JPS63179105A

JPS63179105A - 非共沸混合物の凝縮装置

Info

Publication number: JPS63179105A
Application number: JP1192087A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Yamazaki; 山崎　起男
Original assignee: Hisaka Works Ltd
Current assignee: Hisaka Works Ltd
Priority date: 1987-01-20
Filing date: 1987-01-20
Publication date: 1988-07-23

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】産業上支肌且光… この発明は非共沸混合物を凝縮させるための装置に関す
るもので、例えば非共沸混合物を作動媒体とする熱回収
装置において使用することができる。

従来Ω韮術第３図は工場で排出される温排水等を熱源としてランキ
ンサイクルにより動力として回収するようにした熱回収
装置の一例を示す。この装置において作動媒体（例えば
フロン）は蒸発器（２１）　、タービン（２２）　、凝
縮器（２３）　、およびポンプ（２４）から構成される
系内で循環する、すなわち、蒸発器（２１）にて加熱さ
れて発生した作動媒体の蒸気はタービン（２２）で膨張
して仕事をなし、タービン（２２）から出た排気は凝縮
器（２３）で冷却されて凝縮した後、再びポンプ（２４
）で蒸発器（２１）へ送られて同じ作用を繰り返す。タ
ービン（２２）の出力軸は負荷（２５）　　（例えば発
電機）に連結している。

こ６ような熱回収装置においては温度差が大きいほど効
率が高くなるため、蒸発器（２１）の出口に加熱器を設
けるなど、タービン（２２）に供給する作動媒体蒸気の
温度を高くする工夫が行われている。しかしながら、い
ずれも装置を別途付加する必要があるからコストが高く
なる。

そこで、従来の単一成分よりなる媒体に代えて非共沸混
合媒体を使用することによって、凝縮器における凝縮温
度自体を低くすることが既に提案されている（特開昭６
１−９３２１２号公報）。

（”しよ゛　　る　　占この混合冷媒を用いたランキンサイクルシステムでは、
混合冷媒の高圧成分ガスが凝縮器の出口やアフタークー
ラーに溜まり、システムの運転が不可能になる。これを
防止するためには、凝縮器出口側に溜まった未凝縮の冷
媒を凝縮器入口に戻して凝縮させてやる必要がある。そ
の際、凝縮器の出口より入口の方が圧力が高いので、コ
ンプレッサーで昇圧せしめた上で凝縮器入口に導いてい
る。

しかしながら、一般にランキンサイクルシステムは省エ
ネ、創エネを目的としており、それ故システム内の効率
向上、運転動力の軽減は必要欠くべからざるものである
ところ、コンプレッサーの使用はこれと相客れず、混合
冷媒を用いることによる折角の効率向上も、コンプレッ
サー運転動力消費によって相殺されてしまうこととなる
。

占　°　る、のこの発明の非共沸混合物の凝縮装置は、凝縮すべき非共
沸混合物と冷却水とが完全対向流にて流通する循環式凝
縮器と、凝縮器の非共沸混合物出口に接続した気液分離器と、気液分離器の気相出口から凝縮器の非共沸混合物入口に
通ずる還流管と、還流管の途中に設けた可変絞りと、非共沸混合物を還流管から凝縮器の非共沸混合物入口へ
動力を要することなく導くための手段と、を包含゛しており、可変絞りで還流液量を調節すること
によって凝縮器内における非共沸混合物の熱力学的最適
濃度を維持するようにしたことを特徴とする。

ｔり且凝縮器の出口側に滞留する未凝縮成分を凝縮器の入口側
に戻すにあたり、外部動力に頼ることなく、凝縮器の入
口に供給される非共沸混合物の流れを利用して、その流
れの一部に出口側より圧力の低い部分を創出し、これに
より出口側から未凝縮成分を吸引して入口側へ導く。

