(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンに関するもので、タービンの羽根を蒸気衝動回転型とし、その構成は薄目の対熱用ステンレス円盤２枚の間に、必要サイズに応じた羽根板を１４枚以上１０度前後の斜めに装着、又この羽根板は、前述のステンレス円盤の外周より、放射する蒸気ノズルから出る蒸気の量に応じ、２ミリ以上小さく、蒸気が通りやすい作りとし、このステンレス円盤の中心部には、同円盤固定部品と中にはシャフトを通し、シャフトの両外側には、ピローベアリングをそれぞれ置き、タービン回転部分とし、このタービン回転部の外側に２ミリ以上の間隔を置いて、円全体を包むように外側に円型ケースを設置、その一部に蒸気ノズルを取り付け固定、この円ケースを３００度反対側に蒸気排気口を開け、このノズルから放射する蒸気がほぼ１順して、中心部の回転タービンを回転させ、蒸気が排出する作りとし、復水器を添え、全体の製作加工が安易で、少量の蒸気エネルギーを利用、タービンが駆動する構造を特徴とする簡易蒸気流量可変型蒸気タービンエンジン。
【請求項２】
蒸気タービンの回転数安定化には、回転タービンの中心シャフトの一部に磁石を取り付け、これを非接触センサーで感知し、あらかじめ回転数をシーケンスやコントローラー記憶チップに設定しておき、指定数を超えると自動的、瞬時に、スライドモーターに伝導、このスライドモーターの回転により蒸気ノズルの補助サイドレバーが開放、同時に蒸気が放出し、主蒸気ノズルの圧力が低下し、蒸気タービンへの蒸気放射スピードが低下、同蒸気タービンの回転スピードも減少、一定の回転を維持、回転が安定すれば、前述の補助サイドレバーが元に戻り補助レバーからの蒸気の放出も止まる作りで、複雑な装置を必要とする事なく、安定した蒸気タービンの回転数が得られ、小型蒸気タービンに最適な構造を特徴とする、請求項１に記載する簡易蒸気流量可変型蒸気タービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンで、タービンの羽根を蒸気衝動回転型とし、その構成は薄目の対熱用ステンレス円盤２枚の間に、必要サイズに応じた羽根板を１４枚以上１０度前後の斜めに装着、又この羽根板は前述のステンレス円盤の外周より放射する蒸気ノズルから出る蒸気の量に応じ２ミリ以上小さく蒸気が通りやすい作りとし、このステンレス円盤の中心部には、同円盤固定部品と中には、シャフトを通し、シャフトの両外側には、ピローベアリングをそれぞれ置き、タービン回転部分とし、このタービン回転部の外側に２ミリ以上の間隔を置いて、円全体を包むように外側に円型ケースを設置、その一部に蒸気ノズルを取り付け固定、この円ケース３００度反対側に蒸気排気口を開け、このノズルから放射する蒸気がほぼ一順して中心部の回転タービンを回転させ、蒸気が排出する作りとし、復水器を添え、全体の製作加工が容易で少量の蒸気エネルギーを利用、タービンが駆動する構造を特徴とする簡易蒸気流量可変型蒸気タービンエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から蒸気タービンは、タービンの羽根の一部を通過する蒸気機関車型、羽根に蒸気が当たる衝動型、大型発電機用には反動型が主流で、最近は小型発電用にフランジ型や蒸気が円をなし、スパイラルにネジ型に回転して放出され回転力を得るものなどが開発されているが、反動型で大型蒸気タービンが主に利用され大容量の蒸気を放出する設計となっている。
【０００３】
その他に、低温度蒸気タービン用に渦巻式タービン等の開発もなされているが、使用する回転力に限度があるものが多く、更に前述の反動型タービンは大型で蒸気流量が多く、発電機用で小型蒸気発電機や他の回転駆動用には、蒸気流量が少ない。衝動型タービンの開発が望まれる。
【０００４】
特に蒸気タービンには、蒸気流量が少なく、蒸気エネルギーを最大限生かす手法と制御が安易な設計が求められる。
【０００５】
又、反動型は大型タービンが多く使用されている発電機も大型で設置条件も最良のため、放出される蒸気も最良の乾燥蒸気で、回転スピードが出るが、最良の条件が整わない、発電量が少ない発電装置や小型動力の駆動用には、水分が多い蒸気でも駆動する蒸気タービンの開発が必要である。
【０００６】
