JPS631441B2 - - Google Patents
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- JPS631441B2 JPS631441B2 JP13895379A JP13895379A JPS631441B2 JP S631441 B2 JPS631441 B2 JP S631441B2 JP 13895379 A JP13895379 A JP 13895379A JP 13895379 A JP13895379 A JP 13895379A JP S631441 B2 JPS631441 B2 JP S631441B2
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Landscapes
- Lubricants (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は熱機関に使用される作業流体に関する
ものである。
ものである。
従来廃熱を利用しようとするシステムとしては
ランキンサイクルを基礎とした二流体結合タービ
ンがある。それは水蒸気の飽和圧力の低過ぎるこ
とによつて生ずる廃気末端のふくれあがる廃気を
始末するため、フレオン、アンモニア、ヘリウ
ム、炭化水素等のガスを作業流体とすることが提
案されこのうち実機関としてはフレオンが使用さ
れている。
ランキンサイクルを基礎とした二流体結合タービ
ンがある。それは水蒸気の飽和圧力の低過ぎるこ
とによつて生ずる廃気末端のふくれあがる廃気を
始末するため、フレオン、アンモニア、ヘリウ
ム、炭化水素等のガスを作業流体とすることが提
案されこのうち実機関としてはフレオンが使用さ
れている。
又、ランキンサイクル機関として200℃以上で
の炭酸ガスの効率面の優位性を利用しようとする
考えもある。
の炭酸ガスの効率面の優位性を利用しようとする
考えもある。
しかしこれ等の作業流体は常温・常圧下では気
相であり使用目的も異なるので熱機関には使用す
ることは出来ない。又高温タービンとしての臨界
温度が有利であるとして水銀、ナトリウム、カリ
ウム、ルビジウム等の液体、金属を作業流体とし
た二流体サイクルタービンが考えられており実機
関としては水銀が使用されているが水銀による各
金属の腐蝕がはげしく問題となつている。
相であり使用目的も異なるので熱機関には使用す
ることは出来ない。又高温タービンとしての臨界
温度が有利であるとして水銀、ナトリウム、カリ
ウム、ルビジウム等の液体、金属を作業流体とし
た二流体サイクルタービンが考えられており実機
関としては水銀が使用されているが水銀による各
金属の腐蝕がはげしく問題となつている。
其の他熱の超伝導を計ることを目的としたヒー
トパイプが研究されている。しかしヒートパイプ
中に使用される有機無機の作動流体は本発明のよ
うな圧力を作るための作業流体ではない。尚太陽
熱発電を目的としてクローズドシステム機関とし
てアセトンH3COCH3を熱媒体とするものが発明
されているがアセトンは100℃で2797.3mmHgを示
し圧力を得るための熱媒体としては適当とは考え
難い。従つて作流流体の物性として具備する条件
は (1) 少ない吸熱によつて高圧が得られること (2) 常温・常圧で速やかに凝結すること (3) 着火し難いこと (4) 腐蝕性が少ないこと (5) 湿り蒸気の発生が少ないこと 等である。
トパイプが研究されている。しかしヒートパイプ
中に使用される有機無機の作動流体は本発明のよ
うな圧力を作るための作業流体ではない。尚太陽
熱発電を目的としてクローズドシステム機関とし
てアセトンH3COCH3を熱媒体とするものが発明
されているがアセトンは100℃で2797.3mmHgを示
し圧力を得るための熱媒体としては適当とは考え
難い。従つて作流流体の物性として具備する条件
は (1) 少ない吸熱によつて高圧が得られること (2) 常温・常圧で速やかに凝結すること (3) 着火し難いこと (4) 腐蝕性が少ないこと (5) 湿り蒸気の発生が少ないこと 等である。
次に複合サイクル機関に適応した作業流体とし
て有望な分子の分子量から検討してみる。水素
H2の分子量は2.016、窒素N2は28.01、酸素O2は
32.00、メチルアルコールCH3OH32.04、エチル
エーテルC2H5OC2H5は74.12、アンモニアNH3は
17.03、水H2Oは18である。先ず水素原子２、酸
素原子１からなる水は化学結合の強い安定した不
活性な分子である。それは100〜1000℃の熱い水
分子の過程を経なければ酸素と水素に分解され難
い。水の熱解離は1000℃で0.027％、1800℃で0.6
