JP2007198161A - Steam turbine and rankine cycle using it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽熱を利用したランキンシステムの蒸気タービンに関するものである。 The present invention relates to a steam turbine of a Rankine system using solar heat.
従来、この種の蒸気タービンは、蒸気が出力軸に狭い間隔で稠密に取り付けられた平面形状のディスクの間を外周から軸に向かって流れ、蒸気の粘性力と付着力によりディスクを回転させるようにしている。(例えば特許文献1参照)。また、平板形状のディスクを用いて粘性だけを利用したテスラタービンもある。
しかしながら、前記従来技術では、出力軸にほぼ直角の平面形状のディスクを多枚数重ね合わせて単純な形状を構成しているが、蒸気の粘性力と付着力を活用するためにディスクの表面積を大きくすることで、ディスクの径が大きくなるという課題があった。 However, in the prior art, a simple shape is formed by stacking a large number of planar disks substantially perpendicular to the output shaft, but the disk surface area is increased in order to take advantage of the viscous and adhesive forces of steam. As a result, there is a problem that the diameter of the disk increases.
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ローターの径を変えないで表面積を大きくできるので、蒸気の粘性力と付着力を増大して蒸気タービンの効率を向上し、コンパクト化を図ることを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and the surface area can be increased without changing the rotor diameter, so that the steam viscosity and adhesion are increased to improve the efficiency of the steam turbine and achieve compactness. For the purpose.
前記従来の課題を解決するために、本発明の蒸気タービンは、蒸気を噴出するノズルと、このノズルから噴出する蒸気により回転するローターと、このローターの周壁を回転軸に対して傾斜させて構成した衝動面と、前記ローターを複数個重ね合わせる時に、各ローター間に間隙を介して前記回転軸上に固定したローターユニットと、前記ローターの回転軸の周囲に複数個設けた蒸気の排出口と、前記蒸気が間隙を通過して排出口から排出するようにノズルとローターユニットを構成するケーシングを備えたものである。 In order to solve the above-described conventional problems, a steam turbine according to the present invention includes a nozzle that ejects steam, a rotor that is rotated by the steam ejected from the nozzle, and a peripheral wall of the rotor that is inclined with respect to the rotation axis. An impingement surface, a rotor unit fixed on the rotating shaft through a gap between the rotors when the rotor is overlapped, and a plurality of steam discharge ports provided around the rotating shaft of the rotor The casing comprises a nozzle and a rotor unit so that the steam passes through the gap and is discharged from the discharge port.
この蒸気タービンによって、ノズルから噴出する蒸気がローターの周壁に沿って移動し、表面積の大きな衝動面に長時間滞留することにより、粘性力と付着力を活用して、ローターを回転させ回転軸に与えるトルクを上昇して、効率を向上するものである。 With this steam turbine, the steam ejected from the nozzle moves along the peripheral wall of the rotor and stays on the impulse surface with a large surface area for a long time, thereby utilizing the viscous force and the adhesive force to rotate the rotor to the rotating shaft. The applied torque is increased to improve efficiency.
本発明の蒸気タービンは、ノズルから噴出する蒸気が衝動面に長時間滞留し、蒸気の粘性力と付着力の向上によりローターの回転軸に与えるトルクを上昇することができるので、蒸気タービンの効率を向上させ、蒸気タービンの径の拡大を防止してコンパクト化を図ることができる。 In the steam turbine according to the present invention, the steam ejected from the nozzle stays on the impulse surface for a long time, and the torque applied to the rotating shaft of the rotor can be increased by improving the viscosity and adhesion of the steam. It is possible to reduce the size of the steam turbine by preventing the diameter of the steam turbine from expanding.
