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JPS5928727B2 - High-pressure steam production equipment used for power generation using hot water - Google Patents
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JPS5928727B2 - High-pressure steam production equipment used for power generation using hot water - Google Patents

High-pressure steam production equipment used for power generation using hot water

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Publication number
JPS5928727B2
JPS5928727B2 JP54092305A JP9230579A JPS5928727B2 JP S5928727 B2 JPS5928727 B2 JP S5928727B2 JP 54092305 A JP54092305 A JP 54092305A JP 9230579 A JP9230579 A JP 9230579A JP S5928727 B2 JPS5928727 B2 JP S5928727B2
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JP
Japan
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hot water
pressure steam
working medium
evaporator
preheater
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JP54092305A
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成武 川崎
優 大輪
鷹二 秋谷
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、工場等からの排熱を利用して作業媒体である
炭化水素化合物の高圧蒸気を発生させ、その高圧蒸気で
タービンを駆動し、排熱を電気エネルギーとして回収す
るための熱水利用発電に使用する高圧蒸気製造装置に関
するものである。
Detailed Description of the Invention The present invention utilizes exhaust heat from factories, etc. to generate high-pressure steam of a hydrocarbon compound as a working medium, drives a turbine with the high-pressure steam, and converts the exhaust heat into electrical energy. This invention relates to a high-pressure steam production device used for power generation using hot water for recovery.

従来、有機系作業媒体を用いた発電方式においては、作
業媒体としてハロゲン化炭化水素化合物類、例えば冷凍
機の冷媒として用いられているフロン系冷媒(R−11
tR−12PR−13)等が多(使用されている。
Conventionally, in power generation systems using organic working media, halogenated hydrocarbon compounds, such as fluorocarbon refrigerants (R-11
tR-12PR-13) etc. are widely used.

そしてこれら化合物が、蒸発器内で伝熱管群内を流れる
熱源によって加熱され、蒸発する間接式熱交換方式が採
用されている。
An indirect heat exchange method is employed in which these compounds are heated and evaporated by a heat source flowing through a group of heat transfer tubes in an evaporator.

一方、上記とは別に、鉱工業産業等に関連する工場等で
使用されるエネルギーのうち約半分が排熱として大気、
河川、海等にむだに放出されている現状をみるとき、そ
の排熱を回収し有効利用出来る新技術の開発に対する要
求が強まっている。
On the other hand, apart from the above, about half of the energy used in factories related to the mining and manufacturing industries etc. is released into the atmosphere as waste heat.
Given the current situation where waste heat is being wasted into rivers, oceans, etc., there is an increasing demand for the development of new technology that can recover and effectively utilize waste heat.

そこで、このような排熱を上記有機系作業媒体の蒸発に
利用することが考えられる。
Therefore, it is conceivable to utilize such waste heat for evaporating the organic working medium.

しかし、鉱工業産業からの排熱のうち、低温度レベルの
100℃以下の温排水または200℃以下の排ガスを熱
源として利用する場合には、有機系作業媒体のライキン
グサイクルによる熱効率が20%〜10%と低いために
多量の熱量を作業媒体へ熱交換させる技術が必要となり
、装置も容積の大きい大規模なものとなってしまう。
However, when using waste heat from the mining and industrial industries as a heat source, such as heated waste water at a low temperature level of 100°C or lower or exhaust gas at a temperature of 200°C or lower, the thermal efficiency due to the liking cycle of an organic working medium is 20% to 10%. %, a technology for exchanging a large amount of heat to the working medium is required, and the equipment becomes large and bulky.

また、上記の低温度レベルでの発電に用いられる有機系
作業媒体は、一般に化学的に安定でかつ低沸点であり、
しかも水や熱水に難溶性である。
In addition, the organic working medium used for power generation at the above-mentioned low temperature level is generally chemically stable and has a low boiling point,
Moreover, it is poorly soluble in water and hot water.

そこで、これら作業媒体を直接熱水中に分散させ蒸発さ
せる方法、即ち直接接触方式が考えられる。
Therefore, a method of directly dispersing and evaporating these working media in hot water, ie, a direct contact method, can be considered.

しかし、上記フロンR−11やR−12等のハロゲン化
炭化水素化合物は、一般に100℃以下の温度範囲では
化学的に安定な化合物であるが、水分中では年に数グラ
ムと僅かではあるが加水分解し、塩酸やフッ化水素酸を
生成する。
However, halogenated hydrocarbon compounds such as Freon R-11 and R-12 are generally chemically stable compounds in a temperature range of 100°C or less, but in moisture they are only a few grams per year. Hydrolyzes to produce hydrochloric acid and hydrofluoric acid.

また、鉄や銅等が共存すると、これらの金属の触媒作用
により加水分解反応が促進され、装置材料の腐食の原因
となることが知られている。
Furthermore, it is known that when iron, copper, etc. coexist, the hydrolysis reaction is promoted by the catalytic action of these metals, causing corrosion of the equipment material.

