JPS61108815A - 温水利用タ−ビンプラント - Google Patents
温水利用タ−ビンプラントInfo
- Publication number
- JPS61108815A JPS61108815A JP23107884A JP23107884A JPS61108815A JP S61108815 A JPS61108815 A JP S61108815A JP 23107884 A JP23107884 A JP 23107884A JP 23107884 A JP23107884 A JP 23107884A JP S61108815 A JPS61108815 A JP S61108815A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- medium
- heat
- turbine
- hot water
- working medium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
- F01K25/06—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using mixtures of different fluids
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、例えば地熱水、温海水などを高熱源とし、非
共沸混合物（混合媒体）を作動媒体としてタービンサイ
クルを構成するタービンプラントに係り・、特にその蒸
発装置および凝縮装置の改良に関する。
共沸混合物（混合媒体）を作動媒体としてタービンサイ
クルを構成するタービンプラントに係り・、特にその蒸
発装置および凝縮装置の改良に関する。
〔発明の技術的背景およびその問題点〕一般に、単一成
分媒体を作動媒体とする地熱発電プラント等にＪ５いて
は、蒸発器としては満液型シェルアンドチューブ方式の
熱交換器が使用され、凝縮器としては管内凝縮型シェル
アンドチューブ方式或いは体積力対流型シェルアンドチ
ューブ方式の熱交換器が使用されている。ところが、こ
のような熱交換器は単一成分の作動媒体に対しては熱伝
達性能の面からみて有効であるが、サイクルの効率向上
のために注目されている混合媒体をそのままこの種プラ
ントに適用した場合には、混合媒体に°よる利点は引き
出せず、混合媒体の不利な面ばかり現われる等の問題が
ある。
分媒体を作動媒体とする地熱発電プラント等にＪ５いて
は、蒸発器としては満液型シェルアンドチューブ方式の
熱交換器が使用され、凝縮器としては管内凝縮型シェル
アンドチューブ方式或いは体積力対流型シェルアンドチ
ューブ方式の熱交換器が使用されている。ところが、こ
のような熱交換器は単一成分の作動媒体に対しては熱伝
達性能の面からみて有効であるが、サイクルの効率向上
のために注目されている混合媒体をそのままこの種プラ
ントに適用した場合には、混合媒体に°よる利点は引き
出せず、混合媒体の不利な面ばかり現われる等の問題が
ある。
寸なわら、第２図の作動媒体のランキンサイクル線図に
示すように、混合媒体を作動媒体として使用した場合に
は、その蒸発過程においてはＣ−Ｄと温度上昇し、また
凝縮過程においてはＥ−Ａと温度低下が生じ、サイクル
の効率が向上する。
示すように、混合媒体を作動媒体として使用した場合に
は、その蒸発過程においてはＣ−Ｄと温度上昇し、また
凝縮過程においてはＥ−Ａと温度低下が生じ、サイクル
の効率が向上する。
また、混合媒体の場合は、第３図に示すように、一定圧
力、一定温度のもとで気相および液相が平衡して共存す
る状態における組成が気相および液相で異なっている。
力、一定温度のもとで気相および液相が平衡して共存す
る状態における組成が気相および液相で異なっている。
このため、液相単相で第２図の０点まで加熱され、飽和
温度に達した後、初め・に発生する蒸気の組成はＣ１と
なる。しかし、例えば密閏された容器内でさらに準静的
に一定圧力で加熱を続けてゆけば、各相の組成および温
度は、第３図中の矢印に変化していく。そして、遂には
組成りつまり初めの液の組成の乾き飽和蒸気となる。ま
た、凝縮過程では第３図の下のような温度および組成の
変化となる。したがって、このような混合媒体の温度変
化が熱交換器内で実現されれば、第２図に示すように熱
源からの吸熱効率が増大し、かつタービンにおける断熱
熱落差も増大する。
