JPS61169604A - 蒸気サイクル熱機関の作動方法 - Google Patents

蒸気サイクル熱機関の作動方法

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JPS61169604A
JPS61169604A JP61009073A JP907386A JPS61169604A JP S61169604 A JPS61169604 A JP S61169604A JP 61009073 A JP61009073 A JP 61009073A JP 907386 A JP907386 A JP 907386A JP S61169604 A JPS61169604 A JP S61169604A
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、膨脹及び再生が可能の作動流体を用いて熱源
の熱を利用できる形で取り出すエネルギーの変化を利用
した方法及びこの方法を用いる装置に係り、より詳細に
は前記エネルギー利用のための熱力学的サイクルの熱利
用効率向上のための方法及び′装置に関する。
〔従来技術及び問題点〕
ランキンサイクルでは、水、アンモニア、又はフレオン
等の作動流体を、蒸発装置の中で、熱源の熱により蒸発
させ、この蒸発した気相の作動流体をタービンに送って
膨脹させることにより、熱源のエネルギーを利用できる
形に変化させる。次に前記使用後の気相の作ｖＪ流体を
凝ｍ装置に導き、冷媒で凝縮させ、この凝縮した作動流
体をポンプで加圧し、再度蒸発させる。このサイクルを
くり返す。
基本的なカリナサイクルは、米国特許 第４，３４６，５６１号に記載されており、このカリナ
サイクルでは２成分系又は多成分系の作動流体を使用す
る。このカリナサイクルの作動原理は、２成分系の作動
流体を加圧して液体とし、この液体の作動流体の一部を
蒸発させるため加熱し、この作動流体を噴出させて低沸
点成分と高沸点成分とに分離し、この低沸点成分をター
ビンの中に導き、膨脹させてこのタービンを駆動し、前
記分離した高沸点成分を匍記蒸発前の２成分系作動流体
の加熱に利用する。次にこの高沸点成分を凝縮装置に導
き、この凝縮装置で冷媒により凝縮された前記使用後の
低沸点成分を前記高沸点成分に吸収さけるために混合さ
せる。
前記従来のランキンサイクルとカリナサイクルを比較す
れば、理論上、比較的温度の低い熱源、たとえば海水や
地熱等のエネルギーを利用する場合には、カリナケイク
ルの方がランキンサイクルより効率が良い。
また、本願出願人は米国特許出願 第４０５．９４２号（出願口１９８２年８月６日）で、
エフサージサイクルを開示した。このエフサージサイク
ルは、温度が比較的低い熱源を利用することができ、多
成分系の作動流体の少なくとも一部を中間圧力で分別蒸
溜して成分の異なる作動流体を作り、この作動流体を用
いて低沸点成分を比較的多く含む１種類以上の主濃厚液
を作り、かつ、前記作動流体を用いて低沸点成分の比較
的濃度の小さい１種類以上の稀薄液を作る。前記主濃厚
液の圧力を上げ、この加圧された主潮Ｗ液を蒸発させて
気相の主作動流体を作り、この気相の主作動流体を低い
圧力まで膨脹させてエネルギーを利用できる形に変換す
る。このエネルギー変換を終り低圧になった作動流体、
すなわち使用後の気相の作動流体を主吸収段階で前記稀
薄液で冷却し凝縮させ、この稀薄液に吸収溶解させ、基
本作動流体として再生し、これを再使用する。
前記エフサージサイクルでは、前記タービンの出口で作
動流体の圧力及び温度が非常に低下することを有効に活
用するのが好ましい。前記凝縮装置の冷却水の温度を別
とすれば、前記エフサージサイクルでは、凝縮圧力を高
くすればする程前記゛基本作動流体の低沸点成分の濃度
が大きくなる。
しかしながら、前記凝縮圧力を高くすればする程、ター
ビンの出口の圧力が高くなり、このタービンの出口にお
ける低沸点成分の濃度も大きくなる。
前記基本溶液の濃度が大きい程、蒸溜する必要があり、
そのために調度を下げるための熱が必要になる。そこで
前記タービンの出口の圧力を下げ、従ってその温度を下
げて前記基本溶液の低沸点成分の濃度を下げ、このター
ビンの出口の温度を上げて蒸溜できるようにする必要が
ある。
前記と逆にすれば、前記タービンの出口の圧力と前記冷
Ｗ水の温度とが均衡する。しかしながら、前記タービン
の出力を最大にするためには、このタービンの出口の圧
力を極力下げる必要がある。
このタービンの出口の圧力と温度を上述のように下げれ
ば、前記基本溶液の低沸点成分の温度が下がり、そのた
めに反対の行動としてタービンの出口の圧力と温度が必
ず上がる。この状況では冷却水の温度が上がり、冷却が
悪くなる。
また、前記エフサージサイクルでは、タービンから出る