ス星偲第１図にこの発明の実施例を示すが、以下、この凝縮装
置を第３図に示した既述の熱回収装置において従来の凝
縮器（２３）に代えて使用する場合を例にとって説明す
る。なお、この場合の熱回収装置の作動媒体は非共沸混
合物である。ここに非共沸混合物とは、いわゆる共沸混
合物以外の、２成分系もしくは多成分系の混合物をいう
ものとする。

第２図は、一定圧力のもとにおける成分Ａおよび成分Ｂ
の単独の飽和温度をそれぞれＴＡおよびＴＢとするとき
、ＡとＢとからなる非共沸混合物の濃度と温度との関係
を示す。なお、ここに濃度は、ＡとＢの重量をそれぞれ
ＧＡおよびＧＢとするとき、この非共沸混合物の単位重
量当たりに含まれるＢの重量ξをいうものとすもし温度
Ｔのもとで液相と気相とが平衡状態にあるときは液相線
および気相線上の温度Ｔに相当する点の位置から、液相
の濃度はξｌであり、気相の濃度はξｇである。さらに
、液相と気相との合成の濃度をξとすれば、この混合物
の状態は点Ｍで表され、そのときの溶液の重量と蒸気の
重量との割合は、点Ｍから液相線および気相線に至る水
平距離ａおよびｂに逆比例する。

つぎに、点Ｍが液相線と気相線とで囲まれる領域内に存
在するときは、混合物は気液両相に分かれるが、点Ｍが
それらの両線と一致するときまた゛はその領域外に出る
ときは、気、液のどちらか１つの相のみとなる０例えば
、点Ｍ１は不飽和な液体を示すし、また点Ｍ２は過熱蒸
気を表す、しかし、温度が変わると混合物の状態も変化
する。例えば、点Ｍ１で示される不飽和の液体の温度を
Ｔ２まで上げると飽和溶液となり、それ以上に温度を上
げると蒸発を始める。

逆に、濃度ξｌの気体を定圧のもとで冷却していくと、
点ｄで凝縮が始まり、そのとき平衡にある気相（蒸気）
の組成と状態は点ｄ°で示される。さらに冷却して温度
Ｔ１になると、点りで示される状態の気相と点ｊで示さ
れる状態の溶液がｊｆ　：　ｉｈの割合で共存する。冷
却をざらに続けて温度Ｔになると点Ｃの状態の液相のみ
になり、それから後も冷却を行えば単に溶液を適冷する
ことになる。

そこで第１図を参照すると、凝縮器（１１）は作動媒体
の通路（１２）と、冷却水の通路（１３）とを有し、作
動媒体と冷却水とは完全対向流の関係にある。凝縮器（
１１）の作動媒体入口（１４）へはタービン（２２）か
らの作動媒体蒸気が供給される。凝縮５　（１１）の作
動媒体出口（１５）には気液分Ｎ器（１６）を設けであ
る。気液分離器（１６）の液相出口は作動媒体循環ポン
プ（２４）に接続している。気液分離器（１６）の気相
出口は、可変絞り（１７）を取り付けた還流管（１８）
を通じて凝縮器（１１）の作動媒体入口（１４）と連絡
している。すなわち、エジェクター（１９）を設け、タ
ービン（２２）から凝縮器（１１）へ向かう作動媒体流
により凝縮器（１１）出口側の作動媒体蒸気を吸引して
凝縮器（１１）入口へ導くようにしである。なお、作動
媒体蒸気を凝縮器（１１）の出口側から入口側へ、外部
動力を要することなく導くものである限り、エジェクタ
ーに代えてペンチエリ−、ノズルその他の構成とするこ
ともできる。

しかして凝縮器（１１）内で凝縮した作動媒体は、気液
分離器（１６）を経てポンプ（２４）へ進む。気液分離
器（１６）で作動媒体液から分離した作動媒体蒸気は還
流管（１８）を通って、タービン（２２）から排出され
る作動媒体蒸気と共に、凝縮器（１１）へ還流する。

