JPS6312509B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6312509B2 JPS6312509B2 JP57123440A JP12344082A JPS6312509B2 JP S6312509 B2 JPS6312509 B2 JP S6312509B2 JP 57123440 A JP57123440 A JP 57123440A JP 12344082 A JP12344082 A JP 12344082A JP S6312509 B2 JPS6312509 B2 JP S6312509B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- freon
- working fluid
- rankine cycle
- weight
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Lubricants (AREA)
Description
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、ついでこの媒体を凝縮させ、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作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、水は凝固点が高く、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。
フロン―11は以上のような欠点があるためエネル
ギー変換効率がよい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）とジフル
オロエタン（以下フロン―152という）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とフロン―152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。 第一に、フロン―11とフロン―152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、フロン―114（ジクロロテトラ
フルオロエタン）、米国特許第4055049号明細書に
記載のフロン―152と１，１，２―トリクロロ―
１，２，２―トリフルオロエタン（フロン―113）
との共沸混合物、米国特許第4057974号明細書に
記載の１―クロロ―２，２，２―トリフルオロエ
タン（フロン―133）とオクタフルオロシクロブ
タン（フロン―Ｃ―318）との共沸混合物、米国
特許第4285211号明細書に記載のジクロジフルオ
ロメタン（フロン―12）とフロン―11との混合物
などに比して、優れている。 第二に、フロン―152は燃焼性をもつている。
しかしフロン―11と混合することによりその燃焼
性は小さくなり、フロン―11の混合比が69％以上
では全く燃焼しない。また、フロン―11の混合比
69〜50％では燃焼性は非常に小さく実用上大きな
障害とはならない。 また、フロン―11を95〜50重量％、フロン―
152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とフロン―152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とフロン―152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）は、第３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、前述の如きサイクルが繰り返され
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は凝縮器出
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。 本発明のランキンサイクル動作流体は単独で使
用することが出来るが、他に添加剤を必要に応じ
て加えることが出来る。たとえばフロン―152が
可燃性でありフロン―11よりも沸点が低いので、
気相ではフロン―152の割合が大となり燃性が大
となる。そこで他のフロンガスたとえばフロン―
114、フロン―12、フロン―22またはフロン―
13BIを添加して燃性をおさえることが出来る。
添加量は通常フロン―152の量に対して50重量％
以下が好ましい。 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及びフロン―152の各
種混合比率の混合物およびフロン―114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℃とし、ｄ点で示される冷却水の
温度を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。
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、ついでこの媒体を凝縮させ、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作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、水は凝固点が高く、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。
フロン―11は以上のような欠点があるためエネル
ギー変換効率がよい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）とジフル
オロエタン（以下フロン―152という）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とフロン―152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。 第一に、フロン―11とフロン―152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、フロン―114（ジクロロテトラ
フルオロエタン）、米国特許第4055049号明細書に
記載のフロン―152と１，１，２―トリクロロ―
１，２，２―トリフルオロエタン（フロン―113）
との共沸混合物、米国特許第4057974号明細書に
記載の１―クロロ―２，２，２―トリフルオロエ
タン（フロン―133）とオクタフルオロシクロブ
タン（フロン―Ｃ―318）との共沸混合物、米国
特許第4285211号明細書に記載のジクロジフルオ
ロメタン（フロン―12）とフロン―11との混合物
などに比して、優れている。 第二に、フロン―152は燃焼性をもつている。
しかしフロン―11と混合することによりその燃焼
性は小さくなり、フロン―11の混合比が69％以上
では全く燃焼しない。また、フロン―11の混合比
69〜50％では燃焼性は非常に小さく実用上大きな
障害とはならない。 また、フロン―11を95〜50重量％、フロン―
152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とフロン―152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とフロン―152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）は、第３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、前述の如きサイクルが繰り返され
