JPS61197704A - エネルギ−回収システム - 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】 〈産業上の利用分野〉 開示技術は、作動流体の圧縮に用いる投入電力等のイン
プットエネルギーに対しＬＮＧや海水等の冷熱を有効利
用して増大するアウトプットエネルギーによりエネルギ
ー増分を回収するシステムの技術分野に属する。

而して、この出願の発明は、インプットエネルギーによ
りアンモニア等のガスを圧縮する圧縮プロセス、該圧縮
ガスを一等圧のもとで冷却する冷却プロセス、ジュール
トムソン効果によって等エンタルピー条件下で膨脹し低
温低圧芳スを得る膨脹プロセス、及び、該低温低圧のガ
ス、或いは、液体を等圧のもとで吸熱裡に昇温する吸熱
プロセスよりなるカスケードサイクルとポンプ等による
液体の昇圧プロセス、該一体を適宜熱源によりガス化す
る昇温プロセス、該高圧ガスをポリトロープ膨脹させて
アウトプットエネルギーを取り出す膨脹プロセス、及び
、膨脹後のガスを冷却し再度液化する冷却プロセスより
なるランキンサイクルとを組合せてなるエネルギー回収
システムに関する発明であり、特に、該カスケードサイ
クルの吸熱プロセスの冷・熱エネルギーをランキンサイ
クルの冷却プロセスに用いるようにして、外部熱エネル
ギーの導入によりカスケードサイクルのインプットエネ
ルギーよりランキンサイクルのアウトプットエネルギー
を増大させるようにしてエネルギーを回収するシステム
に関する発明であり、特に、上記カスケードサイクルと
ランキンサイクルを別途にしながらも、カスケードサイ
クルの吸熱プロセスとランキンサイクルの冷却プロセス
を両サイクルにオープンに臨ませた受液槽によってクロ
スさせ、一種の熱交換を行い、該受液槽にてランキンサ
イクル側ではその液体弁をポンプを用いた昇圧プロセス
、及び、昇温プロセスに供し、該受液槽中のガス分につ
いては一部をカスケードサイクルの圧縮工程に送入する
と共に残部をエジェクターを介して前記液体弁の昇温プ
ロセスに混入させるようにし、更には、設計によっては
ランキンサイクルプロセスの加熱プロセスとカスケード
サイクルの冷却プロセスとを熱交換器でクロスさせるよ
うにしてカスケードサイクルのインプットエネルギーよ
りもランキンサイクルのアウトプットエネルギーを増大
させるようにしたエネルギー回収システムに係る発明で
ある。

〈従来技術〉 、周知の如く、我が国でのエネルギ、−の有効利用の態
様は電力等の形式が最も多く、これに用いるエネルギー
源としては河川等の有限の水力に加えて大量の天然ガス
石油等を用（゛てクリ・本来的に我が国に潜在的に有し
ているエネルギー源は少いために、これを補充するべく
石油７ＬＮＧ、ＬＰＧ、等を大幅にしている。　　　　
　。

そして、これらの輸入に頼るエネルギー源は多くは電力
、都市ガスや産業用ガスにｍｍされているが、こりらの
エネルギー源独運転用率はそれほど高くはないものであ
る。

即ち、例えば、電力について、輸入される石油。

ヤしＮＧやＬＰＧ等はタービン等を装備するランキンサ
イクル中のボイラーで燃焼育れ、或は、ガスタービンと
でチームランキンサイクルの複合サイクルのガスタービ
ンで燃蝉され、発電機により電気エネルギーに転換され
ていやが、その際のエネルギー効率はせいぜい４０〜４
２％でそれほど高くはない。

このような芳しからざるエネルギー利用率のエネルギー
源の輸入に多額の費用をかけている現状としては、その
効率のアップ、即ち、エネルギー利用効率の改良は極め
て重要な問題でやる。

これに対処するに、石油危機以来、サンシャイン計画等
で石油に代る太陽エネルギーや石炭エネ□ ルギーや水素利用エネルギー等の代替エネルギー□　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　。

が模索されており、又、ムーンライト計画等では省エネ
ルギー技術がエネルギー利用回収効率向上の手段として
多角的に研究されてはいる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 □　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　□１きりながら、これらの千ネルギー計画や
研究は極めて大掛かりであり、−朝一夕に一挙に解決さ
れるこ゛とは不可能であり、極めて長期的な国家的・１
１ なビジョンやブＯジエクトが含まれねばならないもので
あって、目下のエネルギ一対策としては直ちに有効に実
施され得るものでないきらいがある。

この出願の発明の目的は上述従来技術に基づく極めて重
要な局面に差しかかっているエネルギー′の問題点を解
決すべき技術的課題とし、高温水蒸気や実質的には無尽
蔵に大量にあるところの海水等の熱エネルギー（温熱、
冷熱）を有効利用し、該熱エネルギーをカスケードサイ
クルとランキンサイクルよりなるエネルギーシステムに
取り入れ、結果としてカスケードサイクルにインプット
する回転エネルギーよりも大きい回転エネルギー用のア
ウトプットエネルギーを大きくしてエネルギーをアウト
プットとしてランキンサイクルから回収するようにして
資源産業におけるエネルギー利用分野に益する優れたエ
ネルギー増大化システムを提供せんとするものである。