特にガスや重油を燃焼する蒸気ボイラーは、炉内の燃焼が安定するため、放出する蒸気ノズルの量の一定制御化が容易であるが、バイオマスを燃焼する蒸気ボイラーは、ボイラー炉の燃焼が不安定で温度の一定化が困難で、蒸気流量の安定化装置が必要などの課題が多い。
【０００７】
最近では、原子力発電の事故もあって自然エネルギーへの移行が必要で更には、野菜ハウス、野菜工場、養魚場等へ使用する電力やヒーティング装置又、山林、竹林の製材所、木工所、産業廃棄処理業など個々の場所により発生する需要に応じた容量、性能、値段等規模に対応できる発電用蒸気ボイラー及び駆動用蒸気タービンの開発が急務である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開  平５−０１０１０６
【特許文献２】特開  ２０１２−２０２４０１
【特許文献３】特開  平１６−１９１６９９などがあるが、小型用でバイオマス燃料、ガス、重油すべてにおいて需要に対応できる蒸気タービンは少ない。
【０００９】
本発明は、この様な従来の方式や構成が有していた問題点を解決しようとするものであり、小規模で安価な簡易蒸気流量可変型蒸気タービンエンジンを開発し提供する事を目的としたものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
解決しようとする問題点は、
（イ）  必要な場所に応じた多少水蒸気を含む蒸気タービン装置はどうすれば製作できるか。
（ロ）  バイオマス、ガス、重油などあらゆる燃料に対応できる安定した回転蒸気ター
ビンはどうすれば製作出来るか。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明は、蒸気タービンに関するもので、タービンの羽根を蒸気衝動回転型とし、その構成は薄目の対熱用ステンレス円盤２枚の間に、必要サイズに応じた羽根板を
１４枚以上１０度前後の斜めに装着、又この羽根板は前述のステンレス円盤の外周より、放射する蒸気ノズルから出る蒸気の量に応じ２ミリ以上小さく、蒸気が通りやすい作りとし、このステンレス円盤の中心部には、同円盤固定部品と中にはシャフトを通し、シャフトの両外側には、ピローベアリングをそれぞれ置き、タービン回転部分とし、このタービン回転部の外側に２ミリ以上の間隔を置いて、円全体を包むように外側に円型ケースを設置、その一部に蒸気ノズルを取り付け固定、この円ケース３００度反対側に蒸気排気口を開け、このノズルから放射する蒸気がほぼ一順して、中心部の回転タービンを回転させ、蒸気が排出する作りとし、復水器を添え、全体の製作加工が安易で、少量の蒸気エネルギーを利用、タービンが駆動する構造を特徴とする簡易蒸気流量可変型蒸気タービンエンジンを提供するものである。
【００１２】
請求項２の発明は、蒸気タービンの回転数安定化には、回転タービンの中心シャフトの一部に磁石を取り付け、これを非接触センサーで感知しあらかじめ回転数をシーケンスやコントローラー記憶チップに設定しておき、指定数を超えると自動的、瞬時にスライドモーターに伝導、このスライドモーターの回転により、蒸気ノズルの補助サイドレバーが開放、同時に蒸気が放出し、主蒸気ノズルの圧力が低下し、蒸気タービンへの蒸気放射スピードが低下、同蒸気タービンの回転スピードも減少、一定の回転を維持、回転が安定すれば、前述の補助サイドレバーが元に戻り補助レバーからの蒸気の放出も止まる作りで、複雑な装置を必要とする事なく、安定した蒸気タービンの回転数が得られ小型蒸気タービンに最適な構造を特徴とする、請求項１に記載する簡易蒸気流量可変型蒸気タービンエンジンを提供するものである。
【００１３】
上記の発明１の作用は、次の通りである。蒸気衝動回転型で、蒸気の流れる空間を作り、円の３００度まで蒸気を円誘導する事で水分の多い蒸気でも、蒸気をもれなく回転羽根を回し、蒸気エネルギーを効率よく利用できる作用があり、復水器を添えており、同じ蒸気を利用、水の使用を抑える作用もある。
【００１４】
第２の発明作用は、簡易流量可変で、蒸気タービンの回転数の正確さで蒸気発電機の回転数の安定化作用が生じた。
【発明の効果】
【００１５】
前述した本願発明の簡易蒸気流量可変型蒸気タービンエンジンは、次の効果を発揮する。
【００１６】
第１の発明効果は、
（イ）１５気圧から３０気圧と高気圧ではなく、完全な乾燥蒸気でもなく、水分を含む蒸気でも回転羽根と外側とのスペースの度合で十分タービンに利用できる。
（ロ）発明タービンは、ノズルから放出される蒸気エネルギーを蒸気機関車の蒸気ピストンと同等の力を得る事が出来る事と非接触型タービンであり、長期交換が不要。
