JPS6239662B2 - - Google Patents

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JPS6239662B2
JPS6239662B2 JP57066796A JP6679682A JPS6239662B2 JP S6239662 B2 JPS6239662 B2 JP S6239662B2 JP 57066796 A JP57066796 A JP 57066796A JP 6679682 A JP6679682 A JP 6679682A JP S6239662 B2 JPS6239662 B2 JP S6239662B2
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JP
Japan
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steam generator
pressure
pump
steam
rankine cycle
Prior art date
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Application number
JP57066796A
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English (en)
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JPS58183803A (ja
Inventor
Masahiro Sugihara
Toshihide Koda
Kazuo Kashiwamura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP6679682A priority Critical patent/JPS58183803A/ja
Publication of JPS58183803A publication Critical patent/JPS58183803A/ja
Publication of JPS6239662B2 publication Critical patent/JPS6239662B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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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
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

Landscapes

  • 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】 この発明は、大陽熱、排熱などによつて駆動さ
れるランキンサイクル機関の蒸気発生器の改良に
関するものである。
第1図は従来の太陽熱利用のランキンサイクル
機関のシステムの一例を示す。第1図において、
1は集熱ポンプであり、このポンプ1を駆動する
ことにより、熱媒体を循環させて、太陽熱集熱器
2で集められた太陽熱が蓄熱槽3に蓄えられる。
この蓄熱槽3の中にはランキンサイクル機関の蒸
気発生器4が設置されており、この蒸気発生器4
は、ポンプ5によつて送込まれて来る集熱温度に
近い高温、高圧の作動流体の蒸気を発生する。蒸
気発生器4で作られた高温、高圧の蒸気は、膨張
機6に流入し、低圧力まで断熱的に膨張し、膨張
に伴うエンタルピ差に相当する軸出力を発生し
て、負荷7を駆動する。膨張後の低圧になつた蒸
気は、凝縮器8に流入して冷却され、液化した後
に上記ポンプ5に吸込まれて蒸気発生器4に送込
まれ、上述した動作を繰返す。
上述のようにランキンサイクル機関では熱エネ
ルギを機械エネルギに変換することができるが、
その起動から停止に至る過程は以下に述べるよう
に制御されるのが普通である。
停止状態で蓄熱槽3の水温TWが上昇して予め
設定した温度に達すると、ポンプ5を駆動する電
動機9が運転開始され、逆止弁13を通つて蒸気
発生器4に液状の作動流体が供給される。この
時、蒸気発生器4の出口側の弁10が閉じている
ので、蒸気発生器4の中で発生した蒸気は蒸気発
生器4内に保持され、圧力が飽和圧力に近いとこ
ろまで徐々に上昇してくる。圧力検出器11によ
つて蒸気発生器4内の圧力を検知し、この圧力が
設定圧力に達すると、弁10が開かれ、高温、高
圧の蒸気が膨張機6へ供給され、膨張機6の運転
が開始される。運転中にポンプ5から蒸気発生器
4に供給される液状の作動流体の流量が多過ぎる
