JPS61212611A - Energy conversion system - Google Patents

Energy conversion system

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Publication number
JPS61212611A
JPS61212611A JP5338085A JP5338085A JPS61212611A JP S61212611 A JPS61212611 A JP S61212611A JP 5338085 A JP5338085 A JP 5338085A JP 5338085 A JP5338085 A JP 5338085A JP S61212611 A JPS61212611 A JP S61212611A
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JP
Japan
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fluid
cooling
cycle
rankine cycle
pressure
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Pending
Application number
JP5338085A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Tomita
冨田 勉
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Kawasaki Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS61212611A publication Critical patent/JPS61212611A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K17/00Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant
    • F01K17/005Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant by means of a heat pump

Abstract

PURPOSE:To provide for oneself a considerable part of the enthalpy increase in a Rankine cycle heating caporization process by the heat transfer between a Rankine cycle and the cooling and heating cycles installed outside the Rankine cycle. CONSTITUTION:In cooling and temperature raising cycle, the fluid which flows in a circulation passage is pressurized by a compression pump P-2 and jetted out of the nozzle of a jet pump JP-1. Therefore, the low-pressure gas which recovers heat from the fluid on a Rankine cycle side by a low-pressure heat exchanger E-1 and is heated by a superheater E-5 is inhaled through a conduit connected to the low pressure side, and mixed with the high-pressure liquid jetted out of the nozzle and forms high-pressrue liquid. Since heat is transferred to the Rankine cycle side fluid by high-pressure heat exchangers E-3 and E-2, the input calorific heat of the external energy by a heat exchanger E-4 for temperature rise can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、例えば発電システムの如く、熱エネルギーを
回転又は′電力の形で取出すエネルギー転換システムに
関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to energy conversion systems for extracting thermal energy in the form of rotation or electrical power, such as power generation systems.

従来技術 わが国におけるエネルギー利用形態は電力等の形態が最
も多く、エネルギー源としては原子力、石油天然ガス、
石炭等の火力及び河川、ダム等の水力が用いられている
。しかし、わが国では国産のエネルギー源は需要量に比
してはるかに少ないため、大量の石油やLPGSLNG
及びウラン等を海外から輸入している。これらのエネル
ギー源の多くは電力、都市ガス、産業用燃料に利用され
ている。
Prior Art The most common form of energy use in Japan is electricity, and energy sources include nuclear power, oil and natural gas,
Thermal power, such as coal, and water power, such as rivers and dams, are used. However, in Japan, domestically produced energy sources are far less than the demand, so large amounts of oil and LPGSLNG are used.
Japan also imports uranium, etc. from overseas. Many of these energy sources are used for electricity, city gas, and industrial fuel.

さて、燃料を燃焼させて得られる熱エネルギーから動力
を取出し、さらにこれにより発電機を運転して電気を取
出す、エネルギーの転換においては、石油、石炭、LN
GあるいはLPG等は燃料としてタービンを装備するラ
ンキンサイクルのボイラで燃焼され、あるいはガスター
ビンと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、発生した蒸気等により回転される膨張ター
ビンにより駆動される発電機により電気エネルギーに転
換されている。
Now, in energy conversion, where power is extracted from the thermal energy obtained by burning fuel, and then electricity is generated by operating a generator, oil, coal, LN,
G or LPG is burned as fuel in a Rankine cycle boiler equipped with a turbine, or in a combined cycle gas turbine and Rankine cycle gas turbine, and the generated steam is used to generate electricity driven by an expansion turbine. It is converted into electrical energy by a machine.

こ\で、ランキンサイクルについて簡単に説明する。ど
んな液体でも、圧力とエネルギー状態により液相、気液
混合相、気相の状態になる。第5図は一般的な気体の状
態図の例で、横軸にエンタルピ、たて軸に圧力をとると
、図中の山伏の曲線の左側は液相、右側は気相、曲線で
囲まれた部分は気液混合相である。例えば火力発電所で
石油等の燃料を燃焼して得られる熱エネルギーを電力に
転換する場合は、ボイラを使って上記の熱エネルギーで
水を加熱し、加圧して高温、高圧の蒸気とし、この蒸気
を膨張タービン内で膨張させてタービンを回転させ発電
機を駆動し、電力として取出す。
Here, I will briefly explain the Rankine cycle. Any liquid can be in a liquid phase, a gas-liquid mixed phase, or a gas phase depending on the pressure and energy state. Figure 5 is an example of a general gas phase diagram. If we take enthalpy on the horizontal axis and pressure on the vertical axis, the left side of the Yamabushi curve in the diagram is the liquid phase, and the right side is the gas phase, surrounded by the curve. The remaining part is a gas-liquid mixed phase. For example, when converting thermal energy obtained by burning fuel such as oil into electricity at a thermal power plant, a boiler is used to heat water with the above thermal energy, pressurize it and turn it into high-temperature, high-pressure steam. Steam is expanded in an expansion turbine, which rotates the turbine and drives a generator, which generates electricity.