〈問題点を解決するための手段・作用〉上述目的に沿い
先述特許請求の範囲を要旨とするこの出願の発明の構成
は、前述問題点を解決するためにアンニモア、プロパン
、フレオン等の・エネルギー回収用のガスをカスケード
サイクルにおいて、まず、低圧状態からガス圧縮機によ
り圧縮し、次いで、該圧縮ガスを海水等によって冷却液
化して、これを膨脹バルブ（ジュールトムソン弁）を介
して低圧低温状態の液、及び、ガスにし該低温状態から
当初の圧縮前のガス状態に至る冷熱の値が圧縮エネルギ
ーより大きくなるように設定し、その際、該低圧低温の
液、及び、ガスをランキンサイクルにオープンに連結さ
れた受液槽に導きこれによって実質的にカスケードサイ
クルの吸熱プロセスとカスケードサイクルの冷却サイク
ルをクロスさせ、その上で該受液槽液、及び、一部のガ
スをポンプ、及び、エジェクターを用いたシステムによ
り昇圧し、昇圧の後、又は昇圧の途中でこれをガス化昇
湿した後、該ガスを膨脹タービンに導き低圧低温のガス
状態として受液槽に戻すようにし、結果としてランキン
サイクルの該膨脹タービンより取り出すアウトプットエ
ネルギー（回転エネルギー）を上記カスケードサイクル
の圧縮プロセスで投入するインプットエネルギー（回転
エネルギー）よりも大きくするようにしてエネルギーの
有効回収が効率良く行われるようにした技術的手段を講
じたものである。

〈実施例〉 次にこの出願の発明の実施例を図面に基づいて説明すれ
ば以下の通りである。

まず、この出願の発明の原理態様を第２．３図により説
明すると、両図のグラフは横軸にエンタルピーｉを、縦
軸には圧力Ｐをとったカスケードサイクル、及び、ラン
キンサイクルであり、第２図のカスケードサイクルにお
いて、在来態様同様の冷凍システムに用いるアンモニア
ガスやフレオンガス等を低圧低温状態のａの状態で、例
えば、モータ等にインプットエネルギーの電力を投入し
て所定の圧縮プロセスをたどってｂの状態に昇温加圧し
、次いで、実質的に無限に利用し得る海水等の冷熱によ
り加圧状態で冷却プロセスをたどりｂからＣまで冷却す
る。

この場合、気体と液体の混在するＣの状態でも良いが、
Ｃ′の液化状態にしておくことが相が一定してより好ま
しい状態となる。

そこで、Ｃ１又は、Ｃ′の状態からエンタルピー安定の
状態のままで、例えば、適宜の膨脹バルブ等を介してジ
ュールトムソン膨脹をさせてｄｌ又は、ｄ′まで低圧化
すると共に低温化させ液体とガス体の混合体とする そして、このｄ、又は、ｄ′の低温低圧状態から等圧下
で初期の圧縮プロセス前のガス状態に吸熱作用を与えて
変化させる。

一方、ランキンサイクルは、在来火力発電等のエネルギ
ー発生システムに用いられているが、在来のランキンサ
イクルの態様と異なり、この発明のランキンサイクルで
は状態イのガスを冷却プロセスを経て気液混合域の状態
口まで冷却するにとどめる。

即ち、在来態様のランキンサイクルでは第３図の状態イ
のガスを冷却プロセスを経て状態口′まで冷却し全量を
液化するが、本発明では状態口までの冷却にとどめ、こ
れにより冷却プロセスに要する冷熱の量を小さくし、ラ
ンキンサイクルの効率を高めることを可能としている。

第３図に於いてアンモニアガスやフレオンガス等の作動
流体はイの状態から冷熱により冷却されて、口の状態に
至り、次いで口の状態からへの状態に理想的にはエンタ
ルピー一定の状態で昇圧され、海水等の熱源によりハか
ら二の状態に昇温プロセスをたどり、二の状態からイの
状態へとポリトロープ膨脹するが、膨脹タービン等に仕
事をさせて外部に回転エネルギーを取り出すことが出来
るようにされており、この場合、該ランキンサイクルの
イから口の状態への冷却プロセスに供する冷熱を上記カ
スケードサイクルのｄからａへの吸熱プロセスの冷熱を
用いて行うようにする。

ところで、上述第３図に示すランキンサイクルでは作動
流体のガスを初期イの状態から口の状態に冷却した状態
では上述した如く、気液混合状態であり、ガスの混った
流体を在来態様のランキンサイクルにおけると同様にポ
ンプを昇圧することは不可能である。

そこで、この出願の発明においては第４．５．６図に示
す様に、当該ランキンサイクルにおける第４図に示す（
第４図は実質的に第３図と等しいが）気液混在状態の口
の状態での気体分と液体分を分離し液体分については、
第５図に示す様に、口の状態から口′の状態に分離し、
そこで、口１の状態からハ１の状態にポンプにより容易
に昇廊プロセスを得て加圧することが出来、ハ′の状態
から二の状態まで高温水蒸気、海水、工場廃熱等の外部
の熱源、或は、上記カスケードサイクルにおける冷却プ
ロセスでの温熱を用いて昇温プロセスをたどり加熱して
ガス化することが出来るようにする。

一方、口の状態において分離されたガス分については、
第６図に示す様に、口１の状態にあるようにし、これを
コンプレッサー等で単に昇圧した場合には、ポリトロー
プ圧縮させたものを膨脹プロセスでポリトロープ膨脹さ
せるだけで、それ自体無意献であり、ランキンサイクル
の効率向上に全く寄与しないために、第７図に示す様に
、上記液体分の八′から二に移行する上述昇温プロセス
の液体分にホの点で、或いは、そのガス化した部分のホ
′の部分にエジェクターを介して何等、外からエネルギ
ーを与えられることなく混入して昇圧させることが出来
る。

