(57)【要約】【課題】  短い回転軸でも高圧から低圧までの蒸気膨張エネルギーを有効に回転エネルギーに変換できる、小規模で効率のよい半径流型蒸気タービンを得る。【解決手段】  回転方向を１方向だけにするために回転ノズルに反動力だけの役割を持たせる。動翼１１の内部に高圧の蒸気を供給すれば、ノズル１２から活き良いよく膨張する蒸気は外周に噴射される。噴射される方向は回転円の接線方向１３にする。この時に発生する反動力は、噴射方向１３とは逆の方向（反動方向）へ動翼１１を回転させ、該動翼が固定されている回転板１５、更に回転軸１４を回転させる。【選択図】図１
2011241812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンであって、作動蒸気の流れは回転軸に対して垂直な半径（放射）方向であり、該回転軸に回転板を垂直に固着し、該回転軸を中心とした１環（段）の動翼の一方を該回転板に取り付け、もう一方は、軸流動翼型支持体を用いて、該回転軸と固着支持されている回転板に取り付ける。異なる２枚の該回転板の間に取り付けられた、該動翼と動翼の隙間により回転ノズルを形成する。該回転ノズルの噴射方向は回転円の接線上にあり、該回転ノズル（動翼）の回転方向は時計回りか、反時計回りか１方向に定め、環状の回転ノズル（動翼）は該回転軸上に単環（段）でも複環（段）でもよく、内周部から外周部へ流れる作動蒸気は各回転ノズルを通過し、その時に接線方向に発生する反動力で環状の該回転ノズル（動翼）が回転し、該回転ノズル（動翼）が固着されてある該回転板を回転させ、更に該回転軸を回転させる半径流反動蒸気タービン。
【請求項２】
請求項１の蒸気タービンであって、軸流動翼型支持体を用いて、該回転軸と固着支持されている該回転板の、軸流動翼型支持体の無い回転板をもつ半径流反動蒸気タービン。
【請求項３】
蒸気タービンであって、作動蒸気の流れが回転軸に平行に流れる軸流蒸気タービンの高圧、中圧または低圧タービンの最終段出口からディフューザを通り、排気管への蒸気通路の流れが半径（放射）方向に転じる箇所近傍に、請求項１または２の蒸気タービンを取り付けた、半径流・軸流複合型蒸気タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】    本発明は蒸気タービンであって、更に詳しくは作動蒸気の流れが回転軸に対して垂直な半径（放射）方向である、半径流反動蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】    世界中の電力供給に蒸気の膨張エネルギーを利用した蒸気タービンが主に用いられている。そのタービン効率化のため更なる高温・高圧化が計られ、益々プラントの規模が大きく成り、ガスタービンとの複合化が計られ、コンバインド・サークルをなしている。一方、ＣＯ２削減のため、排熱の利用が求められている。排熱の例として、工場の生産過程から排出される熱や、ごみ焼却のために排出される熱がある。これらの廃棄される熱を利用し電気エネルギーに変換することが求められている。しかし、電力プラントで用いられている大規模な蒸気タービンをスケールダウンするだけでは、効率は逆に悪くなり、よって小規模の発電に合った蒸気タービンが求められている。【０００３】    一般的な蒸気タービンは回転軸に沿ってタービン入口を高圧にし、タービン出口を低圧にし、圧力落差を大きくし蒸気の膨張エネルギーを回転運動に変換する。そのため、蒸気の流れ方向は回転軸に平行な軸流型である。一方、圧力落差を回転軸に対して垂直方向、つまり半径（放射）方向にした、半径流型の蒸気タービンが知られている。この半径流型蒸気タービンの代表としてユングストロームタービンがある（特許文献１、２および３）。
【先行技術文献】
【０００４】
【特許文献１】  特開２００５−１０５８５４号広報
【特許文献２】  特開２００５−０４２５６７号広報
