JP2007198161A - Steam turbine and rankine cycle using it - Google Patents

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Norio Yotsuya
規夫 肆矢
Takeji Watanabe
竹司 渡辺
Katsuzo Konakawa
勝蔵 粉川
Seiichi Yasuki
誠一 安木
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To compact a steam turbine by preventing the diameter of the disk thereof from increasing by increasing the efficiency of the steam turbine by increasing the viscous force and adhesive force of steam. <P>SOLUTION: This steam turbine comprises rotors 3 rotated by the steam 2 jetted from a nozzle 1, impulsive surfaces 6 formed by tilting the peripheral walls 5 of the rotors 3 relative to a rotating shaft 4, a rotor unit 11 fixed to the rotating shaft 4 with gaps 7 formed between the rotors when the rotors are installed, exhaust ports 9 for the steam 2 formed in the rotors 3 around the rotating shaft 4, and a casing 13 so forming the nozzle 1 and the rotor unit 11 as to discharge the steam 2 from the exhaust ports 9 through the gaps 7. Since the steam jetting from the nozzle moves along the impulsive surfaces of the rotors increased in surface area and stagnates thereon for a long time, the viscous force and the adhesive force of the steam are increased and the torque given to the rotating shaft of the rotors is increased. Consequently, the steam turbine can be compacted by increasing the efficiency to prevent the diameter of the turbine from being increased. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

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。
特開2002−174166号公報
Conventionally, in this type of steam turbine, steam flows from the outer periphery toward the shaft through a flat disk, which is densely attached to the output shaft at narrow intervals, and the disk is rotated by the viscous force and adhesion force of the steam. I have to. (For example, refer to Patent Document 1). There is also a Tesla turbine that uses only a viscosity using a flat disk.
JP 2002-174166 A

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, reference numeral 1 denotes a nozzle that ejects steam 2, and a plurality of rotors 3 that rotate by receiving the kinetic energy of the steam 2 ejected from the nozzle 1 are provided around a rotating shaft (output shaft) 4. ing. The vapor 2 is high-temperature chlorofluorocarbon or water vapor, or may be a gas body such as high-temperature CO2 or air. The peripheral wall 5 of the rotor 3 is provided so as to be inclined with respect to the rotating shaft 4, and the impulse surface 6 is configured by increasing the surface area. The rotor 3 is configured as a conical cup, and forms a gap 7 that is formed to have the same width when a plurality of rotors 3 are stacked on the top of the conical shape so as to penetrate the rotating shaft 4. Spacers 8 are provided between the peripheral walls 5 of the rotors 3 to form the gaps 7. The rotor 3, the rotating shaft 4 and the spacer 8 are made of a heat-resistant and corrosion-resistant material. For example, the material is made of a metal material such as stainless steel, titanium or alumina, ceramic or glass. The rotor 3 has a thin thickness (for example, 1 mm or less) in order to reduce weight. Further, the gap 7 formed by the peripheral wall 5 is narrow (for example, 1 mm or less) so that the viscous force and the adhesion force of the steam 2 moving along the peripheral wall 5 work. In the vicinity of the rotating shaft 4 of the rotor 3, a plurality of steam discharge ports 9 are provided. The steam 2 moves from the outer periphery of the rotor 3 along the impulse surface 6 while moving in the gap 7, converges in the vicinity of the rotating shaft 4, and escapes from the rotor 3 to the outside of the rotor 3. The spacer 8 constitutes a guide for the steam 2 so that the steam 2 can efficiently escape from the discharge port 9. A plurality of fixing rotors 10 that are thicker than the respective rotors 3 are provided at both ends of the rotor 3 and the spacer 8 that are overlapped. When the fixing rotor 10 and the rotating shaft 4 are fixed, the rotor 3 and the spacers are fixed. The rotor unit 11 is configured by tightening 8 to increase the rigidity of the rotor unit 11 and prevent the rotor unit 11 from being bent. When the rotor unit 11 is configured, a plurality of discharge ports 9 provided in each rotor 3 are provided so as to communicate coaxially.
A plurality of discharge ports 12 communicating with the discharge ports 9 are provided on one side of the fixing rotor 10 (the side where the inclination of the peripheral wall 5 of the rotor 3 converges). The other of the fixing rotors 10 is not provided with a discharge port 12 so as to prevent the steam 2 from flowing out.

