JPH0626309A - Oil absorbing type heat cycle - Google Patents
Oil absorbing type heat cycleInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、非共沸の２以上の成
分からなる混合媒体を作動流体として用いる熱サイクル
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal cycle using a mixed medium composed of two or more nonazeotropic components as a working fluid.
【０００２】[0002]
【従来の技術】非共沸の混合媒体を用いた熱回サイクル
の例としてヒートポンプやバイナリー発電システムが挙
げられる。図８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じ
た媒体循環系（10）を構成している。そして、その媒体
循環系（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。2. Description of the Related Art A heat pump and a binary power generation system are examples of a thermal cycle using a non-azeotropic mixed medium. Referring to the binary power generation system shown in FIG. 8, the evaporator (2), the steam engine (4), the condenser (6) and the medium pump (8) are connected in series to form a closed medium circulation system (10). I am configuring. The working fluid circulating in the medium circulation system (10) first takes heat from the heat source fluid in the evaporator (2) to be evaporated, and the generated steam is supplied to the steam engine (4). This steam expands in the steam engine (4) and works to drive the generator (12). The steam discharged from the steam engine (4) is condensed by the condenser (6).
The heat is taken away by the cooling water and it condenses. The condensate is sent to the evaporator (2) again by the circulation pump (8).
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】混合媒体を作動流体と
して用いる場合、凝縮器（６）では高沸点成分蒸気が先
に凝縮し始めることから伝熱面近傍で低沸点成分蒸気濃
度が高くなり、熱移動と物質移動の妨げとなる。このた
め、凝縮器の伝熱性能が悪くなってシステム効率を低下
させるという問題がある。When a mixed medium is used as the working fluid, the high boiling point component vapor starts to condense in the condenser (6) first, and the low boiling point component vapor concentration increases near the heat transfer surface. Interferes with heat and mass transfer. Therefore, there is a problem that the heat transfer performance of the condenser is deteriorated and the system efficiency is reduced.
【０００４】そこで、この発明の目的は、非共沸の２以
上の成分からなる混合媒体を作動流体として用いる熱サ
イクルにおいて、凝縮器に蓄積される低沸点成分蒸気濃
度を低くして凝縮器の伝熱性能を向上させることにあ
る。Therefore, an object of the present invention is to reduce the concentration of the low boiling point component vapor accumulated in the condenser in a heat cycle using a mixed medium composed of two or more non-azeotropic components as a working fluid, and It is to improve the heat transfer performance.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】この発明は、サイクルを
構成する回転機の媒体循環系内に、低沸点成分に対して
溶解性を持ち高沸点成分に対して不溶性の油を給油する
ことを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, an oil which is soluble in a low boiling point component and insoluble in a high boiling point component is supplied to a medium circulating system of a rotary machine constituting a cycle. Characterize.
【０００６】[0006]
【作用】サイクルを構成する機器のうち給油を必要とす
る回転機への給油油種を上述のように選択することによ
って、潤滑油に低沸点成分が吸収され、凝縮器に多量の
低沸点成分が流入せず、したがって、凝縮器流入蒸気低
沸点成分濃度が下がり凝縮器に蓄積される低沸点成分濃
度が低くなる。By selecting the type of lubricating oil to be supplied to the rotating machine that requires lubrication among the devices constituting the cycle as described above, the low boiling point component is absorbed in the lubricating oil and the large amount of low boiling point component is absorbed in the condenser. Does not flow in, and therefore the low-boiling-point component concentration of vapor entering the condenser decreases and the low-boiling-point component concentration accumulated in the condenser becomes low.
【０００７】熱サイクルの中で回転機は必ず凝縮器の前
に位置する。回転機では、軸受、メカニカルシール冷
却、潤滑あるいはシール等の目的で給油が行われるが、
この油が媒体循環系内に流れ込む場合、低沸点成分に対
しては溶解性を持ち、高沸点成分に対しては不溶性であ
る種類の油を用いることにより、回転機を出た後のオイ
ルセパレータでは低沸点成分と油が混合し、油から分離
された蒸気は低沸点成分濃度の低いものとなる。この蒸
気はそのまま凝縮器で液化するが、その際、低沸点成分
蒸気濃度が低いため凝縮器伝熱面における熱移動と物質
移動の妨げとなる低沸点成分蒸気の濃度も低く、凝縮器
伝熱性能が改善される。In the heat cycle, the rotating machine is always located in front of the condenser. In rotating machines, lubrication is performed for the purpose of bearing cooling, mechanical seal cooling, lubrication or sealing, etc.