第1の発明は、蒸気を噴出するノズルと、このノズルから噴出する蒸気により回転するローターと、このローターの周壁を回転軸に対して傾斜させて構成した衝動面と、前記ローターを複数個重ね合わせる時に各ローター間に間隙を介して前記回転軸上に固定したローターユニットと、前記ローターの回転軸の周囲に設けた蒸気の排出口と、前記蒸気が間隙を通過して排出口から排出するようにノズルとローターユニットを構成するケーシングを備えたことにより、ノズルから噴出する蒸気がローターの周壁に沿って移動し表面積の大きな衝動面に長時間滞留し、粘性力と付着力を活用してローターを回転させ回転軸に与えるトルクを上昇することができるので、蒸気タービンの効率を向上させ、蒸気タービン
の径の拡大を防止してコンパクト化を図ることができる。
According to a first aspect of the present invention, a nozzle that ejects steam, a rotor that is rotated by steam ejected from the nozzle, an impulse surface that is configured by inclining a peripheral wall of the rotor with respect to a rotation axis, and a plurality of the rotors are stacked. A rotor unit fixed on the rotary shaft through a gap between the rotors when combined, a steam discharge port provided around the rotary shaft of the rotor, and the steam passes through the gap and is discharged from the discharge port In this way, the nozzle and the rotor unit casing are provided, so that the steam ejected from the nozzle moves along the rotor's peripheral wall and stays on the impulse surface with a large surface area for a long time. The torque applied to the rotating shaft can be increased by rotating the rotor, improving the efficiency of the steam turbine and preventing the steam turbine from expanding in diameter. It is possible to achieve the reduction.
第2の発明は、特に、第1の発明のローターは、回転軸に対して円錐状の筒に構成した
ことにより、同一形状に成型したローターを容易に複数個重ね合わせることができ、均一な間隙の形成によりローターユニットの組み立て精度を向上できる。
In the second invention, in particular, the rotor of the first invention is configured in a conical cylinder with respect to the rotation axis, so that a plurality of rotors molded in the same shape can be easily overlapped, and uniform. The assembly accuracy of the rotor unit can be improved by forming the gap.
第3の発明は、特に、第1または第2の発明のローターは、内周壁または外周壁の両方またはどちらか一方に衝動力を得るための突起部を設けたことにより、ローターの周壁に沿って移動する蒸気が突起部に衝突し、ローターを回転させる衝動力を生み出すので、蒸気の運動エネルギを回転軸に効率よく伝え、蒸気タービンのトルクを上昇し、蒸気タービンの効率を向上することができる。 According to a third aspect of the invention, in particular, the rotor of the first or second aspect of the invention is provided along the peripheral wall of the rotor by providing the inner peripheral wall and / or the outer peripheral wall with a protrusion for obtaining impulse. Since the moving steam collides with the protrusions and creates the impulse to rotate the rotor, the kinetic energy of the steam can be efficiently transmitted to the rotating shaft, the steam turbine torque can be increased, and the efficiency of the steam turbine can be improved. it can.
第4の発明は、特に、第1〜3のいずれか1つの発明のローターは、複数個重ね合わせる時に蒸気が傾斜させた周壁に沿って移動し排出口から排出される時に、周壁の集束側に排出するように通路を構成したことにより、ローターの周壁に沿って移動した蒸気が回転軸の近傍に設けた排出口から排出される時に、周壁に沿って回転軸に向かって集束する蒸気の流れの乱れを抑制してローター外に噴出するので、蒸気の運動エネルギを回転軸に効率よく伝え、蒸気タービンのトルクを上昇し、蒸気タービンの効率を向上することができる。 According to a fourth aspect of the invention, in particular, when a plurality of rotors according to any one of the first to third aspects of the present invention are used, when the steam moves along the inclined peripheral wall and is discharged from the discharge port, the converging side of the peripheral wall By configuring the passage so as to be discharged, when the steam that has moved along the peripheral wall of the rotor is discharged from the discharge port provided in the vicinity of the rotating shaft, the steam that converges toward the rotating shaft along the peripheral wall Since turbulence is suppressed and jetted out of the rotor, the kinetic energy of steam can be efficiently transmitted to the rotating shaft, the torque of the steam turbine can be increased, and the efficiency of the steam turbine can be improved.
第5の発明は、特に、第1〜4のいずれか1つの発明のノズルは、回転するローターの端部に接線方向から蒸気を衝突させるように配置したことにより、ローターの外周端部の傾斜した衝動面に蒸気が衝突するので、衝動力が向上し蒸気の運動エネルギを回転軸に効率よく伝え、蒸気タービンのトルクを上昇し、蒸気タービンの効率を向上することができる。 In the fifth invention, in particular, the nozzle according to any one of the first to fourth inventions is arranged so that steam collides with the end of the rotating rotor from the tangential direction, so that the outer peripheral end of the rotor is inclined. Since the steam collides with the impulse surface, the impulse is improved, the kinetic energy of the steam is efficiently transmitted to the rotating shaft, the torque of the steam turbine is increased, and the efficiency of the steam turbine can be improved.
