JPS62103405A - 熱回収装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 主東上例机朋分肪 この発明はスクリューエキスパンダのような容積式膨張
機を使用した熱回収装置に関するもので、工場から排出
される廃熱の回収等に利用することができる。

従未Ω肢■ 工場で排出される温排水等から小温度差利用のランキン
サイクルによって熱回収を行い発電等に利用するように
した熱回収装置が知られている。この装置は温排水等を
熱源として作動流体例えばフロンを加熱して蒸発せしめ
るための蒸発器、蒸発器で発生したフロン蒸気によって
回転するタービン、タービンから排出されるフロン蒸気
を冷却して凝縮せしめるための凝縮器、およびフロンを
系内で循環させるためのフロン循環ポンプを包含してい
る。タービンの出力軸は発電機等の負荷に連結されてい
る。

この装置の欠点は、熱源たる温排水等の低温度のゆえに
作動流体を充分に加熱することができず、換言すれば大
きな温度差を確保することができず、そのため充分な動
力回収を行い難いということである。

かかる欠点を補うために、蒸発器から得られるフロン蒸
気を追加の熱交換器に導いてそこでスーパーヒー１〜し
た上でタービンへ供給するようにすれば、動力回収量の
増大が期待できる。

しかし、この場合、フロンは蒸気の状態で追加の熱交換
器に入るため、そのフロン蒸気をスーパーヒートするた
めの当該熱交換器は大型のものとならざるを得ない。し
たがって、蒸発器とタービンとの間に当該熱交換器用の
大きなスペースを要し、装置全体が非常に大型化してし
まうとい・）！ｉ点がある。

装置の大型化を伴うことなく、作動流体蒸気をスーパー
ヒートできるようにし、しかして動力回収量の増大を図
ったものとして、本出願人の出願に係る特開昭６０−１
４４５９４号公報に記載の発明がある。この先発明は、
吸入孔及び吐出孔を有するケース本体、ケース本体内に
回転自在に収納された、スクリュー状をした雄ロータ及
び雌ロータからなるスクリューエキスパンダと、スクリ
ューエキスパンダに供給する作動流体を蒸発さセるため
の蒸発器と、スクリューエキスパンダに（バ給する潤滑
油を作動流体の蒸気温度より高温に加熱するための加熱
器と、スクリューエキスパンダから排出された蒸気を凝
縮させるための凝縮器と、上記作動流体及び潤滑油をそ
れぞれ循環させるための第１及び第２のポンプとによっ
て構成し、スクリューエキスパンダに供給する作動流体
の蒸気と潤滑油とをスクリューエキスパンダの吸入孔内
で直接接触させて、蒸気をスーパーヒー１−させること
により、動力回収量を増加させることを企図したもので
ある。

途」ト市忙決−し＆芙ζす３１Ｍ週り禮」二記の先発明
は油をエキスパンダの吸込孔付近から噴射してエキスパ
ンダの内部で作動流体蒸気と接触させるため、両者の接
触時間が短く、十分な熱移動が行われにくい。従って、
企図した出力の向上は果々しくなかった。

本発明はかかる不す１合を改善せんとするものである。

すなわち、本発明の主たる目的は、工場温排水のような
低温度の熱源を利用して作動流体を蒸発させ、その作動
流体蒸気によって動力回収を行うようにした熱回収装置
において、作動流体蒸気と熱媒体との接触時間を十分に
確保して作動媒体蒸気のスーパーヒートを確実ならしめ
ることにより、出力増大という所期の目的を達成しろる
熱回収装置を提供することにある。

一間苅直Ａ」葭決Ｊ）ト六叉及佳 本発明は、膨張機（１１）の作動流体吸入孔（２２）よ
りも上流側、言い換えると蒸発器（１３）からの作動流
体蒸気を膨張機（１１）へ導く管路（２０）の途中で、
加熱した熱媒体を作動流体蒸気中に噴射するようにした
ことを特徴とする。

、ｕＭＪ− 以下、図面に示すこの発明の実施例について述べる。

まず第１図を参照すると、熱回収装置は出力軸を負荷（
例えば発電機）　　（１２）に連結したスクリユーエキ
スパンダ（１１）を使用している。

なお、スクリューエキスパンダに代えてその他の容積式
膨張機を使用することもできる。このエキスパンダ（１
１）に供給されるフロンのごとき作動流体は、温排水等
を熱源として作、動流体を加熱して蒸発せしめるための
蒸発器（１３）、エキスパンダ（１１）から排出された
作動流体蒸気と油とを分離せしめるための分離器（１４
）および、分離器（］４）からの作動流体蒸気を冷却水
で冷却して凝縮せしめるための凝縮器（１５）でもって
構成される系内を、作動流体循環ポンプ（１６）により
ｉ層頂せしめられる。エキスパンダ（１１）には潤滑お
よびシールの作用をなすと共に、作動流体蒸気をスーパ
ーヒートするための熱媒体として、油も供給される。こ
の油は、作動流体蒸気よりも高温に加熱するだめの加熱
器（１７）と、エキスパンダ（１１）および、分離器（
１４）でもって構成される系内を、ポンプ（１８）によ
り循環せしめられる。なお、」二記の油に代えてその他
の適当な熱媒体を使用してもよい。また、加熱器（１７
）の熱源には、図示のごとく蒸発器（１３）用のものを
共用してもよいが、別の熱源を使用することもできる。