When this oil flows into the medium circulation system, by using a type of oil that is soluble in low boiling point components and insoluble in high boiling point components, the oil separator after leaving the rotary machine Then, the low boiling point component and the oil are mixed, and the vapor separated from the oil has a low low boiling point component concentration. This vapor is liquefied in the condenser as it is, but at that time, the concentration of the low boiling point component vapor is low, so the concentration of the low boiling point component vapor that hinders heat transfer and mass transfer on the heat transfer surface of the condenser is also low, and Performance is improved.
【０００８】一方、油に吸収されて混合した低沸点成分
は、一部が蒸発器に送られ、そこで加熱されて油から分
離する。したがって、蒸発器では低沸点成分蒸気濃度が
さらに高まり、蒸発圧力が上昇する。蒸発器出口で未蒸
発分として残った油は、ミストセパレータで比重分離に
より高濃度高沸点成分液から分離されて油循環系に戻さ
れる。On the other hand, a part of the low boiling point component absorbed and mixed in the oil is sent to the evaporator, where it is heated and separated from the oil. Therefore, in the evaporator, the vapor concentration of the low boiling point component is further increased, and the evaporation pressure is increased. The oil remaining at the outlet of the evaporator as the non-evaporated portion is separated from the high-concentration high-boiling point component liquid by specific gravity separation in the mist separator and returned to the oil circulation system.
【０００９】[0009]
【実施例】まず、図１に示されるバイナリーサイクルに
適用した実施例について説明すると、蒸発器（２）、膨
張機（４）、凝縮器（６）および媒体ポンプ（８）が直
列に接続されて閉じた媒体循環系（10）を構成してい
る。膨張機（４）は発電機のような負荷（12）と連結さ
れている。回転機に該当する膨張機（４）としては、蒸
気タービンやスクリュウエキスパンダ等の蒸気機関が含
まれる。蒸発器（２）と膨張機（４）の間にミストセパ
レータ（３）を設置し、ミストセパレータ（３）の気相
は膨張機（４）に、液相は蒸発器（２）の媒体通路入口
側に接続する。一方、膨張機（４）と凝縮器（６）との
間にオイルセパレータ（５）を設置し、オイルセパレー
タ（５）の気相を凝縮器（６）の媒体通路入口に接続
し、液相はオイルポンプ（14）に接続する。オイルポン
プ（14）の吐出側にはオイル加熱器（16）を設け、オイ
ル加熱器（16）の出側を分岐させて一方は弁（V1）を介
して膨張機（４）の内部に媒体と直接接するようにして
給油し、他方は弁（V2）を介して蒸発器（２）の媒体通
路入口側に接続する。なお、図示例の場合、膨張機
（４）への給油を、膨張機入り口側および膨張機内部の
３箇所で行なっている。EXAMPLE First, an example applied to the binary cycle shown in FIG. 1 will be described. An evaporator (2), an expander (4), a condenser (6) and a medium pump (8) were connected in series. Constitutes a closed medium circulation system (10). The expander (4) is connected to a load (12) such as a generator. The expander (4) corresponding to a rotating machine includes a steam engine such as a steam turbine or a screw expander. A mist separator (3) is installed between the evaporator (2) and the expander (4), the gas phase of the mist separator (3) is in the expander (4), and the liquid phase is the medium passage of the evaporator (2). Connect to the entrance side. On the other hand, an oil separator (5) is installed between the expander (4) and the condenser (6), the gas phase of the oil separator (5) is connected to the medium passage inlet of the condenser (6), and the liquid phase is connected. Is connected to the oil pump (14). An oil heater (16) is provided on the discharge side of the oil pump (14), the outlet side of the oil heater (16) is branched, and one of them is placed inside the expander (4) via a valve (V 1 ). Oil is supplied so as to be in direct contact with the medium, and the other is connected to the medium passage inlet side of the evaporator (2) via a valve (V 2 ). In the illustrated example, oil is supplied to the expander (4) at three positions on the expander inlet side and inside the expander.