第6の発明は、特に、第1〜5のいずれか1つの発明のローターユニットは、ローターを複数個重ね合わせたローターの端部に各ローターよりも厚みのある固定ローターを配置したことにより、ローターユニットの剛性を高め回転時のたわみを防止して回転軸の安定したトルクを得ることができる。 In the sixth invention, in particular, in the rotor unit of any one of the first to fifth inventions, a fixed rotor having a thickness larger than each rotor is disposed at the end of the rotor in which a plurality of rotors are stacked. The rigidity of the rotor unit can be increased to prevent deflection during rotation, and a stable torque of the rotating shaft can be obtained.
第7の発明は、特に、第1〜6のいずれか1つの発明の蒸気タービンを太陽熱ランキンシステムに搭載して、発電と給湯・暖房のコージェネレーションのシステムを実現することができる。 In the seventh invention, in particular, the steam turbine according to any one of the first to sixth inventions is mounted on a solar thermal Rankine system, and a cogeneration system of power generation, hot water supply / heating can be realized.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における蒸気タービンの構成図である。図1(a)は蒸気タービンの断面図であり、図1(b)は図1(a)におけるX−X′断面で切り取ったときの平面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a steam turbine according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a cross-sectional view of the steam turbine, and FIG. 1B is a plan view taken along the line XX ′ in FIG.
図1において、1は、蒸気2を噴出するノズルで、このノズル1から噴出する蒸気2の運動エネルギを受けて回転するローター3を回転軸(出力軸)4の周囲に複数個重ね合わせて設けている。蒸気2は、高温のフロンや水の蒸気であり、または高温のCO2や空気等のガス体のこともある。ローター3の周壁5は、回転軸4に対して傾斜させて設けその表面積を拡大して衝動面6を構成している。ローター3は、円錐形状のカップに構成され、その円錐形状の頂部に回転軸4を貫通する形で複数個重ね合わせた時に、同一の幅に形成する間隙7を構成している。間隙7を構成するために各ローター3の周壁5の間にスペーサー8を設けている。ローター3と回転軸4とスペーサー8は、耐熱性、耐腐食性の材料で構成され、例えばその材質は、ステンレスやチタンやアルミナ等の金属材料やセラミ
ックやガラスで構成している。ローター3の厚みは、重量の軽減のため、薄く(例えば、1mm以下)構成している。また、周壁5で構成する間隙7は、周壁5に沿って移動する蒸気2の粘性力や付着力が働くように狭く(例えば1mm以下)構成している。ローター3の回転軸4の近傍に複数個の蒸気2の排出口9を設けている。蒸気2は、ローター3の外周から衝動面6に沿って旋回しながら間隙7内を移動し、回転軸4の近傍に集束し、排出口9からローター3の外部に抜けるようにしている。スペーサー8は、排出口9から蒸気2が効率良く抜けるように蒸気2のガイドを構成している。複数個に重ねあわせたローター3とスペーサー8の両端には、各ローター3よりも厚みのある固定用ローター10が設けられ、この固定用ローター10と回転軸4を固定するときにローター3とスペーサー8を締め付けてローターユニット11を構成し、ローターユニット11の剛性を高めて、ローターユニット11のたわみを防止するようにしている。ローターユニット11を構成する時は、各ローター3に設けた複数個の排出口9が同軸上に連通するように設けている。
固定用ローター10の一方(ローター3の周壁5の傾斜が集束する側)に排出口9に連通する複数個の排出口12を設けている。固定用ローター10の他方は、排出口12は設けず蒸気2の流出を防止するようにしている。
In FIG. 1,
A plurality of discharge ports 12 communicating with the
ノズル1は、回転軸4に対してほぼ直角に蒸気2が噴出し、ローター3の周壁5の外周部分に接線方向から衝突するように設けている。ノズル1は、ローター3の外周全体に向けて蒸気2を噴出するために単孔(丸でもスリットでも可能である)または各ローター3間の間隙5のそれぞれに蒸気2を噴出するために複数個設けられている。ノズル1からは、蒸気2を音速で噴出するようにしている。ノズル1の形状は、普通の蒸気タービンで使用されている単孔ノズルや先細ノズルや末広ノズル等を使用している。ノズル1は、蒸気2の流速を音速から更に超音速に加速するためにのど部から下流に向かって内径を徐々に拡大するようにディフューザー部分も構成するようにしている。