この場合、エネルギーは水を媒体として転換されるが、
その場合の水の圧力、エンタルピーの状態の変化のサイ
クルを第5図中に画く(これをモリエル線図という。)
。膨張タービンで膨張し、仕事をして■の状態(エンタ
ルピが11、圧力がplの状態、以下同様)になった蒸
気は、復水器で同じ圧力のま\冷却され、■の状態の液
体(水)になる。これを昇圧ポンプによりエンタルピ一
定のま一■の状態迄昇圧し、高圧の水とする。これをボ
イラで等圧下で加熱し、■の気化状態を経て■の状態の
高温、高圧の蒸気とし、これを膨張タービンに導入して
1段又は多段に膨張させて仕事をし、温度、圧力が低下
し、再び■の状態に戻る。
In this case, energy is converted using water as a medium,
The cycle of changes in water pressure and enthalpy in that case is depicted in Figure 5 (this is called a Mollier diagram).
. The steam expands in the expansion turbine, performs work, and reaches the state of ■ (enthalpy is 11, pressure is pl, the same applies hereafter), and is cooled at the same pressure in the condenser and becomes liquid in the state of ■. become (water). The pressure of this water is increased using a boost pump to a state where the enthalpy is constant, creating high-pressure water. This is heated under equal pressure in a boiler, passes through the vaporization state (■), and becomes high-temperature, high-pressure steam in the state (■).This is then introduced into an expansion turbine where it is expanded in one or more stages to do work, and the temperature and pressure are decreases and returns to the state of ■.

このようなサイクルをランキンサイクルと云う。Such a cycle is called a Rankine cycle.

上記のランキンサイクルにおいて、■から■に至る低圧
蒸気の冷却液化工程では、エンタルピを11から12に
減少させるが、その熱量(il−iz)は海水に投棄し
利用されることなく海に捨てられる。一方、■の状態の
高圧の水を■の状態の高温高圧の蒸気にするには、外部
の高温熱源からエンタルピ増分(is  is)に相当
する熱量を与える必要があり、実際の火力発電ではボイ
ラにより燃料の燃焼による熱エネルギーを水に与えてい
る。したがってランキンサイクルのエネルギー効率は、
膨張タービンで取出されるエネルギー   i 5− 
ilとなるが、現実には水から水蒸気に変化する際の蒸
発潜熱が大きいため、(is  is)の値が大きく、
結果としてエネルギー効率ηは低く抑えられる。
In the above Rankine cycle, in the low-pressure steam cooling and liquefaction process from ■ to ■, the enthalpy is reduced from 11 to 12, but the amount of heat (il-iz) is dumped into the sea without being used. . On the other hand, in order to turn high-pressure water in the state of ■ into high-temperature, high-pressure steam in the state of This provides heat energy from the combustion of fuel to the water. Therefore, the energy efficiency of the Rankine cycle is
Energy extracted by expansion turbine i 5-
However, in reality, the latent heat of vaporization when changing from water to steam is large, so the value of (is is) is large,
As a result, the energy efficiency η can be kept low.

このため、(i5−il)を大きくし、これにより効率
ηを高めようとの目的で■の圧力を出来るだけ高くシて
、■のエンタルピを高めめるようにしているが、現状で
は、ポンプやタービンの機械損失や配管の摩擦損失も含
めると、発電システム全体の効率はせいぜい40乃至4
2%程度にしかならない。
For this reason, in order to increase (i5-il) and thereby increase the efficiency η, the pressure of Including the mechanical loss of the turbine and the friction loss of the piping, the efficiency of the entire power generation system is at most 40 to 4.
It only amounts to about 2%.

エネルギー源の輸入に多額の費用を掛けているわが国に
とっては、その効率の向上、換言すれば回収エネルギー
の増大化は極めて重要である。
For Japan, which spends a large amount of money importing energy sources, it is extremely important to improve their efficiency, or in other words, increase the amount of recovered energy.

