JPH04298606A - 非共沸混合物用凝縮器 - Google Patents
非共沸混合物用凝縮器Info
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- JPH04298606A JPH04298606A JP8991891A JP8991891A JPH04298606A JP H04298606 A JPH04298606 A JP H04298606A JP 8991891 A JP8991891 A JP 8991891A JP 8991891 A JP8991891 A JP 8991891A JP H04298606 A JPH04298606 A JP H04298606A
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- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 38
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 28
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- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 6
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- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
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。
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ヒートポンプやバイ
ナリーサイクルのような低沸点媒体システムで作動流体
として使用される非共沸混合物用の凝縮器に関する。
ナリーサイクルのような低沸点媒体システムで作動流体
として使用される非共沸混合物用の凝縮器に関する。
【０００２】
【従来の技術】低沸点媒体システムの一例として図４に
示されるバイナリー発電システムについて述べると、蒸
発器２、タービン４、凝縮器６および媒体ポンプ８が直
列に接続されて閉ループ１０を構成している。そして、
その閉ループ１０内を循環する作動流体は、まず蒸発器
２で熱源流体から熱を奪って蒸発し、発生した蒸気はタ
ービン４に供給される。この蒸気はタービン４内で膨張
して発電機１２を駆動する仕事をする。タービン４から
排出された蒸気は凝縮器６で冷却水に熱を奪われて凝縮
する。 凝縮液は循環ポンプ８で再び蒸発器２に送られる。
示されるバイナリー発電システムについて述べると、蒸
発器２、タービン４、凝縮器６および媒体ポンプ８が直
列に接続されて閉ループ１０を構成している。そして、
その閉ループ１０内を循環する作動流体は、まず蒸発器
２で熱源流体から熱を奪って蒸発し、発生した蒸気はタ
ービン４に供給される。この蒸気はタービン４内で膨張
して発電機１２を駆動する仕事をする。タービン４から
排出された蒸気は凝縮器６で冷却水に熱を奪われて凝縮
する。 凝縮液は循環ポンプ８で再び蒸発器２に送られる。
【０００３】ところで、このようなバイナリーサイクル
やヒートポンプ等の熱サイクルでは、効率の向上のため
作動流体に非共沸の混合媒体を用いてローレンツサイク
ルを構成させることがある。たとえばバイナリーサイク
ルは基本的にランキンサイクルであって、作動流体が単
一媒体のときは図５に示すようにＴＳ線図の■’−■、
■−■がそれぞれ等温変化を示す。ところが、フロンＲ
１２３ とＲ２２の混合のような混合媒体を作動流体と
して使用すると、図６に示すように、同一圧力でも飽和
温度が変化し、蒸発器２では蒸発温度が上がり、凝縮器
６では凝縮温度が下がる。これによりローレンツサイク
ルが形成され、システム効率が向上する。
やヒートポンプ等の熱サイクルでは、効率の向上のため
作動流体に非共沸の混合媒体を用いてローレンツサイク
ルを構成させることがある。たとえばバイナリーサイク
ルは基本的にランキンサイクルであって、作動流体が単
一媒体のときは図５に示すようにＴＳ線図の■’−■、
■−■がそれぞれ等温変化を示す。ところが、フロンＲ
１２３ とＲ２２の混合のような混合媒体を作動流体と
して使用すると、図６に示すように、同一圧力でも飽和
温度が変化し、蒸発器２では蒸発温度が上がり、凝縮器
６では凝縮温度が下がる。これによりローレンツサイク
ルが形成され、システム効率が向上する。
【０００４】図７は最も簡単な二成分の液体−蒸気系の
温度−組成の関係を横軸に低沸成分のモル分率をとって