また、このような直接接触方式では熱水のエネルギーを
有効活用するため、降下熱水と作業媒体を向流式に接触
させることが有利である。
Further, in such a direct contact method, in order to effectively utilize the energy of the hot water, it is advantageous to bring the falling hot water and the working medium into contact with each other in a countercurrent manner.

ところが、上記ハロゲン化炭化水素化合物を作業媒体と
する場合には、作業媒体の密度が熱水より大きいため、
熱水に対して沈降するので複雑な構造の装置となる。
However, when the above-mentioned halogenated hydrocarbon compound is used as a working medium, the density of the working medium is higher than that of hot water;
Because it settles in hot water, it becomes a device with a complex structure.

したがって、従来のハロゲン化炭化水素化合物は、熱水
との直接接触方式に有利に使用できない。
Therefore, conventional halogenated hydrocarbon compounds cannot be advantageously used in direct contact mode with hot water.

そこで本発明の目的は、上記鉱工業産業等からの排熱を
利用して得られた熱水または直接温排水として得られる
熱水を用い、かつ作業媒体として特定の炭化水素化合物
を用いて、これら熱水と作業媒体を直接接触させて作業
媒体の高圧蒸気を発生させ、その蒸気によりタービンを
駆動して、電気エネルギーとして排熱を有効に回収する
熱水利用発電に使用する高圧蒸気製造装置を提供するも
のである。
Therefore, the object of the present invention is to use hot water obtained by utilizing waste heat from the above-mentioned mining and manufacturing industries, etc., or hot water obtained as direct heated waste water, and to use a specific hydrocarbon compound as a working medium. A high-pressure steam production device used for power generation using hot water that brings hot water into direct contact with a working medium to generate high-pressure steam as the working medium, drives a turbine with the steam, and effectively recovers waste heat as electrical energy. This is what we provide.

本発明の他の目的は、排熱利用効率が大きく装置材料の
腐食もない熱水利用発電方法を提供することにあ。
Another object of the present invention is to provide a power generation method using hot water that has high exhaust heat utilization efficiency and does not cause corrosion of equipment materials.

る。本発明の更に他の目的は、上記方法に有効に使用で
き、構造が簡単でかつ設計も容易な高圧蒸気製造装置を
提供することにある。
Ru. Still another object of the present invention is to provide a high-pressure steam production apparatus that can be effectively used in the above method, has a simple structure, and is easy to design.

本発明の上記目的を達成する熱水利用発電方法は、作業
媒体の高圧蒸気によりタービンを駆動して発電する方法
において、液化した低沸点でかつ熱水より密度の小さい
炭化水素化合物からなる作業媒体を蒸発器から降下する
熱水中に液滴状に分散させると共に降下熱水と向流式に
直接接触させて予熱してから前記蒸発器内で熱水と直接
接触させ作業媒体を蒸発せしめて高圧蒸気とし、更にこ
れを加熱してからタービンに供給することを特徴とする
ものである。
A power generation method using hot water that achieves the above object of the present invention is a method of generating electricity by driving a turbine with high-pressure steam as a working medium. is dispersed in the form of droplets into the hot water falling from the evaporator, and is brought into direct contact with the falling hot water in a countercurrent manner to preheat it, and then brought into direct contact with the hot water in the evaporator to evaporate the working medium. It is characterized by producing high-pressure steam, which is further heated before being supplied to the turbine.

また、本発明の高圧蒸気製造装置は、作業媒体と熱水と
を直接接触させて作業媒体の高圧蒸気を発生させる蒸発
器の下部に凝縮器で液化した作業媒体を熱水中で液滴状
に分散するノズルを備えた予熱器を結合した構造の高圧
蒸気発生装置と、発生した作業媒体の高圧蒸気を加熱す
る加熱器とを組合わせ、かつ凝縮器を附設して高圧蒸気
の使用を効率化するとともに、上記作業媒体と熱水との
向流接触を最も合理的に行わせるようにしたことを特徴
とするものである。
In addition, the high-pressure steam production apparatus of the present invention has a condenser at the bottom of the evaporator that generates high-pressure steam of the working medium by directly contacting the working medium and hot water. A high-pressure steam generation device with a structure that combines a preheater with nozzles that distribute the heat to the atmosphere, and a heater that heats the high-pressure steam of the generated working medium are combined, and a condenser is attached to make the use of high-pressure steam more efficient. The present invention is characterized in that the working medium and the hot water are brought into countercurrent contact in the most rational manner.

本発明の高圧蒸気発生装置は、上記のように装置上部に
蒸発器を、また下部に予熱器を備えた構成からなる。
As described above, the high-pressure steam generator of the present invention includes an evaporator in the upper part of the apparatus and a preheater in the lower part.

