JPS6257831B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は工場等から排出される高温の排ガス或
は温排水を外部熱源とする動力発生装置、特に水
溶液の濃度差エネルギを利用した動力発生装置に
関する。

従来の濃度差エネルギ機関としては第１図に示
す如きものがある。

排ガスａにより濃縮器ｂの水溶液ｃを加熱濃縮
し蒸気を発生させ該蒸気をタービンｄの低圧段へ
供給すると共に純水ボイラｅを加熱し、該純水ボ
イラｅより発生せしめた蒸気を水溶液ｃに吸収さ
せて水溶液ｃ内に浸漬した純水ボイラｆを加熱
し、該純水ボイラｆからの蒸気をタービンｄの高
圧段へ供給するものである。

尚、図中ｇは復水器、ｈ，ｉは送水ポンプを示
している。

上記した濃度差エネルギ機関では濃縮器ｂ内の
水溶液から発生する蒸気を直接タービンｄに導い
ており腐食性の水溶液の飛沫が機関に混入しター
ビンｄを損傷する虞れがあつた。又、純水ボイラ
ｅで発生する蒸気を水溶液ｃ中に吹込んでいた
が、このラインに完全な逆流防止装置を設けない
と水溶液が純水に混入し、性能低下の原因となる
等種々の欠点を有していた。

又、上記した欠点を解消する為の濃度差エネル
ギ動力発生装置（特開昭53−67043号）が提案さ
れ、作動媒体と水溶液との系統を分離している。
即ち、第２図に示す如く水溶液ｃを濃縮する為の
独立した濃縮装置ｊを用い、水溶液ｃを濃縮し、
濃縮した水溶液ｃに水蒸気ｋを吹込み純水ボイラ
ｆを加熱して、タービンｄを作動せしめるもので
ある。

斯かる方式であると、水溶液を濃縮する為の独
立した濃縮装置や蒸気発生の為の熱交換器ｍを必
要とし装置全体が大がかりで高価なものになるう
え、水溶液タンクｌ内で発生する水蒸気の圧力が
限定され、従つて水溶液ｃの圧力が定まつてしま
い機関の作動条件に限度がある等の問題を有して
いた。

本発明はこれらの問題を全て解決すべくなした
ものであつて、水溶液を貯留し排熱を熱源とする
濃縮器内に高温段ボイラを設け、又純水を貯留し
排熱を熱源とする蒸気発生器内に低温段ボイラを
設けて両ボイラとタービン等の動力発生機とを接
続すると共に、前記両ボイラ近傍にそれぞれ水蒸
気吹込ノズルを配設し、濃縮器と低温段ボイラ側
水蒸気吹込ノズル、更に蒸気発生器と高温段ボイ
ラ側水蒸気吹込ノズルとをそれぞれ接続したこと
を特徴とするものである。

以下図面を参照しつつ本発明の実施例を説明す
る。

先ず、第３図により本実施例の基本構成につい
て述べる。

水溶液１を貯留する濃縮器２に内蔵せしめた熱
交換器３と、高温予熱器４と、純水を貯留する蒸
気発生器５に内蔵せしめた熱交換器６と、低温予
熱器７とを排ガス管８にて順次接続する。前記濃
縮器２に高温フロンボイラ９を浸漬し、高温フロ
ンボイラ９の下方に蒸気吹込ノズル１０を設け、
又蒸気発生器５に低温フロンボイラ１１を浸漬
し、低温フロンボイラ１１の下方に蒸気吹込ノズ
ル１２を設ける。而して、濃縮器２と蒸気吹込ノ
ズル１２、蒸気発生器５と蒸気吹込ノズル１０と
をそれぞれ接続して水循環系を構成する。

又、低温予熱器７と高温予熱器４、高温予熱器
４と高温フロンボイラ９、高温フロンボイラ９と
フロン機関１３の高圧段、フロン機関１３と凝縮
器１４、凝縮器１４と低温予熱器７とを順次配管
１５で接続し、更に配管１５の前記両予熱器５，
７途中より分岐せしめた配管１６にて低温フロン
ボイラ１１とフロン機関１３の低圧段とを接続し
てフロン循環系を構成する。

