JPS6176707A - 排熱回収装置 - 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】 −の１　＼ 本発明は排熱回収装置に関するものであり、更に詳しく
は閉ループ構造を有する排熱回収装置の作動流体の流路
内に存在している不凝縮性ガスを除去し、伝熱性能の低
下ならびに凝縮圧の上昇に起因する排熱回収効率の低下
を防止する排熱回収装置に関するものである。

差米Ω及血 工場等から排出される温排水等を利用する小温度差利用
のランキンサイクルによって動力回収を行い、例えば発
電を行う目的で、従来第２図に示すような排熱回収装置
が用いられている。図中（１）は温排水等の熱源により
作動流体となる例えばフロンを加熱、蒸発させるだめの
蒸発器、（２）は蒸発器（１）内で蒸発したフロン蒸気
によって回転するタービン、（３）はタービン（２）の
出力軸に連結された発電機である。（４）はタービン（
２）から排出されたフロン蒸気を凝縮するための凝縮器
であり、当該凝縮器（４）には系外に設けられた冷水源
から冷却水が供給される。（５）はフロンを蒸発器（１
）、タービン（２）及び凝縮器（４）間でｊ盾環させる
ためのポンプである。

上記排熱回収装置に於いて、熱源となる例えば温排水等
により発電を行うには、温排水を蒸発器（１）に供給す
るのと同時に凝縮器（４）内に冷却水を供給し、この状
態でポンプ（５）を駆動させてフロンを循環させる。す
るとポンプ（５）から吐出され、蒸発器（１）に送られ
た液状のフロンは、蒸発器（１）内で温排水によって加
熱されフロン蒸気となってタービン（２）に送られる。

そしてフロン蒸気によってタービン（２）が回転し、タ
ービン（２）の出力軸に連結された発電機（３）が回転
することにより、発電が行われる。又、タービン（２）
から排出されたフロン蒸気は凝縮器（４）に送られ、凝
縮器（４）に供給されている冷却水によって冷却され、
該凝縮器（４）内で凝縮した後再びポンプ（５）を経て
蒸発器（１）に戻り、上記動作が繰返される。

日　（”しよ゛と　る。占 上記閉ループ構造を有する排熱回収装置は、運転開始に
先立って作動流体、例えばフロンが封入されるが、前記
閉ループ構造内に作動流体と共に不凝縮性ガス、例えば
空気が混入する場合が少なくない。系内に斯かる不凝縮
性ガスが巻込まれていると、凝縮器の伝熱性能の低下の
みならず、凝縮圧の上昇に起因する排熱回収効率の低下
等の障害をも惹起する。

本発明は、在来の排熱回収装置に認められた上記の如き
問題点を解消し得る不凝縮性ガスの排除機能を向上せし
めた排熱回収装置を提供することをその主要な目的とす
るものである。

口　占　　゛　るための 斯かる目的に鑑みて本発明は、容積式膨張機（１２）と
、該容積式膨張機に供給する作動流体を工業用温排水等
の排熱によって蒸発させるための蒸発器（１１）　と、
前記容積式膨張機（１２）から排出された作動流体の蒸
気を凝縮するための第１の凝縮器（１４）と、前記作動
流体を循環させるためのポンプ（２０）、（２２）とに
よって構成せられた排熱回収装置に於いて、前記第１の
凝縮器（１４）に、液化した作動流体と該作動流体中に
巻込まれた不凝縮性ガスとを分離するための第２の凝縮
器（１７）ならびに作動流体の貯槽（１８）を接続する
と共に、該作動流体の貯槽（１８）の上部と前記第２の
凝縮器（１７）の不凝縮性ガスの出口（１９）とを、不
凝縮性ガス排出用の連通管（１０）によって接続した排
熱回収装置を要旨とするものである。