The
このノズル1や回転軸4やローターユニット11の周囲を覆いながら、蒸気2が外部に漏れないようにケーシング13が設けられている。ローターユニット11とケーシング13の間隙14は、蒸気2が短絡して流れないような間隔に管理している。ケーシング13には、回転軸4の回転を支えるための軸受け15が回転軸4の両端に設けられている。軸受け15は、シール性のあるベアリング軸受けまたは非接触の流体軸受けを使用している。このケーシング13に収納した部品類で、蒸気タービン16を構成している。ケーシング13の材質は、ローター3のように耐熱性、耐腐食性の材料で構成され、例えばその材質は、ステンレスやチタンやアルミナ等の金属材料やセラミックで構成している。また、ケーシング13のローターユニット11が回転軸4に集束する側にローター3の排出口9と固定用ローター10の排出口12から排出される蒸気2を流入させる環状の排出通路18を設けている。この排出通路18の一部に排出管19を設け、蒸気タービン16を回転させた後の蒸気2を取り出し、再度蒸気2を加熱する手段に送るようにしている。
A
蒸気タービン16の回転軸4用軸受け15の外側に回転軸4の回転を受けて発電する発電機17を設けている。発電機は、例えばアウターロータ式三相交流発電機を用い、この交流出力は、全波整流されたのちにインバータ(図示なし)により、電流制御を行うようにして安定した電流を得るようにしている。
A
図2は蒸気タービンを用いたランキンサイクルを示す図であり、図2において、20は、太陽熱を受けて回収する集熱器で、この集熱器20の熱を蓄熱槽21に伝えるために、循環ポンプ22を途中に設けた回路23(閉回路)を設けている。
集熱器20は、管状集熱器や真空ガラス管式集熱器やヒートパイプ式集熱器等で構成している。回路23内を循環する熱媒体24は、フロンや水のような液体で構成している。(熱媒体24は、超臨界状態のCO2や液体空気を用いる場合もある)熱媒体24は、集熱
器20で加熱されて蒸気になり蓄熱槽21に送られ、そこで熱交換することで凝縮し液体となる。この熱媒体24を循環ポンプ22で再度集熱器20に送るようにしている。この動作を繰り返すことで、蓄熱槽21に熱を貯めるようにしている。蓄熱槽21は、融点の高い溶融塩の相変化を利用した潜熱型や溶融塩や油等を用いた顕熱型や蒸気を圧力水の形で蓄える蒸気アキュムレイタ等を用いることで100℃以上の高温の熱を貯めるようにしている。25は、蓄熱槽21の熱を利用して形成した熱媒体26の蒸気2を蒸気タービン16のノズル1に供給する供給ポンプで、蒸気タービン16から排出された熱媒体26を再度蓄熱槽21に送る回路27(閉回路)の途中に設けている。この回路27内を循環する熱媒体26は、フロンや水のような液体とその蒸気で構成している。(熱媒体26は、超臨界状態のCO2や液体空気を用いる場合もある)また、回路27の蒸気タービン16と供給ポンプ25の途中に貯湯タンク28を設けて、蒸気タービン16に運動エネルギを与えた後の高温の蒸気2の熱を利用して、貯湯タンク28に湯を貯める。熱媒体26は、この貯湯タンク28に熱を伝えるときに凝縮して液体となり、再度蓄熱槽21に送られて加熱され蒸気2を形成するようにしている。この動作を繰り返すことで、蒸気タービン16に設けた発電機17により発電しながら貯湯タンク28にお湯を貯めるようにしている。貯湯タンク28に貯められたお湯は、給水ポンプ29により給湯用や暖房用に供給されるようにしている。
FIG. 2 is a diagram showing a Rankine cycle using a steam turbine. In FIG. 2,
The
以上のように構成された蒸気タービンを用いたランキンサイクルについて、以下その動作、作用を説明する。まず、蒸気タービン16のノズル1に供給する蒸気2を形成するためには、循環ポンプ22を作動し、熱媒体24を回路23内に循環させ、太陽の熱を受けた集熱器20で加熱し、高温の蒸気(または液体や蒸気と液体が混ざったもの等)を形成して蓄熱槽21に送る。蓄熱槽21では、この蒸気を受けて200℃程度の熱量を蓄積するようにしている。熱媒体24の蒸気は、蓄熱槽21で凝縮して液体となり、循環ポンプ22により再度、集熱器20に送られ、加熱されるようにしている。この動作を太陽熱の供給が可能な間、繰り返すことにより、必要な熱量を蓄熱槽21に維持するようにしている。
About the Rankine cycle using the steam turbine comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below. First, in order to form the
蓄熱槽21に所定の熱量が蓄積されると、回路27に設けた供給ポンプ25で、熱媒体26を循環させ蓄熱槽21で200℃程度の熱媒体26の蒸気2を形成し、蒸気タービン20のノズル1から噴出する。ノズル1から噴出する蒸気2は、音速の運動エネルギを持ち、蒸気タービン16のローター3の周壁5に構成する衝動面6に衝突しながら、各ローター3間に構成される間隙7の内部を衝動面6に沿いながら旋廻し、回転軸4の周囲に設けた排出口9から排出される。この時、蒸気2の粘性力や付着力により、ローターユニット11が回転し、回転軸4のトルクとして伝えられる。この回転軸4のトルクを利用し発電機17を回転させて、発電を行うようにしている。蒸気タービン16から排出した熱媒体26の蒸気2は、貯湯タンク28に送られ、水と熱交換を行い、その熱は貯湯タンク28内にお湯として貯められる。蒸気2は、貯湯タンク28内で凝縮し、液体となって供給ポンプ25により蓄熱槽21に送られ、再度加熱され蒸気2を形成するようにしている。