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 nozzle 1 is provided so that the steam 2 is ejected substantially perpendicularly to the rotating shaft 4 and collides with the outer peripheral portion of the peripheral wall 5 of the rotor 3 from the tangential direction. The nozzle 1 has a single hole (can be round or slit) to eject the steam 2 toward the entire outer periphery of the rotor 3 or a plurality of nozzles 1 to eject the steam 2 into each of the gaps 5 between the rotors 3. Is provided. From the nozzle 1, the vapor | steam 2 is ejected at sound speed. As the shape of the nozzle 1, a single-hole nozzle, a tapered nozzle, a divergent nozzle, or the like used in an ordinary steam turbine is used. The nozzle 1 also has a diffuser portion configured to gradually increase the inner diameter from the throat to the downstream in order to accelerate the flow velocity of the steam 2 from the sonic speed to the supersonic speed.

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 casing 13 is provided so as to prevent the steam 2 from leaking outside while covering the periphery of the nozzle 1, the rotating shaft 4 and the rotor unit 11. The gap 14 between the rotor unit 11 and the casing 13 is managed at such an interval that the steam 2 does not flow due to a short circuit. In the casing 13, bearings 15 for supporting the rotation of the rotating shaft 4 are provided at both ends of the rotating shaft 4. The bearing 15 uses a seal bearing or a non-contact fluid bearing. The components stored in the casing 13 constitute a steam turbine 16. The material of the casing 13 is composed of a heat-resistant and corrosion-resistant material like the rotor 3, and the material is composed of a metal material such as stainless steel, titanium, alumina, or ceramic, for example. Further, an annular discharge passage 18 through which the steam 2 discharged from the discharge port 9 of the rotor 3 and the discharge port 12 of the fixing rotor 10 flows is provided on the side of the casing 13 where the rotor unit 11 converges on the rotating shaft 4. . A discharge pipe 19 is provided in a part of the discharge passage 18 to take out the steam 2 after rotating the steam turbine 16 and send it again to the means for heating the steam 2.

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 generator 17 that generates electric power by receiving the rotation of the rotating shaft 4 is provided outside the bearing 15 for the rotating shaft 4 of the steam turbine 16. For example, an outer rotor type three-phase AC generator is used as the generator, and this AC output is subjected to current control by an inverter (not shown) after full-wave rectification so as to obtain a stable current. Yes.

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, reference numeral 20 denotes a heat collector that receives and recovers solar heat. In order to transmit the heat of the heat collector 20 to the heat storage tank 21, A circuit 23 (closed circuit) provided with a circulation pump 22 is provided.
The heat collector 20 is constituted by a tubular heat collector, a vacuum glass tube heat collector, a heat pipe heat collector, or the like. The heat medium 24 circulating in the circuit 23 is made of a liquid such as Freon or water. (The heat medium 24 may use CO2 or liquid air in a supercritical state.) The heat medium 24 is heated by the heat collector 20 to be vaporized and sent to the heat storage tank 21, where it is condensed by exchanging heat. It becomes liquid. The heat medium 24 is sent again to the heat collector 20 by the circulation pump 22. By repeating this operation, heat is stored in the heat storage tank 21. The heat storage tank 21 uses a latent heat type using a phase change of a molten salt having a high melting point, a sensible heat type using a molten salt, oil, or the like, or a steam accumulator that stores steam in the form of pressure water or the like. I try to store high temperature heat. 25 is a supply pump for supplying the steam 2 of the heat medium 26 formed by using the heat of the heat storage tank 21 to the nozzle 1 of the steam turbine 16. The heat medium 26 discharged from the steam turbine 16 is returned to the heat storage tank 21 again. It is provided in the middle of the sending circuit 27 (closed circuit). The heat medium 26 circulating in the circuit 27 is composed of a liquid such as chlorofluorocarbon or water and its vapor. (The heat medium 26 may use CO2 or liquid air in a supercritical state.) A hot water storage tank 28 is provided in the middle of the steam turbine 16 and the supply pump 25 in the circuit 27 to give kinetic energy to the steam turbine 16. Hot water is stored in the hot water storage tank 28 using the heat of the high-temperature steam 2 after that. The heat medium 26 condenses into a liquid when transferring heat to the hot water storage tank 28, and is sent again to the heat storage tank 21 to be heated to form the vapor 2. By repeating this operation, hot water is stored in the hot water storage tank 28 while power is generated by the generator 17 provided in the steam turbine 16. Hot water stored in the hot water storage tank 28 is supplied by the water supply pump 29 for hot water supply or heating.