作業媒体は予熱器の下部から流入し、十分に液滴の状態
で、蒸発器から予熱器内を降下する熱水中に分散し、予
熱器内をその浮力により上昇しながら降下熱水と向流式
に直接接触して予熱される。
The working medium flows from the lower part of the preheater, is sufficiently dispersed in the form of droplets from the evaporator into the hot water that descends inside the preheater, and rises within the preheater due to its buoyancy, collapsing with the falling hot water. It is preheated by direct contact with the flow type.

このようにして加熱された作業媒体は、上部の蒸発器内
に入りここに流入する高温の熱水により沸とうし、激し
く液を攪拌しながら高圧蒸気となる。
The working medium heated in this manner enters the upper evaporator and is boiled by the high-temperature hot water flowing therein, turning into high-pressure steam while stirring the liquid vigorously.

ここで発生した高圧蒸気は、飽和状態に近くまた蒸気中
には熱水からの水蒸気も混入しているので、これらの蒸
気が装置の配管経路及びタービン中で液化することを防
止すると共にタービンの熱効率を増加させるためにも、
蒸発器からタービンへの高圧蒸気配管経路の途上に別途
蒸気加熱器を設備しその高圧蒸気を加熱してからタービ
ンに供給する。
The high-pressure steam generated here is nearly saturated and also contains water vapor from hot water, so it is necessary to prevent this steam from liquefying in the equipment piping route and turbine, and to prevent the turbine from liquefying. Also to increase thermal efficiency,
A separate steam heater is installed on the high-pressure steam piping route from the evaporator to the turbine, and the high-pressure steam is heated before being supplied to the turbine.

また、高圧蒸気発生装置の予熱器を流下して、その下部
から排出される熱水は、鉱工業産業の排熱源の熱交換器
へと循環し、再加熱されて蒸発器内に流入し循環使用す
ることが望ましいが、熱水に工場等からの温排水を使用
し、高圧蒸気発生装置で熱交換された温排水を外部に排
出する場合には、排出温排水中には約数百ppmの濃度
で作業媒体が溶解していることがあるので、この作業媒
体を回収するため、例えば脱気塔、圧縮器、凝縮器等で
構成される回収装置を備えることが有利である。
In addition, the hot water that flows down the preheater of the high-pressure steam generator and is discharged from the bottom is circulated to the heat exchanger of the waste heat source in the mining and industrial industries, where it is reheated and flows into the evaporator for circulation. However, if hot water is used as hot water from a factory, etc., and the heated wastewater is heat-exchanged with a high-pressure steam generator and then discharged to the outside, the discharged heated wastewater contains approximately several hundred ppm. Since the working medium may be dissolved in concentration, it is advantageous to provide a recovery device, for example consisting of a deaerator, a compressor, a condenser, etc., for recovering this working medium.

上記の如き作用・機能から、本発明の実施に於て使用す
る作業媒体は、使用する熱水で蒸発するように低沸点、
好ましくは40℃以下の低沸点を有すると共に、熱水よ
り密度が小さくしかも熱水に難溶性のものが使われる。
Due to the above-mentioned actions and functions, the working medium used in the implementation of the present invention has a low boiling point, so that it can be evaporated by the hot water used.
Preferably, a material having a low boiling point of 40° C. or lower, a density lower than that of hot water, and hardly soluble in hot water is used.

しかるに、高圧蒸気としてタービンを駆動しかつ上記の
性能を有する作業媒体は、炭化水素化合物の中にその有
効なものが存在する。
However, effective working media that drive a turbine as high-pressure steam and have the above-mentioned performance exist among hydrocarbon compounds.

即ち、本発明ではこれらの中でも常温常圧下ではガス状
を呈する石油系もしくは天然ガス系炭化水素化合物を圧
縮(および冷却)して液化できるものが特に好ましく、
場合によっては常温で元来液体であるものの蒸気を液化
(凝縮)できるものも使用できる。
That is, in the present invention, among these, those that can compress (and cool) and liquefy petroleum-based or natural gas-based hydrocarbon compounds that are gaseous at room temperature and normal pressure are particularly preferred.
In some cases, materials that are originally liquid at room temperature but can liquefy (condense) vapor may also be used.

使用の際、液化、蒸発および取扱い等の点から、作業媒
体としては炭素数3および4の炭化水素化合物が特に好
ましく、具体的にはプロパン(沸点−42,2℃、密度
(液体として)0.58241/crit)、n−ブタ
ン(沸点−0,5℃、密度(液体として)0.5788
1/i)、イソブタン(沸点−11,7℃、密度(液体
として) 0.5 s 2 f/i)が特に好ましく、
場合によってはn−ブタン−イソブタン混合物、プロパ
ン−プロピレン混合物およびブタン−ブチレン混合物も
用いられる。
In use, from the viewpoint of liquefaction, evaporation, handling, etc., hydrocarbon compounds having 3 and 4 carbon atoms are particularly preferred as working media, specifically propane (boiling point -42.2°C, density (as a liquid) 0). .58241/crit), n-butane (boiling point -0.5°C, density (as liquid) 0.5788
1/i), isobutane (boiling point -11.7°C, density (as liquid) 0.5 s 2 f/i),
If appropriate, n-butane-isobutane mixtures, propane-propylene mixtures and butane-butylene mixtures are also used.