作動流体の出口の温度を制御することが望ましい。この
エフサージサイクルのような熱力学的サイクルでは、ボ
イラの作動流体の温度を熱源でできるだけ上げれば効率
を向上させることができる。しかしながら、前記タービ
ンから出る作動流体は飽和蒸気とほぼ同じ温度及び圧力
であることが望ましいが、前記タービンから出る気相の
作動流体が過熱蒸気であれば、前記エフサージサイクル
にエネルギーの損失が生ずる。
前記エフサージサイクルでは、前記タービンに入れる作
動流体の温度を可能の限り上げれば、このタービンから
出る作動流体は若干過熱された状態又は飽和蒸気の状態
になるのが特に好ましいとされる。そのためにこのエフ
サージサイクルではタービンから出る作動流体は簡単に
凝縮しないのでその代わりに蒸溜が行なわれている。前
記タービンから出る作動流体が過熱状態であれば、前記
エフサージサイクル全体としては無用のエネルギー損失
が生ずる。たとえば、ターごンから出る使用後の作動流
体を熱交換装置で凝縮した作動流体の再生前の予熱に使
用することができるのは、前記特許出願について説明し
たように、前記熱交換装置の温度差が効能もなく大きく
なり過ぎるからである。
この問題を解決しようとして作動流体をタービン中でざ
らに膨脹させると、そのタービンから出る作動流体の温
度は下がり、圧力も下がってしまう。この圧力の下がっ
た作動流体は取扱いが厄介である。その理由は、蒸溜に
要する熱量が多くなるし、この作動流体を吸収するため
に必要な稀薄溶液が多くなるからである。従って、ター
ビン内に高温の作動流体が存在することから生じるエネ
ルギー損失の問題を解決しようとするこの研究は、望ま
しいものではない。
〔発明の目的〕
本発明の第１の目的は、前記エフサージサイクルの効率
を向上させる方法及び装置を提供することにあり、この
効率向上は、ターごンの出口における基本溶液の低い圧
力及び温度を選択することにより行ない、この圧力及び
温度の選択は前記タービンから出る基本溶液を一部蒸溜
して再生する前にこの濃度を上げることにより行なうも
のである。
本発明の他の目的は、前記凝縮装置に供給する熱を減少
できる方法及び装置を提供することにある。
本発明の伯の観点からの第１の目的は、タービンから出
る作動流体が過熱蒸気であるがために生ずるエネルギー
損失を、この作動流体の圧力を下げることなく減少させ
ることにある。
本発明のさらに他の目的は、エフサージサイクルにおい
て、タービンから出る作動流体の温度を効率よく、制御
し、任意の熱を付加することにより前記タービンの出力
をより多く増大させ得る方法及び装置を提供することに
ある。
〔発明の概要〕
前記目的は、低沸点成分及び高沸点成分を有する多成分
系の基本作動流体の一部のみを高い方の中間圧力で蒸発
させて第１蒸気を作る蒸発段階を含むエネルギー利用の
方法によって達成される。
前記第１蒸気は低沸点成分の濃度が大きい。この第１蒸
気は前記基本作動流体の流れの一部に混入され、これに
吸収されてＩｉＷ液となり、このＩ２Ｗ液は前記基本作
動流体よりも前記低沸点成分を多く含む。前記残余の基
本作動流体は稀薄液として使用され、この稀薄液は前記
濃厚液よりも低沸点成分の濃度が小さい。前記ｍ浮液は
高い圧力に加圧される。この濃厚液は蒸発によって気相
の主作動流体となり、この気相の主作動流体は低い圧力
になるまで膨脹してエネルギーを利用できる形で放出す
る。この膨脹を終了した主作動流体、すなわち使用後の
気相の主作動流体は冷却されて前記稀薄液の一部に吸収
される。この稀薄液から低沸点成分を多く含む１１厚液
が分離され、この瀝浮液が前記凝縮された主作動流体に
混合されて多成分系の基本作動流体になる。
本発明の他の好ましい実ｍ態様においては、エネルギー
利用の方法は低沸点成分と高沸点成分を有する多成分系
の基本作動流体の一部のみを蒸発させて蒸気を作る蒸発
段階を含む。この蒸気は低沸点成分を多く含み、前記基
本作動流体に混合され、吸収されて前記基本作動流体よ
り低沸点成分の濃度の大きい濃厚液となる。、前記残余
の基本作動流体は、前記濃厚液よりも低沸点成分の濃度
が小さく、稀薄液として使用される。前記濃厚液は作動
圧力まで加圧され、加熱により蒸発して気相の過熱され
た主作動流体となり、低い圧力まで膨脹してエネルギー
を利用可能の形で放出する。この膨脹後すなわち使用後
の主作動流体は前記稀薄液によって冷却され、Ｉｌｌて
この稀薄液に溶け込む。また、前記稀薄液の一部は前記
気相の主作動流体の中に噴射されてこの気相の主作動流
体の温度を下げる。この噴射は、前記気相の主作動流体
の膨脹継続中又は膨脹終了後に、前記気相の主作動流体
に対して行なう。
また、本発明の他の好ましい実施態様においては、多成
分系作動流体を使用するエネルギー利用装置はタービン
