JPS6128709B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6128709B2
JPS6128709B2 JP57123439A JP12343982A JPS6128709B2 JP S6128709 B2 JPS6128709 B2 JP S6128709B2 JP 57123439 A JP57123439 A JP 57123439A JP 12343982 A JP12343982 A JP 12343982A JP S6128709 B2 JPS6128709 B2 JP S6128709B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
freon
working fluid
isobutane
rankine cycle
temperature
Prior art date
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Expired
Application number
JP57123439A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5912993A (en
Inventor
Hisanori Enjo
Masahiro Noguchi
Satoru Ide
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.)
Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Kogyo Co Ltd
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Publication date
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Priority to EP83106843A priority patent/EP0101856B1/en
Priority to DE8383106843T priority patent/DE3362538D1/en
Publication of JPS5912993A publication Critical patent/JPS5912993A/en
Priority to US06/632,276 priority patent/US4557851A/en
Publication of JPS6128709B2 publication Critical patent/JPS6128709B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明はランキンサイクル用の新規な動作流体
に関する。 熱エネルギーを用いて液状媒体を加熱蒸発させ
膨張装置内で膨張させることにより機械エネルギ
ーを得、ついでこの媒体を擬縮させ、ポンプによ
り加圧して液状媒体とする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においては、媒体すなわちラ
ンキンサイクル用動体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は水である。動作流
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。然しながら、水は擬固点が高く、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温度に限界がある。 このような水の欠点を改善するものとして、多
くの有機動作流体が提案されているが、多くのも
のは可燃性であつたり、腐蝕性であつたりして、
いまだ満足して使用できるものは得られていな
い。しかしこれらのもののうち、実用化されてい
るものとしてトリクロロフルオロメタン(以下フ
ロン−11という)があるが、フロン−11からなる
ランキンサイクル用動作流体は熱エネルギーから
機械エネルギーへの変換効率が低い難点がある。
このためエネルギー変換効率がよく加熱安定性の
よい動動作流体の出現が期待されている。 本発明者らはそのような要望に応えるべく種々
研究を重ねた結果、従来の動作流体はすべて単一
物質が研究され用いられて来たが、異つた特性を
もつ物質を混合した混合系は単一物質に比べて優
れた特性を示すことを見出し、特にトリクロロフ
ルオロメタン(以下フロン−11という)とイソブ
タンとの混合物がランキンサイクル用の動作流体
としてきわめてすぐれた特性を有していることを
見出し本発明を完成するにいたつた。 本発明のフロン−11とイソブタンとの混合系は
ランキンサイクル用動作流体として次の特性を有
している。 フロン−11とイソブタンとの混合系を用いたラ
ンキンサイクルは、熱源エネルギーから得られる
機械エネルギー、即ちエネルギー変換効率が従来
ランキンサイクル用動作流体として公知のフロン
−11に比し十分高い特性を有している。 さらに、動作流体として使用する場合、燃焼し
たり爆発したりするものは使用範囲が著しく制限
されるが、フロン−11とイソブタンとの混合物は
イソソブタの混合比が50%の混合物では燃焼はす
るがその爆発範囲はせまくその危険性はイソブタ
ンに比べて非常に小さく充分に実用に供すること
が可能である。 一般にフロン−11を95〜50重量%、イソブタン
を5〜50重量%の範囲の混合比率で特に出力効率
の顕著な向上が得られる。 第1図は本発明のフロン−11とイソブタンとの
混合物(混合比70重量%/30重量%)の圧力−エ
ンタルピ線図(P−H線図)であり、図中に記入
した点A,B,C,D,Eはそれぞれ下記実施例
で実施されたランキンサイクルの下記第2図及び
第3図に説明するランキンサイクルの各状態点に
