JP2007211677A - 蒸気タービン及びこれを用いた太陽熱ランキンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気タービンのノズルからの噴出速度を有効に利用して衝動力と粘性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。
【解決手段】ブレード３に開口部となる穴６を構成したことにより、蒸気をブレード３に開口部となる穴６から他のブレード３に分散させて均一な蒸気量とできるので、ブレード３への粘性力と衝動力の発生に最適となり、蒸気タービン１７の効率向上し蒸気から駆動力に変換するタービン性能が向上し、蒸気タービン１７のコンパクト化や簡素化を可能とできる。
【選択図】図１

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。

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形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

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とし、ケーシングに複数のノズルを設けておのおのに噴出して衝動力を得る構成としているが、ノズルから噴出した蒸気を回転する多数のディスクに当てるため、各ディスクへ流入する蒸気速度が同じでないため、多数のディスク内を流れる蒸気量は均一とならないため、蒸気の粘性や衝動により変換されるトルクも角ディスクにより増減した。このため、蒸気により生じるタービン出力は最高の出力が得られないという課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ブレードに開口部となる穴を構成したことにより、多量に流入したブレードの蒸気は、この穴を通り他のフレードに流れ、各ブレード間で均一な蒸気量とできる。このため、多数のブレードに同じ蒸気量を流すことができるので、ブレードへの粘性と衝動力の発生に最適となる流量に設定することにより蒸気タービンの効率向上を図ることを目的とする。

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を案内する複数のブレードを重ね合わせて構成したブレードと、前記ノズルと前記ブレード及びこのブレードの回転軸を内包し蒸気の入口と出口を構成したケーシングとを有し、前記ブレードに開口部を構成するものである。

この蒸気タービンは、流入した蒸気をブレードに開口部となる穴から他のブレードに分散させて流し各ブレードで均一な蒸気量とできるので、ブレードへの粘性と衝動力の発生に最適となる流量に設定することにより蒸気タービンの効率を向上するものである。

本発明の蒸気タービンは、ブレードに開口部となる穴を構成したことにより、流入した蒸気をブレードに開口部となる穴から他のブレードに分散させて流し各ブレードで均一な蒸気量とできるので、ブレードへの粘性と衝動力の発生に最適となる流量に設定することにより蒸気タービンの効率向上し蒸気から駆動力に変換するタービン性能が向上し、蒸気タービンのコンパクト化や簡素化を図ることができる。

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を案内する複数のブレードを重ね合わせて構成したブレードと、前記ノズルと前記ブレード及びこの
ブレードの回転軸を内包し蒸気の入口と出口を構成したケーシングとを有し、前記ブレードに開口部となる穴を構成したことにより、流入した蒸気をブレードに開口部となる穴から他のブレードに分散させて流し各ブレードで均一な蒸気量とできるので、ブレードへの粘性と衝動力の発生に最適となる流量に設定することにより蒸気タービンの効率向上し蒸気から駆動力に変換するタービン性能が向上する。

すなわち、複数にしてもノズルから噴出する蒸気ガスは、ノズルの中心を軸とした速度分布を持っているため、複数の羽根と複数のブレードを重ね合わせて構成したブレードの各ブレードに入る蒸気速度は不均一となり蒸気量も異なる。この流量の多少の分布を持つ蒸気が各ブレードに働きかけて運動量を回転トルクに変換する。また、蒸気出口の方向は、構成的に、ブレードの片方に設けてある。そのため、蒸気ガスの流れる通路長さは、ブレードの蒸気出口側に従って短くなるため、流れ抵抗が少なくなり、蒸気出口側は反対側のブレードより多く蒸気が流れる。粘性と衝動を利用したタービンでは、設定した値より蒸気量が少なくなると、ブレード表面に境界層が厚くなるため粘性によるトルク変換は極端に低下し、また、設定した値より蒸気量が過大となると、ブレードの羽根を流れる時に流れ損失が大きくなるため衝動によるトルク変換は低下し、蒸気の持つエネルギーを有効にトルクに変換しないで蒸気出口から排出する。