発明の目的 本発明は、従来のランキンサイクルによる発電システム
等のエネルギー転換システムの上述の問題点にかんがみ
、エネルギー効率の向上が可能であり、かつ従来利用で
きなかった海水等の低温の顕熱エネルギーはもとより、
太陽熱等あるいはより高品質の高温エネルギーに至る各
種の熱エネルギーを回転エネルギー、電気エネルギーに
転換することのできるエネルギー転換システムを提供す
ることを目的とする。
Purpose of the Invention In view of the above-mentioned problems of energy conversion systems such as power generation systems using the conventional Rankine cycle, the present invention makes it possible to improve energy efficiency and utilizes low-temperature sensible heat energy such as seawater, which has not been available in the past. Of course,
The purpose of the present invention is to provide an energy conversion system capable of converting various types of thermal energy, such as solar heat or higher-quality high-temperature energy, into rotational energy and electrical energy.

本発明は、上記の目的を達成させるため、上述のランキ
ンサイクルを使用したエネルギー転換システムにおいて
、上記ランキンサイクル以外に流体を加熱気化、昇圧、
冷却した後ジュールトムソン効果を伴なう等エンタルピ
膨張させる一連の工程を有する冷却・昇圧用サブクルを
設け、上記のランキンサイクルの冷却液化工程でランキ
ンサイクルの流体の熱は低圧熱交換器を介して冷却・昇
温用サイクルの加熱気化工程の流体に回収され、上記ラ
ンキンサイクルの加熱気化工程でランキンサイクルの流
体に上記冷却・昇温用サイクルの冷却工程の流体より高
圧熱交換器を介して熱を与える如く、両サイクルの各部
の間に高圧熱交換器及び低圧熱交換器を設け、これによ
り両すイクル相  ゛□互間の熱の授受を行ない、ラン
キンサイクルの冷却液化工程のエンタルピ変化量(il
−i2)をランキンサイクルの加熱気化工程に供給し、
加熱気化工程のエンタルピ増分(is  is)のかな
りの部分を自給することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides an energy conversion system using the above-mentioned Rankine cycle.
A cooling/boosting subcle is provided that has a series of isenthalpic expansion steps accompanied by the Joule-Thomson effect after cooling, and in the cooling liquefaction step of the Rankine cycle, the heat of the Rankine cycle fluid is transferred through a low-pressure heat exchanger. It is recovered as the fluid in the heating vaporization process of the cooling/temperature raising cycle, and in the heating vaporization process of the Rankine cycle, heat is transferred from the fluid in the cooling process of the cooling/temperature raising cycle to the fluid in the Rankine cycle through a high-pressure heat exchanger. In order to give (il
-i2) is supplied to the heating vaporization process of the Rankine cycle,
It is characterized by self-sufficiency of a considerable part of the enthalpy increment (is) of the heating vaporization process.

もとより、これに加えて、ランキンサイクルの加熱気化
工程には外部熱源から熱エネルギーを与え、所定のエン
タルピi5を確保し、この外部熱エネルギーが膨張ター
ビンを経て回転エネルギーまたは電気エネルギーに転換
される。
In addition to this, thermal energy is supplied from an external heat source to the heating vaporization step of the Rankine cycle to ensure a predetermined enthalpy i5, and this external thermal energy is converted into rotational energy or electrical energy through an expansion turbine.

また、上記高圧熱交換器の冷却・昇温用サイクル側流体
流路の少くとも一部を通過後の位置で、等エンタルピ膨
張工程及び加熱気化工程に至る経路と、流体の一部が流
入する循環ラインに至る経路を分岐し、該循環ラインに
は昇圧ポンプと、該昇圧ポンプにより昇圧された流体に
より作動する流体吸引混合手段を設け、また上記加熱気
化工程を出て気化した流体の流路にスーパーヒータを設
け、該スーパーヒータによりエンタルピ及び温度を一定
値迄上昇された流体が上記流体吸引混合手段により吸引
され、循環ラインを通った流体と混合され、当初の高圧
液状流体として冷却液化工程に吐出するようにしたこと
を特徴とする。
Further, at a position after passing through at least a part of the fluid flow path on the cooling/temperature raising cycle side of the high-pressure heat exchanger, a part of the fluid flows into the path leading to the isenthalpic expansion process and the heating vaporization process. The route leading to the circulation line is branched, and the circulation line is provided with a boost pump and a fluid suction mixing means operated by the fluid pressurized by the boost pump, and a flow path for the vaporized fluid exiting the heating vaporization process. A superheater is provided in the , and the fluid whose enthalpy and temperature have been raised to a certain value by the superheater is sucked by the fluid suction mixing means, mixed with the fluid passing through the circulation line, and then converted into the original high-pressure liquid fluid into the cooling liquefaction process. It is characterized in that it is designed to be discharged.