尚、この場合、エジェクタ一部で圧力降下があるためポ
ンプによる昇圧を予め高くしておき、例えば、ハ１の液
に口”のガスを混入してホ１の圧力を得る形態にするの
が現実的である。

尚、該昇温工程において、ホ、或は、ホ′の点は八′、
或は、ハ１の点に一致することは構わない。

この発明ではエジェクターを用いることにより、口１の
低圧ガスを圧縮機によることなく昇圧することが可能で
あり、原理的にはあたかも第３図の口から八に昇圧され
たと同様になり、したがって在来ａｍのランキンサイク
ルに比べ冷却プロセス、昇温プロセスともに小さいエン
タルピー変化量でランキンサイクルが構成される。

発明においては、カスケードサイクルのｄからａの状態
への吸熱プロセスの冷熱をランキンサイクルのイの状態
から口の状態への冷却プロセスに用いており、全体シス
テムの効率はカスケードサイクルとランキンサイクルの
各個の効率あ積になるが、カスケードサイクルにおける
インプット回転エネルギーと冷熱エネルギーの比率はス
鱈Δｉｄａ　／Δｉａｂ で表８詐る、 ここで、例えば、Δｉａｂは状態ａから状態すに至る圧
縮プロセスでのエンタルピー変化量である。

又、ランキンサイクルにおける冷却プロセスでの所要冷
熱エネルギーとアウトプット回転エネルギーの比率は λ′−１Δｉニイ／Δｉイ０１ である。

□したがって、全体システムの効率は λ良λ’−Ａｉｄａ／Δｉａｂ　ｘ　ＩΔｉニイ１／１
Δｉイロ１ となり、発明ではΔｉイロが上述の如く小さくなるため λ×λ′〉１ とすることが可能であり、結果としてインプット回転エ
ネルギーΔｔａｂとアウトプット回転エネル□ギー１Δ
ｉニイ１の比率 １Δｉニイ１／Δｉａｂ＞１ とすることが可能である。

尚、第７図におけるハ１から二にかけてのガス分の、つ
まり、気体分の混入は単一のエジェクターでもよく、又
、複数のエジェクターでも可能であり、又、液体へのガ
ス混入でもガスのみへのガス混入でも、或いは、両者の
気液混合相への混入でも考えられ、又、液体弁の圧力に
ついては単一圧力でも複膜の圧力でも可能であり、この
ようにすることにより、ランキンサイクルの見かけのプ
ロセスは第３．４図においてイ、口、ハ、二、イのクロ
ーズドサイクルをたどるようになり、この場合の全体効
率は λＸλ′〉１、又は、 １、＜ｔニイ１／Δｔａｂ＞ｉ であってインプットエネルギーよりアウトプットエネル
ギーを大きくすることが可能となる。

そこで、この出願の発明の実施例を上述各グラフの符号
を対応させて説明すると、第１図に示す態様において１
はカスケードサイクルであり、２はランキンサイクルで
、両者の配管系はオープンタイプの受液槽３でクロスさ
れており、これらによりエネルギー回収システム４を構
成している。

そして、カスケードサイクル１のガス圧縮プロセスを行
う圧Ｉｉ！機５は前述第２図のカスケードサイクルに沿
ってその駆動モータに外部からのインプット回転エネル
ギーを与えられてａからｂの圧縮工程を行い、圧縮ガス
をしてコンデンサ６に送給し、該コンデンサ６には海水
や工場プラント等の冷却排水やＬＮＧの冷熱等を使用し
所定の冷却工程を行い、Ｃ乃至Ｃ′の状態を得、次いで
、膨脹弁１を介してＣ乃至Ｃ′からｄ乃至ｄ′の膨脹プ
ロセスをたどるようにされ、次いで、ランキンサイクル
２どのクロス部分の受液槽３内に放出され、該受液槽３
のガス分の一部は圧縮機５に戻されて再度圧縮プロセス
に供されるようにされている。

そして、Ｉｉｌ脹弁７から受液槽３に放出された膨脹流
体（液体及びガス）は該受液槽３内にて液体とガス体に
分離し該受液槽３内の液体、及びガス分の残部分はラン
キンサイクル２に供給される。

受液槽３はカスケードサイクル、ランキンサイクル相双
にオープンであるため、両サイクル間の熱の授受は受液
槽３の内部で自然に行われたことになる。

勿論、理論的には一種の熱交換にはなるが、カスケード
サイクルの冷熱は受液槽３の中で前記第３乃至７図のラ
ンキンサイクルに与えられ冷却作用に供されるものであ
る。

そして、受液槽３の中の液体弁８についてはポンプ１０
を介して昇圧され、海水等の冷熱源のヒータ１１．１１
を介して昇温ガス化され、膨脹タービン等の膨脹機１２
に送給されてアウトプット回転エネルギーを伴ってポリ
トロープ膨脹を行い低温低圧のガスになり上記受液槽３
に戻される。

而して、この出願の発明の重要なポイントである受液槽
３の上槽部のガス分９については、一部はカスケードサ
イクルのガス圧縮機５に送られるが残りのガスは上記ポ
ンプ１０から膨脹機１２にかけての昇温プロセスに介装
されている単段、又は、複膜のエジェクター１３．１３
・・・を介して液体弁８（又はガス化された液体部８）
に何等外からエネルギーを与えられることなくガス混入
し昇圧される。　そして、上記ヒータ１１．１１の熱源
は発電所の温排水や水蒸気、工場廃熱等も用いられるが
、第９図に示す如くカスケードサイクルの冷却プロセス
におけるコンデンサの１つ６′をランキンサイクルの昇
温プロセス八１、或は、八１、二の間に共用に介装させ
るようにしてプラントのコンパクト化、熱の有効利用を
図るようにしても良く、当該実施例においてはシステム
全体の熱の有効利用を図ることが出来る。

