(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二枚の環状リング板が離隔して対面する該離隔間の円周方向に沿って高温高圧蒸気ノズルの蒸気噴射方向に対峙するブレードを等間隔で固定した環状ケーシングケースと一側に発電機を接続したケーシングケース回転軸の他側に嵌着したフランジ付きパイプとの間を、該フランジ部の外周等間隔位置から回転方向の反対側に外周接線方向で前記環状ケーシングケースに延長するリボン状のスポークを繋合して構成した事を特徴とする産業廃棄物小型焼却炉の発電用蒸気タービン回転翼車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明はスーパーマーケット、病院、ホテル、工場や工業用団地などの敷地内あるいは沿岸地域や離島などの狭小地域で使用される小型焼却炉で一般ゴミや建設現場から捨てられるゴム製品やプラスチック製品さらには離島の海岸線に打ち上げられた燃焼性漂着物などの産業廃棄物を焼却する際の炉体熱または排ガス熱あるいはその両者の保有熱を利用して効率よく発電する、産業廃棄物小型焼却炉の発電用蒸気タービン回転翼車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  蒸気タービンは、ノズルから噴射する高温高圧蒸気の噴出膨張あるいは噴出方向を変化させて作る高速蒸気流を回転体（回転軸またはシャフトと羽根車またはディスクの合体）の外周に沿って設けられた反りを持つ動翼すなわちブレードに噴射したときの衝撃力で発生する強力なトルク作用で高速回転する回転翼車の原動機で、石油化学プラントや大型ゴミ焼却炉を保有する施設の排ガス熱で多量の蒸気を作り易くまた円滑でかつ高速な回転力が得られ易い利点から大型発電装置の原動機として使用されている。また回転翼車は極めて高い速度で回転するために振動と遠心力が大きくなる問題から、翼車断面の根元軸側を厚く先端側に向かって薄く加工した翼車やノズル１段にブレード２列を１組とする事で高速回転が可能になった翼車構造体など、多種多様な要求に対応して開発と実用化が進められ、現在でも蒸気タービン分野にのみならず水力タービン分野においても開発が続けられている。蒸気タービン分野においては、例えば特開平９−１８４４０１号公報には「ディスク型のタービン・ロータを有する蒸気タービンにおいて、動翼の翼根とタービンロータディスクのロータ翼溝に削設したＲコーナー部をＬ型の外設型と内設型とする固設構造にする事によって、Ｒコーナー部に作用する遠心力が大幅に緩和されて腐食やクリープ損傷が軽減され、耐用寿命を延長化する蒸気タービンの動翼固設構造」、また特開２００１−５０００１号公報には「回転羽根の回転軸を空気が流通可能な中空にする事によって軸受の冷却装置を不要とする事でローカル的な小型施設においても普遍的に利用できる蒸気タービンを提供するものであって、ケーシング内で回転軸と一体の回転羽根が振幅と範囲の異なる合成正弦曲線を基調とした羽形と有効な幅を備えた複数の羽根翼の基部切点を、その基部となる位置で所要の直径を有する回転軸外周の切線に重ねて配置し、羽根翼両側の端面を円板で囲い固定してバケット状の回転羽根からなる蒸気タービン装置」など多くの特許公報がある。さらに水力タービン分野においても、特表２０１５−５１６５３５号公報には「複数のブレードを有する高効率な水力タービンを提供するもので、その要旨を要約して、少なくとも２つの環状ホイールディスクの中心に配置される中央軸を設けて構成しかつ該中央軸から前記環状ホイールディスクに環状配置される少なくとも２８枚のブレード、さらに中央軸から前記環状ホイールディスクの半径方向に沿って配置した複数のスポークから構成される水力タービン」が紹介されている。これらタービンのそれぞれは、回転軸とブレードの付け根部の強度が高速回転や高い遠心力に充分耐えられる様に太く丈夫な剛性構造でありまた腐食とクリープ損傷を軽減する構造でありまた小型産業廃棄物焼却炉の熱にも活用できるなどの蒸気タービンであり、さらにフレードの取付枚数や取付角度を限定して低い潮流でも電力を発生させる事のできる水力タービンなど構造やブレード形状が異なる多くの種類のタービンが開発されているが、その殆どが大型プラント装置を対象にしたものである。【０００３】  最近になって火床面積が１ｍ２程度未満の無煙無臭無ダスト小型焼却炉が実用化され、スーパーマッケットやホテルなどの敷地内や離島��どの狭小地域で多く使用される様になり、産業廃棄物や燃焼性廃棄物が焼却処理できる様になった。