JP7489847B2 - 冷熱発電用のタービン - Google Patents

Description

本開示は、液化ガスを加熱するための熱媒体が循環するように構成された熱媒体循環ラインに設けられる冷熱発電用のタービンに関する。

液化ガス（例えば、液化天然ガス）は、輸送や貯蔵を目的として液化され、都市ガスや火力発電所などの供給先に供給するに際して、海水などの熱媒体で昇温して気化させることが行われる。液化ガスを気化させる際に、冷熱エネルギを海水に捨てるのではなく電力として回収する冷熱発電が行われることがある（例えば、特許文献１）。

液化天然ガスの冷熱発電サイクルとしては、二次媒体ランキンサイクル方式などが知られている（例えば、特許文献１）。二次媒体ランキンサイクル方式は、クローズドループ内を循環する二次媒体を、蒸発器にて海水を熱源として加熱して蒸発させ、この蒸気を冷熱発電用のタービンに導入して動力を得た後に、液化天然ガスにて冷却、凝縮させる方式である。

特許文献２には、二つの減速ピニオン軸の夫々を、独立して回転駆動される二台の膨張タービンに夫々連結し、二つのピニオン軸の間に配置された減速ギア軸を、発電機に連結した冷熱発電装置が開示されている。膨張タービンの夫々は、軸方向における同じ一方向から回収ガス（作動流体）を導入するように構成されたシングルフロー式のタービンからなる。

実開昭６１－５９８０３号公報 実開昭５８－１７３７０６号公報

上記シングルフロー式のタービンは、タービンの作動中に上記一方向から反対方向に向かうスラスト荷重を受ける。発電機が大容量帯に属するような、発電容量の大きなものであると、タービンの体格の増加に伴い、上記スラスト荷重が大きくなる虞がある。

スラスト荷重の低減を目的としたタービンとしては、車室中央寄りに位置する蒸気入口部に流入した作動流体が左右に分流するダブルフロー式のタービンが知られている。ダブルフロー式のタービンは、左側に分流した作動流体から受けるスラスト荷重と、右側に分流した作動流体から受けるスラスト荷重と、が相殺し合うので、タービンのスラスト荷重の低減を図ることができる。このようなダブルフロー式のタービンは、タービンとは軸方向における異なる位置に発電機などを配置する必要があるため、その構造の大型化を招く虞があった。

上述した事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態の目的は、タービンのスラスト荷重を低減できるとともに、タービンのコンパクト化が図れる冷熱発電用のタービンを提供することにある。

本開示にかかる冷熱発電用のタービンは、
液化ガスを加熱するための熱媒体を循環させるように構成された熱媒体循環ラインに設けられる冷熱発電用のタービンであって、
ロータシャフトと、
前記ロータシャフトを回転可能に収容するケーシングと、
前記ロータシャフトに支持される被支持部を含む被駆動体と、
前記ロータシャフトの軸方向における前記被支持部よりも一方側に設けられた一方側動翼と、
前記ロータシャフトの前記軸方向における前記被支持部よりも他方側に設けられた他方側動翼と、
前記一方側動翼よりも前記一方側において前記ケーシングに支持される一方側静翼と、
前記他方側動翼よりも前記他方側において前記ケーシングに支持される他方側静翼と、
を備える。

本開示の少なくとも一実施形態によれば、タービンのスラスト荷重を低減できるとともに、タービンのコンパクト化が図れる冷熱発電用のタービンが提供される。

本開示の一実施形態にかかる冷熱発電用のタービンを備える冷熱発電システムの構成を概略的に示す概略構成図である。 本開示の一実施形態にかかる冷熱発電用のタービンの軸線に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。 本開示の一実施形態にかかる冷熱発電用のタービンの軸線に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。 本開示の一実施形態にかかる冷熱発電用のタービンの軸線に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。 本開示の一実施形態にかかる冷熱発電用のタービンを説明するための説明図である。

以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
なお、同様の構成については同じ符号を付し説明を省略することがある。

（冷熱発電システム）
図１は、本開示の一実施形態にかかる冷熱発電用のタービンを備える冷熱発電システムの構成を概略的に示す概略構成図である。
冷熱発電システム１は、図１に示されるように、冷熱発電用のタービン２（以下、タービン２とする）と、液化ガス供給ライン３と、熱媒体循環ライン４と、加熱水供給ライン５と、第１の熱交換器１２と、第２の熱交換器１３と、を備える。液化ガス供給ライン３、熱媒体循環ライン４および加熱水供給ライン５の夫々は、例えば管路などの流体が流通する流路を含むものである。

液化ガス供給ライン３は、液化ガス貯留装置３１から液化ガスを送るように構成されている。液化ガス貯留装置（例えば、液化ガスタンク）３１は、液状の液化ガスを貯留するように構成されている。

熱媒体循環ライン４は、水よりも凝固点が低い熱媒体を循環させるように構成されている。以下、液化ガスの具体例として液化天然ガス（ＬＮＧ）を、熱媒体循環ライン４を流れる熱媒体の具体例としてプロパンを例に挙げて説明するが、本開示は、液化天然ガス以外の液化ガス（液体水素など）にも適用可能であり、また、プロパン以外の熱媒体を、熱媒体循環ライン４を流れる熱媒体とした場合にも適用可能である。

図示される実施形態では、冷熱発電システム１は、液化ガス供給ライン３に設けられた液化ガス用ポンプ３２と、熱媒体循環ライン４に設けられた熱媒体用の循環ポンプ４１と、をさらに備える。液化ガス供給ライン３は、その一端側３３が液化ガス貯留装置３１に接続され、その他端側３４が冷熱発電システム１の外部に設けられる液化ガス用の機器３５に接続される。液化ガス用の機器３５としては、例えば、陸上に設けられたガスホルダやこれに接続されるガス配管などが挙げられる。

液化ガス用ポンプ３２を駆動させることにより、液化ガス貯留装置３１に貯留される液化ガスが液化ガス供給ライン３に送られて、液化ガス供給ライン３を上流側から下流側に向かって流れた後に、液化ガス用の機器３５に送られる。