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 steam 2 to be supplied to the nozzle 1 of the steam turbine 16, the circulation pump 22 is operated, the heat medium 24 is circulated in the circuit 23, and is heated by the heat collector 20 that receives the heat of the sun. Then, high-temperature steam (or a liquid or a mixture of steam and liquid) is formed and sent to the heat storage tank 21. The heat storage tank 21 receives this steam and accumulates an amount of heat of about 200 ° C. The vapor of the heat medium 24 is condensed into a liquid in the heat storage tank 21 and is sent again to the heat collector 20 by the circulation pump 22 to be heated. This operation is repeated while solar heat can be supplied, so that the necessary amount of heat is maintained in the heat storage tank 21.

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 heat storage tank 21, the heat medium 26 is circulated by the supply pump 25 provided in the circuit 27 to form the steam 2 of the heat medium 26 at about 200 ° C. in the heat storage tank 21. It ejects from the nozzle 1. The steam 2 ejected from the nozzle 1 has sonic kinetic energy and impinges on the inside of the gap 7 formed between the rotors 3 while colliding with the impulse surface 6 formed on the peripheral wall 5 of the rotor 3 of the steam turbine 16. Rotating along the surface 6, it is discharged from a discharge port 9 provided around the rotating shaft 4. At this time, the rotor unit 11 is rotated by the viscosity force or adhesion force of the steam 2 and is transmitted as torque of the rotating shaft 4. The generator 17 is rotated using the torque of the rotating shaft 4 to generate power. The steam 2 of the heat medium 26 discharged from the steam turbine 16 is sent to the hot water storage tank 28 to exchange heat with water, and the heat is stored in the hot water storage tank 28 as hot water. The steam 2 condenses in the hot water storage tank 28, becomes a liquid, is sent to the heat storage tank 21 by the supply pump 25, and is heated again to form the steam 2.
By repeating this operation, hot water is stored in the hot water storage tank 28 while generating electricity with the steam turbine 16, and when the hot water supply or heating is necessary, the water supply pump 29 is operated to use the hot water so as to constitute a cogeneration system. I have to.

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 nozzle 1 that ejects the steam 2 of the heat medium 26, the rotor 3 that is rotated by the steam 2 that is ejected from the nozzle 1, and the peripheral wall 5 of the rotor are the rotating shaft 4. Since the impulse surface 6 is provided so as to be inclined, the vapor 2 ejected from the nozzle 1 moves along the impulse surface 6 and stays on the impulse surface 6 having a large surface area for a long time, making use of viscous force and adhesive force. Thus, the torque applied to the rotating shaft 4 is increased by rotating the rotor 3, the efficiency of the steam turbine 16 is improved, the diameter of the rotor 3 is prevented from increasing, and the steam turbine 16 can be made compact.

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 steam 2 ejected from the nozzle 1 stays on the impulse surface 6 for a long time, increases the viscous force and the adhesion force, and increases the torque applied to the rotating shaft 4, so that the power generation amount of the generator 17 can be increased. .

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 independent circuit 23 for collecting heat can be configured so that solar heat obtained by the heat collector 20 can be stored and maintained in the heat storage tank 21 at all times regardless of the operation of the steam turbine 16, so that power generation is necessary. The steam 2 required by the steam turbine 16 can be taken out at any time.

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 water storage tank 28 is provided in the middle of the circuit 27, it is possible to store the heat of the heat storage tank 21 as hot water in the hot water storage tank 28 regardless of power generation, so that hot water necessary for hot water supply or heating can be taken out at any time. .

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 rotors 3 to be overlapped, and since there is no addition of a complicated shape, an increase in cost can be suppressed.

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 steam 2 ejected from the nozzle 1 stays on the impulse surface 6 for a long time and increases the viscosity force and the adhesion force to increase the torque applied to the rotating shaft 4, the steam operating at a low temperature (about 200 ° C.). The turbine 16 can be realized.