又、第８．１０図に示す実施例はランキンサイクルにお
ける昇圧プロセスと昇温プロセスをポンプ１０．１０・
・・を複数基設け、その前段にレシーバ１４．１４を設
けるようにした態様であるが上述実施例には変りはない
ものである。

尚、この出願の発明の実施態様は上述各実施例に限るも
のでないことは勿論であり、例えば、受液槽からエジェ
クターに至るガスラインにブロワ−を介装したり、各ラ
インにバフアートラムを介装したり、又、カスケードサ
イクルにおける圧縮機には電力によるモータやガスター
ビン等を用いることも出来る等積々の態様が採用可能で
ある。

〈発明の効果〉 以上この出願の発明によれば、基本的にカスケードサイ
クルと冷却プロセスが気液混合域で終るランキンサイク
ルを組合せたシステムに外部熱エネルギーを投入するこ
とにより、該カスケードサイクルに投入されるインプッ
ト回転エネルギーよりも大きいアウトプット回転エネル
ギーをランキンサイクルより回収することが出来るとい
う優れた効果が奏される。

而して、該カスケードサイクルとランキンサイクルとを
受液槽の流体空間をオープンとして結合することにより
熱交換機等を介装することなく、カスケードサイクルと
ランキンサイクルの熱移動が行えるという効果があり、
システム全体をコン□ バクトにすることが出来る。

而して、ランキンサイクルにおける冷却工程でカスケー
ドサイクルの吸熱プロセスでの冷熱を用いるプロセスに
おいてランキンサイクルの流体を気液混合状態に冷却す
ることにより、エネルギー目数効率を高めるが該気液混
合状態の液体弁をポンプにより昇圧し外部熱エネルギー
等で昇温してガス化させるプロセスでガス分については
、エジェクターで該液体弁の昇圧工程に混入して昇圧さ
せることが出来るという優れた効果があり、これにより
エネルギーの増加分を図ることが出来る。