温度に達した後、初め・に発生する蒸気の組成はＣ１と
なる。しかし、例えば密閏された容器内でさらに準静的
に一定圧力で加熱を続けてゆけば、各相の組成および温
度は、第３図中の矢印に変化していく。そして、遂には
組成りつまり初めの液の組成の乾き飽和蒸気となる。ま
た、凝縮過程では第３図の下のような温度および組成の
変化となる。したがって、このような混合媒体の温度変
化が熱交換器内で実現されれば、第２図に示すように熱
源からの吸熱効率が増大し、かつタービンにおける断熱
熱落差も増大する。
一方、混合媒体を使用した場合には、気相と液相の平衡
組成の違いによって生ずる成分相互の蒸発・凝縮速度差
に起因する拡散抵抗で熱伝達性能が低下する等の不利な
点もある。
組成の違いによって生ずる成分相互の蒸発・凝縮速度差
に起因する拡散抵抗で熱伝達性能が低下する等の不利な
点もある。
しかして、従来の満液型蒸発器および体積力対流型凝縮
器では、各熱交換器内の媒体の本体（バルク）における
組成（成分割合）が到るところ同一であり、組成変化に
伴って現われる飽和温度変化が得られないため、蒸発過
程および凝縮過程では単一成分の場合と同様に第２図で
Ｃ−１）’、Ｅ−Ａ”としか変化しない。また、流動状
態の面からみて従来の満液型蒸発器、体積力対流型凝縮
器では、媒体の流れが非常にゆるやかであることから伝
熱面のごく近滴では、蒸発・凝縮速度の異なる各成分は
、分子拡散によって他の成分中を移動していく。したが
って、伝熱面近くにおいては組成がバルクのそれ°と異
なり、飽和温度も異なって、 ′熱伝達に必要な有
効温度差が小さくなって熱伝達性能が低下してしまう等
の問題がある。
器では、各熱交換器内の媒体の本体（バルク）における
組成（成分割合）が到るところ同一であり、組成変化に
伴って現われる飽和温度変化が得られないため、蒸発過
程および凝縮過程では単一成分の場合と同様に第２図で
Ｃ−１）’、Ｅ−Ａ”としか変化しない。また、流動状
態の面からみて従来の満液型蒸発器、体積力対流型凝縮
器では、媒体の流れが非常にゆるやかであることから伝
熱面のごく近滴では、蒸発・凝縮速度の異なる各成分は
、分子拡散によって他の成分中を移動していく。したが
って、伝熱面近くにおいては組成がバルクのそれ°と異
なり、飽和温度も異なって、 ′熱伝達に必要な有
効温度差が小さくなって熱伝達性能が低下してしまう等
の問題がある。
このように、従来の満液型蒸発器、体積力対流型凝縮器
を混合媒体サイクルに適用しても格別利点が出す、不利
な点さえ現われる。そこで、上記混合媒体の利点を引き
出すために、作動媒体と熱源とを互いに逆方向に強制的
に流動させる強制対流向流型熱交換器の使用も提案され
ている。
を混合媒体サイクルに適用しても格別利点が出す、不利
な点さえ現われる。そこで、上記混合媒体の利点を引き
出すために、作動媒体と熱源とを互いに逆方向に強制的
に流動させる強制対流向流型熱交換器の使用も提案され
ている。
ところが、このような熱交換器を使用した場合、蒸発・
凝縮の相変化に伴って蒸気の含有割合が高くなると、体
積流量が大きくなり流速が速くなりがちで圧力損失が大
きくなる等の不都合がある。
凝縮の相変化に伴って蒸気の含有割合が高くなると、体
積流量が大きくなり流速が速くなりがちで圧力損失が大
きくなる等の不都合がある。
すなわち、圧力損失による圧力低下によって、第２図の
Ｄ−Ｅ間の温度差、つまりタービンにおける断熱熱落差
がＤ ＩＩ Ｅ ＬＪのように低下し、効率の低下に
つながる等の問題がある。
Ｄ−Ｅ間の温度差、つまりタービンにおける断熱熱落差
がＤ ＩＩ Ｅ ＬＪのように低下し、効率の低下に
つながる等の問題がある。
本発明はこのような点に鑑み、混合媒体の利点を有効に
引き出し、熱伝達性能の低下を最小におさえ、かつ圧力
損失も十分小さくなるようにした温水タービンプラント
を得ることを目的とする。
引き出し、熱伝達性能の低下を最小におさえ、かつ圧力
損失も十分小さくなるようにした温水タービンプラント
を得ることを目的とする。
本発明は、熱水、温海水等を高熱源とし、２成分以、Ｆ
の非共沸混合媒体を作動媒体としてタービンサイクルを
構成する温水利用タービンサイクルにおいて、蒸発装置
および凝縮装置をそれぞれ直列に接続された複数の強制
対流向流型シェルアンドチューブ方式熱交換器によって
構成するとともに、蒸発装置自体および凝縮装置自体に
おいても熱源流体と作動媒体の流れが向流となるように
し、かつ、上記両装置における熱交換器を、その伝熱管