【００１０】図２に示す変形例は、図１の実施例におい
てさらに吸収器（18）を設けたものである。この場合、
蒸発器（２）の出側のミストセパレータ（３）の気相を
膨張機（４）に接続し、液相を吸収器（18）の媒体通路
入口側に接続する。凝縮器（６）の媒体通路出口を凝縮
器用ドレンポット（22）に接続し、凝縮器用ドレンポッ
ト（22）の気相を吸収器（18）の媒体通路入口側に接続
するとともに液相を媒体ポンプ（８）に接続する。ま
た、吸収器（18）の媒体通路出口を吸収器用ドレンポッ
ト（24）に接続するとともに液相を媒体ポンプ（８）に
接続する。このようにすれば、蒸発器（２）の媒体通路
出口から低沸点成分濃度の低い蒸発残液が吸収器（18）
の媒体通路に導かれるため、この蒸発残液に凝縮器
（６）からの未凝縮蒸気を吸収させ、凝縮器（６）から
低沸点成分蒸気を排出することができる。したがって、
凝縮器（６）からの低沸点成分蒸気の排出が一層促進さ
れる。In the modification shown in FIG. 2, an absorber (18) is further provided in the embodiment shown in FIG. in this case,
The vapor phase of the mist separator (3) on the outlet side of the evaporator (2) is connected to the expander (4), and the liquid phase is connected to the medium passage inlet side of the absorber (18). The medium passage outlet of the condenser (6) is connected to the condenser drain pot (22), the vapor phase of the condenser drain pot (22) is connected to the medium passage inlet side of the absorber (18), and the liquid phase is used as the medium. Connect to pump (8). Further, the medium passage outlet of the absorber (18) is connected to the absorber drain pot (24) and the liquid phase is connected to the medium pump (8). By doing so, the evaporation residual liquid having a low low boiling point component concentration is discharged from the medium passage outlet of the evaporator (2) to the absorber (18).
Since it is introduced to the medium passage of the above, the uncondensed vapor from the condenser (6) can be absorbed by this evaporation residual liquid, and the low boiling point component vapor can be discharged from the condenser (6). Therefore,
The discharge of the low boiling point component vapor from the condenser (6) is further promoted.
【００１１】図３に示す冷凍サイクルに適用した実施例
の場合、媒体循環系（10’）は蒸発器（２）、圧縮機
（４’）、凝縮器（６）、膨張弁（９）で構成されてお
り、ミストセパレータ（３）の液相は、ポンプ（26）を
経て、吸収器（18）の媒体通路入口に接続されるととも
に、オイルセパレータ（５）の気相に接続されている。
この場合圧縮機（４’）が回転機に該当する。油系は、
オイルセパレータ（５）の液相から導かれた管路（28）
が途中で分岐し、一方は弁（V3）を介して圧縮機
（４’）の内部に媒体と直接接するようにして給油し、
他方は弁（V4）を介して膨張弁（９）と蒸発器（２）の
間に接続されている。In the case of the embodiment applied to the refrigeration cycle shown in FIG. 3, the medium circulation system (10 ') includes an evaporator (2), a compressor (4'), a condenser (6) and an expansion valve (9). The liquid phase of the mist separator (3) is connected to the medium passage inlet of the absorber (18) via the pump (26) and to the gas phase of the oil separator (5). .
In this case, the compressor (4 ') corresponds to a rotating machine. The oil system is
Pipe line (28) led from the liquid phase of the oil separator (5)
There branched midway, one refueled in the contact inside directly with the medium of the valve (V 3) a through the compressor (4 '),
The other is connected via a valve (V 4 ) between the expansion valve (9) and the evaporator (2).