また本発明の実施に於ては2種以上の作業媒体を併用し
ても良い。
Further, in carrying out the present invention, two or more types of working media may be used in combination.

次に、本発明の装置を図面の例示に基づいて具体的に説
明する。
Next, the apparatus of the present invention will be specifically explained based on the illustrations of the drawings.

第1図に、蒸発器と予熱器とを結合した高圧蒸気発生装
置、蒸気加熱器、タービン−発電機、凝縮器、および熱
水交換器から構成される、熱水利用発電方法を説明する
ための系統図を、第2図に蒸発器と予熱器とを結合した
高圧蒸気発生装置の概略図を、第3図には温排水と排熱
を使用した別の熱水第1用発電方法を説明するための系
統図を、そして第4図および第5図に大規模高圧蒸気発
生装置の概i図を、それぞれ示した。
FIG. 1 is for explaining a power generation method using hot water, which is composed of a high-pressure steam generator combining an evaporator and a preheater, a steam heater, a turbine-generator, a condenser, and a hot water exchanger. Figure 2 shows a schematic diagram of a high-pressure steam generator that combines an evaporator and a preheater, and Figure 3 shows another method of power generation for hot water using hot water and waste heat. A system diagram for explanation is shown, and a schematic diagram of the large-scale high-pressure steam generator is shown in FIGS. 4 and 5, respectively.

第1図に於て、熱水は熱水熱交換器1で排熱源経路2,
3を通る排熱源により加熱され、熱水ポンプ4により一
部は経路5,6から高圧蒸気発生装置7の蒸発器8に流
入し、せき9をのりこえて、予熱器10で加熱された作
業媒体と直接混合し、熱水のもつ熱エネルギーにより作
業媒体を蒸発させる。
In Figure 1, the hot water is passed through the hot water heat exchanger 1 through the exhaust heat source route 2,
The working medium is heated by the exhaust heat source passing through 3, and a part of the working medium flows into the evaporator 8 of the high-pressure steam generator 7 from paths 5 and 6 through the hot water pump 4, passes through the weir 9, and is heated in the preheater 10. The working medium is evaporated by the thermal energy of the hot water.

また、熱水ポンプ4からの他の熱水は経路11を経て蒸
気加熱器12に入り、ここで蒸気を加熱したのち経路1
3から熱水散水器14により蒸発器8の略中央で半径方
向に噴射され、その噴流により作業媒体の蒸発を更に促
進する。
In addition, other hot water from the hot water pump 4 enters the steam heater 12 via a path 11, where it heats steam, and then passes through the path 1.
3, the hot water is sprayed in a radial direction approximately at the center of the evaporator 8 by the hot water sprinkler 14, and the jet stream further accelerates the evaporation of the working medium.

蒸発器8内の熱水は作業媒体の蒸発によって温度を下げ
、更に降下して予熱器10内で、液滴状に分散しその浮
力で上昇する作業媒体と向流式に直接接触し熱交換して
温度を更に下げたのち、予熱器10の下部から流出し、
経路15を経て熱水熱交換器1で再加熱され、蒸発器8
内に循環される。
The temperature of the hot water in the evaporator 8 is lowered by the evaporation of the working medium, and it further descends and is dispersed into droplets in the preheater 10, where it comes into direct contact with the working medium rising due to its buoyancy in a countercurrent manner, thereby exchanging heat. After further lowering the temperature, it flows out from the bottom of the preheater 10,
It is reheated in the hot water heat exchanger 1 via the path 15, and then transferred to the evaporator 8.
circulated within.

一方、液化された作業媒体は、予熱器10下部の多孔ノ
ズル16から、前記したように予熱器10内を降下する
熱水中に液滴状に分散し、熱水と向流式に直接接触熱交
換し加熱されて蒸発器8に上昇し、ここで蒸発する。
On the other hand, the liquefied working medium is dispersed in the form of droplets from the porous nozzle 16 at the bottom of the preheater 10 into the hot water descending inside the preheater 10 as described above, and comes into direct contact with the hot water in a countercurrent manner. It exchanges heat and is heated and rises to the evaporator 8 where it is evaporated.

蒸発器8内で蒸発した作業媒体の高圧蒸気は、ミストよ
け17およびメツシュエリミネータ−18を通過し、経
路19を経て蒸気加熱器12に入り加熱されて過飽和状
態の高温高圧蒸気となる。
The high-pressure steam of the working medium evaporated in the evaporator 8 passes through the mist shield 17 and the mesh eliminator 18, and enters the steam heater 12 via the path 19, where it is heated and becomes supersaturated high-temperature, high-pressure steam.

この蒸気は、経路20からタービン21に噴流してター
ビン21を駆動し発電機22によって電力発生させる。
This steam flows into the turbine 21 from the path 20, drives the turbine 21, and causes the generator 22 to generate electric power.