と、蒸気発生器4内で完全に蒸発することができ
ないので、膨張機6に気液混合の作動流体が供給
され、潤滑油の稀釈、ドレンアタツクによる損傷
の発生などの多く悪影響が発生する。
一方、ポンプの作動流体の流量が少ないと、蒸
気発生器4内の液相領域が減少し、蒸気の過熱度
が増大するだけで圧力が十分に上昇しなくなり、
ランキンサイクルの出力の減少を来たすことにな
る。したがつて、一般に、ランキンサイクルの運
転中は蒸気発生器4出口の蒸気の過熱度△TSH
過熱度検知器12によつて検出し、過熱度△TSH
が設定値(例えば△TSH=5℃)になるように、
ポンプ5の流量を制御している。このような状態
で運転を継続し、蓄熱槽3内の温度TWがある設
定値よりも低下すると、もはや効率のよい運転を
継続することができないので、ポンプ5を停止す
ると共に弁10を閉じて、ランキンサイクルの運
転を停止する。このように、ランキンサイクルの
運転が停止する直前まで過熱度の制御が行われて
いるので、蒸気発生器4の内部に相当量の液状の
作動流体が残留しており、この液状の作動流体は
弁10と逆止弁13とによつて蒸気発生器4の外
部への流出が阻止されているので、次回の起動ま
でそのまま蒸気発生器内に保持されることにな
る。したがつて、蓄熱槽3内の温度Twが上昇し
て来ると、蒸気発生器4に残留していた液状の作
動流体が蒸発するので、ポンプ5を駆動しなくて
も、蒸気発生器4内の圧力は温度TWに近い温度
での飽和圧力まで上昇することになる。しかし、
一般に、蒸気発生器4の内部容積は小さいので、
ポンプ5を駆動することなく、弁10を開くと蒸
気発生器4内の圧力Pは、第2図の線A―Bに示
すように時間と共に急激に低下し、膨張機6を定
常回転に至らせることができない。したがつて、
一般には、前述したように、電動機9によつて予
めポンプ5を運転した後に、弁10を開いてラン
キンサイクルの運転を開始することになる。
上述のように従来のランキンサイクル機関は、
ランキンサイクルの運転中は常にポンプ5を補助
電源により駆動することが必要であり、補助電源
容量が増大するだけでなく、ポンプ駆動用の電動
機9の損失に相当する分だけ全体効率が低下する
という欠点があつた。
この発明は、上述のような従来のものの欠点を
除去しようとするものであつて、蒸気発生器の伝
熱管の途中に適当な容積をもつた液溜めを設ける
ことにより、ランキンサイクルの起動時にポンプ
を予め駆動することなく蒸気発生器の圧力を必要
時間保持できるようにし、ポンプを膨張機によつ
て直接駆動できるランキンサイクル機関を提供す
ることを目的としている。
以下、この発明の一実施例を第3図について説
明する。
第3図中、14は蒸気発生器4の2分割された
伝熱管4a,4bの中間に設けられた液溜めであ
り、またポンプ5は膨張機6の出力軸15によつ
て直接駆動されるように構成されている。なお、
この実施例の上述した以外の構成は、第1図に示
す従来のものと同様であるから、同構成の部分は
第1図と同一符号を第3図中につけて説明を省略
する。
この実施例によるランキンサイクルの定常運転
中の作動状態は、ポンプ5が膨張機6によつて直
接駆動されている点を除けば、第1図に示す従来
のランキンサイクルと同じである。すなわち、蒸
気発生器4の出口に設置された過熱度検知器12
によつて発生蒸気の過熱度△TSHがほぼ一定値に
なるようにポンプ5の流量を制御しつつ運転を継
続し、蓄熱槽3内の温度TWがある設定値よりも
低下すると、弁10を閉じて運転を停止する。こ
のようにしてランキンサイクルが停止した状態
で、この実施例のものは、蒸気発生器4の伝熱管
4a,4bの途中に液溜め14を持つているの
で、蒸気発生器4内に大量の作動流体が残留して
いる。したがつて、蓄熱槽3内の温度が上昇して
ランキンサイクルを再起動するに際して、予めポ
ンプ5によつて蒸気発生器4内に作動流体を圧送
しなくても、起動に必要とされる圧力を一定時間
以上保持することができる。したがつて、ポンプ
5を膨張機6に先行して運転する必要がないの
で、ポンプ運動用の電動機9をなくしてポンプ5
を膨張機6と直結することが可能となる。
次に、第2図によつて、蒸気発生器4に液溜め
14に設けた効果について説明する。第2図では
横軸に時間T、縦軸に蒸気発生器内の圧力Pをと
つている。第2図において、PAは起動直前の蒸
気発生器の圧力、PCは凝縮圧力、PKは膨張機を
起動し、回転を継続するために必要とする最低圧
力を示している。さらに、線A―B、線A―C―
E―G、線A―D―F―Gはポンプ5を駆動する
ことなく、弁10を開いてランキンサイクルを起
動した場合の蒸気発生器4内の圧力Pの変化を示
している。
線A―Bは従来のものの蒸気発生器内の圧力変
