JPS6312510B2 - - 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。
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）とオクタ
フルオロシクロブタン（以下フロン―C318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―C318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―C318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、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とフロン―C318は常温で
空気といかなる割合で混合しても燃焼、爆発する
ことがない。本発明においてフロン―11とフロン
―C318とは広範囲の混合比率で混合して使用す
ることができるが一般にフロン―11を80〜20重量
％、フロン―C318を20〜80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―C318
との混合物（混合比40重量％／60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―C318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。 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―C318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―C318との混合系によ
る出力特性の向上が顕著であり、フロン―C318
の混合比率が20〜80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／
フロン―C318（重量比40／60）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―C328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―
C318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―
C318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％とフロメン―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】

【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。

【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／フロン―C318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―C318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とオクタフルオロ
   シクロブ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80〜20重量％とオ
   クタフルオロシクロブタン20〜80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。