対応する。 第2図は熱エネルギーを機械エネルギーに変換
するためのランキンサイクル系統図であり、第3
図はフロン−11とイソブタンとの混合物を動作流
体として用いたランキンサイクルを温度エントロ
ピ線図上に記入して示したものである。なお、第
2図における記号A〜Eで示した各状態点に対応
する。 蒸気発生装置4で加熱された動作流体は蒸発
し、高温高圧の蒸気となる。この状態は第3図に
おいてD,E,Aの変化で示される。この間で液
状動作流体は加熱され温度が上昇し、沸騰が始ま
り全量が気化する。この動作流体蒸気はつぎに膨
張装置1に入り、断熱膨張を行ない、温度、圧力
が低下し第3図に示すA−B間の仕事を行なう。
膨張装置1内で仕事を行ない低温低圧になつた動
作流体は次に凝縮装置2に入り、第3図のB−C
で示すように凝縮液化する。この液化した動作流
体はポンプ3に入り、昇圧されて再び蒸気発生装
置4に入り、前述の如きサクルが繰り返される。
なお、第3図中、点aは熱源である。熱水がラン
キンサイクルの蒸気発生装置に入つたときの熱水
の状態を示し、bはこの熱水が蒸気発生装置を出
た時の熱水の状態を示し、点aから点bにひいた
直線上の矢印は熱水の流れの方向を示している。
また、点d,eは凝縮器内の冷却水の状態を示
し、dは凝縮器入口の冷却水の、eは擬縮器出口
の冷却水の状態を示し、点dから点eにひいた直
線上の矢印は冷却水の流れの方向を示している。 上記のランキンサイクル用に用いられる膨張装
置としては、回転式または往復式の容積型膨張機
やタービン膨張機が使用可能であり、蒸気発生装
置としては水蒸気の発生に用いられるボイラーと
同じ形式のものも使用可能であり、また凝縮装置
としては冷凍装置に使用されている形式のものが
使用可能である。そしてポンプとしては、化学装
置に一般に用いられている有機溶剤の加圧送液ポ
ンプが使用可能である。 次に、本発明を実施例、比較例及び各種の試験
例によつて本発明を説明する。なお各成分の配合
比は重量%を以て表示する。 実施例1〜3及び比較例1 前記の第1〜3図に示したランキンサイクルに
従い、本発明のフロン−11及びイソブタンの各種
混合比率の混合物およびフロン−11をそれぞれ動
作流体として同一装置によりこのサイクルを運転
した。運転条件としては第3図a点における熱水
温度を120℃に設定し、d点で示される冷却水の
温を25℃として、前記熱水の1000t/時の熱エネ
ルギーから得られる機械エネルギーによつて発電
する際の出力特性を求め、第1表に示す結果を得
た。なお、このサイクルの蒸発温度は80℃とし凝
縮温度は42℃である。
The present invention relates to a new working fluid for Rankine cycles. Mechanical energy is obtained by heating and evaporating a liquid medium using thermal energy and expanding it in an expansion device.Then, this medium is then pseudo-condensed, and thermal energy is obtained by repeating the cycle of pressurizing it with a pump and turning it into a liquid medium. In the Rankine cycle, which converts mechanical energy into mechanical energy, almost the only medium that has traditionally been used as a moving fluid for the Rankine cycle is water. Water as a working fluid has been used in steam engines for a long time. However, water has a high pseudo-solid point and a large vapor specific volume, which limits its range of use.Especially when using a low-temperature heat source, the disadvantage is that the equipment becomes bulky and efficiency decreases; There is a limit to the temperature at which it can be used because it freezes. Many organic working fluids have been proposed to improve the drawbacks of water, but many are flammable or corrosive.
I have not yet found anything that I can use with satisfaction. However, among these, trichlorofluoromethane (hereinafter referred to as Freon-11) is one that has been put into practical use, but the working fluid for the Rankine cycle, which is made of Freon-11, has the disadvantage of low conversion efficiency from thermal energy to mechanical energy. There is.