化を示し、圧力Pは時間Tの経過と共にほぼ直線
的に減少し、時間がTHに達するとP=PKにな
り、それ以後はポンプ5による液状の作動流体の
供給が行われない限り、運転の継続が困難となる
ことがわかる。
線A―C―E―Gはこの発明の実施例による蒸
気発生器内の圧力変化を示すものである。起動後
に蒸気の発生と共に蒸気発生器内に存在する作動
流体の液が徐々に減少するのに伴い、液面が低下
して来るので有効伝熱面積が減少し、圧力は従来
の蒸気発生器と同様に線A―Cと低下するが、液
溜め14内で液面が低下するのみで、液溜め14
よりも上流側に存在する有効伝熱面積はほとんど
変化しないために、ほぼ一定の蒸気発生量と圧力
が保持されることになり、圧力は線A―C―Eと
変化する。さらに、時間が経過して液溜め14内
の作動流体の液が全部蒸発するとE点に達し、以
降は液面が急激が低下するので、蒸気発生器内の
圧力も急激に低下し、最終的には圧力は時間と共
に曲線A―C―E―Gに沿つて変化する。
上述したようにこの発明の一実施例による蒸気
発生器を採用すると、ランキンサイクルの起動後
に運転を継続するたに必要な圧力PKを保持する
時間TJを大幅に延長することが可能となり、従
来のようにランキンサイクルの起動に先立つてポ
ンプ5を運転する必要がなくなり、ポンプ5を膨
張機6に直結することが可能になる。なお、第2
図において線C―Eの時間は液溜め14の容積に
ほぼ比例して増減するので、時間TJは液溜めの
容積を変えることによつて任意の値に設定でき
る。
第2図において、線A―D―F―Gは、上述し
たと同容積の液溜めを上流側に設置した場合、す
なわち、第3図の伝熱管4a,4bの有効伝熱面
積A1,A2をA/A+Aの値が小さくなるように設
置 した場合の圧力の変化を示すものである。線A―
D―F―Gからわかるように、液溜め14の設置
位置が悪いと線D―Eの圧力がPKよりも低くな
るために、起動特性の改善ができない。
したがつて、液溜め14の設置位置は、hを作
動流体の気液2相部の平均熱通過率kcal/m2h℃△
Tを 蓄熱槽内の水温と圧力PKに相当する作動流体の
飽和蒸気温度との温度差(℃)、Gを膨張機入口
の圧力PK,出口の圧力PCの時に膨張機を通過す
る作動流体の流量Kg/hr,heを作動流体の潜熱
kcal/Kg、A1を液溜めより上流側の有効伝熱面積m2 とすると、A1は次で示される値に設定する必要
がある。
A1Ghe/h△T ただし、A1の値を大きくし過ぎると、ランキ
ンサイクルの停止状態で液溜め中に残留する作動
流体の液量が減少する傾向になるので、A1の値
は上式を満足する範囲内で、できるだけ小さくな
るように、設定することが望ましい。
なお、以上この発明を太陽熱利用の実施例につ
いて説明したが、この発明は、排熱利用など他の
熱源を利用したランキンサイクル機関にも適用で
きること勿論である。また、上記実施例では蓄熱
槽内に蒸気発生器を設置したものを示したが、こ
の発明は、蓄熱槽を別置したり除去した場合にも
適用できる。
以上説明したように、この発明のランキンサイ
クル機関の蒸気発生器は、伝熱管の途中に液溜め
を設けたので、ポンプを予め駆動することなく、
ランキンサイクルを起動することが可能となり、
運転の制御が簡単になると共に、ポンプを膨張機
によつて直接駆動することが可能となり、システ
ムの全体効率を向上させることができるという効
果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の太陽熱利用ランキンサイクル機
関を示す構成説明図、第2図は蒸気発生器の起動
時の時間―圧力変化関係図、第3図はこの発明の
一実施例による蒸気発生器を備えたランキンサイ
クル機関の構成説明図である。 3…蓄熱槽、4…蒸気発生器、5…ポンプ、6
…膨張機、10…弁、14…液溜め。なお、図中
同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 高温熱源側に設置されて作動流体の蒸気を作
    る蒸気発生器と、蒸気発生器で作られた蒸気を膨
    張させて動力を取出す膨張機と、膨張させた後の
    蒸気を液化させる凝縮器と、上記膨張機で駆動さ
    れ凝縮させた作動流体の液体を昇圧して上記蒸気
    発生器に送込むポンプとで閉ループを構成したラ
    ンキンサイクル機関において、蒸気発生器の伝熱
    管の途中に液溜めを設けたことを特徴とするラン
    キンサイクル機関の蒸気発生器。
JP6679682A 1982-04-19 1982-04-19 ランキンサイクル機関の蒸気発生器 Granted JPS58183803A (ja)

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