JP3347768B2 - 混合媒体栓流蒸発器 - Google Patents
混合媒体栓流蒸発器Info
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- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 24
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 20
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- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、沸点の異なる２以上
の成分からなる混合媒体を用いて熱サイクルを構成させ
る場合の混合媒体用の蒸発器に関する。
の成分からなる混合媒体を用いて熱サイクルを構成させ
る場合の混合媒体用の蒸発器に関する。
【０００２】
【従来の技術】混合媒体を作動流体として用いる熱サイ
クルでは、蒸発温度を変化させることによって蒸発圧力
を下げずに回収熱量を増加させることが企図される。
クルでは、蒸発温度を変化させることによって蒸発圧力
を下げずに回収熱量を増加させることが企図される。
【０００３】非共沸混合媒体を用いた熱回収装置の一例
としてバイナリー発電システムが挙げられる。図４に示
されるバイナリー発電システムについて述べると、蒸発
器（２）、蒸気機関（４）、凝縮器（６）および媒体ポ
ンプ（８）が直列に接続されて閉ループ（10）を構成し
ている。そして、その閉ループ（10）内を循環する作動
流体は、まず蒸発器（２）で熱源流体から熱を奪って蒸
発し、発生した蒸気は蒸気機関（４）に供給される。こ
の蒸気は蒸気機関（４）内で膨張して発電機（12）を駆
動する仕事をする。蒸気機関（４）から排出された蒸気
は凝縮器（６）で冷却水に熱を奪われて凝縮する。凝縮
液は循環ポンプ（８）で再び蒸発器（２）に送られる。
としてバイナリー発電システムが挙げられる。図４に示
されるバイナリー発電システムについて述べると、蒸発
器（２）、蒸気機関（４）、凝縮器（６）および媒体ポ
ンプ（８）が直列に接続されて閉ループ（10）を構成し
ている。そして、その閉ループ（10）内を循環する作動
流体は、まず蒸発器（２）で熱源流体から熱を奪って蒸
発し、発生した蒸気は蒸気機関（４）に供給される。こ
の蒸気は蒸気機関（４）内で膨張して発電機（12）を駆
動する仕事をする。蒸気機関（４）から排出された蒸気
は凝縮器（６）で冷却水に熱を奪われて凝縮する。凝縮
液は循環ポンプ（８）で再び蒸発器（２）に送られる。
【０００４】バイナリーサイクルは基本的にランキンサ
イクルであって、作動流体が単一媒体のときは図５に示
すようにＴＳ線図の’−、−がそれぞれ等温変
化を示す。ところが、フロンＲ123とＲ22の混合のよう
な混合媒体を作動流体として使用すると、図６に示すよ
うに、同一圧力でも飽和温度が変化し、蒸発器では蒸発
温度が上がり、凝縮器では凝縮温度が下がる。これによ
りローレンツサイクルが形成され、システム効率が向上
する。
イクルであって、作動流体が単一媒体のときは図５に示
すようにＴＳ線図の’−、−がそれぞれ等温変
化を示す。ところが、フロンＲ123とＲ22の混合のよう
な混合媒体を作動流体として使用すると、図６に示すよ
うに、同一圧力でも飽和温度が変化し、蒸発器では蒸発
温度が上がり、凝縮器では凝縮温度が下がる。これによ
りローレンツサイクルが形成され、システム効率が向上
する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ローレンツサイクルに
おいては図６に示すように（TH1−TH2）＝（Te1−Te2）
の条件を満たすようにシステムを設計することが最適と
なる。混合媒体の場合、しかしながら、蒸発器では低沸
点成分が先に蒸発しやすく、しかも蒸気の方が液よりも
流速が速いため、加熱直後にその大部分が気化、上昇し
てしまい、後には蒸発しにくい高沸点成分のみが残され
る。この場合、単一媒体の蒸発のように蒸発温度変化の
