JPH0223591B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0223591B2 JPH0223591B2 JP56080534A JP8053481A JPH0223591B2 JP H0223591 B2 JPH0223591 B2 JP H0223591B2 JP 56080534 A JP56080534 A JP 56080534A JP 8053481 A JP8053481 A JP 8053481A JP H0223591 B2 JPH0223591 B2 JP H0223591B2
- 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LNG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LNG（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LNG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。 LNGは１のLNGポンプで加圧されて２の凝縮
器（LNG気化器）に入り媒体と熱交換して蒸発
する。蒸発したLNG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
LNG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LNG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LNG冷熱利用のランキンサイク
ル発電ではそのLNG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LNG冷熱利用にはさきにの
べたようにLNG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LNG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
LNG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。 LNG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、LNG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LNG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、少なくと
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、及び少なく
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
善し且つLNG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LNG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％、
トリフルオロメタン40〜90重量％およびモノクロ
ロジフルオロメタン５〜10重量％からなるLNG
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
LNG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且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
ルオロメタンに少量のモノクロロジフルオロメタ
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
囲の圧力で安全に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且
つ発電機圧力を下げることができる。 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LNG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クルを運転
した。なおLNG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２表に示す。
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LNG（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LNG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。 LNGは１のLNGポンプで加圧されて２の凝縮
器（LNG気化器）に入り媒体と熱交換して蒸発
する。蒸発したLNG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
LNG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LNG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LNG冷熱利用のランキンサイク
ル発電ではそのLNG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LNG冷熱利用にはさきにの
べたようにLNG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LNG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
LNG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。 LNG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、LNG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LNG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、少なくと
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、及び少なく
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
善し且つLNG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LNG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％、
トリフルオロメタン40〜90重量％およびモノクロ
ロジフルオロメタン５〜10重量％からなるLNG
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
LNG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且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
ルオロメタンに少量のモノクロロジフルオロメタ
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
囲の圧力で安全に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且
つ発電機圧力を下げることができる。 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LNG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クルを運転
した。なおLNG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２表に示す。
【表】
【表】
上記各例のサイクルに於て凝縮器出口温度を−
80℃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３表に、凝
縮器出口温度を−80℃、LNG蒸発圧力を30atm.
としたときのポンプ動力を第４表に示す。
80℃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３表に、凝
縮器出口温度を−80℃、LNG蒸発圧力を30atm.
としたときのポンプ動力を第４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の集熱線を温度−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
示される媒体の蒸発曲線が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クロロトリフル
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の集熱線を温度−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
示される媒体の蒸発曲線が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クロロトリフル
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％、トリフ
ルオロメタン40〜90重量％及びモノクロロジフル
オロメタン５〜10重量％からなるLNGランキン
サイクル用作動流体。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56080534A JPS57195180A (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 |
|---|---|---|---|
| JP56080534A JPS57195180A (en) | 1981-05-26 | 1981-05-26 | Working fluid for rankine cycle |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57195180A JPS57195180A (en) | 1982-11-30 |
| JPH0223591B2 true JPH0223591B2 (ja) | 1990-05-24 |
Family
ID=13721005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56080534A Granted JPS57195180A (en) | 1981-05-26 | 1981-05-26 | Working fluid for rankine cycle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57195180A (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 JP56080534A patent/JPS57195180A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57195180A (en) | 1982-11-30 |
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