に対するシェル内横断面積の割合が作動媒体の流れ方向
からみてタービンに近いものほど順次大きくなるように
したことを特徴とするものであって、例えば蒸発装置に
おいて蒸発が行なわれて蒸気の割合が多くなって体積流
量が増加するのに応 。
の非共沸混合媒体を作動媒体としてタービンサイクルを
構成する温水利用タービンサイクルにおいて、蒸発装置
および凝縮装置をそれぞれ直列に接続された複数の強制
対流向流型シェルアンドチューブ方式熱交換器によって
構成するとともに、蒸発装置自体および凝縮装置自体に
おいても熱源流体と作動媒体の流れが向流となるように
し、かつ、上記両装置における熱交換器を、その伝熱管
に対するシェル内横断面積の割合が作動媒体の流れ方向
からみてタービンに近いものほど順次大きくなるように
したことを特徴とするものであって、例えば蒸発装置に
おいて蒸発が行なわれて蒸気の割合が多くなって体積流
量が増加するのに応 。
じ、順次加熱流体が流れる伝熱管に対するシェル内横断
面積が大きくなり、作動媒体の速度が必要以上になるこ
とがなく、圧力損失の増大が防止される。
面積が大きくなり、作動媒体の速度が必要以上になるこ
とがなく、圧力損失の増大が防止される。
（発明の実施例〕
以下、第１図を参照して本発明の一実施例について説明
する。
する。
第１図において、符号１は媒体ポンプであって、その媒
体ポンプ１によりホットウェルダンク２から汲み上げら
れた、２成分以−ヒの非共沸混合媒体からなる作動媒体
は、予熱器３ａ、３ｂを順次流通せしめられて予熱され
、蒸発装置４に送給され、そこで蒸発せしめられる。
体ポンプ１によりホットウェルダンク２から汲み上げら
れた、２成分以−ヒの非共沸混合媒体からなる作動媒体
は、予熱器３ａ、３ｂを順次流通せしめられて予熱され
、蒸発装置４に送給され、そこで蒸発せしめられる。
上記蒸発装置４で蒸発せしめられた作動媒体は加減弁５
を経てタービン６に導入され、そこで仕事を行ない発電
機７を駆動し、仕事を終えた作動媒体は凝縮装置８で凝
縮せしめられた後ホットウェルタンク２に還流される。
を経てタービン６に導入され、そこで仕事を行ない発電
機７を駆動し、仕事を終えた作動媒体は凝縮装置８で凝
縮せしめられた後ホットウェルタンク２に還流される。
上記蒸発装置４は、それぞれ鉛直または水平に配置され
るとともにηいに直列に接続された複数の強制対流向流
型シェルアンドデユープ方式の熱交換器４ａ、４ｂ、４
ｃによって構成されており、作シＪ媒体は上記各熱交換
器４ａ、４ｂ、４ｃを順次流通した後タービン６に送給
される。一方、加熱流体である熱水は上記タービン６に
最も近い熱交換器４Ｃに供給され、順次熱交換器４ｂ、
４ａの順に伝熱管内を流通し、蒸発装置自体も熱源流体
と作＃媒体の流れが向流となるようにしである。
るとともにηいに直列に接続された複数の強制対流向流
型シェルアンドデユープ方式の熱交換器４ａ、４ｂ、４
ｃによって構成されており、作シＪ媒体は上記各熱交換
器４ａ、４ｂ、４ｃを順次流通した後タービン６に送給
される。一方、加熱流体である熱水は上記タービン６に
最も近い熱交換器４Ｃに供給され、順次熱交換器４ｂ、
４ａの順に伝熱管内を流通し、蒸発装置自体も熱源流体
と作＃媒体の流れが向流となるようにしである。
また、各熱交換器４ａ、４ｂ、４ｃでは、各々の伝熱管
本数はほぼ同じであるが、伝熱管配列ピッチがタービン
側に設りられている熱交換器程大きくなり、それに伴っ
てシｒル径が大きく形成されている。すなわち各熱交４
ＩＡ器４ａ、４ｂ、４Ｃは、その伝熱管に対するシェル
内横断面の割合が、作ｅ＊体の流れ方向からみてタービ
ンに近いものほど順次大きくなるようにしである。
本数はほぼ同じであるが、伝熱管配列ピッチがタービン
側に設りられている熱交換器程大きくなり、それに伴っ
てシｒル径が大きく形成されている。すなわち各熱交４
ＩＡ器４ａ、４ｂ、４Ｃは、その伝熱管に対するシェル
内横断面の割合が、作ｅ＊体の流れ方向からみてタービ
ンに近いものほど順次大きくなるようにしである。
一方、凝縮装置８も同様に互いに直列に接続された複数
の強制対流向流型シェルアンドチューブ方式の熱交換器
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄによって構成されており、ター
ビン６から排出された作動媒体は熱交換器８ａ、８ｂ、
８ｃ、８ｄへと流れ、逆に熱交換器８ｄから上記作動媒