【００１２】蒸発器（２）出口で高濃度低沸点媒体蒸気
が発生するが、その濃度は膨張機（４）または圧縮機
（４’）出口まで変化しない。油に対する各成分の媒体
溶解度は、温度が一定であることから温度−圧力−溶解
度曲線による各成分毎の特性と圧力によって決定され
る。ここで、圧力は分圧で考えるので、濃度が高いほど
分圧も高くなり、溶解度も高くなる。したがって、油種
の選定如何によっては低沸点成分を主体に油が吸収する
ことになる。この低沸点成分蒸気を吸収した油を蒸発器
（２）に送り、更に高濃度の低沸点媒体蒸気を発生させ
るのである。一方、蒸発器（２）では出口で高濃度の高
沸点媒体液が油と混合されて存在している。これを膨張
機（４）または圧縮機（４’）出口に送り減圧すれば多
くの高沸点媒体が油中から飛び出し、凝縮器（６）へ導
かれる。これにより凝縮器（６）に流入する蒸気の高沸
点媒体濃度が高くなるので、同一温度で凝縮が終了する
とすれば凝縮圧力は低下する。この凝縮圧力の低下によ
り、低沸点成分蒸気の排出による凝縮器伝熱性能の向上
と相俟って、システム効率が向上する。High-concentration low-boiling-point medium vapor is generated at the outlet of the evaporator (2), but its concentration does not change up to the outlet of the expander (4) or the compressor (4 '). The medium solubility of each component in oil is determined by the characteristics and pressure of each component based on the temperature-pressure-solubility curve because the temperature is constant. Here, since the pressure is considered as a partial pressure, the higher the concentration, the higher the partial pressure and the higher the solubility. Therefore, depending on the selection of the oil type, the oil mainly absorbs the low boiling point component. The oil having absorbed the low boiling point component vapor is sent to the evaporator (2) to generate a high concentration low boiling point medium vapor. On the other hand, in the evaporator (2), a high-concentration high-boiling-point liquid medium is present mixed with oil at the outlet. When this is sent to the outlet of the expander (4) or the compressor (4 ′) to reduce the pressure, many high-boiling mediums jump out of the oil and are guided to the condenser (6). As a result, the concentration of the high-boiling-point medium in the vapor flowing into the condenser (6) increases, so that the condensation pressure decreases if the condensation ends at the same temperature. This decrease in the condensing pressure improves the system heat transfer efficiency in combination with the improvement of the heat transfer performance of the condenser by discharging the low boiling point component vapor.
【００１３】特定の媒体とそれに対する油の例示として
図４の臨界溶解度曲線について説明すると、一つの容器
の中に油と媒体を入れたときに、ある温度で二層に分離
しているものとし、それぞれの層の媒体濃度を示したも
のが臨界溶解度曲線である。例えば、バーレルフリーズ
Ｐ−３８０（商品名）と冷媒Ｒ−２２についてみると、
矢印で示すように温度５０℃のときは媒体濃度９８％の
層（下層）と３７％の層（上層）が存在する。なお、図
５のように試作油８ＺＦ０１７と冷媒Ｒ−１２３の場合
曲線が一つしかないというのは、下層がほぼ１００％と
いうことを表している。バーレルフリーズと冷媒Ｒ−２
２との臨界溶解度曲線図を示す図６において、曲線より
上では∞の溶解度があり、液状の媒体があれば∞に解け
合うことを示している。図７の温度−圧力−溶解度曲線
は、一つの容器の中に油（試作油８ＺＦ０１７）と媒体
（Ｒ−１２３）を入れたときに、ある温度（℃）、圧力
（Kg／cm2・Ｇ）で油中に存在する冷媒の濃度（ｗｔ．
％）を示したもので、蒸気層と液相の平衡状態を示して
いる。As an example of the specific medium and the oil corresponding thereto, the critical solubility curve of FIG. 4 will be described. It is assumed that when the oil and the medium are put in one container, they are separated into two layers at a certain temperature. The critical solubility curve shows the medium concentration of each layer. For example, looking at Barrel Freeze P-380 (trade name) and Refrigerant R-22,
As shown by the arrow, when the temperature is 50 ° C., there are a layer having a medium concentration of 98% (lower layer) and a layer having a medium concentration of 37% (upper layer). The fact that there is only one curve for the prototype oil 8ZF017 and the refrigerant R-123 as shown in FIG. 5 means that the lower layer is almost 100%. Barrel Freeze and Refrigerant R-2
In FIG. 6 showing the critical solubility curve diagram with No. 2, there is a solubility of ∞ above the curve, and it is shown that if there is a liquid medium, it will dissolve into ∞. The temperature-pressure-solubility curve in Fig. 7 shows that when oil (prototype oil 8ZF017) and medium (R-123) were put in one container, a certain temperature (° C) and pressure (Kg / cm 2 · G) were measured. ), The concentration of the refrigerant present in the oil (wt.