そして、海水等の実質的に無限な熱源や高温水蒸気、工
場廃熱等があれば、この出願の発明を実現することが出
来る効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面はこの出願の発明の詳細な説明図であり、第１図は
１実施例のシステム図、第２図はカスケードサイクルの
概略グラフ図、第３図はランキンサイクルの概略グラフ
図、第４．５．６因はランキンサイクルにおける作動流
体の気液混合状態のし　　　゛ 冷却プロセスにおける門離説明グラフ図、第７図は液体
弁に対するガス分の混入グラフ図、第８図は多段昇圧ラ
ンキンサイクルの熱態様グラフ図、第９図は他の実施例
のシステム図、第１０図は第８図相当の別の実施例のシ
ステム図である。 １・・・カスケードサイクル、 ａ−ｂ圧縮プロセス、 Ｅ・・・インプットエネルギー、 ４・・・エネルギー回収システム、 ａ、ｄ・・・吸熱プロセス、 ２・・・ランキンサイクル、 ４〜口・・・冷却プロセス、 １３・・・受液槽、　　８・・・液体弁、９・・・ガス
分、　１３・・・エジェクター、二〜イ・・・膨脹プロ
セス 第１図 １フン＼ンブう７１ン 手続補正書（自発） 昭和６准２月２８日 特許庁長官　　宇　買　道　部　　殿 エネルギー回収システム ６、補正により増加する発明の数　　な　　し全文訂正
明細書 １、発明の名称 エネルギー回収システム ２、特許請求の範囲 （１）ガス圧縮プロセスでインプットエネルギーを印加
して得られた圧縮ガスを冷却しその後ジュールトムソン
弁で膨脹員低温低圧ガス化するｂシキンサイクルプロセ
スを用いエネルギーを増大化してこれを回収するシステ
ムにおいて、上記道ランキンサイクルの低温低圧ガスの
吸熱プロセスと別途ランキンサイクルの低温ガス冷却プ
ロセスとを両サイクルにオープンの受液槽でクロスさせ
、該受液槽の液分をランキンサイクルの昇圧プロセス及
ｑ昇温７０セスに供すると共に該受液槽のガス分を該液
分の昇温プロセスにエジェクターを介して混入させ、ラ
ンキジサイクルの膨脹プロセスでエネルギー増加分を得
るようにしたことを特徴とするエネルギー回収システム
。 （２）ガス圧縮プロセスでインプットエネルギーを印加
して得られた圧縮ガスを冷却しその後シュンキンサイク
ルプロセスを用いエネルギーを増大化してこれを回収す
るシステム暢おいて、上記道□ランキンサイクルの低温
低圧ガスの吸熱プロセスと別途う〉′キンサイクルの低
温ガス冷却プロセスとを両サイクルにオープンの受液槽
でクロスさせ、該受液槽の液分を該道之之土之ユヱ２基
の昇圧プロセス及び昇温プロセスに供すると共に該受液
槽のガス分を該液分の昇温プロセスにエジェクターを介
して混入させ、而して咳道之２主之並イ２基の冷却プロ
セスの冷却とランキンサイクルの加熱□プロセスの加熱
とを熱交換させてランキンサイクルの膨脹プロセスでエ
ネルギー増加分を得るよう、・、１．・にしたことを特
徴とするエネルギー回収システム。 ３、発明の詳細な説明 〈産業上の利用分野〉　　　゛ 開示技術は、作動流体の圧縮に用いる投入電力等のイン
プットエネルギーに対しＬＮＧや海水等の冷熱を有効利
用して増大するアウトプットエネルギーによりエネルギ
ー増分を回収するシステム而して、この出願の尭明は、
インプットエネルギーによりアンモニア等のガスを圧縮
する圧縮プロセス、該圧縮ガスを等圧のもとで冷却する
冷却プロセス、ジュールトムソン効果によって等エンタ
ル（−条件下で膨脹し低温低圧ガスを得る膨脹プロセス
、及び、該低温低圧のガス、或いは、液体を等圧のもと
て吸熱裡に昇温する吸熱プロセスよりなる逆ランキンサ
イクルとポンプ等による液体の昇圧プロセス、該液体を
適宜熱源によりガス化する昇温プロセス、該高圧ガスを
ポリトロープ、膨脹させてアウトプットエネルギーを取
り出す膨脹プロセス、及び、膨脹後のガスを冷却し再度
液化する冷却プロセスよりなるランキンサイクルとを組
合せてなるエネルギー回収システムに関する発明であり
、特に、該逆ランキンサイクルの吸熱プロセスの冷熱エ
ネルギーをランキンサイクルの冷却プロセスに用いるよ
うにして、外部熱エネルギーの導入により逆ランキンサ
イクルのインプットエネルギーよりランキンサイクルの
アウトプツトエネルギーを増大させるようにしてエネル
ギーを回収するシステムに関する発明であり、特に、上
記逆ランキンサイクルとランキンサイクルを別途にしな
がらも、逆ランキンサイクルの吸熱プロセスとランキン
サイクルの冷却プロセスを両サイクルにオープンに臨ま
せた受液槽によってクロスさせ、一種の熱交換を行い、
該受液槽にてランキンサイクル側ではその液体弁をポン
プを用いた昇圧プロセス、及び、昇温プロセスに供し、
該受液槽中のガス分については一部を逆ランキンサイク
ルの圧縮工程に送入すると共に残部をエジェクターを介
して前記液体弁の昇温プロセスに混入させるようにし、
更には、設計によってはランキンサイクルプロセスの加
熱プロセスと逆ランキンサイクルの冷却プロセスとを熱
交換器でクロスさせるようにして逆ランキンサイクルの
インプットエネルギーよりもランキンサイクルのアウト
プットエネルギーを増大させるようにしたエネルギー回
収システムに係る発明である。 〈従来技術〉 周知の如く、我が国でのエネルギーの有効利用の態様は
電力等の形式が最も多く、これに用いるエネルギー源と
しては河川等の有限の水力に加えて大量の天然ガス石油
等を用いており、本来的に我が国に潜在的に有している
エネルギー源は少いために、これを補充するべく石油や
ＬＮＧ、ＬＰＧ等を大幅にしている。 そして、これらの輸入に頼るエネルギー源は多くは電力
、都市ガスや産業用ガスに利用されているが、これらの
エネルギーの有効利用率はそれほど高くはないものであ
る。 即ち、例えば、電力について、輸入される石油やＬＮＧ
やＬＰＧ等はタービン等を装備するランキンサイクル中
のボイラーで燃焼され、或は、ガスタービンとでチーム
ランキンサイクルの複合サイクルのガスタービンで燃焼
され、発電機により電気エネルギーに転換されているが
、その際のエネルギー効率はせいぜい４０〜４２％でそ
れほど高くはない。 このような芳しからざるエネルギー利用率のエネルギー
源の輸入に多額の費用をかけている現状としては、その
効率のアップ、即ち、エネルギー利用効率の改良は極め
て重要な問題である。 これに対処するに、石油危機以来、サンシャイン計画等
で石油に代る太陽エネルギーや石炭エネルギーや水素利
用エネルギー等の代替エネルギーが模索されており、又
、ムーンライト計画等では省エネルギー技術がエネルギ
ー利用回収効率向上の手段として多角的に研究されては
いる。 〈発明が解決しようとする問題点〉 さりながら、これらのエネルギー計画や研究は極めて大
掛かりであり、−朝一夕に一挙に解決されることは不可
能であり、極めて長期的な国家的なビジョンやプロジェ
クトが含まれねばならないものであって、目下のエネル
ギ一対策としては直ちに有効に実施され得るものでない
きらいがある。 この出願の発明の目的は上述従来技術に基づく極めて重