熱媒体用の循環ポンプ４１を駆動させることにより、熱媒体循環ライン４を熱媒体が循環する。タービン２は、液化ガスを加熱するための熱媒体が循環するように構成された熱媒体循環ライン４に設けられる。

加熱水供給ライン５は、冷熱発電システム１の外部から導入された加熱水を送るように構成されている。「加熱水」は、熱交換器において熱媒として熱交換対象を加熱させる水であればよく、常温の水であってもよい。冷熱発電システム１が船体１０又は水上に浮かぶ浮体１０Ａに搭載される場合には、加熱水は、船体１０又は浮体１０Ａにおいて入手が容易な水（例えば、海水などの船外水や、船舶のエンジンを冷却した冷却水など）が好ましい。或る実施形態では、冷熱発電システム１や冷熱発電用のタービン２は、図１に示されるような船体１０又は浮体１０Ａに搭載される。他の或る実施形態では、冷熱発電システム１や冷熱発電用のタービン２は、陸上に設置される。

図示される実施形態では、冷熱発電システム１は、水よりも凝固点が低い中間熱媒体を循環させるように構成された中間熱媒体循環ライン６と、中間熱媒体循環ライン６に設けられる中間熱媒体用の循環ポンプ６１と、加熱水供給ライン５に設けられる加熱水用ポンプ５１と、第３の熱交換器１４と、をさらに備える。

図示される実施形態では、冷熱発電システム１は、中間熱媒体用の循環ポンプ６１を駆動させることにより、中間熱媒体循環ライン６を中間熱媒体が循環する。加熱水供給ライン５は、その一端側５２が冷熱発電システム１の外部に設けられる加熱水の供給元１５に接続され、その他端側５３が冷熱発電システム１の外部に設けられる加熱水の排出先１６に接続される。加熱水用ポンプ５１を駆動させることにより、加熱水の供給元１５から加熱水が加熱水供給ライン５に送られて、加熱水供給ライン５を上流側から下流側に向かって流れた後に、加熱水の排出先１６に送られる。

冷熱発電システム１が船体１０又は浮体１０Ａに搭載される場合には、加熱水の供給元１５としては、例えば、船体１０に設けられた船外の水を導入するための取水口１５Ａが挙げられる。また、冷熱発電システム１が船体１０又は浮体１０Ａに搭載される場合には、加熱水の排出先１６としては、例えば、船体１０に設けられた船外に水を排出するための排出口１６Ａが挙げられる。

中間熱媒体は、熱媒体循環ライン４を流れる熱媒体と同種の熱媒体であってもよいし、異種の熱媒体であってもよい。図示される実施形態では、中間熱媒体は、プロパンからなり、加熱水は、船外から取得した海水からなる。

第１の熱交換器１２は、液化ガス供給ライン３を流れる液化ガスと、熱媒体循環ライン４を流れる熱媒体と、の間で熱交換を行うように構成されている。
図１に示される実施形態では、第１の熱交換器１２は、液化ガス供給ライン３に設けられた液化ガスが流れる液化ガス流路１２１と、熱媒体循環ライン４に設けられた熱媒体が流れる熱媒体流路１２２と、を含む。熱媒体流路１２２内の熱媒体と、液化ガス流路１２１内の液化ガスと、の間で熱交換が行われて、液化ガス流路１２１内の液化ガスが加熱され、熱媒体流路１２２内の熱媒体が冷却される。

第２の熱交換器１３は、熱媒体循環ライン４を流れる熱媒体と、中間熱媒体循環ライン６を流れる中間熱媒体と、の間で熱交換を行うように構成されている。
図１に示される実施形態では、第２の熱交換器１３は、熱媒体循環ライン４に設けられた熱媒体が流れる熱媒体流路１３１と、中間熱媒体循環ライン６に設けられた中間熱媒体が流れる中間熱媒体流路１３２と、を含む。中間熱媒体流路１３２内の中間熱媒体と、熱媒体流路１３１内の熱媒体と、の間で熱交換が行われて、熱媒体流路１３１内の熱媒体が加熱され、中間熱媒体流路１３２内の中間熱媒体が冷却される。

なお、他の幾つかの実施形態では、第２の熱交換器１３は、熱媒体循環ライン４を流れる熱媒体と、加熱水供給ライン５を流れる加熱水と、の間で熱交換を行うように構成されていてもよい。第２の熱交換器１３は、上述した熱媒体流路１３１と、加熱水供給ライン５に設けられた加熱水が流れる加熱水流路であって、熱媒体流路１３２との間で熱交換を行うための加熱水流路を含んでいてもよい。この場合には、冷熱発電システム１は、中間熱媒体循環ライン６および第３の熱交換器１４を備える必要がないため、その構造を大型化や複雑化を抑制できる。なお、冷熱発電システム１は、中間熱媒体循環ライン６および第３の熱交換器１４を備え、中間熱媒体循環ライン６を循環する中間熱媒体を水よりも凝固点が低いものとすることで、第２の熱交換器１３における熱交換により加熱媒体が凝固し、第２の熱交換器１３を閉塞させることを抑制できる。

第３の熱交換器１４は、中間熱媒体循環ライン６を流れる中間熱媒体と、加熱水供給ライン５を流れる加熱水と、の間で熱交換を行うように構成されている。
図１に示される実施形態では、第３の熱交換器１４は、中間熱媒体循環ライン６に設けられた中間熱媒体が流れる中間熱媒体流路１４１と、加熱水供給ライン５に設けられた加熱水が流れる加熱水流路１４２と、を含む。中間熱媒体流路１４１内の中間熱媒体と、加熱水流路１４２内の加熱水と、の間で熱交換が行われて、中間熱媒体流路１４１内の中間熱媒体が加熱される。