【特許文献３】  特開２００６−１４４７５８号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】    蒸気の膨張するエネルギーを効率よく取り出すためには蒸気の作動する距離と時間を出きるだけ長くとればよい。しかし、軸流型蒸気タービンでは軸に沿って作動するため、設備が大きく成り小規模の発電には合わない。【０００６】    特許文献１、２および３等の技術が基にする半径流型蒸気タービンを代表するユングストロームタービンの特徴は動翼が各環（段）毎に時計方向と反時計方向の相反する方向に回転する（図５）。これは２つの異なる回転軸を必要とする。その為、特許文献１では１台の蒸気タービンに２台の発電機を必要としている。このタービンシステムを軸方向に増やすことは容易いことではない。【０００７】    各環（段）の動翼は交互に異なる固定板に取り付けられているため、その内周部に蒸気を供給することは複雑で、困難である。【０００８】    更に外周部の動翼は高速で互いに反対方向に進むため、ノズルから噴射される蒸気が、遠ざかる動翼に衝動力を与えることは難しくなる。【０００９】    高速で回転する動翼は片方だけが回転板に固定されているため、固定されていない片方は遠心力のために外周方向に力が掛かり、安全性を欠く。【００１０】    尚、一般的な軸流型蒸気タービンでは蒸気の流れ方向は回転軸に平行であるが、高圧、中圧及び低圧部の最終段出口では蒸気の流れる方向が半径（放射）方向に変じる。しかし、このエネルギーを回収する手立ては打たれていない。【００１１】    本発明は以上の問題を鑑み、具体的には回転方向は１方向にし、１本の回転軸とする。また高速回転でも動翼等に掛かる遠心力の影響を緩和し、短い回転軸でも高圧から低圧までの蒸気膨張エネルギーを有効に回転エネルギーに変換できる、小規模で効率のよい蒸気タービンを得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】    蒸気タービンは圧力差を利用し、蒸気の膨張するエネルギーを回転運動に変換する。因って小規模の蒸気タービンは蒸気の流れ方向を回転軸の中心部から外周部へと、半径（放射）方向へと圧力差を作ればよい（半径流蒸気タービン）。出来るだけ長い距離と時間、短い回転軸で作動蒸気に仕事をさせることが出来れば効率のよい蒸気タービンが出来る。【００１３】    動翼にノズルとバッケトの両方の役割を持たせたのがユングストローム型半径流タービンである。その為、特許文献３が開示しているように、蒸気を噴射し、その衝撃力と反動力で各環（段）の動翼を互いに反対方向に回転させる（図５）。その為に異なる回転方向の２つの回転軸が生まれる。回転方向を１方向だけにするためには回転ノズルに反動力だけの役割を持たせる（反動蒸気タービン）。【００１４】    その反動力原理を示したのが図４の概念図である。動翼１１の内部に高圧の蒸気を供給すれば、ノズル１２から活き良いよく膨張する蒸気は外周に噴射される。噴射される方向は回転円の接線方向１３にする。この時に発生する反動力は、噴射方向１３とは逆の方向（反動方向）へ動翼１１を回転させ、該動翼が固定されている回転板１５、更に回転軸１４を回転させる。【００１５】    図４では１つの環（段）だけが示されているが、回転軸１４を中心に複数環（段）にし、各環（段）の回転方向を統一させる。
【発明の効果】
【００１６】    蒸気の圧力差を回転軸に沿って作っていたのを、高圧から低圧まで回転軸に対して垂直に多段化出きるため、小規模の効率のよい蒸気タービンが出来る。【００１７】    また軸流型では翼が回転軸に取り付けられて、半径（放射）方向に伸びているため、１枚の翼の根元から先端までの各部で周速が異なり、効率が悪かった。しかし、半径流型では各環（段）毎の動翼は全て同じ周速のため、最適化が図れ、高効率を得ることが出来る。【００１８】    従来の半径（放射）流蒸気タービンでは２方向に回転運動エネルギーを分けていたが、各環（段）で回転ノズルによる反動力だけを利用するため、蒸気の膨張力を１方向だけの回転運動に変えることが出来き、大きな回転エネルギーを得ることが出来る。【００１９】    １方向だけに回転軸を回転させることが出来るため、各環（段）の回転ノズル（動翼）を２枚の回転板の間に取り付けることが出来るようになり、遠心力に対抗する安全な回転運動を得ることが出来る。【００２０】    １方向だけに回転できるようになり、同一回転軸上に沿って、複数のセットを増設することが出来、大きな回転エネルギーを得ることが出来る。【００２１】    従来、軸流型蒸気タービンでは高圧、中圧または低圧タービンの最終段動翼後の排気管へ、半径方向へ流れる蒸気エネルギーの利用はなされていなかった。この蒸気流のエネルギーを半径流蒸気タービンとの複合により、回収することでタービン効率を上げ、排気管から復水器への蒸気損失を軽減できる。（図３）【００２２】    小規模でも熱効率の良い蒸気タービンを提供できれば、今まで、ごみ焼却等で廃棄されていた熱を利用効率の良い電気エネルギーに変換することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】  回転軸を中心に動翼、回転ノズル、回転板の位置関係と、蒸気の噴射方向を示した概念図。