さらに小型焼却炉から排出される熱を利用して熱水や温水を製造する技術も既に開発され、医療用器具の消毒や患者の入浴の他、養魚や木材の乾燥などの分野においても実用化されつつある。さらに本発明の出願人らは、小型焼却炉で産業廃棄物を焼却する際の炉体熱または排ガス熱あるいはその両者の保有熱を利用して上記の特許情報で記載する蒸気タービンを小型化した回転翼車構造の回転駆動実験を試みたが、熱に転換できる資源が膨大にあると言われる社会環境において、小型焼却炉を使用するスーパーマッケットや病院などの敷地内や離島などの狭小地域から出る廃棄物の量が極めて少なくまた廃棄物の中に生ごみも多く含まれるため発熱変動が大きく、蒸気タービンを稼働させる程の高温高圧蒸気が安定して得られず回転翼車の回転速度が高められない問題から、質が高い蒸気タービンを早期開発する事が急務であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】  特開平９  −１８４４０１号公報
【特許文献２】  特開２００１−５０００１号公報
【特許文献３】  特表２００５−５１６５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  本発明者らは上記の様な問題に鑑み、火床面積が１ｍ２前後またはそれ以下の無煙無臭無ダスト小型焼却炉を対象に産業廃棄物の焼却投入量が減少し蒸気発生量が変動しても効果的に高速回転し発電可能な蒸気タービン回転翼車を提供する事を目的に、既に開発された蒸気タービンの形状の簡略化と軽量化を配慮しつつ製作した種々の蒸気タービン回転翼車の回転数測定実験を試みた結果、前記した特表２０１５−５１６５３５号公報の図２で示す様な回転軸と多数枚のブレードを環状に配列したケーシングケースとの間を該回転軸から放射状に延びるリボン状のスポークで繋ぐ事によってノズルから高温高圧蒸気をブレードに噴射した衝撃力でケーシングケースを介して回転軸を回転するが、さらに帯状形状（リボン状）のスポークを回転軸の外周位置から回転方向とは反対側の外周接線方向でケーシングケースを繋ぐ事によって先行するブレードに噴射された高温高圧蒸気の衝撃力が弱らない間にスポーク８を介して後続のブレードが受けた強い衝撃力の追い打ちを掛けて回転軸すなわち回転翼車の回転速度を高める事を知見した。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  本発明は上記の知見に基づいて構成したもので、その要旨は、二枚の環状リング板が離隔して対面する該離隔間の円周方向に沿って高温高圧蒸気ノズルの蒸気噴射方向に対峙するブレードを等間隔で固定した環状ケーシングケースと一側に発電機を接続したケーシングケース回転軸の他側に嵌着したフランジ付きパイプとの間を、該フランジ部の外周等間隔位置から回転方向とは反対側の外周接線方向で前記環状ケーシングケースに延長するリボン状のスポークを繋合して構成した産業廃棄物小型焼却炉の発電用蒸気タービン回転翼車である。
【発明の効果】
【０００７】  上記の様な要旨に構成された本発明の産業廃棄物小型焼却炉の発電用蒸気タービン回転翼車は、高速度で回転するため、実用化できる程度の発電効果を奏する。第１表は、発電機能力２００Ｗの発電試験装置で、本発明のスポーク型回転翼車（重量；３．４ｋｇ、ケーシングケースの中心軸から外径；２１７ｍｍと内径；２０４ｍｍ、厚み：６ｍｍ、ブレードの数：等間隔で６０枚、スポークの本数；等間隔で８本）と従来から使用されるディスク型回転翼車（重量；３．６ｋｇ、ディスク板はケーシングケースの中心から外径；２３７ｍｍ、内径；２０４ｍｍ、ディスクの板厚；８ｍｍ）の発電量を調査した実験結果を示す。【０００８】
【表１】
0006417567.tif 000002
【０００９】  上記の表１から明らかな様に、本発明のスポーク型回転翼車も従来のディスク型回転翼車も共にフィールド電位すなわち発電機を通してタービンに作用した負荷以上の発電量であるが、その発電量の向上率は本発明のスポーク型回転翼車が従来のディスク型回転翼車よりも平均で１４％も高い。この数値は、発電能力が２００Ｗの発電量試験装置の実験結果であって、通常の商用発電機で１０ｋｗを発電した際にスポーク型回転翼車は１４．２ｋｗほど向上し、一般家庭の約２世帯分に相当する。さらにこの数値をタービン回転数に換算すれば、ディスク型回転翼車が３０８８ｒｐｍに対して、スポーク型回転翼車は３６００ｒｐｍに向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】  本発明の側面図で、一実施例を示す。
【図２】  ［図１］のＸ−Ｘ線断面図を示す。