タービン21.を駆動したのちの作業媒体の蒸気は、凝
縮器23.24で凝縮液化される。
Turbine 21. The working medium vapor after driving is condensed and liquefied in condensers 23 and 24.

凝縮器24、)冷ゆ水謡、よ、海水よえ、よ冷水ツヤ循
、オお冷却用水等が用いられ、この冷却水は冷却水ポン
プ25により経路26.27を流れる。
The condenser 24 uses cold water, seawater, cold water, and cooling water, and this cooling water is caused to flow through paths 26 and 27 by a cooling water pump 25.

ここで凝縮液化した作業媒体は、凝縮器24の下部にた
まる。
The working medium condensed and liquefied here accumulates in the lower part of the condenser 24.

高圧蒸気中には熱水からの水蒸気が含まれており、凝縮
器23,24内でこれらの水蒸気も液化し水となるので
、凝縮器24下部で作業媒体と水とをそれらの・密度差
を利用して分離し、水を凝縮器24の下部の経路28か
ら排出する。
The high-pressure steam contains water vapor from hot water, and this water vapor also liquefies into water in the condensers 23 and 24, so the working medium and water are separated at the bottom of the condenser 24 by their density difference. and the water is discharged from the lower passage 28 of the condenser 24.

他方、液化した作業媒体は、経路29から抜出され、作
業媒体ポンプ30により経路31を経て凝縮器23に入
り、高圧蒸気と熱交換して加温されたのち、経路32を
経て、再び予熱器10下部の多孔ノズル16へと循環使
用される。
On the other hand, the liquefied working medium is extracted from the path 29, enters the condenser 23 via the path 31 by the working medium pump 30, is heated by exchanging heat with high-pressure steam, and is then preheated again through the path 32. It is circulated and used to the porous nozzle 16 at the bottom of the vessel 10.

第2図は、高圧蒸気発生装置における作業媒体及び熱水
の流れを矢印でより具体的に示したものであり、図番は
それぞれ第1図のものと同一である。
FIG. 2 more specifically shows the flow of the working medium and hot water in the high-pressure steam generator using arrows, and the figure numbers are the same as those in FIG. 1.

すなわち、前記したように本発明においては予熱器10
の上端縁はせき9として蒸発器8の底部に突出している
から、熱水は予熱器10の内周面に沿う平均した層流と
して下降し、また多孔ノズル16からの作業媒体は無数
の液滴の集合体となって上記熱水の層流内部を上昇して
熱交換が行われるが、この上昇流は、続いてせき9の下
方中心に設けた熱水散水器14から上記層流に向って半
径方向に噴射される熱水と、せき9を越えて流下する環
状の熱水流に再度接触して充分の熱交換が行われるので
ある。
That is, as described above, in the present invention, the preheater 10
Since the upper edge protrudes to the bottom of the evaporator 8 as a weir 9, the hot water descends as an average laminar flow along the inner peripheral surface of the preheater 10, and the working medium from the porous nozzle 16 flows into a large number of liquids. The droplets form an aggregate and rise inside the laminar flow of the hot water to perform heat exchange, but this upward flow is then transferred from the hot water sprinkler 14 installed at the center below the weir 9 to the laminar flow. The hot water injected in the radial direction comes into contact again with the annular hot water flow flowing down over the weir 9, and sufficient heat exchange takes place.

第1図及び第2図に示した装置を用いて具体的に実施し
た結果は、次のとおりである。
The results of concrete implementation using the apparatus shown in FIGS. 1 and 2 are as follows.

即ち、工場からの排ガス等の排熱源により熱水熱交換器
1で熱水を約100℃まで加熱し、高圧蒸気発生装置7
の蒸発器8に毎時約10トンの流量で循環させ、作業媒
体にn−ブタンを用いて、上記熱水と予熱器10を通し
て、直接混合し、蒸発器8内で蒸発させると、n−ブタ
ンは約8〜8.3kg/iの高圧蒸気となる。
That is, hot water is heated to about 100°C in the hot water heat exchanger 1 using an exhaust heat source such as exhaust gas from a factory, and then the high pressure steam generator 7
When n-butane is circulated through the evaporator 8 at a flow rate of about 10 tons per hour, and n-butane is used as a working medium, it is directly mixed with the hot water through the preheater 10 and evaporated in the evaporator 8. becomes high pressure steam of about 8 to 8.3 kg/i.

この場合のn−ブタンの蒸発量は毎時約2.9トン、蒸
発器源側平均温度は約70℃、蒸気側平均温度は約69
℃を示す。
In this case, the amount of n-butane evaporated is approximately 2.9 tons per hour, the average temperature on the evaporator source side is approximately 70°C, and the average temperature on the steam side is approximately 69°C.
Indicates °C.

この高圧蒸気は約4%の水蒸気を含む組成からなり、蒸
気加熱器12で更に約90℃にまで加熱され、得られた
高温高圧蒸気でタービン21を駆動する。
This high-pressure steam has a composition containing about 4% water vapor, and is further heated to about 90° C. in a steam heater 12, and the obtained high-temperature and high-pressure steam drives a turbine 21.