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 steam 2 is formed using solar heat, and is ejected from the nozzle 1 to rotate the rotor unit 11 to generate electric power, it can be an effective means for reducing CO2.

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 rotor 3 is formed in a conical cylinder when the peripheral wall 5 is inclined with respect to the rotation shaft 4. The rotor 3 is formed with high accuracy by pressing.

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 steam 2 ejected from the nozzle 1 has sonic kinetic energy, and collides with the conical impulse surface 6 formed on the peripheral wall 5 of the rotor 3 of the steam turbine 16, while forming a uniform gap formed between the rotors 3. 7 is rotated along the impulse surface 6 and discharged from a discharge port 9 provided around the rotary shaft 4. At this time, the turbulent flow line of the steam 2 is less disturbed by the conical impulse surface 6, and gradually converges while rotating, improving the viscosity force and adhesion force of the steam 2 and transmitting it as the torque of the rotating shaft 4. I have to.

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 rotors 3 molded in the same shape can be easily stacked on the same axis of the rotating shaft 4, and the assembly accuracy of the rotor unit 11 can be achieved by forming a uniform gap 7. Can be improved.

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 conical impulse surface 6, the disturbance of the flow of the steam 2 can be reduced, the torque of the rotating shaft 4 can be increased, and the efficiency of the steam turbine 16 can be improved.

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 rotor 3 forms a passage so that when a plurality of the rotors 3 are overlapped, the steam 2 moves along the inclined peripheral wall 5 and is discharged from the discharge port 9 to the converging side of the peripheral wall 5. Yes.

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 steam 2 ejected from the nozzle 1 has sonic kinetic energy and impinges on the inside of the gap 7 formed between the rotors 3 while colliding with the impulse surface 6 formed on the peripheral wall 5 of the rotor 3 of the steam turbine 16. Rotating along the surface 6, it is discharged from a discharge port 9 provided around the rotating shaft 4. At this time, the steam 2 flows in a direction gradually converging toward the rotating shaft 4 along the inclined peripheral wall 5, thereby suppressing the disturbance of the flow of the steam 2 and improving the viscous force and the adhesive force, and rotating. The torque of the shaft 4 is increased.

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 steam 2 that has moved along the peripheral wall 5 of the rotor 3 is discharged from the discharge port 9 provided in the vicinity of the rotation shaft 4, it converges toward the rotation shaft 4. Since the turbulence of the flow of the steam 2 is suppressed and jetted out of the rotor 3, the kinetic energy of the steam 2 can be efficiently transmitted to the rotating shaft 4, the torque of the steam turbine 16 can be increased, and the efficiency of the steam turbine 16 can be increased. Can be improved.

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 nozzle 1 is disposed so that the vapor 2 collides with the end of the rotating rotor 3 from the tangential direction. The nozzle 1 has a single hole (can be round or slit) to eject the steam 2 toward the entire outer periphery of the rotor 3 or a plurality of nozzles 1 to eject the steam 2 into each of the gaps 5 between the rotors 3. Is provided.

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 combustion apparatus 5 comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below. The steam 2 ejected from the nozzle 1 has sonic kinetic energy, and is urged from the tangential direction of the outer periphery of the rotor 3 substantially perpendicular to the rotating shaft 4 with respect to the impulse surface 6 formed on the peripheral wall 5 of the rotor 3 of the steam turbine 16. It collides with the surface 6. The steam 2 rotates inside the gap 7 formed between the rotors 3 along the impulse surface 6 and is discharged from a discharge port 9 provided around the rotation shaft 4.

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 steam 2 collides with the inclined impulse surface 6 at the outer peripheral end of the rotor 3, the impulse is improved and the kinetic energy of the steam 2 is efficiently transmitted to the rotating shaft 4. The torque of the steam turbine 16 can be increased, and the efficiency of the steam turbine 16 can be improved.

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 rotor 10 that is thicker than each rotor at the end of the rotor 3 in which a plurality of rotors 3 are overlapped. The rotor unit 11 is fixed by tightening the rotor 3 and the spacer 8 when the fixing rotor 10 and the rotating shaft 4 are fixed to constitute the rotor unit 11.