示したものである。ＧとＬは単一相で、それぞれ気相と
液相、Ｌ＋Ｇの領域は液体と蒸気が共存する二相領域で
ある。もし低沸成分の６０モル％（モル分率＝０．６０
）の液体混合物の温度を、定圧下で上昇させたとすると
、この系の変化は直線ａｂ’ｃｄ”ｅ に沿って考える
ことができる。 低温では液相のみが存在するが、ｂ’点で蒸気相が現わ
れる。この蒸気相の組成はｂ”点で与えられ、２つの共
役相は図上の平衡連結線ｂ”ｂ’で結ばれている。さら
に温度を上げると、もっと多くの蒸気が生成するが、そ
の場合、蒸気中の低沸成分の濃度が高いので、液相では
この成分が相対的に減少し、液体の組成はｂ’ｃ’ｄ’
に沿って変化し、一方、蒸気の組成はｂ”ｃ”ｄ”に沿
って変化する。温度ｔ℃では、二相領域にある系の全組
成はｃ点で表されるが、蒸気組成、液体組成はそれぞれ
ｃ点を通る平衡連結線の両端、ｃ”点とｃ’点で与えら
れる。二相の相対的な量は、物理学のてこの原理から求
められる。すなわち、蒸気と液体のモル数の比はｃｃ’
と ｃ”ｃ の長さの比で表される。さらに温度を上げ
るとますます蒸気が生成し、ｄ”点になると液相はほと
んどなくなり、これ以上温度が高くなると、液相が消え
て蒸気相（ｄ”点）のみが残る。これ以上は温度を（ｄ
”ｅ に沿って）上げてもなにも起らない。
温度−組成の関係を横軸に低沸成分のモル分率をとって
示したものである。ＧとＬは単一相で、それぞれ気相と
液相、Ｌ＋Ｇの領域は液体と蒸気が共存する二相領域で
ある。もし低沸成分の６０モル％（モル分率＝０．６０
）の液体混合物の温度を、定圧下で上昇させたとすると
、この系の変化は直線ａｂ’ｃｄ”ｅ に沿って考える
ことができる。 低温では液相のみが存在するが、ｂ’点で蒸気相が現わ
れる。この蒸気相の組成はｂ”点で与えられ、２つの共
役相は図上の平衡連結線ｂ”ｂ’で結ばれている。さら
に温度を上げると、もっと多くの蒸気が生成するが、そ
の場合、蒸気中の低沸成分の濃度が高いので、液相では
この成分が相対的に減少し、液体の組成はｂ’ｃ’ｄ’
に沿って変化し、一方、蒸気の組成はｂ”ｃ”ｄ”に沿
って変化する。温度ｔ℃では、二相領域にある系の全組
成はｃ点で表されるが、蒸気組成、液体組成はそれぞれ
ｃ点を通る平衡連結線の両端、ｃ”点とｃ’点で与えら
れる。二相の相対的な量は、物理学のてこの原理から求
められる。すなわち、蒸気と液体のモル数の比はｃｃ’
と ｃ”ｃ の長さの比で表される。さらに温度を上げ
るとますます蒸気が生成し、ｄ”点になると液相はほと
んどなくなり、これ以上温度が高くなると、液相が消え
て蒸気相（ｄ”点）のみが残る。これ以上は温度を（ｄ
”ｅ に沿って）上げてもなにも起らない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の非共沸混合物用
凝縮器では、入口部で高沸成分が凝縮し、それに低沸成
分が相平衡バランスをとるようにして凝縮して行く。
凝縮器では、入口部で高沸成分が凝縮し、それに低沸成
分が相平衡バランスをとるようにして凝縮して行く。
【０００６】この発明の目的とするところは、凝縮器の
伝熱面全面で低沸成分の凝縮を促進して非共沸混合物用
凝縮器の凝縮伝熱性能を向上させることにある。
伝熱面全面で低沸成分の凝縮を促進して非共沸混合物用
凝縮器の凝縮伝熱性能を向上させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、低沸成分濃
度の低い液を入口部より噴射して伝熱面全面に低沸成分
濃度の低い液膜を形成させるようにした。
度の低い液を入口部より噴射して伝熱面全面に低沸成分
濃度の低い液膜を形成させるようにした。
【０００８】
【作用】図１に示すように、低沸成分濃度の低い、言い
換えれば高沸成分濃度の高い液２２を、凝縮器入口部よ
り噴射して凝縮器の凝縮伝熱面２０全面に低沸成分濃度
の低い液２２の膜を形成させることによって、低沸成分
濃度の低い液２２に対する低沸成分ガス２４の接触の機
会が十分確保されるので、低沸成分ガス２４の凝縮が促
進される。また、そのようにして全伝熱面２０にて低沸
成分濃度がＸｃからＸ’に低下するため、低沸成分の凝
縮が一層進む。
換えれば高沸成分濃度の高い液２２を、凝縮器入口部よ
り噴射して凝縮器の凝縮伝熱面２０全面に低沸成分濃度
の低い液２２の膜を形成させることによって、低沸成分
濃度の低い液２２に対する低沸成分ガス２４の接触の機
会が十分確保されるので、低沸成分ガス２４の凝縮が促
進される。また、そのようにして全伝熱面２０にて低沸
成分濃度がＸｃからＸ’に低下するため、低沸成分の凝
縮が一層進む。
【０００９】なお、ローレンツサイクルでは低沸成分の
少ない液２２としては蒸発器出口の蒸発残液を用いるこ