要な局面に差しかかっているエネルギーの問題点を解決
すべき技術的課題とし、高温水蒸気や実質的には無尽蔵
に大量にあるところの海水等の熱エネルギー（温熱、冷
熱）を有効利用し、該熱エネルギーを逆ランキンサイク
ルとランキンサイクルよりなるエネルギーシステムに取
り入れ、結果として逆ランキンサイクルにインプットす
る回転エネルギーよりも大きい回転エネルギー用のアウ
トプットエネルギーを大きくしてエネルギーをアウトプ
ットとしてランキンサイクルから回収するようにして資
源産業におけるエネルギー利用分野に益する優れたエネ
ルギー増大化システムを提供せんとするものである。 く問題点を解決するための手段・作用〉上述目的に沿い
先述特許請求の範囲を要旨とするこの出願の発明の構成
は、前述問題点を解決するためにアンニモア、プロパン
、フレオン等のエネルギー回収用のガスを逆ランキンサ
イクルにおいて、まず、低圧状態からガス圧縮機により
圧縮し、次いで、該圧縮ガスを海水等によって冷却液化
して、これを膨脹バルブ（ジュールトムソン弁）を介し
て低圧低温状態の液、及び、ガスにし該低温状態から当
初の圧縮前のガス状態に至る冷熱の値が圧縮エネルギー
より大きくなるように設定し、その際、該低圧低温の液
、及び、ガスをランキンサイクルにオープンに連結され
た受液槽に導きこれによって実質的に逆ランキンサイク
ルの吸熱プロセスと逆ランキンサイクルの冷却サイクル
をクロスさせ、その上で該受液槽液、及び、一部のガス
をポンプ、及び、エジェクターを用いたシステムにより
昇圧し、昇圧の後、又は昇圧の途中でこれをガス化昇湿
した後、該ガスを膨脹タービンに導き低圧低温のガス状
態として受液槽に戻すようにし、結果としてランキンサ
イクルの該膨脹タービンより取り出すアウトプットエネ
ルギー（回転エネルギー）を上記逆ランキンサイクルの
圧縮プロセスで投入するインプットエネルギー（回転エ
ネルギー）よりも大きくするようにしてエネルギーの有
効回収が効率良く行われるようにした技術的手段を講じ
たものである。 〈実施例〉 次にこの出願の発明の実施例を図面に基づいて説明すれ
ば以下の通りである。 まず、この出願の発明の原理態様を第２．３図により説
明すると、両図のグラフは横軸にエンタルピー：を、縦
軸には圧力Ｐをとった逆ランキンサイクル、及び、ラン
キンサイクルであり、第２図の逆ランキンサイクルにお
いて、在来態様同様の冷凍システムに用いるアンモニア
ガスやフレオンガス等を低圧低温状態のａの状態で、例
えば、モータ等にインプットエネルギーの電力を投入し
て所定の圧縮プロセスをたどってｂの状態に昇温加圧し
、次いで、実質的に無限に利用し得る海水等の冷熱によ
り加圧状態で冷却プロセスをたどりｂからＣまで冷却す
る。 この場合、気体と液体の混在するＣの状態でも良いが、
Ｃ′の液化状態にしておくことが相が一定してより好ま
しい状態となる。 そこで、Ｃ１又は、ｃ’の状態からエンタルピー安定の
状態のままで、例えば、適宜の膨脹バルブ等を介してジ
ュールトムソン膨脹をさせてｄｌ又は、ｄ′まで低圧化
すると共に低温化させ液体とガス体の混合体とする そして、このｄｌ又は　ｄ　７の低温低圧状態から等圧
下で初期の圧縮プロセス前のガス状態に吸竺作用を与え
て変化させる。 一方、ランキンサイクルは、在来火力発電等２工ネルギ
ー発生システムに用いられているが、在来のランキンサ
イクルの態！と異なり、この発明のランキンサイクルで
は状態イのガスを冷却プロセスを経て気液混合域の状態
口まで冷却するにとどめる。 即ち、在来態様のランキンサイクルでは第３図の状態イ
のガスを冷却プロ竺スを経て状態口′まで冷却し全量を
液化するが、本発明では状態口までの冷却にとどめ、こ
れにより冷却７０セスに要する冷熱の量を小さクシ、ラ
ンキンサイクルの効率を高めることを可能としている。 第３図に於いてアンモニアガスやフレオンガス等の作動
流体はイの状態から冷熱により冷却されて、口の状態に
至り、次いで口の状態からへの状態に！想的にはエンタ
ルピー一定夕状態で昇圧され、海水等の熱源によりハか
ら二の状態に昇温プロセスをたどり、二の状讐からイの
状態へとボリトロプ膨脹するが、膨脹タービン等に仕事
をさせて外部に回転エネルギーを取り出すことが出来る
ようにされており、こ、の場合、該ランキンサイクルの
イから口の状態へ、の冷却プロセスに供する冷熱を上記
逆ランキンサイクルのｄからａへの吸熱プロセスの冷熱
を用いて行うようにする。 ところで、上述第３図に示すランキンサイクルでは作セ
流体のガスを初、期イの状態から口の状態に冷却した状
態では上述した如く、気液混合状態であり、ガスの混っ
た流体を在来態様のランキンサイクルにおけると同様に
ポンプを昇圧すること！よ不可能りある。 そこで、、この出願の発明においては第４．５．６図に
示す様に、当該ランキンサイクルにおける第４図に示す
（第４図は実質的に第３図と等しいが）気液混在状態の
口の状態での気体分と液体弁を分離し液体弁については
、第５図に示す様に、口の状態から口’（７）状態に分
離し、そこで、口１の状箸から八１の状態にポンプによ
り容易に昇圧プロセスを得て加圧することが出来、ハ′
の状態から二の状態まで高温水蒸気、海水、工場廃熱等
の外部の熱源、或は、上記逆ランキンサイクルにおける
冷却プロセスでの温熱を用いて昇温プロセスをたどり加
熱してガス化することが出来るようにする。 一方、口の状態において分離されたガス分については、
第６図に示す様に、ａｌの状態にあるようにし、これを
コンプレッサー等で単に昇圧した場合には、ポリトロー
プ圧縮させたものを膨脹プロセスでポリトロープ膨脹さ
せるだけで、それ自体無意味であり、ランキンサイクル
の効率向上に全く寄与しないために、第７図に示す様に
、上記液体弁の八″から二に移行する上述昇温プロセス
の液体弁にホの点で、或いは、そのガス化した部分のホ
′の部分にエジェクターを介して何等、外からエネルギ
ーを与えられることなく混入して昇圧させることが出来
る。 尚、この場合、エジェクタ一部で圧力降下があるためポ
ンプによる昇圧を予め高くしておき、例えば、ハ１の液
に口１のガスを混入してホ１の圧力を得る形態にするの
が現実的である。 尚、該昇温工程において、ホ、或は、ホ１の点はハ′、
或は、ハ１の点に一致することは構わない。 この発明ではエジェクターを用いることにより、口″の
低圧ガスを圧縮機によることなく昇圧することが可能で
あり、原理的にはあたかも第３図の口からハに昇圧され
たと同様になり、したがって在来態様のランキンサイク
ルに比べ冷却プロセス、昇温プロセスともに小さいエン
タルピー変化量でランキンサイクルが構成される。 発明においては、逆ランキンサイクルのｄからａの状態
への吸熱プロセスの冷熱をランキンサイクルのイの状態
から口の状態への冷却プロセスに用いており、全体シ哀
テムの効率は逆ランキンサイクルとランキンサイクルの
各個の効率の積になるが、逆ランキンサイクルにおける
インプット回転エネルギーと冷熱エネルギーの比率はλ
