JPH0223590B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0223590B2 JPH0223590B2 JP56080533A JP8053381A JPH0223590B2 JP H0223590 B2 JPH0223590 B2 JP H0223590B2 JP 56080533 A JP56080533 A JP 56080533A JP 8053381 A JP8053381 A JP 8053381A JP H0223590 B2 JPH0223590 B2 JP H0223590B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lng
- pressure
- medium
- temperature
- condenser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Lubricants (AREA)
Description
本発明はL.N.G.ランキンサイクル用の新規な
作動流体に関する。液状の媒体を加熱蒸発させ膨
張装置（タービン）内で膨張させることにより機
械エネルギーを得、ついでこの媒体を凝縮させ、
ポンプにより加圧した後、再び蒸発、このサイク
ルをくり返すことにより熱エネルギーを機械エネ
ルギーに変換するランキンサイクル用の作動流体
として従来から使用されてきたほとんど唯一のも
のに水がある。作動流体としての水は水蒸気機関
に古くから実用化されてきた。しかしながら、水
は凝固点が高く、蒸気比容積が大きいためその使
用範囲が限定され、とくに低温熱源を使用する場
合は設備が大きくなり効率も低下するという欠点
があり、更に低温で使用するときは氷結するため
使用は不可能である。 最近L.N.G（液化天然ガス）がエネルギー源と
して都市ガス又は火力発電用に多く用いられるよ
うになり、このL.N.Gが蒸発するときの低温利用
が実施されるようになつた。 この低温利用として最も効果的なものはランキ
ンサイクルによる発電である。このランキンサイ
クルを第１図に示す。 L.N.Gは１のL.N.Gポンプで加圧されて２の凝
縮器（L.N.G気化器）に入り媒体と熱交換して蒸
発する。蒸発したL.N.GはＮガス（天然ガス）３
となり都市ガス又は火力発電の燃料として消費さ
れる。 ランキンサイクルに使用する媒体は凝縮器２で
L.N.Gにより冷却され液化する。液状となつた媒
体は媒体ポンプ４により加圧され、蒸発器５に入
り海水により加熱され蒸発する。加熱蒸発した媒
体ガスはタービン発電機６に入り断熱膨張し発電
する。タービンで膨張し低圧となつた媒体ガスは
凝縮器２に入りL.N.Gで冷却され再び液化する。 このようなランキンサイクルは通常廃熱等を利
用したランキンサイクルと異なり使用する媒体は
低温で凝固しない低沸点の液化ガスが適してい
る。斯かる液化ガスとしてテトラフルオロメタン
（CF4）、ヘキサフルオロエタン（C2F6）、トリフ
ルオロメタン（CHF3）、オクタフルオロプロパ
ン（C3F8）等が媒体として用いられることが知
られている。またこれらのフツ素化炭化水素以外
にメタン、エタン、プロパン等の炭化水素を冷熱
発電に使用することが試みられている。しかしな
がらL.N.G冷熱利用のランキンサイクル発電では
そのL.N.G冷熱利用効率を上げ発電出力を大きく
することが最大の目標である。これに対し上記の
如き炭化水素を使用した場合その燃焼爆発性によ
りその利用が制限される。またCH4、C2H6等炭
化水素は高純度のものが入手しにくい等欠点があ
る。またL.N.G冷熱利用にはさきにのべたように
L.N.Gの冷熱を有効に利用することが最も重要で
あり、このためにはL.N.Gがタンクに貯蔵されて
いる温度即ち−162℃近くの温度迄利用すること
である。ランキンサイクル装置では第１図に示す
凝縮器２内の媒体の蒸気圧は大気圧より高いこと
が望ましい。この理由はタービンの軸シール等か
ら漏洩があると空気が混入しサイクル特性が大き
く劣化し、またはタービン出口の媒体ガス比容積
が大きくなりタービンおよび凝縮器が大きくなる
からである。このような理由によりL.N.Gの冷熱
を低温迄使用するには低沸点媒体を使用すること
が好ましい。しかし低沸点媒体を使用すると蒸発
器での圧力が非常に高くなり機器の耐圧および媒
体ポンプ動力が大きくなる。 L.N.Gの冷熱を有効に利用するために、凝縮器
を低圧用から高圧用へかけて２段以上多段に分割
し、低圧用凝縮器において低圧で媒体を凝縮さ
せ、L.N.Gの蒸発過程における低温域の冷熱を利
用するとともに高圧用凝縮器において高圧で媒体
を凝縮させL.N.G蒸発過程における高温域の冷熱
を利用する方法も提案されているが、このような
方法によると低圧用から高圧用へと、少くともタ
ービン発電機の入口から凝縮器出口までの経路を
複数にしなければならないこと、及び少くとも低
圧用凝縮器の後に液加圧ポンプを付加しなければ
ならないこと等、装置上の困難性が非常に大きく
なり、さらにこのような方法によつても凝縮器の
段数には限度があるから、冷熱の完全利用は期し
がたい。 本発明は上記の如き従来公知の媒体の欠点を改
善し旦つL.N.G冷熱利用ランキンサイクルに於け
る上記課題を解決し得る新規なL.N.G.ランキン
サイクル用作動流体を提供するものである。 本発明はテトラフルオロメタン５〜50重量％お
よびトリフルオロメタン50〜95重量％からなるL.