ないものになり、したがって混合媒体の特長が活かせな
くなる。
おいては図６に示すように（TH1−TH2）＝（Te1−Te2）
の条件を満たすようにシステムを設計することが最適と
なる。混合媒体の場合、しかしながら、蒸発器では低沸
点成分が先に蒸発しやすく、しかも蒸気の方が液よりも
流速が速いため、加熱直後にその大部分が気化、上昇し
てしまい、後には蒸発しにくい高沸点成分のみが残され
る。この場合、単一媒体の蒸発のように蒸発温度変化の
ないものになり、したがって混合媒体の特長が活かせな
くなる。
【０００６】そこで、この発明の目的は、混合媒体をそ
の特長を損なうことなく蒸発させることのできる蒸発器
を提供することにある。
の特長を損なうことなく蒸発させることのできる蒸発器
を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、蒸発器の媒
体蒸発空間をほぼ鉛直にし、かつ、横断面を狭くするこ
とにより、栓流を形成させて合体泡に液を同伴させるよ
うにした。
体蒸発空間をほぼ鉛直にし、かつ、横断面を狭くするこ
とにより、栓流を形成させて合体泡に液を同伴させるよ
うにした。
【０００８】
【作用】媒体蒸発空間をほぼ鉛直に、かつ、横断面を狭
くすることで、図７（ａ）に示すように、栓流が形成さ
れて合体泡すなわち蒸気の小さな気泡が結合して大きく
なった気泡に液が同伴して蒸気流れ方向に移動し、蒸発
器出口まで気液の移動速度が等しく保たれる（ＶV＝
ＶL）。その結果、移動中に気液界面にて低沸点成分、
高沸点成分の物質移動により平衡状態が作り出され、気
液の平衡状態のずれが少なくなって滑らかな蒸発温度変
化が実現する。なお、図７（ａ）（ｂ）における符号ａ
〜ｄは、図８の気液平衡線図での対応する符号ａ〜ｄに
より示される状態の液または蒸気を表している。
くすることで、図７（ａ）に示すように、栓流が形成さ
れて合体泡すなわち蒸気の小さな気泡が結合して大きく
なった気泡に液が同伴して蒸気流れ方向に移動し、蒸発
器出口まで気液の移動速度が等しく保たれる（ＶV＝
ＶL）。その結果、移動中に気液界面にて低沸点成分、
高沸点成分の物質移動により平衡状態が作り出され、気
液の平衡状態のずれが少なくなって滑らかな蒸発温度変
化が実現する。なお、図７（ａ）（ｂ）における符号ａ
〜ｄは、図８の気液平衡線図での対応する符号ａ〜ｄに
より示される状態の液または蒸気を表している。
【０００９】
【実施例】以下、図面に示す実施例について説明する。
【００１０】プレート式熱交換器の場合、図１に示すよ
うに、複数の伝熱プレート（21）を所定の間隔でそれぞ
れ鉛直に配設し、伝熱プレート（21）間に、伝熱プレー
ト（21）を介して隣接する媒体蒸発空間（22）と加熱流
体通路（23）を交互に形成させる。媒体蒸発空間（22）
を形成する向かい合った１対の伝熱プレート（21）の対
向面間距離を狭く、好ましくは２〜10mmに設定する。
うに、複数の伝熱プレート（21）を所定の間隔でそれぞ
れ鉛直に配設し、伝熱プレート（21）間に、伝熱プレー
ト（21）を介して隣接する媒体蒸発空間（22）と加熱流
体通路（23）を交互に形成させる。媒体蒸発空間（22）
を形成する向かい合った１対の伝熱プレート（21）の対
向面間距離を狭く、好ましくは２〜10mmに設定する。
【００１１】多管式蒸発器は、管群の外に加熱流体を供
給して各管の内部を媒体蒸発空間とするものと、逆に各
管の内部に加熱流体を供給して管の外側を媒体蒸発空間
とするものとに分けられる。管内蒸発の場合、図示は省
略するが、伝熱管を鉛直に配設し、各伝熱管の内径を小
さく、好ましくは２〜10mmとする。管外蒸発の場合、図
２に示すように、内部に加熱流体が供給される多数の伝
熱管（24）を鉛直または水平（図は後者）に配置し、管
群内に仕切り（25）を入れて鉛直に延在する媒体蒸発空
間（26）を形成させる。そして、向かい合った仕切り
（25）の対向面間距離を狭く、好ましくは２〜10mmに設
定する。なお、混合媒体はシェル（27）の下部の液入口
（28）から供給されて各媒体蒸発空間（26）内に流入