図中１７はポンプ、１８は減圧弁、１９，２０
はフロン、２１は純水を示す。

排ガス管８を流れる排ガスは熱交換器３で水溶
液１を加熱濃縮し、高温予熱器４でフロンを予熱
した後熱交換器６に至る。更に、熱交換器６で純
水２１を熱し、低温予熱器７でフロンを予熱した
後所定の温度迄下つて外部へ放出される。加熱濃
縮された水溶液１は過熱蒸気を発生する。過熱蒸
気は蒸気吹込ノズル１２より純水２１内に吹込ま
れ低温フロンボイラ１１の伝熱壁に接触し凝縮
し、凝縮潜熱で低温フロンボイラ１１を加熱しフ
ロン２０を蒸発せしめる。

排ガスにより加熱され蒸気発生器５内で発生し
た低温純水蒸気は蒸気吹込ノズル１０により水溶
液１内に吹込まれ吸収され、このとき発生する吸
収熱で高温フロンボイラ９内のフロン１９を蒸発
させる。

前記低温フロンボイラ１１で発生した低温フロ
ンの蒸気と、高温フロンボイラ９で発生した高温
のフロン蒸気とは配管１６及び１５でフロン機関
１３の低圧段及び高圧段にそれぞれ導かれて仕事
をし、排気は凝縮器１４に至つて復液する。復液
したフロンはポンプ１７で加圧され配管１５を通
つて低温予熱器７に導かれ予熱され、一部は配管
１６、減圧弁１８を経て低温フロンボイラ１１に
至り、残部は配管１５を通つて高温予熱器４を経
て高温フロンボイラ９に至る。

以上の過程で純水系、フロン系は独立分離して
循環し、更に水溶液１は濃縮器２の中で濃縮希釈
をくりかえし、純水２１は蒸気発生器５の中で蒸
発と凝縮をくりかえし、各々自然循環しており、
熱媒として作動している。

上記した動力発生過程は原理的に説明したもの
であつて、通常時と入熱や負荷が変動する場合で
は作動状態が異なる。即ち、水溶液の蒸発、吸収
過程を介して発生するフロン蒸気による動力は、
水溶液の濃度のエネルギーとして蓄積が可能であ
り、入熱の変動や負荷の変動に耐えるものであ
り、通常時、低負荷時、高負荷時の作動状態を第
４図ａ〜ｃに示す。

先ず第４図ａに於て通常運転時を説明する。

通常運転では濃縮器２、蒸気発生器５で発生し
た水蒸気を各々両器５，２内に吹込むことをしな
いで、高温フロンボイラ９、低温フロンボイラ１
１のボイラ壁で直接吸収、凝縮させフロン蒸気を
発生させる。

従つて水溶液１と純水２１は沸騰と吸収、凝縮
過程で熱を移動させる中間媒体の作用をする。

次に第４図ｂで低負荷運転時で説明すると、濃
縮器２で発生した蒸気は蒸気発生器５内に吹込ま
れ、蒸気発生器５内で排ガスにより発生した水蒸
気とともに低温フロンボイラ１１の壁近傍で凝縮
してフロン２０を蒸発させる。このときのフロン
２０の蒸発量は理想的な場合通常運転時の約２倍
となり、又高温フロンボイラ９ではフロン蒸気が
発生しないので機関出力は通常時の約2/3倍にな
る。この過程で水溶液１は濃縮され濃度のエネル
ギが増し、濃縮時に放出した蒸気量と同量の蒸気
を吸収して吸収熱を発生する能力を保有する。即
ち、通常運転時の約1/3の動力が蓄積されたこと
になる。

又、高負荷運転時を第４図ｃで説明すると、排
ガスにより濃縮器２で発生する蒸気及び排ガスに
より蒸気発生器５で発生し蒸気吹込ノズル１０で
濃縮器２内に吹込まれて蒸気は高温フロンボイラ
９の壁近傍で濃い水溶液に吸収され発熱し、理想
的な場合高温フロンボイラ９から発生するフロン
蒸気は熱交換器３を介した入熱と蒸気吹込ノズル
１０から吹込まれた蒸気の吸熱と併せ通常運転時
の約4/3倍の出力を得ることができる。