N.G.ランキンサイクル用作動流体に係る。 本発明に依る上記の如き特定のフツ素化炭化水
素の混合物からなる作動流体はこれを媒体とする
L.N.G冷熱利用発電に於て前記の公知の媒体に比
べて安全性を著しく高め旦つ発電出力を格段に向
上させることを可能ならしめる特徴を有する。 本発明に依りトリフルオロメタン及びテトラフ
ルオロメタンを配合した混合媒体を使用すること
により蒸発器の圧力を目的に応じて低圧より高圧
に至る広範囲の圧力で安全旦つ効率良く運転する
ことが可能となり、特に高圧時に於て発電出力を
著しく高めることができる。 以下本発明を実施例及び比較例によつて説明す
る。 実施例１〜３及び比較例１〜３ メタン90％、エタン６％及びプロパン４％の組
成を有するL.N.Gを10，20および30atm.で気化
し、この冷熱を利用し第１表に示す配合組成の混
合媒体を用いて第１図に示すランキンサイ
作動流体に関する。液状の媒体を加熱蒸発させ膨
張装置（タービン）内で膨張させることにより機
械エネルギーを得、ついでこの媒体を凝縮させ、
ポンプにより加圧した後、再び蒸発、このサイク
ルをくり返すことにより熱エネルギーを機械エネ
ルギーに変換するランキンサイクル用の作動流体
として従来から使用されてきたほとんど唯一のも
のに水がある。作動流体としての水は水蒸気機関
に古くから実用化されてきた。しかしながら、水
は凝固点が高く、蒸気比容積が大きいためその使
用範囲が限定され、とくに低温熱源を使用する場
合は設備が大きくなり効率も低下するという欠点
があり、更に低温で使用するときは氷結するため
使用は不可能である。 最近L.N.G（液化天然ガス）がエネルギー源と
して都市ガス又は火力発電用に多く用いられるよ
うになり、このL.N.Gが蒸発するときの低温利用
が実施されるようになつた。 この低温利用として最も効果的なものはランキ
ンサイクルによる発電である。このランキンサイ
クルを第１図に示す。 L.N.Gは１のL.N.Gポンプで加圧されて２の凝
縮器（L.N.G気化器）に入り媒体と熱交換して蒸
発する。蒸発したL.N.GはＮガス（天然ガス）３
となり都市ガス又は火力発電の燃料として消費さ
れる。 ランキンサイクルに使用する媒体は凝縮器２で
L.N.Gにより冷却され液化する。液状となつた媒
体は媒体ポンプ４により加圧され、蒸発器５に入
り海水により加熱され蒸発する。加熱蒸発した媒
体ガスはタービン発電機６に入り断熱膨張し発電
する。タービンで膨張し低圧となつた媒体ガスは
凝縮器２に入りL.N.Gで冷却され再び液化する。 このようなランキンサイクルは通常廃熱等を利
用したランキンサイクルと異なり使用する媒体は
低温で凝固しない低沸点の液化ガスが適してい
る。斯かる液化ガスとしてテトラフルオロメタン
（CF4）、ヘキサフルオロエタン（C2F6）、トリフ
ルオロメタン（CHF3）、オクタフルオロプロパ
ン（C3F8）等が媒体として用いられることが知
られている。またこれらのフツ素化炭化水素以外
にメタン、エタン、プロパン等の炭化水素を冷熱
発電に使用することが試みられている。しかしな
がらL.N.G冷熱利用のランキンサイクル発電では
そのL.N.G冷熱利用効率を上げ発電出力を大きく
することが最大の目標である。これに対し上記の
如き炭化水素を使用した場合その燃焼爆発性によ
りその利用が制限される。またCH4、C2H6等炭
化水素は高純度のものが入手しにくい等欠点があ
る。またL.N.G冷熱利用にはさきにのべたように
L.N.Gの冷熱を有効に利用することが最も重要で
あり、このためにはL.N.Gがタンクに貯蔵されて
いる温度即ち−162℃近くの温度迄利用すること
である。ランキンサイクル装置では第１図に示す
凝縮器２内の媒体の蒸気圧は大気圧より高いこと
が望ましい。この理由はタービンの軸シール等か
ら漏洩があると空気が混入しサイクル特性が大き
く劣化し、またはタービン出口の媒体ガス比容積
が大きくなりタービンおよび凝縮器が大きくなる
からである。このような理由によりL.N.Gの冷熱
を低温迄使用するには低沸点媒体を使用すること
が好ましい。しかし低沸点媒体を使用すると蒸発
器での圧力が非常に高くなり機器の耐圧および媒
体ポンプ動力が大きくなる。 L.N.Gの冷熱を有効に利用するために、凝縮器
を低圧用から高圧用へかけて２段以上多段に分割
し、低圧用凝縮器において低圧で媒体を凝縮さ
せ、L.N.Gの蒸発過程における低温域の冷熱を利
用するとともに高圧用凝縮器において高圧で媒体
を凝縮させL.N.G蒸発過程における高温域の冷熱
を利用する方法も提案されているが、このような
方法によると低圧用から高圧用へと、少くともタ
