed in the set Ml where the mixture ratio of Freon-152 is 10% or more.Furthermore, the mixed system of Freon-114 and Freon-152 It has been found that the steam M heat degree at the turbine outlet is small and the cycle efficiency is improved when the steam temperature is increased. Therefore, a mixing ratio of 1 Asahi H in terms of combustibility and power output is preferable.

次にフロン−114及びフロン−11単独及び不発り1
のフロン−114/フロン−152(且1−斌比70/
30 )の動作流体をそれぞれ硝子製シールドチューブ
中に鋏および潤滑油と共に封入し、150℃で100 
++4聞加熱した後、シールドチューブ中のHp)作流
体のハロゲン濃度及び分解生成物の力1をガスクロマト
グラフに二ワ測定した。その結果を第2表に示す。
Next, Freon-114 and Freon-11 alone and unexploded 1
Freon-114/Freon-152 (and 1-total ratio 70/
The working fluid of 30) was sealed in a glass shield tube together with scissors and lubricating oil, and heated at 150°C for 100°C.
After heating for 4 minutes, the halogen concentration of the Hp working fluid in the shield tube and the power of decomposition products were measured using a gas chromatograph. The results are shown in Table 2.

第2表に示すとおり、フロン−11及び70ンー114
それぞれ11(、独のNtlJ作流体に比し本発明のフ
ロン−114とフロン−152との混合糸は6温におけ
るハロゲンイオンの生成が少なく、かつガスクロマトグ
ラフ分析により検出される分解生成物fr:少fxい。
As shown in Table 2, Freon-11 and 70-114
11 (, respectively) Compared to the German NtlJ working fluid, the mixed thread of Freon-114 and Freon-152 of the present invention produces less halogen ions at 6 temperatures, and the decomposition products fr detected by gas chromatography analysis: A little fx.

フロン−114/フロン−152の混合系の場合、旨温
下でのハロゲンの生成量が少ないということは装置の金
属材料を眉゛蝕しにくいことを意味し、また分解生成物
かほとんどないということは使用中に分解生成物の増加
によりランキンサイクル用動作流体としての熱力学的特
性が狭化したり、効率が低下することが防止されること
を意味する。
In the case of the Freon-114/Freon-152 mixed system, the small amount of halogen produced at sub-temperatures means that it is less likely to corrode the metal materials of the equipment, and it is said that there are almost no decomposition products. This means that during use, the increase in decomposition products will prevent narrowing of the thermodynamic properties and decrease in efficiency as a working fluid for Rankine cycle.

以上のように、不完す4のフロン−114とフロン−1
52との混合系はエネルギーf換効率、il結父換特性
及び熱安定性寺多力面において従来のフロン−11、フ
ロン−114等に比して肋っており、すぐれたランキン
サイクル用動作流体として使用することができる。
As mentioned above, incomplete 4 Freon-114 and Freon-1
The mixed system with 52 is superior to conventional Freon-11, Freon-114, etc. in terms of energy conversion efficiency, IL conversion characteristics, and thermal stability, and has excellent Rankine cycle operation. Can be used as a fluid.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は不発りjのランキンサイクル用剣作流体である
7oン−114/フロン−152混合Mの圧カーエンク
ルビ線図、第2図はランキンサイクルI) h 統1’
l 、M’y 3 図はフロン−114/フロン−15
2混合系を卯J作流体として用いたランキンサイクルを
温度−エントロピ線図に記入した図である。 (以 上) 、ご7パ・。 代J′11人 弁理士 三 枝 英 ニー2.:、′ヂ
第2図 A ヱ1′ヅ3図
Figure 1 is a pressure Keren-Kurvy diagram of the 7on-114/Freon-152 mixture M, which is a non-exploding Rankine cycle fluid, and Figure 2 is a Rankine cycle I) h system 1'
l, M'y 3 The figure shows Freon-114/Freon-15
FIG. 2 is a temperature-entropy diagram showing a Rankine cycle using a two-mixing system as a UJ working fluid. (That's all), 7 pa. Representative J'11 Patent Attorney Hide Saegusa 2. :,'ヂFigure 2A ヱ1'ヅ3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 ■ ジクロロテトラフルオロエタン及びジフルオロエタ
ンから成るランキンサイクル用動作流体。 ■ ジクロロテトラフルオロエタンが90〜60亀量%
及びジフルオロエタンがlθ〜40屯量%である特許請
求の範囲第1項記載のランキンサイクル用動作流体。
[Claims] ■ A working fluid for Rankine cycle consisting of dichlorotetrafluoroethane and difluoroethane. ■ Dichlorotetrafluoroethane is 90-60% by weight
The working fluid for Rankine cycle according to claim 1, wherein the amount of difluoroethane is 1θ to 40% by volume.
JP57213165A 1982-12-03 1982-12-03 Working fluid for rankine cycle Granted JPS59102992A (en)

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