この操作において、タービン−発電機で毎時約40〜4
5KWの電力が得られる。
In this operation, the turbine-generator generates approximately 40 to 40
You can get 5KW of power.

更に、タービン21から流出した蒸気は、凝縮器23,
24により凝縮液化され、ここで液化したn−ブタンの
温度は冷却水の入口温度で多少異なるが、約32℃から
約35℃の温度を示す。
Furthermore, the steam flowing out from the turbine 21 is passed through a condenser 23,
24, and the temperature of the liquefied n-butane here varies somewhat depending on the inlet temperature of the cooling water, but exhibits a temperature of about 32°C to about 35°C.

この液化n−ブタンは凝縮器24下部で水と分離され、
作業媒体ポンプ30で凝縮器23の冷却に使用され約4
5℃の温度に高められてから、予熱器10下部に送られ
る。
This liquefied n-butane is separated from water at the bottom of the condenser 24,
The working medium pump 30 is used to cool the condenser 23 and is approximately 4
After being raised to a temperature of 5°C, it is sent to the lower part of the preheater 10.

予熱器10の多孔ノズル16によって液化n−ブタンは
約2市から約4mmの液滴として、降下する熱水中に分
散し、熱水と向流式に熱交換しながら、予熱器10内を
上昇し、約70℃まで加熱されて、前記したように蒸発
器8内で蒸発し高圧蒸気となる。
Through the porous nozzle 16 of the preheater 10, the liquefied n-butane is dispersed in the falling hot water as droplets of about 4 mm in size from about 2 mm, and flows through the preheater 10 while exchanging heat with the hot water in a countercurrent manner. The temperature rises to about 70° C., and evaporates in the evaporator 8 as described above to become high-pressure steam.

このとき予熱器10下部から排出される熱水の温度は、
約65℃となり、再び熱水熱交換器1へと循環して約1
00℃まで加熱される。
At this time, the temperature of the hot water discharged from the lower part of the preheater 10 is
The temperature reaches approximately 65°C, and the temperature reaches approximately 1
heated to 00°C.

上記の例は排熱を利用して得られた熱水を使用する場合
の例であるが、本発明ではまた、工場等からの100℃
から60℃の温度範囲にある温排水を、前記した熱水の
代わりに使用することができる。
The above example is an example of using hot water obtained using waste heat, but in the present invention, hot water at 100°C from a factory etc. is also used.
Heated waste water having a temperature range from 1 to 60° C. can be used instead of the hot water described above.

ただし、温排水を利用する場合には、予熱器下部から流
出する温排水は、普通には前記熱水のように熱水熱交換
器への循環することな(、系外に排出される。
However, when hot water is used, the hot water flowing out from the lower part of the preheater is normally not circulated to the hot water heat exchanger like the hot water (but is discharged outside the system).

この排出液中には、作業媒体であるn−ブタンが数百
溶解し、更にn−ブpm タンの微細な液滴も含まれている。
This discharged liquid contains hundreds of n-butane, which is a working medium.
Dissolved and also contains fine droplets of n-bupmtan.

このような作業媒体は、排出液から回収される。Such working medium is recovered from the effluent.

また、工場等からの温排水は、その流量や温度等が常に
一定でない場合があり、また使用に際して温排水の量が
不足する場合がある。
Further, the flow rate, temperature, etc. of heated waste water from factories and the like may not always be constant, and the amount of heated waste water may be insufficient during use.

このような場合には、温排水の流量や温度を一定条件下
に確保するために、温排水の少な(とも一部を循環し工
場等からの他の排熱源、例えば排ガスを利用して加熱利
用することが要求される。
In such cases, in order to maintain the flow rate and temperature of heated wastewater under certain conditions, it is necessary to circulate some of the heated wastewater and heat it using other waste heat sources from factories, such as exhaust gas. required to use it.

次に、第3図に基づいて温排水を熱水として利用した場
合の例を説明する。
Next, an example in which heated waste water is used as hot water will be explained based on FIG.

第3図においては、予熱器10の下部から排出される温
排水の一部は、経路15を経て、蓄熱型熱交換器1′で
他の排熱源によって加熱され、ここで工場等からの経路
34で送られてきた温排水と共にポンプ4で蒸気発生装
置7に送られ、以下第1図で説明したと同様に移動する
In FIG. 3, a part of the heated waste water discharged from the lower part of the preheater 10 passes through a path 15 and is heated by another waste heat source in a regenerative heat exchanger 1', where it is routed from a factory etc. It is sent to the steam generator 7 by the pump 4 together with the heated wastewater sent at 34, and moves in the same manner as explained in FIG. 1.