第１の熱交換器１２（具体的には液化ガス流路１２１）は、液化ガス供給ライン３の液化ガス用ポンプ３２よりも下流側、且つ液化ガス用の機器３５よりも上流側に設けられる。液化ガス用ポンプ３２は、液化ガス供給ライン３の液化ガス貯留装置３１よりも下流側に設けられる。また、第１の熱交換器１２（具体的には熱媒体流路１２２）は、熱媒体循環ライン４のタービン２よりも下流側、且つ熱媒体用の循環ポンプ４１よりも上流側に設けられる。

第２の熱交換器１３（具体的には熱媒体流路１３１）は、熱媒体循環ライン４の熱媒体用の循環ポンプ４１よりも下流側、且つタービン２よりも上流側に設けられる。また、第２の熱交換器１３（具体的には中間熱媒体流路１３２）は、中間熱媒体循環ライン６の第３の熱交換器１４（具体的には中間熱媒体流路１４１）よりも下流側、且つ中間熱媒体用の循環ポンプ６１よりも上流側に設けられる。

第３の熱交換器１４（具体的には加熱水流路１４２）は、加熱水供給ライン５の加熱水用ポンプ５１よりも下流側、且つ加熱水の排出先１６よりも上流側に設けられる。加熱水用ポンプ５１は、加熱水供給ライン５の加熱水の供給元１５よりも下流側に設けられる。

第１の熱交換器１２の液化ガス流路１２１には、液化ガス用ポンプ３２により昇圧された液状の液化ガスが送られる。第１の熱交換器１２における熱交換により、液化ガス流路１２１を流れる液化ガスが加熱され、熱媒体流路１２２を流れる熱媒体が冷却される。つまり、液化ガス流路１２１を流れる液化ガスの冷熱エネルギが熱媒体流路１２２を流れる熱媒体に回収される。

第３の熱交換器１４の中間熱媒体流路１４１には、中間熱媒体用の循環ポンプ６１により昇圧された中間熱媒体が送られる。また、加熱水流路１４２には、加熱水用ポンプ５１により昇圧された加熱水が送られる。第３の熱交換器１４における熱交換により、中間熱媒体流路１４１を流れる中間熱媒体が加熱される。

第２の熱交換器１３の熱媒体流路１３１には、第１の熱交換器１２により冷却された後に、熱媒体用の循環ポンプ４１により昇圧された熱媒体が送られる。また、中間熱媒体流路１３２には、第３の熱交換器１４により加熱された中間熱媒体が送られる。第２の熱交換器１３における熱交換により、熱媒体流路１３１を流れる熱媒体が加熱され、中間熱媒体流路１３２が冷却される。

図１に示される実施形態では、冷熱発電システム１は、熱媒体循環ライン４における第２の熱交換器１３の熱媒体流路１３１よりも下流側から分岐して、タービン２を迂回して第１の熱交換器１２の熱媒体流路１２２よりも上流側に接続されるバイパスライン１７をさらに備える。上述した熱媒体循環ライン４におけるバイパスライン１７が分岐する分岐部１７１からバイパスライン１７が合流する合流部１７２までの間の流路（タービン２を通過する流路）を主流路４２とする。

図１に示される実施形態では、冷熱発電システム１は、主流路４２のタービン２より上流側に設けられる開閉弁４３と、バイパスライン１７に設けられる開閉弁１７３と、をさらに備える。例えば、冷熱発電システム１の始動時には、開閉弁４３を閉じ、開閉弁１７３を開いて熱媒体にタービン２を迂回させる。所定期間が経過した後に、開閉弁４３を開いて、開閉弁１７３を閉じて熱媒体にタービン２を通過させる。

（冷熱発電用のタービン）
図２および図３の夫々は、本開示の一実施形態にかかる冷熱発電用のタービンを備える冷熱発電システムの構成を概略的に示す概略構成図である。
以下、タービン２における熱媒体の流れ方向における上流側を単に上流側と表すことがあり、タービン２における熱媒体の流れ方向における下流側を単に下流側と表すことがある。

幾つかの実施形態にかかる冷熱発電用のタービン２は、図２、図３に示されるように、ロータシャフト２１と、ロータシャフト２１を回転可能に収容するケーシング７と、ロータシャフト２１に支持される被支持部２２１を含む被駆動体２２と、ロータシャフト２１の軸方向における被支持部２２１よりも一方側（図中左側）に設けられた一方側動翼２３Ａと、ロータシャフト２１の軸方向における被支持部２２１よりも他方側（図中右側、一方側とは反対側）に設けられた他方側動翼２３Ｂと、一方側動翼２３Ａよりも上記一方側においてケーシング７に支持される一方側静翼２４Ａと、他方側動翼２３Ｂよりも上記他方側においてケーシング７に支持される他方側静翼２４Ｂと、を備える。

以下、ロータシャフト２１の軸方向、すなわちタービン２の軸線ＣＡの延在する方向、における他方側動翼２３Ｂに対して一方側動翼２３Ａが位置する側を前方側と定義し、上記前方側とは反対側を後方側と定義する。また、タービン２の径方向を単に径方向と称し、タービン２の周方向を単に周方向と称することがある。
図示される実施形態では、一方側静翼２４Ａは、一方側動翼２３Ａよりも前方側に配置され、他方側静翼２４Ｂは、他方側動翼２３Ｂよりも後方側に配置されている。

図示される実施形態では、ロータシャフト２１は、タービン２の軸線ＣＡに沿って長手方向を有するシャフト部２１１と、シャフト部２１１の前方側における外面２１２Ａから径方向における外側に円板状に突出する前方側ディスク部２１３Ａと、シャフト部２１１の後方側における外面２１２Ｂから径方向における外側に円板状に突出する後方側ディスク部２１３Ｂと、を含む。前方側ディスク部２１３Ａは、上述した一方側動翼２３Ａが外周に取り付けられる。後方側ディスク部２１３Ｂは、上述した他方側動翼２３Ｂが外周に取り付けられる。

図示される実施形態では、ケーシング７は、被駆動体収容部７１と、外側ケーシング７２と、を少なくとも含む。被駆動体収容部７１は、タービン２の軸線ＣＡに沿って長手方向を有し、タービン２の軸方向における一方側動翼２３Ａと他方側動翼２３Ｂとの間に配置されている。

