JP2018021455A - 水平ラジアル・ピストンタービン - Google Patents
水平ラジアル・ピストンタービン Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018021455A JP2018021455A JP2016151085A JP2016151085A JP2018021455A JP 2018021455 A JP2018021455 A JP 2018021455A JP 2016151085 A JP2016151085 A JP 2016151085A JP 2016151085 A JP2016151085 A JP 2016151085A JP 2018021455 A JP2018021455 A JP 2018021455A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- steam water
- blades
- piston
- turbine
- blade
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 74
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 5
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 11
- 230000001141 propulsive effect Effects 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 3
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Hydraulic Turbines (AREA)
Abstract
Description
世界においても同様であり、太陽熱、地中熱、バイオマス熱等再生可能熱エネルギーも300°以下でのタービン利用の検討が困難な気水体がほとんどであるが、これらを高効率で発電に利用可能とする高効率蒸気タービン発電機を提供すること望まれている。
しかしながら従来のこれらの多種多様なタービンは、大量の未利用熱である工場廃熱、地熱、太陽熱、バイオマス熱、等の気水体、低温かつ低圧の蒸気では従来のタービンの構造上、適用ができない場合が多々あり、大手のタービンメーカー等はこれらの中小型専用の汎用タービンを得意としてはいなかった。
本発明は、これらの問題を蒸気機関(ピストン)やタービンの種類を問わず研究試作し、技術的にも、構造的にも、合理的でかつ理想的に解決できる未分野の高効率タービンを開発しようとするものである。
先ず、約5kg/cm2 〜15kg/cm2 の気水体からなる蒸気を太陽熱で発生させて前記タービンを回し、発電機も200V、2.2kwの定格回転で、3600Vpm/毎分のものをケーシングで接続して、実験、観察を数か月続けた。
その結果、課題と思われる次の3点を確認することができた。
(1)気水体からなる蒸気がタービンに当たり、液化してタービン内部より排出されるまで、その動粘性を備えた液体がケーシング内で速やかに排出されず、しかも残留してタービンブレードに次々と当たることによりウォーターハンマーのようなブレーキを発生させてしまう。さらに、多量に蒸気を送り込んでも次々とウォーターハンマーのようなブレーキが発生するだけであり、それが高速回転を妨げていること。
(2)タービンブレードにフィクスドノズルより蒸気を当てるが、各々1枚の回転ブレードにとっては、蒸気による衝突エネルギーの発生時間・仕事時間は当たった瞬間のみであり、すぐに飛散してしまうので仕事時間は短時間であり、同様に回転ブレードの形状にも課題があること。
(3)タービンケーシング内部に蒸気が突入し、タービンブレードに衝突して蒸気のエネルギーを与えている仕事時間をなるべく長くすることが必要であるが、それは噴出蒸気がタービンケーシング内に突入してから排出するまでの滞留時間をできるだけ長くすることである。しかも大事な問題は、仕事を終えて蒸気が液化したら速やかに排出され、ウォーターハンマー状のブレーキをタービンブレードに発生させないことである。
そして従来のタービンの構造上、衝動タービン、反動タービンでは蒸気で有効な仕事を生み出す長い滞留時間を得ることは不可能であり、またスクリュータービンでも不適当であるため、いずれも低圧蒸気水体タービンにとって大きな課題である。
このピストンタービンはシンプルな構成であり、安価で大量生産が可能で、作動媒体もガス体、乾燥蒸気体、低温湿り気蒸気(気水体からなる蒸気)でも、また小型から大型まで高効率で回転エネルギーを発生するタービンであり、本発明が得ようとするタービンの理想的な形態であると確信するものである。
前記複数のブレードは、シリンダにおいて前記回転軸に直交する方向で、かつ外周側から斜めに入射するよう形成した蒸気水ノズルに対向し、しかも蒸気水ノズルから斜めに入射する蒸気水を渦巻き状とする凹面状断面に形成されており、
また前記シリンダには前記蒸気水ノズルと対応する間隔で適宜位置にベントが設けられていることを特徴とするものである。
(1)水平ラジアル・ピストンタービンは相対する円弧状の2つのシリンダケースを備え、ピストンブレードとムービングブレードをタービンローター外周に配置した。タービンローターが2つのシリンダケース内をピストンブレードとムービングブレードを連続して回転する構造である。相対する2つのシリンダーケースの隙間はブレードに残留した排蒸気水のベントであり、そのシリンダケースの隙間は中心部より25°〜35°の角度を保ち、ベント部分を構成しているが、隙間の大小は蒸気水体の量や流体の性質で増減させることが可能である。