この動作を繰り返すことにより、蒸気タービン16で発電しながら貯湯タンク28にお湯を貯め、給湯や暖房の必要なときに給水ポンプ29を作動しお湯を使用することでコージェネレーションのシステムを構成するようにしている。
When a predetermined amount of heat is accumulated in the
By repeating this operation, hot water is stored in the hot
以上のように、本実施の形態においては、熱媒体26の蒸気2を噴出するノズル1と、このノズル1から噴出する蒸気2により回転するローター3と、このローターの周壁5を回転軸4に対して傾斜させて構成した衝動面6を設けたので、ノズル1から噴出する蒸気2が衝動面6に沿って移動し表面積の大きな衝動面6に長時間滞留し、粘性力と付着力を活用してローター3を回転させ回転軸4に与えるトルクを上昇し、蒸気タービン16の効率を向上し、ローター3の径の拡大を防止して、蒸気タービン16のコンパクト化を図る
ことができる。
As described above, in the present embodiment, the
また、ノズル1から噴出する蒸気2が衝動面6に長時間滞留し、粘性力と付着力を増大させ回転軸4に与えるトルクを上昇するので、発電機17の発電量を増加することができる。
Further, the
また、独立した集熱用の回路23を構成して、集熱器20で得られた太陽熱を蒸気タービン16の動作に関係なく、常時蓄熱槽21に蓄えて維持できるので、発電の必要なときに蒸気タービン16で必要な蒸気2を随時取り出すことができる。
In addition, an
また、回路27の途中に貯湯タンク28を設けたので、発電に関係なく蓄熱槽21の熱をお湯として貯湯タンク28に貯めることが可能なので、給湯や暖房に必要なお湯を随時取り出せることができる。
Further, since the hot
また、最大発電量を増加するときは、複数個重ね合わせるローター3の個数を増加することで可能であり、複雑な形状の追加がないので、コストの上昇を抑制することができる。
Further, when the maximum power generation amount is increased, it is possible to increase the number of
また、ノズル1から噴出する蒸気2を衝動面6に長時間滞留させ、粘性力と付着力を増大させて回転軸4に与えるトルクを上昇するので、低温度(200℃程度)で作動する蒸気タービン16を実現できる。
Further, since the
また、太陽熱を利用して蒸気2を形成し、ノズル1より噴出してローターユニット11を回転させて発電するので、CO2削減の有効な手段とすることができる。
Moreover, since the
次に、ローターは回転軸に対して円錐状の筒に構成した点について説明する。図1において、ローター3は、周壁5を回転軸4に対して傾斜させる時に円錐状の筒に構成している。ローター3は、プレス加工により同一の形状を精度よく成型するようにしている。
Next, the point that the rotor is configured in a conical cylinder with respect to the rotation axis will be described. In FIG. 1, the
以上のように構成された蒸気タービンについて、以下その動作、作用について説明する。ノズル1から噴出する蒸気2は、音速の運動エネルギを持ち、蒸気タービン16のローター3の周壁5に構成する円錐状の衝動面6に衝突しながら、各ローター3間に構成される均一な間隙7の内部を衝動面6に沿いながら旋廻し、回転軸4の周囲に設けた排出口9から排出される。この時、円錐状の衝動面6により蒸気2の流線の乱れが少なくなり、徐々に旋廻しながら集束し、蒸気2の粘性力や付着力を向上して、回転軸4のトルクとして伝えるようにしている。
About the steam turbine comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below. The
以上のように、本実施の形態においては、同一形状に成型したローター3を回転軸4の同軸上に容易に複数個重ね合わせることができ、均一な間隙7の形成によりローターユニット11の組み立て精度を向上することができる。
As described above, in the present embodiment, a plurality of
また、円錐状の衝動面6を構成することにより、蒸気2の流れの乱れを少なくして、回転軸4のトルクを上昇することができ、蒸気タービン16の効率を向上することができる。
Further, by configuring the
次に、ローターは、複数個重ね合わせる時に蒸気が傾斜させた周壁に沿って移動し排出口から排出される時に、周壁の集束側に排出するように通路を構成した点について説明する。図1において、ローター3は、複数個重ね合わせる時に蒸気2が傾斜させた周壁5に沿って移動し排出口9から排出される時に、周壁5の集束側に排出するように通路を構成している。