被駆動体２２は、ロータシャフト２１の回転力を回収し、動力又は電力を発生させるように構成されている。被駆動体２２は、発電機１１、ポンプ、および圧縮機の少なくとも一つを含む。図示される実施形態では、被駆動体２２は、発電機１１を含む。発電機１１は、ロータシャフト２１に取り付けられた、永久磁石を含むモータロータ１１Ａと、モータロータ１１Ａよりも径方向における外側に配置され、被駆動体収容部７１に支持されたモータステータ１１Ｂと、を含む。上述した被支持部２２１は、上述したモータロータ１１Ａを含む。

図示される実施形態では、被駆動体収容部７１の内部に形成された空間７１０にロータシャフト２１および被駆動体２２（図示例では、モータロータ１１Ａおよびモータステータ１１Ｂ）が収容される。ロータシャフト２１の軸方向における両端部は、被駆動体収容部７１よりも外側に突出している。外側ケーシング７２は、タービン２の軸線ＣＡに沿って長手方向を有し、被駆動体収容部７１の外周を覆うとともに、被駆動体収容部７１との間に熱媒体を下流側に導くための熱媒体流路７３を形成するようになっている。

図示される実施形態では、冷熱発電用のタービン２は、図２、図３に示されるように、一方側動翼２３Ａよりも軸方向における前方側において、ロータシャフト２１の前方側の端部を覆う前方側カバー部材２５Ａと、他方側動翼２３Ｂよりも軸方向における後方側において、ロータシャフト２１の後方側の端部を覆う後方側カバー部材２５Ｂと、をさらに備える。前方側カバー部材２５Ａは、一方側静翼２４Ａの内周部（内輪）を支持している。後方側カバー部材２５Ｂは、他方側静翼２４Ｂの内周部（内輪）を支持している。

図示される実施形態では、外側ケーシング７２は、一方側静翼２４Ａの外周部（外輪）および他方側静翼２４Ｂの外周部（外輪）を支持するとともに、前方側カバー部材２５Ａおよび後方側カバー部材２５Ｂの夫々を収容している。外側ケーシング７２は、一方側静翼２４Ａよりも前方側に、一方側静翼２４Ａに前方側から軸方向に沿って熱媒体を導入するための前方側導入路７４を形成する内面７４０を有する。外側ケーシング７２は、他方側静翼２４Ｂよりも後方側に、他方側静翼２４Ｂに後方側から軸方向に沿って熱媒体を導入するための後方側導入路７５を形成する内面７５０を有する。

上記の構成によれば、一方側静翼２４Ａは、ロータシャフト２１の軸方向における一方側動翼２３Ａよりも上記一方側（前方側）に設けられており、他方側静翼２４Ｂは、ロータシャフト２１の軸方向における他方側動翼２３Ｂよりも上記他方側（後方側）に設けられている。一方側静翼（２４Ａ）を通過した熱媒体は、上記他方側に流れて一方側動翼２３Ａに導入されるので、一方側動翼２３Ａには、上記他方側（後方側）に向かうスラスト荷重Ｔ１（第１スラスト荷重）が生じる。他方側静翼２４Ｂを通過した熱媒体は、上記一方側に流れて他方側動翼２３Ｂに導入されるので、他方側動翼２３Ｂには、上記一方側（前方側）に向かうスラスト荷重Ｔ２（第２スラスト荷重）が生じる。これにより、第１スラスト荷重Ｔ１と第２スラスト荷重Ｔ２が互いに相殺し合うので、ロータシャフト２１にかかるスラスト荷重を低減することができる。ロータシャフト２１にかかるスラスト荷重を低減することで、ロータシャフト２１の摩耗や損傷を抑制できるため、冷熱発電用のタービン２の信頼性を向上させることができる。

また、上記の構成によれば、ロータシャフト２１にかかるスラスト荷重を低減することで、スラスト荷重を受ける構成（例えば、スラスト軸受）の容量を小さなものにできるため、冷熱発電用のタービン２のコンパクト化が図れる。また、被駆動体２２の被支持部２２１を軸方向における一方側動翼２３Ａと他方側動翼２３Ｂとの間に配置することによっても、冷熱発電用のタービン２のコンパクト化が図れる。

幾つかの実施形態では、上述した冷熱発電用のタービン２は、図２、図３に示されるように、一方側動翼２３Ａよりも下流側においてロータシャフト２１とケーシング７との間をシールする一方側シール部２６Ａと、他方側動翼２３Ｂよりも下流側においてロータシャフト２１とケーシング７との間をシールする他方側シール部２６Ｂと、をさらに備える。

図示される実施形態では、ケーシング７は、上述した被駆動体収容部７１の前方端から径方向に沿って径方向における内側に突出する前方側突出部７６Ａと、被駆動体収容部７１の後方端から径方向に沿って径方向における内側に突出する後方側突出部７６Ｂと、を含む。一方側シール部２６Ａは、前方側突出部７６Ａの内周部と、ロータシャフト２１のシャフト部２１１における前方側突出部７６Ａに対面する部分と、の間をシールしている。他方側シール部２６Ｂは、後方側突出部７６Ｂの内周部と、ロータシャフト２１のシャフト部２１１における後方側突出部７６Ｂに対面する部分と、の間をシールしている。一方側シール部２６Ａおよび他方側シール部２６Ｂの夫々は、メカニカルシールを含んでいてもよいし、ラビリンスシールを含んでいてもよい。

仮に、冷熱発電用のタービン２が、一方側動翼２３Ａおよび他方側動翼２３Ｂの夫々に対して、上述した方向とは逆方向から熱媒体が導入される構成になっている場合（一方側静翼２４Ａが一方側動翼２３Ａよりも後方側に位置し、且つ他方側静翼２４Ｂが他方側動翼２３Ｂよりも前方側に位置する場合）には、被駆動体収容部７１内に形成された、被支持部２２１が収容された空間７１０への熱媒体の流入を防止するために、一方側動翼２３Ａや他方側動翼２３Ｂよりも上流側にシール部を設ける必要がある。この場合には、シール部は、一方側動翼２３Ａや他方側動翼２３Ｂを通過後の熱媒体に比べて高圧である、一方側動翼２３Ａや他方側動翼２３Ｂを通過する前の熱媒体をシールする必要がある。このため、シール部の大型化を招く虞がある。