し、発生した蒸気はシェル（27）の上部の蒸気出口（2
9）から取り出される。
給して各管の内部を媒体蒸発空間とするものと、逆に各
管の内部に加熱流体を供給して管の外側を媒体蒸発空間
とするものとに分けられる。管内蒸発の場合、図示は省
略するが、伝熱管を鉛直に配設し、各伝熱管の内径を小
さく、好ましくは２〜10mmとする。管外蒸発の場合、図
２に示すように、内部に加熱流体が供給される多数の伝
熱管（24）を鉛直または水平（図は後者）に配置し、管
群内に仕切り（25）を入れて鉛直に延在する媒体蒸発空
間（26）を形成させる。そして、向かい合った仕切り
（25）の対向面間距離を狭く、好ましくは２〜10mmに設
定する。なお、混合媒体はシェル（27）の下部の液入口
（28）から供給されて各媒体蒸発空間（26）内に流入
し、発生した蒸気はシェル（27）の上部の蒸気出口（2
9）から取り出される。
【００１２】図３に示すように内・外管（30、31）の間
を媒体蒸発空間（32）とする二重管式熱交換器の場合
は、内・外管（30、31）を鉛直に配置するとともに、内
管（30）の外径と外管（31）の内径とを近付けて隙間を
小さく、好ましくは、２〜10mmとする。
を媒体蒸発空間（32）とする二重管式熱交換器の場合
は、内・外管（30、31）を鉛直に配置するとともに、内
管（30）の外径と外管（31）の内径とを近付けて隙間を
小さく、好ましくは、２〜10mmとする。
【００１３】いずれの実施例も、媒体蒸発空間（22、2
6、32）は鉛直に、すなわち蒸気の自然な流れ方向に延
在し、かつ、その横断面すなわち蒸気の流れ方向に垂直
な断面は２〜10mmと狭くなっている。したがって、合体
泡に液が同伴して移動する栓流蒸発の形態が作り出され
る。２〜10mmと間隔に幅があるのは蒸気量（体積）によ
って合体泡が形成される条件が変化するからである。蒸
気量は壁面過熱度、圧力、濃度、温度、媒体種によって
決定されるもので、断面の間隔はこれらに応じて適宜に
選定される。通常の蒸発器は核沸騰領域で使用されるの
で、この範囲では２〜1mmが好ましい。
6、32）は鉛直に、すなわち蒸気の自然な流れ方向に延
在し、かつ、その横断面すなわち蒸気の流れ方向に垂直
な断面は２〜10mmと狭くなっている。したがって、合体
泡に液が同伴して移動する栓流蒸発の形態が作り出され
る。２〜10mmと間隔に幅があるのは蒸気量（体積）によ
って合体泡が形成される条件が変化するからである。蒸
気量は壁面過熱度、圧力、濃度、温度、媒体種によって
決定されるもので、断面の間隔はこれらに応じて適宜に
選定される。通常の蒸発器は核沸騰領域で使用されるの
で、この範囲では２〜1mmが好ましい。
【００１４】なお、満液式の蒸発器において、媒体蒸発
空間の全部が液で満たされていると合体泡が成長しにく
い上に、気液混相の状態となるため実際にどこが静止液
面か一定しない（図７（ｂ））。そこで、図７（ａ）に
示すように連通管（33）により模擬液面を決定し、この
模擬液面を比較的低く保って栓流を形成しやすくする。
言い換えれば、栓流が形成される程度に模擬液面を比較
的低く保つ。
空間の全部が液で満たされていると合体泡が成長しにく
い上に、気液混相の状態となるため実際にどこが静止液
面か一定しない（図７（ｂ））。そこで、図７（ａ）に
示すように連通管（33）により模擬液面を決定し、この
模擬液面を比較的低く保って栓流を形成しやすくする。
言い換えれば、栓流が形成される程度に模擬液面を比較
的低く保つ。
【００１５】
【発明の効果】この発明は、蒸発器の媒体蒸発空間をほ
ぼ鉛直にし、かつ、横断面を狭くすることにより、栓流
を形成させて合体泡に液を同伴させるようにしたもので
あるから、蒸発器出口まで気液の移動速度が等しく保た
れ、移動中に気液界面にて低沸点成分、高沸点成分の物
質移動により平衡状態が作り出され、気液の平衡状態の
ずれが少なくなり、滑らかな蒸発温度変化が実現する。
したがって、蒸発圧力を下げずに回収熱量増加を行なう
混合媒体の特長が引き出せる。
ぼ鉛直にし、かつ、横断面を狭くすることにより、栓流
を形成させて合体泡に液を同伴させるようにしたもので
