JPS622128B2 - - Google Patents

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JPS622128B2
JPS622128B2 JP5019881A JP5019881A JPS622128B2 JP S622128 B2 JPS622128 B2 JP S622128B2 JP 5019881 A JP5019881 A JP 5019881A JP 5019881 A JP5019881 A JP 5019881A JP S622128 B2 JPS622128 B2 JP S622128B2
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hot water
turbine
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fluorocarbon
heat
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JP5019881A
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Sadao Sato
Masaaki Butani
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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    • 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
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled

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  • 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)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、製鉄所、セメント工場等の排熱や、
地熱等のような比較的低温の熱源から動力を回収
するための方法に係り、特に熱水タービン工程と
フロンタービン工程とを組み合わせ、その相乗効
果として熱回収効率の向上、装置の小型化等を図
り、低温熱源の有効な利用を促進するものであ
る。
[Detailed Description of the Invention] The present invention provides waste heat from steel plants, cement factories, etc.
It relates to a method for recovering power from relatively low-temperature heat sources such as geothermal heat, and in particular combines a hydrothermal turbine process and a fluorocarbon turbine process, resulting in synergistic effects such as improved heat recovery efficiency and miniaturization of equipment. This aims to promote the effective use of low-temperature heat sources.

従来、製鉄所の排熱等のように200℃〜350℃程
度の低温熱源から熱を回収して動力を得る方法と
して、熱水タービンによる方法と、フロンやイソ
ブタン、トルエン等の低エンタルピー熱媒体を使
つた有機媒体タービンによる方法とがある。
Conventionally, the methods for obtaining power by recovering heat from low-temperature heat sources of around 200℃ to 350℃, such as waste heat from steel plants, have been based on methods using hydrothermal turbines and low-enthalpy heat media such as chlorofluorocarbons, isobutane, and toluene. There is a method using an organic media turbine using .

前者の熱水タービンとは、水を加圧下で加熱し
て得た熱水によつてタービンを駆動するもので、
熱水のフラツシユによつて生じた蒸気と熱水とを
同時に翼列に導く二相流タービンである。熱水タ
ービンを用いる理由は、熱水による顕熱交換の方
が蒸発過程を含む潜熱交換より熱回収率が高いこ
とによる。即ち潜熱交換による場合は、温度と熱
量との関係を示す第1図に明らかなように、熱交
換器内の熱源の温度は入口温度T1から出口温度
T2までほぼ直線的に下降する。一方作動流体で
ある水は、入口において液状で温度t1である。こ
れが予熱されて飽和温度tpに達すると蒸発し始
め、潜熱を吸収する。熱源の温度曲線L1と、水
の温度曲線L2との温度差は飽和温度tの点で最
少Δtとなる。このような点をピンチポイントと
呼ぶ。従つてピンチポイントにおける両者の温度
差(T−t=Δt)が最小温度差である。この最
小温度差を確保するためには、排熱源の熱交換器
出口温度T2と水の熱交換器入口温度T1との温度
差(アプローチ)は大きくなり、前者の温度を低
くするには制約が生じる。その結果多くの熱量を
利用できずに捨てることになつてしまう。このよ
うに潜熱交換工程を用いることは、低温熱源から
動力を回収する場合には不利である。上記の理由
から、水を蒸発しない程度まで加圧して熱源から
熱を吸収して得た熱水を作動流体として用いる熱
水タービンが有利である。熱水の加熱過程な顕熱
交換であるから、第2図に示すように熱源の温度
L1と熱水の温度L2の熱量特性はほぼ平行とな
る。
The former type of hydrothermal turbine is a turbine that is driven by hot water obtained by heating water under pressure.
This is a two-phase flow turbine that simultaneously introduces steam and hot water generated by flashing hot water to the blade rows. The reason for using a hydrothermal turbine is that sensible heat exchange using hot water has a higher heat recovery rate than latent heat exchange including an evaporation process. In other words, in the case of latent heat exchange, the temperature of the heat source in the heat exchanger varies from the inlet temperature T1 to the outlet temperature, as shown in Figure 1, which shows the relationship between temperature and heat amount.
Descend almost linearly to T 2 . On the other hand, water, which is a working fluid, is in a liquid state at a temperature of t 1 at the inlet. When it is preheated and reaches the saturation temperature tp , it begins to evaporate and absorbs latent heat. The temperature difference between the temperature curve L 1 of the heat source and the temperature curve L 2 of the water becomes the minimum Δt at the saturation temperature t. Such points are called pinch points. Therefore, the temperature difference between the two at the pinch point (T-t=Δt) is the minimum temperature difference. In order to ensure this minimum temperature difference, the temperature difference (approach) between the heat exchanger outlet temperature T 2 of the waste heat source and the heat exchanger inlet temperature T 1 of the water must be large, and in order to lower the former temperature Restrictions arise. As a result, a large amount of heat ends up being wasted without being able to be used. Using a latent heat exchange process in this manner is disadvantageous when recovering power from a low temperature heat source. For the above reasons, it is advantageous to use hot water turbines that use as working fluid hot water obtained by absorbing heat from a heat source by pressurizing the water to an extent that it does not evaporate. Since this is a sensible heat exchange during the heating process of hot water, the temperature of the heat source changes as shown in Figure 2.
The calorific properties of L 1 and hot water temperature L 2 are almost parallel.