体の流れと逆方向に流通される冷却水と順次熱交換され
るようにしである。また、各熱交換器３ａ、３ｂ、 ８
ｃ。
の強制対流向流型シェルアンドチューブ方式の熱交換器
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄによって構成されており、ター
ビン６から排出された作動媒体は熱交換器８ａ、８ｂ、
８ｃ、８ｄへと流れ、逆に熱交換器８ｄから上記作動媒
体の流れと逆方向に流通される冷却水と順次熱交換され
るようにしである。また、各熱交換器３ａ、３ｂ、 ８
ｃ。
８ｄは各々伝熱管本数はほぼ同じであるが、伝熱管配列
ピッチがタービンから遠ざかるものにしたがって順次小
さくなり、それに伴ってシェル径も小さくなるようにし
である。
ピッチがタービンから遠ざかるものにしたがって順次小
さくなり、それに伴ってシェル径も小さくなるようにし
である。
しかして、蒸発装置において、作動媒体は熱交換器４ａ
から順次熱交換Ｂ４ｃへと流れるに従って熱水と熱交換
して蒸発し、蒸気の含有割合が増大し、しかも媒体の気
相・液相ともに同方向に流れるので、流れ方向に気相・
液相の組成の変化が起り、それに伴って第２図のＣ−Ｄ
に示すような渦電上昇が実現される。また、作動媒体が
一つの熱交換器内で蒸発するにつれて蒸気の含有割合が
多くなると１体ｆａ流Ｒ″ｉが増し、速度が大きくなり
、それに応じて熱伝達性能が向上し、混合媒体に起因す
る熱伝達性能の低下が防止される。しかも、一般に速度
が高くなると圧力損失が増大するが、本発明においては
、上述のように蒸発装置が複数の熱交換器に分割されて
おり、ざらに各熱交換器の伝熱管に対するシェル内横断
面積が順次タービン寄りの熱交換鼎程大きくなるように
しであるので、そのシェル径の選定によって、各熱交換
器で人口から出口までにおける年初媒体の速度が適正な
値に維持され、圧力損失が極麿に大きくなることが防止
される。
から順次熱交換Ｂ４ｃへと流れるに従って熱水と熱交換
して蒸発し、蒸気の含有割合が増大し、しかも媒体の気
相・液相ともに同方向に流れるので、流れ方向に気相・
液相の組成の変化が起り、それに伴って第２図のＣ−Ｄ
に示すような渦電上昇が実現される。また、作動媒体が
一つの熱交換器内で蒸発するにつれて蒸気の含有割合が
多くなると１体ｆａ流Ｒ″ｉが増し、速度が大きくなり
、それに応じて熱伝達性能が向上し、混合媒体に起因す
る熱伝達性能の低下が防止される。しかも、一般に速度
が高くなると圧力損失が増大するが、本発明においては
、上述のように蒸発装置が複数の熱交換器に分割されて
おり、ざらに各熱交換器の伝熱管に対するシェル内横断
面積が順次タービン寄りの熱交換鼎程大きくなるように
しであるので、そのシェル径の選定によって、各熱交換
器で人口から出口までにおける年初媒体の速度が適正な
値に維持され、圧力損失が極麿に大きくなることが防止
される。
一方、凝縮装置においても、蒸発装置と同様にｒＦ：動
奴体の流れ方向に気相、液相の組成の変化が起り、第２
図のＥ−Ａに示すような温度低下が実現でき、タービン
の熱効率が向上される。しかも、各熱交換器８ａ、８ｂ
、８ｃ、８ｄのシェル径を適宜選定することによって、
凝縮の進行に伴う体積流量の減少に応じ、熱伝達性能を
十分に高くしかつ圧力損失が不必要に高くならないよう
な媒体速度が得られる。
奴体の流れ方向に気相、液相の組成の変化が起り、第２
図のＥ−Ａに示すような温度低下が実現でき、タービン
の熱効率が向上される。しかも、各熱交換器８ａ、８ｂ
、８ｃ、８ｄのシェル径を適宜選定することによって、
凝縮の進行に伴う体積流量の減少に応じ、熱伝達性能を
十分に高くしかつ圧力損失が不必要に高くならないよう
な媒体速度が得られる。
本発明は熱水、温海水等を高熱源とし、２成分以上の非
共沸混合媒体を作動媒体とする温水利用タービンプラン
トにおいて、蒸発装置および凝縮装置をそれぞれ前述の
ように構成したので、熱伝達性能と圧力損失に影響をお
よばす媒体速度を、蒸発装置および凝縮装６内の到ると
ころで最適範囲になるようにし、高い熱伝達性能を１昇
るとともに圧力損失を十分低くすることができる。これ
によってＵ合媒体の特性を最大限に引き出１ことができ
、サイクル効率を高いものとすることができる。しかも
、蒸発装置および凝縮装置がＮ数の熱交換器に分割され
ているので、−基当りの寸法が小さくなって運搬、設置
も容易となる。
共沸混合媒体を作動媒体とする温水利用タービンプラン
トにおいて、蒸発装置および凝縮装置をそれぞれ前述の