を含み、このタービンは気相作動流体の入口と出口を有
し、このタービンの出口に蒸溜装置が接続される。この
蒸溜装置は前記タービンから出る気相の主作動流体の熱
を利用して前記多成分系の作動流体の高沸点成分から低
沸点成分を分離する。前記蒸溜装置は前記分離した低沸
点成分を前記基本作動流体に混合して濃厚液を作る部分
を含む。前記エネルギー利用装置に凝縮装置が取り付け
られ、この凝縮装置は前記濃厚液を凝縮させ、この凝縮
装置と前記タービンの入口に蒸発装置が接続される。前
記エネルギー利用装置に噴射装置が取り付けられ、この
噴射装置は前記蒸溜装置から出る稀薄液を前記タービン
の出口の近傍で前記過熱された主作動流体の中に噴（ト
）する。
本発明のさらに他の好ましい実Ｌｌｉ様においては、多
成分系作動流体を使用するエネルギー利用装置は、気相
の作動流体の入口及び出口を有するタービンと、このタ
ービンから出る使用後の作動流体を凝縮させるための凝
縮装置とを含む。第１蒸溜装置は前記タービンの気相の
作動流体の出口に接続され、前記高沸点成分及び前記多
成分系作ｆＪｌｌ流体から低沸点成分を分離する。この
第１蒸溜装置は前記分離された低沸点成分を前記作動流
体に混合して濃厚液を作る部分を含む。第２蒸溜装置は
前記第１蒸溜装置で低沸点成分が分離された後の作動流
体からさらに低沸点成分を分離するために取り付けられ
る。この第２蒸溜装置はこの第２蒸溜装置で分離した低
沸点成分を前記凝縮装置から出る使用後の作動流体に混
合する部分を含む。
また、蒸発装置が前記凝縮装置及びタービン入口に接続
される。
本発明のさらに他の好ましい実ＩＩ！ｉＢ様においては
、従来の冷媒では凝縮できない程温度及び圧力が低下し
た使用後の多成分系作動流体を再生する再生装置を使用
し、この再生装置は前記使用後の作動流体を加圧する第
１ポンプと、前記作動流体を低沸点成分の濃度の大きい
ＩＩＪＦ液にする濃縮装置と、この濃厚液を加圧する第
２ポンプと、前記濃縮装置に接続されて濃厚液になる前
の使用後の作動流体の熱を前記使用後のｍ浮液に与える
熱交換装置と、第１分離装置及び第２分離装置とを有し
、この第１分離装置は前記熱交換装置に接続され、前記
濃厚液から低沸点成分を分離し、この分離した低沸点成
分を前記残余の濃厚液の一部と再び混合して、前記使用
する従来の冷媒で凝縮できる作動流体として再生する。
前記第２分離装置は、前記残余の濃厚液の一部から低沸
点成分を分離し、この低沸点成分を前記凝縮装置に供給
する。前記第２分離装置に低沸点成分を分離するための
減圧装置を設けることもできる。
〔実施例〕
以下、図を用いて本発明の詳細な説明する。
第１図に、本発明に基く熱力学的サイクルを実施するエ
ネルギー利用装置１０を示す。このエネルギー利用装置
１０は、ボイラー１０２、タービン１０４、凝縮装置１
０６、ポンプ１０８、及び蒸溜装置１２６を備えている
。蒸溜装置１２６は復熱装置１１０、熱温型重力式分離
装置１１２、加熱装置１１４、予熱装置１１６、稀薄液
分離装置１１８、及び濃縮装置１２０を含む。
本発明の熱力学的サイクルの駆動には各種熱源、たとえ
ば約５００℃又はそれ以上の温度を有する熱源から、海
水の温度差を利用するような低温度の熱源に至るまで利
用でき、たとえば品質の悪い主燃料、廃熱、地熱、太陽
熱、又は海洋の熱エネルギー変換装置等も本発明を実施
するための熱源とすることができる。
本発明に基くエネルギー発生装置は各種の作動流体が使
用可能であり、この作動流体は、低沸点流体と沸点の比
較的高い流体から成る多成分系作　　　　゛動流体たと
えば、この作動流体は、水とアンモニアとの況合液、２
種類以上の炭化水素、２種類以上のフレオン、炭化水系
とフレオンの混合物、その他、これに似たもので差支え
ない。一般的には前記流体は、好ましい熱力学的特性及
び溶解度を有するものであれば、如何なる成分の混合物
でもよい。本発明に基くエネルギー利用装置すなわち熱
力学的サイクルは、アンモニアと水より成る作動流体を
使用する場合を例として説明する。
アンモニアと水より成る作動流体、すなわちアンモニア
水溶液においては、アンモニアは沸点が一３３℃の低沸
点成分を構成し、これに対して水は沸点が１００℃の高
沸点成分を構成する。従って、アンモニアの濃度を上げ
ればアンモニア水溶液の沸点は低くなる。
エネルギー利用装置に入れた作動流体はそのエネルギー
利用装置を連続的に作動させるが、その際、その作動流
体は膨脹してエネルギーを利用できる形に変換し、続い
て連続的に再生されるので、エネルギー利用装置の中で
長時間使用しても量が減ることはない。
本発明に使用するエフサージサイクルの概要は係属中の
米国特許出願第４０５，９４２号（出願日は１９８２年
８月６日、出願人は本願発明の発明者）及び米国機械学
会誌（ＡＳＨＥ　Ｐａｐｅｒ）　８４−ＧＴ〜１７３号