従つて熱水の入口温度t3を必要に応じて下げて
やれば、熱源の出口温度T4もこれに応じて下が
るため、低温熱源の熱を有効に利用できる。換言
すれば、蒸気タービンにおける作動流体の蒸発器
内でのピンチポイント温度差による回収熱量の制
約がない為、低温熱源の顕熱交換器出口温度と、
加圧冷水の同交換器入口温度との温度差(アプロ
ーチ)を小さくでき、前者の熱を低い温度迄回収
し得るため、回収熱量が大となる。又上記顕熱交
換器は蒸発相がないので、例えば気液分離ドラム
や降水管等の液再循環部が不要となり、構造、取
扱が簡単、安価となる。更に熱を高温の液体で輸
送するので、配管口径が小さくでき、特に分散熱
源等の場合に有利である。しかし反面、熱水ター
ビンは前記の如く二相流タービンであるから、液
滴がタービン翼に付着する等の理由により、単相
流タービンと同等の効率を得ることが難しい。
Therefore, if the inlet temperature t 3 of the hot water is lowered as necessary, the outlet temperature T 4 of the heat source is also lowered accordingly, so that the heat of the low-temperature heat source can be used effectively. In other words, since there is no restriction on the amount of heat recovered due to the pinch point temperature difference in the evaporator of the working fluid in the steam turbine, the sensible heat exchanger outlet temperature of the low-temperature heat source and
The temperature difference (approach) between pressurized cold water and the inlet temperature of the exchanger can be reduced, and the heat of the former can be recovered to a low temperature, resulting in a large amount of recovered heat. Furthermore, since the sensible heat exchanger does not have an evaporation phase, a liquid recirculation section such as a gas-liquid separation drum or a downcomer pipe is not required, making the structure and handling simple and inexpensive. Furthermore, since heat is transported using high-temperature liquid, the diameter of the piping can be made small, which is particularly advantageous for distributed heat sources. However, on the other hand, since the hot water turbine is a two-phase flow turbine as described above, it is difficult to obtain efficiency equivalent to that of a single-phase flow turbine due to reasons such as droplets adhering to the turbine blades.

他方、フロン−11やフロン−114を始めとする
一連のハロゲン系炭化水素化合物を作動媒体とす
る有機媒体タービンは150℃〜100℃程度の低温で
使用する限りにおいて、高いサイクル効率、ター
ビン効率を得ることができる。特に有機媒体とし
てフロン−11やフロン−114等を用いた場合は、
無毒性、不燃性等の安全性の面から、他のトルエ
ン、ピリジン、フロリノール等の有機媒体を用い
た場合より有利である。しかしフロンの場合にも
長所ばかりでなく、350℃〜200℃程度の排熱源に
適用する場合は、熱分解温度が高々140℃程度以
下であるため、サイクル最高温度をそれ以上に出
来ず、サイクル効率も限定され適切な使用が困難
である。又前記の如く、蒸発器におけるピンチポ
イント温度差の制約によつて回収熱量は、熱水回
収による場合より減少する。更に、分散熱源等か
らの熱を集中化して、単一大容量タービンによる
スケールメリツトを期待する場合、熱の輸送配管
が長くなり、蒸気輸送のため配管口径が大とな
る。又その配管内への媒体充填量が多く、媒体コ
ストが過重となる。
On the other hand, organic media turbines that use a series of halogenated hydrocarbon compounds such as Freon-11 and Freon-114 as working media have high cycle efficiency and turbine efficiency as long as they are used at low temperatures of about 150℃ to 100℃. Obtainable. Especially when using Freon-11 or Freon-114 as the organic medium,
It is more advantageous than other organic media such as toluene, pyridine, and florinol in terms of safety such as non-toxicity and nonflammability. However, in the case of fluorocarbons, there are not only advantages; when applied to waste heat sources of about 350℃ to 200℃, the thermal decomposition temperature is at most about 140℃ or less, so the maximum cycle temperature cannot be higher than that, and the cycle It also has limited efficiency and is difficult to use properly. Also, as mentioned above, due to the pinch point temperature differential constraint in the evaporator, the amount of heat recovered is less than with hot water recovery. Furthermore, if heat from a distributed heat source or the like is concentrated and economies of scale are expected from a single large-capacity turbine, the heat transport piping becomes long and the pipe diameter becomes large for steam transport. Moreover, the amount of medium filled into the pipe is large, resulting in excessive medium costs.

従つて本発明の第1の目的は、熱水タービンと
フロンタービンの有利に使用できる温度範囲が異
る点に着目し、両者を一定条件下で有機的に組み
合わせ、従来いずれか一方の単独システムでは適
用困難であつた温度領域まで効果的に活用し得、
且つ全体としてのサイクル効率の向上及び回収熱
量の増大を図ることにある。
Therefore, the first object of the present invention is to focus on the fact that the temperature ranges in which a hydrothermal turbine and a fluorocarbon turbine can be advantageously used are different, and to organically combine the two under certain conditions, thereby eliminating the conventional system of either one alone. It can be effectively used in temperature ranges that were difficult to apply in the past.
Another purpose is to improve the overall cycle efficiency and increase the amount of recovered heat.