%), Indicating the equilibrium state of the vapor phase and the liquid phase.
【００１４】[0014]
【発明の効果】この発明は、非共沸の２以上の成分から
なる混合媒体を作動流体として用いる熱サイクルにおい
て、サイクルを構成する回転機の媒体循環系内に給油す
る油を、低沸点成分に対して溶解性を持ち、高沸点成分
に対して不溶性のものとしたから、潤滑油に低沸点成分
が吸収され、凝縮器に多量の低沸点成分が流入せず、し
たがって、凝縮器流入蒸気低沸点成分濃度が下がり凝縮
器に蓄積される低沸点成分濃度が低くなる。その結果、
伝熱面近傍における熱移動と物質移動の妨げとなる要素
が減少して凝縮器伝熱性能が向上し、システム効率が向
上する。Industrial Applicability According to the present invention, in a heat cycle using a mixed medium composed of two or more non-azeotropic components as a working fluid, the oil to be fed into the medium circulation system of the rotary machine constituting the cycle is a low boiling point component. Since it has a high solubility and is insoluble in the high boiling point component, the low boiling point component is absorbed in the lubricating oil and a large amount of the low boiling point component does not flow into the condenser. The low boiling point component concentration decreases and the low boiling point component concentration accumulated in the condenser decreases. as a result,
The elements that hinder the heat transfer and mass transfer near the heat transfer surface are reduced, the heat transfer performance of the condenser is improved, and the system efficiency is improved.
【図１】バイナリーサイクルに適用した実施例を示すブ
ロック線図である。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment applied to a binary cycle.
【図２】図１の実施例の変形例を示すブロック線図であ
る。FIG. 2 is a block diagram showing a modified example of the embodiment of FIG.
【図３】冷凍サイクルに適用した実施例を示すブロック
線図である。FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment applied to a refrigeration cycle.
【図４】バーレルフリーズＰ−３８０とＲ−２２との臨
界溶解度曲線図である。FIG. 4 is a diagram of critical solubility curves of Barrel Freeze P-380 and R-22.
【図５】バーレルフリーズＰ−２２０とＲ−１２３との
臨界溶解度曲線図である。FIG. 5 is a diagram of critical solubility curves of Barrel Freeze P-220 and R-123.
【図６】バーレルフリーズＰ−２２０とＲ−１２３との
温度−圧力−溶解度曲線図である。FIG. 6 is a temperature-pressure-solubility curve diagram of Barrel Freeze P-220 and R-123.
【図７】バーレルフリーズと冷媒Ｒ−２２との臨界溶解
度曲線図である。FIG. 7 is a diagram of critical solubility curves of Barrel Freeze and refrigerant R-22.
【図８】バイナリー発電システムのブロック線図であ
る。FIG. 8 is a block diagram of a binary power generation system.
４ 膨張機（回転機） ４’ 圧縮機（回転機） ６ 凝縮器 4 Expander (rotating machine) 4'Compressor (rotating machine) 6 Condenser
Claims (1)
を作動流体として用いる熱サイクルにおいて、サイクル
を構成する回転機の媒体循環系内に、低沸点成分に対し
て溶解性を持ち高沸点成分に対して不溶性の油を給油す
ることを特徴とする油吸収型熱サイクル。1. In a thermal cycle in which a mixed medium composed of two or more non-azeotropic components is used as a working fluid, the medium circulating system of a rotating machine constituting the cycle has high solubility and high solubility for low boiling point components. An oil absorption type heat cycle characterized by supplying oil insoluble to a boiling point component.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18140692A JP3169441B2 (en) | 1992-07-09 | 1992-07-09 | Oil absorption type heat cycle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18140692A JP3169441B2 (en) | 1992-07-09 | 1992-07-09 | Oil absorption type heat cycle |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0626309A true JPH0626309A (en) | 1994-02-01 |
| JP3169441B2 JP3169441B2 (en) | 2001-05-28 |
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ID=16100207
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|---|---|---|---|
| JP18140692A Expired - Fee Related JP3169441B2 (en) | 1992-07-09 | 1992-07-09 | Oil absorption type heat cycle |
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| JP (1) | JP3169441B2 (en) |
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-
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- 1992-07-09 JP JP18140692A patent/JP3169441B2/en not_active Expired - Fee Related
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