作用 以下に本発明の作用を図面を用−いて詳細に説明する。action The operation of the present invention will be explained in detail below using the drawings.

第1図は、さきに第5図により説明したランキンサイク
ルの線図と上述の冷却・昇温用サイクルとのモリエル線
図とを説明の便宜上同じ座標上に示したもので、ある。
FIG. 1 shows the Rankine cycle diagram previously explained with reference to FIG. 5 and the Mollier diagram of the above-mentioned cooling/temperature raising cycle on the same coordinates for convenience of explanation.

図中に破線で示す■→■→■→■→■→■の流量qoの
サイクルは前述のランキンサイクルであり、実線と二点
鎖線を用いて示す■→■→◎→■→[F]→[F]→■
は冷却・昇温用サイクルでるる。ランキンサイクルと冷
却・昇温用サイクルの概略系統図を第2図に示す。夫々
のサイクルの流路に沿って記載された■、■、・・・、
■及び■、■、・・・、[F]の符号は第1図のモリエ
ル線図中の符号の状態に対応する位置を示している。
The cycle of flow rate qo of ■→■→■→■→■→■ shown by the broken line in the figure is the aforementioned Rankine cycle, and the cycle of the flow rate qo of ■→■→■→■→■→■ shown by the solid line and the two-dot chain line is →[F]→■
is a cooling/heating cycle. A schematic diagram of the Rankine cycle and the cooling/heating cycle is shown in Figure 2. ■,■,... written along the flow path of each cycle
The symbols (2), (2), (2), . . . , [F] indicate positions corresponding to the states of the symbols in the Mollier diagram of FIG.

冷却・昇温用サイクルの流体は■の状態で高圧高温の液
体であり、■、◎と進む間に冷却され、O→■の間に等
エンタルピ膨張して低圧低温液体及び気体となり、これ
を加熱することにより[F]の状態の低圧気体になる。
The fluid in the cooling/temperature raising cycle is a high-pressure, high-temperature liquid in the state of ■, and as it progresses from ■ to ◎, it is cooled, and between O → ■, it isenthalpically expands to become a low-pressure, low-temperature liquid and gas, which is When heated, it becomes a low-pressure gas in the [F] state.

この気体は外部熱源によりスーパーヒータE−5により
成る程度温度及びエンタルピの高い[F]の状態にされ
た後前述の流体吸収混合手段により循環ラインの流体に
吸収混合されて■の高圧液化状態に戻る。つまり、この
冷却・昇温用サイクルは構成こそ異なるがランキンサイ
クルとは工程が逆である。
This gas is brought to a state of high temperature and enthalpy [F] by the super heater E-5 using an external heat source, and is then absorbed and mixed with the fluid in the circulation line by the above-mentioned fluid absorption and mixing means, resulting in the high-pressure liquefaction state of (2). return. In other words, although the configuration of this cooling/heating cycle is different, the process is reversed from that of the Rankine cycle.

冷却・昇温用サイクルの■→■→Oの冷却工程における
流体の温度TA、TB、Toは、ランキンサイクルの■
→■間の加熱気化工程起点での流体の温度T3より高く
なるようにされており、両方のサイクルのこの工程の流
路の間には高圧熱交換器E−2゜E−5が設けられてい
る。又冷却・昇温用サイクルの■、[F]間の加熱気化
工程における流体の温度Tr、は、ランキンサイクルの
■、■間の冷却液化工程での流体の温度TIよりも低く
なるようにされ、かつ両サイクルのこの工程の流路の間
には低圧熱交換器E−1が設けられている。
The temperatures TA, TB, and To of the fluid in the cooling process of ■→■→O of the cooling/temperature raising cycle are the same as those of the Rankine cycle.
The temperature of the fluid at the starting point of the heating vaporization process between → and ■ is set to be higher than T3, and high-pressure heat exchangers E-2 and E-5 are provided between the flow paths of this process in both cycles. ing. Also, the temperature Tr of the fluid in the heating vaporization step between ■ and [F] of the cooling/temperature raising cycle is set to be lower than the fluid temperature TI in the cooling liquefaction step between ■ and ■ of the Rankine cycle. , and a low pressure heat exchanger E-1 is provided between the flow paths of this step of both cycles.