上記の構成によれば、一方側動翼２３Ａや他方側動翼２３Ｂよりも下流側にシール部（一方側シール部２６Ａ、他方側シール部２６Ｂ）を設けることで、被支持部２２１が収容された空間７１０への熱媒体の流入を防止することができる。この場合には、一方側動翼２３Ａおよび他方側動翼２３Ｂへの熱媒体の導入方向が逆方向である場合に比べて、シール部（一方側シール部２６Ａ、他方側シール部２６Ｂ）のコンパクト化が図れ、ひいては冷熱発電用のタービン２のコンパクト化が図れる。

幾つかの実施形態では、図２、図３に示されるように、上述した被駆動体収容部７１は、その内部に形成された空間７１０に、スラストカラー１０１と、スラストカラー１０１よりも前方側にスラストカラー１０１に対面して配置される前方側スラスト軸受１０２と、スラストカラー１０１よりも後方側にスラストカラー１０１に対面して配置される後方側スラスト軸受１０３と、を収容している。スラストカラー１０１は、ロータシャフト２１のシャフト部２１１に取り付けられており、前方側スラスト軸受１０２および後方側スラスト軸受１０３の夫々は、被駆動体収容部７１に支持されている。

上記の構成によれば、シャフト収容部９１の内部にスラストカラー１０１やスラスト軸受（前方側スラスト軸受１０２、後方側スラスト軸受１０３）を収容することで、スラストカラー１０１やスラスト軸受を外部に設ける場合に比べて、冷熱発電用のタービン２の大型化を抑制できる。

幾つかの実施形態では、図２に示されるように、上述した冷熱発電用のタービン２は、一方側静翼２４Ａに熱媒体を導入するための第１の熱媒体導入ライン８１と、第１の熱媒体導入ライン８１から分岐して、他方側静翼２４Ｂに熱媒体を導入するための第２の熱媒体導入ライン８２と、をさらに備える。第１の熱媒体導入ライン８１には、熱媒体循環ライン４における第２の熱交換器１３の熱媒体流路１３１よりも下流側を流れる熱媒体が供給される。第１の熱媒体導入ライン８１は、上述した前方側導入路７４を含み、第２の熱媒体導入ライン８２は、上述した後方側導入路７５を含む。前方側導入路７４に供給された熱媒体は、一方側静翼２４Ａに軸方向に沿って導入される。後方側導入路７５に供給された熱媒体は、他方側静翼２４Ｂに軸方向に沿って導入される。

幾つかの実施形態では、図２に示されるように、外側ケーシング７２は、軸方向における一方側動翼２３Ａと他方側動翼２３Ｂとの間において、上述した熱媒体流路７３から径方向に沿って外側ケーシング７２（ケーシング７）の外部に熱媒体を排出するための排出口７２２を有する熱媒体排出部７２１を含む。一方側動翼２３Ａを通過した熱媒体は、熱媒体流路７３を後方側に向かって流れた後に、排出口７２２を通じて外側ケーシング７２（ケーシング７）の外部に排出される。他方側動翼２３Ｂを通過した熱媒体は、熱媒体流路７３を前方側に向かって流れた後に、排出口７２２を通じて外側ケーシング７２（ケーシング７）の外部に排出される。この場合には、一方側動翼２３Ａを通過した熱媒体および他方側動翼２３Ｂを通過した熱媒体の両方を排出口７２２から排出できるため、冷熱発電用のタービン２のコンパクト化が図れる。

図２に示される実施形態では、上述した冷熱発電用のタービン２は、被駆動体収容部７１と外側ケーシング７２との間に配置される隔壁７７を備える。隔壁７７は、軸方向において熱媒体排出部７２１に少なくとも一部が重複する位置に配置され、周方向に沿って延在して熱媒体流路７３の一部を閉塞するように構成された。このような隔壁７７は、一方側動翼２３Ａを通過した熱媒体や他方側動翼２３Ｂを通過した熱媒体を、排出口７２２に案内できる。

幾つかの実施形態では、図３に示されるように、上述した冷熱発電用のタービン２は、一方側動翼２３Ａを通過した熱媒体を他方側静翼２４Ｂに導入するための連絡ライン８３をさらに備える。

図３に示される実施形態では、上述した冷熱発電用のタービン２は、一方側静翼２４Ａに熱媒体を導入するための熱媒体導入ライン８１を備える。熱媒体導入ライン８１には、熱媒体循環ライン４における第２の熱交換器１３の熱媒体流路１３１よりも下流側を流れる熱媒体が供給される。熱媒体導入ライン８１は、上述した前方側導入路７４を含む。前方側導入路７４に供給された熱媒体は、一方側静翼２４Ａに軸方向に沿って導入される。

図３に示される実施形態では、上述した冷熱発電用のタービン２は、被駆動体収容部７１と外側ケーシング７２との間に配置される隔壁７８を備える。隔壁７８は、周方向に沿って延在して熱媒体流路７３を閉塞し、熱媒体流路７３を軸方向における一方側（前方側）に設けられる前方側熱媒体流路７３Ａと、軸方向における他方側（後方側）に設けられる後方側熱媒体流路７３Ｂと、に区分する。

図３に示される実施形態では、上述した外側ケーシング７２は、熱媒体連絡部７２３と、熱媒体排出部７２４と、を含む。熱媒体連絡部７２３は、軸方向における一方側動翼２３Ａと隔壁７８との間において、上述した前方側熱媒体流路７３Ａから径方向に沿って径方向における外側に熱媒体を導くための連絡口７２５を有する。熱媒体排出部７２４は、軸方向における他方側動翼２３Ｂと隔壁７８との間において、上述した後方側熱媒体流路７３Ｂから径方向に沿って外側ケーシング７２（ケーシング７）の外部に熱媒体を排出するための排出口７２６を有する。