＝ａｉｄａ／Δｉａｂ で表される。 ここで、例えば１．ａｉａｂは状態ａから状態すに至る
圧縮プロセスでのエンタルピー変化量である。 又、ランキンサイクルにおける冷却プロセスでの所要冷
熱エネルギーとアウトプット回転エネルギーの比率は λ’＝ｌａｉニイ／Δｉイロ１ である。 したがって、全体システムの効率は λＸλ’　＝ｌ　ｉｄａ　／、６　ｉａｂ　ｘ　ｌΔ１
ニイ（／（２１イロ１ となり、発明ではΔ１イロが上述の如く小さくなるため λＸλ′〉１ とすることが可能であり、結果としてインプット回転エ
ネルギーｄｉａｂとアウトプット回転エネルギー１Δ１
ニイ（の比率 ｌ　、ｄｉ　ニイＩ　／ｄｉａｂ　＞’１とすることが
可能である。 尚、第７図における八′から二にかけてのガス分の、つ
まり、気体分の混入は単一のエジェクターでもよく、又
、複数のエジェクターでも可能であり、又、液体へのガ
ス混入でもガスのみへのガス混入でも、或いは、両者の
気液混合相への混入でも考えられ、又、液体弁の圧力に
ついては単一圧力でも複膜の圧力でも可能であり、この
ようにすることにより、ランキンサイクルの見かけのプ
ロセスは第３．４図においてイ、口、ハ、二、イのクロ
ーズドサイクルをたどるようになり、この場合の全体効
率は λ×λ′〉１、又は、 Ｉｄｉ　ニイＩ／Ｊｉａｂ　＞１ であってインプットエネルギーよりアウトプットエネル
ギーを大きくすることが可能となる。 そこで、この出願の発明の実施例を上述各グラフの符号
を対応させて説明すると、第１図に示す態様において１
は逆ランキンサイクルであり、２はランキンサイクルで
、両者の配管系はオープンタイプの受液槽３でクロスさ
れており、これらによりエネルギー回収システム４を構
成している。　゛そして、逆ランキンサイクル１のガス
圧縮プロセスを行う圧縮機５は前述第２図の逆ランキン
サイクルに沿ってその駆動モータに外部からのインプッ
ト回転エネルギーを与えられてａからｂの圧縮工程を行
い、圧縮ガスをしてコンデンサ６に送給し、該コンデン
サ６には海水や工場プラント等の冷却排水やＬＮＧの冷
熱等を使用し所定の冷却工程を行い、Ｃ乃至Ｃ′の状態
を得、次いで、膨脹弁７を介してＣ乃至Ｃ′からｄ乃至
ｄ′の膨脹プロセスをたどるようにされ、次いで、ラン
キンサイクル２とのクロス部分の受液槽３内に放出され
、該受液槽３のガス分の一部は圧縮機５に戻されて再度
圧縮プロセスに供されるようにされている。 そして、膨脹弁７から受液槽３＆−放出された膨脹流体
く液体及びガス）は該受液槽３内にて液体とガス体に分
離し該受液槽３内の液体、及びガス分の残部分はランキ
ンサイクル２に供給される。 受液槽３は逆ランキンサイクル、ランキンサイクル相双
にオープンであるため、両サイクル間の熱の授受は受液
槽３の内部で自然に行われたことになる。 勿論、理論的には一種の熱交換にはなるが、逆ランキン
サイクルの冷熱は受液槽３の中で前記第３乃至７図のラ
ンキンサイクルに与えられ冷却作用に供されるものであ
る。 そして、受液槽３の中の液体弁８についてはポンプ１０
を介して昇圧され、海水等の冷熱源のヒータ１１．１１
を介して昇温ガス化され、膨脹タービン等の膨脹機１２
に送給されてアウトプット回転エネルギーを−伴ってポ
リトロープ膨脹を行い低温低圧のガスになり上記受液槽
３に戻される。 而して、この出願の発明の重要なポイントである受液槽
３の上槽部のガス分９については、一部は逆ランキンサ
イクルのガス圧縮機５に送られるが残りのガスは上記ポ
ンプ１０から膨脹機１２にかけての昇温プロセスに介装
されている単段、又は、複膜のエジェクター１３．１３
・・・を介して液体弁８（又はガス化された液体部８）
に何等外からエネルギーを与えられることなくガス混入
し昇圧される。 そして、上記ヒータ１１．１１の熱源は発電所の温排水
や水蒸気、工場廃熱等も用いら、れるが、第９図に示す
如く逆ランキンサイクルの冷却プロセスにおけるコンデ
ンサの１つ６′をランキンサイクルの昇温プロセスハ１
、或は、ハ１、二の間に共用に介装させるようにしてプ
ラントのコンパクト化、熱の有効利用を図るようにして
や良く、当該実施例においてはシステム全体の熱の有効
利用を図ることが出来る。 又、第８．１０図に示す実施例はランキンサイクルにお
ける昇圧プロセスと昇温プロセスをポンプ１０．１０・
・・を複数基設け、その前段にレシーバ１４．１４を設
けるようにした態様であるが上述実施例には変りはない
ものである。。 尚、弓の出願の発明の実ｔＭ態様は上述各実施例に限る
ものでないことは勿論であり、例えば、受液槽からエジ
ェクターに至るガスラインにブロワ−を介装したり、各
ラインにバフアートラムを介装したり、又、逆うンキン
サイ？ルにおける圧縮機には電力によるモータヤガスタ
ービン等を用いることも出来る等種名の態様が採用可能
である。 〈発明の効果〉 以上この出願の発明によれば、基本的に逆うン±ンサイ
クルと冷却プロセスが気液混合域で終るランキンサイク
ルを組合せたシステムに外部熱エネルギーを投入するこ
とにより、咳逆ランキンサイクルに投入されるインプッ
ト回転エネルギーよりも大きいアウトプット回転エネル
ギーをランキンサイクルより回収することが出来るとい
う優れた効果が秦される。 而して、該逆ランキンサイクルとランキンサイクルとを
受液槽の流体空間をオープンとして結合することにより
熱交換機等を介装することなく、逆ランキンサイクルと
ランキンサイクルの熱移動が行えるという効果があり、
システム全体をコンパクトにすることが出来る。 而して、ランキンサイクルにおける冷却工程で逆ランキ
ンサイクルの吸熱プロセスでの冷熱を用いるプロセスに
おいてランキンサイクルの流体を気液混合状態に冷却す
ることにより、エネルギー回収効率を高めるが該気液混
合状態の液体弁をポンプにより昇圧し外部熱エネルギー
等で昇温してガス化させるプロセスでガス分については
、エジェクターで該液体弁の昇圧工程に混入して昇圧さ
せることが出来るという優れた効果があり、これにより
エネルギーの増加分を図ることが出来る。 そして、海水等の実質的に無限な熱源や高温水蒸気、工
場廃熱等がおれば、この出願の発明を実現することが出
来る効果がある。 ４、図面の簡単な説明 図面はこの出願の発明の詳細な説明図であり、第１図は
１実施例のシステム図、第２図は逆ランキンサイクルの
概略グラフ図、第３図はランキンサイクルの概略グラフ
図、第４．５．６図はランキンサイクルにおける作動流
体の気液混合状態の冷却プロセスにおける分離説明グラ
フ図、第７図は液体弁に対するガス分の混入グラフ図、
第８図は多段昇圧ランキンサイクルの熱態様グラフ図、
第９図は他の実施例のシステム図、第１０図は第８図相
当の別の実施例のシステム図である。 １・・・逆ランキンサイクル、 ａ〜ｂ圧縮プロセス、 Ｅ・・・インプットエネルギー、 ４・・・エネルギー回収システム、 ａ、ｄ・・・吸熱プロセス、 ２・・・ランキンサイクル、 ４〜口・・・冷却プロセス、 １３・・・受液槽、　　８・・・液体弁、９・・・ガス
分、　１３・・・エジェクター、二〜イ・・・膨脹プロ
セス