そこで、ノズルから噴出して各ブレードに流入した蒸気を、ブレードに開口部となる穴から他のブレードに分散させて流し各ブレードで均一な蒸気量とできるので、ブレードへの粘性と衝動力の発生に最適となる流量に設定することにより蒸気タービンの効率向上し蒸気から駆動力に変換するタービン性能が向上する。そのため、向上した性能を利用して蒸気タービンのコンパクト化や簡素化を可能とできる。

第２の発明は、特に、第１の発明のブレードはディスク形板と羽根を介して重ね合わせて前記回転軸上に固定し、前記ブレード毎に開口部となる穴を複数ディスクに設けて構成したことにより、簡単な加工で精度が維持でき、また、ディスクと羽根の数を選定することにより、能力変更も容易となる。すなわち、平板を円形と穴加工によりディスクは、簡単に高精度加工が容易であり、ディスクの動バランスをとることができ高速で回転しても振動や振れを生じることがなく動作回転数を高くして全体を小さくできる。また、加工は、金型多面等により安価にできる。また、冷媒の種類に応じてディスクの板厚さにより間隔を調整することにより、粘性を最大に生かせる間隔となり、粘性により回転力を伝達できタービンの効率向上を図れ、そのため、タービン性能の高効率化と、同一形状に成型したブレード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ブレードユニットの組み立て精度を向上できる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の開口部となる穴は、羽根の外辺近傍のブレードに設けた構成としてある。このことにより、ブレード内の蒸気ガスは、より早く均一流量となりタービン効率が向上する。すなわち、作動させる蒸気ガスがブレードに外周から入った所の羽根の外辺近傍に開口部となる穴を設けた為、蒸気ガスは、ブレードに入るとすぐに開口部を通り多いガスは少ないガスに流れ均一となってから、ブレードに動作してトルクを取り出す衝動力と粘性力となる作用が増大できるので、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。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の開口部となる穴は、前記ブレード全体に多数設けた構成としてある。このことにより、ブレード内の蒸気ガスは、全ての場所で均一流量となりタービン効率がより向上する。すなわち、作動させる蒸気ガスがブレードに外周から入った所の羽根の外辺から、蒸気ガスが羽根から出る出口までの間のディスクの前面に開口部となる穴を設けた為、蒸気ガスは、ブレードに入る所から出る所ま
でのどこの場所でも開口部を通り多いガスは少ないガスに流れ均一となってから、ブレードに動作してトルクを取り出す衝動力と粘性力となる作用が増大できるので、蒸気の運動エネルギを回転軸により効率よく伝え、蒸気タービンのトルクを上昇し、蒸気タービンの効率をより向上することができる。また、蒸気のロスを防止してタービンの効率をより向上させたことにより、ブレードとケーシングをある程度の間隙設ける事を可能とし部品の簡略化と耐久信頼性を確保できるものである。

第５の発明は、特に、第１〜４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。

（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を示す断面図である。図１（ａ）は蒸気タービンの縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ｀横断面図である。また、図２は、本発明の第１の実施例における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１において、１は、蒸気入口２から入った蒸気を噴出するノズルで、このノズル１から噴出する蒸気の運動エネルギを受けて回転するブレード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。蒸気は、高温のフロンや水の蒸気、または高温のＣＯ2や空気等のガス体のこともある。ブレード３の側面にはノズル１から噴出する蒸気を案内する複数の羽根５(本実施例では４個)を構成し衝動面としてあり、羽根５の蒸気入口部分に開口部となる穴６を構成してある。ブレード３は、ディスク形の板を複数個重ね合わせた構成とし、回転軸４を貫通する形で複数個重ね合わせた時に、羽根５によって同一の幅になるように形成した間隙７をおのおの構成している。羽根５は、板状のディスクの一部を成型加工するか、あるいは別部品を接着、溶接し、ブレード３の開口部となる穴６は、ディスク形の板毎に設けてあり、ブレード３間で連通した空間としている。本実施例では各羽根5の通路に１個であるが、複数個設けても良い。