【図２】  回転軸に固着された２種類の回転板、動翼および蒸気流入口を示した概念図。
【図３】  請求項３の軸流タービンと半径流タービンの複合型蒸気タービンを示した概念図。
【図４】  本発明の動翼、回転ノズルと反動原理を示した概念図。
【図５】  特許文献３に開示されたユングストローム型タービンの動翼の異なる回転方向を示した概念図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】    本発明の１例を図１および２で示す。回転軸１４に異なる２枚の回転板１５ａ、ｂを、回転軸１４に対して垂直に固着する。１方の回転板１５ａは直接、回転軸１４に固着され、もう１方の回転板１５ｂは軸流動翼型支持体１６を介して、回転軸１４に固着されている。異なる２枚の回転板１５ａ、ｂの間に、回転軸１４を中心とし、環状に動翼１１を取り付け、動翼と動翼間の隙間に回転ノズル１２が形成されて、１台の半径流反動タービンユニット１とする。図１および２では２環（段）の回転ノズル１２を示してあるが、蒸気や設備の条件に合わせ環（段）を増やしても良いことは言うまでもない。
【００２５】    例えば、２台の半径流反動タービンユニット１を、軸流動翼型支持体１６が向き合うように回転軸１４に垂直に取り付け（図２）、該２台の半径流反動タービンユニット１の間に、蒸気流入口１７を設ける。蒸気流入口１７は図示されていないケーシングに支持され、蒸気流入口１７は半径流反動タービンユニット１と接触せず、隙間には蒸気漏れ防止のラビリンスを施し、回転軸１４にも接触せず独立静止している。
【００２６】    図示されていないボイラーから配気管を通り、作動蒸気は蒸気流入口１７に送られ、左右の軸流動翼型支持体１６を通り、其々の半径流反動タービンユニット１に供給される。次に半径流反動タービンユニット１に送られた蒸気は回転軸１４に対して半径方向（白抜き矢）に流れ、内周側の回転ノズル１２を通り、次に外周側の回転ノズル１２を通り、常に蒸気の噴射方向１３は回転円の接線方向になる（図１）。蒸気がこれらの回転ノズル１２を通り、噴射される時に反動力が発生し、回転板１５を回転させ、更に回転軸１４を回転させる。
【００２７】    図２では２台の半径流反動タービンユニットを回転軸１４に取り付けてあるが、軸流動翼型支持体１６を取り付けた２枚の回転板１５ｂで半径流反動タービンユニット１を作り、これらを組み合わせ、更に多くの半径流反動タービンユニット１を回転軸１４に取り付けても良い。
【００２８】    図３は特許請求項３の発明の１例を示した概略図である。従来の軸流型低圧蒸気タービン２の出口から、蒸気はディフューザや図示されていない排気管を通り復水器へ流れる。この時、回転軸方向に流れていた蒸気は半径方向（白抜き矢）へと方向を転じる。この半径流の蒸気のエネルギーを回収するために、半径流反動タービンユニットを取り付けることにより、排出される蒸気のエネルギーを回転軸の運動エネルギーに変換する。
【００２９】    本発明は、以上述べた実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【記号の説明】
【００３０】    １        半径流反動タービンユニット
２        軸流型低圧蒸気タービン
１１      動翼
１２      回転ノズル
１３      蒸気噴射方向
１４      回転軸
１５ａ    回転板（回転軸に直接固着）
１５ｂ    回転板（軸流動翼型支持体付き）
１５ｃ    回転板（動翼に固着、支持体なし）
１６      軸流動翼型支持体
１７      蒸気流入口
１８      最終段動翼
【図１】
2011241812.tif 000003
【図２】
2011241812.tif 000004
【図３】
2011241812.tif 000005
【図４】
2011241812.tif 000006
【図５】
2011241812.tif 000007