他方、残りの温排水は経路35を経て圧縮器36で減圧
された脱気塔37に噴流して、溶解しまたは混入して℃
・る作業媒体(n−ブタン)を放出する。
On the other hand, the remaining heated wastewater flows through a path 35 to a degassing tower 37 whose pressure is reduced by a compressor 36, where it is dissolved or mixed to a temperature of ℃
・Release of working medium (n-butane).

n−ブタンを放出した温排水は、脱気塔37下部の経路
38から系外に排出される。
The heated wastewater that has released n-butane is discharged from the system through a path 38 at the bottom of the degassing tower 37.

ここで、脱気塔37内の圧力を約500mmH?以下に
保つと、温排水中に溶解しているn−ブタンの濃度は約
350ppmから約10ppm程度に減少する。
Here, the pressure inside the degassing tower 37 is set to about 500 mmH? If the temperature is maintained below, the concentration of n-butane dissolved in hot waste water will decrease from about 350 ppm to about 10 ppm.

脱気塔37内で放出されたn−ブタン蒸気は、経路39
から圧縮器36に送られて加圧され、凝縮器40で液化
される。
The n-butane vapor released in the degassing tower 37 is routed through the path 39.
From there, it is sent to a compressor 36 where it is pressurized, and then liquefied in a condenser 40.

液化n−ブタンは、凝縮器40の下部にたまり、含まれ
ていた水分は分離されて経路41から系外に排出される
が、残された液化n−ブタンは経路42から凝縮器24
の下部の作業媒体だめに入り、凝縮器23,24で液化
したn−ブタンと共にポンプ30によって凝縮器23、
予熱器10へと循環し、そして前記したようにこのn−
ブタンは、加熱されて蒸発し、タービン駆動、凝縮液化
を繰り返す。
The liquefied n-butane accumulates in the lower part of the condenser 40, and the water contained therein is separated and discharged from the system through a path 41, but the remaining liquefied n-butane flows through a path 42 into the condenser 24.
The working medium enters the working medium sump at the bottom of the condenser 23, 24 by the pump 30 together with the n-butane liquefied in the condensers 23, 24.
This n-
Butane is heated and evaporated, driven by a turbine, and condensed and liquefied repeatedly.

なお、凝縮器40の冷却水は、冷却水ポンプ25から経
路26および経路43,44を流れる。
Note that the cooling water of the condenser 40 flows from the cooling water pump 25 through the path 26 and the paths 43 and 44.

第3図に於ける他の図番及びその他の機構は、第1図(
及び第2図)と同一であるため、ここでの詳細な説明は
省略する。
Other figure numbers and other mechanisms in Figure 3 are shown in Figure 1 (
and FIG. 2), detailed explanation here will be omitted.

次に、第4図および第5図に示した装置は、蒸発器8が
横型円筒缶からなり、その下部に予熱器10を3基取付
けた構造となっており、この形式は大型の装置に適して
いる。
Next, in the apparatus shown in FIGS. 4 and 5, the evaporator 8 is made of a horizontal cylindrical can, and three preheaters 10 are attached to the bottom of the evaporator 8. This type is suitable for large-scale equipment. Are suitable.

そしてこれら予熱器10の下部にはそれぞれ多孔ノズル
16が設けられている。
A porous nozzle 16 is provided at the bottom of each of these preheaters 10.

また、蒸発器8内の熱水散水器14も上記予熱器10の
それぞれの上部に位置するように3本に枝分かれして設
けられている。
Further, the hot water sprinkler 14 in the evaporator 8 is also provided so as to be branched into three branches so as to be located above each of the preheaters 10.

即ち、蒸発器8に於て、せき9及び熱水散水器14とか
ら流入する熱水と、各予熱器10中で加熱されながら上
昇してきた作業媒体とが十分に混合して効率よく蒸発伝
熱が行なわれるように設計されている。
That is, in the evaporator 8, the hot water flowing from the weir 9 and the hot water sprinkler 14 and the working medium that has risen while being heated in each preheater 10 are sufficiently mixed to efficiently evaporate and transfer. Designed to carry out heat.

また、この構造は、装置規模または要求される発電出力
の大きさによって、予熱器の基数を2基または4基以上
に減増して設計できるという利点がある。
Further, this structure has the advantage that the number of preheaters can be reduced or increased to two or four or more depending on the scale of the device or the required power generation output.

そしてこの構造の装置は第1図または第3図の高圧蒸気
発生装置に代えて使用できることは言うまでもない。
It goes without saying that a device having this structure can be used in place of the high-pressure steam generator shown in FIG. 1 or 3.

なお、第4図に於けるその他の図番は、第1図または第
3図のものと同一であるため、詳細説明は省略する。
Note that the other figure numbers in FIG. 4 are the same as those in FIG. 1 or FIG. 3, so detailed explanation will be omitted.

本発明によれば、排熱源を有効利用して電気エネルギー
としてこれを回収できるため、省エネルギー化に有オリ
である。
According to the present invention, waste heat sources can be effectively utilized and recovered as electrical energy, which is advantageous for energy saving.