ランキンサイクルの流路には上記の熱交換器の他、■、
■の間には昇圧ポンプP−1が、■、■の間には外部エ
ネルギーを入熱するための昇温用熱交換器E−4が、■
、■の間には外部に回転仕事を取出すだめの膨張タービ
ンT−1が設けられている。一方、冷却・昇温用サイク
ルの流路には上記の熱交換器及びスーパーヒータE−5
の他に◎、■間に断熱膨張弁(ジュールトムソン弁)J
T−Vが設けられている。さらに2つの高圧熱交換器E
−2,E−3の中間の点から分岐管が設けられ、その分
岐管には昇圧ポンプP−2が設けられている。昇圧ポン
プP−2の流量と前記膨張弁JT−Vの流量を加減する
ことにより、■、■間を流れる流体の流量はqlとql
とに分割され、昇圧ポンプP−2のある分岐管にはql
の流量が流される。昇圧ポンプP−2により■の状態迄
昇圧された流体はジェットポンプJP−1の高圧ノズル
入口に接続され、一方スーパーヒータE−5によりある
程度昇温された流量上の気体は、ジェットポンプJP−
1の高圧ノズル出口を囲繞する室に接続されており、そ
の出口は高圧熱交換器E−3に接続されている。
In addition to the heat exchanger mentioned above, the flow path of the Rankine cycle includes ■,
Between ■, there is a boost pump P-1, between ■ and ■, there is a heating heat exchanger E-4 for inputting external energy;
, (2) is provided with an expansion turbine T-1 for extracting rotational work to the outside. On the other hand, the above-mentioned heat exchanger and super heater E-5 are installed in the flow path of the cooling/heating cycle.
In addition, there is an adiabatic expansion valve (Joule-Thomson valve) between ◎ and ■
TV is provided. Two more high pressure heat exchangers E
A branch pipe is provided from a point between -2 and E-3, and a boost pump P-2 is provided in the branch pipe. By adjusting the flow rate of the boost pump P-2 and the flow rate of the expansion valve JT-V, the flow rate of the fluid flowing between ■ and ■ becomes ql and ql.
The branch pipe with boost pump P-2 has ql
flow rate is flowed. The fluid whose pressure has been increased to the state shown in (2) by the boost pump P-2 is connected to the high-pressure nozzle inlet of the jet pump JP-1, while the gas whose temperature has been raised to some extent by the super heater E-5 is connected to the jet pump JP-1.
1, and the outlet is connected to a high pressure heat exchanger E-3.

このシステムは以上の如く構成されているので、ランキ
ンサイクルの冷却液化工程■、■間では流体の熱は低圧
熱交換器E−1を介して冷却・昇温用サイクルの加熱気
化工程の流体q1に回収され、熱を回収した流体は■を
経て[F]の状態の気体となるが、ジェットポンプJP
−1などの流体吸引混合手段により循環ラインの流体q
2に吸引混合され、その後は冷却工程■、Oの間に高圧
熱交換器E −2、E−3を介して、前記の回収熱をラ
ンキンサイクルの加熱気化工程■、■間の流体に戻すこ
とができるので、昇温用熱交換器E−4による外部エネ
ルギーの入熱量を少くすることができる。
Since this system is configured as described above, the heat of the fluid is transferred between the cooling and liquefaction steps (1) and (2) of the Rankine cycle through the low-pressure heat exchanger E-1 to the fluid q1 of the heating and vaporization step of the cooling/temperature raising cycle. The fluid that has recovered heat passes through ■ and becomes a gas in the [F] state, but the jet pump JP
Fluid q in the circulation line by fluid suction mixing means such as -1.
After that, during the cooling process (■) and O, the recovered heat is returned to the fluid between the heating and vaporizing processes (■) and (2) of the Rankine cycle via high-pressure heat exchangers E-2 and E-3. Therefore, the amount of external energy input by the temperature increasing heat exchanger E-4 can be reduced.