即ち、熱水タービンの背圧を大気圧を若干超え
る程度とすると、排出される熱水及び飽和蒸気の
温度は、背圧に対応した飽和温度となり、例えば
大気圧にて100℃、6気圧にて160℃の低温度とな
る。フロンタービンサイクルはこの程度の温度範
囲で最もサイクル効率が高くなり、且つ、熱分解
を生じる危険なく安定して使用できる。
In other words, if the back pressure of the hydrothermal turbine is set to slightly exceed atmospheric pressure, the temperature of the discharged hot water and saturated steam will be the saturation temperature corresponding to the back pressure, for example, 100°C and 6 atm at atmospheric pressure. The temperature is as low as 160℃. The front turbine cycle has the highest cycle efficiency in this temperature range, and can be used stably without the risk of thermal decomposition.

従つて、本発明はこの熱水タービンの排出熱水
及び飽和蒸気を熱源とするように、フロンタービ
ンを組み合わせることによつて上記目的を達成す
る。又熱水タービンのみで高真空まで減圧するこ
とは、前記したように液滴のタービン翼への付着
によりタービン効率の低下を招く。そこで熱水タ
ービンを背圧式にしてタービン出口の熱水温度を
上げ、熱水タービンの効率を向上させることが考
えられる。事実、実験によれば、第5図に示す如
く、熱水タービンを背圧式にして、出口温度を高
めていくと、タービン効率が向上することが認め
られた。ここにDは液滴の径である。この理由は
次の通りである。
Therefore, the present invention achieves the above object by combining a fluorocarbon turbine so that the hot water and saturated steam discharged from the hot water turbine are used as heat sources. Further, reducing the pressure to a high vacuum using only a hot water turbine causes droplets to adhere to the turbine blades, resulting in a decrease in turbine efficiency, as described above. Therefore, it is possible to improve the efficiency of the hot water turbine by making the hot water turbine a back pressure type and increasing the temperature of the hot water at the turbine outlet. In fact, experiments have shown that, as shown in FIG. 5, when a hot water turbine is of a back pressure type and the outlet temperature is increased, the turbine efficiency is improved. Here, D is the diameter of the droplet. The reason for this is as follows.

即ち熱水タービンは二相流タービンであり、タ
ービン翼列には、蒸気と液滴の混在した状態で、
進入する。蒸気はタービン羽根に沿つて流れ効率
よく羽根に運動量を与えるのが、液滴は質量が大
なる為、その慣性力により、羽根に沿つて曲がら
ず、そのまま羽根に付着してしまう。これはター
ビン背圧が低い場合に特に著るしい傾向である
が、背圧を上げるに従つて蒸気密度が大となり、
液滴の形状抵抗が増大し、蒸気流れに液滴が追従
する傾向が増し、タービン翼に付着せず通り抜け
る液滴数が多くなり、それらが効率良く羽根に運
動量を与えるためであると考えられる。
In other words, a hydrothermal turbine is a two-phase flow turbine, and the turbine blade row contains a mixture of steam and liquid droplets.
enter in. Steam flows along the turbine blades and efficiently imparts momentum to the blades, but since the droplets have a large mass, their inertia force causes them to stick to the blades instead of bending along the blades. This is a particularly noticeable tendency when the turbine back pressure is low, but as the back pressure increases, the steam density increases,
This is thought to be because the shape resistance of the droplets increases, the tendency of the droplets to follow the steam flow increases, and the number of droplets that pass through without adhering to the turbine blades increases, allowing them to efficiently impart momentum to the blades. .