に掲載されたＡ、１．カリナ（△。
■、にａｌｉｎａ）の論文（標題はｌ−新規なボトミン
グサイクルによる複合循環装置」　（“”　Ｃｏｍｂ　
ｉ　ｎｃｄＣｙｃｌｅ　５ｙｓｔｅｎ＋−目ｈ　Ｎｏｖ
ｅｌ　ＢＯｔｔＯＩｌｌｉｎ（］　Ｃｙｃｉｅ”）に記
載されており、この特許出願及び米国機械学会誌所載の
論文は本発明に引用する。
前記エネルギー利用装置に入れた作動流体すなわち基本
作動流体は使用後に図に点１で示す位置では層線された
状態にあり、この状態の作動流体を本明ＩＩＩでは蒸溜
酒という。この蒸溜酒はポンプ１２２で加圧され、点２
に送られ、この点２で低い方の中間圧力の予冷液となる
。この低い方の中間圧力はタービンの入口３０の圧力よ
り低く出口３８の圧力より高い。前記予冷液は点２から
濃縮装置１２０の頂部に送られ、たとえばこの頂部から
噴霧されて、点２８からの低沸点成分濃度の大きい飽和
蒸気に混合される。この点２８の圧力は点２の圧力にほ
ぼ等しい。これは前記蒸溜酒がポンプ１２２で加圧され
ても、点２８からの飽和蒸気にすぐに吸収されるからで
ある。
濃縮装置１２０で前記混合により作られた飽和液は、こ
の濃縮装置１２０から出て点４１を通る。
この飽和液は、点２にある液よりも低沸点成分の濃度が
大きいので、点４１の液を「８Ｉ厚液」と呼ぶこととす
る。このＩＩＷ液はポンプ１２４で高い方の中間圧力の
点４２に送られる。この濃厚液はその後予熱装＠１１６
、加熱装置１１４、及び復熱装置１１０で連続的に加熱
される。この予熱装置１１６及び加熱装＠１１４におけ
る加熱段階はタービン１０４から吐出される作動流体と
の向流により得られる熱及びこのエネルギー発生装置に
使用されるその他の流体の熱を熱源とする復熱であり、
これに対し復熱装置１１０での加熱は、タービン１０４
の出口３８等からの流体の熱のみによって行なわれるか
ら、いわば復熱に対する補償である。
たとえば点５を流れる濃厚液は、自然流下熱温式分離装
置１１２を通って部分的に蒸発する。ここで分離される
蒸気は、低沸点成分の濃度が極めて大きく、点６を経て
分＋ｍ装置１１２に入り、ここで低沸点成分をほとんど
放出して稀薄液となり、分離装置１１２を出て点７を通
る。
前記稀薄液は分Ｉｌ！を装置１１２から出た後、点８゜
７ａ、４０で３分割される。点８を通った稀薄液は点６
から来る蒸気と比例的に混合され、この混合流体は点９
を通り、後の段階で必要になる低沸点成分及び８沸点成
分を含んでいる。作動流体のこの低沸点成分と高沸点成
分の比率は、作動中のエネルギー損失を最少にするよう
に選択される。
一般的には、点９の流体は点５の流体より低沸点成分の
濃度が大きい。
また、効率を最大にするためには、前記作動流体の成分
の濃度を、ボイラ１０２におけるエネルギーの損失が最
少になるように選定するのが有利である。実際には、低
沸点成分の最適範囲はＩｆａパーセントで最大５０乃至
７０％であるが、いなかる場合でもこの範囲内になけれ
ばならないというものではない。一般的には、高沸点成
分を重量パーセントでＲ低２ｏ乃至２５％にするのが有
利である。
前記ｍ浮作動流体は加熱装置１１４で放熱し、この放出
された熱は、すでに説明したように、点３から点４に送
られる作動流体の加熱に利用される。前記放熱した作動
流体は予熱装置１３０でさらに放熱し、凝縮装置１０６
の中で線２４がら線２３に沿って流れる冷却水で冷却さ
れて完全に凝縮する。
この凝縮した作動流体はポンプ１０８で点１４から点２
１に送られ、予熱装置１１６を通る時に向流し、ざらに
ボイラ１０２を通り、このボイラ１０２で加熱され、好
ましくはほぼ完全に蒸気にされる。最も好ましいのは、
この作動流体を完全に蒸気にして点３０で過熱蒸気とす
ることである。
ボイラの加熱側の流体の流れを線２５．２６で示す。
前記過熱蒸気は次にタービン１０４の中で膨脹して所定
の機械的動力を出力する。点３８の作動流体がまだ過熱
蒸気である場合には、前記自然流下熱温式分離装置１１
２から出る８薄液をタービン１０４の中の膨脹中の作動
流体の中に噴射することもできる。この噴射は最終段階
又はその隣りのタービンの出口に対して行なうのが最も
実用的であるが、そのためにタービン１０４から出る作
動流体にも、例えば点３８で、第１図に破線で示すよう
に噴射することもできる。このタービン１０４の出口付
近への噴射により、タービン１０４の前記段階にある作
動流体は点３６から点３つまでの移動中に濃度が変わる
。
飽和液を最終段階より前の段階のタービンに噴射する場
合は、タービン１０４の噴射対象の次の段階の作動流体
の過熱蒸気の状態に比例するように飽和液を噴射しなけ
ればならない。しかしながら、この点３９で噴射され混
合後の飽和液の蒸気は噴射前の点におけるよりも、温度
が低く、低沸点成分の濃度が少なく、エンタルピーの値