ービン発電機の入口から凝縮器出口までの経路を
複数にしなければならないこと、及び少くとも低
圧用凝縮器の後に液加圧ポンプを付加しなければ
ならないこと等、装置上の困難性が非常に大きく
なり、さらにこのような方法によつても凝縮器の
段数には限度があるから、冷熱の完全利用は期し
がたい。 本発明は上記の如き従来公知の媒体の欠点を改
善し旦つL.N.G冷熱利用ランキンサイクルに於け
る上記課題を解決し得る新規なL.N.G.ランキン
サイクル用作動流体を提供するものである。 本発明はテトラフルオロメタン５〜50重量％お
よびトリフルオロメタン50〜95重量％からなるL.
N.G.ランキンサイクル用作動流体に係る。 本発明に依る上記の如き特定のフツ素化炭化水
素の混合物からなる作動流体はこれを媒体とする
L.N.G冷熱利用発電に於て前記の公知の媒体に比
べて安全性を著しく高め旦つ発電出力を格段に向
上させることを可能ならしめる特徴を有する。 本発明に依りトリフルオロメタン及びテトラフ
ルオロメタンを配合した混合媒体を使用すること
により蒸発器の圧力を目的に応じて低圧より高圧
に至る広範囲の圧力で安全旦つ効率良く運転する
ことが可能となり、特に高圧時に於て発電出力を
著しく高めることができる。 以下本発明を実施例及び比較例によつて説明す
る。 実施例１〜３及び比較例１〜３ メタン90％、エタン６％及びプロパン４％の組
成を有するL.N.Gを10，20および30atm.で気化
し、この冷熱を利用し第１表に示す配合組成の混
合媒体を用いて第１図に示すランキンサイ
【表】
クルを運転した。なおL.N.Gの蒸発速度は100t／
hr、サイクルのタービン入口温度を５℃、凝縮器
におけるピンチ温度（LNGと媒体の温度差が最
小となる温度）を10℃とした。このサイクルで得
られる最大発電出力（単位KW）を第１表に示
す。 上記各例のサイクルに於てタービン出口温度を
−60℃とした場合の高圧側圧力（蒸発機からター
ビン発電機までの圧力）および低圧側圧力（ター
ビン発電機から凝縮器の間の圧力）を第２表に、
タービン出口温度を−60℃、LNG蒸発圧力を
30atm.としたときのポンプ動力を第３表に示す。
hr、サイクルのタービン入口温度を５℃、凝縮器
におけるピンチ温度（LNGと媒体の温度差が最
小となる温度）を10℃とした。このサイクルで得
られる最大発電出力（単位KW）を第１表に示
す。 上記各例のサイクルに於てタービン出口温度を
−60℃とした場合の高圧側圧力（蒸発機からター
ビン発電機までの圧力）および低圧側圧力（ター
ビン発電機から凝縮器の間の圧力）を第２表に、
タービン出口温度を−60℃、LNG蒸発圧力を
30atm.としたときのポンプ動力を第３表に示す。
【表】
【表】
上記の結果より明らかな如く、本発明による組
成を有する媒体を使用した場合（実施例１〜３）
に、運転圧力及びポンプ動力を著しく大ならしめ
ることなくLNG蒸発圧力を、特に高圧時に於て、
顕著に増大せしめることができる。 実施例１の作動流体を使用した場合のLNG冷
熱利用サイクルに対応するランキンサイクルおよ
びLNGの蒸発曲線を温度−エントロピー線図を
用いて第２図に示す。第２図において、曲線PQ
はLNG1Kgを30atmの圧力で蒸発させたときの温
度−エントロピー曲線であり、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄで
囲まれたサイクルはタービン出口温度を−70℃、
タービン入口温度を５℃と定め、LNGの蒸発曲
線にピンチポイントが10℃の温度差となるように
描いた混合冷媒の温度−エントロピーサイクルで
ある。第２図に示すサイクルでタービンの出力は
Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄで囲まれた斜線部分で示される。
この斜線部分の面積を大きくするためにはＣ−Ｂ
で示される媒体の凝縮線がＰ−Ｑで示される
LNGの蒸発曲線に近似することが必要であり、
同図に比較のために示した公知のトリフルオロメ
タンを単独で作動流体として用いた場合のＡ−Ｂ
−Ｅ−Ｆで囲まれた部分で表わされるタービン出
力に比し著しく大きい出力が得られることがわか
る。
成を有する媒体を使用した場合（実施例１〜３）
に、運転圧力及びポンプ動力を著しく大ならしめ
ることなくLNG蒸発圧力を、特に高圧時に於て、
顕著に増大せしめることができる。 実施例１の作動流体を使用した場合のLNG冷
熱利用サイクルに対応するランキンサイクルおよ
びLNGの蒸発曲線を温度−エントロピー線図を