前記タービンは回転しながらこの排蒸気水ベント部分でピストンブレードが通過した瞬間に、シリンダケース内やムービングブレードに粘着した気水体や水分を放出する。その際、フィクスドノズルより噴出し続ける蒸気圧がムービングブレードノッチを導通して瞬時に連続して遠心力とともにベントされるのである。
この開放・排出のサイクルにより、滞留蒸気水のウォーターハンマーによる回転ブレーキが発生することなく、スムーズに連続高速回転を続けられるのである。
(2)ピストンブレードはムービングブレードとはシリンダーケース内での役割が少し異なる。
すなわち、ピストンブレードは流体の圧力エネルギーを受け止めるためにラジアルシリンダーケース内面と0.01〜2mm程度、好ましくは0.1〜1mmの小さい隙間を有することで高圧蒸気圧エネルギーをピストンのように受け止めて、フィクスドノズルからの噴出流体のエネルギーのほとんどをピストンのような役割をしながら受け止めて回転運動する。
他方、後方から追いかけて連続的に回転運動するムービングブレードは、先端部分に備えているノッチ導通路を通してピストンブレードに豊富な流体を供給し続ける。すなわち、ムービングブレードは流体導通路の役割も備えながら蒸気エネルギーを受ける。そのために先端に切欠きノッチを有するのであり、流体は主として高速でピストンブレードにあたり、蓄積し続けてベントされるまで回転エネルギ−をタービンローターに与え続けるので、充分な仕事時間を流体からもらい、維持してエネルギーを無駄なく回転エネルギーに転化、創出、利用できるのである。
(3)円弧状のシリンダーケースを対称に2つ装備させた理由は、可能な限り速やかなベントと、できるだけ流体が長時間シリンダーケース内で飛散せずにピストンブレード、ムービングブレードに回転エネルギーを与え続け、圧力保持の仕事(トルクフルな回転)をさせ続けるためである。
その結果において、高効率発電や他の回転システムにエネルギーを供給することも可能となる。
(4)高圧乾燥蒸気体やガス体など動粘性水分の少ない流体エネルギー源ならシリンダーケースの増減も可能である。これはベントの増減と同じことでもある。シリンダーケース内滞留動粘性の多い流体エネルギー源はシリンダーケースを3〜4にしてその間のベント数も増加させて排出機能を向上させ、スムーズな回転を保持することを可能とするという目的と手段を確保する。
したがって、再生可能エネルギーを熱源として、例えば工場排熱や温泉の地熱、太陽熱、バイオマス等からなる各種の熱源を広範囲に利用することができ、中低圧の少量の蒸気水でも高効率で回転することができ、起動トルクも構造上大きいため再生可能エネルギーを安価で無駄なく利用することができる。
また大型蒸気水タービン用として適用しても、本発明の水平ラジアル・ピストンタービンはシンプルな構造で小型化することができ、メンテナンス性にも優れているので、世界中で普及させることができる。
本発明の水平ラジアル・ピストンタービンの1実施例を示す図1ないし図8において、水平ラジアル・ピストンタービン11は、基盤12上に所定の高さで搭載され、かつほぼ正方形のハウジング13内に収納されている。14は前記基盤12上に立設されたシリンダステイ15上に設置された筒状のシリンダである。
前記水平ラジアル・ピストンタービン11は、複数本のタービンローター22を介して垂直方向に延びる回転軸21に取り付けられた回転ホイール23を備えており、該回転ホイール23の外周上には複数のブレード24が所定の間隔で一体的に取り付けられている。この複数のブレード24は、前記筒状のシリンダ14内を回動するようになっており、前記回転軸21は該シリンダ14の中心にピボット軸受25を介して立設されている。
前記水平ラジアル・ピストンタービン11において、前記蒸気水ノズル31から斜めに入射する蒸気水Sを渦巻き状とする凹面状断面のブレード24は、前後に一対のピストンブレード24a,24bとその他のムービングブレード24cとで構成されている。図5はピストンブレード24a,24bを示すものであり、図6はムービングブレード24cを示すものである。
図6において、前記ムービングブレード24cにはその外周側に前記蒸気水Sを通過させる連通孔24dが形成してある。
また、前記前後に一対のピストンブレード24a,24bとその他のムービングブレード24cとで構成された凹面状断面のブレード24は、前記シリンダ14内において回転軸21に直交する方向から約15°の角度に前倒し状となるよう回転ホイール23に固定されている。
これらのブレード24を取り付けた回転ホイール23は、前記シリンダ14との接続部分にラビリンスパッキングLが採用されていて、蒸気水Sが漏れるのを防止している。
すなわち、前記前後に一対のピストンブレード24a,24bは、前記ベント32部分に到達して蒸気水Sがベント32から系外に放出された際に、その前側のピストンブレード24aが前記蒸気水ノズル31の放出口31aよりも前方位置にあるよう前記シリンダ14内に配置されている。
したがって、前記前後に一対のピストンブレード24a,24bが前記ベント32部分に到達して蒸気水Sがベント32から系外に放出された場合でも、前側のピストンブレード24aが前記蒸気水ノズル31の放出口31aよりも前方位置にあって前側のピストンブレード24aに前記蒸気水ノズル31から放出される蒸気水Sが吹き付けられる。したがって、蒸気水Sの推進力を前側のピストンブレード24aが受け止め、前記ブレード24から回転ホイール23、複数本のタービンローター22を介して回転軸21に推進力が伝達されて、回転軸21が高速で回転するのである。
図9においては、前記前後に一対のピストンブレード24a,24bが前記ベント32部分に到達しているが、後側のピストンブレード24bはまだシリンダ14内に位置しており、前記蒸気水ノズル31から放出された蒸気水Sが後側のピストンブレード24bに突き当たって推進力が失われることがない。