そして、ブレード３の両端は端版A８と端版B９により保持し、回転軸４にはブレード３の回転時の接触を防止するスペーサA１０、スペーサB１１を設けてある。ブレード３、回転軸４、スペーサA１０スペーサB１１は、耐熱性、耐腐食性の材料で構成され、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樹脂で構成している。ブレード３を構成するディスクの厚みは、重量の軽減のため、薄く（例えば、１ｍｍ以下）構成している。また、羽根５で構成する間隙７は、羽根５に沿って移動する蒸気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。ブレード３の回転軸４の周囲に複数個の蒸気の排出口１２を設けている。ブレード３、回転軸４、蒸気入口２、と蒸気出口１３はケーシング１４により内包してある。スペーサA１０、B１１の両端に設けた各ブレード３よりも厚みのある端版A８、端版B９は、ブレード３と回転軸４を固定するときにブレード３を締め付けて剛性を高めて、ブレード３のたわみを防止するようにしている。また、各ブレード３に設けた複数個の排出口１１が同軸上に連通するように設けている。
蒸気は、蒸気入口２からノズル１を通り、ブレード３の外周から羽根５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１２からブレード３の外部に抜け、蒸気出口１３から外部に出るようにしている。

ノズル１は、蒸気入口２に構成し、ブレード３の羽根５の外周部分に対して接線方向から衝突するように設けている。ノズル１からは、蒸気を高速で羽根５内に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、蒸気の流速を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
おり、ケーシング１４に予め作成したノズル１をカシメ加工等で取り付けても良いし、また一体に成型してもよい。

ノズル１、ブレード３及び回転軸４を内包し蒸気入口２と蒸気出口１２を構成したケーシング１４は、回転軸４の回転を支えるための軸受けA１５と軸受けB１６が回転軸４の両端に設けられている。軸受けA１５、軸受けB１６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１４に収納した部品類で、蒸気タービン１７を構成している。ケーシング１４の材質は、ブレード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１４は、ブレード３が回転軸４に集束する側にブレード３の排出口１２と端版B９の排出口１２から排出される蒸気を流す環状の排出溝１１８を設け、この排出溝１８一部に蒸気出口１３を設けて蒸気タービン１７を回転させた後の蒸気を取り出し、再度蒸気を加熱する手段に送るようにしている。

蒸気タービン１７の回転軸４用軸受けA１５の外側に回転軸４の回転を受けて発電する発電機１９を設けてある。発電機１９は、例えばアウターローター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。

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。この動作を繰り返すことで、蓄熱槽２１に熱を貯める。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。２５は、蓄熱槽２１の熱を利用して形成した熱媒体２６の蒸気を蒸気タービン１７のノズル１に供給する供給ポンプで、蒸気タービン１７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１７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１７に運動エネルギを与えた後の高温の蒸気の熱を利用して、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、蓄熱槽２１に送られて再度加熱され蒸気を形成する。この動作を繰り返すことにより、蒸気タービン１７に設けた発電機１９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。

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、作用を説明する。

まず、蒸気タービン１７のノズル１に供給する蒸気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二相状態等）を形成して蓄熱槽２１に送る。蓄熱槽２１では、この蒸気の熱を受けて２００℃程度の熱量を蓄積する。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。この動作を太陽が当っている太陽熱の供給が可能な間、繰り返し
必要な熱量を蓄熱槽２１に維持する。
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の蒸気を形成し、蒸気タービン１７のノズル１から噴出する。ノズル１から噴出する蒸気は、音速の運動エネルギを持ち、蒸気タービン１７のブレード３の羽根５に構成する衝動面に衝突しながら、各ブレード３間に構成される間隙７の内部を衝動面に沿いながら旋廻し、回転軸４の周囲に設けた排出口１２から排出される。この時、蒸気の粘性力や付着力により、ブレード３が回転し、回転軸４に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１８を回転させて、発電を行うようにしている。蒸気タービン１７から排出した熱媒体２６の蒸気は、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る。蒸気は、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１７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。