Next, a description will be given of the point that the rotor is configured to have a passage so that when the plurality of rotors are stacked, the steam moves along the inclined peripheral wall and is discharged to the converging side of the peripheral wall when discharged from the discharge port. In FIG. 1, the
以上のように構成された蒸気タービンについて、以下その動作、作用について説明する。
ノズル1から噴出する蒸気2は、音速の運動エネルギを持ち、蒸気タービン16のローター3の周壁5に構成する衝動面6に衝突しながら、各ローター3間に構成される間隙7の内部を衝動面6に沿いながら旋廻し、回転軸4の周囲に設けた排出口9から排出される。この時、傾斜する周壁5に沿って回転軸4に向かって徐々に集束する方向に蒸気2が流れることにより、蒸気2の流れの乱れを抑制して粘性力や付着力の向上を図り、回転軸4のトルクを上昇するようにしている。
About the steam turbine comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
The
以上のように、本実施の形態においては、ローター3の周壁5に沿って移動した蒸気2が回転軸4の近傍に設けた排出口9から排出される時に、回転軸4に向かって集束する蒸気2の流れの乱れを抑制してローター3外に噴出するので、蒸気2の運動エネルギを回転軸4に効率よく伝え、蒸気タービン16のトルクを上昇することができ、蒸気タービン16の効率を向上することができる。
As described above, in the present embodiment, when the
次に、ノズルは、回転するローターの端部に接線方向から蒸気を衝突させるように配置した点について説明する。図1において、ノズル1は、回転するローター3の端部に接線方向から蒸気2を衝突させるように配置している。ノズル1は、ローター3の外周全体に向けて蒸気2を噴出するために単孔(丸でもスリットでも可能である)または各ローター3間の間隙5のそれぞれに蒸気2を噴出するために複数個設けられている。
Next, a description will be given of the point that the nozzle is disposed so that the vapor collides with the end of the rotating rotor from the tangential direction. In FIG. 1, the
以上のように構成された燃焼装置5について、以下その動作、作用について説明する。ノズル1から噴出する蒸気2は、音速の運動エネルギを持ち、蒸気タービン16のローター3の周壁5に構成する衝動面6に対して回転軸4のほぼ直角にローター3の外周の接線方向から衝動面6に衝突するようにしている。蒸気2は、各ローター3間に構成される間隙7の内部を衝動面6に沿いながら旋廻し、回転軸4の周囲に設けた排出口9から排出されるようにしている。
About the
以上のように、本実施の形態においては、ローター3の外周端部の傾斜した衝動面6に蒸気2が衝突するので、衝動力が向上し蒸気2の運動エネルギを回転軸4に効率よく伝え、蒸気タービン16のトルクを上昇することができ、蒸気タービン16の効率を向上することができる。
As described above, in the present embodiment, since the
次に、ローターユニットは、ローターを複数個重ね合わせたローターの端部に各ローターよりも厚みのある固定ローターを配置した点について説明する。図1において、ローターユニット11は、ローター3を複数個重ね合わせたローター3の端部に各ローターよりも厚みのある固定ローター10を配置している。ローターユニット11の固定は、固定用ローター10と回転軸4を固定するときにローター3とスペーサー8を締め付けてローターユニット11を構成している。
Next, the rotor unit will be described in that a fixed rotor having a thickness greater than that of each rotor is disposed at the end of the rotor in which a plurality of rotors are overlapped. In FIG. 1, the rotor unit 11 includes a fixed
以上のように構成された蒸気タービンについて、以下その動作、作用について説明する。 About the steam turbine comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
複数個のローター3と間隙7を構成するスペーサー8を重ね合わせる時に、各ローター3に設ける複数個の排出口9の連通する位置とスペーサー8による蒸気2のガイド位置を合わせて、固定ローター10を両端に配置して、回転軸4にネジきりをして締め付けるようにしている。
When the plurality of
以上のように、本実施の形態においては、ローターユニット11の剛性を高め回転時の
たわみを防止して回転軸4の安定したトルクを得ることができる。