本発明のシステムの冷却・昇温用サイクルでは、高圧熱
交換器E−3とE−2との中間で流量q2の循環ライン
経路と流量q1の膨張及び加熱気化工程の経路が分岐し
ており、該循環ラインの経路の流体q2は昇圧ポンプP
−2により[株]迄昇圧し、ジェットポンプJP−1の
高圧ノズルより噴出させて[F]の状態の低圧気体の流
量q1の流体を吸引し流量q2の高圧液体と混合して■
の状態の高圧液体として冷却工程の開始点のに排出する
ことができる。上記昇圧ポンプの駆動に要するエネルギ
ーは[F]の低圧状態の気体を■と同等の圧力迄昇圧さ
せるために圧縮機を設けたとした場合のその駆動エネル
ギーよりも格段に少なくて済む。しかも、本システムで
は、冷却昇温用サイクルの[F]の状態の低圧気体状流
体はスーパーヒータE−5により加熱されており、エン
タルピ及び温度を若干高く維持することにより、ジェッ
トポンプJP−1での吸引混合後の混合液のエンタルピ
、温度条件を適宜設定することができ、その分、機能設
計上の自由度が増し昇圧ポンプP−2の運転に必要なエ
ネルギーを軽減することができ、経済性設計の柔軟性が
与えられる。
In the cooling/temperature raising cycle of the system of the present invention, the circulation line path with the flow rate q2 and the expansion and heating vaporization process path with the flow rate q1 are branched between the high-pressure heat exchangers E-3 and E-2. , the fluid q2 in the path of the circulation line is a booster pump P
-2, the pressure is increased to [stock], and it is ejected from the high-pressure nozzle of jet pump JP-1 to suck in the fluid with a flow rate of q1 of low-pressure gas in the state of [F], and mix it with the high-pressure liquid with a flow rate of q2.
can be discharged as a high-pressure liquid at the beginning of the cooling process. The energy required to drive the pressure boosting pump is much less than that required in the case where a compressor is provided to boost the pressure of the low-pressure gas [F] to the same pressure as (2). Moreover, in this system, the low-pressure gaseous fluid in the state [F] of the cooling and heating cycle is heated by the superheater E-5, and by maintaining the enthalpy and temperature slightly high, the jet pump JP- The enthalpy and temperature conditions of the mixed liquid after suction mixing can be set appropriately, which increases the degree of freedom in functional design and reduces the energy required to operate the boost pump P-2. Economical design flexibility is provided.

以上の結果、冷却・昇温用サイクルの運転に必要なエネ
ルギーが減少し、システム全体のエネルギー効率を著し
く向上させることができる。
As a result, the energy required to operate the cooling/heating cycle is reduced, and the energy efficiency of the entire system can be significantly improved.

実施例 ランキンサイクル及び冷却・昇温用サイクルを夫々流す
流体は異種の流体でも、同種の流体でもよい。その流体
の種類、使用温度は入熱する外部エネルギーの種類、温
度レベルに応じて適宜選択することができる。例えばラ
ンキンサイクルに使用する流体としてエタンを、冷却・
昇温用サイクルに使用する流体としてエチレンを選んだ
場合は、外部熱源として従来使用できなかった低温熱源
、例えば海水の顕熱や、太陽熱、風力によるジュール熱
等、自然のエネルギーを利用することも可能となる。
Embodiment The fluids flowing through the Rankine cycle and the cooling/temperature raising cycle may be different types of fluids or may be the same type of fluid. The type of fluid and the temperature at which it is used can be appropriately selected depending on the type of external energy input and the temperature level. For example, ethane is used as a fluid in the Rankine cycle to cool and
If ethylene is selected as the fluid used in the heating cycle, it is also possible to use natural energy as an external heat source, such as low-temperature heat sources that could not be used conventionally, such as the sensible heat of seawater, solar heat, and Joule heat from wind power. It becomes possible.

高圧熱交換器E−2,E−5は1つのケーシング内に収
容し、冷却・昇温用サイクル側の流路の途中に分岐管を
設けてもよく、或は単一の熱交換器の中間から分岐して
もよい。
High-pressure heat exchangers E-2 and E-5 may be housed in one casing, and a branch pipe may be provided in the middle of the flow path on the cooling/heating cycle side, or a single heat exchanger may be housed in a branch pipe. It may be branched from the middle.

又、第5図に示す如く、単−又は複数の高圧熱交換器E
−2を通過した後の点Cから流量q2を流す循環路を分
岐するようにしてもは!同様の作用効果が得られる。こ
の場合の冷却・昇温用サイクルのエンタルピー圧力線図
は第4図に実線及び二点鎖線で示す如くなる。
In addition, as shown in FIG. 5, one or more high pressure heat exchangers E
Why not branch the circulation path that flows the flow rate q2 from point C after passing through -2? Similar effects can be obtained. In this case, the enthalpy pressure diagram of the cooling/heating cycle is as shown in FIG. 4 by a solid line and a two-dot chain line.

又、第6図に示す如く、冷却・昇温用サイクルの冷却工
程の途中で等エンタルピ膨張工程及び加熱気化工程に至
る経路を分岐し、冷却工程の終了  “後に循環ライン
を形成してもほぼ同様の作用効果が得られる。
In addition, as shown in Figure 6, the route leading to the isenthalpic expansion step and heating vaporization step is branched in the middle of the cooling step of the cooling/temperature raising cycle, and even if the circulation line is formed after the cooling step is completed, almost no Similar effects can be obtained.