Therefore, the emergence of a dynamic fluid with high energy conversion efficiency and good heating stability is expected. The inventors of the present invention have conducted various studies in response to such demands, and have found that although all conventional working fluids have been researched and used with a single substance, a mixed system in which substances with different characteristics are mixed has been developed. We have discovered that a mixture of trichlorofluoromethane (hereinafter referred to as Freon-11) and isobutane exhibits superior properties compared to single substances, and that a mixture of trichlorofluoromethane (hereinafter referred to as Freon-11) and isobutane has extremely excellent properties as a working fluid for the Rankine cycle. Heading: We have completed the present invention. The mixed system of Freon-11 and isobutane of the present invention has the following characteristics as a working fluid for Rankine cycle. The Rankine cycle using a mixed system of Freon-11 and isobutane has characteristics that the mechanical energy obtained from the heat source energy, that is, the energy conversion efficiency, is sufficiently higher than that of Freon-11, which is conventionally known as a working fluid for the Rankine cycle. ing. Furthermore, when used as a working fluid, the range of use is severely limited if it is combustible or explosive, but a mixture of Freon-11 and isobutane with a 50% isobutane mixture will combust, but Its explosive range is narrow and its danger is much smaller than that of isobutane, so it can be put to practical use. Generally, a remarkable improvement in output efficiency can be obtained especially when the mixing ratio is in the range of 95 to 50% by weight of Freon-11 and 5 to 50% by weight of isobutane. Figure 1 is a pressure-enthalpy diagram (P-H diagram) of a mixture of Freon-11 and isobutane of the present invention (mixing ratio 70% by weight/30% by weight), and points A, B, C, D, and E respectively correspond to each state point of the Rankine cycle explained in FIGS. 2 and 3 below of the Rankine cycle implemented in the following example. Figure 2 is a Rankine cycle system diagram for converting thermal energy into mechanical energy.
The figure shows a Rankine cycle using a mixture of Freon-11 and isobutane as the working fluid, plotted on a temperature entropy diagram. Note that this corresponds to each state point indicated by symbols A to E in FIG. The working fluid heated by the steam generator 4 evaporates and becomes high-temperature, high-pressure steam. This state is shown in FIG. 3 by the changes in D, E, and A. During this time, the liquid working fluid is heated, its temperature rises, and the entire amount begins to boil. This working fluid vapor then enters the expansion device 1, undergoes adiabatic expansion, reduces temperature and pressure, and performs work between A and B shown in FIG. 3.
The working fluid that has performed work in the expansion device 1 and has become low temperature and low pressure then enters the condensation device 2 and flows through B-C in Fig. 3.
It condenses and liquefies as shown in . This liquefied working fluid enters the pump 3, is pressurized, enters the steam generator 4 again, and the cycle as described above is repeated.
Note that in FIG. 3, point a is a heat source. b shows the state of the hot water when it enters the Rankine cycle steam generator, and b shows the state of the hot water when it leaves the steam generator, drawn from point a to point b. Arrows on straight lines indicate the direction of flow of hot water.
In addition, points d and e indicate the state of the cooling water in the condenser, d indicates the state of the cooling water at the condenser inlet, and e indicates the state of the cooling water at the pseudo-condenser outlet. The arrow on the straight line indicates the direction of the flow of cooling water. As the expansion device used for the above-mentioned Rankine cycle, a rotary or reciprocating positive displacement expander or a turbine expander can be used, and the steam generator is of the same type as the boiler used to generate steam. It is also possible to use a condensing device of the type used in refrigeration equipment. As the pump, an organic solvent pressurized liquid pump commonly used in chemical equipment can be used. Next, the present invention will be explained using examples, comparative examples, and various test examples. The blending ratio of each component is expressed in weight %. Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 According to the Rankine cycle shown in FIGS. 1 to 3 above, this was carried out using the same apparatus using a mixture of Freon-11 of the present invention and isobutane at various mixing ratios and Freon-11 as working fluids. I drove a cycle. As for the operating conditions, the temperature of the hot water at point a in Figure 3 is set to 120°C, the temperature of the cooling water shown at point d is set to 25°C, and the mechanical energy obtained from the thermal energy of 1000 t/hour of the hot water is Therefore, the output characteristics during power generation were determined, and the results shown in Table 1 were obtained. Note that the evaporation temperature in this cycle is 80°C and the condensation temperature is 42°C.

【表】 第1表の結果より、フロン−11単独の場合に比
してフロン−11とイソブタンとの混合系による出
力特性の向上が顕著であり、イソブタンの混合比
率が5〜50重量%の範囲で出力の増大が認められ
る。 次にフロン−11単独及び本発明のフロン−11/
イソブタン(重量比70/30)の動作流体をそれぞ
れ硝子製シールドチユーブ中に鉄および潤滑油と
共に封入し、150℃で100時間加熱した後、シール
ドチユーブ中の動作流体のハロゲン濃度及び分解
生成物の量をガスクロマトグラフにより測定し
た。その結果を第2表に示す。
[Table] From the results in Table 1, it is clear that the output characteristics of a mixed system of Freon-11 and isobutane are significantly improved compared to when Freon-11 is used alone. An increase in output is observed within the range. Next, Freon-11 alone and Freon-11 of the present invention/
A working fluid of isobutane (weight ratio 70/30) was sealed together with iron and lubricating oil in a glass shield tube, and after heating at 150℃ for 100 hours, the halogen concentration and decomposition products of the working fluid in the shield tube were determined. The amount was measured by gas chromatography. The results are shown in Table 2.