％、2000℃で1.8％、2800℃で15％程度となる。
一方窒素原子１に対して活性に考えられる水素原
子３からなるアンモニアの分子量は17.03であり
分子量18の水に対して大きな差はない。アンモニ
アは常温20℃のもとで8.46atmを掛ければ容易に
液化されて常温1atmで既に窒素と水素に分解し
ている。このことは水に対してアンモニアがわず
かな吸熱によつて膨大にふくれあがり大きなガス
圧が得られることを意味している。アンモニアは
よく知られているようにアルカリ性を示してい
る。このことは水に溶けたアンモニアNH3の一
部が水と化合して水酸化アンモニアNH3＋H2O
NH4OHとなり、そして水酸化アンモニウムは
次のように電離して水酸イオンを放つていること
になる。NH4OHNH4 +＋OH-これは水よりも
分子量が少ないにもかかわらずいくぶん低い沸点
を示しアンモニアよりも非常に高い沸点を持つア
ンモニア水となる。そして作業流体（化合物）と
して熱すれば活性と考えられるアンモニア分子が
水分子より押し出され容易に高圧ガスとして得ら
れ低温となれば水の性質が勝り速やかに凝結され
良好な物性を持つ作業流体となる。しかしアンモ
ニアは銅合金に対して炭酸ガス、水蒸気、アンモ
ニアの混合気相中では腐蝕性を示し且つ快削性を
持つ銅合金は結晶の断層にそつて水素脆性を与え
るので使用熱機関の銅合金部分を鉄系に変更しな
くてはならない。次にメチルアルコールの沸点は
64.65℃であり、100℃で2598mmHgの圧を示す。
腐蝕性もなく常温で使用できる溶媒としての作業
流体であるが引火性があるので使用機関の状態を
考え水の添加量を考慮しなければならない。次に
エチルエーテルは沸点34.5℃であり100℃で4855
mmHgを示し作業流体として少し低い沸点を有し
ているのでアルコール類（メチルアルコール等）
と混合して使用しなくてはならないが金属への腐
蝕性がなく良好な作業流体となる。しかし引火性
が強いので水の添加を考慮しなくてはならない。
次にメチルアルコールにアンモニア10〜20％を添
加した溶解物は各分子の物性により沸点は50℃前
後となりそれを作業流体とすれば最高の圧が得ら
れる。しかし引火性があるので若干の水を添加す
る必要があり又金属への腐蝕も考慮しなくてはな
らない。Ｓクラウジウス、サデイ・カルノー等の
理論と水の物性を基本として発展を続けている、
熱機関の中でランキンサイクル機関は現在も天井
知らずの高温下に於いて作業流体を高圧で使用す
る傾向がある。しかし簡単に考えれば熱機関に必
要なのは温度ではなく圧であり常温・常圧
（1atmで50℃以下）で液相を示しわずかな吸熱に
よつて高圧が得られる作業流体があればよいとい
うことになる。従つてこのような考えを基に開発
された本発明の作業流体をオツト・ランキン複合
サイクル機関に使用すれば水では得られなかつた
高効率の熱気関が得られることになる。
て有望な分子の分子量から検討してみる。水素
H2の分子量は2.016、窒素N2は28.01、酸素O2は
32.00、メチルアルコールCH3OH32.04、エチル
エーテルC2H5OC2H5は74.12、アンモニアNH3は
17.03、水H2Oは18である。先ず水素原子２、酸
素原子１からなる水は化学結合の強い安定した不
活性な分子である。それは100〜1000℃の熱い水
分子の過程を経なければ酸素と水素に分解され難
い。水の熱解離は1000℃で0.027％、1800℃で0.6
％、2000℃で1.8％、2800℃で15％程度となる。
一方窒素原子１に対して活性に考えられる水素原
子３からなるアンモニアの分子量は17.03であり
分子量18の水に対して大きな差はない。アンモニ
アは常温20℃のもとで8.46atmを掛ければ容易に
液化されて常温1atmで既に窒素と水素に分解し
ている。このことは水に対してアンモニアがわず
かな吸熱によつて膨大にふくれあがり大きなガス
圧が得られることを意味している。アンモニアは
よく知られているようにアルカリ性を示してい
る。このことは水に溶けたアンモニアNH3の一
部が水と化合して水酸化アンモニアNH3＋H2O
NH4OHとなり、そして水酸化アンモニウムは
次のように電離して水酸イオンを放つていること
になる。NH4OHNH4 +＋OH-これは水よりも
分子量が少ないにもかかわらずいくぶん低い沸点
を示しアンモニアよりも非常に高い沸点を持つア
ンモニア水となる。そして作業流体（化合物）と
して熱すれば活性と考えられるアンモニア分子が
水分子より押し出され容易に高圧ガスとして得ら
れ低温となれば水の性質が勝り速やかに凝結され
良好な物性を持つ作業流体となる。しかしアンモ