用いて第２図に示す。第２図において、曲線PQ
はLNG1Kgを30atmの圧力で蒸発させたときの温
度−エントロピー曲線であり、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄで
囲まれたサイクルはタービン出口温度を−70℃、
タービン入口温度を５℃と定め、LNGの蒸発曲
線にピンチポイントが10℃の温度差となるように
描いた混合冷媒の温度−エントロピーサイクルで
ある。第２図に示すサイクルでタービンの出力は
Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄで囲まれた斜線部分で示される。
この斜線部分の面積を大きくするためにはＣ−Ｂ
で示される媒体の凝縮線がＰ−Ｑで示される
LNGの蒸発曲線に近似することが必要であり、
同図に比較のために示した公知のトリフルオロメ
タンを単独で作動流体として用いた場合のＡ−Ｂ
−Ｅ−Ｆで囲まれた部分で表わされるタービン出
力に比し著しく大きい出力が得られることがわか
る。
第１図はLNG利用ランキンサイクルの系統図
であり、第２図は本発明及び公知の作動流体を使
用した場合のランキンサイクルおよびLNGの蒸
発曲線を温度−エントロピー線図上に示した図で
ある。
であり、第２図は本発明及び公知の作動流体を使
用した場合のランキンサイクルおよびLNGの蒸
発曲線を温度−エントロピー線図上に示した図で
ある。
Claims (1)
- １ テトラフルオロメタン５〜50重量％およびト
リフルオロメタン50〜95重量％からなるL.N.G.
ランキンサイクル用作動流体。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56080533A JPS57195179A (en) | 1981-05-26 | 1981-05-26 | Working fluid for rankine cycle |
| US06/381,750 US4459810A (en) | 1981-05-26 | 1982-05-25 | Working fluids for use with rankine cycle |
| DE8282302657T DE3261605D1 (en) | 1981-05-26 | 1982-05-25 | Working fluids for use with rankine cycle |
| EP82302657A EP0066439B2 (en) | 1981-05-26 | 1982-05-25 | Rankine cycle with organic working fluid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56080533A JPS57195179A (en) | 1981-05-26 | 1981-05-26 | Working fluid for rankine cycle |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57195179A JPS57195179A (en) | 1982-11-30 |
| JPH0223590B2 true JPH0223590B2 (ja) | 1990-05-24 |
Family
ID=13720976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56080533A Granted JPS57195179A (en) | 1981-05-26 | 1981-05-26 | Working fluid for rankine cycle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57195179A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1764487A1 (de) * | 2005-09-19 | 2007-03-21 | Solvay Fluor GmbH | Arbeitsfluid für einen ORC-Prozess |
-
1981
- 1981-05-26 JP JP56080533A patent/JPS57195179A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57195179A (en) | 1982-11-30 |
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