上述した連絡ライン８３は、上述した前方側熱媒体流路７３Ａと、連絡口７２５と、後方側導入路７５と、を含む。後方側導入路７５の上流端は、連絡口７２５の下流端に接続され、連絡口７２５と後方側導入路７５との間で熱媒体の流通が可能になっている。一方側動翼２３Ａを通過した熱媒体は、前方側熱媒体流路７３Ａを後方側に向かって流れた後に、連絡口７２５および後方側導入路７５を通じて他方側静翼２４Ｂおよび他方側動翼２３Ｂに導入される。他方側動翼２３Ｂを通過した熱媒体は、後方側熱媒体流路７３Ｂを前方側に向かって流れた後に、排出口７２６を通じて外側ケーシング７２（ケーシング７）の外部に排出される。

上記の構成によれば、冷熱発電用のタービン２は、一方側動翼２３Ａを通過した熱媒体を他方側静翼２４Ｂに導入するための連絡ライン８３を備える。連絡ライン８３により、一方側動翼２３Ａを通過した熱媒体を他方側静翼２４Ｂおよび他方側動翼２３Ｂに導入することができる。つまり、冷熱発電用のタービン２は、多段式のタービン２Ａからなる。多段式のタービン２Ａの動翼（一方側動翼２３Ａおよび他方側動翼２３Ｂ）をロータシャフト２１の軸方向における両側に配置することで、冷熱発電用のタービン２の組立性を向上できる。特に、一方側動翼２３Ａを初段とし、他方側動翼２３Ｂを二段目とする二段式のタービン２Ａの場合には、ロータシャフト２１の両軸を単段化できるので、三段以上の複数段のタービン２Ａに比べて、冷熱発電用のタービン２の組立性を効果的に向上できる。

図４は、本開示の一実施形態にかかる冷熱発電用のタービンの軸線に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。図５は、本開示の一実施形態にかかる冷熱発電用のタービンを説明するための説明図である。
幾つかの実施形態では、図４、図５に示されるように、上述した冷熱発電用のタービン２は、上述した連絡ライン８３を流れる熱媒体と、この熱媒体よりも高温の第２の熱媒体と、の間で熱交換を行うように構成された熱交換器８４をさらに備える。

図示される実施形態では、図４、図５に示されるように、熱交換器８４は、連絡ライン８３に設けられて連絡ライン８３を流れる熱媒体が流れる熱媒体流路８５と、第２の熱媒体が流れる第２熱媒体流路８６と、を含む。熱媒体流路８５内の熱媒体と、第２熱媒体流路８６内の第２の熱媒体と、の間で熱交換が行われて、熱媒体流路８５内の熱媒体が加熱される。第２の熱媒体は、熱媒体流路８５に導入される熱媒体よりも高温であればよい。この第２の熱媒体は、上述した加熱水供給ライン５を流れる加熱水であってもよいし、上述した中間熱媒体循環ライン６を流れる中間熱媒体であってもよい。

図５に示される実施形態では、上述した熱交換器８４は、上述した第２の熱交換器１３を含む。すなわち、上述した熱交換器８４は、上述した熱媒体循環ライン４に設けられた熱媒体が流れる熱媒体流路１３１と、上述した中間熱媒体循環ライン６に設けられた中間熱媒体が流れる中間熱媒体流路１３２と、上述した連絡ライン８３に設けられた熱媒体が流れる熱媒体流路８５と、を含む。熱媒体流路１３１内の熱媒体や熱媒体流路８５内の熱媒体は、中間熱媒体流路１３２内の熱媒体により加熱される。

上記の構成によれば、連絡ライン８３を流れる熱媒体は、一方側動翼２３Ａ（前段側動翼）を通過して、その温度が低下している。この温度が低下した熱媒体を熱交換器８４により加熱（再熱）した後に、他方側動翼２３Ｂ（後段側動翼）に送ることで、冷熱発電用のタービン２の熱効率および出力を向上させることができる。

幾つかの実施形態では、図４、図５に示されるように、上述した冷熱発電用のタービン２は、上述した一方側動翼２３Ａに熱媒体を導入するための熱媒体導入ライン８１から分岐して連絡ライン８３に合流する途中合流ライン８７をさらに備える。

図４に示される実施形態では、途中合流ライン８７は、分岐部Ｐ１において上流端８７１が熱媒体導入ライン８１に熱媒体が流通可能に接続され、熱交換器８４（の熱媒体流路８５）よりも下流側に位置する合流部Ｐ２において下流端８７２が連絡ライン８３に熱媒体が流通可能に接続されている。

上記の構成によれば、冷熱発電用のタービン２は、熱媒体導入ライン８１から分岐して連絡ライン８３に合流する途中合流ライン８７を備える。例えば、熱源である海水の温度が低い場合や液化ガスの流量が大きい場合には、タービン２に供給される熱媒体の温度が低下する。タービン２に供給される熱媒体の温度低下に伴い、タービン２の飽和圧を低下させる必要がある。このため、熱源である海水の温度が低い場合や液化ガスの流量が大きい場合には、タービン２の一方側静翼２４Ａ（前段側静翼）に導入される熱媒体の量が制限され、タービン２の出力が低下する虞がある。他方側静翼２４Ｂ（後段側静翼）には、一方側動翼２３Ａに対して仕事をして温度低下した熱媒体が導入されるので、他方側静翼２４Ｂは、一方側静翼２４Ａに比べて、導入可能な熱媒体の温度が低い。このため、一方側静翼２４Ａおよび一方側動翼２３Ａを迂回する途中合流ライン８７を通じて熱媒体を他方側静翼２４Ｂに導入することで、他方側静翼２４Ｂの下流側に位置する他方側動翼２３Ｂへの熱媒体の導入量を増加させることができる。他方側動翼２３Ｂに導入される熱媒体の量を増加させることで、冷熱発電用のタービン２の出力を向上させることができる。

また、上記の構成によれば、途中合流ライン８７により、部分負荷運転時にタービン２に供給可能な熱媒体の量を増やすことができる。これにより、タービン２を迂回するバイパスライン１７を流れる熱媒体の量を減らすことができるため、冷熱発電システム１の出力を向上させることができる。また、途中合流ライン８７を通じて連絡ライン８３に導入される熱媒体は、一方側動翼２３Ａにおいて仕事をした熱媒体よりも高温であるため、他方側動翼２３Ｂに導入される熱媒体の温度を上昇でき、ひいては冷熱発電システム１の出力を向上させることができる。

本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

上述した幾つかの実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握されるものである。

１）本開示の少なくとも一実施形態にかかる冷熱発電用のタービン（２）は、
液化ガスを加熱するための熱媒体を循環させるように構成された熱媒体循環ライン（４）に設けられる冷熱発電用のタービン（２）であって、
ロータシャフト（２１）と、
前記ロータシャフトを回転可能に収容するケーシング（７）と、
前記ロータシャフトに支持される被支持部（２２１）を含む被駆動体（２２）と、
前記ロータシャフトの軸方向における前記被支持部よりも一方側に設けられた一方側動翼（２３Ａ）と、
前記ロータシャフトの前記軸方向における前記被支持部よりも他方側に設けられた他方側動翼（２３Ｂ）と、
前記一方側動翼よりも前記一方側において前記ケーシングに支持される一方側静翼（２４Ａ）と、
前記他方側動翼よりも前記他方側において前記ケーシングに支持される他方側静翼（２４Ｂ）と、
を備える。

上記１）の構成によれば、一方側静翼は、ロータシャフトの軸方向における一方側動翼よりも上記一方側に設けられており、他方側静翼は、ロータシャフトの軸方向における他方側動翼よりも上記他方側に設けられている。一方側静翼を通過した熱媒体は、上記他方側に流れて一方側動翼に導入されるので、一方側動翼には、上記他方側に向かうスラスト荷重（第１スラスト荷重Ｔ１）が生じる。他方側静翼を通過した熱媒体は、上記一方側に流れて他方側動翼に導入されるので、他方側動翼には、上記一方側に向かうスラスト荷重（第２スラスト荷重Ｔ２）が生じる。これにより、第１スラスト荷重と第２スラスト荷重が互いに相殺し合うので、ロータシャフトにかかるスラスト荷重を低減することができる。ロータシャフトにかかるスラスト荷重を低減することで、ロータシャフトの摩耗や損傷を抑制できるため、冷熱発電用のタービンの信頼性を向上させることができる。

また、上記１）の構成によれば、ロータシャフトにかかるスラスト荷重を低減することで、スラスト荷重を受ける構成（例えば、スラスト軸受）の容量を小さなものにできるため、冷熱発電用のタービンのコンパクト化が図れる。また、被駆動体の被支持部を軸方向における一方側動翼と他方側動翼との間に配置することによっても、冷熱発電用のタービンのコンパクト化が図れる。

２）幾つかの実施形態では、上記１）に記載の冷熱発電用のタービン（２）であって、
前記一方側動翼（２３Ａ）よりも下流側において前記ロータシャフト（２１）と前記ケーシング（７）との間をシールする一方側シール部（２６Ａ）と、
前記他方側動翼（２３Ｂ）よりも下流側において前記ロータシャフト（２１）と前記ケーシング（７）との間をシールする他方側シール部（２６Ｂ）と、
をさらに備える。

仮に、冷熱発電用のタービンが、一方側動翼および他方側動翼の夫々に対して、上述した方向とは逆方向から熱媒体が導入される構成になっている場合には、被支持部が収容された空間への熱媒体の流入を防止するために、一方側動翼や他方側動翼よりも上流側にシール部を設ける必要がある。この場合には、シール部は、一方側動翼や他方側動翼に導入前の高圧の熱媒体をシールする必要があるため、シール部の大型化を招く虞がある。上記２）の構成によれば、一方側動翼や他方側動翼よりも下流側にシール部（一方側シール部、他方側シール部）を設けることで、被支持部が収容された空間への熱媒体の流入を防止することができる。この場合には、一方側動翼および他方側動翼への熱媒体の導入方向が逆方向である場合に比べて、シール部（一方側シール部、他方側シール部）のコンパクト化が図れ、ひいては冷熱発電用のタービンのコンパクト化が図れる。

３）幾つかの実施形態では、上記２）に記載の冷熱発電用のタービン（２）であって、
前記一方側動翼（２３Ａ）を通過した前記熱媒体を前記他方側静翼（２４Ｂ）に導入するための連絡ライン（８３）をさらに備える。

上記３）の構成によれば、冷熱発電用のタービンは、一方側動翼を通過した熱媒体を他方側静翼に導入するための連絡ラインを備える。連絡ラインにより、一方側動翼を通過した熱媒体を他方側静翼および他方側動翼に導入することができる。つまり、冷熱発電用のタービンは、多段式のタービンからなる。多段式のタービンの動翼をロータシャフトの両側に配置することで、冷熱発電用のタービンの組立性を向上できる。

４）幾つかの実施形態では、上記３）に記載の冷熱発電用のタービン（２）であって、
前記連絡ライン（８３）を流れる前記熱媒体と、前記熱媒体よりも高温の第２の熱媒体と、の間で熱交換を行うように構成された熱交換器（８４）をさらに備える。

上記４）の構成によれば、連絡ラインを流れる熱媒体は、一方側動翼（前段側動翼）を通過して、その温度が低下している。この温度が低下した熱媒体を熱交換器により加熱（再熱）した後に、他方側動翼（後段側動翼）に送ることで、冷熱発電用のタービンの熱効率および出力を向上させることができる。

５）幾つかの実施形態では、上記３）又は４）に記載の冷熱発電用のタービン（２）であって、
前記一方側動翼（２３Ａ）に前記熱媒体を導入するための熱媒体導入ライン（８１）から分岐して前記連絡ライン（８３）に合流する途中合流ライン（８７）をさらに備える。

上記５）の構成によれば、冷熱発電用のタービンは、熱媒体導入ラインから分岐して連絡ラインに合流する途中合流ラインを備える。例えば、熱源である海水の温度が低い場合や液化ガスの流量が大きい場合には、タービンに供給される熱媒体の温度が低下する。タービンに供給される熱媒体の温度低下に伴い、タービンの飽和圧を低下させる必要がある。このため、熱源である海水の温度が低い場合や液化ガスの流量が大きい場合には、タービンの一方側静翼（前段側静翼）に導入される熱媒体の量が制限され、タービンの出力が低下する虞がある。他方側静翼（後段側静翼）には、一方側動翼に対して仕事をして温度低下した熱媒体が導入されるので、他方側静翼は、一方側静翼に比べて、導入可能な熱媒体の温度が低い。このため、一方側静翼および一方側動翼を迂回する途中合流ラインを通じて熱媒体を他方側静翼に導入することで、他方側静翼の下流側に位置する他方側動翼への熱媒体の導入量を増加させることができる。他方側動翼に導入される熱媒体の量を増加させることで、冷熱発電用のタービンの出力を向上させることができる。

また、上記５）の構成によれば、途中合流ラインにより、部分負荷運転時にタービンに供給可能な熱媒体の量を増やすことができる。これにより、タービンを迂回するバイパスラインを流れる熱媒体の量を減らすことができるため、冷熱発電システムの出力を向上させることができる。また、途中合流ラインを通じて連絡ラインに導入される熱媒体は、一方側動翼において仕事をした熱媒体よりも高温であるため、他方側動翼に導入される熱媒体の温度を上昇でき、ひいては冷熱発電システムの出力を向上させることができる。

１ 冷熱発電システム
２，２Ａ タービン
２１ ロータシャフト
２１１ シャフト部
２１２Ａ，２１２Ｂ 外面
２１３Ａ 前方側ディスク部
２１３Ｂ 後方側ディスク部
２２ 被駆動体
２２１ 被支持部
２３Ａ 一方側動翼
２３Ｂ 他方側動翼
２４Ａ 一方側静翼
２４Ｂ 他方側静翼
２５Ａ 前方側カバー部材
２５Ｂ 後方側カバー部材
２６Ａ 一方側シール部
２６Ｂ 他方側シール部
３ 液化ガス供給ライン
３１ 液化ガス貯留装置
３２ 液化ガス用ポンプ
３５ 機器
４ 熱媒体循環ライン
４１ 循環ポンプ
４３ 開閉弁
５ 加熱水供給ライン
５１ 加熱水用ポンプ
６ 中間熱媒体循環ライン
６１ 循環ポンプ
７ ケーシング
７１ 被駆動体収容部
７１０ 空間
７２ 外側ケーシング
７２１，７２４ 熱媒体排出部
７２２ 排出口
７２３ 熱媒体連絡部
７２５ 連絡口
７３ 熱媒体流路
７３Ａ 前方側熱媒体流路
７３Ｂ 後方側熱媒体流路
７４ 前方側導入路
７５ 後方側導入路
７６Ａ 前方側突出部
７６Ｂ 後方側突出部
７７，７８ 隔壁
８１，８２ 熱媒体導入ライン
８３ 連絡ライン
８４ 熱交換器
８７ 途中合流ライン
１０ 船体
１０Ａ 浮体
１１ 発電機
１２ 第１の熱交換器
１３ 第２の熱交換器
１４ 第３の熱交換器
１５ 供給元
１５Ａ 取水口
１６ 排出先
１６Ａ 排出口
１７ バイパスライン
ＣＡ 軸線
Ｔ１，Ｔ２ スラスト荷重

Claims (5)

1. 液化ガスを加熱するための熱媒体を循環させるように構成された熱媒体循環ラインに設けられる冷熱発電用のタービンであって、
   ロータシャフトと、
   前記ロータシャフトを回転可能に収容するケーシングと、
   前記ロータシャフトに支持される被支持部を含む被駆動体と、
   前記ロータシャフトの軸方向における前記被支持部よりも一方側に設けられた一方側動翼と、
   前記ロータシャフトの前記軸方向における前記被支持部よりも他方側に設けられた他方側動翼と、
   前記一方側動翼よりも前記一方側において前記ケーシングに支持される一方側静翼と、
   前記他方側動翼よりも前記他方側において前記ケーシングに支持される他方側静翼と、
   を備え、
   前記ケーシングは、
   前記ロータシャフトの前記軸方向における前記一方側動翼と前記他方側動翼の間に配置され、前記ロータシャフトおよび前記被駆動体を収容する被駆動体収容部と、
   前記被駆動体収容部の外周を覆う外側ケーシングであって、前記被駆動体収容部との間に前記一方側動翼を通過した熱媒体を下流側に導くための熱媒体流路および前記他方側動翼を通過した熱媒体を下流側に導くための熱媒体流路を形成する外側ケーシングと、を含む、
   冷熱発電用のタービン。
2. 前記一方側動翼よりも下流側において前記ロータシャフトと前記被駆動体収容部との間をシールする一方側シール部と、
   前記他方側動翼よりも下流側において前記ロータシャフトと前記被駆動体収容部との間をシールする他方側シール部と、
   をさらに備える、
   請求項１に記載の冷熱発電用のタービン。
3. 前記一方側動翼を通過した前記熱媒体を前記他方側静翼に導入するための連絡ラインをさらに備える、
   請求項２に記載の冷熱発電用のタービン。
4. 前記連絡ラインを流れる前記熱媒体と、前記熱媒体よりも高温の第２の熱媒体と、の間で熱交換を行うように構成された熱交換器をさらに備える、
   請求項３に記載の冷熱発電用のタービン。
5. 前記一方側動翼に前記熱媒体を導入するための熱媒体導入ラインから分岐して前記連絡ラインに合流する途中合流ラインをさらに備える、
   請求項３又は４に記載の冷熱発電用のタービン。

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