ニアは銅合金に対して炭酸ガス、水蒸気、アンモ
ニアの混合気相中では腐蝕性を示し且つ快削性を
持つ銅合金は結晶の断層にそつて水素脆性を与え
るので使用熱機関の銅合金部分を鉄系に変更しな
くてはならない。次にメチルアルコールの沸点は
64.65℃であり、100℃で2598mmHgの圧を示す。
腐蝕性もなく常温で使用できる溶媒としての作業
流体であるが引火性があるので使用機関の状態を
考え水の添加量を考慮しなければならない。次に
エチルエーテルは沸点34.5℃であり100℃で4855
mmHgを示し作業流体として少し低い沸点を有し
ているのでアルコール類（メチルアルコール等）
と混合して使用しなくてはならないが金属への腐
蝕性がなく良好な作業流体となる。しかし引火性
が強いので水の添加を考慮しなくてはならない。
次にメチルアルコールにアンモニア10〜20％を添
加した溶解物は各分子の物性により沸点は50℃前
後となりそれを作業流体とすれば最高の圧が得ら
れる。しかし引火性があるので若干の水を添加す
る必要があり又金属への腐蝕も考慮しなくてはな
らない。Ｓクラウジウス、サデイ・カルノー等の
理論と水の物性を基本として発展を続けている、
熱機関の中でランキンサイクル機関は現在も天井
知らずの高温下に於いて作業流体を高圧で使用す
る傾向がある。しかし簡単に考えれば熱機関に必
要なのは温度ではなく圧であり常温・常圧
（1atmで50℃以下）で液相を示しわずかな吸熱に
よつて高圧が得られる作業流体があればよいとい
うことになる。従つてこのような考えを基に開発
された本発明の作業流体をオツト・ランキン複合
サイクル機関に使用すれば水では得られなかつた
高効率の熱気関が得られることになる。
其の他熱吸収によつて得られる多くの原動機に
利用すれば低温度燃焼によつて効率よく得られる
熱エネルギー変換にとどまらず低温度燃焼による
ボイラ等の排煙中のNOxの成生量も少なくなる。
利用すれば低温度燃焼によつて効率よく得られる
熱エネルギー変換にとどまらず低温度燃焼による
ボイラ等の排煙中のNOxの成生量も少なくなる。
ここで本発明の作業流体及びこれと対比すべき
他のいくつかの作業流体が吸熱によつて得られる
圧力について次に示されるようなガス圧試験機に
よつて各作業流体の試験を行なつた。その仕様は
作業流体用タンク300×35φ×4.0tmm鉄製、バン
ドヒーター内径35φ×40b200W×４個温度計０〜
400℃（神鋼電機製）圧力計０〜150Kg／cm2（東京
計器製）である。実測されて作られた第１図の作
業流体の比較線図中水が吸熱することによつて得
られる曲線は日本機械学会の蒸気表からみちびか
れたものではなく実測によるゲージ圧である。又
比較試験であるからゲージ誤差は考慮されていな
い。試験結果は第１図に示される通りである。こ
のうち本発明の作業流体であるメタノールにアン
モニアを12％混合したものの特性については広島
県立西部工業技術センターにおいて実施された同
様の試験によつて確認されている。（広西工技第
1320号） しかし、ここで注目すべきことは水（分子量
18）とアンモニア12％からなるアンモニア水（分
子量17.884）の作業流体が吸熱によつて得られる
圧力は水よりもむしろ少ない分子量をもつアンモ
ニア水の方が高い圧力を示していることである。
他のいくつかの作業流体が吸熱によつて得られる
圧力について次に示されるようなガス圧試験機に
よつて各作業流体の試験を行なつた。その仕様は
作業流体用タンク300×35φ×4.0tmm鉄製、バン
ドヒーター内径35φ×40b200W×４個温度計０〜
400℃（神鋼電機製）圧力計０〜150Kg／cm2（東京
計器製）である。実測されて作られた第１図の作
業流体の比較線図中水が吸熱することによつて得
られる曲線は日本機械学会の蒸気表からみちびか
れたものではなく実測によるゲージ圧である。又
比較試験であるからゲージ誤差は考慮されていな
い。試験結果は第１図に示される通りである。こ
のうち本発明の作業流体であるメタノールにアン
モニアを12％混合したものの特性については広島
県立西部工業技術センターにおいて実施された同
様の試験によつて確認されている。（広西工技第
1320号） しかし、ここで注目すべきことは水（分子量
18）とアンモニア12％からなるアンモニア水（分
子量17.884）の作業流体が吸熱によつて得られる
圧力は水よりもむしろ少ない分子量をもつアンモ
ニア水の方が高い圧力を示していることである。
気体の大きな熱膨脹の差については気体になり
やすい物質の分子が持つ原子構造によるものと考
えられる。
やすい物質の分子が持つ原子構造によるものと考
えられる。
たとえば８個の電子からなる酸素原子１個と、
