JP2012520970A - 反作用式タービン - Google Patents

Abstract

本発明は、反作用式タービンに関するものである。本発明の反作用式タービンは、スチームを噴射回転部から噴射する時に発生する反発力を用いて、噴射回転部とタービン軸とを回転させて推進力を発生できるように構成されることによって、スチームに凝縮水が混じてもスチームタービンの安定性を保持し、製造コストを大きく節減することができる。また、スチームの流動抵抗を顕著に減らすか、圧力漏れを防止し、エネルギー損失を減らして、安いながらも高効率のタービンが得られる。

Description

発明の詳細な説明

［技術分野］
本発明は、スチームやガスまたは圧縮空気を利用する反作用式タービンに関する。

［背景技術］
一般的に、スチームタービンは、蒸気が有した熱エネルギーを機械的な仕事に変換させる原動機方式の一つである。前記スチームタービンは、振動が少なく、能率が良く、高速・大きい馬力が得られるために、火力発電、船舶の主機関として広く使われている。

前記スチームタービンは、ボイラーで発生させた高温高圧の蒸気をノズルまたは固定された羽根から噴出、膨張させて高速の蒸気流を発生させ、この高速の蒸気流を回転するタービン羽根に誘導して、そのタービン羽根に衝突する時に発生する衝動作用または反動作用によって軸を回転させるようになされている。

したがって、前記スチームタービンは、蒸気が有する熱エネルギーを速度エネルギーに変える複数個のノズルと、前記複数個のノズルと平行に配されて速度エネルギーを機械的な仕事に変える複数個のタービン羽根と、を含んでいる。

前記のような従来のスチームタービンは、高圧蒸気がボイラーから蒸気室に流入されて膨張され、前記蒸気室の各ノズルとタービン羽根とを通過しながら、そのタービン羽根と結合されるタービン軸を回転させた後、排気室に移動する。前記排気室に移動した蒸気は、復水器に流入されて冷却されてから再び給水ポンプによってボイラーに戻されるか、または大気中に排出されるものであった。

［発明の概要］
［発明が解決しようとする課題］
前記のような従来のスチームタービンは、その特性上、高速の蒸気流が高速で回転するタービン羽根に衝突するように回転力を発生するので、スチームに凝縮水が混じる場合、前記タービン羽根が損傷されうる。したがって、前記タービン羽根に流入されるスチームに凝縮水が生じないように管理しなければならないことはもとより、前記タービン羽根を高価の材質で製作しなければならず、組立工程が複雑になって、製造コストが上昇する問題点があった。

また、前記タービン軸を回転させる力は、前記タービン羽根に入射されるスチームの運動量に比例し、このスチームの運動量は、前記タービン羽根の個数及び表面積、スチームの入射角度など多様な要素によって決定される。しかし、前記タービン羽根に衝突したスチームは、速度と方向いずれもが変わるので、それをいずれも考慮して、前記羽根の形状、角度などを適切に設計するのが非常に難解であるので、高効率のタービンの製作に限界があった。

また、多数個のタービン羽根がハウジングで取り囲んで回転するので、そのタービン羽根の端部と前記ハウジングの内周面との間には、前記タービン羽根の熱膨張などを考慮した余裕間隙を置かなければならない。しかし、前記余裕間隔にスチームが漏れて圧力損失が増加し、これにより、タービンの熱効率が低下する問題点もあった。

本発明は、前記のような従来のスチームタービンが有する問題点を解決したものであって、スチームの中に凝縮水が発生しても、その凝縮水との衝突による部品の損傷を未然に防止し、これを通じてスチームの管理を容易にできるだけではなく、安価の材料を使うことができ、組立工程を簡素化することができて、製造コストを低減することができる反作用式スチームタービンを提供するところに本発明の目的がある。

また、スチームによる運動量の決定要素を簡素化して、高効率のタービンを容易に製作することができる反作用式スチームタービンを提供するところにも本発明の目的がある。

また、スチームの圧力損失を減らして、タービンの熱効率を高めうる反作用式スチームタービンを提供するところにも本発明の目的がある。

［課題を解決するための手段］
本発明の目的を果たすために、少なくとも１個以上の噴射室が備えられるハウジングと、前記ハウジングに設けられてスチームを円周方向に噴射しながら、そのスチームの噴射に対する反作用として回転を行う少なくとも１個以上の噴射回転部と、前記ハウジングに対して回転自在に結合されるか、または前記ハウジングと共に回転するように結合されて、前記噴射回転部と共に回転しながら、その回転力を他の装置に伝達するタービン軸と、を含んだ反作用式スチームタービンが提供される。