ように構成したので、熱伝達性能と圧力損失に影響をお
よばす媒体速度を、蒸発装置および凝縮装６内の到ると
ころで最適範囲になるようにし、高い熱伝達性能を１昇
るとともに圧力損失を十分低くすることができる。これ
によってＵ合媒体の特性を最大限に引き出１ことができ
、サイクル効率を高いものとすることができる。しかも
、蒸発装置および凝縮装置がＮ数の熱交換器に分割され
ているので、−基当りの寸法が小さくなって運搬、設置
も容易となる。
第１図は本発明のタービンプラントの構成を示す系統図
、第２図は非共沸混合媒体のランキンサイクル説明図、
第３図は非共沸混合媒体の相変化を説明する模式図であ
る。 １・・・媒体ポンプ、３ａ、３ｂ・・・予熱器、４・・
・蒸発装置、４ａ、４ｂ、４ｃ・・・熱交換器、６・・
・タービン、８・・・凝縮装置、８ａ、８ｂ、８ｃ、Ｂ
ｄ−・・熱交換器。
、第２図は非共沸混合媒体のランキンサイクル説明図、
第３図は非共沸混合媒体の相変化を説明する模式図であ
る。 １・・・媒体ポンプ、３ａ、３ｂ・・・予熱器、４・・
・蒸発装置、４ａ、４ｂ、４ｃ・・・熱交換器、６・・
・タービン、８・・・凝縮装置、８ａ、８ｂ、８ｃ、Ｂ
ｄ−・・熱交換器。
Claims (1)
- 熱水、温海水等を高熱源とし、２成分以上の非共沸混合
媒体を作動媒体としてタービンサイクルを構成する温水
利用タービンプラントにおいて、蒸発装置および凝縮装
置をそれぞれ直列に接続された複数の強制対流向流型シ
ェルアンドチューブ方式熱交換器によって構成するとと
もに、蒸発装置自体および凝縮装置自体においても熱源
流体と作動媒体の流れが向流となるようにし、かつ、上
記両装置における熱交換器を、その伝熱管に対するシェ
ル内横断面積の割合が作動媒体の流れ方向からみてター
ビンに近いものほど順次大きくなるようにしたことを特
徴とする、温水利用タービンプラント。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23107884A JPS61108815A (ja) | 1984-11-01 | 1984-11-01 | 温水利用タ−ビンプラント |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23107884A JPS61108815A (ja) | 1984-11-01 | 1984-11-01 | 温水利用タ−ビンプラント |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61108815A true JPS61108815A (ja) | 1986-05-27 |
Family
ID=16917940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23107884A Pending JPS61108815A (ja) | 1984-11-01 | 1984-11-01 | 温水利用タ−ビンプラント |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61108815A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS648305A (en) * | 1987-06-30 | 1989-01-12 | Toshiba Corp | Turbine plant using hot water |
| JP2008050989A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Denso Corp | 消音器 |
-
1984
- 1984-11-01 JP JP23107884A patent/JPS61108815A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS648305A (en) * | 1987-06-30 | 1989-01-12 | Toshiba Corp | Turbine plant using hot water |
| JP2008050989A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Denso Corp | 消音器 |
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