将热能变换为机械能的方法、有机朗肯循环装置及替换工作流体的方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种将热能变换为机械能的方法，其使用收容有工作流体组合物的有机朗肯循环系统，顺次进行如下步骤：使工作流体组合物气化、使工作流体组合物膨胀、使工作流体组合物冷凝、以及利用泵对工作流体组合物升压并输送，在该方法中，工作流体组合物的顺式-1,3,3,3-四氟丙烯的质量比为92.0质量％以上而99.9质量％以下，反式-1,3,3,3-四氟丙烯或2,3,3,3-四氟丙烯的质量比为0.1质量％以上而8.0质量％以下，且蒸发温度为60℃以上而150℃以下。

【技术实现步骤摘要】
将热能变换为机械能的方法、有机朗肯循环装置及替换工作流体的方法
本专利技术涉及含有顺式-1,3,3,3-四氟丙烯在内的工作流体组合物，以及收容有工作流体的有机朗肯循环装置中将热能变换为机械能的方法，该有机朗肯循环装置，以及对地球温室化系数较大的工作流体进行替换的方法。
技术介绍
限制二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、氟利昂代用物等温室气体排出量的京都协议书生效，现在限制了温室气体排出。因此，通过灵活运用能够抑制温室气体的未利用能量而进行余热发电的开发成为重要课题。当前，很难说对钢铁·石油·化工·水泥·纸浆·陶瓷业·生物等各个产业产生的余热或来自燃气涡轮、发动机等引擎的余热等的中低温的废气、温水余热进行了充分利用。通常使用有机化合物作为工作介质的有机朗肯循环(ORC)是不向外部排出工作介质的闭环朗肯循环。有机朗肯循环由使工作介质气化的蒸发器、发电机、膨胀机、冷凝器及再循环用泵等构成。在朗肯循环中，工作流体经过在泵中的隔热压缩，恒压加热(蒸发)，隔热膨胀，恒压冷却(冷凝)这4个过程而在装置内部循环。在恒压加热过程中，工作介质与外部热源进行热交换，将气化后的工作介质输送至膨胀机，隔热膨胀而将能量(功)赋予外部，以电能等形式取出其能量。当前，作为朗肯循环的工作介质使用的是水，这从很早之前就已经实用化(例如，美国专利第3,393,515号)。但是，水的凝固点为较高的0℃，蒸汽体积比非常大。因此，在使用其使用温度范围为较低温度(约200℃以下)的热源的情况下，存在下述缺点，即，朗肯循环设备变大，另外循环效率降低。基于上述背景，人们针对作为低温余热利用技术而将沸点低于水的有机化合物用作为工作流体的有机朗肯循环(ORC)进行了各种研究。其中，有人提出了一种作为有机朗肯循环用的工作流体使用有机氟类化合物的技术。在专利文献1中，公开了一种技术，其作为有机朗肯循环用工作流体而使用1,1,1,3,3-五氟丙烷等碳原子数为3的含氢卤代饱和烃类。另外，在专利文献2中，公开了一种使用2,2-二氯-1,1,1-三氟丙烷、1,1,1,3,3-五氟丙烷作为工作流体的有机朗肯循环装置。另外，在专利文献3中，公开了一种使用1-氯-3,3,3-三氟丙烯、一氯九氟戊烯等含氟烯烃类作为工作流体的有机朗肯循环装置。另外，在专利文献4中，公开了一种使用1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯等具有4个碳原子的氢氟烯烃作为工作流体的有机朗肯循环系统。专利文献1：日本特开平2-272086号公报专利文献2：日本特开2007-6684号公报专利文献3：日本特表2012-511087号公报专利文献4：日本特表2013-500374号公报在专利文献1中，作为工作流体而提出了碳原子数为3的含氢卤代饱和烃类。但是，碳原子数为3的含氢卤代饱和烃类的地球温室化系数(GWP)较大，因此，存在将来是否能够持续使用的疑问。在专利文献2中，提出了一种使用2,2-二氯-1,1,1-三氟丙烷、1,1,1,3,3-五氟丙烷作为工作流体的有机朗肯循环装置。但是，从破坏臭氧层的角度、或者具有非常大的地球温室化系数的角度出发，这些化合物对环境造成的负载较大，存在将来是否能够持续使用的疑问。在专利文献3或4中，提出了一种使用含有地球温室化系数较小的不饱和卤代烃类的组合物作为工作流体的有机朗肯循环。