第6図はこの情況を示している。しかし背圧熱
水タービンは、熱水の有する可利用仕事(等エン
トロピ変化に於けるエンタルピ変化量)を部分的
にしか利用しない。例えば、250℃の高圧熱水を
0.075at迄膨張する場合と、6at迄膨張する場合と
可利用仕事量を比較すると、夫々54対11であり、
6atの背圧をかけた場合は、高真空まで膨張させ
た場合の約5分の1しか仕事をしていないことに
なり、5分の4の熱量は捨てていることになる。
そこでこの5分の4の熱量をいかに有効に利用す
るかが問題である。このような観点から従来、第
3図に示すように、背圧熱水タービンAからの排
気を気水分離器Bに導入して蒸気と熱水とに分
け、熱水を多段フラツシヤCに導入して得られた
蒸気Dと、上記気水分離器で直接得られた蒸気E
とによつてフラツシユ蒸気タービンFを駆動して
発電を行う方法がある。この場合、背圧熱水ター
ビンAで利用できなかつた熱量を用いるものであ
るが、フラツシユ蒸気タービンFは、蒸気中の湿
り成分によつてタービン効率は75%程度しか期待
できない。又多段フラツシヤCの出口Gにおける
水の温度は28℃程度であり復水器Hからの水Iと
合流させても、熱水を発生させる熱交換器Jの入
口Kの温度t3は、せいぜい60〜70℃程度までしか
冷やすことができない。従つて、第2図に示した
顕熱効換による熱源の出口温度もあまり低くでき
ず、低温熱源からの熱回収自身が制約を受ける。
これは基礎となる回収熱量の減少を招くもので、
低温熱源からの動力回収方法としては極めて不利
である。
Figure 6 shows this situation. However, back-pressure hot water turbines only partially utilize the available work (enthalpy change in isentropic change) of hot water. For example, high pressure hot water at 250℃
Comparing the available work when expanding to 0.075at and when expanding to 6at, the ratio is 54 to 11, respectively.
If a back pressure of 6 at is applied, only about one-fifth of the work is done when expanded to a high vacuum, and four-fifths of the heat is wasted.
The problem then is how to effectively utilize this four-fifth amount of heat. From this point of view, conventionally, as shown in Figure 3, exhaust gas from a back pressure hot water turbine A is introduced into a steam separator B to be separated into steam and hot water, and the hot water is introduced into a multistage flusher C. Steam D obtained by
Depending on the situation, there is a method of driving a flash steam turbine F to generate electricity. In this case, the amount of heat that could not be utilized by the back pressure hot water turbine A is used, but the flash steam turbine F can only expect a turbine efficiency of about 75% due to the wet components in the steam. Furthermore, the temperature of the water at the outlet G of the multistage flusher C is about 28°C, and even if it is combined with the water I from the condenser H, the temperature t3 at the inlet K of the heat exchanger J that generates hot water is at most 28°C. It can only be cooled to about 60-70℃. Therefore, the exit temperature of the heat source due to the sensible heat exchange shown in FIG. 2 cannot be lowered very much, and heat recovery from the low-temperature heat source itself is restricted.
This leads to a decrease in the basic amount of recovered heat,
This is extremely disadvantageous as a method of recovering power from a low-temperature heat source.

従つて、本発明の第2の目的は、熱水タービン
サイクルと、フロンタービンサイクルを組み合わ
せることによつて、低温熱源からの熱回収量を増
大させることにある。
Therefore, a second object of the present invention is to increase the amount of heat recovered from a low-temperature heat source by combining a hydrothermal turbine cycle and a freon turbine cycle.

更に、第3図に示した従来のフラツシユタービ
ンを使つた方法では、フラツシユタービンへ供給
する蒸気を得るためには、必然的に多段フラツシ
ヤCが必要であると共に、同時に気水分離器を必
要として不経済である。
Furthermore, in the conventional method using a flash turbine shown in Fig. 3, in order to obtain steam to be supplied to the flash turbine, a multi-stage flasher C is necessarily required, and at the same time, a steam/water separator is required. It is uneconomical as a necessity.

従つて、本発明の第3の目的は、気水分離器等
を要せず、簡単に熱水タービンから熱水と蒸気と
を分離した状態で得ることにより、動力回収装置
全体のコストダウンを図る点にある。
Therefore, the third object of the present invention is to reduce the cost of the entire power recovery device by easily obtaining separated hot water and steam from a hot water turbine without requiring a steam separator or the like. The point is to aim for it.

更に又、有機媒体タービンサイクルの場合、前
記の如く蒸発器におけるピンチポンント温度差の
制約による回収熱量の減少が問題である。
Furthermore, in the case of an organic medium turbine cycle, there is a problem of a reduction in the amount of recovered heat due to the restriction of the pinch point temperature difference in the evaporator as described above.

従つて、本発明の第4の目的は、フロンサイク
ルと熱水サイクルを適切に組み合わせることによ
りフロンサイクルの熱回収率を向上させ、フロン
タービンのタービン効率の向上を図り、全体の動
力回収率を高めることにある。
Therefore, the fourth object of the present invention is to improve the heat recovery rate of the fluorocarbon cycle by appropriately combining the fluorocarbon cycle and the hot water cycle, improve the turbine efficiency of the fluorocarbon turbine, and increase the overall power recovery rate. It is about increasing.