［発明の効果］
本発明の反作用式スチームタービンは、前記スチームを噴射回転部から噴射する時に発生する反発力を用いて、前記噴射回転部とタービン軸とを回転させて推進力を発生できるように構成されることによって、スチームに凝縮水が混じても、スチームタービンの安定性を保持し、製造コストを大きく節減することができる。また、スチームの流動抵抗を顕著に減らすか、圧力漏れを防止し、エネルギー損失を減らして、安いながらも高効率のタービンが得られる。

［図面の簡単な説明］
［図１］本発明の反作用式スチームタービンの一実施例を破断して示した斜視図である。

［図２］図１によるスチームタービンの一実施例を示した縦断面図である。

［図３］図１によるスチームタービンで噴射流路に対する他の実施例を示した斜視図である。

［図４］図１によるスチームタービンの他の実施例を示した縦断面図である。

［図５及び図６］図１によるスチームタービンのハウジングに設けられたスチーム案内部を示した斜視図である。

［図７及び図８］図１によるスチームタービンの噴射流路を破断して示した斜視図である。

［図９ないし図１１］図７及び図８による噴射流路の形状に対する実施例を示した縦断面図である。

［図１２及び図１３］図１０及び図１１による噴射管の形状に対する実施例を示した斜視図である。

［図１４ないし図１８］本発明の反作用式スチームタービンに対する他の実施例を示した縦断面図及び斜視図である。

［発明を実施するための形態］
以下、本発明による反作用式スチームタービンを添付図面に示された実施例に基づいて詳細に説明する。

［第１実施例］
図１及び図２に示されたように、本発明による反作用式スチームタービンは、少なくとも１個以上の噴射室１１２が備えられるハウジング１１０と、前記ハウジング１１０の噴射室１１２で内側から外側に所定間隔をおいて重なるように配されて、スチームの噴射に対する反作用として回転する少なくとも１個以上の噴射回転部（便宜上、内側から外側に、第１、第２、第３噴射回転部に区分する）１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃと、前記各噴射回転部１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃと共に回転しながら、その回転力を外部の装置（図示せず）に伝達する１個のタービン軸１３０とを含む。

前記ハウジング１１０は、円筒状に形成されてボイラー（図示せず）を通じてスチームが供給される流入部１１１と、前記流入部１１１から延びて円筒状に拡張形成される噴射室１１２と、前記噴射室１１２に連通されるように延びてほぼ截頭円錐状に形成される案内部１１３と、前記案内部１１３に連通されるように延びて円筒状に形成される排出部１１４とからなる。

前記流入部１１１は、排出部１１４と同一中心線上に形成され、その外周面には、前記スチームタービンが回転できるように第１ベアリング１４１で支持される。前記流入部１１１は、前記噴射室１１２の一側面に貫設されることもできる。この場合、前記流入部１１１を貫通して密封結合されるように、前記第１噴射回転部１２０Ａから延びる延長部（図示せず）が、前記第１ベアリング１４１で支持されることもできる。

前記噴射室１１２の内周面は、平滑管状に形成されることもでき、前記第３噴射回転部１２０Ｃから噴射されるスチームの移動を案内するように、前記噴射回転部１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃの回転方向に対して順方向にスチーム案内部が形成されることもできる。前記スチーム案内部は、図５でのように、円周方向に沿って一定間隔をおいてグルーブ１１２ａで形成されてなされるか、または図６でのように、円周方向に沿って一定間隔をおいてブレード１１２ｂが装着されてなされうる。

前記案内部１１３は、前記噴射室１１２を通過したスチームが前記排出部１１４に円滑に案内されるように、前記噴射室１１２から排出部１１４側に直径が小さくなるように、その内周面が傾くように形成される。前記案内部１１３は、垂直に形成されて前記排出部１１４と合う部位がラウンドになるか、傾くように形成されることもできる。