【図３】  回転軸の断面図で、一実施例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】  以下、本発明の高効率な小型発電用蒸気タービン回転翼車の構造について、図面を参照しながら、詳細に説明する。
［図１］において、１は環状ケーシングケースである。環状ケーシングケース１は、後述の［図２］から明らかな様に、二枚の環状リング板２が離隔して対面する該離隔間（Ｄ）に、小型焼却炉の炉体熱または排ガス熱あるいはその両者の保有熱を利用して上昇した高温高圧蒸気を噴射するノズル（図示せず）の蒸気噴射方向に対峙するブレード３（または動翼）を円周方向に沿って等間隔で固定して構成されている。ブレード３は、環状ケーシングケース１の離隔間（Ｄ）で円周方向に沿って等間隔でネジ継手や嵌め込みや溶接などで固定された反りをもった翼（羽根）で、噴射される高温高圧蒸気が衝突した際の反力で環状ケーシングケース１を回転させる作用を奏するものである。図２は図１のＸ−Ｘ線断面図を示したもので、ブレード３を環状ケーシングケース１の離隔間（Ｄ）にネジ継手４で固定した場合の一実施例を示す。また本発明において、ブレード３の形状や固定枚数は、環状ケーシングケース１の大きさや要求される回転数に応じて決定されるもので、特に限定するものでない。さらにフレード３を二枚の環状リング板２の離隔間でかつ円周方向に沿って蒸気噴射方向に対峙して固定する理由は、高温高圧蒸気ノズルから噴射される蒸気の量とその強さが各ブレード共に均一に衝射させる事によって環状ケーシングケース１の息継ぎ回転を防止して円滑に回転させるためである。５は、環状ケーシングケース１の回転軸（シャフト）である。回転軸５は、［図３］で示す様に、一側に発電機６を接続し他側には一条または二条の突起状のフランジ（Ｆ，ボスとも言う）付きパイプ７を嵌着して構成されている。
【００１２】  さらに本発明においては、前記した環状ケーシングケース１と該フランジ（Ｆ）付きパイプ７との間には、該フランジ部材Ｆの周等間隔位置から環状ケーシングケース１の回転方向（矢印方向）の反対側に外周接線方向で環状ケーシングケース１に延長するリボン状（巾広い）のスポーク８を繋合して一体的に構成している。スポーク８とは環状ケーシングケース１とその中心にある回転軸５を繋合するもので、本発明においては高速回転応力や回転振動などの過酷な使用条件の中で使用されるため、リボン状のスポーク８を使用する。つまり、ノズルから高温高圧蒸気をブレード３に噴射させると該ブレード３に衝撃力が加わり、この衝撃力が回転トルクとなって環状ケーシングケース１を回転すると共に、さらに先行するブレードに噴射された高温高圧蒸気の衝撃力が弱らない間にスポーク８を介して後続のブレードを受けた強い衝撃力で追い打ちを掛けて回転軸すなわち回転翼車の回転速度を高める作用効果を奏する。またスポーク８を外周接線方向に設ける事によって回転軸５との繋合構造を簡素化したタービン本体の軽量化を図ると共に回転方向成分のベクトルが増大しケーシングケース１の回転速度を高める作用を奏する。この様な作用から回転翼車の回転速度を高めると共に、回転翼車の振動や振幅や騒音を小さくする効果もある。また本発明において使用される材質は強靭鋼の他にステンレス鋼や耐熱鋼さらにはチタン含有合金鋼などを使用すれば、耐用寿命の長い回転翼車として使用できる。
【００１３】    上記の様に構成された本発明の産業廃棄物小型焼却炉の発電用蒸気タービン回転翼車は、高温高圧蒸気噴射ノズルや蒸気の凝固水排出誘導口など回転翼車を稼働するに必要な付帯具と共に回転翼車を梱包する回転翼車カバーボックスに収納されて使用される。また本発明の発電用蒸気タービン回転翼車は、前記した特許文献に記載された蒸気タービンと同様な操業方法で取り扱われる。
【産業上の利用可能性】
【００１４】  本発明の発電用蒸気タービン回転翼車は小型焼却炉の炉体熱または排ガス熱あるいはその両者の保有熱を利用して高速度で回転する構造に設けられている。小型焼却炉の利用が年々増加している中で、自家発電需要の増加に伴い、今後小型焼却炉の発電用付属装置として益々実用化される可能性が高いと思われる。
【符号の説明】
【００１５】    １    環状ケーシングケース
２    環状リング板
３    ブレード
４    ネジ継手
５    回転軸
６    発電機
７    フランジ付きパイプ
８    スポーク
Ｄ    離隔間
Ｆ    フランジ部材
【図１】
0006417567.tif 000003
【図２】
0006417567.tif 000004
【図３】
0006417567.tif 000005