そして、前記構成により、作業媒体の加熱が効果的に行
われ、しかも蒸発器からの降下熱水で作業媒体の予熱を
充分に行なうことができるため熱交換率にすぐれ、した
がって排熱利用効率が太き(、また、従来の作業媒体と
は異なり装置材料の腐食も発生しない。
With the above configuration, the working medium can be heated effectively, and the working medium can be sufficiently preheated with the hot water falling from the evaporator, so the heat exchange rate is excellent, and the waste heat utilization efficiency is therefore high. Also, unlike conventional working media, corrosion of equipment materials does not occur.

また、従来のハロゲン化炭化水素化合物を間接的に加熱
蒸発させる場合に比較して、容積基準伝熱係数値が約2
,5倍から約4倍にもなり、したがって本発明では蒸発
器の伝熱部の容積が同じ電力を得る場合に約1/2.5
〜約1/4に縮小小型化することができ、しかも従来の
間接式のような高価な多数の伝熱管群は不用となり、装
置コスト、使用エネルギーを著しく低下させることがで
きる。
In addition, compared to the conventional case where halogenated hydrocarbon compounds are indirectly heated and evaporated, the volume-based heat transfer coefficient value is approximately 2.
, 5 times to about 4 times. Therefore, in the present invention, when the volume of the heat transfer section of the evaporator obtains the same electric power, the volume is reduced to about 1/2.5.
It is possible to reduce the size to about 1/4, and also eliminates the need for a large number of expensive heat exchanger tube groups such as those of the conventional indirect type, making it possible to significantly reduce device cost and energy consumption.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の装置の系統図、第2図は本発明の高圧
蒸気発生装置の概略図、第3図は本発明を説明するため
の別の装置の系統図、第4図は本発明で用いる別の高圧
蒸気発生装置の概略図、第5図は第4図のV−v線矢視
に於ける断面図、をそれぞれ示す。 1・・・熱水熱交換器、1′・・・蓄熱型熱交換器、4
・・・熱水ポンプ、7・・・高圧蒸気発生装置、8・・
・蒸発器、10・・・予熱器、12・・・蒸気加熱器、
14・・・熱水散水器、16・・・多孔ノズル、21・
・・タービン、22・・・発電機、23.24・・・凝
縮器、25・・・冷却水ポンプ、30・・・作業媒体ポ
ンプ、36・・・圧縮器、37・・・脱気塔、40・・
・凝縮器。
FIG. 1 is a system diagram of the device of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram of the high-pressure steam generator of the present invention, FIG. 3 is a system diagram of another device for explaining the present invention, and FIG. 4 is a system diagram of the present invention. FIG. 5 is a schematic diagram of another high-pressure steam generator used in the invention, and FIG. 5 is a sectional view taken along the line V-V in FIG. 4. 1... Hot water heat exchanger, 1'... Regenerative heat exchanger, 4
...Hot water pump, 7...High pressure steam generator, 8...
・Evaporator, 10... Preheater, 12... Steam heater,
14... Hot water sprinkler, 16... Porous nozzle, 21.
... Turbine, 22... Generator, 23.24... Condenser, 25... Cooling water pump, 30... Working medium pump, 36... Compressor, 37... Deaeration tower , 40...
·Condenser.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 下縁に加熱された熱水の流入口、上端に作業媒体の
高圧蒸気取出し口、また内部中心に半径方向に噴射する
熱水散水器を各備えて周面を外方に張り出す蒸発器と、
下端に熱水の流出口、内部下方に位置して作業媒体を液
滴状に分散する多孔ノズルを具有するとともに、上端縁
を蒸発器内に突出する溢流せきとして蒸発器下方に連な
る立筒状の予熱器で形成された高圧蒸気発生装置と、発
生した作業媒体の高圧蒸気を前記蒸発器に流入する熱水
の一部を利用して加熱する加熱器と、タービンを駆動し
たのちの作業媒体の蒸気を凝縮液化して前記予熱器の多
孔ノズルに復水する凝縮器で構成した熱水利用発電に使
用する高圧蒸気製造装置。
1. An evaporator with a heated hot water inlet at the lower edge, a high-pressure steam outlet for the working medium at the upper edge, and a hot water sprinkler that sprays radial water at the center of the interior, with the circumferential surface projecting outward. and,
A vertical tube that has a hot water outlet at its lower end, a porous nozzle located at the lower part of the interior to disperse the working medium in droplets, and whose upper edge serves as an overflow weir that projects into the evaporator and continues below the evaporator. a high-pressure steam generator formed of a preheater, a heater that heats the high-pressure steam of the generated working medium by using a part of the hot water flowing into the evaporator, and A high-pressure steam production device used for power generation using hot water, comprising a condenser that condenses and liquefies medium vapor and condenses it into the porous nozzle of the preheater.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5226050A (en) * 1975-08-22 1977-02-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Opposed current heat-exchanger
JPS5248147A (en) * 1975-10-14 1977-04-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Heat exchanger of direct contacting process

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