１五透 第１図は本発明装置の全体構造を例示するブロック線図
である。

図中（１１）は工業用温排水等の熱源によって作動流体
、例えばフロンを加熱、蒸発させるための蒸発器、（１
３）は容積式膨張機たるスクリュ一式エキスパンダー（
１２）に供給する潤滑油を蒸発器（１１）内で蒸発した
フロン蒸気の温度よりも高温に加熱するための小温度差
熱交換器たるプレート式熱交換器であり、該プレート式
熱交換器（１３）の熱源には、図示する如（蒸発器（１
１）に供給するのと同一の熱源を用いてもよいし、又、
他の熱源を用いてもよい。（１２）は蒸発器（１１）内
で蒸発したフロン蒸気と、プレート式熱交換機（１３）
内でフロン蒸気よりも高温に加熱された潤滑油とが供給
されるスクリュ一式エキスパンダーである。尚、本実施
例に於いては、容積式膨張機（１２）としてスクリュ一
式エキスパンダーが使用されているが、本発明に於いて
はこのほかレシプロ式エキスパンダー等、公知の任意の
容積式膨張器を使用することができる。又、作動流体と
しては上記フロンのほか、ブタン、アンモニヤあるいは
アルコール等の低沸点を有する流体を使用することがで
きる。然しなから、以下の記述に於いては理解を容易に
するため、スクリュ一式エキスパンダー、プレート式熱
交換器ならびにフロンを使用した実施例について説明を
進める。スクリュ一式エキスパンダーは、図示しない吸
入孔および吐出孔を有するケース本体内に回転自在に軸
支されたスクリュー状の雄ロータと雌ロータとによって
構成されており、該雄ロータと雌ロータとは両軸が平行
となり、且つ両者が噛み合って回転するようにケース本
体内に配置されている。又、雄ロータと雌ロータの噛合
いによって両者間に形成される歯形空間は両者が回転し
、噛合い点が吸入側から吐出側へ移動するのに従って容
量が増大するように、両ロータの歯形形状が設定されて
いる。又、ケース本体の吸入孔および吐出孔は、雄ロー
タおよび雌ロータの端面に開口するように配設されてお
り、雄ロータおよび雌ロータの外周はケース本体の内壁
面によって囲繞されている。従って、スクリュ一式エキ
スパンダー（１２）の吸入孔内に流入したフロン蒸気は
、雌ロータと雄ロータとの間に形成された歯形空間内に
流入し、雌ロータおよび雄ロータを回転させ、歯形空間
内で膨張した後、吐出孔から排出され、この間に発電機
（１５）を回転し動力回収を行う。又、吸入孔の任意の
位置には、上記プレート式熱交換器（１３）から吐出す
る、フロン蒸気よりも高温に加熱された潤滑油を前記ス
クリュ一式エキスパンダー（１２）のケース本体内に噴
出するためのノズル（図示せず）が設けられている。潤
滑油は、雄雌ロータの潤滑と各部のシール作用を行うの
と同時に、吸入孔からケース本体内に供給されるフロン
蒸気と直接接触することにより、フロン蒸気をスーパー
ヒートさせるものである。一方、プレート式熱交換器（
１３）で代表される小温度差熱交換器は、工業用温排水
等の熱源の入口温度近くまで潤滑油の温度を上昇させる
ことにより、他の熱源を利用することなく排熱回収装置
に再熱サイクルを形成することができる。また（１５）
は、スクリュ一式エキスパンダー（１２）の出力軸に連
結された発電機、（１６）は、スクリュ一式エキスパン
ダー（１２）の吐出孔から排出されるフロン蒸気と潤滑
油とを分離するための油分＠器、（１４）は、油分離器
（１６）によって分離されたフロン蒸気を凝縮するため
の第１の凝縮器であり、内部には図示する如く系外から
冷却水が供給される。（２０）は第１の凝縮器（１４）
で凝縮された液状のフロンを貯槽（１８）へ供給するた
めの第１のポンプであり、（２１）は、潤滑油をプレー
ト式熱交換器（１３）　、スクリュ一式エキスパンダー
（１２）および油分離器（１６）間で循環させるための
第２のポンプである。又、（２３）は、工業用温排水を
蒸発器（１１）とプレート式熱交換器（１３）に供給す
るための第３のポンプであり、更に（２４）は、前記第
１の凝縮器（１４）ならびに後記第２の凝縮器（１７）
に冷却水を供給するための第４のポンプであり、更に作
動流体の貯槽（１８）と蒸発器（１１）との間には、作
動流体、例えば液化したフロンの供給用ポンプ（２２）
が組込まれている。