が小さい。これと同様に、タービン１０４の出口の作動
流体は、前記噴射がなされた場合には、噴射されない場
合よりも、エンタルピー、温度、及び低沸点成分濃度の
値が小さくなる。さらにこのタービン出口における重量
流量は噴射前の点における値より大きい。その理由は合
流点１３２における流量の和が等しいからである。
前記噴射は、タービン１０４の最終段階の吐出流体が過
熱蒸気ではなく飽和蒸気又は湿った蒸気としての特性に
なるように行なう。このタービン１０４から吐出された
後の気相の作動流体に対して前記噴射を行なえば、この
作動流体は噴射された作動流体によって飽和蒸気になる
。
管路１３６の流入作動流体の圧力を管路１３７の噴射前
の作動流体の圧力にほぼ等しくするために調圧装置１３
８を使用する。この調圧装置１３８は、前に！流入作動
流体の圧力をタービン１０４と同じ圧力まで減圧する必
要がある場合には絞り弁の形にし、前記流入作動流体の
圧力がタービン１０４と同じ圧力であれば省略し、管路
１３６の圧力を管路１３７と同じ圧力まで加圧する必要
がある場合にはポンプの形にすることができる。・ 前記タービン１０４の吐出作動流体は点３８を通り、さ
らに復熱装置１１０、加熱装置１１４、及び予熱装置１
１６を通り、冷ＩＪ＋されて部分的に凝縮する。しかし
ながら前記タービン１０４の出口、その結果として復熱
装置１１０の出口、加熱装置１１４の出口、及び予熱装
置１１６の出口における作動流体の圧力が非常に低い場
合には、この作動流体を冷却水で凝縮させることはでき
ない。
これは不具合と誤認され易いが、作ｖＪ流体のエネルギ
ーがタービン１０４で消尽された結果であるから不具合
ではない。
この誤認を防ぐために、照温型分離装置１１２の蒸気放
出後の作動流体の一部を、点７ａから点１２に送る時に
加熱装Ｈ１１４の中で冷却する。
すなわちこの蒸気放出後の作動流体を用いて点３から点
４に送られる作動流体を加熱する。この蒸気放出後の作
動流体を絞り弁１４０で絞って点２７で低い方の中間圧
力まで下げる（すなわち点２７の圧力をは点２の圧力と
同じにするン。この低い方の中間圧力にした作動流体を
非濃縮型分離装置１１８に送り、この分離装置１１８で
絞り弁１４０によって作動流体の圧力を低下させるため
に２つの流れに分割する。その第１の流れの作動流体は
飽和蒸気であり、点２８を通り、低沸点成分をやや多く
含む。前記第２の流れの作動流体は蒸気吸収用の作動流
体であり、稀薄状態で点２９を通り、低沸点成分が少な
いので、低沸点成分を吸収しやすい。点２８を通る飽和
蒸気は濃縮装置１２０に送られ、ここで点２から送られ
る予め冷ｒＪｌされた作動流体と混合されて低沸点成分
の濃度が増加する。
前記蒸気吸収用の稀薄液は点２９を通り、その圧力が前
記点４２の濃厚液の圧力（Ｂい方の中間圧力）と同じで
あるが、この稀薄液は低沸点成分の濃度が点４２の濃厚
液より小さいので、点２９の温度は常に点４２より高い
。したがって点２９の稀薄液は予熱装置１１６に送られ
て冷却され、濃縮装置１２０から予熱装置１１６に送ら
れる作動流体の加熱に必要な熱の一部を与える。
前記冷却された蒸気吸収用の稀薄液は、絞り弁１４２で
絞られてタービンの出口から出た作動流体の点１７にお
ける圧力とほぼ同圧力になる。この点１７を通るタービ
ン１０４の吐出作ｆ１１１　？ｍ体と、点１９を通る蒸
気吸収用稀薄液は点１８で混合されて基本作動流体にな
る。この点１８の基本作動流体は、高沸点成分の濃度が
大きいから、通常の温度の冷却水で完全に凝縮する。従
ってこの作動流体は凝縮装置１０６の中で完全に凝縮し
、その圧力は点１の圧力と同じになる。以上の工程がく
りかえされる。
公知の如く、熱効率を上げるためには、タービン１０４
に入れる作動流体の温度をできるだけ上げる必要がある
。そのために作動流体の温度を常に加熱流体の温度にで
きるだけ近づける。タービン１０４に流入する作動流体
の温度を大きくすることにより、作動流体の温度が低い
場合よりも利用できるエンタルピーが大きくなるので、
タービン１０４の出力が増す。
しかしながら、タービン１０４の入口の温度を上げれば
これに対応してそのタービン１０４の出口の温度も上が
る。したがって作動流体がタービン１０４から過熱蒸気
のままで出ることがあり、この過剰のエネルギーすなわ
ち過熱蒸気と飽和蒸気とのエネルギーの差は、前記熱温
段階で本質的に利用できず、前記作動流体の循環工程全
体としても利用することができない。これは、作動流体
の潜在的なエネルギーの不十分な使用を意味する。
前記循環工程の効率を最大にするためには、前記ボイラ
１０２及びタービン１０４を通る作動流体の低沸点成分
の濃度をできるだけ上げると共にタービン１０４から出
て蒸溜装置１２６を通る作動流体の低沸点成分の濃度を
できるだけ低くするのが好ましい。
それ故、作動流体を噴射器１３９からタービン１０４の
中に直接噴射することにより、タービン１０４の最終段
階を通る作動流体の低沸点成分の温度をすぐに下げて、
熱エネルギーの損失を減少させる。この熱エネルギーの
損失は、タービン１０４のＲ１１段階を通る作動流体の
流量を上げることにより償われる。このようにしなけれ
ば、タービン１０４を通る作動流体の潜在エネルギーは
、利用されず蒸溜装置１２６で熱交換の際に失われてし
まう。
本発明の循環工程できは、分離装置１１２からタービン
１０４への噴射を行なわない。その理由は、タービン１
０４の出口から出た作動流体が過熱蒸気でない場合には
、前記噴射は無駄であり、通常不要だからである。
タービン１０４への噴射を行なうのが好ましい場合には
、前記噴射を、循環工程の熱損失ができる限り最少にな
るような位置で行なう。この噴射位置を決めるためには
特殊な知識経験を必要としない。この１ｌｆｉ射位置は
、通常タービンの後段階又は出口より前の位置である。
前記液体の作動流体を噴射ずれは、タービン１０４の出
力が増大するが、そのためには先づタービン１０４を通
る作動流体の流速を上げなければならない。しかしなが
ら使用できるエネルギーはタービン１０４の出力を増加
させるより効果的な場合に使用される。
前記瀧Ｎ装置１２０及びその関連部材を用いて、前記基
本作動流体の濃度を前記タービン１０４の出口の比較的
低い圧力及び温度に適合させ得るので、タービン１０４
の出口における作動流体の圧力及び温度が前記基本作動
流体の蒸溜に適しない場合でも、蒸溜を支障なく行なう
ことができる。
その理由は、この照温装置１２６に送り込まれる基本作
動流体が濃厚液すなわち低沸点成分の濃度が著しく大き
い溶液であるからタービン１０４出口の比較的低い温度
で十分照温されるからである。
しかしながら、そのために凝縮装置１０６に対する熱の
供給が減少し、分離装置１１２から出る温度の高い液相
作動流体が一部凝縮せずに次の段階に流れるので、凝縮
能力が低下する。言い換えるならば、タービン１０４か
ら出る作動流体は、凝縮前に分離装置１１２の吸収用の
稀薄液に混合される。この稀薄液は分離装置１１２から
出る液相作動流体より低沸点成分の濃度が低い。従って
吸収後に凝縮装置１０６に入る濃度の低い方の作動流体
が液相であるから、凝縮による放熱量が減少し、従って
凝縮に要づる面積が減少し、装置としての効率が良くな
る。
本発明は、噴射装置１３９を使用１′れば、点３８から
点１７に流れる作動流体の平均温度が効率よく上昇し、
それと同時に点４２から点５に流れる加熱すべき作動流
体の平均温度が濃縮装置１２０内の濃厚薄の噴射によっ
て低下する。従って前記作動流体の平均温度の上昇及び
低下を個別的に行なっても、また組み合せて行なっても
、前記装置全体としての効率を増加させることができる
。
本発明に暴く照温装置１２６は、使用後の作動流体の高
温側の熱、熱源で加熱された比較的温度の高い流体の低
温度部分の熱、熱源として利用できる比較的低温の廃熱
その他の熱又は前記ボイラで作動流体の蒸発に利用でき
ない比較的低温の流体の熱を照温用の熱として利用する
ことができる。
実用的にも、如何なる熱でも、特に蒸発用に効率よく利
用できない比較的低温の熱を前記照温装置１２６の比較
的低温の加熱源として利用することができる。これと同
様に、上述のような比較的温度の低い熱を予熱に利用す
ることができる。
以上本発明の１つの実施例について説明したが、この実
施例から多くの変更例又は改良例を作ることができ、そ
のような変更例又は応用例は全て本発明に含まれるもの
である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に基く方法及び装置を実施するための一
実施例を示す概略回路図である。 １乃至２２．２７乃至２９・・・作！ＩＩｌ流体循環路
中の各点、１０・・・エネルギー利用装置、２４．２５
・・・冷却水管路、２５．２６・・・加熱流体管路、３
０・・・タービン入口、３１乃至３５．３７・・・ター
ビン、３８・・・タービン出口、１０２・・・ボイラ、
１０４・・・タービン、１０６・・・凝縮装置、１０８
，１２２・・・ポンプ、１１０・・・復熱装置、１１２
．１１８・・・分離装置、１１４・・・加熱装置、１１
６・・・予熱装置、１２０・・・濃縮装置、１２６・・
・照温装置、１３２・・・合流点、１３６，１３７・・
・管路、１３８・・・調圧装置、１３９・・・噴射装置
。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、低沸点成分及び高沸点成分を有する多成分系の基本
    作動流体の一部のみを、高い方の中間圧力で気化させて
    前記低沸点成分を濃縮させた第１蒸気を作る蒸気発生段
    階と、 前記第１蒸気を前記基本作動流体の一部に混合吸収させ
    て前記基本作動流体より低沸点成分の濃度が大きい濃厚
    液を作り、前記残余の基本作動流体を稀薄液とし、この
    稀薄液から低沸点成分を気化させる混合段階と、 前記濃厚液を作動圧力まで加圧し、この濃厚液を気化さ
    せて気相の主作動流体を作る段階と、前記気相の主作動
    流体を使用後の主作動流体と同じ圧力なるまで膨脹させ
    て、この主作動流体のエネルギーを利用できる形で取り
    出す段階と、前記使用後の主作動流体を冷却して凝縮さ
    せ、前記使用後の主作動流体と同じ圧力の稀薄液に吸収
    させて蒸溜用作動流体を作る冷却段階と、前記凝縮させ
    た主作動流体の圧力を低い方の中間圧力まで加圧する段
    階と、 前記稀薄液の一部を用いて前記凝縮させた主作動流体よ
    りも低沸点成分の多い第２蒸気を作る段階と、 前記第２蒸気と前記蒸溜用作動流体を混合して混合流体
    を作る段階と、 前記混合流体の圧力を前記高い方の中間圧力まで加圧し
    て前記基本作動流体を作る段階とを経ることを特徴とす
    る蒸気サイクル熱機関の作動方法。 ２、前記稀薄液の一部を前記第２蒸気と第２稀薄液とに
    分離する段階を含むことを特徴とする特許請求の範囲第
    １項記載の蒸気サイクル熱機関の作動方法。 ３、前記冷却段階は前記使用後の主作動流体を前記第２
    稀薄液に吸収させる段階を含むことを特徴とする特許請
    求の範囲第２項記載の蒸気サイクル熱機関の作動方法。 ４、前記稀薄液を前記第２稀薄液と前記第２蒸気とに分
    離するために、前記稀薄液の一部の圧力を下げる段階を
    含むことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の蒸気
    サイクル熱機関の作動方法。 ５、前記蒸発前の濃厚液の高沸点成分の濃度をほぼ所定
    の値にする段階を含むことを特徴とする特許請求の範囲
    第１項記載の蒸気サイクル熱機関の作動方法。 ６、前記濃厚液は高沸点成分を約２０重量％以上含むこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の蒸気サイク
    ル熱機関の作動方法。 ７、前記主作動流体が過熱された時に、前記稀薄液の一
    部を前記気相の主作動流体の中に噴射してこの過熱され
    た主作動流体の温度を下げる段階を含むことを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項記載の蒸気サイクル熱機関の作
    動方法。 ８、前記稀薄液は前記使用後の主作動流体が飽和蒸気に
    なるまで噴射されることを特徴とする特許請求の範囲第
    ７項記載の蒸気サイクル熱機関の作動方法。 ９、低沸点成分及び高沸点成分を有する多成分系の基本
    作動流体の一部のみを気化させて前記低沸点成分を濃縮
    させた蒸気を作る蒸気発生段階と、前記蒸気を前記基本
    作動流体の一部に混合吸収させて前記基本作動流体より
    低沸点成分の濃度が大きい濃厚液を作り、前記残余の基
    本作動流体を稀薄液とし、この稀薄液から低沸点成分を
    気化させる混合段階と、 前記濃厚液を作動圧力まで加圧し、この濃厚液を気化さ
    せて気相の主作動流体を作る段階と、前記気相の主作動
    流体を使用後の主作動流体と同じ圧力なるまで膨腸させ
    て、この主作動流体のエネルギーを利用できる形で取り
    出す段階と、前記使用後の主作動流体を冷却して凝縮さ
    せ、前記使用後の主作動流体と同じ圧力の稀薄液に吸収
    させて蒸溜用作動流体を作る冷却段階と、前記稀薄液の
    一部を前記気相の主作動流体の中に噴射して前記過熱さ
    れた気相の主作動流体の温度を下げる段階とを経ること
    を特徴とする蒸気サイクル熱機関の作動方法。 １０、前記稀薄液の一部を、前記気相の主作動流体の膨
    脹継続中に、この主作動流体の中に噴射する段階を含む
    ことを特徴とする特許請求の範囲第９項記載の蒸気サイ
    クル熱機関の作動方法。 １１、前記稀薄液を、膨脹終了後の前記気相の主作動流
    体の中に噴射する段階を含むことを特徴とする特許請求
    の範囲第９項記載の蒸気サイクル熱機関の作動方法。 １２、前記噴射された稀薄液の圧力を、この稀薄液が噴
    射された主作動流体の圧力と等しくする段階を含むこと
    を特徴とする特許請求の範囲第９項記載の蒸気サイクル
    熱機関の作動方法。 １３、前記稀薄液の噴射は、前記使用後の主作動流体が
    前記稀薄液の噴射及び膨脹が完了した後に飽和蒸気にな