続いて本発明を具体化した実施例について、第
4図以下の添付図面を参照して詳述する。第4図
は本発明の一実施例である動力回収方法の一例の
概略を示すタービンサイクルの回路図である。第
4図に示す如く、水ポンプ5によつて加圧された
水は、熱交換器の一種である熱水発生器1におい
て例えば350℃〜200℃程度の低温熱源との間で熱
つせられて熱水となる。水ポンプ5は、熱水発生
器1において、蒸発が起らない程度に水を加圧す
る。熱水発生器1で得られた熱水は、熱水タービ
ン2に送られて熱水タービン2を駆動する。熱水
タービン2には、一定の背圧がかけられており、
熱水タービン2の出口からは一定温度の蒸気と熱
水とが分離して排出される。この熱水及び蒸気は
飽和状態にあるから、タービンの背圧を定めれ
ば、その温度は一義的に定まる。熱水タービン2
の背圧は、後述のフロンサイクルで使用するフロ
ンが、フロン蒸発器で熱分解を起さない範囲の温
度を排出熱水に与える程度の圧力に決定される。
この熱水の温度は、フロン−11の場合110℃程
度、フロン−114の場合140℃程度である。このサ
イクルでは、熱水タービン2内で熱水と蒸気とを
タービンの回転による遠心力或は旋回気流によつ
て分離する。このような熱水タービンの一例を第
7図を参照して説明する。
Next, embodiments embodying the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings starting from FIG. FIG. 4 is a circuit diagram of a turbine cycle schematically showing an example of a power recovery method according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, water pressurized by a water pump 5 is heated in a hot water generator 1, which is a type of heat exchanger, with a low-temperature heat source of, for example, 350°C to 200°C. It becomes hot water. The water pump 5 pressurizes water in the hot water generator 1 to an extent that evaporation does not occur. The hot water obtained by the hot water generator 1 is sent to the hot water turbine 2 to drive the hot water turbine 2. A constant back pressure is applied to the hot water turbine 2,
From the outlet of the hot water turbine 2, steam and hot water at a constant temperature are separated and discharged. Since this hot water and steam are in a saturated state, their temperature is uniquely determined by determining the back pressure of the turbine. Hot water turbine 2
The back pressure is determined to be such a pressure that the fluorocarbon used in the fluorocarbon cycle described below gives the discharged hot water a temperature within a range that does not cause thermal decomposition in the fluorocarbon evaporator.
The temperature of this hot water is about 110°C for Freon-11 and about 140°C for Freon-114. In this cycle, hot water and steam are separated in the hot water turbine 2 by centrifugal force or swirling airflow caused by rotation of the turbine. An example of such a hot water turbine will be explained with reference to FIG. 7.

第7において、10は軸受11,11によつて
支承されたタービン軸12に設けられた動翼であ
る。入口13より供給された熱水はノズル14を
通つて動翼10へ吹きつけられ、その時一部は蒸
発して水蒸気に変わる。動翼10を通過する際、
比重の大きい熱水は、旋回気流又は動翼の回転に
よる遠心力で外周方向へ飛ばされ、ケーシング壁
15に付着した後、自重で流れ落ちて熱水一次分
離口16から熱水受液部17へ流入する。この一
次分離で回収しきれなかつた一部の熱水及び水蒸
気は、タービンデイフユーザ部18及び19を通
つて、タービン出口20の方向へ曲折する。この
曲折時に質量の重い熱水は管壁21又は22に衝
突し、管壁21又は22に付着した後、自重で滑
り落ちて熱水二次分離口23から熱水受液部17
へ流入する。熱水の分離した水蒸気は、フロン蒸
発器3へ導かれ、ここで凝縮された復水24及び
熱水受液部17で得た熱水は、合流してフロン予
熱器4へ導かれる。熱水の流れは実線矢印で、水
蒸気の流れは破線矢印で示すと共に、フロン液の
流れは一点鎖線で、フロン蒸気の流れは二点鎖線
で示す。
In the seventh example, reference numeral 10 denotes a rotor blade provided on a turbine shaft 12 supported by bearings 11, 11. The hot water supplied from the inlet 13 is blown onto the rotor blades 10 through the nozzle 14, at which time a part of it evaporates and turns into water vapor. When passing through the rotor blades 10,
The hot water with a large specific gravity is blown toward the outer circumference by the centrifugal force caused by the swirling air current or the rotation of the rotor blades, and after adhering to the casing wall 15, it flows down under its own weight from the hot water primary separation port 16 to the hot water receiving part 17. Inflow. A portion of the hot water and steam that cannot be recovered in this primary separation passes through the turbine diffuser sections 18 and 19 and bends toward the turbine outlet 20. During this bending, the hot water with a heavy mass collides with the pipe wall 21 or 22, and after adhering to the pipe wall 21 or 22, it slides down due to its own weight and passes from the hot water secondary separation port 23 to the hot water receiving part 17.
flows into. The separated steam of the hot water is guided to the fluorocarbon evaporator 3, where the condensed water 24 and the hot water obtained in the hot water receiving section 17 are combined and guided to the fluorocarbon preheater 4. The flow of hot water is shown by solid line arrows, the flow of water vapor is shown by broken line arrows, the flow of fluorocarbon liquid is shown by a dashed line, and the flow of fluorocarbon vapor is shown by a chain double dotted line.

こうして熱水タービン内で分離された蒸気は、
フロンを蒸発させるフロン蒸発器3に導かれ、フ
ロンとの間に熱交換して熱水となる。この熱水
は、熱水タービンで直接得られた熱水と合流して
フロン予熱器4に供給される。フロン予熱器4内
での熱交換は顕熱交換であるから、排出される水
の温度は、供給されるフロンの入口温度によつて
任意に調整できる。フロン予熱器から出た水は、
水ポンプ5で前記の通り加圧されて、熱水発生器
1へ循還する。熱水発生器1と熱水タービン2と
の間にはアキユムレータを設けて熱水タービン入
口圧力の安定を図る。
The steam thus separated in the hydrothermal turbine is
The water is led to a fluorocarbon evaporator 3 that evaporates fluorocarbons, and exchanges heat with the fluorocarbons to become hot water. This hot water is combined with the hot water directly obtained by the hot water turbine and is supplied to the freon preheater 4. Since the heat exchange within the freon preheater 4 is sensible heat exchange, the temperature of the discharged water can be arbitrarily adjusted by the inlet temperature of the supplied freon. The water coming out of the freon preheater is
The water is pressurized by the water pump 5 as described above and circulated to the hot water generator 1. An accumulator is provided between the hot water generator 1 and the hot water turbine 2 to stabilize the hot water turbine inlet pressure.