以上のように、本実施の形態においては、蒸気を噴出するノズル１と、このノズル１から噴出する蒸気を案内する複数のブレード３を重ね合わせて構成したブレードと、ノズル１とブレード３及びこのブレード３の回転軸４を内包し蒸気の入口２と出口１３を構成したケーシング１４と、ブレード３に開口部となる穴６を構成したことにより、流入した蒸気をブレード３に開口部となる穴６から他のブレード３に分散させて流し各ブレード３で均一な蒸気量とできる。このため、ブレード３への粘性と衝動力の発生に最適となる流量に設定することにより蒸気タービンの効率向上し蒸気から駆動力に変換するタービン性能が向上する。

すなわち、複数にしたとしてもノズル３から噴出する蒸気ガスは、ノズル３の中心を軸とした速度分布を持っているため、複数の羽根５と複数のブレード３を重ね合わせて構成したブレード３の各ブレード３に入る蒸気速度は不均一となり蒸気量も異なる。この流量の多少の分布を持つ蒸気が各ブレード３に働きかけて運動量を回転トルクに変換する。また、蒸気出口１３の方向は、構成的に、ブレード３の片方に設けてある。そのため、蒸気ガスの流れる通路長さは、ブレード３の蒸気出口３側に従って短くなるため、流れ抵抗が少なくなり、蒸気出口３側は反対側のブレード３より多く蒸気が流れる。粘性と衝動を利用したタービンでは、設定した値より蒸気量が少なくなると、ブレード３表面では境界層が厚くなるため粘性によるトルク変換は極端に低下し、また、設定した値より蒸気量が過大となると、ブレード３の羽根５を流れる時に流れ損失が大きくなるため衝動によるトルク変換は低下し、蒸気の持つエネルギーを有効にトルクに変換しないで蒸気出口１３から排出する。

そこで、ノズル１から噴出して各ブレード３に流入した蒸気を、ブレード３に開口部となる穴６から他のブレード３に分散させて流し、各ブレード３においては均一な蒸気量とできるので、ブレード３への粘性と衝動力の発生に最適となる流量に設定することにより蒸気タービンの効率向上し蒸気から駆動力に変換するタービン性能が向上する。そのため、向上した性能を利用して蒸気タービンのコンパクト化や簡素化を可能とできる。

また、ブレード３はディスク形板と羽根５を介して重ね合わせて回転軸４上に固定し、ブレード３毎に開口部となる穴６を複数のディスク３に設けて構成したことにより、簡単な加工で精度が維持でき、また、ディスクと羽根５の数を選定することにより、能力変更も容易となる。すなわち、平板を円形と穴加工によりディスクは、簡単に高精度加工が容易であり、ディスクの動バランスをとることができ高速で回転しても振動や振れを生じることがなく動作回転数を高くして全体を小さくできる。また、加工は、金型多面等により
安価にできる。また、冷媒の種類に応じてディスクの板厚さにより間隔を調整することにより、粘性を最大に生かせる間隔となり、粘性により回転力を伝達できタービンの効率向上を図れ、そのため、タービン性能の高効率化と、同一形状に成型したブレード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ブレードユニットの組み立て精度を向上できる。また蒸気タービン１７のコンパクト化や簡素化を可能とできる。そして、最大発電量を増加するときは、複数個重ね合わせるブレード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。また、ノズル１から噴出する蒸気を羽根の衝動面に長時間滞留させ、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１７を実現でき、同一形状に成型したブレードを容易に複数個重ね合わせることができるため、均一な間隙７の形成によりブレードユニットの組み立て精度を向上できる。また、開口部となる穴６は、羽根５の外辺近傍のブレード３に設けた構成としてある。このことにより、ブレード内の蒸気ガスは、より早く均一流量となりタービン効率が向上する。すなわち、作動させる蒸気ガスがブレード３に外周から入った所の羽根５の外辺近傍に開口部となる穴６を設けた為、蒸気ガスは、ブレード３に入るとすぐに開口部となる穴６を通り多いガスは少ないガスに流れが均一となってから、ブレード３に動作してトルクを取り出す衝動力と粘性力となる作用が増大できるので、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させ、発電機１７の発電量を増加することができる。

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１７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１７で必要な蒸気２を随時取り出すことができる。

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。

また、太陽熱を利用して蒸気を形成し、ノズル１より噴出して蒸気タービン１７の発電機１８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。