前記排出部１１４は、図２でのように、円筒状に形成されることもでき、場合によっては、前記案内部１１３の先端に貫設されることもできる。

前記噴射回転部１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃは、それぞれ軸方向の両端が密閉される中空の円筒状に形成されて放射状に拡張されるように配されるチャンバ（便宜上、内側から外側に、第１、第２、第３チャンバに区分する）１２１、１２２、１２３と、前記チャンバ１２１、１２２、１２３の外周面に円周方向に沿って形成されて、そのチャンバ１２１、１２２、１２３の内部空間Ｓｌ、Ｓ２、Ｓ３で外部チャンバ１２２、１２３の内部空間Ｓ２、Ｓ３と前記ハウジング１１０の噴射室１１２とにスチームが連続して円周方向に噴射されるように、円周方向に向けて形成される複数個ずつの噴射流路（便宜上、内側から外側に、第１、第２、第３噴射流路に区分する）１２４、１２５、１２６とからなる。

前記チャンバ１２１、１２２、１２３は、図２でのように、その内部空間Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の体積が同様に形成され、その内周面は平滑管状に形成される。そして、前記チャンバ１２１、１２２、１２３の一側面は、前記ハウジング１１０の一側内壁面に密封結合される一方、その他側面は、前記タービン軸１３０が貫通されて蜜封されるように溶接結合されうる。そして、図４でのように、前記チャンバの一側面の間、すなわち、前記第１チャンバ１２１と第２チャンバ１２２との一側面の間、または前記第２チャンバ１２２と第３チャンバ１２３との一側面の間には、その内側チャンバから外側チャンバに噴射されるスチームが、前記チャンバ１２１、１２２、１２３の一側面側に流れて残留されることを防止して、スチームを内側チャンバから外側チャンバで円滑に案内させる流動遮断板１２７ａ、１２７ｂが形成される。前記流動遮断板１２７ａ、１２７ｂは、スチームが内側チャンバから噴射されて外側チャンバの噴射流路１２５、１２６に円滑に案内されるように、前記内側チャンバの外側面から外側チャンバの内周面に拡張形成される。

前記チャンバ１２１、１２２、１２３は、その内部空間Ｓｌ、Ｓ２、Ｓ３の体積が異なるように形成されることもできる。例えば、前記チャンバ１２１、１２２、１２３の内部空間Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、該当する前記噴射流路１２４、１２５、１２６の全体断面積と比例して、その大きさを増減することができる。

前記噴射流路１２４、１２５、１２６は、それぞれ図７でのように、軸方向に沿って一定間隔で円状に複数個ずつ形成されることもでき、図８でのように、軸方向に沿って１個またはそれ以上の長孔状に１個ずつ形成されることもできる。そして、前記噴射流路１２４、１２５、１２６は、図２及び図９ないし図１１でのように、円周方向に沿っても一定間隔をおいて形成される。ここで、前記各チャンバ１２１、１２２、１２３での噴射流路１２４、１２５、１２６は、その断面積が軸方向に沿って同様に形成されることもでき、場合によっては、軸方向に沿って異なるように形成されることもできる。

前記噴射流路１２４、１２５、１２６は、図２でのように、スチームの圧力が各チャンバ１２１、１２２、１２３を経りながら低くなるように、内側チャンバから外側チャンバにそれぞれの全体断面積を広く形成しうる。この場合、前記各チャンバ１２１、１２２、１２３の体積は、内側から外側まで同様に形成されることもでき、次第に広く形成されることもできる。前記各チャンバ１２１、１２２、１２３の体積は、前記噴射流路１２４、１２５、１２６の全体断面積を考慮して、内側から外側に行くほど次第に小さく形成されることもできる。

そして、前記各チャンバ１２１、１２２、１２３の全体噴射流路の断面積は、それぞれの噴射流路の断面積を異なるようにして調節することができるが、前記各チャンバ１２１、１２２、１２３の噴射流路の個数を互いに異なるようにして調節することもできる。例えば、図２でのように、内部側チャンバから外部側チャンバに行くほど前記噴射流路１２４、１２５、１２６の個数を次第に増加させて、前記各チャンバ１２１、１２２、１２３の全体噴射流路の断面積を拡大させることができる。