１個の電子からなる水素原子２個で構成されてい
る水に対し、７個の電子からなる窒素原子１個
と、１個の電子からなる水素原子３個で構成され
ているアンモニアの原子結合（相互引力）を比べ
てみると明らかにアンモニアよりも多い電子から
なる酸素原子の方が２個の水素原子に及ぼす相互
引力は強い。
１個の電子からなる水素原子２個で構成されてい
る水に対し、７個の電子からなる窒素原子１個
と、１個の電子からなる水素原子３個で構成され
ているアンモニアの原子結合（相互引力）を比べ
てみると明らかにアンモニアよりも多い電子から
なる酸素原子の方が２個の水素原子に及ぼす相互
引力は強い。
即ち水はアンモニアより膨脹し難いことにな
る。
る。
このように原子結合によつて生ずる分子結合の
相互引力の差が各分子の吸熱によつて得られる熱
膨脹の差となると考えられる。
相互引力の差が各分子の吸熱によつて得られる熱
膨脹の差となると考えられる。
第１図は本発明の作業流体及び水が吸熱によつ
て得られる圧力変化の実測曲線図である。
て得られる圧力変化の実測曲線図である。
Claims (1)
- １ 熱機関に使用される作業流体の組成としてメ
チルアルコールCH3OHに若干のアンモニアNH3
を添加した作業流体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13895379A JPS5669409A (en) | 1979-10-26 | 1979-10-26 | Combined otto-rankine cycle engine and working fluid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13895379A JPS5669409A (en) | 1979-10-26 | 1979-10-26 | Combined otto-rankine cycle engine and working fluid |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5669409A JPS5669409A (en) | 1981-06-10 |
| JPS631441B2 true JPS631441B2 (ja) | 1988-01-12 |
Family
ID=15234012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13895379A Granted JPS5669409A (en) | 1979-10-26 | 1979-10-26 | Combined otto-rankine cycle engine and working fluid |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5669409A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9915381B2 (en) | 2012-07-13 | 2018-03-13 | Crompton Technology Group Limited | Composite tube |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2421996A (en) * | 2004-12-08 | 2006-07-12 | Philip Morrack Hosken | Steam power source |
| DE102008005040A1 (de) * | 2008-01-18 | 2009-07-23 | Daimler Ag | Verfahren zur Rückgewinnung einer Verlustwärme einer Verbrennungskraftmaschine |
-
1979
- 1979-10-26 JP JP13895379A patent/JPS5669409A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9915381B2 (en) | 2012-07-13 | 2018-03-13 | Crompton Technology Group Limited | Composite tube |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5669409A (en) | 1981-06-10 |
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