次いで熱水タービン2と図のように直列に、又
はギヤ等を介して並列に連結されたフロンタービ
ン6のサイクルについて説明する。フロンタービ
ン6より出たフロンは、フロン凝縮器7で冷却さ
れて100%液体フロンとなる。前記したように、
この液体フロンの温度によつて、熱水発生装置に
供給される水の温度が決定され、この水の温度に
よつて低温熱源から回収される熱量が決まる。従
つて、フロン凝縮器7から出る液体フロンの温度
は、例えば35℃程度の低い温度となるようにフロ
ン凝縮器7の仕様を決定する。フロン凝縮器から
出た液体フロンは、フロンポンプ8で加圧され、
フロン予熱器4を通つて熱水との間に顕熱交換を
行い、蒸発直前まで熱つせられる。続いて、フロ
ン蒸発器3を通つて水蒸気により加熱されたフロ
ンは、乾き又は過熱蒸気となり、フロンタービン
6に供給され、フロンタービン6を駆動した後、
フロン凝縮器7に帰還する。9は上記フロンター
ビン6及び熱水タービン2によつて駆動される発
電機である。
Next, the cycle of the freon turbine 6 connected to the hot water turbine 2 in series as shown in the figure or in parallel via gears or the like will be explained. The fluorocarbons discharged from the fluorocarbon turbine 6 are cooled in the fluorocarbon condenser 7 and become 100% liquid fluorocarbons. As mentioned above,
The temperature of this liquid Freon determines the temperature of the water supplied to the hot water generator, and the temperature of this water determines the amount of heat recovered from the low temperature heat source. Therefore, the specifications of the fluorocarbon condenser 7 are determined so that the temperature of the liquid fluorocarbon discharged from the fluorocarbon condenser 7 is as low as, for example, 35°C. The liquid Freon discharged from the Freon condenser is pressurized by the Freon pump 8.
Sensible heat is exchanged with the hot water through the freon preheater 4, and the water is heated until just before evaporation. Next, the fluorocarbon heated by water vapor passes through the fluorocarbon evaporator 3, becomes dry or superheated steam, and is supplied to the fluorocarbon turbine 6. After driving the fluorocarbon turbine 6,
It returns to the freon condenser 7. Reference numeral 9 denotes a generator driven by the fluorocarbon turbine 6 and the hot water turbine 2.

上記第7図に示した熱水タービンの場合、動翼
10の出口における乾き度は、25〜30%である。
従つて、第7図の熱水受液部17に入る熱水量A
は全体の70〜75%で、フロン蒸発器3から還流す
る熱水量Bは25〜30%となり、BはAに較べてか
なり小さいため、熱水受液部17自身をフロン予
熱器として、第7図のフロン予熱器4を省略する
ことができる。第8図に示した熱水タービンはこ
のような場合の一例である。図に明らかな如く熱
水受液部17の下部には、これと直接接続された
フロン予熱器の一種であるフロン予熱槽25が設
けられており、伝熱管26を通つて熱水によつて
暖められたフロン液は、更にフロン蒸発器3を通
つて気化する。フロン蒸発器3で凝縮された復水
24は配管27を通つて、フロン予熱槽25へ戻
される。
In the case of the hot water turbine shown in FIG. 7, the dryness at the outlet of the rotor blades 10 is 25 to 30%.
Therefore, the amount of hot water A entering the hot water receiving part 17 in FIG.
is 70 to 75% of the total, and the amount of hot water B flowing back from the fluorocarbon evaporator 3 is 25 to 30%. Since B is considerably smaller than A, the hot water receiving part 17 itself is used as a fluorocarbon preheater. The freon preheater 4 shown in FIG. 7 can be omitted. The hot water turbine shown in FIG. 8 is an example of such a case. As is clear from the figure, a fluorocarbon preheating tank 25, which is a type of fluorocarbon preheater, is provided at the lower part of the hot water receiving section 17 and is directly connected to the hot water receiving section 17. The warmed fluorocarbon liquid further passes through the fluorocarbon evaporator 3 and is vaporized. Condensate 24 condensed in the fluorocarbon evaporator 3 is returned to the fluorocarbon preheating tank 25 through a pipe 27.

