JPS6128709B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

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。