凝縮器（１１）の作動媒体人口（１４）および出口（１
５）でそれぞれ温度Ｔ２およびＴを確保するのに最適な
作動媒体の濃度をξｌとすると、濃度ξｌの作動媒体蒸
気が凝縮器（１１）に入ると、まず温度Ｔ２にて点ｄ゛
で示される状態の初凝縮液が発生する。作動媒体蒸気が
凝縮器（１１）内で冷却されて温度Ｔに至るまでに点ｄ
°から点Ｃまでの液相線上の各点で示される状態の作動
媒体液が発生する。結局、凝縮器（１１）の作動媒体出
口（１５）から気液分離器（１６）へ向かうのは、点ｄ
′で示される初凝縮液から点Ｃで示される最終凝縮液ま
での種々状態（温度、濃度）の液と、点Ｃ′で示される
蒸気とである。しかしてこれらは気液分離器（１６）で
分離され、作動媒体液はポンプ（２４）を経て蒸発器（
２１）へ、作動媒体蒸気は還流管（１８）へ進む。

還流管（１８）は凝縮器（１１）の作動媒体入口（１４
）へ通じており、タービン（２２）から排出された作動
媒体蒸気と共に凝縮器（１１）へ、気液分離器（１６）
からの作動媒体蒸気を還流せしめる。しかしながら、上
に述べたとおり、気液分離器（１６）からポンプ（２４
）で蒸発器（２１）およびタービン（２２）へと循環せ
しめられる作動媒体液は初凝縮液ほか最適濃度ξｌより
低濃度の溶液を含むため全体的に濃度が最適濃度ξｌよ
りも低くなっている。したがって、当然ながら、タービ
ン（２２）から凝縮！５　（１１）へと循環する作動媒
体蒸気の濃度も最適濃度よりも低い、一方、気液分離器
（１６）へ入る作動媒体蒸気の濃度は最適濃度ξｌより
も高い。そこで可変絞り（１７）は、気液分離器（１６
）から還流管（１８）を通って還流する作動媒体蒸気の
量を調節し、タービン（２２）からの分と合流し℃ちょ
うど最適濃度となって凝縮器（１１）へ入るようにする
ためのものである。かかる濃度調整は、通常のプロセス
制御技術を応用して可変絞り（１７）を制御することに
より容易に達成することができる。

発皿夏飲果この発明は、気液分離器からの還流蒸気の量を調節する
ことにより凝縮器内の非共沸混合物を最適濃度に保持す
るようにしたから、所期の凝縮温度変化を確保すること
のできる、非共沸混合物用として有効な凝縮装置を提供
することができる。しかも、非共沸混合物ゆえに凝縮液
と蒸気の混在は避は難いが、この発明によれば、蒸気が
凝縮器内に累積滞留することを余計な動力を消費するこ
となく防止できるから凝縮性能および運転効率の向上も
期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図は
非共沸混合物の気液平衡線図、第３図はこの発明の凝縮
装置を利用しうる熱回収装置のブロック図である。（１１）−・−凝縮器、　　　　（１４）・−・作動媒
体入口、（１５）　−作動媒体出口、（１６）・−・・
気液分離器、（１７）　−・可変絞り、　　　（１８）
−・−・還流管、（１９）　−一〜−−エジェクター。第２閃

Claims

【特許請求の範囲】

（１）凝縮すべき非共沸混合物と冷却水とが完全対向流
にて流通する凝縮器と、凝縮器の非共沸混合物出口に接
続した気液分離器と、気液分離器の気相出口から凝縮器
の非共沸混合物入口に通ずる還流管と、還流管の途中に
設けた可変絞りと、非共沸混合物を還流管から凝縮器の
非共沸混合物入口へ動力を要することなく導くための手
段とからなり、前記可変絞りで還流蒸気量を調節するこ
とによって凝縮器内における非共沸混合物の熱力学的最
適濃度を維持するようにしたことを特徴とする非共沸混
合物の凝縮装置。