    るように行なうことを特徴とする特許請求の範囲第９項
    記載の蒸気サイクル熱機関の作動方法。 １４、多成分系の作動流体を使用し、 気相の作動流体の入口及び出口を有するタービンと、 前記タービンの気相の作動流体の出口に接続され、多成
    分系の作動流体を低沸点成分と高沸点成分に分離し、こ
    の分離を前記タービンの出口から出る作動流体の熱を用
    いて行ない、前記分離した低沸点成分を前記作動流体に
    混合して濃厚液を作る部分を含む蒸溜装置と、 前記濃厚液を凝縮する凝縮装置と、 前記凝縮装置と前記タービンの作動流体の入口とに接続
    された蒸発装置と、 前記蒸溜装置から前記タービンの作動流体の出口の近傍
    の過熱作動流体の中に稀薄液を噴射するために設けられ
    た噴射装置とを有し、 エネルギーを利用できる形で取り出すよう構成したこと
    を特徴とする蒸気サイクル熱機関の作動装置。 １５、前記噴射装置により、混合された作動流体の流れ
    の圧力を均一にする装置を含むことを特徴とする特許請
    求の範囲第１４項記載の蒸気サイクル熱機関の作動装置
    。 １６、前記噴射装置は、前記タービンの作動流体の出口
    で、前記作動流体を飽和蒸気にするように設けられてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１４項記載の蒸気
    サイクル熱機関の作動装置。 １７、多成分系の作動流体を使用し、 気相の作動流体の入口と出口とを有するタービンと、こ
    のタービンから出る使用後の作動流体を凝縮させるよう
    に接続された凝縮装置と、 前記タービンの気相の作動流体の出口から作動流体を受
    け入れ得るようにこの出口に接続され、多成分系の作動
    流体の高沸点成分から低沸点成分を分離し、この分離し
    た低沸点成分を前記作動流体に混合して濃厚液を作る部
    分を含む第１蒸溜装置と、 前記第１蒸溜装置で低沸点成分が分離された後の作動流
    体からさらに低沸点成分を分離し、この低沸点成分を前
    記凝縮装置から出る使用後の作動流体に混合する部分を
    含む第２蒸溜装置と、前記凝縮装置及び前記タービンの
    作動流体の入口に接続された蒸発装置とを有し、 エネルギーを利用できる形で取り出すよう構成したこと
    を特徴とする蒸気サイクル熱機関の作動装置。 １８、前記第２蒸溜装置は前記第１蒸溜装置から出る前
    記作動流体の圧力を下げて、この第２蒸溜装置の前記低
    沸点成分の分離を行なうことを特徴とする特許請求の範
    囲第１７項記載の蒸気サイクル熱機関の作動装置。 １９、前記第２蒸溜装置は前記低沸点成分を分離した後
    の高沸点成分を作動流体に戻す環流装置を含むことを特
    徴とする特許請求の範囲第１８項記載の蒸気サイクル熱
    機関の作動装置。 ２０、前記環流装置は前記分離した高沸点成分の熱を前
    記作動流体に与える熱交換装置と、前記高沸点成分の圧
    力をこの成分の前記作動流体への混合前に低下させる装
    置とを含むことを特徴とする特許請求の範囲第１９項記
    載の蒸気サイクル熱機関の作動装置。 ２１、前記第１蒸溜装置から出る稀薄液を前記タービン
    の気相の作動流体の出口の近くで過熱作動流体の中に噴
    射する噴射装置を含むことを特徴とする特許請求の範囲
    第１７項記載の蒸気サイクル熱機関の作動装置。 ２２、多成分系作動流体が使用後に、冷媒型の従来の凝
    縮装置では凝縮できない程、温度及び圧力が低下する場
    合に、 前記使用後の作動流体の圧力を上げる第１ポンプと、 前記作動流体の低沸点成分の濃度を上げる濃縮装置と、 前記濃縮された作動流体の圧力を上げる第２ポンプと、 前記濃縮装置に接続され、前記使用後の濃度を上げてい
    ない作動流体の熱を前記濃厚液に与える熱交換装置と、 前記熱交換装置に接続され、前記低沸点成分の一部を前
    記濃厚液から分離し、この分離した低沸点成分を前記残
    余の濃厚液に加えて通常の冷媒で凝縮できる作動流体に
    再生する第１分離装置と、前記低沸点成分を前記残余の
    濃厚液から抽出して前記濃縮装置を供給する第２分離装
    置とからなる多成分系作動流体を再生する再生装置を備
    えたことを特徴とする蒸気サイクル熱機関の作動装置。 ２３、前記第２分離装置は、前記低沸点成分を分離する
    ために作動流体の圧力を下げる装置を含むことを特徴と
    する特許請求の範囲第２２項記載の蒸気サイクル熱機関
    の作動装置。
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