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 rotors 3 and the spacers 8 constituting the gaps 7 are overlapped, the position where the plurality of discharge ports 9 provided in each rotor 3 communicate with the guide position of the steam 2 by the spacers 8 is matched, and the fixed rotor 10 is fixed. It arrange | positions at both ends, and it is trying to tighten the rotating shaft 4 by screwing.

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 rotating shaft 4 can be obtained.

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 rotor 3 and the spacer 8 during rotation, a plurality of pins can be inserted into the middle portion of the peripheral wall 5 to fix the plurality of rotors 3 and the spacer 8 together.

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 rotor 3 or the spacer 8 during rotation, a protrusion or groove is formed on the rotating shaft 4, and the protrusion or groove is formed and tightened on the insertion portion of the rotating shaft 4 of the rotor 3 or spacer 8. Is also possible.

(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 rotor 3 is provided with a protrusion 30 for obtaining an impulse on both or one of the inner peripheral wall and the outer peripheral wall. The end of the protrusion 30 is configured to contact the adjacent rotor 3 so that the steam 2 does not escape from the middle of the protrusion 30 and the flow of the steam 2 is not disturbed. The protrusions 30 are configured such that the protrusions 30 are attached to the peripheral wall 5 or spacers (8 in FIG. 1) are formed in the shape of the protrusions 30 and sandwiched between the rotors 3.

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 steam 2 ejected from the nozzle 1 has sonic kinetic energy, and collides with a conical impulse surface 6 formed on the peripheral wall 5 of the rotor 3 of the steam turbine 16, while forming a uniform gap formed between the rotors 3. 7 is rotated along the impulse surface 6 and discharged from a discharge port 9 provided around the rotary shaft 4. At this time, when the steam 2 moves along the spiral projections 30 provided on the peripheral wall 5, it obtains impulses by the projections 30 together with the impulse surfaces 6 and transmits them to the rotating shaft 4 as rotational torque. Yes.

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 steam 2 moving along the peripheral wall 5 of the rotor 3 collides with the protrusion 30 and further generates an impulse for rotating the rotor 3, so that the kinetic energy of the steam 2 is reduced. The torque of the steam turbine 16 can be efficiently transmitted to the rotating shaft 4 and the efficiency of the steam turbine 16 can be improved.

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 protrusion 30 is configured as one continuous scroll on the rotor peripheral wall 5 as shown in (a) and (b), or like a turbofan blade as shown in (c) and (d). It is also possible to provide the peripheral wall 5 so as to be divided.

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 protrusion 30 in the vicinity of the rotating shaft 4 is configured so that the steam 2 can easily escape from the discharge port 9, but the structure may also generate reaction force and increase the torque of the steam turbine 16. Is possible.

(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 nozzle 1 can supply a steam 2 formed by solar heat, so that a solar thermal Rankine system can be performed, and a cogeneration system of power generation and hot water supply / heating can be realized.

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 combustion apparatus 5 comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below. When the solar heat can be received, the circulation pump 22 is operated, the heat medium 24 is circulated in the circuit 23, heated by the heat collector 20 receiving the heat of the sun, and sent to the heat storage tank 21 as high-temperature steam to store the heat. The tank 21 receives this vapor and accumulates an amount of heat of about 200 ° C. The vapor of the heat medium 24 is condensed into a liquid in the heat storage tank 21 and is sent again to the heat collector 20 by the circulation pump 22 to be heated. When a predetermined amount of heat is accumulated in the heat storage tank 21, the supply medium 25 provided in the circuit 27 circulates the heat medium 26 to form the steam 2 of the heat medium 26 at about 200 ° C. in the heat storage tank 21. It ejects from the nozzle 1. The steam 2 ejected from the nozzle 1 has sonic kinetic energy and rotates inside the gap 7 formed between the rotors 3 while colliding with the impulse surface 6 of the rotor 3 of the steam turbine 16. Is discharged from a discharge port 9 provided around the. At this time, the rotor unit 11 is rotated by the viscosity force or adhesion force of the steam 2, and the generator 17 is rotated using the torque of the rotating shaft 4 to generate power. The steam 2 of the heat medium 26 discharged from the steam turbine 16 is sent to the hot water storage tank 28 to exchange heat with water, and the heat is stored in the hot water storage tank 28 as hot water. The steam 2 condenses in the hot water storage tank 28, becomes a liquid, is sent to the heat storage tank 21 by the supply pump 25, and is heated again to form the steam 2. Hot water is stored in the hot water storage tank 28 while generating electricity with the steam turbine 16, and the hot water pump 29 is operated to use hot water when hot water supply or heating is required.