又、第9図に示したのは堅軸式の熱水タービン
の一例である。この場合、タービン軸12′が垂
直で、このタービン軸12′に設けた動翼10′の
外周下部にリング状の溝28が設けられており、
動翼10′の回転によつて外周方向に投げ出され
た熱水は、この溝28にたまり、溝28と連通す
る熱水一次分離口16′より取出される。又、タ
ービンデイフユーザ18′,19′の曲折部で補集
された熱水も出口29,30を通つて、一次分離
口16′より取出された熱水と合流し、フロン予
熱器へ供給される。
Moreover, what is shown in FIG. 9 is an example of a hard shaft type hot water turbine. In this case, the turbine shaft 12' is vertical, and a ring-shaped groove 28 is provided at the lower outer circumference of the rotor blade 10' provided on the turbine shaft 12'.
The hot water thrown out in the outer circumferential direction by the rotation of the rotor blade 10' accumulates in this groove 28 and is taken out from the hot water primary separation port 16' communicating with the groove 28. In addition, the hot water collected at the bends of the turbine differential users 18' and 19' passes through the outlets 29 and 30, joins with the hot water taken out from the primary separation port 16', and is supplied to the fluorocarbon preheater. be done.

本発明は、以上述べた如く、低温熱源によつて
駆動される熱水タービンサイクルとフロンタービ
ンサイクルとを適正な条件下で有機的に組み合わ
せたものであつて、熱水タービンに適当な背圧を
かけ、熱水タービンのタービン効率を向上させ、
且つ、使用するフロンが熱分解を起さず、しかも
フロンタービンのサイクル効率が、もつとも高く
なる温度範囲を選ぶことができるので、サイクル
全体としてのサイクル効率が向上し、回収熱量が
飛躍的に増大する。しかも熱水タービンサイクル
に対して従来のような低温域でのタービン効率の
悪い湿り蒸気タービンの組み合わせを排して、フ
ロンタービンを組み合わせたものであるから、フ
ロンタービン部だけを取り出しても、タービン交
率は80%以上を期待でき、全体的タービン交率が
向上する。これは、フロンタービンが低温域にお
いてもタービン出口において乾き飽和又は過熱状
態の蒸気を得ることができるからである。又、低
温で使用できるフロンタービンを組み合わせた結
果、熱水発出器へ流入する水の温度を飛躍的に低
下させることができたから、低温熱源からの回収
熱量が増大し、前記したタービン効率、サイクル
効率の向上と合わせて回収動力が大幅に増大し
た。
As described above, the present invention organically combines a hydrothermal turbine cycle driven by a low-temperature heat source and a fluorocarbon turbine cycle under appropriate conditions, and provides an appropriate back pressure to the hydrothermal turbine. to improve the turbine efficiency of hydrothermal turbines,
In addition, it is possible to select a temperature range in which the fluorocarbons used do not cause thermal decomposition and the cycle efficiency of the fluorocarbon turbine is high, which improves the cycle efficiency of the entire cycle and dramatically increases the amount of recovered heat. do. Moreover, since it is a combination of a fluorocarbon turbine and a conventional wet steam turbine, which has poor turbine efficiency in the low temperature range, for the hydrothermal turbine cycle, even if only the fluorocarbon turbine section is taken out, the turbine The exchange rate can be expected to be over 80%, improving the overall turbine exchange rate. This is because the freon turbine can obtain dry, saturated or superheated steam at the turbine outlet even in a low temperature range. In addition, by combining a fluorocarbon turbine that can be used at low temperatures, we were able to dramatically lower the temperature of the water flowing into the hot water generator, increasing the amount of heat recovered from the low-temperature heat source and improving the turbine efficiency and cycle as described above. Along with improved efficiency, recovery power has increased significantly.

更に、本発明においては、熱水タービン内で熱
水タービン自身による遠心力によつて、恰かもサ
イクロンセパレータの如く、熱水と蒸気の両相を
分離するので、従来のような気水分離器を必要と
しないから、その分のコストダウンが著るしい。
Furthermore, in the present invention, the hot water and steam phases are separated within the hot water turbine by the centrifugal force generated by the hot water turbine itself, similar to a cyclone separator. Since there is no need for this, the cost reduction is significant.

更に又、本発明においては、熱水タービンで分
離された熱水によつてフロンを予熱し、同じく分
離された蒸気によつてフロンの蒸発を行うという
二段階での熱交換を行うので、ピンチポイント温
度差の制約を受けることなく、熱交換の温度差を
小さくできて、熱力学的不可逆損失が小さくな
り、フロンサイクルの熱回収効率、フロンタービ
ンのタービン効率が更に向上する。その上、液相
対液相及び凝縮対蒸発の熱交換を行うため、熱伝
達率が増大し、伝熱面積の縮少が可能である。
Furthermore, in the present invention, heat exchange is performed in two stages: fluorocarbons are preheated using hot water separated by a hydrothermal turbine, and evaporated from fluorocarbons using similarly separated steam. The temperature difference in heat exchange can be reduced without being constrained by point temperature differences, reducing thermodynamic irreversible loss, further improving the heat recovery efficiency of the fluorocarbon cycle and the turbine efficiency of the fluorocarbon turbine. Moreover, since the heat exchange is liquid-to-liquid phase and condensation to evaporation, the heat transfer coefficient is increased and the heat transfer area can be reduced.