他方、前側のピストンブレード24aは蒸気水ノズル31よりも前方に位置するようになっており、前記蒸気水ノズル31から放出された蒸気水Sは前側のピストンブレード24aに突き当たって推進力が生まれている。したがって、この推進力は前記前後に一対のピストンブレード24a,24bが前記ベント32部分に到達しても失われることがないのである。
なお、ムービングブレード24cにはその外周側に前記蒸気水Sを通過させる連通孔24dが形成してあるため、各ブレード24における蒸気水Sの推進力は均一化されて全体として統一的な推進力を生み出すのである。
12 基盤
13 ハウジング
14 シリンダ
15 シリンダステイ
21 回転軸
22 タービンローター
23 回転ホイール
24 ブレード
24a,24b ピストンブレード
24c ムービングブレード
24d 連通孔
25 ピボット軸受
31 蒸気水ノズル
31a 放出口
32 ベント
D 発電機
L ラビリンスパッキング
S 蒸気水
Claims (5)
- 複数本のタービンロータを介して垂直方向に延びる回転軸に取り付けられた回転ホイールを備えるとともに、該回転ホイールの外周上には複数のブレードが所定の間隔で一体的に取り付けられるとともに、該複数のブレードはシリンダ内を回動するようになっており、
前記複数のブレードは、シリンダにおいて前記回転軸に直交する方向で、かつ外周側から斜めに入射するよう形成した蒸気水ノズルに対向し、しかも蒸気水ノズルから斜めに入射する蒸気水を渦巻き状とする凹面状断面に形成されており、
また前記シリンダには前記蒸気水ノズルと対応する間隔で適宜位置にベントが設けられていることを特徴とする水平ラジアル・ピストンタービン。 - 前記蒸気水ノズルから斜めに入射する蒸気水を渦巻き状とする凹面状断面のブレードは、前後に一対のピストンブレードとその他のムービングブレードとで構成され、該ムービングブレードはその外周側に前記蒸気水を通過させる連通孔を形成してあることを特徴とする請求項1に記載の水平ラジアル・ピストンタービン。
- 前記前後に一対のピストンブレードは、前記ベント部分に到達して蒸気水がベントから系外に放出された際に、その前側のピストンブレードが前記蒸気水ノズルの放出口よりも前方位置にあるよう前記シリンダ内に配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の水平ラジアル・ピストンタービン。
- 前記前後に一対のピストンブレードとその他のムービングブレードとで構成された凹面状断面のブレードは、前記シリンダ内において回転軸に直交する方向から約15°の角度に前倒しされていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の水平ラジアル・ピストンタービン。
- 前記水平回転する凹面状断面のブレードによって回転駆動される回転軸は、その上端が発電機に連結されており、また下端がピボット軸受で支持されていて発電機を作動させるようになっていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の水平ラジアル・ピストンタービン。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016151085A JP6032827B1 (ja) | 2016-08-01 | 2016-08-01 | 水平ラジアル・ピストンタービン |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016151085A JP6032827B1 (ja) | 2016-08-01 | 2016-08-01 | 水平ラジアル・ピストンタービン |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6032827B1 JP6032827B1 (ja) | 2016-11-30 |
JP2018021455A true JP2018021455A (ja) | 2018-02-08 |
Family
ID=57419795
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016151085A Expired - Fee Related JP6032827B1 (ja) | 2016-08-01 | 2016-08-01 | 水平ラジアル・ピストンタービン |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6032827B1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019156142A1 (ja) | 2018-02-08 | 2019-08-15 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | マイクロ波加熱方法、マイクロ波加熱装置及び化学反応方法 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110529326A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-12-03 | 安徽师范大学 | 一种水力发电设备及方法 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS509937B1 (ja) * | 1970-12-08 | 1975-04-17 | ||
JPS61138881A (ja) * | 1984-12-12 | 1986-06-26 | Toshiba Corp | 立軸ペルトン水車 |