上記の各図に示したシステムの例は、本発明の基本概念
を示すものであって、システム上の付属設備、例えば、
バッファータンク、弁、計器、スタートアップ用設備な
どは記載が省略されている。
The system examples shown in each of the above figures illustrate the basic concept of the present invention, and the attached equipment on the system, for example,
Descriptions of buffer tanks, valves, instruments, start-up equipment, etc. are omitted.

又、本発明は、図面に概念的に示された構成の他、これ
らのシステムを複数組合せたもの、他のエネルギー転換
システムと組合せたものをも含むものである。
In addition to the configuration conceptually shown in the drawings, the present invention also includes combinations of a plurality of these systems and combinations with other energy conversion systems.

効果 以上の如く、本発明によれば、発電システムの如きラン
キンサイクルによるエネルギー転換システムのエネルギ
ー効率を向上させることができるのみならず、従来利用
されなかった各種の外部熱エネルギーの利用が可能にな
るので、石油等の化石燃料の使用量を減少させ、自然環
境のバランスを保全する上にも効果が得られる。
Effects As described above, according to the present invention, not only can the energy efficiency of a Rankine cycle energy conversion system such as a power generation system be improved, but also it is possible to utilize various types of external thermal energy that have not been used conventionally. Therefore, it is possible to reduce the amount of fossil fuels such as oil used and to maintain the balance of the natural environment.

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

第1図は本発明のシステムのエンタルピー圧力線図、第
2図はそのシステムの基本概念を示す系統図、第3図は
本発明の他の実施例の系統図、第4図はそのエンタルピ
ー圧力線図、第5図は公知のランキンサイクルのエンタ
ルピー圧力線図、第6図は本発明の他の実施例のエンタ
ルピー圧力線図である。 ■→■→■→■→■・・・ランキンサイクル0→■→◎
→■→[F]→[F]・・・冷却・昇温用サイクル■→
■、0→O・・・冷却工程 ■→■、D−+E・・・加熱気化工程 T−1・・・膨張タービン E−1・・・低圧熱交換器
E−2,E−3・・・高圧熱交換器(第4図ではE−2
)E−4・・・外部熱源からの入熱手段(第4図ではE
−3)P−1,P−2・・・昇圧ポンプ JP−1・・・ジェットポンプ(流体吸引混合手段)−
→ エンタルピ i 第4図 一啼 エンタルピ i −ゆ−エンタルピ i 第6図 エンタルピ i 昭和60年 6月26日
Fig. 1 is an enthalpy pressure diagram of the system of the present invention, Fig. 2 is a system diagram showing the basic concept of the system, Fig. 3 is a system diagram of another embodiment of the invention, and Fig. 4 is the enthalpy pressure thereof. FIG. 5 is an enthalpy pressure diagram of a known Rankine cycle, and FIG. 6 is an enthalpy pressure diagram of another embodiment of the present invention. ■→■→■→■→■・・・Rankin cycle 0→■→◎
→■→[F]→[F]・・・Cooling/heating cycle■→
■, 0→O... Cooling process ■→■, D-+E... Heating vaporization process T-1... Expansion turbine E-1... Low pressure heat exchanger E-2, E-3...・High pressure heat exchanger (E-2 in Figure 4)
) E-4...Heat input means from an external heat source (E in Figure 4)
-3) P-1, P-2... Boost pump JP-1... Jet pump (fluid suction mixing means) -
→ Enthalpy i Figure 4 Enthalpy i -Yu- Enthalpy i Figure 6 Enthalpy i June 26, 1985