前記噴射流路１２４、１２５、１２６は、その形状も多様に形状化することができる。例えば、前記噴射流路１２４、１２５、１２６は、図１及び図２及び図７ないし図９でのように、前記各チャンバ１２１、１２２、１２３の外周壁面に円周方向に傾くように単純貫通して形成されることもでき、図３及び図１０及び図１１でのように、前記チャンバ１２１、１２２、１２３の外周壁面に放射状に噴射孔１２４ａ、１２５ａ、１２６ａが形成され、その噴射孔１２４ａ、１２５ａ、１２６ａの出口にそれぞれの噴射管１２４ｂ、１２５ｂ、１２６ｂが円周方向に折り曲げられるか、傾くように連通されるように結合されて形成されることもできる。ここで、前記噴射流路１２４、１２５、１２６は、前記噴射回転部の法線方向に対して回転方向に反って形成される。このために、図９では、前記噴射孔１２４ａ、１２５ａ、１２６ａが、回転方向に反るように形成されるものであり、図１０ないし図１３では、前記噴射孔１２４ａ、１２５ａ、１２６ａは放射状に形成されるが、前記噴射管１２４ｂ、１２５ｂ、１２６ｂの出口端が回転方向に折り曲げられるか、傾くように形成される。そして、前記噴射孔１２４ａ、１２５ａ、１２６ａと噴射管１２４ｂ、１２５ｂ、１２６ｂが、それぞれ１個ずつ形成されることもでき、図１２及び図１３でのように、前記各噴射孔１２４ａ、１２５ａ、１２６ａと噴射管１２４ｂ、１２５ｂ、１２６ｂが、軸方向に長く形成されることもできる。そして、前記噴射管１２４ｂ、１２５ｂ、１２６ｂが、軸方向に長く形成される場合には、図１２でのように、その噴射管１２４ｂ、１２５ｂ、１２６ｂの内部流路１２４ｃ、１２５ｃ、１２６ｃが、１個の長孔状に形成されることもでき、図１３でのように、複数個のマルチ孔に形成されることもできる。

前記タービン軸１３０は、前記ハウジング１１０の中心と各噴射回転部１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃの中心とを貫通して、その一部が前記各噴射回転部１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃのチャンバ１２１、１２２、１２３と溶接結合される。そして、前記タービン軸１３０の一端部は、そのタービン軸１３０を含んだスチームタービン全体が回転できるように、第２ベアリング１４２によって回転自在に支持されうる。ここで、前記タービン軸１３０の直径は、そのタービン軸１３０の外側にスチームが流動できるように、前記ハウジング１１０の流入部１１１や排出部１１４の直径より小さく形成される。

前記のような本発明による反作用式スチームタービンは、次のように動作する。

すなわち、前記ボイラーで生成されるスチームが、配管を通じて前記ハウジング１１０の流入部１１１に供給されれば、そのスチームは、前記第１噴射回転部１２０Ａの第１チャンバ１２１に流入され、その第１チャンバ１２１のスチームは、前記第１噴射流路１２４を通じて円周方向に噴射されて、前記第２噴射回転部１２０Ｂの第２チャンバ１２２に流入される。そして、前記スチームは、第２噴射回転部１２０Ｂの第２噴射流路１２５を通じて円周方向に噴射されて、前記第３噴射回転部１２０Ｃの第３チャンバ１２３に、そして、前記第３噴射回転部１２０Ｃの第３噴射流路１２６を通じて円周方向に噴射されて、前記ハウジング１１０の噴射室１１２に噴射され、このスチームは、前記ハウジング１１０の案内部１１３と排出部１１４とを通じて大気中に排出されるか、または復水器（図示せず）に回収されてからボイラーに返送される一連の過程を反復する。この際、前記各噴射回転部１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃの各噴射流路１２４、１２５、１２６を通過する過程でスチームの圧力は段階的に低くなり、これにより、前記スチームタービンは、効率的な噴射速度が得られる。

このように、前記スチームが、各噴射回転部の噴射流路を通じて円周方向に噴射される時に発生する反作用によって、前記噴射回転部が一種の推進力を得て回転し、この噴射回転部に結合されるタービン軸が回転力を得て回転しながら、外部装置に回転力を伝達する。

［第２実施例］
前述した第１実施例では、前記タービン軸１３０が、前記ハウジング１１０を貫通して、そのタービン軸１３０の一側が第１ベアリング１４１で支持され、前記ハウジング１１０の一側が第２ベアリング１４２で支持されるものであったが、本実施例は、図１４でのように、前記タービン軸１３０が、前記ハウジング１１０を貫通して、そのタービン軸１３０の両側がそれぞれ第１ベアリング１４１と第２ベアリング１４２とに支持される。