【表】 第2表に示すとおり、フロン−11単独の動作流
体に比し本発明のフロン−11とイソブタンとの混
合系は高温におけるハロゲンイオンの生成が少な
く、かつガスクロマトグラフ分析により検出され
る分解生成物が少ない。フロン−11/イソブタン
の混合系の場合、高温下でのハロゲンの生成量が
少ないということは装置の金属材料を腐蝕しにく
いことを意味し、また分解生成物がほとんどない
ということは使用中に分解生成物の増加によりラ
ンキンサイクル用動作流体としての熱力学的特性
が変化したり、効率が低下することが防止される
ことを意味する。 以上のように、本発明のフロン−11とイソブタ
ンとの混合系はエネルギー変換効率、熱交換特性
及び熱安定性等多方面において従来のフロン−11
に比して勝つており、すぐれたランキンサイクル
用動作流体として使用することができる。
[Table] As shown in Table 2, compared to the working fluid of Freon-11 alone, the mixed system of Freon-11 and isobutane of the present invention generates less halogen ions at high temperatures, and is detected by gas chromatography analysis. Fewer decomposition products. In the case of a Freon-11/isobutane mixed system, the small amount of halogen produced at high temperatures means that it is less likely to corrode the metal materials of the equipment, and the fact that there are almost no decomposition products means that there is no problem during use. This means that the thermodynamic properties of the working fluid for the Rankine cycle are prevented from changing and the efficiency is prevented from decreasing due to an increase in decomposition products. As described above, the mixed system of CFC-11 and isobutane of the present invention has many advantages over conventional CFC-11 in many aspects such as energy conversion efficiency, heat exchange characteristics, and thermal stability.
It can be used as an excellent working fluid for Rankine cycle.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明のランキンサイクル用動作流体
であるフロン−11/イソブタン混合系の圧力−エ
ンタピ線図、第2図はランキンサイクルの系統
図、第3図はフロン−11/イソブタン混合系を動
作流体として用いたランキンサイクルを温度−エ
ントロピ線図に記入した図である。
Figure 1 is a pressure-entapy diagram of a Freon-11/isobutane mixed system, which is the working fluid for the Rankine cycle of the present invention, Figure 2 is a system diagram of the Rankine cycle, and Figure 3 is a Freon-11/isobutane mixed system. It is a diagram in which the Rankine cycle used as a working fluid is plotted on a temperature-entropy diagram.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 トリクロロフルオロメタンにイソブタンを混
合することを特徴とするランキンサイクル用動作
流体。 2 トリクロロフルオロメタンを95〜50重量%及
びイソブタンを5〜50重量%混合することを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載のランキンサイ
クル用動作流体。
[Claims] 1. A working fluid for a Rankine cycle, characterized in that trichlorofluoromethane is mixed with isobutane. 2. The working fluid for Rankine cycle according to claim 1, characterized in that 95 to 50% by weight of trichlorofluoromethane and 5 to 50% by weight of isobutane are mixed.
JP57123439A 1982-07-14 1982-07-14 Working fluid for rankine cycle Granted JPS5912993A (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57123439A JPS5912993A (en) 1982-07-14 1982-07-14 Working fluid for rankine cycle
EP83106843A EP0101856B1 (en) 1982-07-14 1983-07-12 Working fluids for rankine cycle
DE8383106843T DE3362538D1 (en) 1982-07-14 1983-07-12 Working fluids for rankine cycle
US06/632,276 US4557851A (en) 1982-07-14 1984-07-20 Working fluids for the Rankine cycle comprising trichlorofluoromethane and 1,1-difluoroethane, isobutane or octafluorocyclobutane

Applications Claiming Priority (1)

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JPS5912993A JPS5912993A (en) 1984-01-23
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ID=14860612

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