とができる。
少ない液２２としては蒸発器出口の蒸発残液を用いるこ
とができる。
【００１０】
【実施例】図４に示した上述のバイナリー発電システム
に適用した場合を例にとって説明すると、図２に示すよ
うに、蒸発器２の出口側にミストセパレータ１４を設置
し、その下部出口を蒸発器２の入口側に接続する。凝縮
器６の出口側には低沸成分ガスを分離するためのアフタ
ークーラー１６を設置する。なお、凝縮器６出口の未凝
縮ガスをさらに冷却して凝縮させる機能を有する点でこ
のアフタークーラー１６も一種の凝縮器である。ミスト
セパレータ１４の下部出口とアフタークーラー１６の入
口部とを配管１８で接続する。
に適用した場合を例にとって説明すると、図２に示すよ
うに、蒸発器２の出口側にミストセパレータ１４を設置
し、その下部出口を蒸発器２の入口側に接続する。凝縮
器６の出口側には低沸成分ガスを分離するためのアフタ
ークーラー１６を設置する。なお、凝縮器６出口の未凝
縮ガスをさらに冷却して凝縮させる機能を有する点でこ
のアフタークーラー１６も一種の凝縮器である。ミスト
セパレータ１４の下部出口とアフタークーラー１６の入
口部とを配管１８で接続する。
【００１１】蒸発器２を出た作動流体はミストセパレー
タ１４で蒸気と蒸発残液とに分離される。蒸気はタービ
ン４に供給されて仕事をした後、凝縮器６で冷却水に熱
を奪われて凝縮する。ミストセパレータ１４で蒸気から
分離された蒸発残液は、下部出口から配管１８を通って
アフタークーラー１６に送られ、その入口部より伝熱面
に噴射される。
タ１４で蒸気と蒸発残液とに分離される。蒸気はタービ
ン４に供給されて仕事をした後、凝縮器６で冷却水に熱
を奪われて凝縮する。ミストセパレータ１４で蒸気から
分離された蒸発残液は、下部出口から配管１８を通って
アフタークーラー１６に送られ、その入口部より伝熱面
に噴射される。
【００１２】この場合の蒸発器２、凝縮器６の低沸成分
濃度は図３のようになる。図３から理解されるとおり、
蒸発器出口の蒸発残液は系内で最も低い低沸成分濃度Ｘ
ｅを示す。一方、凝縮器６の出口ではＸｃで示される状
態の低沸成分ガスの濃度が非常に高い。したがって、ア
フタークーラー１８の入口部より噴射されて凝縮伝熱面
２０に液膜を形成した低沸成分濃度の低い蒸発残液２２
に、低沸成分ガス２４が吸収される（図１参照）。
濃度は図３のようになる。図３から理解されるとおり、
蒸発器出口の蒸発残液は系内で最も低い低沸成分濃度Ｘ
ｅを示す。一方、凝縮器６の出口ではＸｃで示される状
態の低沸成分ガスの濃度が非常に高い。したがって、ア
フタークーラー１８の入口部より噴射されて凝縮伝熱面
２０に液膜を形成した低沸成分濃度の低い蒸発残液２２
に、低沸成分ガス２４が吸収される（図１参照）。
【００１３】上述の実施例は、凝縮器６を第一段とした
場合にその出口に設置されるアフタークーラー１６を第
二段の凝縮器と見立てたものであるが、凝縮器６の凝縮
伝熱面に低沸成分濃度の低い液の膜を形成させるように
することもできる。しかしながら、その場合、低沸成分
の凝縮を促進するという観点からは同様の作用効果が望
めるものの、凝縮伝熱面に液膜を形成させることによっ
て凝縮すべきガスと伝熱面との接触を断つことにもなる
ということに留意すべきである。
場合にその出口に設置されるアフタークーラー１６を第
二段の凝縮器と見立てたものであるが、凝縮器６の凝縮
伝熱面に低沸成分濃度の低い液の膜を形成させるように
することもできる。しかしながら、その場合、低沸成分
の凝縮を促進するという観点からは同様の作用効果が望
めるものの、凝縮伝熱面に液膜を形成させることによっ
て凝縮すべきガスと伝熱面との接触を断つことにもなる
ということに留意すべきである。
【００１４】
【発明の効果】以上のように、この発明は、低沸成分濃
度の低い液を入口部より噴射して伝熱面全面に低沸成分
濃度の低い液膜を形成させるようにしたようにしたもの
であるから、凝縮器の凝縮伝熱面全面に低沸成分濃度の
低い液の膜が形成される。したがって、低沸成分濃度の
低い液に対する低沸成分ガスの接触の機会が十分確保さ
れ、低沸成分の凝縮を促進する。また、そのようにして
全伝熱面にて低沸成分濃度が低下するため、低沸成分の
凝縮が一層進む。この発明によれば、このようにして非
共沸混合物用凝縮器の伝熱性能を向上させることができ
る。
度の低い液を入口部より噴射して伝熱面全面に低沸成分
濃度の低い液膜を形成させるようにしたようにしたもの
であるから、凝縮器の凝縮伝熱面全面に低沸成分濃度の
低い液の膜が形成される。したがって、低沸成分濃度の
低い液に対する低沸成分ガスの接触の機会が十分確保さ
れ、低沸成分の凝縮を促進する。また、そのようにして
全伝熱面にて低沸成分濃度が低下するため、低沸成分の