As described above, in the present embodiment, the rigidity of the rotor unit 11 can be increased to prevent deflection during rotation, and a stable torque of the
なお、ローター3やスペーサー8の回転時のずれ防止のために周壁5の中間部分に複数個のピンを挿入して複数個のローター3とスペーサー8を固着することも可能である。
In order to prevent displacement of the
なお、ローター3やスペーサー8の回転時のずれ防止のために回転軸4に突起または溝を成型して、ローター3やスペーサー8の回転軸4の挿入部分に突起または溝を成型して締め付けることも可能である。
In order to prevent displacement of the
(実施の形態2)
図3は、本発明の第2の実施の形態における蒸気タービンのローターの構成図である。図3(a)はスクロール状の蒸気タービンにおけるローターの側面図であり、図3(b)はスクロール状の蒸気タービンのローターの平面図である。また、図3(c)はターボファン翼状の蒸気タービンのローターの側面図であり、図3(d)はターボファン翼状の蒸気タービンのローターの平面図である。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a configuration diagram of the rotor of the steam turbine in the second embodiment of the present invention. FIG. 3A is a side view of the rotor in the scroll steam turbine, and FIG. 3B is a plan view of the rotor of the scroll steam turbine. FIG. 3C is a side view of the rotor of the turbofan blade-shaped steam turbine, and FIG. 3D is a plan view of the rotor of the turbofan blade-shaped steam turbine.
図3において、ローター3は、内周壁または外周壁の両方またはどちらか一方に衝動力を得るための突起部30を設けている。突起部30の端部は、隣接するローター3に接するように構成して、蒸気2が突起部30の途中から抜けて蒸気2の流れが乱れないようにしている。突起部30は、周壁5に突起部30を貼り付けるかまたはスペーサー(図1における8)を突起部30の形状に形成して各ローター3間に挟み込んで構成するようにしている。
In FIG. 3, the
以上のように構成された蒸気タービンについて、以下その動作、作用について説明する。ノズル1から噴出する蒸気2は、音速の運動エネルギを持ち、蒸気タービン16のローター3の周壁5に構成する円錐状の衝動面6に衝突しながら、各ローター3間に構成される均一な間隙7の内部を衝動面6に沿いながら旋廻し、回転軸4の周囲に設けた排出口9から排出される。この時、蒸気2は、周壁5に設けたらせん状の突起部30に沿って移動するときに衝動面6とともに突起部30により衝動力を得て、回転軸4に回転トルクとして伝えるようにしている。
About the steam turbine comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below. The
以上のように、本実施の形態においては、ローター3の周壁5に沿って移動する蒸気2が突起部30に衝突し、ローター3を回転させる衝動力を更に生み出すので、蒸気2の運動エネルギを回転軸4に効率よく伝え、蒸気タービン16のトルクを上昇することができ、蒸気タービン16の効率を向上することができる。
As described above, in the present embodiment, the
なお、突起部30は、(a)、(b)のようにローターの周壁5に一つの連続するスクロール状に構成する場合や、(c)、(d)のようにターボファンの翼のように周壁5を分割するように設けることも可能である。
Note that the
なお、突起部30の回転軸4近傍の形状は、排出口9に蒸気2が抜けやすいように構成しているが、その構成により反動力を生み出して、蒸気タービン16のトルクを上昇することも可能である。
Note that the shape of the
(実施の形態3)
図2は、本発明の蒸気タービンと太陽熱ランキンシステムの構成図である。図2において、ノズル1は、太陽熱により形成する蒸気2を供給するようにしたことにより、太陽熱ランキンシステムを行うことができ、発電と給湯・暖房のコージェネレーションのシステムを実現することができる。
(Embodiment 3)
FIG. 2 is a block diagram of the steam turbine and the solar thermal Rankine system of the present invention. In FIG. 2, the