（ハ）小型から中型まで、蒸気タービンの製作が安易などの効果がある。
【００１７】
第２の発明効果は、次の通りである。
蒸気ボイラーは、ガスや重油又は、石炭などであるが、石炭も粉炭にするため、重油等と同じく燃料投下制御が安易であるが、９５％以上輸入に頼る事と、原子力の新設が困難な近時、バイオマスを燃料とする蒸気タービンの利用向上が求められ、正確さ、製作設置の安易さ、値段の安さでバイオマス蒸気タービン利用拡大が可能などの効果がある。
【００１８】
以上により、発明の簡易蒸気流量可変型蒸気タービンエンジンは、ガスや重油のボイラーの急変による蒸気量の急増や不安定なバイオマス燃焼ボイラーにも対応でき、タービンも作りやすく蒸気エネルギーを使用場所、利用目的に応じて発電利用、揚水ポンプ用、船舶用等の回転駆動用装置としてコンパクトに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例を示す簡易蒸気流量可変型蒸気タービンエンジンの姿図
【図２】平面図（以下、本発明の実施例を示す文言を省略する）
【図３】蒸気タービン断面図
【図４】タービン側面図
【図５】タービン羽根部断面図
【図６】簡易蒸気流量可変装置
【発明を実施するための形態】
【００２０】
前述の通り、簡易蒸気流量可変型蒸気タービンエンジンは、一定の圧力を有する蒸気があれば、必要な場所必要な規模に応じて蒸気エネルギーを回転エネルギーに転用できるコンパクトな装置として使用できるもので、製作、設置、メンテナンスも安易で普及しやすいデザインにまとめた形態とした。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を試作機でテストし、結果を参考にして図１〜図６に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、簡易蒸気流量可変型蒸気タービンエンジンの姿図である。図の装置は、１が全体のケースでデザイン的にもコンパクトに利用が容易で、２は別金具で積載にも便利で、換気口３で熱もこもらず、４は商品のサインで、５のコントローラースイッチもわかりやすくし、６は、転倒防止板で、７は、タイミングプーリやＶプーリーなど回転を必要とする発電機や揚水ポンプ等に利用できるもので、８が装置への蒸気投入口接続フランジでしっかり固定し、蒸気をこの入口から投入する。
【００２３】
図２は、簡易蒸気流量可変型蒸気タービンエンジンのケース１を開いて、上からみた平面図で、９はピローベアリングで１１のタービン羽根を両方から中心のシャフト１０を通じ支えるもので、タービン羽根１１の高速回転を可能とし、その中心シャフト１０の先には１２の回転磁石を固定、これを１３の磁気センサーで回転数を感知する。
【００２４】
図２で、１１のタービン羽根は、１４の主蒸気レバーから蒸気ノズル１５を通じ、放出される蒸気で回転し、この蒸気の量を調整するのが、１３で感知した。１１のタービン羽根の回転数を１９のコントローラーチップかシーケンスでタービンの回転数を設定しておき、１６のスライドモーターが作動し、１７のサイドレバーを押し、１８の補助ノズルを開放して、余力の蒸気を放出し、１５の主蒸気ノズルから出る蒸気の量を調整し、１１のタービン羽根の回転数を一定化するもので、簡易型の蒸気タービンのシステムが一順できる。２０はバッテリーで、内部は必要なモーター・コントローラーシステムの電源に利用。その他の数７，８は、図１の通りである。
【００２５】
図３は、蒸気タービン断面図である。
２１のタビンケースの中に２２の円形外枠ケースがあり、２の円形外より２ミリ以上内側に２６のタービン固定部品を中心に１１のタービン羽根を置き、２３の矢印蒸気通過ラインは、蒸気が２２の円形外枠ケースと１１のタービン羽根の中間を通過する状態を示すもので、蒸気はケースの中に放出され、２５の復水器内冷却水道パイプにより、蒸気より温水に戻り、その温水は、再度、蒸気ボイラーへ高圧ポンプで戻される。
【００２６】
図３の通り本願発明は、蒸気が３００度の円を経由して、タービン羽根１１を回転させ蒸気エネルギーを回転エネルギーに替える事ができ、タービン回転数が７０００から１万回転でも蒸気が２２の円形外枠ケースで蒸気の力を生かす事が可能で、更に減速機で回転を落とすことで、タービンの回転軸力を減速機の倍数に応じ増加させ、発電機やポンプ等の回転駆動力を得ることができる。