与当前作为有机朗肯循环工作流体而广泛使用的1,1,1,3,3-五氟丙烷相比，朗肯循环效率提高。但是，这些化合物具有使膨胀机的容量增加等缺点，从性能的角度出发，综合来说并不足够优选，期望进一步提高性能。如上所示，使用环境适合性较高的工作流体的有机朗肯循环的性能还不足够。由此，期望能够发现以低GWP化合物作为主要成分的工作流体组合物，其能够实现对150℃以下的未利用热量进行热传递，并且与现有的工作流体相比导热性能优异。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种进一步改良后的新工作流体组合物、有机朗肯循环装置、以及将地球温室化系数较大的工作流体进行替换的方法。本专利技术的目的在于，提供一种工作流体组合物及有机朗肯循环装置，其与当前广泛使用的氢氟烃相比，实质上不导致地球温室化。本专利技术的专利技术人为了解决上述课题而努力进行了研究。其结果，得到了下述发现，即，着眼于不饱和卤代烃，特别是将含有以顺式-1,3,3,3-四氟丙烯为主要成分的双成分类卤代烃的组合物在规定的温度、压力下用作为工作流体，则得到极为有效的热能变换方法，从而实现本专利技术。根据本专利技术的一个实施方式，提供一种将热能变换为机械能的方法，其使用收容有工作流体组合物的有机朗肯循环系统，顺次进行如下步骤：使所述工作流体组合物气化、使所述工作流体组合物膨胀、使所述工作流体组合物冷凝、以及将所述工作流体组合物利用泵升压并输送，在该方法中，所述工作流体组合物的顺式-1,3,3,3-四氟丙烯的质量比为92.0质量％以上而99.9质量％以下，反式-1,3,3,3-四氟丙烯或2,3,3,3-四氟丙烯的质量比为0.1质量％以上而8.0质量％以下，且蒸发温度为60℃以上而150℃以下。根据本专利技术的一个实施方式，提供一种将热能变换为机械能的方法，其使用收容有工作流体组合物的有机朗肯循环系统，顺次进行如下步骤：使所述工作流体组合物气化、使所述工作流体组合物膨胀、使所述工作流体组合物冷凝、以及将所述工作流体组合物利用泵升压并输送，在该方法中，所述工作流体组合物的顺式-1,3,3,3-四氟丙烯的质量比为80.0质量％以上而99.9质量％以下，1,1,1,3,3-五氟丙烷的质量比为0.1质量％以上而20.0质量％以下，且蒸发温度为60℃以上而150℃以下。在所述将热能变换为机械能的方法中，也可以是所述工作流体组合物的顺式-1,3,3,3-四氟丙烯的质量比为90.0质量％以上而99.9质量％以下，1,1,1,3,3-五氟丙烷的质量比为0.1质量％以上而10.0质量％以下。根据本专利技术的一个实施方式，提供一种将热能变换为机械能的方法，其使用收容有工作流体组合物的有机朗肯循环系统，顺次进行如下步骤：使所述工作流体组合物气化、使所述工作流体组合物膨胀、使所述工作流体组合物冷凝、以及将所述工作流体组合物利用泵升压并输送，在该方法中，所述工作流体组合物的顺式-1,3,3,3-四氟丙烯的质量比为50.0质量％以上而99.9质量％以下，反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯的质量比为0.1质量％以上而50.0质量％以下，且蒸发温度为60℃以上而150℃以下。在所述将热能变换为机械能的方法中，也可以是所述工作流体组合物的顺式-1,3,3,3-四氟丙烯的质量比为80.0质量％以上而99.9质量％以下，反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯的质量比为0.1质量％以上而20.0质量％以下。在所述将热能变换为机械能的方法中，所述工作流体组合物也可以含有润滑剂。在所述将热能变换为机械能的方法中，所述润滑剂可以是从作为矿物油(石蜡油或环烷油)或者合成油的烷基苯类(AB)、聚(α-烯烃)、酯类、多元醇酯类(POE)、聚醚类(PAG)、聚乙烯醚类(PVE)及它们的组合中选择的。在所述将热能变换为机械能的方法中，所述工作流体组合物还可以含有稳定剂。在所述将热能变换为机械能的方法中，所述稳定剂可以是从硝基化合物、环氧基化合物、苯酚类、咪唑类本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将热能变换为机械能的方法，其使用收容有工作流体组合物的有机朗肯循环系统，顺次进行如下步骤：使所述工作流体组合物气化、使所述工作流体组合物膨胀、使所述工作流体组合物冷凝、以及利用泵对所述工作流体组合物升压并输送，该方法的特征在于，所述工作流体组合物的顺式‑1,3,3,3‑四氟丙烯的质量比为92.0质量％以上而99.9质量％以下，反式‑1,3,3,3‑四氟丙烯或2,3,3,3‑四氟丙烯的质量比为0.1质量％以上而8.0质量％以下，且蒸发温度为60℃以上而150℃以下。