凝縮が一層進む。この発明によれば、このようにして非
共沸混合物用凝縮器の伝熱性能を向上させることができ
る。
【図１】この発明の作用を模式的に示す凝縮器の主要部
の断面図（Ａ）および対応する濃度線図である。
の断面図（Ａ）および対応する濃度線図である。
【図２】この発明の実施例を示すバイナリー発電システ
ムのフローシートである。
ムのフローシートである。
【図３】図２のバイナリー発電システムにおける作動流
体の気液平衡線図である。
体の気液平衡線図である。
【図４】バイナリー発電システムのフローシートである
。
。
【図５】ランキンサイクルのＴＳ線図である。
【図６】ローレンツサイクルのＴＳ線図である。
【図７】非共沸混合物の温度−組成の関係を示す気液平
衡線図である。
衡線図である。
２ 蒸発器
４ タービン
６ 凝縮器
８ 循環ポンプ
１２ 発電機
１４ ミストセパレータ
１６ アフタークーラー
１８ 配管
２０ 凝縮伝熱面
２２ 低沸成分濃度の低い液
２４ 低沸成分ガス
Claims (1)
- 【請求項１】 低沸成分濃度の低い液を入口部より噴
射して伝熱面全面に低沸成分濃度の低い液膜を形成させ
るようにした非共沸混合物用凝縮器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3089918A JP2513937B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 非共沸混合物用凝縮器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3089918A JP2513937B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 非共沸混合物用凝縮器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04298606A true JPH04298606A (ja) | 1992-10-22 |
| JP2513937B2 JP2513937B2 (ja) | 1996-07-10 |
Family
ID=13984090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3089918A Expired - Fee Related JP2513937B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 非共沸混合物用凝縮器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2513937B2 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5867975A (ja) * | 1981-10-16 | 1983-04-22 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 低温低温度差エネルギ回収方法 |
| JPS619482A (ja) * | 1984-06-06 | 1986-01-17 | エフ・ビルリッヒ・ベルク―・ウント・バウテヒニク・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング・ウント・コンパニー | 石炭層などを固結、密封する方法 |
-
1991
- 1991-03-27 JP JP3089918A patent/JP2513937B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5867975A (ja) * | 1981-10-16 | 1983-04-22 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 低温低温度差エネルギ回収方法 |
| JPS619482A (ja) * | 1984-06-06 | 1986-01-17 | エフ・ビルリッヒ・ベルク―・ウント・バウテヒニク・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング・ウント・コンパニー | 石炭層などを固結、密封する方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2513937B2 (ja) | 1996-07-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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