【００２７】
図４は、図３タービンの側面図で、１５の主蒸気ノズルが下にあり、１１のタービン羽根と２２の円形外枠ケースとの間に２ミリ以上のすき間があるが、蒸気にスピードがあり、蒸気はこのすき間からほとんど漏れることなく回転する。数字９，１２，２６は、図１、図２，図３の通りである。
【００２８】
図５には、タービン羽根部の断面図であるが、１０のシャフトは、２６のタービン固定部品とで固定され、ピローブロックベアリングに支えられ１１のタービン羽根も固定され、
回転する構造で２７のタービン羽根先端部は１０度傾斜をつけ取り付け回転時風の力を和らげる効果を生じ、特に２２の円形外枠ケースと２７のタービン羽根先端部と間隔が蒸気の量及び水分の含有状態に応じ、大小決定し蒸気が高速で１５の主蒸気ノズルから放出される蒸気は、２７のタービンの羽根先端部に当たり、回転するもので、前述の間隔が蒸気が分散する事なく蒸気の束の様にして通過するため２２の円形外枠ケースの中心部の開放部から蒸気はもれることなく３００度反対側の蒸気放出口から復水器へ放出する。
【００２９】
図６は、簡易型蒸気流量可変装置で、１４の主蒸気レバーを開放、１５の主蒸気ノズルから蒸気が放出されるが、バイオマス等の燃料やガス、重油でもトラブルで火炎の制御が瞬時に変更不能時、蒸気の流量が急変、タービンの回転が高速となり、発電機や揚水ポンプ等の機械に損傷をあたえるため、タービンと連動しているセンサーの作動より１６のスライドモーターが動き、２８のスライドジャッキが伸縮し、１７のサイドレバーが開閉し、１８の補助ノズルから蒸気が自動で放出されるシステムで、大型の装置を必要とすることなく、簡易に正確に作動する蒸気流量可変装置を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本願出願の簡易蒸気流量可変型蒸気タービンエンジンは、近時、特に原子力発電の事故により新設は困難として、発電の多様化が叫ばれ、その中で、自然エネルギーの地熱発電、バイオマス発電など蒸気タービン必要性が高まっている。その中で、低気圧で小規模の小型蒸気タービンが製作でき、設置、メンテナンス等が容易でトラブルのない、必要性のある場所に、必要な規模の蒸気タービンの提供ができる。船舶や揚水ポンプにも利用でき、工場排水、温泉地等においても使用できる蒸気タービンとして、日本全国でボイラーと共同生産加工し、需要にも十分応じられる装置である。
【００３１】
特に、バイオマス発電機や揚水ポンプに適し、ボイラーとの併用で山林、竹林、木工所、製材所、木製産業廃棄物、農業での利用が拡大でき、野菜ハウス工場、ビニールハウス用、養魚場等発電とヒーター用には、蒸気タービンは必須の装置で産業上も利用効果大である。
【符号の説明】
【００３２】
１．ケース
２．吊り金具
３．換気口
４．商品名サイン
５．コントローラー、スイッチ盤
６．転倒防止板
７．プーリー
８．蒸気投入口、接続フランジ
９．ピロー
１０．シャフト
１１．タービン羽根
１２．回転磁石
１３．磁気センサー
１４．主ノズルレバー
１５．主蒸気ノズル
１６．スライドモーター
１７．サイドレバー
１８．補助ノズル
１９．コントローラーチップ（又はシーケンス）
２０．バッテリー
２１．タービンケース
２２．円形外枠ケース
２３．矢印蒸気通過ライン
２４．復水器ケース
２５．復水器内冷却水道パイプ
２６．タービン固定部品
２７．タービン羽根先端部
２８．スライドジャッキ
【要約】
【課題】
蒸気タービン回転装置は大型固定式が主流であるが、ボイラーや一定圧力の蒸気がある場所に、規模に応じた蒸気タービンを提供する。
【解決手段】
薄目の対熱用ステンレス円盤２枚の間に、必要サイズに応じた羽根板を１４枚以上１０度前後の斜めに装着、放射する蒸気ノズルからでる蒸気の量に応じ、タービン回転部の外側に２ミリ以上の間隔を置いて、円全体を包むように、外側に円型ケースを設置、その一部に蒸気ノズルを取り付け固定、この円ケース３００度反対側に蒸気排気口を開け、少量の蒸気エネルギーを利用、タービンが駆動する蒸気タービンエンジンを提供できる。
【選択図】図1【図１】
0005467703.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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