本発明装置に於いては、上記第１の凝縮器（１４）に、
凝縮されて液化したフロンと、フロン蒸気中に巻込まれ
た不凝縮性ガス、例えば空気とを分離するための第２の
凝縮器（１７）ならびに凝縮され液状となったフロンの
貯槽（１８）を接続すると共に、該貯槽の上部と前記第
２の凝縮器（１７）の不凝縮性ガスの出口（１９）との
間を、不凝縮性ガス排出用の連通管（１０）によって接
続している。一方、第２の凝縮器（１７）の底部と貯槽
（１８）との間には、液状に凝縮されたフロンを還流さ
せるための第２の管路（２５）が設けられており、又、
前記第１の凝縮器と第１のポンプ（２０）との中間から
は、前記第２の凝縮器（１７）に向かって不凝縮性ガス
を巻込んだフロン蒸気を還流させるための第１の管路（
２６）が分岐している。

以下、本発明装置の運転要領を説明する。本発明に係る
排熱回収装置によって発電を行うには、ポンプ（２３）
を起動して熱源となる例えば温排水を蒸発器（１１）お
よびプレート式熱交換器（１３）に供給し、これと同時
にポンプ（２４）を起動して第１の凝縮器（１４）なら
びに第２の凝縮器（１７）に冷却水を供給する。この状
態でポンプ（２０）、（２１）ならびに（２２）を駆動
し、フロンおよび潤滑油を排熱回収装置内に循環させる
。すると、ポンプ（２２）から吐出され、蒸発器（１１
）に送られた液体状のフロンは、蒸発器（１１）内で温
排水との熱交換によって加熱され、フロン蒸気となって
スクリュ一式エキスパンダー（１２）内に流入する。一
方、ポンプ（２１）から吐出され、プレート式熱交換器
（１３）に送られた潤滑油も、該プレート式熱交換器内
に供給された前記温排水によって、上述のフロン蒸気よ
りも高温に加熱され、この状態でスクリュ一式エキスパ
ンダー（１２）の図示しない吸入孔に設置されたノズル
に供給され、該ノズルの先端から前記吸入孔内に噴射さ
れる。斯くして、スクリュ一式エキスパンダー（１２）
の吸入孔に供給されたフロン蒸気は、該フロン蒸気より
も高温に加熱された潤滑油と直接接触し、スーパーヒー
トされた後、前記スクリュ一式エキスパンダー（１２）
の図示しない雄ロータと雌ロータとの噛合いによって両
者間に生じる歯形空間内に潤滑油と共に流入する。歯形
空間内でフロン蒸気が膨張することにより、前記雄ロー
タと雌ロータとを回転させた後、フロン蒸気と潤滑油は
スクリュ一式エキスパンダー（１２）の吐出孔から油分
離器（１６）内へ流入する。前記スクリュ一式エキスパ
ンダー（１２）の雄ロータと雌ロータとが回転すると、
該スクリュ一式エキスパンダー（１２）の出力軸に連結
された発電機（１５）も回転するため、発電が行われる
。又、油分離器（１６）内に流入したフロン蒸気と潤滑
油は、該油分離器内で分離され、フロン蒸気は第１の凝
縮器（１４）に送られ冷却水によって冷却され、フロン
液となった後、ポンプ（２０）を通って貯槽（１８）に
送られ、更にポンプ（２２）を通って蒸発器（１１）に
還流する。又、油分離器（１６）から排出された潤滑油
は、ポンプ（２１）を通って再びプレート式熱交換器（
１３）に送られる。上記動作を連続的に繰返すことによ
り、工業用温排水等の熱源から動力の回収が行われる。

ところで、上記排熱回収装置を構成する閉ループ中に作
動流体、例えばフロンと一緒に不凝縮性ガス、例えば空
気が混入していると、凝縮器の伝熱性能が低下するだけ
でな（、凝縮圧の上昇に起因する排熱回収効率の低下等
の障害が発生する。本発明は、斯かる障害の回避手段と
して、第１の凝縮器（１４）に、該第１の凝縮器によっ
て液化したフロンと、該液化フロン中に巻込まれた不凝
縮性ガス、例えば空気とを分離し、該不凝縮性ガスを閉
ループ外に排出するための第２の凝縮器（１７）と、該
第２の凝縮器に接続されたフロン貯槽（１８）とを接続
している。以下、斯かる構造を有する不凝縮性ガス排出
装置の操作要領を説明する。

第１の凝縮器（１４）に送込まれた作動流体、例えばフ
ロンは冷却水によって冷却され、凝縮した状態で該第１
の凝縮器から吐出され、分岐点（２８）に於いて、不凝
縮性ガスを含まない液化したフロンと、不凝縮性のガス
、例えば空気の気泡を巻込んだ充分に凝縮されていない
フロン蒸気とに分離される。前者はポンプ（２０）を通
ってフロン貯槽（１８）内に直接送り込まれ、一方、後
者、つまり不凝縮性ガスを巻込んだフロン蒸気は、前記
第１の還流用管路（２６）ならびに第２の凝縮器（１７
）を通ってフロン貯槽（１８）内に送り込まれる。この
ようにしてフロン貯槽（１８）内に送り込まれた不凝縮
性ガスならびに未凝縮のフロン蒸気は、フロン液中を浮
上してフロン貯槽（１８）の上部空間に到達し、連通管
（１０）を通って第２の凝縮器（１７）の不凝縮性ガス
の出口（１９）から第２の凝縮器（１７）内に流入する
。第２の凝縮器は、ポンプ（２４）を介して供給された
低温の冷却水の導入機構を備えているから、第２の凝縮
器（１７）内に流入した未凝縮のフロン蒸気は、前記冷
却水との熱交換作用によって凝縮し該凝縮器内に溜り、
前記フロン還流用の第２の管路（２５）を通ってフロン
貯槽（１８）内に還流する。又、フロン蒸気から分離さ
れた不凝縮性ガスは、第２の凝縮器（１７）の頂部に設
けられた排気弁（２７）から閉ループ外に排出される。

斯くして、排熱回収装置に作動流体を封入し閉ループ方
式の再熱サイクル回路を形成する際に、作動流体中に巻
込まれている不凝縮性ガスは、該排熱回収装置の運転開
始と共に自動的に閉ループ外に排出される。

光尻勿立来 以上の説明から理解し得る如く、本発明に於いては不凝
縮性ガスを作動流体と分離するための第２の凝縮器を設
け、該第２の凝縮器に低温の冷却水を供給し、該凝縮器
内に閉ループシステム中量も圧力の低い部分を作ること
によって、作動流体を凝縮させ、且つ不凝縮性ガスの濃
度を高めて系外へ排出することができる。従って、凝縮
圧力が比較的低い状態下で良好な動力回収効率を取得す
ることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明装置の全体構造を例示するブロック線図
であり、第２図は在来の排熱回収装置の説明図である。 （１２）　−容積式膨張機、（１１）　−蒸発器、（１
４）−・−第１の凝縮器、（２０）、（２２）　−ポン
プ、（１７）　−第２の凝縮器、（１Ｂ）　−作動流体
の貯槽、（１９）　−不荷縮性ガスの出口、（１０）一
連通管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）容積式膨張機と、該容積式膨張機に供給する作動
   流体を排熱によって蒸発させるための蒸発器と、前記容
   積式膨張機から排出された作動流体の蒸気を凝縮するた
   めの第１の凝縮器と、前記作動流体を循環させるための
   ポンプとによって構成せられた排熱回収装置に於いて、
   前記第１の凝縮器に、液化した作動流体と該作動流体中
   に巻込まれた不凝縮性ガスとを分離するための第２の凝
   縮器ならびに作動流体の貯槽を接続すると共に、該作動
   流体の貯槽上部と前記第２の凝縮器の不凝縮性ガスの出
   口とを、不凝縮性ガス排出用の連通管によって接続した
   ことを特徴とする排熱回収装置。