JPS5936083B2 - 動力発生方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は動力発生力法、主として低温度差で作動するラ
ンキンサイクル機関における動力発生力法に関する。

ランキンサイクル機関は既に公知のごとく水、フロン、
アンモニア、ブタンなどの作動媒体をポンプで加圧した
後、蒸発器において外部からの熱により加熱蒸発させ、
この蒸気をタービン式、レシプロ式あるいはスクリュ一
式などのエクスパンダ沖に導入して膨張させ、該蒸気の
保有するエネルギの一部を動力の形で外部に取り出し、
−力エクスパンダ中で膨張させることにより減圧降温し
た蒸気を凝縮器に導いて凝縮させ、再びポンプで加圧し
て同じサイクルを繰返えすものである。

ランギンサイクル機関においては、蒸発器で飽和蒸気を
発生させ、そのままエクスパンダに入れるものや、蒸発
器の後に過熱器を設けて蒸気を過熱蒸気にしてからエク
スパンダに入れるものもある。

また、この場合、エクスパンダ出口の蒸気が過熱蒸気で
あるならば、熱交換器を設けてエクスパンダ出口の蒸気
で蒸発器に還流する作動媒体を予熱することもある。

また、圧力を有する高温の液体を直接第１のエクスパン
ダに導いて仕事させ、発生した蒸気で第２のエクスパン
ダを２駆動するとともに、第１のエクスパンダ出口で蒸
気と分離しり液体をフラッシュタンクに導いてフラッシ
ュさせ、発生した蒸気を第２のエクスパンダの中間段に
導いて最初の蒸気と合流させて仕事をさせ、第２のエク
スパンダを出た蒸気を冷却して凝縮させ、凝縮した液体
をポンプで液体加熱器に返すというものもある。

地熱水の場合は、凝縮した液体をポンプで地下に還元し
ている。

これらの従来のランキンサイクルを利用した機関におい
ては、凝縮した作動媒体を蒸発器または加熱器もしくは
地下に送りかえすためのポンプ動力が作動媒体とその温
度、圧力によっては機関総合効率に大きな影響を与える
ことがあり、はなはだしい場合には、機関出力の３０％
程度に達することがある。

低用の蒸気タービン、低温度差用有機媒体タービンにこ
の傾向が強い。

本発明は、作動媒体として、加熱された溶液から蒸発し
た溶媒蒸気を使用し、この溶媒蒸気でエクスパンダを駆
動し、エクスパンダ中で減圧降温した溶媒蒸気を冷却凝
縮させ、凝縮した溶媒を半透膜の浸透用を利用して元の
溶液に還元させて還流せしめる動力発生力法を提案する
ものである。

以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図および第２図において、１は蒸発器を示し、蒸気
ドラムｌａ、溶液ドラム１ｂおよびこれらを連結する蒸
発器管部１ｃよりなっている。

２は蒸気ドラム１ａから発生した溶媒蒸気を過熱する過
熱器、３は過熱器２に接続されたエクスパンダ起動弁、
４はエクスパンダで、例えばタービン式のもの、５は該
エクスパンダ４で駆動される例えは発電機である。

６は前記エクスパンダ４で膨張し減圧降温した溶媒蒸気
を冷却して凝縮させる凝縮器である。

７は半透膜７ａを隔壁として内蔵する半透膜室で、前記
半透膜７ａにより区画された下部室７ｂは前記凝縮器６
に連通連結され、上部室７ｃは上昇管８および下降管９
を介して前記蒸発器１の溶液ドラム１ｂに連通連結され
、凝縮器６で凝縮された溶媒は半透膜室７の半透膜７ａ
を隔壁として溶液ドラム１ｂの溶液と対峙し、溶媒が溶
液側に半透膜７ａの性質により流れ込むようになってお
り、凝縮溶媒が占める下部室７ｂの容積は溶液が占める
上部室７ｃの容積よりも大きくなるように構成されてい
る。

そして蒸発器１の溶液は蒸発器管部１ｃが連通ずる蒸気
ドラム１ａの下部空間および溶液ドラム１ｂならびに半
透膜室７の上部室７ｃに満たされている。

また上昇管８および下降管９にはそれぞれエクスパンダ
４起動時に開弁する弁８ａおよび９ａが設けられている
。

今、弁３．８ａ 、９ａを閉じたまま燃焼ガスまたは排
ガスもしくは熱風などにより蒸発器管部１ｃおよび過熱
器２を加熱し、エクスパンダ４を起動するに十分な溶媒
蒸気（溶質は塩類のような電解質であっても、ショ糖、
アルコールその他の有機化合物のような非電解質であっ
てもよいが、溶媒に比して沸点が十分高く、発生蒸気の
大部分が溶媒蒸気で占められるようなものでなくてはな
らない）が発生した時点で弁３．８ａ、９ａを開弁する
と、溶媒蒸気がエクスパンダ４を駆動し、発電機５が稼
動される。

エクスパンダ４中で減圧降温した溶媒蒸気は凝縮器６内
で凝縮し、半透膜室７の下部室７ｂに重力により落下す
る。

この凝縮溶媒には溶質が殆んど混入していないか、全く
ないため元の溶液より十分に希釈されている。

ここで半透膜７ａの浸透圧をＰ。

、半透膜７ａ接する１倍３室７ｃ内での溶液の圧力をＰ
ｉ 、下部室Ｉｂ内での凝縮溶媒の圧力をＰｃとする
とき、これらの間にＰｉ−ＰＣ＜Ｐｏの不等式が成立す
るようなＰｉ、Ｐｃの値を選ぶと、半透膜７ａを通して
第２図のように凝縮溶媒が溶液に還流してランキンサイ
クルが成立する。