この場合、前記タービン軸１３０の一側は、前記ハウジングの排出部１１４の外郭で第１ベアリング１４１で支持されることもでき、場合によっては、前記ハウジング１１０の排出部１１４との間で第１ベアリング１４１で支持されることもできる。ここで、前記第１ベアリング１４１が、排出部１１４の外郭に配される場合には、前記排出部１１４が円筒状に形成されるが、前記第１ベアリング１４１が、排出部１１４との間に配される場合には、スチームが円滑に排出されるように、前記排出部１１４に放射状に複数個のリブ１１４ａが形成される。そして、前記タービン軸１３０の他側は、前記ハウジング１１０の流入部１１１の外郭で第２ベアリング１４２で支持されることもでき、場合によっては、前記ハウジング１１０の流入部１１１との間で第２ベアリング１４２で支持されることもできる。ここで、前記第２ベアリング１４２が、流入部１１１の外郭に配される場合には、前記流入部１１１が円筒状に形成されるが、前記第２ベアリング１４２が、流入部１１１との間に配される場合には、スチームが前記第１噴射回転部１２０Ａに円滑に流入されるように、前記流入部１１１に放射状にリブ１１１ａが形成される。

前記のような本実施例による他の構成と作用効果は、前述した第１実施例とほぼ同一なので、具体的な説明は省略する。但し、本実施例のスチームタービンは、図１４でのように、前記ハウジング１１０と噴射回転部１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃとが互いに滑り接続されるように構成することができて、前記ハウジング１１０は回転せずに、前記噴射回転部１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃとタービン軸１３０のみ回転することができて、外部装置により多くの動力を伝達することができて、エネルギー効率を高めうる。

［第３実施例］
前述した第１実施例と第２実施例では、前記タービン軸１３０が、ハウジング１１０を貫通してベアリングで支持されるものであったが、本実施例は、図１５でのように、前記タービン軸１３０の一側が、前記ハウジング１１０の内部で前記噴射回転部１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃに結合され、他の一側のみ第１ベアリング１４１で回転自在に支持される。この場合、前記ハウジング１１０の他側には、流入部１１１が突設されて、その流入部１１１が第２ベアリング１４２で回転自在に支持される。

前記のような本実施例による他の構成と作用効果は、前述した第１実施例または第２実施例とほぼ同一なので、具体的な説明は省略する。但し、本実施例のスチームタービンは、図１５でのように、前記タービン軸１３０が、第３噴射回転部１２０Ｃにのみ溶接結合されるので、他の噴射回転部とも溶接結合する前記第１実施例または第２実施例に比べて組立工数を減らすことができて、それほど製造コストを節減することができる。

［第４実施例］
前述した第１ないし第３実施例では、前記タービン軸１３０が、ハウジング１１０と別個に備えられて貫通結合されるものであるが、本実施例は、図１６でのように、前記ハウジング１１０とタービン軸１３０とが一体に形成される。例えば、前記ハウジング１１０の流入部１１１と排出部１１４とを長く形成して、そのうち、前記排出部１１４を外部装置に結合して、前記噴射回転部１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃで発生する推進力を前記ハウジング１１０を通じて前記外部装置に伝達する。すなわち、前記ハウジング１１０が、タービン軸１３０の役割を共にするようになる。

本実施例による他の構成と作用効果は、前述した第１実施例ないし第３実施例とほぼ同一なので、具体的な説明は省略する。但し、本実施例のスチームタービンは、図１６でのように、別途のタービン軸が不要であって、前記第１ないし第３実施例に比べてそれほど材料コストと組立工数とを減らすことができて、製造コストをさらに節減することができる。

［第５実施例］
前述した第１ないし第４実施例では、前記噴射回転部が、１個のハウジングに放射状に重なるように配されるものであるが、本実施例は、複数個ずつのハウジングと噴射回転部とが軸方向に離隔されて配される。

例えば、本実施例のスチームタービンは、図１７及び図１８でのように、軸方向に一定間隔ほど離隔するように複数個のハウジング（便宜上、前流側から後流側に、第１、第２、第３ハウジング）２１０、２２０、２３０が配され、前記各ハウジング２１０、２２０、２３０の各噴射室２１２、２２２、２３２に、前記噴射回転部２４０、２５０、２６０が一定間隔ほど互いに離隔して配されて第１ないし第３ベアリング２７１、２７２、２７３で回転自在に支持される。そして、前記複数個の噴射回転部２４０、２５０、２６０は、その中心を貫通する１個のタービン軸２８０に溶接結合され、前記タービン軸２８０の一側は、前記第３ハウジング２３０の外郭で第４ベアリング２７４で回転自在に支持されるか、図１７及び図１８でのように、前記第３ハウジング２３０との間で第４ベアリング２７４で回転自在に支持される。

ここで、前記第１ないし第３ハウジング２１０、２２０、２３０は、その各噴射室２１２、２２２、２３２の一側に内周面が後流側の噴射回転部２５０、２６０のチャンバ２５１、２６１と後述する排出部２３４側に傾いた案内部２１３、２２３、２３３とが形成される。この案内部２１３、２２３、２３３は、各噴射室２１２、２２２、２３２に噴射されるスチームが、後流側の噴射回転部２５０、２６０のチャンバ２５１、２６１または外部に円滑に案内されるようにする。そして、前記第１ないし第３ハウジング２１０、２２０、２３０の内壁面は、平滑管状に形成されることもできるが、前記各噴射回転部２４０、２５０、２６０から噴射されるスチームの移動を円滑にするように、前記噴射回転部２４０、２５０、２６０の回転方向に対して順方向にグルーブ２１５、２２５、２３５またはブレード２１６、２２６、２３６になったスチーム案内部が形成されることもできる。

前記第１ないし第３噴射回転部２４０、２５０、２６０の各チャンバ２４１、２５１、２６１は、互いに同じ体積に形成されることもでき、相異なる体積に形成されることもできるが、各チャンバ２４１、２５１、２６１の体積は、その各チャンバ２４１、２５１、２６１に備えられた噴射流路２４２、２５２、２６２の全体断面積の比率によって定められうる。例えば、図１８でのように、前記各チャンバ２４１、２５１、２６１の体積が同一である場合、前記各噴射流路２４２、２５２、２６２の全体断面積は、前流側から後流側、すなわち、第１噴射回転部２４０から第３噴射回転部２６０に行くほど段階的に広く形成されることが、スチームの圧力を段階的に低めることができて望ましい。

そして、前記各噴射回転部２４０、２５０、２６０の全体噴射流路の断面積は、各噴射流路の断面積を異なるようにして調節することもできるが、前記噴射流路の個数を異なるようにして調節することもできる。例えば、図１７及び図１８では、第１噴射回転部２４０から第３噴射回転部２６０に行くほど各噴射流路２４２、２５２、２６２の個数が増加することを図示している。

前記のような本実施例による他の構成と作用効果は、前述した第１ないし第４実施例と類似しているので、具体的な説明は省略する。

このようにして、本発明による反作用式スチームタービンは、前記ボイラーから伝達されるスチームが各噴射回転部から噴射流路を通じて噴射されながら、その反動力で推進力を得るものであるので、前記ボイラーから伝達されるスチームの中に凝縮水が混じっていても、その凝縮水によってスチームタービンの部品が破損される恐れがない。これにより、前記スチームタービンの安定性が大きく向上するだけではなく、前記スチームタービンの破損に対する恐れがなくて、相対的に安価の材質を利用することができ、組立工程を簡素化することができて、製造コストが顕著に節減される効果がある。例えば、従来のインペラ式タービンは、数百ないし数千個に至るインペラの精密な設計と製作、そして、複雑な組立が必要であって、多くの高級人力と精密度とが要求されるのに比べて、本発明は、インペラなどの部品設計や製作組立に要求される精密度が格段に低いながらも、高効率タービンが得られることができて、現在のインペラ式タービンに比べて非常に安価で製作することができる。

また、本発明によるスチームタービンは、その安定性のための複数個の噴射回転部が放射状に配されることによって、全体チームタービンの大きさを減らすことができるだけではなく、前記スチームタービンの噴射回転部の間でのスチームに対する流動抵抗が発生せず、スチームタービンの効率またはボイラーの相対的効率が大きく向上する。これは、前記噴射回転部が、軸方向に配される場合にも、そのハウジングに傾いた案内部が形成されることによって、スチームの流動抵抗を減らすことができて、スチームタービンの効率とボイラーの相対的効率とを高めうる。

また、本発明のスチームタービンは、ニュトーンの運動の第３法則である作用と反作用とを利用したものであって、インペラ式タービン（または、運動量伝達式タービン）の場合のように、タービン内で推進力を発生させるために消耗されるエネルギーを減らすことができて、高効率のスチームタービンが得られる。

また、本発明のスチームタービンは、ボイラーから出るスチームの圧力が一定であり、噴射回転部から噴射されるスチームの速度が、その噴射回転部の回転による円周速度と同じであるとする時、スチームは噴射回転部に対して停止しており、噴射回転部のみスチームの噴射速度のような速度を有して接線の逆方向に動くようになって、スチームが有した全体運動量または全体運動エネルギーの理論的エネルギー伝達効率は、１００％になる。したがって、本発明のスチームタービンは、或るインペラ式タービンで理論上でも到逹することができない高い効率が得られる。