（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構成の断面図である。実施例１と異なるところは、開口部となる穴６は、ブレード３全体に多数設けた構成としてある。このことにより、ブレード内の蒸気ガスは、全ての場所で均一流量となりタービン効率がより向上する。すなわち、作動させる蒸気ガスが蒸気入口２のノズル１から高速でブレード３の外周から入った所の羽根５の外辺から、蒸気ガスが羽根５から出る蒸気出口１２までの間のディスクの前面に開口部となる穴６を設けてある。このため、蒸気ガスは、ブレード３に入る所から出る所までのどこの場所でも開口部となる穴６を通り多いガスのブレード３から少ないガスのブレード３に蒸気は流れ、均一の流量となった蒸気として、ブレード３に動作してトルクを取り出す衝動力と粘性力となる作用が増大できるので、蒸気の運動エネルギを回転軸により効率よく伝え、蒸気タービン１７のトルクを上昇し、蒸気タービン効率をより向上することができる。また、蒸気のロスを防止してタービンの効率をより向上させたことにより、ブレード３とケーシング１４をある程度の間隙設ける事を可能とし部品の簡略化と耐久信頼性を確保できるものである。

（実施の形態３）
図４は、本発明の第３の実施の形態における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４において、ノズル１は、太陽熱により形成する蒸気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。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の蒸気を形成し、蒸気タービン１７のノズル１から噴出する。ノズル１から噴出する蒸気は、音速の運動エネルギを持ち、蒸気タービン１７のブレード３の衝動面に衝突しながら、各ブレード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１２から排出される。この時、蒸気の粘性力や付着力により、ブレード３が回転し、回転軸４のトルクを利用し発電機１８を回転させて、発電を行う。蒸気タービン１７から排出した熱媒体２６の蒸気は、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、再度加熱され蒸気を形成するようにしている。蒸気タービン１７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。

以上のように、本実施の形態においては、蒸気タービン１７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。

なお、図４のように、集熱器２０で形成した熱媒体２４の蒸気を循環ポンプ２２より、回路２３（閉回路）で直接蒸気タービン１７に送り、蒸気タービン１７を回転させて発電機１８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１７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１７に運動エネルギを与えた後の高温蒸気の熱を利用して、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を形成する。この動作を繰り返すことで、蒸気タービン１７に設けた発電機１８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。

なお、図５のように、集熱器２０で形成した熱媒体２４の蒸気を循環ポンプ２２より、回路２３（閉回路）で直接蒸気タービン１７に送り、蒸気タービン１６を回転させて発電機１８により発電だけを行うことも可能である。

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適用することができる。

本発明の実施の形態１における蒸気タービンの構成の断面図 本発明の実施の形態１、４における蒸気タービンと太陽熱ランキンシステムの構成図 本発明の実施の形態２における蒸気タービンの構成の断面図 本発明の実施の形態３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 本発明の実施の形態３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

符号の説明

１ ノズル
２ 蒸気入口
３ ブレード
４ 回転軸
５ 羽根
１３ 蒸気出口
１４ ケーシング
１８ 発電機

Claims (5)

1. 蒸気を噴出するノズルと、このノズルから噴出する蒸気を案内する複数のブレードを重ね合わせて構成したブレードと、前記ノズルと前記ブレード及びこのブレードの回転軸を内包し蒸気の入口と出口を構成したケーシングとを有し、前記ブレードに開口部を構成した蒸気タービン。
2. ブレードはディスク形板と羽根を介して重ね合わせて回転軸上に固定し、前記ブレード毎に開口部となる穴を複数ディスクに設けて構成した請求項１に記載の蒸気タービン。
3. 開口部となる穴は、羽根の外辺近傍の前記ブレードに設けて構成とした請求項１または２に記載の蒸気タービン。
4. 開口部となる穴は、ブレード全体に多数設けた請求項１または２に記載の蒸気タービン。
5. 請求項１〜４いずれか１項に記載の蒸気タービンを用いて発電と給湯・暖房のコージェネレーションのシステムを行うようにした太陽熱ランキンシステム。