又、これらの機器の寸法は、タービン排気容量
に支配されるが、フロンのような有機媒体の蒸気
は冷却水温度に於いて、飽和圧力が高く比容積が
小さい。このため、飽和圧力が大気圧以下となる
従来の蒸気タービン、復水器を用いる場合と比し
て、フロンタービン、凝縮器を用いる場合は、よ
り小寸法となる。更に、有機媒体としてフロンを
採用したから、トルエン、ピリジン、フロリノー
ル等の有機媒体を用いた場合と較べて低コスト、
安全性、衛生上、腐食性等あらゆる点で最つとも
有利である。
Furthermore, the dimensions of these devices are controlled by the turbine exhaust capacity, but organic medium vapor such as chlorofluorocarbons has a high saturation pressure and a small specific volume at the cooling water temperature. For this reason, when using a freon turbine and condenser, the dimensions are smaller than when using a conventional steam turbine and condenser whose saturation pressure is lower than atmospheric pressure. Furthermore, since CFC is used as the organic medium, the cost is lower than when using organic media such as toluene, pyridine, and florinol.
It is the most advantageous in terms of safety, hygiene, corrosion resistance, etc.

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

第1図は、潜熱交換における熱交換特性図、第
2図は、顕熱交換における熱交換特性図、第3図
は、従来の熱水タービンと蒸気タービンとを用い
た回路図、第4図は、本発明の一実施例である動
力回収方法の一例の概略を示すタービンサイクル
の回路図、第5図は、タービン効率、乾き度に及
ぼす背圧、タービン出口熱水温度の影響を示すグ
ラフ。第6図は、背圧と液滴付着量との関係を示
すグラフ。第7図乃至第9図は、本発明に用いる
ことのできる熱水タービンの種々の構造を示す概
略側断面図である。 (符号の説明)、1……熱水発生器、2……熱
水タービン、3……フロン蒸発器、4,25……
フロン予熱器、5……水ポンプ、6……フロンタ
ービン、7……フロン凝縮器、8……フロンポン
プ。
Figure 1 is a heat exchange characteristic diagram in latent heat exchange, Figure 2 is a heat exchange characteristic diagram in sensible heat exchange, Figure 3 is a circuit diagram using a conventional hot water turbine and a steam turbine, and Figure 4. 5 is a circuit diagram of a turbine cycle schematically showing an example of a power recovery method that is an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a graph showing the influence of back pressure and turbine outlet hot water temperature on turbine efficiency and dryness. . FIG. 6 is a graph showing the relationship between back pressure and droplet adhesion amount. 7 to 9 are schematic side sectional views showing various structures of a hot water turbine that can be used in the present invention. (Explanation of symbols), 1... Hot water generator, 2... Hot water turbine, 3... Freon evaporator, 4, 25...
Freon preheater, 5... Water pump, 6... Freon turbine, 7... Freon condenser, 8... Freon pump.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 低温熱源によつて加圧下で加熱された熱水を
用いて熱水タービンを駆動し、この熱水タービン
より排出される熱水と蒸気とを熱水タービン内で
分離し、分離された熱水をフロン予熱器に、分離
された蒸気をフロン蒸発器にそれぞれ供給してフ
ロンとの間で熱交換し、この熱交換後の水を加圧
して再び低温熱源で加熱する工程と、加熱された
フロンガスによつてフロンタービンを駆動し、フ
ロンタービンから出たフロンを冷却すると共に加
圧した後上記フロン予熱器及びフロン蒸発器を経
て加熱する工程とを有し、上記熱水タービンより
排出される熱水及び蒸気の温度が、使用するフロ
ンの熱分解温度を超えない範囲の背圧を熱水ター
ビン出口に付与することを特徴とする低温熱源か
らの動力回収方法。
1 A hot water turbine is driven using hot water heated under pressure by a low-temperature heat source, and the hot water and steam discharged from the hot water turbine are separated within the hot water turbine, and the separated heat is The water is supplied to the Freon preheater and the separated steam is supplied to the Freon evaporator to exchange heat with the Freon. After this heat exchange, the water is pressurized and heated again with a low-temperature heat source. The fluorocarbon turbine is driven by the fluorocarbon gas, the fluorocarbon gas discharged from the hot water turbine is cooled and pressurized, and then heated through the fluorocarbon preheater and fluorocarbon evaporator. A method for recovering power from a low-temperature heat source, characterized in that a back pressure is applied to an outlet of a hot water turbine within a range in which the temperature of hot water and steam does not exceed the thermal decomposition temperature of the fluorocarbon used.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4503682A (en) * 1982-07-21 1985-03-12 Synthetic Sink Low temperature engine system
JPS59173508A (en) * 1983-03-24 1984-10-01 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Electric power generation unit by use of two-phase flow turbine
GB8401908D0 (en) * 1984-01-25 1984-02-29 Solmecs Corp Nv Utilisation of thermal energy
CN103277147A (en) * 2013-05-24 2013-09-04 成都昊特新能源技术股份有限公司 Dual-power ORC power generation system and power generation method of same
JP2020026788A (en) * 2018-08-17 2020-02-20 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 Two-phase flow turbine and refrigerating machine including the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH052331U (en) * 1991-06-26 1993-01-14 自動車電機工業株式会社 2-stage switch

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