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガス圧縮プロセスでインプットエネルギーを印加
   して得られた圧縮ガスを冷却しその後ジュールトムソン
   弁で膨脹し低温低圧ガス化するカスケードサイクルプロ
   セスを用いエネルギーを増大化してこれを回収するシス
   テムにおいて、上記カスケードサイクルの低温低圧ガス
   の吸熱プロセスと別途ランキンサイクルの低温ガス冷却
   プロセスとを両サイクルにオープンの受液槽でクロスさ
   せ、該受液槽の液分をランキンサイクルの昇圧プロセス
   及び昇温プロセスに供すると共に該受液槽のガス分を該
   液分の昇温プロセスにエジェクターを介して混入させ、
   ランキンサイクルの膨脹プロセスでエネルギー増加分を
   得るようにしたことを特徴とするエネルギー回収システ
   ム。
2. （２）ガス圧縮プロセスでインプットエネルギーを印加
   して得られた圧縮ガスを冷却しその後ジュールトムソン
   弁で膨脹し低温低圧ガス化するカスケードサイクルプロ
   セスを用いエネルギーを増大化してこれを回収するシス
   テムにおいて、上記カスケードサイクルの低温低圧ガス
   の吸熱プロセスと別途ランキンサイクルの低温ガス冷却
   プロセスとを両サイクルにオープンの受液槽でクロスさ
   せ、該受液槽の液分を該ランキンサイクルの昇圧プロセ
   ス及び昇温プロセスに供すると共に該受液槽のガス分を
   該液分の昇温プロセスにエジュクターを介して混入させ
   、而して該カスケードサイクルの冷却プロセスの冷却と
   ランキンサイクルの加熱プロセスの加熱とを熱交換させ
   てランキンサイクルの膨脹プロセスでエネルギー増加分
   を得るようにしたことを特徴とするエネルギー回収シス
   テム。