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は凝縮器出
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。 本発明のランキンサイクル動作流体は単独で使
用することが出来るが、他に添加剤を必要に応じ
て加えることが出来る。たとえばフロン―152が
可燃性でありフロン―11よりも沸点が低いので、
気相ではフロン―152の割合が大となり燃性が大
となる。そこで他のフロンガスたとえばフロン―
114、フロン―12、フロン―22またはフロン―
13BIを添加して燃性をおさえることが出来る。
添加量は通常フロン―152の量に対して50重量％
以下が好ましい。 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及びフロン―152の各
種混合比率の混合物およびフロン―114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℃とし、ｄ点で示される冷却水の
温度を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とフロン―152との混合系による
出力特性の向上が顕著であり、フロン―152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。またフロン―114とフロン―152との混合
系に於ては蒸発器と凝縮器の圧力差が小さくポン
プ動力が小さくて済む特徴が認められた。 次にフロン―11単独及び本発明のフロン―11／
フロン―152（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。
してフロン―11とフロン―152との混合系による
出力特性の向上が顕著であり、フロン―152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。またフロン―114とフロン―152との混合
系に於ては蒸発器と凝縮器の圧力差が小さくポン
プ動力が小さくて済む特徴が認められた。 次にフロン―11単独及び本発明のフロン―11／
フロン―152（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とフロン―152との
混合系は高温におけるハロゲンイオン生成が少な
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／フロン―
152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とフロン―
152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。 参考例 フロン―152 43重量％とフロン―113 57重量％
との共沸混合物(A)、フロン―133 22重量％とフロ
ン―Ｃ―318 86重量％との共沸混合物(B)、フロン
―12 20重量％とフロン―11 80重量％との混合物
(C)をそれぞれ使用して、実施例１〜３と同様にし
てランキンサイクルを運転した。 結果は、第３表に示す通りである。
体に比し本発明のフロン―11とフロン―152との
混合系は高温におけるハロゲンイオン生成が少な
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／フロン―
152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とフロン―
152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。 参考例 フロン―152 43重量％とフロン―113 57重量％
との共沸混合物(A)、フロン―133 22重量％とフロ
ン―Ｃ―318 86重量％との共沸混合物(B)、フロン
―12 20重量％とフロン―11 80重量％との混合物
(C)をそれぞれ使用して、実施例１〜３と同様にし
てランキンサイクルを運転した。 結果は、第３表に示す通りである。
【表】
第１表と第３表とを比較すれば、本発明動作流
体による出力特性の著るしい改善が明らかであ
る。
体による出力特性の著るしい改善が明らかであ
る。
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／フロン―152混合系の圧力―
エンタルピ線図、第２図はランキンサイクルの系
統図、第３図はフロン―11／フロン―152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。
であるフロン―11／フロン―152混合系の圧力―
エンタルピ線図、第２図はランキンサイクルの系
統図、第３図はフロン―11／フロン―152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)
- 【特許請求の範囲】 １ トリクロロフルオロメタンとジフルオロエタ
ンとの混合物からな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95〜50重量％とジ
フルオロエタン５〜50重量％との混合物からなる
特許請求の範囲第１項に記載のランキンサイクル
用動作流体。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57123440A JPS5912994A (ja) | 1982-07-14 | 1982-07-14 | ランキンサイクル用動作流体 |
| 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)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57123440A JPS5912994A (ja) | 1982-07-14 | 1982-07-14 | ランキンサイクル用動作流体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5912994A JPS5912994A (ja) | 1984-01-23 |
| JPS6312509B2 true JPS6312509B2 (ja) | 1988-03-19 |
Family
ID=14860640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57123440A Granted JPS5912994A (ja) | 1982-07-14 | 1982-07-14 | ランキンサイクル用動作流体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5912994A (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2327307A1 (fr) * | 1972-12-21 | 1977-05-06 | Chevron Res | Nouveau fluide frigorigene contenant un lubrifiant alkylbenzenique a chaine alkylique ramifiee |
-
1982
- 1982-07-14 JP JP57123440A patent/JPS5912994A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5912994A (ja) | 1984-01-23 |
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