以上のように構成された燃焼装置5について、以下その動作、作用について説明する。太陽熱を受けられる状況になると循環ポンプ22を作動し、熱媒体24を回路23内に循環させ、太陽の熱を受けた集熱器20で加熱し、高温の蒸気として蓄熱槽21に送り、蓄熱槽21では、この蒸気を受けて200℃程度の熱量を蓄積するようにしている。熱媒体24の蒸気は、蓄熱槽21で凝縮して液体となり、循環ポンプ22により再度、集熱器20に送られ、加熱されるようにしている。蓄熱槽21に所定の熱量が蓄積されると、回路27に設けた供給ポンプ25で、熱媒体26を循環させ蓄熱槽21で200℃程度の熱媒体26の蒸気2を形成し、蒸気タービン16のノズル1から噴出する。ノズル1から噴出する蒸気2は、音速の運動エネルギを持ち、蒸気タービン16のローター3の衝動面6に衝突しながら、各ローター3間に構成される間隙7の内部を旋廻し、回転軸4の周囲に設けた排出口9から排出される。この時、蒸気2の粘性力や付着力により、ローターユニット11が回転し、回転軸4のトルクを利用し発電機17を回転させて、発電を行うようにしている。蒸気タービン16から排出した熱媒体26の蒸気2は、貯湯タンク28に送られ、水と熱交換を行い、その熱は貯湯タンク28内にお湯として貯められる。蒸気2は、貯湯タンク28内で凝縮し、液体となって供給ポンプ25により蓄熱槽21に送られ、再度加熱され蒸気2を形成するようにしている。蒸気タービン16で発電しながら貯湯タンク28にお湯を貯め、給湯や暖房の必要なときに給水ポンプ29を作動しお湯を使用するようにしている。
About the
以上のように、本実施の形態においては、蒸気タービン16を太陽熱ランキンシステムに搭載して、発電と給湯・暖房のコージェネのシステムを実現することができるので、太陽熱という自然エネルギを活用し省エネ促進とCO2削減の有効な手段を得ることができる。
As described above, in the present embodiment, the
なお、図4のように、集熱器20で形成した熱媒体24の蒸気2を循環ポンプ22より、回路23(閉回路)で直接蒸気タービン16に送り、蒸気タービン16を回転させて発電機17により発電を行うことも可能である。また、回路23の蒸気タービン16と循環ポンプ22の途中に貯湯タンク28を設けて、蒸気タービン16に運動エネルギを与えた後の高温蒸気2の熱を利用して、貯湯タンク28に湯を貯めることも可能である。熱媒体24は、この貯湯タンク28に熱を伝えるときに凝縮して液体となり、再度集熱器20に送られて加熱され蒸気2を形成するようにしている。この動作を繰り返すことで、蒸気タービン16に設けた発電機17により発電しながら貯湯タンク28にお湯を貯めるようにしている。貯湯タンク28に貯められたお湯は、給水ポンプ29により給湯用や暖房用に供給されるようにしている。
As shown in FIG. 4, the
なお、図5のように、集熱器20で形成した熱媒体24の蒸気2を循環ポンプ22より、回路23(閉回路)で直接蒸気タービン16に送り、蒸気タービン16を回転させて発電機17により発電だけを行うことも可能である。
As shown in FIG. 5, the
以上のように、本発明にかかる蒸気タービンは、エネルギ密度の低い太陽熱を利用して蒸気タービンを作動できるので、自動車や燃料電池の排熱回収等にも適用することができる。 As described above, since the steam turbine according to the present invention can operate the steam turbine using solar heat with low energy density, it can be applied to exhaust heat recovery of automobiles and fuel cells.
1 ノズル
2 蒸気
3 ローター
4 回転軸
5 周壁
6 衝動面
7 間隙
9 排出口
11 ローターユニット
13 ケーシング
16 蒸気タービン
17 発電機
DESCRIPTION OF
Claims (7)
A Rankine system using the steam turbine according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006014840A JP2007198161A (en) | 2006-01-24 | 2006-01-24 | Steam turbine and rankine cycle using it |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006014840A JP2007198161A (en) | 2006-01-24 | 2006-01-24 | Steam turbine and rankine cycle using it |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007198161A true JP2007198161A (en) | 2007-08-09 |
Family
ID=38453022
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006014840A Pending JP2007198161A (en) | 2006-01-24 | 2006-01-24 | Steam turbine and rankine cycle using it |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007198161A (en) |
-
2006
- 2006-01-24 JP JP2006014840A patent/JP2007198161A/en active Pending
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