［産業上の利用可能性］
本発明による反作用式タービンは、前述したスチームタービンはもとより、ガスタービンや圧縮空気などを利用したエンジンにも、同様に適用することができる。

本発明の反作用式スチームタービンの一実施例を破断して示した斜視図である。 図１によるスチームタービンの一実施例を示した縦断面図である。 図１によるスチームタービンで噴射流路に対する他の実施例を示した斜視図である。 図１によるスチームタービンの他の実施例を示した縦断面図である。 図１によるスチームタービンのハウジングに設けられたスチーム案内部を示した斜視図である。 図１によるスチームタービンのハウジングに設けられたスチーム案内部を示した斜視図である。 図１によるスチームタービンの噴射流路を破断して示した斜視図である。 図１によるスチームタービンの噴射流路を破断して示した斜視図である。 図７及び図８による噴射流路の形状に対する実施例を示した縦断面図である。 図７及び図８による噴射流路の形状に対する実施例を示した縦断面図である。 図７及び図８による噴射流路の形状に対する実施例を示した縦断面図である。 図１０及び図１１による噴射管の形状に対する実施例を示した斜視図である。 図１０及び図１１による噴射管の形状に対する実施例を示した斜視図である。 本発明の反作用式スチームタービンに対する他の実施例を示した縦断面図である。 本発明の反作用式スチームタービンに対する他の実施例を示した縦断面図である。 本発明の反作用式スチームタービンに対する他の実施例を示した縦断面図である。 本発明の反作用式スチームタービンに対する他の実施例を示した斜視図である。 本発明の反作用式スチームタービンに対する他の実施例を示した縦断面図である。

Claims (32)