エキスパンダ（１１）は第２〜４図に示すように、作動
流体の吸入孔（２２）および吐出孔（２３）を有するケ
ーシング（２１）と、ケーシング内に互いに平行にかつ
回転自在に延在する一対の雄ロータ（２４）および繭ロ
ータ（２５）とを主要な構成要素としている。両ロータ
（２４）　　（２５＞は互いに噛み合って両者間に歯形
空間（２６）を形成する。ロータ＜２４＞　　（２５）
の形状は歯形空間（２６）が吸入孔側から吐出孔側へ移
動するにしたがってその容門が増大するように設定しで
ある。ロータ（２４）　　（２５）の外周はケーシング
（２１）により囲繞されており、吸入孔（２２）および
吐出孔（２３）はロータ（２４）　　（２５）の端面に
向けて開口している。

第５図に示すように、蒸発器（１３）とエキスパンダ（
１１）の作動流体吸込孔（２２）とを接続して蒸発器（
１３）からの作動流体蒸気をエキスパンダ（１１）に導
く管路（２０）の途中に、加熱器（１７）を経た油を噴
射するためのノズル（１９）を設けである。

次に上記実施例装置の作用について述べる。

蒸発器（１３〉からエキスパンダ（１１）の吸入孔（２
２）へ供給される作動流体蒸気はロータ（２４）　　（
２５）間の歯形空間（２６）内に流入し、膨張しつつ吐
出孔（２３）へ進み、しかしてロータ（２４）　　（２
５＞を回転せしめる。この動力はエキスパンダ（１１）
の出力軸を介して発電機等の負荷（１２）へ伝えられる
。

また、加熱器（１７）で作動流体蒸気よりも高温に加熱
された油は、蒸発器（１３）からエキスパンダ（１１）
へ通ずる管路（２０）の途中に設けられたノズル（１９
）から作動流体蒸気中に噴射される。これによりエキス
パンダ（１１）に供給される作動流体蒸気はそれよりも
高温の油と直接接触してスーパーヒートされる。このこ
とを第６図のＰ−Ｈ線図を参照して説明すると、同図に
おいてａおよび８゛はエキスパンダ（１１）の作動流体
吸入孔（つまり蒸発器（１３）出口）、ｂ、Ｊδよびｂ
゛はエキスパンダ（１１）の作動流体吐出孔（つまり凝
縮器（１５）入口）、ｃは凝縮器（１５）出口、ｄは蒸
発器（１３）入口における作動流体の状態を示す。作動
流体蒸気をスーパーヒートシない場合の熱力学サイクル
はａ−−−ｂ−→ｃ　−ｙ　ｄとなり、そのときの動力
回収９ば△）（−Ｈａ−！（ｂで表される。これに対し
て作動流体蒸気をスーパーヒートする場合の熱力学す・
イクルつまり再熱サイクルば、ａ°→ｂ°−→Ｃ−→ｄ
となり、動力回収發は△Ｈ’　・＝ＩＩａ’　　−１１
ｂ’　で哀される。かくで、八〇’／△１１　＞１．０
なる関係が成り立つ。ちなみにエキスパンダ（１１）の
入日での作動流体温度が６０°Ｃ１出口で３０℃という
条件において、油噴射によって作動流体蒸気を２０℃ス
ーパーヒートすると、△１１’／△Ｈ＃１．１　となり
、約１０％の動力回収量増加が実現する。

仕事を終えた作動流体蒸気と油とはエキスパンダ（１１
）の吐出孔（２３）から排出されて分離器（１４）へ入
る。分離器（１４）にて作動流体蒸気は油と分離し、凝
縮器（１５）へ進む。凝縮器（１５）にて凝縮した作動
流体はポンプ（１６）で蒸発器（１３）へ送られる。一
方、分離器（１４）にて作動流体から分離した油は、ポ
ンプ（１８）で再びノズル（１９）へ送られる。

発皿夏飲釆 この発明によれば、作動流体蒸気に対する高温油噴射を
エキスパンダの作動流体吸入孔の上流側において行うこ
とにより、作動流体蒸気と熱媒体との十分な接触時間、
面積が確保され、両者間の円滑な熱移動が保証される。

したがって、比較的低温の廃熱からも９）Ｊ率良く動力
回収を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例たる熱回収装置のブロック
線図、第２図は第１図のノズル部分の拡大説明図、第３
〜５図はそれぞれスクリューエキスパンダの、ｍ１ｉｔ
断面略図、横断面略図および模式的斜視図、第６図は縦
軸に圧力Ｐ、横軸にエンタルピ１１をとった作動流体の
ＰＨ線図である。 （１１１−−スクリューエキスパンダ（容積式膨張機）
、（１２）　−発電機（負荷）、（１３）　−・蒸発器
、（１４）　−分離器、、　　（１５Ｌ−凝縮器、（１
６）−作動流体循環ポンプ、（１７）−加熱器、（１８
）−油（熱媒体）循環ポンプ、（１９）　＝−ノズル、
＜２２）−ｍ−作動流体吸入孔、（２３）−作動流体吐
出孔。 第１図 第６図 一ン 八 ′　図　　　　　　　　　　　　　　の寸　　　　　　
　　　　　派

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）出力軸を負荷に連結した容積式膨張機と、廃熱を
   熱源として作動流体を蒸発せしめて前記膨張機へ供給す
   べき作動流体蒸気を発生させるための蒸発器と、前記膨
   張機から排出された作動流体蒸気を凝縮せしめるための
   凝縮器と、作動流体を前記凝縮器、蒸発器、および膨張
   機で構成される系内で循環させるための作動流体循環ポ
   ンプと、前記膨張機に熱媒体を供給するための熱媒体循
   環ポンプと、前記膨張機に供給される熱媒体を作動流体
   蒸気よりも高温に加熱するための加熱器とを包含してな
   り、蒸発器からの作動流体蒸気を膨張機へ導く管路の途
   中に前記の熱媒体を噴射するようにしたことを特徴とす
   る熱回収装置。