ここで半透膜室７は溶液ドラム１ｂより低い位置に設け
てあり、凝縮溶媒の浸入によって希釈されて比重量が小
さくなった溶液は半透膜室７の上部室７ｃの上部から一
部外管８を通って溶液ドラム１ｂに入る。

一方溶液ドラム１ｂ下部の比重量が大きく温度が比較的
低く濃度の大きい溶液は下降管９を降下し、半透膜室７
の上部室７ｃの比較的低い部分に流入し、比重の小さい
濃度の希薄な溶液と入れ換るとともに冷却され、半透膜
７ａの近傍の溶液は常に所要濃度および温度に保たれ、
所定の浸透圧が得られるようになっている。

上記構成よりも運転費は増加するが、所定の浸透圧を得
るために、半透膜室７の上部室７ｃの溶液と溶液ドラム
中の溶液を循環させる循環ポンプを設けてもよく、蒸気
ドラム１ａと溶液ドラム１ｂの間に循環ポンプを設けて
もよく、いづれも本発明の範囲内である。

また溶媒としては水だけでなく、フロン系媒体、プロパ
ン、ブタン、ペンタン等炭化水素系媒体、トリフルオロ
エタノール等のアルコール系媒体、炭化フッ素系媒体な
どの有機媒体のほか、アンモニアなどの無機媒体をそれ
ぞれ適当な溶質とともに使用できる。

要するに、溶媒に溶質を溶かして溶液を作り、この溶液
を加熱して発生する溶媒蒸気の量が溶質蒸気より多くな
り、凝縮した蒸気が元の溶液より十分に希釈されており
、半透膜７ａを通して元の溶液に還元される浸透圧を発
生するような組合せならばどんなものでもよい。

現在市販されている半透膜には耐熱性のあるものが少い
が、第１図のような構成では、エクスパンダ作動時は低
温の凝縮溶媒が半透膜を通過しているため、半透膜は凝
縮溶媒の温度と殆んど同一に保たれる。

また半透膜室７の下部室７ｂの凝縮溶媒の占める容積を
一七部室７ｃの溶液の占める容積に比して十分小さくし
ておけば、エクスパンダ停止時でもエクスパンダ停止と
同時に弁８ａ、９ａを閉じてしまえば半透膜室７の上部
室７ｃと溶液ドラム１ｂの間を移動する溶液がなくなり
、半透膜室７の下部室７ｂの凝縮溶媒の温度は殆んどエ
クスパンダ作動時と変らず、半透膜７ａの温度も低く保
たれる。

半透膜の耐熱性に問題がない場合、すなわち半透膜が十
分耐熱側を有しているか、溶媒蒸発温度が半透膜の耐熱
温度以内である場合には、第１図の弁８ａ 、９ａは不
要となり、さらには第３図のように半透膜室７の上部室
７０′で溶液ドラムを兼ねてもよい。

この場合も半透膜７ａの近傍の溶液は蒸発器管部１ｃを
通して常に所要濃度および温度に保たれ、所定の浸透圧
が得られる。

また第３図において、半透膜室７の上部室７ ｃ’を加
熱することも考えられ、この場合１ｃは単なる蒸気の上
昇管と溶液の下降管となる。

さらに、半透膜室上部室を蒸気ドラムそのものとし、該
半透膜室［部室を直接加熱してもよい。

例えは第４図のように半透膜室」乙部室７ｃ“を蒸気ド
ラムに兼用させ、該上部室７ｃ“に熱交換用管路１０を
挿入し、これに熱源として排ガス、熱風または高温液体
を流す。

ここで高温というのは、凝縮器の冷媒（冷却水など）に
比して高温という意味であり、海洋温度差発電の場合の
ように熱源が表層水で、凝縮器の冷却水が深層水（７°
Ｃ程度）の場合は、表層水の温度が８°Ｃ程度であって
も冷却水温度より犬であるので、熱源として利用できる
。

また本発明は所謂熱水タービン、トータルフロータ−ビ
ンと云われている気液混合タービンと並用される蒸気エ
キスパンダ４Ｆイクルにも適用できる。

以上本発明によれは、半透膜によって発生する浸透圧を
利用して作動媒体を溶液中に還流するので、従来のよう
に凝縮した作動媒体を蒸発器に用送するポンプがなくて
も実施できるものであり、特に低温度差で作動するラン
キンサイクル機関の総合効率を著しく向上させることが
できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図はその
要部の半透膜による浸透圧を説明する図、第３図および
第４図はそれぞれ他の実施例を示す構成である。 １・・・・・・蒸発器、１ａ・・・・・・蒸気ドラム、
１ｂ・・・・・・溶液ドラム、３・・・・・・エクスパ
ンダ起動弁、４・・・・・・エクスパンダ、５・・・・
・・発動機、６・・・・・・凝縮器、７・・・・・・半
透膜室、７ａ・・・・・・半透膜、８・・・・・・上昇
管、９・・・・・・下降管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 溶液を加熱して該溶液中の溶媒を蒸発させ、該溶媒
   蒸気をエクスパンダに導いて膨張仕事させ、その後冷却
   して凝縮させ、該凝縮溶媒を半透膜を隔壁とじて溶液と
   向い合わせて、この溶媒を溶液中に還流させることを特
   徴とする動力発生力法。