1. 少なくとも１個以上の噴射室が備えられるハウジングと、
   前記ハウジングに設けられて流体を円周方向に噴射しながら、その流体の噴射に対する反作用として回転を行う少なくとも１個以上の噴射回転部と、
   前記ハウジングに対して回転自在に結合されるか、または前記ハウジングと共に回転するように結合されて、前記噴射回転部と共に回転しながら、その回転力を他の装置に伝達するタービン軸と、
   を含んだことを特徴とする反作用式タービン。
2. 前記噴射回転部が、少なくとも２個以上の複数個が備えられ、その複数個の噴射回転部が内側から外側に所定間隔をおいて配されることを特徴とする請求項１に記載の反作用式タービン。
3. 前記噴射回転部の間には、その噴射回転部の間を部分的に遮断して、流体を内側噴射回転部から外側噴射回転部に案内させる流動遮断部が形成されることを特徴とする請求項２に記載の反作用式タービン。
4. 前記ハウジングは、流体の流動方向を基準に後流側に行くほど直径が細くなるように傾斜面が形成されることを特徴とする請求項２に記載の反作用式タービン。
5. 前記タービン軸は、その両端が前記ハウジングを貫通して、そのハウジングを中心に少なくとも何れか一側がベアリング支持されることを特徴とする請求項２に記載の反作用式タービン。
6. 前記タービン軸の両端のうちから一側がベアリング支持され、前記ハウジングを挟んで、前記噴射回転部の一側がベアリング支持されることを特徴とする請求項５に記載の反作用式タービン。
7. 前記タービン軸は、その両端がベアリング支持されることを特徴とする請求項５に記載の反作用式タービン。
8. 前記タービン軸の両端のうちから少なくとも一側は、前記ハウジングとの間にベアリング支持されることを特徴とする請求項７に記載の反作用式タービン。
9. 前記タービン軸は、その一側は前記ハウジングを貫通してベアリング支持される一方、その他側は前記噴射回転部に結合されて支持されることを特徴とする請求項２に記載の反作用式タービン。
10. 前記ハウジングの一側または前記噴射回転部の他側がベアリング支持されることを特徴とする請求項９に記載の反作用式タービン。
11. 前記タービン軸とハウジングとが一体に形成されることを特徴とする請求項２に記載の反作用式タービン。
12. 前記タービン軸と一体に形成されるハウジングの両側がベアリング支持されることを特徴とする請求項１１に記載の反作用式タービン。
13. 前記噴射回転部は、内部空間を有するチャンバと、前記チャンバに円周方向に形成されて、その内部空間から外部に流体を噴射する少なくとも１個以上ずつの噴射流路と、を含み、
    前記各噴射回転部の噴射流路の全体断面積は、内側チャンバより外側チャンバがさらに広く形成されることを特徴とする請求項２に記載の反作用式タービン。
14. 前記噴射回転部は、内部空間を有するチャンバと、前記チャンバに円周方向に形成されて、その内部から外部に流体を噴射する少なくとも１個以上ずつの噴射流路と、を含み、
    前記各噴射回転部の噴射流路の全体個数は、内側チャンバより外側チャンバがさらに多く形成されることを特徴とする請求項２に記載の反作用式タービン。
15. 前記噴射流路は、前記各チャンバの壁を円周方向に傾くように貫通する孔状に形成されることを特徴とする請求項１３または１４に記載の反作用式タービン。
16. 前記噴射流路は、前記各チャンバの壁に貫通するように孔が形成され、その孔の出口に管が連通されてなされることを特徴とする請求項１３または１４に記載の反作用式タービン。
17. 前記噴射流路は、前記各チャンバの軸方向に沿って長く形成されることを特徴とする請求項１３または１４に記載の反作用式タービン。
18. 前記噴射流路は、前記各チャンバの軸方向に沿って複数個が形成されることを特徴とする請求項１３または１４に記載の反作用式タービン。
19. 前記噴射回転部は、少なくとも２個以上備えられて軸方向に沿って離隔されて形成され、前記噴射回転部を取り囲む複数個のハウジングが軸方向に沿って離隔されて形成されることを特徴とする請求項１に記載の反作用式タービン。
20. 前記複数個の噴射回転部は、それぞれの中心が同一軸線上に位置することを特徴とする請求項１９に記載の反作用式タービン。
21. 前記各ハウジングは、流体の流動方向を基準に後流側に行くほど直径が細くなるように傾斜面が形成されることを特徴とする請求項１９に記載の反作用式タービン。
22. 前記タービン軸は、その両端が前記各ハウジングを貫通して、そのそれぞれのハウジングを中心に少なくとも何れか一側が、前記各ハウジングにベアリング支持されることを特徴とする請求項１９に記載の反作用式タービン。
23. 前記タービン軸は、それぞれの噴射回転部に結合され、前記噴射回転部のうちから少なくとも１個は、前記各ハウジングにベアリング支持されることを特徴とする請求項１９に記載の反作用式タービン。
24. 前記噴射回転部は、各ハウジングの噴射室と連動されるように内部空間が形成されるチャンバと、前記チャンバに円周方向に形成されて、そのチャンバの内部空間から前記ハウジングの噴射室に流体を噴射する少なくとも１個以上ずつの噴射流路と、を含み、
    前記噴射流路の全体断面積は、前流側チャンバより後流側チャンバがさらに広く形成されることを特徴とする請求項１９に記載の反作用式タービン。
25. 前記噴射回転部は、各ハウジングの噴射室と連通されるように内部空間がそれぞれ形成されるチャンバと、前記チャンバに円周方向に形成されて、その内部空間から前記ハウジングの噴射室に流体を噴射する少なくとも１個以上ずつの噴射流路と、を含み、
    前記噴射流路の全体個数は、前流側チャンバより後流側チャンバがさらに多く形成されることを特徴とする請求項１９に記載の反作用式タービン。
26. 前記噴射流路は、前記各チャンバの壁を円周方向に傾くように貫通する孔状に形成されることを特徴とする請求項２４または２５に記載の反作用式タービン。
27. 前記噴射流路は、前記各チャンバの壁に貫通するように孔がそれぞれ形成され、その各孔の出口に管がそれぞれ連通されてなされることを特徴とする請求項２４または２５に記載の反作用式タービン。
28. 前記噴射流路は、前記各チャンバの軸方向に沿って長く形成されることを特徴とする請求項２４または２５に記載の反作用式タービン。
29. 前記噴射流路は、前記各チャンバの軸方向に沿って複数個が形成されることを特徴とする請求項２４または２５に記載の反作用式タービン。
30. 前記噴射室の内周面は、平滑管状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の反作用式タービン。
31. 前記噴射室の内周面には、流体の移動を案内する流動案内部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の反作用式タービン。
32. 前記流動案内部は、前記噴射回転部の回転方向に順方向にグルーブが形成されるか、またはブレードが装着されてなされることを特徴とする請求項３１に記載の反作用式タービン。

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