JP2007071071A - Heat power generation system - Google Patents

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Hiroshi Isobe
浩 磯部
Takami Ozaki
孝美 尾崎
Tsuguto Nakaseki
嗣人 中関
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NTN Corp
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NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat power generation system which realizes long term rotation of a turbine independently of the kind of a working medium. <P>SOLUTION: The working medium 3 is directly or indirectly heated by a collector 1 absorbing heat energy, and steam of the working medium 3 is ejected from a nozzle 8. The turbine 5 is rotationally driven with high pressure steam from the nozzle 8, and a power generator rotor 6A in a power generator 6 is rotated by the rotation of the turbine 5 so that electric power is generated by a power generator stator 6B facing the power generator rotor 6A. A main shaft 7 to connect a blade wheel of the turbine 5 and the power generator rotor 6A is supported by a non-contact bearing 11. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、太陽熱等の熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱発電システムに関する。   The present invention relates to a thermoelectric generation system that converts thermal energy such as solar heat into electric energy.

この種の熱発電システムの従来例として、太陽熱で作動媒体を加熱し、その作動媒体の高圧蒸気でタービンを回転駆動し、タービンの回転で発電機を発電させるようにした太陽熱発電システムが知られている（例えば特許文献１〜３）。
特開２００２−２４２６９３号公報 特開２０００−１１０５１５号公報 特開２００３−２２７３１５号公報 As a conventional example of this type of thermal power generation system, a solar thermal power generation system is known in which a working medium is heated by solar heat, a turbine is rotated by high-pressure steam of the working medium, and a generator is generated by the rotation of the turbine. (For example, Patent Documents 1 to 3).
JP 2002-242893 A JP 2000-110515 A JP 2003-227315 A

上記した各太陽熱発電システムでは、いずれも得られる熱エネルギーが小さくエネルギー密度が低いため、作動媒体として、気化し易い有機媒体あるいは沸点の低い有機媒体、例えばアンモニア、代替フロン、アルコール、アセトンなどが使用される。ところが、このような作動媒体を使用した場合、高熱のため、タービンを回転支持する軸受用の潤滑剤の保持が難しく、長期回転ができないという問題があった。   In each of the solar thermal power generation systems described above, since the obtained thermal energy is small and the energy density is low, an organic medium that is easily vaporized or an organic medium having a low boiling point, such as ammonia, alternative chlorofluorocarbon, alcohol, or acetone, is used as the working medium. Is done. However, when such a working medium is used, there is a problem that due to the high heat, it is difficult to hold the lubricant for the bearing that rotates and supports the turbine, and long-term rotation is not possible.

また、次の各問題があった。
・上記の溶媒によって発電機ステータ部のコイルや、このコイルを保持しているモールド樹脂が劣化する。
・タービン、発電機、および主軸からなるユニットの内部に作動媒体が残り、有効に作動媒体を利用できない。
・太陽熱発電では、得られる熱エネルギーが小さく、エネルギー密度が低いため、タービン部材の質量および慣性モーメントが大きいと、回転起動が難しい。
・作動媒体の温度差によって発電するシステムであるが、作動媒体を冷却させる専用の機器を用いるとシステムコストが高くなる。
・熱変換システムでは、作動媒体の温度が低いとエネルギーの変換効率が低い。 There were also the following problems.
The coil of the generator stator part and the mold resin holding the coil are deteriorated by the solvent.
-The working medium remains inside the unit consisting of the turbine, generator, and main shaft, and the working medium cannot be used effectively.
-In solar thermal power generation, the thermal energy obtained is small and the energy density is low, so if the mass and moment of inertia of the turbine member are large, it is difficult to start rotation.
-Although the system generates power based on the temperature difference of the working medium, using a dedicated device for cooling the working medium increases the system cost.
-In the heat conversion system, the energy conversion efficiency is low when the temperature of the working medium is low.

この発明の目的は、作動媒体の種類に制限を受けることなく、タービンの長期回転が可能な熱発電システムを提供することである。
この発明の他の目的は、上記各問題を解消することである。 An object of the present invention is to provide a thermoelectric generation system capable of rotating a turbine for a long period of time without being limited by the type of working medium.
Another object of the present invention is to solve the above problems.

この発明の熱発電システムは、熱エネルギーを吸収するコレクタによって、直接または間接的に作動媒体を加熱し、前記作動媒体の蒸気をノズルから噴出させ、ノズルからの高圧蒸気によってタービンを回転駆動させ、前記タービンの回転によって、発電機における発電機ロータを回転させることにより、前記発電機ロータと対向して設けられた発電機ステータ部で発電させるシステムにおいて、前記タービンの翼車と前記発電機ロータとを連結する主軸を非接触軸受によって支持したことを特徴とする。熱発電システムは、太陽熱を熱エネルギーとする太陽熱発電システムであっても良い。
この構成によると、タービンと発電機ロータとを連結する主軸を非接触軸受で回転自在に支持するため、軸受に潤滑剤が不要となる。そのため、主軸を回転支持する軸受の潤滑剤が高熱の作動媒体で劣化するといった事態が生じる恐れがない。その結果、作動媒体の種類に制限を受けることなく、タービンの長期回転が可能となる。 In the thermoelectric generation system of the present invention, the working medium is directly or indirectly heated by the collector that absorbs thermal energy, the steam of the working medium is ejected from the nozzle, and the turbine is rotationally driven by the high-pressure steam from the nozzle. The turbine impeller of the turbine, the generator rotor, and the generator rotor portion of the generator that is provided opposite to the generator rotor by rotating the generator rotor of the generator by the rotation of the turbine. The main shaft connecting the two is supported by a non-contact bearing. The thermoelectric generator system may be a solar thermoelectric generator system that uses solar heat as thermal energy.
According to this configuration, since the main shaft connecting the turbine and the generator rotor is rotatably supported by the non-contact bearing, no lubricant is required for the bearing. Therefore, there is no possibility that the lubricant of the bearing that rotatably supports the main shaft is deteriorated by the high-temperature working medium. As a result, the turbine can be rotated for a long time without being limited by the type of working medium.

この発明において、前記発電機の回転部分と静止部分との間の一部に隔壁を有するものとしても良い。このように発電機の回転部分と静止部分との間の一部に隔壁を設けることにより、発電機ステータ部におけるコイル表面の絶縁皮膜や、コイルを保護しているモールド樹脂が、作動媒体である有機溶媒等により侵されて安定した発電が行えなくなるといった事態を回避できる。   In this invention, it is good also as what has a partition in a part between the rotation part and stationary part of the said generator. Thus, by providing a partition wall in a part between the rotating part and the stationary part of the generator, the insulating film on the coil surface in the generator stator part and the mold resin protecting the coil are the working medium. It is possible to avoid a situation where stable power generation cannot be performed due to being attacked by an organic solvent or the like.

この発明において、前記タービン、発電機、および主軸からなるユニットから前記作動媒体が自重によって排出されるように、前記ユニットの前記主軸を水平面に対して傾けて設置しても良い。このように、ユニットの主軸を水平面に対して傾けて設置し、ユニットから作動媒体が自重によって排出されるようにすることで、タービンを通過した作動媒体がユニット内で万一結露した場合でも、その液化した作動媒体が流出し易い。そのため、液化した作動媒体が発電機の部分へ侵入し、あるいは非接触軸受に接触して、エネルギー変換効率が低下するのを防止することができる。   In this invention, you may install the said main axis | shaft of the said unit with respect to a horizontal surface so that the said working medium may be discharged | emitted by the dead weight from the unit which consists of the said turbine, a generator, and a main axis | shaft. In this way, the unit's main shaft is inclined with respect to the horizontal plane, and the working medium is discharged from the unit by its own weight, so that even if the working medium that has passed through the turbine has condensed in the unit, The liquefied working medium tends to flow out. For this reason, it is possible to prevent the liquefied working medium from entering the generator portion or coming into contact with the non-contact bearing to reduce the energy conversion efficiency.

この発明において、前記タービンは前記作動媒体に侵されないプラスチック材料によって構成しても良い。タービンをプラスチック材料製とすると、僅かな噴出力でも回転できるようになる。プラスチック材料を用いても、作動媒体に侵されない材質のものを使用することで支障が生じない。
例えば、前記プラスチック材料はＰＥＥＫ材（ポリエーテルエーテルケトン材）であっても良い。ＰＥＥＫ材は、耐熱性、難燃性、耐薬品性に優れたエンジニアリングプラスチックであり、タービンの材質として各種の面で優れたものとなる。 In the present invention, the turbine may be made of a plastic material that is not affected by the working medium. If the turbine is made of a plastic material, it can be rotated even with a small jet power. Even if a plastic material is used, there is no problem by using a material that is not affected by the working medium.
For example, the plastic material may be a PEEK material (polyether ether ketone material). The PEEK material is an engineering plastic excellent in heat resistance, flame retardancy, and chemical resistance, and is excellent in various aspects as a turbine material.

この発明において、前記タービンが、高圧蒸気を膨張に伴う冷却作用によって液化させるものであっても良い。このようにタービン内で作動媒体が冷却されるようにした場合、作動媒体を冷却させる専用の機器が不要となり、それだけコスト低減が可能となる。   In the present invention, the turbine may liquefy the high-pressure steam by a cooling action accompanying expansion. When the working medium is cooled in the turbine as described above, a dedicated device for cooling the working medium is not necessary, and the cost can be reduced accordingly.

この発明において、前記作動媒体を加熱する手段を有するものとしても良い。コレクタによって加熱された作動媒体を、さらに加熱手段で再加熱することにより、作動媒体の加熱温度をさらに高めて蒸気圧を上げることができ、これによりタービンによるエネルギー変換効率を高めることができる。   In this invention, it is good also as what has a means to heat the said working medium. By further reheating the working medium heated by the collector with the heating means, the heating temperature of the working medium can be further increased to increase the vapor pressure, thereby increasing the energy conversion efficiency by the turbine.

この発明の熱発電システムは、熱エネルギーを吸収するコレクタによって、直接または間接的に作動媒体を加熱し、前記作動媒体の蒸気をノズルから噴出させ、ノズルからの高圧蒸気によってタービンを回転駆動させ、前記タービンの回転によって、発電機における発電機ロータを回転させることにより、前記発電機ロータと対向して設けられた発電機ステータ部で発電させるシステムにおいて、前記タービンの翼車と前記発電機ロータとを連結する主軸を非接触軸受によって支持したため、潤滑剤が不要となり、そのため作動媒体の種類に制限を受けることなく、タービンの長期回転が可能となる。   In the thermoelectric generation system of the present invention, the working medium is directly or indirectly heated by the collector that absorbs thermal energy, the steam of the working medium is ejected from the nozzle, and the turbine is rotationally driven by the high-pressure steam from the nozzle. The turbine impeller of the turbine, the generator rotor, and the generator rotor portion of the generator that is provided opposite to the generator rotor by rotating the generator rotor of the generator by the rotation of the turbine. Since the main shaft connecting the two is supported by the non-contact bearing, no lubricant is required, and therefore the turbine can be rotated for a long time without being limited by the type of the working medium.

この発明の第１の実施形態を図１と共に説明する。この熱発電システムは、熱エネルギーである太陽熱を電気エネルギーに変換して出力する太陽熱発電システムであって、太陽熱を吸収するコレクタ１と、タービン５および発電機６を有するタービンユニット２と、コレクタ１とタービン５の間で作動媒体３を循環させる作動媒体循環路４とを備える。
作動媒体循環路４は、前記コレクタ１で直接的に加熱された作動媒体３の蒸気を高圧蒸気として前記タービン５に噴出させタービン５を回転駆動するノズル８と、タービン５の回転に使用された作動媒体３をコレクタ１に循環供給するポンプ９とを有する。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This thermoelectric power generation system is a solar thermal power generation system that converts solar heat, which is thermal energy, into electric energy and outputs the electric energy, and includes a collector 1 that absorbs solar heat, a turbine unit 2 having a turbine 5 and a generator 6, and a collector 1. And a working medium circulation path 4 for circulating the working medium 3 between the turbine 5 and the turbine 5.
The working medium circulation path 4 was used to rotate the turbine 5 and the nozzle 8 for rotating the turbine 5 by jetting the steam of the working medium 3 directly heated by the collector 1 to the turbine 5 as high-pressure steam. And a pump 9 for circulating and supplying the working medium 3 to the collector 1.

タービンユニット２の発電機６は、回転部分である発電機ロータ６Ａと静止部分である発電機ステータ部６Ｂとでなり、タービン５と発電機ロータ６Ａとは主軸７で連結されている。具体的には、発電機６はラジアルギャップ型発電機であり、発電機ロータ６Ａは主軸７の外周に設けられ、その周囲に発電機ロータ６Ａと対向して発電機ステータ部６Ｂが設けられる。これにより、タービン５のタービン翼車（図１には図示せず）の回転が発電機ロータ６Ａの回転となり、発電機ロータ６Ａと対向して設けられた発電機ステータ部６Ｂで発電される。この発電はコントローラ１０によって制御される。   The generator 6 of the turbine unit 2 includes a generator rotor 6A that is a rotating portion and a generator stator portion 6B that is a stationary portion. The turbine 5 and the generator rotor 6A are connected by a main shaft 7. Specifically, the generator 6 is a radial gap generator, the generator rotor 6A is provided on the outer periphery of the main shaft 7, and the generator stator portion 6B is provided around the generator rotor 6A so as to face the generator rotor 6A. Thereby, the rotation of the turbine impeller (not shown in FIG. 1) of the turbine 5 becomes the rotation of the generator rotor 6A, and power is generated by the generator stator portion 6B provided to face the generator rotor 6A. This power generation is controlled by the controller 10.

主軸７は非接触軸受１１によって回転自在に支持される。
タービン５は作動媒体３に侵されないプラスチック材料で構成される。特に、タービン５のタービン翼車（図示せず）が上記プラスチック材料で構成される。この場合のプラスチック材料としては、例えばＰＥＥＫ材（ポリエーテルエーテルケトン材）等が好適である。タービン５をプラスチック材料製とした場合は、僅かな噴出力でも回転できるようになる。プラスチック材料を用いても、作動媒体に侵されない材質のものを使用することで支障が生じない。ＰＥＥＫ材は、耐熱性、難燃性、耐薬品性に優れたエンジニアリングプラスチックであり、タービン５の材質として各種の面で優れたものとなる。 The main shaft 7 is rotatably supported by a non-contact bearing 11.
The turbine 5 is made of a plastic material that is not affected by the working medium 3. In particular, a turbine impeller (not shown) of the turbine 5 is made of the plastic material. As a plastic material in this case, for example, a PEEK material (polyether ether ketone material) is suitable. When the turbine 5 is made of a plastic material, the turbine 5 can rotate even with a slight jet power. Even if a plastic material is used, there is no problem by using a material that is not affected by the working medium. The PEEK material is an engineering plastic excellent in heat resistance, flame retardancy, and chemical resistance, and is excellent in various aspects as the material of the turbine 5.

上記構成による太陽熱発電システムの動作を説明する。コレクタ１によって太陽熱を獲得し、獲得した熱エネルギーを、作動媒体循環路４内の作動媒体３に与えることにより、作動媒体の蒸気圧力を高める。この高圧蒸気はノズル８を介してタービン５に噴射され、これによりタービン５が回転駆動される。タービン５の回転によって発電機ロータ６Ａが回転し、発電機ロータ６Ａと対向して設けられた発電機ステータ部６Ｂで発電される。このように、タービン５の回転が電気エネルギーに変換される。   The operation of the solar thermal power generation system having the above configuration will be described. The solar heat is acquired by the collector 1, and the acquired thermal energy is given to the working medium 3 in the working medium circulation path 4, thereby increasing the vapor pressure of the working medium. This high-pressure steam is injected into the turbine 5 through the nozzle 8, and thereby the turbine 5 is rotationally driven. The generator rotor 6A is rotated by the rotation of the turbine 5, and electric power is generated by the generator stator portion 6B provided to face the generator rotor 6A. In this way, the rotation of the turbine 5 is converted into electric energy.

タービン５に回転エネルギーを与えた作動媒体３は、ポンプ９によってコレクタ１まで輸送されるが、タービン５からポンプ９までに冷却され、完全に液体に戻る。このとき、タービン５は、作動媒体３の高圧蒸気を断熱膨張に伴う冷却作用によって液化させるようにすることが好ましい。これにより、作動媒体３を冷却させる専用の機器が不要となり、それだけコスト低減が可能となる。   The working medium 3 that has given rotational energy to the turbine 5 is transported to the collector 1 by the pump 9, but is cooled from the turbine 5 to the pump 9 and completely returned to liquid. At this time, it is preferable that the turbine 5 liquefy the high-pressure steam of the working medium 3 by a cooling action accompanying adiabatic expansion. As a result, a dedicated device for cooling the working medium 3 becomes unnecessary, and the cost can be reduced accordingly.

タービン５と発電機ロータ６Ａとを連結する主軸７は、非接触軸受１１で回転自在に支持しているので、軸受の潤滑剤が不要となる。潤滑剤を用いないため、作動媒体３としてアンモニアや、代替フロン、アルコール、アセトンなどの気化し易い有機溶媒、あるいは沸点の低い有機溶媒を使用しても、軸受の回転自在な支持に問題が生じることはない。その結果、作動媒体３の種類に制限を受けることなく、タービン５の長期回転が可能となる。また、非接触軸受１１で主軸７が支持されていることから、回転トルクロスが少なく、エネルギ変換効率低下を極力低減できる。そのため、エネルギーロスを極力低減したいこのような熱発電システムでは最適となる。   Since the main shaft 7 that connects the turbine 5 and the generator rotor 6A is rotatably supported by the non-contact bearing 11, a lubricant for the bearing becomes unnecessary. Since no lubricant is used, there is a problem in the support of the bearing that can rotate freely even if ammonia, an alternative organic solvent such as chlorofluorocarbon, alcohol or acetone, or an organic solvent having a low boiling point is used as the working medium 3. There is nothing. As a result, the turbine 5 can be rotated for a long time without being limited by the type of the working medium 3. In addition, since the main shaft 7 is supported by the non-contact bearing 11, the rotational torque loss is small, and the reduction in energy conversion efficiency can be reduced as much as possible. Therefore, it is optimal for such a thermoelectric power generation system that wants to reduce energy loss as much as possible.

図２は、この発明の他の実施形態を示す。この熱発電システムは、図１の実施形態における作動媒体循環路４に代えて、コレクタ１に第１の作動媒体３Ａを循環させる第１の作動媒体循環路４Ａと、タービン５に第２の作動媒体３Ｂを循環させる第２の作動媒体循環路４Ｂと、熱交換機１２とを設けたものである。コレクタ１によって加熱された第１の作動媒体３Ａの熱を、熱交換器１２を介して第２の作動媒体３Ｂに与えることにより、第２の作動媒体３Ｂが間接的に加熱される。ノズル８およびポンプ９は、第２の作動媒体循環路４Ｂに設けられる。その他の構成は第１の実施形態の場合と同じである。   FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. In this thermoelectric generation system, instead of the working medium circuit 4 in the embodiment of FIG. 1, the first working medium circuit 4 </ b> A that circulates the first working medium 3 </ b> A through the collector 1 and the second operation through the turbine 5. A second working medium circulation path 4B for circulating the medium 3B and a heat exchanger 12 are provided. By supplying the heat of the first working medium 3A heated by the collector 1 to the second working medium 3B via the heat exchanger 12, the second working medium 3B is indirectly heated. The nozzle 8 and the pump 9 are provided in the second working medium circulation path 4B. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

このように、コレクタ１から熱エネルギーを獲得するための作動媒体３Ａと、タービン５を駆動する作動媒体３Ｂとを分離することにより、それぞれの役目に適した材質の作動媒体を個別に選択でき、作動媒体の選択自由度を拡大できる。   In this way, by separating the working medium 3A for acquiring thermal energy from the collector 1 and the working medium 3B for driving the turbine 5, it is possible to individually select the working medium of a material suitable for each role, The degree of freedom in selecting the working medium can be expanded.

図３〜図５は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この熱発電システムは、図１の実施形態おけるラジアルギャップ型の発電機６に代えて、アキシアルギャップ型の発電機１６を用いたものである。すなわち、この実施形態では、主軸７に形成したフランジ部７ａの周面に設けられた発電機ロータ１６Ａに対して、軸方向に所定のギャップを介して１対の発電機ステータ部１６Ｂ，１６Ｂを対向配置したものである。   3 to 5 show still another embodiment of the present invention. This thermoelectric power generation system uses an axial gap generator 16 instead of the radial gap generator 6 in the embodiment of FIG. That is, in this embodiment, with respect to the generator rotor 16A provided on the peripheral surface of the flange portion 7a formed on the main shaft 7, a pair of generator stator portions 16B and 16B is provided via a predetermined gap in the axial direction. They are arranged opposite to each other.

図４はこの実施形態におけるタービンユニット２の拡大断面図を示し、図５は図４におけるＶ−Ｖ矢視断面図を示す。図４において、タービン５の翼車５ａの内周には、一端を開放した円筒状のノズル部材１８が微小隙間を介して固定設置され、このノズル部材１８にタービン翼車５ａのタービン翼５ａａに向けて貫通するノズル８が、周方向に複数分配して設けられている。ノズル部材１８の開放端は、作動媒体循環路４の上流部に繋がりコレクタ１で加熱された作動媒体３を流入させる給気ポート１９とされる。タービン翼車５ａの外周側には、タービン翼車５ａに回転エネルギーを与えた作動媒体３を作動媒体循環路４の下流部に流出させる排気ポート２０が、タービンユニット２の外周壁２ａを貫通して設けられている。主軸７が非接触軸受１１で支持されることなど、その他の構成は第１の実施形態の場合と同じである。
このように構成されたタービンユニット２では、給気ポート１９から流入した作動媒体３の蒸気が、タービン５の内周側のノズル８からタービン翼車５ａに噴射されることで、タービン翼車５ａが回転駆動される。タービン翼車５ａを通過した作動媒体３は、タービン５の外周側の排気ポート２０からタービンユニット２の外側に排出される。 4 shows an enlarged cross-sectional view of the turbine unit 2 in this embodiment, and FIG. 5 shows a cross-sectional view taken along line VV in FIG. In FIG. 4, a cylindrical nozzle member 18 having one end opened is fixedly installed through a minute gap on the inner periphery of the impeller 5a of the turbine 5. The nozzle member 18 is attached to the turbine blade 5aa of the turbine impeller 5a. A plurality of nozzles 8 penetrating in the circumferential direction are provided in the circumferential direction. The open end of the nozzle member 18 is connected to the upstream portion of the working medium circulation path 4 and serves as an air supply port 19 through which the working medium 3 heated by the collector 1 flows. On the outer peripheral side of the turbine impeller 5 a, an exhaust port 20 through which the working medium 3 that gives rotational energy to the turbine impeller 5 a flows out to the downstream portion of the working medium circulation path 4 penetrates the outer peripheral wall 2 a of the turbine unit 2. Is provided. Other configurations such as the main shaft 7 being supported by the non-contact bearing 11 are the same as those in the first embodiment.
In the turbine unit 2 configured as described above, the steam of the working medium 3 flowing from the air supply port 19 is jetted from the nozzle 8 on the inner peripheral side of the turbine 5 to the turbine impeller 5a, whereby the turbine impeller 5a. Is driven to rotate. The working medium 3 that has passed through the turbine impeller 5 a is discharged from the exhaust port 20 on the outer peripheral side of the turbine 5 to the outside of the turbine unit 2.

図６は、タービンユニット２の他の例を示す拡大断面図である。このタービンユニット２の例では、図４のタービンユニット２において、発電機１６の回転部分と静止部分との間の一部に隔壁２１を設けたものである。具体的には、発電機１６の静止部分である発電機ステータ部１６Ｂ，１６Ｂの表面を隔壁２１で被覆保護している。その他の構成は図４の例の同じである。
このように発電機ステータ部１６Ｂを隔壁２１で被覆保護することにより、発電機ステータ部１６Ｂにおけるコイルの表面の絶縁皮膜が、作動媒体３である有機溶媒等により侵されて安定した発電が行えなくなるのを回避できる。 FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing another example of the turbine unit 2. In the example of the turbine unit 2, the partition wall 21 is provided in a part between the rotating portion and the stationary portion of the generator 16 in the turbine unit 2 of FIG. 4. Specifically, the surfaces of the generator stator portions 16B and 16B, which are stationary portions of the generator 16, are covered and protected by the partition walls 21. Other configurations are the same as in the example of FIG.
Thus, by covering and protecting the generator stator portion 16B with the partition wall 21, the insulating film on the surface of the coil in the generator stator portion 16B is eroded by the organic solvent or the like that is the working medium 3, and stable power generation cannot be performed. Can be avoided.

図７はタービンユニット２のさらに他の例を示す拡大断面図、図８は図７におけるVIII−VIII矢視断面図である。このタービンユニット２の例では、タービン５の外周に円筒状のノズル部材１８が設けられ、このノズル部材１８にタービン５の翼車５ａに向けて貫通するノズル８が、周方向に複数分配して設けられている。ノズル部材１８の外周側には、作動媒体循環路４の上流部に繋がりコレクタ１で加熱された作動媒体３を流入させる給気ポート１９が、タービンユニット２の外周壁２ａを貫通して設けられている。タービン翼車５ａの一端の回転中心部には、タービン翼車５ａに回転エネルギーを与えた作動媒体３を作動媒体循環路４の下流部に流出させる排気ポート２０が開口させてある。また、このタービンユニット２の場合も、図６の例のように発電機ステータ部１６Ｂ，１６Ｂの表面を隔壁２１で被覆保護している。主軸７が非接触軸受１１で支持されることなど、その他の構成は第１の実施形態の場合と同じである。
このように構成されたタービンユニット２では、給気ポート１９から流入した作動媒体３の蒸気が、タービン５の外周側のノズル８からタービン翼車５ａに噴射されることで、タービン翼車５ａが回転駆動される。タービン翼車５ａを通過した作動媒体３は、タービン翼車５ａの内周側の排気ポート２０からタービンユニット２の外側に排出される。 FIG. 7 is an enlarged sectional view showing still another example of the turbine unit 2, and FIG. 8 is a sectional view taken along arrows VIII-VIII in FIG. In the example of the turbine unit 2, a cylindrical nozzle member 18 is provided on the outer periphery of the turbine 5, and a plurality of nozzles 8 penetrating through the nozzle member 18 toward the impeller 5 a of the turbine 5 are distributed in the circumferential direction. Is provided. On the outer peripheral side of the nozzle member 18, an air supply port 19 connected to the upstream portion of the working medium circulation path 4 and through which the working medium 3 heated by the collector 1 flows is provided through the outer peripheral wall 2 a of the turbine unit 2. ing. An exhaust port 20 through which the working medium 3 that gives rotational energy to the turbine impeller 5a flows out to the downstream part of the working medium circulation path 4 is opened at the center of rotation of one end of the turbine impeller 5a. Also in the case of the turbine unit 2, the surfaces of the generator stator portions 16 </ b> B and 16 </ b> B are covered and protected by the partition walls 21 as in the example of FIG. Other configurations such as the main shaft 7 being supported by the non-contact bearing 11 are the same as those in the first embodiment.
In the turbine unit 2 configured as described above, the steam of the working medium 3 flowing from the air supply port 19 is injected from the nozzle 8 on the outer peripheral side of the turbine 5 to the turbine impeller 5a, whereby the turbine impeller 5a is Driven by rotation. The working medium 3 that has passed through the turbine impeller 5a is discharged to the outside of the turbine unit 2 from the exhaust port 20 on the inner peripheral side of the turbine impeller 5a.

図９はタービンユニット２のさらに他の例を示す拡大断面図である。このタービンユニット２の例では、図７のタービンユニット２において、ユニット２の主軸７を排気ポート２０側の端部が下向きとなるように水平面に対して傾けて設置し、タービンユニット２内から作動媒体３が自重によって排気ポート２０から排出されるようにしたものである。なお、排気ポート２０は、上記傾斜姿勢において、主軸７の軸心から下方に偏った位置に設けられている。
このように、タービンユニット２を、その主軸７が水平面に対して傾くように設置し、タービンユニット２内の作動媒体３が自重によって排気ポート２０から排出されるようにすることにより、タービン５を通過した作動媒体３がタービンユニット２内で万一結露した場合でも、その液化した作動媒体３が発電機６の部分へ侵入し、あるいは液化した作動媒体３が非接触軸受１１に接触して、エネルギー変換効率が低下するのを防止することができる。 FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view showing still another example of the turbine unit 2. In the example of the turbine unit 2, in the turbine unit 2 of FIG. 7, the main shaft 7 of the unit 2 is installed so as to be inclined with respect to a horizontal plane so that the end portion on the exhaust port 20 side faces downward, and operates from within the turbine unit 2. The medium 3 is discharged from the exhaust port 20 by its own weight. Note that the exhaust port 20 is provided at a position offset downward from the axis of the main shaft 7 in the inclined posture.
In this way, the turbine unit 2 is installed such that the main shaft 7 is inclined with respect to the horizontal plane, and the working medium 3 in the turbine unit 2 is discharged from the exhaust port 20 by its own weight. Even if the passing working medium 3 is condensed in the turbine unit 2, the liquefied working medium 3 enters the part of the generator 6, or the liquefied working medium 3 contacts the non-contact bearing 11, It can prevent that energy conversion efficiency falls.

図１０はタービンユニット２のさらに他の例を示す拡大断面図である。このタービンユニット２の例では、図４のタービンユニット２において、給気ポート１９側の端部が下向きとなるように、タービンユニット２の主軸７を水平面に対して傾けて設置すると共に、排気ポート２０を主軸７の軸心から下方に偏った位置に設けることで、タービンユニット２内から液化した作動媒体３が自重によって排気ポート２０から排出されるようにしたものである。その他の構成は図４のタービンユニット２の場合と同じである。
この場合も、タービンユニット２を、その主軸７が水平面に対して傾くように設置し、タービンユニット２内の作動媒体３が自重によって排気ポート２０から排出されるようにする。これにより、発電機６の部分へ液化した作動媒体３が侵入し、あるいは液化した作動媒体３が非接触軸受１１に接触して、エネルギー変換効率が低下するのを防止することができる。 FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view showing still another example of the turbine unit 2. In the example of the turbine unit 2, in the turbine unit 2 of FIG. 4, the main shaft 7 of the turbine unit 2 is inclined with respect to the horizontal plane so that the end on the air supply port 19 side faces downward, and the exhaust port By providing 20 at a position offset downward from the axis of the main shaft 7, the working medium 3 liquefied from the turbine unit 2 is discharged from the exhaust port 20 by its own weight. Other configurations are the same as those of the turbine unit 2 of FIG.
Also in this case, the turbine unit 2 is installed so that the main shaft 7 is inclined with respect to the horizontal plane, and the working medium 3 in the turbine unit 2 is discharged from the exhaust port 20 by its own weight. Thus, it is possible to prevent the liquefied working medium 3 from entering the portion of the generator 6 or the liquefied working medium 3 coming into contact with the non-contact bearing 11 to reduce the energy conversion efficiency.

図１１はこの発明のさらに他の実施形態を示す。この熱発電システムは、第１の実施形態において、作動媒体循環路４のコレクタ１からタービン５に至る経路の途中に作動媒体３を加熱する手段としてヒータ１３を設けたものである。ヒータ１３には電気ヒータが用いられる。なお、ヒータ１３はコレクタ１に設けても良い。その他の構成は第１の実施形態の場合と同じである。
このように、コレクタ１によって加熱された作動媒体３を、さらにヒータ１３で加熱することにより、作動媒体３の加熱温度をさらに高めて蒸気圧を上げることができ、タービン５への噴射エネルギーを高めることができる。これにより、エネルギーの変換効率が向上する。 FIG. 11 shows still another embodiment of the present invention. In the first embodiment, the thermoelectric generation system is provided with a heater 13 as means for heating the working medium 3 in the middle of the path from the collector 1 of the working medium circulation path 4 to the turbine 5. An electric heater is used as the heater 13. The heater 13 may be provided in the collector 1. Other configurations are the same as those in the first embodiment.
Thus, by further heating the working medium 3 heated by the collector 1 with the heater 13, the heating temperature of the working medium 3 can be further increased to increase the vapor pressure, and the injection energy to the turbine 5 is increased. be able to. Thereby, the conversion efficiency of energy improves.

なお、上記各実施形態では太陽熱を熱エネルギーとする太陽熱発電システムの場合を例示して説明したが、他の熱源を熱エネルギーとする熱発電システムについて適用しても、上記と同様の各効果を得ることができる。   In each of the above embodiments, the case of a solar thermal power generation system using solar heat as thermal energy has been described as an example. However, even when applied to a thermal power generation system using other heat sources as thermal energy, the same effects as described above can be obtained. Obtainable.

この発明の第１の実施形態にかかる熱発電システムの概略構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a thermoelectric generator system according to a first embodiment of the present invention. この発明の他の実施形態にかかる熱発電システムの概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the thermoelectric power generation system concerning other embodiment of this invention. この発明のさらに他の実施形態にかかる熱発電システムの概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the thermoelectric power generation system concerning further another embodiment of this invention. 同熱発電システムにおけるタービンユニットの拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the turbine unit in the thermoelectric power generation system. 図４におけるＶ−Ｖ矢視断面図である。It is a VV arrow sectional view in FIG. タービンユニットの他の例を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing other examples of a turbine unit. タービンユニットのさらに他の例を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing other examples of a turbine unit. 図７におけるVIII−VIII矢視断面図である。It is VIII-VIII arrow sectional drawing in FIG. タービンユニットのさらに他の例を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing other examples of a turbine unit. タービンユニットのさらに他の例を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing other examples of a turbine unit. この発明のさらに他の実施形態にかかる熱発電システムの概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the thermoelectric power generation system concerning further another embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…コレクタ
２…タービンユニット
３…作動媒体
５…タービン
５ａ…タービン翼車
６…発電機
６Ａ…発電機ロータ
６Ｂ…発電機ステータ部
７…主軸
８…ノズル
１１…非接触軸受
１３…ヒータ（加熱手段）
１６…発電機
１６Ａ…発電機ロータ
１６Ｂ…発電機ステータ部
２１…隔壁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Collector 2 ... Turbine unit 3 ... Working medium 5 ... Turbine 5a ... Turbine impeller 6 ... Generator 6A ... Generator rotor 6B ... Generator stator part 7 ... Main shaft 8 ... Nozzle 11 ... Non-contact bearing 13 ... Heater (heating) means)
16 ... Generator 16A ... Generator rotor 16B ... Generator stator part 21 ... Partition

Claims (8)

熱エネルギーを吸収するコレクタによって、直接または間接的に作動媒体を加熱し、前記作動媒体の蒸気をノズルから噴出させ、ノズルからの高圧蒸気によってタービンを回転駆動させ、前記タービンの回転によって、発電機における発電機ロータを回転させることにより、前記発電機ロータと対向して設けられた発電機ステータ部で発電させるシステムにおいて、
前記タービンの翼車と前記発電機ロータとを連結する主軸を非接触軸受によって支持したことを特徴とする熱発電システム。 The working medium is heated directly or indirectly by a collector that absorbs thermal energy, the steam of the working medium is ejected from the nozzle, the turbine is rotated by the high-pressure steam from the nozzle, and the generator is generated by the rotation of the turbine. In the system for generating power by the generator stator portion provided to face the generator rotor by rotating the generator rotor in
A thermoelectric power generation system, characterized in that a main shaft connecting the turbine impeller and the generator rotor is supported by a non-contact bearing. 請求項１において、前記発電機の回転部分と静止部分との間の一部に隔壁を有する熱発電システム。   The thermoelectric generator system according to claim 1, further comprising a partition wall in a part between a rotating part and a stationary part of the generator. 請求項１または請求項２において、前記タービン、発電機、および主軸からなるユニットから前記作動媒体が自重によって排出されるように、前記ユニットの前記主軸を水平面に対して傾けて設置した熱発電システム。   The thermoelectric generation system according to claim 1 or 2, wherein the main shaft of the unit is inclined with respect to a horizontal plane so that the working medium is discharged by its own weight from the unit including the turbine, the generator, and the main shaft. . 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記タービンは前記作動媒体に侵されないプラスチック材料によって構成した熱発電システム。   4. The thermoelectric generation system according to claim 1, wherein the turbine is made of a plastic material that is not affected by the working medium. 請求項４において、前記プラスチック材料はＰＥＥＫ材である熱発電システム。   5. The thermoelectric generator system according to claim 4, wherein the plastic material is a PEEK material. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記タービンが、高圧蒸気を膨張に伴う冷却作用によって液化させるものである熱発電システム。   The thermoelectric power generation system according to any one of claims 1 to 5, wherein the turbine liquefies high-pressure steam by a cooling action accompanying expansion. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記作動媒体を加熱する手段を有する熱発電システム。   7. The thermoelectric generation system according to claim 1, further comprising means for heating the working medium. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記熱エネルギーが太陽熱である熱発電システム。   The thermoelectric power generation system according to any one of claims 1 to 7, wherein the thermal energy is solar heat.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011256854A (en) * 2010-06-11 2011-12-22 Hiroyasu Nakamura Heat-accumulation type power generation system and power generation method
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