あるから、蒸発器出口まで気液の移動速度が等しく保た
れ、移動中に気液界面にて低沸点成分、高沸点成分の物
質移動により平衡状態が作り出され、気液の平衡状態の
ずれが少なくなり、滑らかな蒸発温度変化が実現する。
したがって、蒸発圧力を下げずに回収熱量増加を行なう
混合媒体の特長が引き出せる。
【図１】プレート式熱交換器に適用した実施例を示す断
面図。
面図。
【図２】多管式熱交換器に適用した実施例を示す断面
図。
図。
【図３】二重管式熱交換器に適用した実施例を示す断面
図。
図。
【図４】バイナリー発電システムのブロック線図。
【図５】ランキンサイクルのＴＳ線図。
【図６】ローレンツサイクルのＴＳ線図。
【図７】媒体蒸発空間における蒸発の態様を比較して示
す模式図。
す模式図。
【図８】蒸発器における混合媒体の気液平衡線図。
22、26、32 媒体蒸発空間
フロントページの続き (72)発明者 山崎 起男 大阪府大阪市中央区平野町３丁目４番６ 号株式会社日阪製作所内 (72)発明者 広渡 和緒 福岡県福岡市渡辺通２丁目１番82号九州 電力株式会社内 (72)発明者 吉田 学 福岡県福岡市渡辺通２丁目１番82号九州 電力株式会社内 (72)発明者 江頭 真二 福岡県福岡市渡辺通２丁目１番82号九州 電力株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−100307（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−302098（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−104086（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F25B 39/02 F01K 25/10 F28F 13/06 F25D 7/00 F28D 9/00
Claims (1)
- 【請求項１】 媒体蒸発空間をほぼ鉛直にし、かつ、横
断面を狭くすることにより、栓流を形成させて合体泡に
液を同伴させるようにしたことを特徴とする混合媒体栓
流蒸発器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19931592A JP3347768B2 (ja) | 1992-07-27 | 1992-07-27 | 混合媒体栓流蒸発器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19931592A JP3347768B2 (ja) | 1992-07-27 | 1992-07-27 | 混合媒体栓流蒸発器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0642838A JPH0642838A (ja) | 1994-02-18 |
| JP3347768B2 true JP3347768B2 (ja) | 2002-11-20 |
Family
ID=16405763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19931592A Expired - Fee Related JP3347768B2 (ja) | 1992-07-27 | 1992-07-27 | 混合媒体栓流蒸発器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3347768B2 (ja) |
-
1992
- 1992-07-27 JP JP19931592A patent/JP3347768B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0642838A (ja) | 1994-02-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20020729 |
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