【技术特征摘要】
2013.11.29 JP 2013-2487521.一种将热能变换为机械能的方法，其使用收容有工作流体组合物的有机朗肯循环系统，顺次进行如下步骤：使所述工作流体组合物气化、使所述工作流体组合物膨胀、使所述工作流体组合物冷凝、以及利用泵对所述工作流体组合物升压并输送，该方法的特征在于，所述工作流体组合物的顺式-1,3,3,3-四氟丙烯的质量比为92.0％以上而99.9％以下，反式-1,3,3,3-四氟丙烯或2,3,3,3-四氟丙烯的质量比为0.1％以上而8.0％以下，且蒸发温度为60℃以上而150℃以下；当1,1,1,3,3-五氟丙烷的发电循环效率的值为1时，所述工作流体组合物的发电循环效率的相对值大于1，且当1,1,1,3,3-五氟丙烷的膨胀机尺寸参数的值为1时，所述工作流体组合物的膨胀机尺寸参数的相对值小于1；和地球温室化系数小于150。2.根据权利要求1所述的将热能变换为机械能的方法，其特征在于，所述工作流体组合物含有润滑剂。3.根据权利要求2所述的将热能变换为机械能的方法，其特征在于，所述润滑剂是从作为石蜡油或环烷油的矿物油或者合成油的烷基苯类、聚α-烯烃、酯类、聚亚烷基二醇类、聚乙烯醚类及它们的组合中选择的。4.根据权利要求1所述的将热能变换为机械能的方法，其特征在于，所述工作流体组合物还含有稳定剂。5.根据权利要求4所述的将热能变换为机械能的方法，其特征在于，所述稳定剂是从硝基化合物、环氧基化合物、苯酚类、咪唑类、胺类、二烯类化合物类、磷酸盐类、芳香族不饱和烃类、异戊二烯类、丙二烯类、萜烯类及它们的组合中选择的。6.根据权利要求1所述的将热能变换为机械能的方法，其特征在于，所述工作流体组合物还含有阻燃剂。7.根据权利要求6所述的将热能变换为机械能的方法，其特征在于，所述阻燃剂是从磷酸盐类、卤代芳香族化合物、氟碘烃、氟溴烃及它们的组合中选择的。8.根据权利要求1所述的将热能变换为机械能的方法，其特征在于，作为蒸发器的加热源使用60℃以上而150℃以下的温水、加压热水或过热蒸汽。9.一种将热能变换为机械能的方法，其使用收容有工作流体组合物的有机朗肯循环系统，顺次进行如下步骤：使所述工作流体组合物气化、使所述工作流体组合物膨胀、使所述工作流体组合物冷凝、以及利用泵对所述工作流体组合物升压并输送，该方法的特征在于，所述工作流体组合物的顺式-1,3,3,3-四氟丙烯的质量比为90.0％以上而99.9％以下，1,1,1,3,3-五氟丙烷的质量比为0.1％以上而10.0％以下，且蒸发温度为60℃以上而150℃以下；当1,1,1,3,3-五氟丙烷的发电循环效率的值为1时，所述工作流体组合物的发电循环效率的相对值大于1，且当1,1,1,3,3-五氟丙烷的膨胀机尺寸参数的值为1时，所述工作流体组合物的膨胀机尺寸参数的相对值小于1；和地球温室化系数小于150。10.根据权利要求9所述的将热能变换为机械能的方法，其特征在于，所述工作流体组合物含有润滑剂。11.根据权利要求10所述的将热能变换为机械能的方法，其特征在于，所述润滑剂是从作为石蜡油或环烷油的矿物油或者合成油的烷基苯类、聚α-烯烃、酯类、聚亚烷基二醇类、聚乙烯醚类及它们的组合中选择的。12.根据权利要求9所述的将热能变换为机械能的方法，其特征在于，所述工作流体组合物还含有稳定剂。13.根据权利要求12所述的将热能变换...

【专利技术属性】
技术研发人员：西口祥雄，冈本觉，金井正富，
申请(专利权)人：中央硝子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP