JP2008057363A

JP2008057363A - Steam turbine

Info

Publication number: JP2008057363A
Application number: JP2006233021A
Authority: JP
Inventors: Norio Yotsuya; 規夫肆矢; Takeji Watanabe; 竹司渡辺; Katsuzo Konakawa; 勝蔵粉川; Seiichi Yasuki; 誠一安木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2008-03-13

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively use viscous force and adhesion of steam passing through gaps between discs and discharged from a steam vent. <P>SOLUTION: A steam turbine comprises a rotor 3 rotated by the steam 2 jetting from a nozzle 1 and a rotary shaft 4 provided on the rotor 3, wherein the rotor 3 is constructed by disposing the fixed discs 12 provided with the rotary shaft 4 on both sides of the plurality of circular ring shaped discs 5 stacked with the gaps 8 left therebetween, and is set so that the steam 2 jetting from the nozzle 1 passes through the gaps 8 between the discs 5, 12 and is discharged to a discharge path 11 provided around the rotary shaft 4. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、太陽熱を利用したランキンシステムなどに使用される蒸気タービンに関するものである。 The present invention relates to a steam turbine used in a Rankine system using solar heat.

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、蒸気排出口から蒸気を排出している。（例えば特許文献１参照）。 Conventionally, in this type of steam turbine, steam flows from the outer periphery toward the shaft through a flat disk, which is densely attached to the output shaft at narrow intervals, and the disk is rotated by the viscous force and adhesion force of the steam. The steam is discharged from the steam outlet. (For example, refer to Patent Document 1).

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 There is also a Tesla turbine that uses only a viscosity using a flat disk.
JP 2002-174166 A

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、蒸気がディスクの間隙を通過してディスクの一部に設けた複数個の蒸気排出口から出力軸に沿うような形で排出されるので、ディスクを通過する蒸気の流れが急激に変化し、蒸気の流れが乱れるため、蒸気の粘性力と付着力をディスクに伝える作用が低下するという課題があった。 However, in the above prior art, a large number of planar disks substantially perpendicular to the output shaft are stacked, and steam passes through the gaps of the disks and passes from the plurality of steam discharge ports provided in a part of the disk to the output shaft. Since the steam flows through the disk, the flow of the steam passing through the disk changes abruptly and the flow of the steam is disturbed, so there is a problem that the action of transmitting the viscous force and adhesion force of the steam to the disk is reduced. .

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ローターの間隙を通過する蒸気を回転軸の周囲に設けた排出通路に排出するようにして、ローターの間隙を通過する蒸気の流れに乱を生じさせずに間隙外に排出させ、これにより、蒸気の粘性力と付着力をローターに伝える作用を向上し、回転軸に与えるトルクを上昇して、効率を向上することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and disturbs the flow of steam passing through the rotor gap by discharging the steam passing through the rotor gap to a discharge passage provided around the rotating shaft. An object is to improve the efficiency by increasing the torque imparted to the rotating shaft by improving the action of transmitting the viscous force and adhesion force of the steam to the rotor without causing the gap to be discharged out of the gap.

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、ノズルから噴出する蒸気により回転するローターと、複数個のローターを間隙を介して重ね合わせたローターユニットと、ローターユニットを固定するためにローターの端部に設けた固定ローターと、固定ローターに設けた回転軸と、蒸気が各ローターの間隙を通過し回転軸の周囲に設けた排出通路に排出するようにローターユニットと固定ローターを備えたものである。 In order to solve the above-described conventional problems, a steam turbine according to the present invention includes a nozzle that ejects steam, a rotor that is rotated by the steam ejected from the nozzle, and a rotor unit in which a plurality of rotors are stacked with a gap therebetween. A fixed rotor provided at the end of the rotor for fixing the rotor unit, a rotating shaft provided in the fixed rotor, and steam passing through a gap between the rotors and being discharged into a discharge passage provided around the rotating shaft. With a rotor unit and a fixed rotor.

この蒸気タービンによって、ローターの間隙を通過する蒸気の流れがローターの側面に沿い、乱れないで間隙外に排出され、蒸気の粘性力と付着力をローターに伝える作用を向上し、ローターを回転させ回転軸に与えるトルクを上昇して、効率を向上するものである。 With this steam turbine, the flow of steam passing through the rotor gap is discharged along the side of the rotor without being disturbed, and the action of transmitting the viscosity and adhesion of steam to the rotor is improved, rotating the rotor. The torque applied to the rotating shaft is increased to improve efficiency.

本発明の蒸気タービンは、蒸気の粘性力と付着力をローターに伝える作用を向上し、ローターを回転させ回転軸に与えるトルクを上昇して、効率を向上するものである。 The steam turbine of the present invention improves the efficiency by transmitting the viscous force and adhesion force of steam to the rotor, and increases the torque applied to the rotating shaft by rotating the rotor.

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により回転するローターと、このローターに設けた回転軸とを具備し、前記ローターは、間隙を介して重
ね合わせた複数個の円輪状のディスクの両側に回転軸を設けた固定ディスクを配置して構成し、ノズルから噴出する蒸気がディスク間の間隙を通過し、前記回転軸の周囲に設けた排出通路に排出するように設定したものである。 1st invention comprises the nozzle which spouts a vapor | steam, the rotor rotated by the vapor | steam ejected from this nozzle, and the rotating shaft provided in this rotor, The said rotor overlap | superposed via the gap | interval A fixed disk having a rotating shaft is arranged on both sides of the circular disk, and steam ejected from the nozzle passes through a gap between the disks and is discharged to a discharge passage provided around the rotating shaft. Is set.

したがって、ローターのディスク間隙を通過する蒸気の流れが乱れないで間隙外に排出され、これにより、蒸気の粘性力と付着力を高め、蒸気タービンの効率を向上することができる。 Therefore, the flow of the steam passing through the disk gap of the rotor is not disturbed and is discharged out of the gap, thereby increasing the viscosity force and adhesion force of the steam and improving the efficiency of the steam turbine.

第２の発明は、特に第１の発明において、スペーサーを介してディスク間の間隙を形成して、複数個の均一な間隙を構成できるようにし、蒸気の粘性力と付着力をローターに確実に伝えるようにした。 In the second invention, particularly in the first invention, gaps between the disks are formed via spacers so that a plurality of uniform gaps can be formed, and the viscous force and adhesion force of the steam are surely applied to the rotor. I told you.

第３の発明は、特に第１の発明において、固定ディスクは、排出通路に臨む複数個の排出口を回転軸の周囲に構成した。 In a third aspect of the invention, particularly in the first aspect of the invention, the fixed disk is configured with a plurality of discharge openings facing the discharge passage around the rotating shaft.

第４の発明は、特に第１の発明において、ディスクは、側壁の両方またはどちらか一方に衝動力を得るための突起部を設けて、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た。 According to a fourth aspect of the invention, in particular in the first aspect of the invention, the disk is provided with protrusions for obtaining impulsive force on both or one of the side walls to efficiently transmit the kinetic energy of the steam to the rotating shaft. Increased torque.

第５の発明は、特に第１の発明において、ノズルは、回転するローターの端部に接線方向から蒸気を衝突させるように配置した。 In the fifth aspect of the invention, particularly in the first aspect of the invention, the nozzle is arranged so that the steam collides with the end of the rotating rotor from the tangential direction.

第６の発明は、これら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した。 In a sixth aspect of the invention, these steam turbines are mounted on a solar thermal Rankine system to realize a power generation, hot water supply / heating cogeneration system.

（実施の形態１）
図１において、このノズル１から噴出する蒸気２の運動エネルギを受けて回転するローター３は出力軸である回転軸４に固定されている。蒸気２は高温のフロンや水の蒸気であり、場合によっては、高温のＣＯ２や空気等のガス体を使用することもある。 (Embodiment 1)
In FIG. 1, a rotor 3 that rotates by receiving the kinetic energy of steam 2 ejected from the nozzle 1 is fixed to a rotating shaft 4 that is an output shaft. The vapor 2 is high-temperature chlorofluorocarbon or water vapor, and in some cases, a gas body such as high-temperature CO 2 or air may be used.

前記ローター３は回転軸４に対して略垂直に配置され、かつ複数の円輪状のディスク５で構成されており、中央部分が排出開口６として設定されている。そして、このローター３の側面（表面）に衝動面７を構成している。 The rotor 3 is arranged substantially perpendicularly to the rotating shaft 4 and is composed of a plurality of annular disks 5, and a central portion is set as a discharge opening 6. An impulse surface 7 is formed on the side surface (surface) of the rotor 3.

前記ローター３を構成する円輪状のディスク５は同一の幅の間隙８をおいて重ね合わせられており、前記間隙８はスペーサー９により形成されている。 The annular disks 5 constituting the rotor 3 are overlapped with a gap 8 having the same width, and the gap 8 is formed by a spacer 9.

ローター３、回転軸４、およびスペーサー９は、耐熱性、耐腐食性の材料、例えば、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ガラスで構成している。 The rotor 3, the rotating shaft 4, and the spacer 9 are made of a heat-resistant and corrosion-resistant material, for example, a metal material such as stainless steel, titanium, or alumina, ceramic, or glass.

ローター３やスペーサー９は、重量の軽減のために薄く、例えば、１ｍｍ以下に構成している。スペーサー９の形状は、間隙８の隙間管理とともに、蒸気２による衝動力が効率よく得られるように、円輪状のディスク５の表面に、例えば円弧状に、独立して均等に配列されている。 The rotor 3 and the spacer 9 are thin to reduce weight, and are configured to be 1 mm or less, for example. The spacers 9 are arranged independently and evenly on the surface of the annular disk 5, for example, in an arc shape, so that the impulsive force of the steam 2 can be efficiently obtained together with the clearance management of the gap 8.

したがって、外周からの蒸気２は各スペーサー９で分割された間隙８を通り、ローター３の中央に設けた排出開口６から出ていくようにしている。スペーサー９は複数個のガイドピン１０により位置決めがなされている。 Therefore, the steam 2 from the outer periphery passes through the gaps 8 divided by the spacers 9 and exits from the discharge opening 6 provided in the center of the rotor 3. The spacer 9 is positioned by a plurality of guide pins 10.

また、間隙８は、衝動面７に沿って移動する蒸気２の粘性力や付着力が働くように狭く
、例えば、１ｍｍ以下に構成してある。 Further, the gap 8 is narrow so that the viscous force and adhesion force of the steam 2 moving along the impulse surface 7 works, for example, 1 mm or less.

円輪状のディスク５を複数個重ね合わせることで、複数個の排出開口６により回転軸４の周囲に排出通路１１が形成される。そして、円輪状のディスク５の左右最外側は略円板状の固定ディスク１２として回転軸４に固定されるようにしてある。 By overlapping a plurality of discs 5 having an annular shape, a discharge passage 11 is formed around the rotation shaft 4 by a plurality of discharge openings 6. The outermost right and left outer sides of the annular disk 5 are fixed to the rotary shaft 4 as a substantially disk-shaped fixed disk 12.

これら固定ディスク１２はその間のディスク５よりも厚みがあり、ローター３の剛性を高めている。 These fixed disks 12 are thicker than the disk 5 therebetween, and the rigidity of the rotor 3 is increased.

一方の固定ディスク１２には先の排出通路１１に連通する複数個の排出口１３を設けている。 One fixed disk 12 is provided with a plurality of discharge ports 13 communicating with the previous discharge passage 11.

ノズル１は、回転軸４に対してほぼ直角に蒸気２を噴出するもので、ローター３の外周部分に接線方向から衝突するように設けている。 The nozzle 1 ejects the steam 2 substantially at a right angle to the rotating shaft 4 and is provided so as to collide with the outer peripheral portion of the rotor 3 from the tangential direction.

さらに、ノズル１はローター３の外周全体に向けて蒸気２を噴出するために単孔（丸でもスリットでも可能である）、または各間隙８のそれぞれに蒸気２を噴出するために複数個設けられている。 Further, a plurality of nozzles 1 are provided for injecting the vapor 2 toward the entire outer periphery of the rotor 3 (single holes (can be round or slit)), or a plurality of nozzles 1 for injecting the vapor 2 into each gap 8. ing.

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２の流速を音速から更に超音速に加速するために、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いる。 As the shape of the nozzle 1, a single-hole nozzle, a tapered nozzle, a divergent nozzle, or the like used in an ordinary steam turbine is used. In order to accelerate the flow velocity of the steam 2 from the sonic speed to the supersonic speed, the nozzle 1 also has a diffuser portion configured to gradually increase the inner diameter from the throat portion toward the downstream side.

このノズル１や回転軸４やローター３の周囲を覆いながら蒸気２が外部に漏れないようにケーシング１４が設けられている。ローター３とケーシング１４の間隙１５は、蒸気２が短絡して流れないような間隔に管理している。 A casing 14 is provided so as to prevent the steam 2 from leaking outside while covering the periphery of the nozzle 1, the rotating shaft 4 and the rotor 3. The gap 15 between the rotor 3 and the casing 14 is controlled so that the steam 2 does not flow due to a short circuit.

ケーシング１４には回転軸４の回転を支えるための軸受け１６が設けられている。これら軸受け１６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。 The casing 14 is provided with a bearing 16 for supporting the rotation of the rotary shaft 4. These bearings 16 use seal bearings or non-contact fluid bearings.

ケーシング１４の材質は、ローター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には、排出口１３から排出される蒸気２を流入させる環状の排出室１７を設けている。この排出室１７の一部に排出管１８が設けてある。 The material of the casing 14 is made of a heat-resistant and corrosion-resistant material like the rotor 3, and the material is made of a metal material such as stainless steel, titanium, alumina, or ceramic, for example. The casing 14 is provided with an annular discharge chamber 17 into which the steam 2 discharged from the discharge port 13 flows. A discharge pipe 18 is provided in a part of the discharge chamber 17.

回転軸４の回転は発電機１９に伝達されるようにしてある。発電機１９は、例えばアウターロータ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。 The rotation of the rotating shaft 4 is transmitted to the generator 19. For example, an outer rotor type three-phase AC generator is used as the generator 19, and this AC output is subjected to current control by an inverter (not shown) after full-wave rectification so as to obtain a stable current. Yes.

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。 In FIG. 2, reference numeral 20 denotes a heat collector that receives and collects solar heat. In order to transmit the heat of the heat collector 20 to the heat storage tank 21, a circuit 23 (closed circuit) provided with a circulation pump 22 is provided. Yes. The heat collector 20 includes a tubular heat collector, a vacuum glass tube heat collector, a heat pipe heat collector, or the like. The heat medium 24 circulating in the circuit 23 is made of a liquid such as Freon or water.

なお、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。 Note that the heat medium 24 may use supercritical CO2 or liquid air.

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
ようにしている。この動作を繰り返すことで、蓄熱槽２１に熱を貯めるようにしている。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ようにしている。 The heat medium 24 is heated by the heat collector 20 to be converted into steam and sent to the heat storage tank 21, where it is condensed and becomes liquid by exchanging heat there. The heat medium 24 is sent again to the heat collector 20 by the circulation pump 22. By repeating this operation, heat is stored in the heat storage tank 21. The heat storage tank 21 uses a latent heat type using a phase change of a molten salt having a high melting point, a sensible heat type using a molten salt, oil, or the like, or a steam accumulator that stores steam in the form of pressure water or the like. I try to store high temperature heat.

２５は、蓄熱槽２１の熱を利用した熱媒体２６の蒸気２を図１，２の蒸気タービン２７のノズル１に供給する供給ポンプで、蒸気タービン２７から排出された熱媒体２６を再度蓄熱槽２１に送る回路２８（閉回路）の途中に設けている。この回路２８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。なお、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。 25 is a supply pump for supplying the steam 2 of the heat medium 26 using the heat of the heat storage tank 21 to the nozzle 1 of the steam turbine 27 in FIGS. 1 and 2, and the heat medium 26 discharged from the steam turbine 27 is again stored in the heat storage tank. 21 is provided in the middle of a circuit 28 (closed circuit) to be sent to 21. The heat medium 26 circulating in the circuit 28 is composed of a liquid such as chlorofluorocarbon or water and its vapor. The heat medium 26 may use supercritical CO2 or liquid air.

また、回路２８の蒸気タービン２７と供給ポンプ２５の途中に貯湯タンク２９を設けて、蒸気タービン２７に運動エネルギを与えた後の高温の蒸気２の熱を利用して貯湯タンク２９に湯を貯めるようにしている。 Further, a hot water storage tank 29 is provided in the middle of the steam turbine 27 and the supply pump 25 in the circuit 28, and hot water is stored in the hot water storage tank 29 using the heat of the high-temperature steam 2 after giving kinetic energy to the steam turbine 27. I am doing so.

熱媒体２６は、この貯湯タンク２９に熱を伝えるときに凝縮して液体となり、再度蓄熱槽２１に送られて加熱され蒸気２を形成するようにしている。この動作を繰り返すことで、蒸気タービン２７に設けた発電機１９により発電しながら貯湯タンク２９にお湯を貯めるようにしている。 The heat medium 26 condenses into a liquid when transferring heat to the hot water storage tank 29, and is sent again to the heat storage tank 21 to be heated to form the vapor 2. By repeating this operation, hot water is stored in the hot water storage tank 29 while power is generated by the generator 19 provided in the steam turbine 27.

貯湯タンク２８に貯められたお湯は、給水ポンプ３０により給湯用や暖房用に供給されるようにしている。 The hot water stored in the hot water storage tank 28 is supplied by the water supply pump 30 for hot water supply or heating.

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。 About the steam turbine comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.

まず、蒸気タービン２７のノズル１に供給する蒸気２をつくりだすためには、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もの等を形成して蓄熱槽２１に送る。 First, in order to produce the steam 2 to be supplied to the nozzle 1 of the steam turbine 27, the circulation pump 22 is operated, the heat medium 24 is circulated in the circuit 23, and heated by the heat collector 20 that receives the heat of the sun. Then, a high-temperature steam or a liquid or a mixture of steam and liquid is formed and sent to the heat storage tank 21.

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。この動作を太陽熱の供給が可能な間、繰り返すことにより、必要な熱量を蓄熱槽２２に維持するようにしている。 The heat storage tank 21 receives this steam and accumulates an amount of heat of about 200 ° C. The vapor of the heat medium 24 is condensed into a liquid in the heat storage tank 21 and is sent again to the heat collector 20 by the circulation pump 22 to be heated. This operation is repeated while the solar heat can be supplied, so that a necessary amount of heat is maintained in the heat storage tank 22.

蓄熱槽２１に所定の熱量が蓄積されると、回路２８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２を形成し、蒸気タービン２７のノズル１から噴出する。ノズル１から噴出する蒸気２は、音速の運動エネルギを持ち、蒸気タービン２７のローター３に構成する衝動面７に衝突し、スペーサー９にガイドされながら、各ディスク５，１２間に構成される間隙８の内部を衝動面７に沿いながら旋廻し、ローター３の中央に設けた排出開口６の部分から噴出し、回転軸４の周囲に設けた排出通路１１から排出される。 When a predetermined amount of heat is accumulated in the heat storage tank 21, the heat medium 26 is circulated by the supply pump 25 provided in the circuit 28, and the steam 2 of the heat medium 26 at about 200 ° C. is formed in the heat storage tank 21. Ejected from 27 nozzles 1. The steam 2 ejected from the nozzle 1 has sonic kinetic energy, collides with the impulse surface 7 constituting the rotor 3 of the steam turbine 27, is guided by the spacer 9, and is formed between the disks 5 and 12. The inside of 8 is rotated along the impulse surface 7, ejected from the portion of the discharge opening 6 provided in the center of the rotor 3, and discharged from the discharge passage 11 provided around the rotating shaft 4.

この時、蒸気２の粘性力や付着力により、ローター３が回転し、回転軸４のトルクとして伝えられる。この回転軸４のトルクを利用して発電機１９を回転させて、発電を行うようにしている。 At this time, the rotor 3 is rotated by the viscosity force or adhesion force of the steam 2 and is transmitted as torque of the rotating shaft 4. The generator 19 is rotated using the torque of the rotating shaft 4 to generate power.

蒸気タービン２７から排出した熱媒体２６の蒸気２は、貯湯タンク２９に送られ、水と熱交換を行い、その熱は貯湯タンク２９内にお湯として貯められる。蒸気２は、貯湯タンク２９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２を形成するようにしている。 The steam 2 of the heat medium 26 discharged from the steam turbine 27 is sent to the hot water storage tank 29 to exchange heat with water, and the heat is stored in the hot water storage tank 29 as hot water. The steam 2 is condensed in the hot water storage tank 29, becomes a liquid, is sent to the heat storage tank 21 by the supply pump 25, and is heated again to form the steam 2.

この動作を繰り返すことにより、蒸気タービン２７で発電しながら貯湯タンク２９にお湯を貯め、給湯や暖房の必要なときに給水ポンプ３０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。 By repeating this operation, hot water is stored in the hot water storage tank 29 while generating electricity with the steam turbine 27, and when the hot water supply or heating is necessary, the water supply pump 30 is operated and hot water is used to constitute a cogeneration system. I have to.

以上のように、本実施の形態によれば以下次のような特徴を挙げることができる。 As described above, according to the present embodiment, the following features can be exemplified.

（１）熱媒体２６の蒸気２を噴出するノズル１と、このノズル１から噴出する蒸気２により回転するとともに、複数個のディスク５，１２を間隙８を介して重ね合わせたローター３と、このローター３の回転軸４と、蒸気２が各ディスク５，１２の間隙８を通過し回転軸４の周囲に設けた排出通路１１に排出するように構成したので、ローター３の間隙８を通過する蒸気２の流れがローター３の側面に沿ったまま乱れないで間隙８外に排出され、蒸気２の粘性力と付着力をローター３に伝える作用を向上し、ローター３を回転させ回転軸４に与えるトルクを上昇して、蒸気タービン２７の効率を向上することができる。 (1) A nozzle 1 for ejecting steam 2 of the heat medium 26, a rotor 3 rotated by the steam 2 ejected from the nozzle 1, and a plurality of disks 5 and 12 overlapped with a gap 8 therebetween, Since the rotary shaft 4 of the rotor 3 and the steam 2 pass through the gap 8 between the disks 5 and 12 and are discharged to the discharge passage 11 provided around the rotary shaft 4, they pass through the gap 8 of the rotor 3. The flow of the steam 2 is not disturbed along the side of the rotor 3 and is discharged out of the gap 8, improving the action of transmitting the viscosity force and adhesion force of the steam 2 to the rotor 3, and rotating the rotor 3 to the rotating shaft 4. The applied torque can be increased, and the efficiency of the steam turbine 27 can be improved.

（２）ノズル１から噴出する蒸気２が衝動面７やスペーサー９に沿って長時間滞留し、粘性力と付着力を増大させ回転軸４に与えるトルクを上昇するので、発電機１９の発電量を増加することができる。 (2) Since the steam 2 ejected from the nozzle 1 stays for a long time along the impulse surface 7 and the spacer 9 and increases the viscous force and the adhesion force to increase the torque applied to the rotating shaft 4, the power generation amount of the generator 19 Can be increased.

（３）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２７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２７で必要な蒸気２を随時取り出すことができる。 (3) Since an independent heat collecting circuit 23 is configured and solar heat obtained by the heat collector 20 can be always stored and maintained in the heat storage tank 21 regardless of the operation of the steam turbine 27, power generation is necessary. Sometimes the steam 2 required by the steam turbine 27 can be taken out.

（４）回路２８の途中に貯湯タンク２９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２９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。 (4) Since the hot water storage tank 29 is provided in the middle of the circuit 28, it is possible to store the heat of the heat storage tank 21 as hot water in the hot water storage tank 29 regardless of power generation, so that hot water necessary for hot water supply and heating can be taken out at any time. it can.

（５）最大発電量を増加するときは、ローター３のディスク５の枚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。 (5) Increasing the maximum power generation amount is possible by increasing the number of disks 5 of the rotor 3, and since there is no addition of complicated shapes, an increase in cost can be suppressed.

（６）ノズル１から噴出する蒸気２を衝動面７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２７を実現できる。 (6) Since the steam 2 ejected from the nozzle 1 stays on the impulse surface 7 for a long time and increases the viscous force and adhesion force to increase the torque applied to the rotating shaft 4, it operates at a low temperature (about 200 ° C.). The steam turbine 27 can be realized.

（７）太陽熱を利用して蒸気２を形成し、ノズル１より噴出してローター３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。 (7) Since the steam 2 is formed using solar heat, and is ejected from the nozzle 1 to rotate the rotor 3 to generate electric power, it can be an effective means for reducing CO2.

（８）間隙８内でのスペーサー９の位置決めを複数個のガイドピン１０を介して行うので、ローター３の組み立て時に複数個のスペーサー９を正確に配置することができる。 (8) Since the spacer 9 is positioned in the gap 8 through the plurality of guide pins 10, the plurality of spacers 9 can be accurately arranged when the rotor 3 is assembled.

（９）ローター３の間隙８を通過して排出通路１１から排出する蒸気２が直接回転軸４のほぼ垂直方向に均一な流れを保ちながら噴出し、蒸気２の粘性力や付着力によりローター３に回転力が加わった後に排出するようにしているので、排出通路１１内の蒸気２は固定ディスク１２の複数個の排出口１３から均一に排出し、ローター３の間隙８から均一な蒸気２が排出するようにしている。したがって、回転軸４に均一な回転力を加えることができ、蒸気タービン２７の効率を向上することができる。 (9) The steam 2 passing through the gap 8 of the rotor 3 and discharged from the discharge passage 11 is directly spouted while maintaining a uniform flow in the substantially vertical direction of the rotating shaft 4, and the rotor 3 is caused by the viscous force and adhesion force of the steam 2. The steam 2 in the discharge passage 11 is uniformly discharged from the plurality of discharge ports 13 of the fixed disk 12, and the uniform steam 2 is discharged from the gaps 8 of the rotor 3. It is trying to discharge. Therefore, a uniform rotational force can be applied to the rotating shaft 4 and the efficiency of the steam turbine 27 can be improved.

（実施の形態２）
図３において、ローター３は、円板状の側壁の両方またはどちらか一方に衝動力を得る
ための突起部３１を設けている。蒸気２がこの突起部３１に沿って流れることで、効率よく衝動力が得られるように、形状としては、例えば、円弧状に複数個構成している。 (Embodiment 2)
In FIG. 3, the rotor 3 is provided with protrusions 31 for obtaining impulse on both or either of the disk-shaped side walls. A plurality of shapes are formed in, for example, an arc shape so that the impulsive force can be efficiently obtained by the steam 2 flowing along the protrusions 31.

突起部３１の端部は、隣接するディスク５，１２に接するように構成して、蒸気２が突起部３１の途中から抜けて蒸気２の流れが乱れないようにしている。突起部３１は衝動面５に貼り付けるか、またはスペーサー９を突起部３１の形状に形成してディスク５，１２間に挟み込んで構成するようにしている。 The end of the protrusion 31 is configured to contact the adjacent disks 5 and 12 so that the steam 2 does not escape from the middle of the protrusion 31 and the flow of the steam 2 is not disturbed. The protrusion 31 is affixed to the impulse surface 5 or the spacer 9 is formed in the shape of the protrusion 31 and sandwiched between the disks 5 and 12.

なお、図１と同一構成の部分には同一符号を付し、説明は実施の形態１のものを援用する。 In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part of the same structure as FIG. 1, and the thing of Embodiment 1 is used for description.

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、作用について説明する。 About the steam turbine comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.

ノズル１から噴出する蒸気２は、音速の運動エネルギを持ち、蒸気タービンのローター３の外周から間隙８に流入し円板状の衝動面７に沿いながら旋廻し、ローター３の中央に設けた排出開口６から排出される。 The steam 2 ejected from the nozzle 1 has sonic kinetic energy, flows into the gap 8 from the outer periphery of the rotor 3 of the steam turbine, rotates along the disk-like impulse surface 7, and is discharged at the center of the rotor 3. It is discharged from the opening 6.

この時、蒸気２はローター３に設けた円弧状の突起部３１に沿って移動するときに衝動面７とともに衝動力を得て、回転軸４に回転トルクとして伝えるようにしている。 At this time, when the steam 2 moves along the arc-shaped protrusion 31 provided on the rotor 3, it obtains an impulse with the impulse surface 7 and transmits it to the rotary shaft 4 as a rotational torque.

なお、突起部３１は、図３のようにターボファンの翼のように衝動面７を分割するように設ける場合や、コンプレッサーのようにローターの衝動面７に一つの連続するスクロール状に構成すことも可能である。 In addition, the protrusion 31 is configured so as to divide the impulse surface 7 like a blade of a turbofan as shown in FIG. 3 or is formed in a single continuous scroll shape on the impulse surface 7 of the rotor like a compressor. It is also possible.

（実施の形態３）
図４において、集熱器２０で形成した熱媒体２４の蒸気２を循環ポンプ２２より回路２３（閉回路）で直接蒸気タービン２７に送り、蒸気タービン２７を回転させて発電機１９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２７と循環ポンプ２２の途中に貯湯タンク２９を設けて、蒸気タービン２７に運動エネルギを与えた後の高温蒸気２の熱を利用してこの貯湯タンク２９に湯を貯めることもできる。 (Embodiment 3)
In FIG. 4, the steam 2 of the heat medium 24 formed by the heat collector 20 is directly sent from the circulation pump 22 to the steam turbine 27 by a circuit 23 (closed circuit), and the steam turbine 27 is rotated to generate power by the generator 19. It is also possible. Further, a hot water storage tank 29 is provided in the middle of the steam turbine 27 and the circulation pump 22 of the circuit 23, and hot water is stored in the hot water storage tank 29 using the heat of the high temperature steam 2 after giving kinetic energy to the steam turbine 27. You can also.

熱媒体２４は、この貯湯タンク２９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２を形成するようにしている。この動作を繰り返すことで、蒸気タービン２７に設けた発電機１９により発電しながら貯湯タンク２９にお湯を貯めるようにしている。貯湯タンク２９に貯められたお湯は、給水ポンプ３０により給湯用や暖房用に供給されるようにしている。 The heat medium 24 condenses into a liquid when transferring heat to the hot water storage tank 29 and is sent again to the heat collector 20 to be heated to form the vapor 2. By repeating this operation, hot water is stored in the hot water storage tank 29 while power is generated by the generator 19 provided in the steam turbine 27. The hot water stored in the hot water storage tank 29 is supplied by the water supply pump 30 for hot water supply or heating.

なお、図５のように、集熱器２０で形成した熱媒体２４の蒸気２を循環ポンプ２２より回路２３（閉回路）で直接蒸気タービン２７に送り、この蒸気タービン２７を回転させて発電機１９により発電だけを行うことも可能である。 As shown in FIG. 5, the steam 2 of the heat medium 24 formed by the heat collector 20 is directly sent from the circulation pump 22 to the steam turbine 27 by a circuit 23 (closed circuit), and the steam turbine 27 is rotated to generate a generator. It is also possible to carry out only power generation according to 19.

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。 As described above, the steam turbine according to the present invention can operate using solar heat having a low energy density, and thus can be applied to exhaust heat recovery of automobiles and fuel cells.

（ａ）本発明の実施の形態１を示す蒸気タービンの縦断面図、（ｂ）同横断面図(A) Longitudinal sectional view of steam turbine showing Embodiment 1 of the present invention, (b) Transverse sectional view 太陽熱ランキンシステムの構成図Configuration diagram of solar thermal Rankine system （ａ）本発明の実施の形態２を示す蒸気タービンの縦断面図、（ｂ）同横断面図(A) Longitudinal sectional view of a steam turbine showing Embodiment 2 of the present invention, (b) The transverse sectional view 太陽熱ランキンシステムの他の例を示す構成図Configuration diagram showing another example of a solar thermal Rankine system 太陽熱ランキンシステムのさらに他の例を示す構成図Configuration diagram showing yet another example of a solar thermal Rankine system

符号の説明Explanation of symbols

１ノズル
２蒸気
３ローター
４回転軸
５，１２ディスク
６排出開口
７衝動面
８間隙
１１排出通路
２７蒸気タービン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nozzle 2 Steam 3 Rotor 4 Rotating shaft 5,12 Disc 6 Discharge opening 7 Impulse surface 8 Gap 11 Discharge passage 27 Steam turbine

Claims

蒸気を噴出するノズルと、このノズルから噴出する蒸気により回転するローターと、このローターに設けた回転軸とを具備し、前記ローターは、間隙を介して重ね合わせた複数個の円輪状のディスクの両側に回転軸を設けた固定ディスクを配置して構成し、ノズルから噴出する蒸気がディスク間の間隙を通過し、前記回転軸の周囲に設けた排出通路に排出するように設定した蒸気タービン。 A nozzle that ejects steam; a rotor that is rotated by the steam ejected from the nozzle; and a rotating shaft that is provided in the rotor. The rotor includes a plurality of annular disks that are stacked with a gap therebetween. A steam turbine configured by disposing a fixed disk provided with a rotating shaft on both sides, and configured to discharge steam ejected from a nozzle through a gap between the disks and discharged to a discharge passage provided around the rotating shaft.

スペーサーを介してディスク間の間隙を形成した請求項１記載の蒸気タービン。 The steam turbine according to claim 1, wherein a gap between the disks is formed via a spacer.

固定ディスクは、排出通路に臨む複数個の排出口を回転軸の周囲に構成した請求項１記載の蒸気タービン。 The steam turbine according to claim 1, wherein the fixed disk includes a plurality of discharge ports facing the discharge passage around the rotation shaft.

ディスクは、側壁の両方またはどちらか一方に衝動力を得るための突起部を設けた請求項１記載の蒸気タービン。 The steam turbine according to claim 1, wherein the disk is provided with protrusions for obtaining impulse on both or one of the side walls.

ノズルは、回転するローターの端部に接線方向から蒸気を衝突させるように配置した請求項１記載の蒸気タービン。 The steam turbine according to claim 1, wherein the nozzle is disposed so that the steam collides with an end portion of the rotating rotor from a tangential direction.

請求項１〜５いずれか１項記載の蒸気タービンを搭載した太陽熱ランキンシステム。 The solar thermal Rankine system carrying the steam turbine of any one of Claims 1-5.