以上の説明は負荷が変動したときのものである
が、入熱量が変動するときも同様で、入熱量が通
常よりも大きいときは低負荷運転の場合に相当
し、逆のときは高負荷運転の場合に相当する。

次に濃縮器２と一体化した高温フロンボイラ９
と、蒸気発生器５と一体化した低温フロンボイラ
１１の具体例を第５図、第６図に於て説明する。

両者は、中間媒体の種類と温度条件、フロンの
温度と圧力条件等作動条件が異なるが、排ガスの
熱と吹込まれた水蒸気の吸収・凝縮熱をフロンに
伝えるという同一の機能を有しており同一構造と
することができる。

第５図に示す第１の具体例に於て、煙道２２内
に所要の排ガス通路２３を備えた外罐２４を配設
し、前記排ガス通路２３を適宜な間隙２５をもつ
て貫通せしめるフロンボイラ２６を外罐２４内に
設けると共に、フロンボイラ２６の下方に前記間
隙２５に水蒸気を吹込む蒸気吹込ノズル２７を設
けている。

図中２８は水蒸気入口、２９はフロン液入口、
３０はフロン蒸気出口、３１はフロン、３２は水
溶液等の中間媒体を示す。

第６図は排ガス通路２３の代りにヒートパイプ
３３を利用したものである。

図に示す如く、フロンボイラ２６を内蔵した外
罐２４を煙道２２に隣接させ設け、前記した排ガ
ス通路の代りにヒートパイプ３２の一端部を挿入
し、他端部を煙道２２内に露出せしめたものであ
る。

図中３４はヒートパイプ３３の煙道露出部に取
付けたフインである。

この具体例では、排ガス通路が貫通していない
ので構造が簡単になる。フイン３４により伝熱面
積を大きくできるので熱伝達率を大きくすること
ができる等の利点がある。

尚、上記した実施例では作動媒体としてフロン
を用いたが、同様な作動をし得るものであればよ
くフロンに限定するものではない。

以上述べた如く本発明によれば、 (i) 中間媒体と作動媒体とを完全に分離している
ので中間媒体によりタービン等の機関が損傷す
ることがない、 (ii) 中間媒体、作動媒体のいずれに関しても完全
な密閉サイクルとなる様構成してあるので熱回
収率が極めてよい作動媒体を選定できる、 (iii) 独立した濃縮器を設ける必要がなく、しかも
高温段と低温段のボイラが同一の形式となり製
造コストが極めて低くなる、 (iv) 熱エネルギを蓄積可能で、負荷の変動、入熱
の変動があつても安定した動力を発生させるこ
とができる、 (v) 中間媒体は沸騰凝縮で熱を伝えるので熱抵抗
が小さい、 (vi) 中間媒体をもつため機関作動媒体が中間媒体
の温度以上に過熱されないため作動媒体の過熱
による分解を防げ得更に制御性が良好になる、 (vii) 機関の材質と共有性のよい作動媒体を選べ
る、 等種々の優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来例を示す概略システム
図、第３図は本発明に係る動力発生装置の概略シ
ステム図、第４図ａ〜ｃは同前装置の作動状態の
説明図、第５図、第６図はボイラの具体例を示す
説明図である。 １は水溶液、２は濃縮器、５は蒸気発生器、９
は高温フロンボイラ、１１は低温フロンボイラ、
１０，１２は蒸気吹込ノズル、１３はフロン機
関、２１は純水を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水溶液を貯留し排熱を熱源とする濃縮器内に
   高温段ボイラを設け、又純水を貯留し排熱を熱源
   とする蒸気発生器内に低温段ボイラを設けて両ボ
   イラとタービン等の動力発生機とを接続すると共
   に、前記両ボイラ近傍にそれぞれ水蒸気吹込ノズ
   ルを配設し、濃縮器と低温段ボイラ側水蒸気吹込
   ノズル、更に蒸気発生器と高温段ボイラ側水蒸気
   吹込ノズルとをそれぞれ接続したことを特徴とす
   る濃度差エネルギによる動力発生装置。