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 steam turbine 16 can be mounted on the solar thermal Rankine system to realize a cogeneration system for power generation, hot water supply, and heating. And effective means for CO2 reduction can be obtained.

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 steam 2 of the heat medium 24 formed by the heat collector 20 is directly sent from the circulation pump 22 to the steam turbine 16 by a circuit 23 (closed circuit), and the steam turbine 16 is rotated to generate a generator. It is also possible to generate power according to FIG. A hot water storage tank 28 is provided in the middle of the steam turbine 16 and the circulation pump 22 in the circuit 23, and hot water is stored in the hot water storage tank 28 using the heat of the high temperature steam 2 after giving kinetic energy to the steam turbine 16. It is also possible. The heat medium 24 condenses into a liquid when transferring heat to the hot water storage tank 28, and is sent again to the heat collector 20 to be heated to form the vapor 2. By repeating this operation, hot water is stored in the hot water storage tank 28 while generating power by the generator 17 provided in the steam turbine 16. Hot water stored in the hot water storage tank 28 is supplied by the water supply pump 29 for hot water supply or heating.

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 steam 2 of the heat medium 24 formed by the heat collector 20 is directly sent from the circulation pump 22 to the steam turbine 16 by a circuit 23 (closed circuit), and the steam turbine 16 is rotated to generate a generator. It is also possible to perform only power generation by 17.

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.

本発明の蒸気タービンの構成図Configuration diagram of steam turbine of the present invention 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Configuration diagram of steam turbine and solar thermal Rankine system of the present invention 本発明の蒸気タービンのローターの構成図Configuration diagram of rotor of steam turbine of the present invention 本発明の実施の形態における他の蒸気タービンと太陽熱ランキンシステムの構成図Configuration diagram of another steam turbine and solar thermal Rankine system in an embodiment of the present invention 本発明の実施の形態における他の蒸気タービンと太陽熱ランキンシステムの構成図Configuration diagram of another steam turbine and solar thermal Rankine system in an embodiment of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

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 SYMBOLS 1 Nozzle 2 Steam 3 Rotor 4 Rotating shaft 5 Circumferential wall 6 Impulse surface 7 Gap 9 Discharge port 11 Rotor unit 13 Casing 16 Steam turbine 17 Generator

Claims (7)

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とを有する蒸気タービン。 A nozzle that ejects steam, a rotor that is rotated by the steam ejected from the nozzle, an impulse surface that is configured by inclining a peripheral wall of the rotor with respect to the rotation axis, and a plurality of the rotors are stacked between the rotors. A rotor unit fixed on the rotary shaft through a gap; a steam outlet provided around the rotary shaft of the rotor; and a nozzle and a rotor unit so that the steam passes through the gap and is discharged from the outlet. A steam turbine having a casing. ローターは、回転軸に対して円錐状の筒に構成した請求項1に記載の蒸気タービン。 The steam turbine according to claim 1, wherein the rotor is configured as a conical cylinder with respect to the rotation shaft. 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請求項1または2に記載の蒸気タービン。 3. The steam turbine according to claim 1, wherein the rotor is provided with a protrusion for obtaining impulse on either or either of the inner peripheral wall and the outer peripheral wall. 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請求項1〜3いずれか1項に記載の蒸気タービン。 4. The rotor according to any one of claims 1 to 3, wherein 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. The described steam turbine. 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請求項1〜4いずれか1項に記載の蒸気タービン。 The steam turbine according to any one of claims 1 to 4, wherein the nozzle is disposed so that the steam collides with an end portion of the rotating rotor from a tangential direction. 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請求項1〜5いずれか1項に記載の蒸気タービン。 The steam turbine according to any one of claims 1 to 5, wherein the rotor unit has a fixed rotor that is thicker than each rotor disposed at an end portion of the rotor in which a plurality of rotors are overlapped. 請求項1〜6いずれか1項に記載の蒸気タービンを用いたランキンシステム。
























A Rankine system using the steam turbine according to claim 1.
























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