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)流体を冷却液化、昇圧、加熱気化させた後膨張タ
ービンにより仕事を取り出す一連の工程を有するランキ
ンサイクルを使用したエネルギー転換システムにおいて
、上記ランキンサイクル以外に流体を加熱気化、昇圧、
冷却した後等エンタルピ膨張させる一連の工程を有する
冷却・昇圧用サイクルを設け、上記のランキンサイクル
の冷却液化工程でランキンサイクルの流体の熱は低圧熱
交換器を介して冷却・昇温用サイクルの加熱気化工程の
流体に回収され、上記ランキンサイクルの加熱気化工程
でランキンサイクルの流体に上記冷却・昇温用サイクル
の冷却工程の流体より高圧熱交換器を介して熱を与え、
更に昇温用熱交換器を介して外部熱源からの熱エネルギ
ーを与える如く、両サイクルの各部の間に高圧熱交換器
、低圧熱交換器を設け、かつ、ランキンサイクルの流路
に昇温用熱交換器を設け、上記高圧熱交換器の冷却・昇
温用サイクル側流体流路の少くとも一部を通過後の位置
で、等エンタルピ膨張工程及び加熱気化工程に至る経路
と、流体の一部が流入する循環ラインの経路とに分岐し
、該循環ラインには昇圧ポンプと、該昇圧ポンプにより
昇圧された流体により作動する流体吸引混合手段を設け
、上記加熱気化工程を出た流体の流路にスーパーヒータ
を設け、該スーパーヒータによりエンタルピ及び温度を
一定値迄上昇された流体が上記流体吸引混合手段により
吸引され、循環ラインを通つた流体と混合され、当初の
高圧液状流体として冷却工程に吐出するようにしたこと
を特徴とするエネルギー転換装置。
(1) In an energy conversion system using the Rankine cycle, which has a series of steps in which a fluid is cooled and liquefied, pressurized, heated and vaporized, and then work is extracted by an expansion turbine, in addition to the above Rankine cycle, the fluid is heated and vaporized, pressurized, and vaporized.
A cooling/boosting cycle is provided which has a series of steps of isenthalpic expansion after cooling, and the heat of the fluid in the Rankine cycle is transferred to the cooling/temperature-boosting cycle via a low-pressure heat exchanger in the cooling liquefaction process of the Rankine cycle. is recovered in the fluid of the heating vaporization step, and gives heat to the fluid of the Rankine cycle in the heating vaporization step of the Rankine cycle from the fluid of the cooling step of the cooling/temperature raising cycle through a high-pressure heat exchanger;
In addition, a high-pressure heat exchanger and a low-pressure heat exchanger are installed between each part of both cycles to provide heat energy from an external heat source via a temperature-raising heat exchanger, and a temperature-raising heat exchanger is installed in the flow path of the Rankine cycle. A heat exchanger is provided, and at a position after passing through at least a part of the fluid flow path on the cooling/temperature cycle side of the high-pressure heat exchanger, a path leading to the isenthalpic expansion step and a heating vaporization step and a fluid flow path are provided. The circulation line is provided with a pressure pump and a fluid suction mixing means operated by the fluid pressurized by the pressure pump, and the flow of the fluid exiting the heating vaporization process is A super heater is provided in the passage, and the fluid whose enthalpy and temperature have been increased to a certain value by the super heater is sucked by the fluid suction mixing means and mixed with the fluid passing through the circulation line, and is used as the original high-pressure liquid fluid in the cooling process. An energy conversion device characterized in that the energy is discharged into the air.
(2)上記の循環ラインが上記高圧熱交換器の冷却・昇
温用サイクル側流体流路の全体を通過した後の位置で上
記等エンタルピ膨張工程及び加熱気化工程に至る経路か
ら分岐していることを特徴とする特許請求の範囲第1項
に記載のエネルギー転換システム。
(2) The circulation line branches off from the route leading to the isenthalpic expansion step and heating vaporization step at a position after passing through the entire cooling/temperature raising cycle side fluid flow path of the high-pressure heat exchanger. The energy conversion system according to claim 1, characterized in that:
(3)上記のランキンサイクルに使用される流体と、上
記の冷却・昇温用サイクルに使用される流体とが異る種
類の流体であることを特徴とする特許請求の範囲第1又
は第2項に記載のエネルギー転換システム。
(3) The first or second claim characterized in that the fluid used in the Rankine cycle and the fluid used in the cooling/heating cycle are different types of fluids. The energy conversion system described in section.
(4)上記のランキンサイクルに使用される流体と、上
記の冷却・昇温用サイクルに使用される流体とが同種の
流体であることを特徴とする特許請求の範囲第1項又は
第2項に記載のエネルギー転換システム。
(4) Claim 1 or 2, characterized in that the fluid used in the Rankine cycle and the fluid used in the cooling/heating cycle are the same type of fluid. Energy conversion system described in.
(5)上記のランキンサイクル及び冷却・昇温用サイク
ルに使用される流体の使用最高温度が外部熱源の熱エネ
ルギー温度より低いことを特徴とする特許請求の範囲第
1項乃至第4項のいずれか1項に記載のエネルギー転換
システム。
(5) Any one of claims 1 to 4, characterized in that the maximum operating temperature of the fluid used in the Rankine cycle and the cooling/heating cycle is lower than the thermal energy temperature of the external heat source. The energy conversion system according to item 1.
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