JPH05256243A (ja) * | 1992-03-12 | 1993-10-05 | Fuji Electric Co Ltd | 変則形ペルトン水車 |
JPH06307322A (ja) * | 1993-04-27 | 1994-11-01 | Chubu Electric Power Co Inc | 立軸ペルトン水車 |
JP3099104B2 (ja) * | 1994-03-02 | 2000-10-16 | 株式会社日立製作所 | ニードルバルブ |
JP2000356101A (ja) * | 1999-06-14 | 2000-12-26 | Kiichi Taga | 複式ラジアル蒸気タービン |
JP2008075488A (ja) * | 2006-09-20 | 2008-04-03 | Ntn Corp | 熱発電システム |
JP2011241819A (ja) * | 2010-04-22 | 2011-12-01 | Masato Kuroda | 流体タービン |
JP2013104335A (ja) * | 2011-11-11 | 2013-05-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ラジアルタービンホイール |
CN104763573A (zh) * | 2015-03-05 | 2015-07-08 | 李宏生 | 一种涡轮结构 |
-
2016
- 2016-08-01 JP JP2016151085A patent/JP6032827B1/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019156142A1 (ja) | 2018-02-08 | 2019-08-15 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | マイクロ波加熱方法、マイクロ波加熱装置及び化学反応方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6032827B1 (ja) | 2016-11-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1908918B1 (en) | Jet steam engine | |
EP2882938B1 (en) | Turbine assembly | |
WO2007062032A2 (en) | Turbine | |
JP2016535205A (ja) | 軸流型多段タービンの構造 | |
JP6032827B1 (ja) | 水平ラジアル・ピストンタービン | |
KR101204631B1 (ko) | 래디얼 터빈 | |
JP2022544208A (ja) | 衝動式タービン及びタービン装置 | |
JP2012122377A (ja) | ラジアルタービン | |
US20110311347A1 (en) | Flash Steam Turbine | |
JP2007198333A (ja) | 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 | |
KR20140056486A (ko) | 반작용식 터빈 시스템 | |
KR20120035176A (ko) | 스팀 분사장치에 의한 소화력 발전기 | |
KR20190120552A (ko) | 복합 터빈 장치 | |
CN213684253U (zh) | 一种用于热电联产供热用的汽轮机 | |
KR20070101462A (ko) | 구심터빈 | |
JP5029976B2 (ja) | 旋回流タービン | |
TWI807486B (zh) | 油壓飛輪發電系統 | |
CN215804758U (zh) | 一种汽机轴封系统的余热利用结构 | |
JP5908871B2 (ja) | 反作用式タービン | |
WO2013064858A1 (en) | Method and apparatus for converting heat energy into mechanical energy | |
JP2018048640A (ja) | 機械仕事を生み出すための方法 | |
Lin et al. | A total-flow design of geothermal power generator using Turgo turbines | |
JP2024048977A (ja) | 池見式タービン | |
JP5654331B2 (ja) | 反力タービン | |
WO2020223544A1 (en) | Expander and nozzle system for converting energy in a working fluid into work |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20160905 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160913 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160930 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20161020 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20161021 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6032827 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |