(57)【要約】【課題】高温高圧水の気化力と圧力を利用する回転反射噴射形のタービンにおいて、熱効率を７０％以上にして、簡単で堅固な製作コストを下げるために小型化が可能にする。【解決手段】本発明は、高温高圧の水が急激に減圧する時、爆発するように発生する力強い気化力と圧力を利用して、円盤形タービン（ｔｕｒｂｉｎｅ）３の中心から回転反射噴射するように構成された数個の拡散型ノズル（ｎｏｚｚｌｅ）５で高温高圧の水が持った熱量の力強い気化力と圧力エネルギー（ｅｎｅｒｇｙ）で膨張加速し、回転反射噴射させながら、そのノズルに加えられる遠心力と圧力の反作用によって強力な回転力すなわち動力を得る簡単で堅固な回転反射噴射形タービン（ｔｕｒｂｉｎｅ）に関するものである。 【選択図】        図１
2005076564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温高圧の水が急激に減圧する時爆発するように発生する強力な気化力と圧力を利用したことにより、円盤形タービンの中心から圧入された水が回転反射噴射するように構成された数個の拡散型ノズルで高温高圧の水が持った熱量の強力な気化力と圧力エネルギーで、膨張、加速、減圧、回転反射噴射しながら、そのノズルに加えられる遠心力と圧力の反作用で、強力な回転力すなわち動力を得る高温高圧水の気化力と圧力を利用する回転反射噴射形タービンにおいて、回転反射噴射形タービン中心に回転軸が挿入固定されていて、ベアリング固定台のベアリングに挿入されて回転するようになっている回転軸の回転をウォームギヤで減速させて、動力を使用できるようにタービン回転軸と動力ｊ軸につがいのウォームギヤが挿入固定されていて、高速回転するベアリングとウォームギヤの摩擦の潤滑を為している潤滑装置の潤滑油の中にウォームギヤとベアリングが漬けられ、タービンの熱効率を高めてタービンで使ってしまった圧力を失って冷却した水蒸気と温水を再使用するために、タービンを取り囲んでいるタービン減圧室の高温高圧水注入口には高温高圧水加熱装置から加熱して発生した高温高圧水と混合するための蒸気パイプラインが設けられていることを特徴とする高温高圧水の気化力と圧力を利用して動力を得る回転反射噴射形タービン。
【請求項２】
回転反射形拡散型ノズルは、断面が四角形であるものを原型とし、原型、或いは三角形、或いは楕円形、或いは多角形のいづれかのノズルが徐々に広くなる拡散型ノズルであることを特徴とする請求項１に記載の回転反射噴射形タービン。
【請求項３】
回転反射噴射形タービンは、高圧蒸気或いは圧縮空気或いは圧縮気体のいづれかを使って動力を得る目的に使用することが出来ることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転反射噴射形タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温高圧の水を急激に圧縮させる時、爆発するように発生する強力な気化力と圧力を利用して円盤形タービンの中心から回転反射噴射するように構成された数個の拡散型ノズルで、高温高圧の水が持った熱量の強力な気化力と圧力エネルギーで、膨張、加速、回転反射噴射させながら、タービンの回転力になる、すなわち、ノズルに加えられる遠心力と圧力の反作用で強力な回転力、すなわち、動力を得る簡単な構造で堅固な回転反射噴射形タービンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タービンは、さまざまな種類があるが、ここでは、本発明と似ている方法で動力を得る従来の蒸気タービンに関して、記述しようとする。従来の蒸気タービンは、熱効率を高めるために圧力と飽和蒸気の特性を利用した超高圧ボイラーから得た超高圧加熱蒸気ー圧力１００〜２２０ｋｇ／ｃｍ２、温度３１０〜３８０℃の圧力エネルギーで膨張加速させながら、衝動タービン（ｉｍｐｕｌｓｉｏｎ  ｔｕｒｂｉｎｅ）や反動タービン（ｒｅａｃｔｉｏｎ  ｔｕｒｂｉｎｅ）を回転させて動力を得る。しかし、古代ギリシャ（Ｇｒｅｅｃｅ）時代から現代まで、一つ道で発展して来た従来の蒸気タービンシステム（ｓｔｅａｍ  ｔｕｒｂｉｎｅ  ｓｙｓｔｅｍ）は、高度の製作技術と大型化を要求した。特に、従来タービンは、圧力を使う過程で、多段式のタービンになっていて、タービンとタービンの間で圧力損失が大きくて、投資に比べて熱効率は低くて45％位であった。
【０００３】
特に、タービンの回転速度が大きければ、大きいほど、タービン翼にぶつかる蒸気の圧力や運動量は縮む。このことについて図５を参照して説明する。すなわち、タービンに向けて直進する蒸気初速度をＶ０、蒸気が持った圧力の膨張加速度をa、蒸気の質量をｍと言うことにすれば、ｔ秒後の蒸気の運動量は、ｍ（Ｖ０＋ａｔ）になる。そして、タービン翼の推進角度をＢ、であると言い、タービン翼の回転速度をＶ１載せよと言うことにすれば、回転するタービンのスクリュー（ｓｃｒｅｗ）後進度は、Ｖ１ｔａｎＢになる。だから、高速回転するタービンに加える運動量をＰ、であると言えば、Ｐ＝ｍ（Ｖ０＋ａｔ−Ｖ１ｔａｎＢ）になって、タービンの回転力になる力は、ＰｃｏｓＢである。結果的に、エネルギーの損失、すなわち熱効率の損失を意味する。
【０００４】
従来には、タービンの大型化要求により、熱効率の損失が大きくて小型化できないという欠点があった。
【０００５】
この改善策として、高温高圧水の気化力と圧力を利用することで熱効率を高くして、低コストで小型化を実現することが出来るようにする。
【特許文献１】特開２００２−３７１８６１号公報
【特許文献２】特開２００２−３３２８０４号公報
【特許文献３】特開２００２−２２１０４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする問題点は、高温高圧水の気化力と圧力を利用することで回転反射噴射形のタービンを、第一、タービンに構成された数個の回転反射噴射形ノズルで、高温高圧の水が爆発するように強力な気化力と圧力で、膨張加速、減圧冷却させて、熱エネルギーと圧力エネルギーを全て回転力に使って熱効率を７０％以上にして、第二、簡単で堅固で製作コストの低い小型化が可能になるようにすることである。
【０００７】
本発明は、前記の技術的課題を解決し一番簡単で堅固なタービンを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、円盤形回転板の中心から高温高圧の水が爆発するように気化しながら、回転反射噴射するように数個の拡散型ノズルが構成されている回転反射噴射型タービンのタービン円板中心に挿入固定されたタービンの回転軸がベアリング固定台に固定されたベアリングに挿入されて回転することができるようになっている。ヲォームギヤ（ｗｏｒｍ  ｇｅａｒ）で、高速回転を減速させて使用先に動力を伝達させるようにするために、タービン回転軸と動力軸につがいのウォームギヤが挿入され固定されている。高速回転するベアリングとウォームギヤの磨耗を防止するために潤滑のために潤滑装置室の潤滑油の中にウォームギヤとベアリングが漬かっている。そして、タービンの熱効率を高めて、タービンで使ってしまった圧力を失って冷却した水蒸気と温水を再使用するために、図１と図２に表示したようにタービン減圧室でタービンを取り囲んでいる。そして、高温高圧水注入口には、高温高圧水の加熱装置から加熱して発生した蒸気を高温高圧水と混合するための蒸気パイプラインが設けられている。
【０００９】
回転反射形拡散型ノズルは、断面が四角形であるものを原型とし、原型、或いは三角形、或いは楕円形、或いは多角形のいづれかのノズルが徐々に広くなる拡散型ノズルであることを特徴とする。
【００１０】
回転反射噴射形タービンは、高圧蒸気或いは圧縮空気或いは圧縮気体のいづれかの圧縮した流体を使って動力を得る目的に使用することが出来る。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、回転反射噴射形タービンにおいて、第一に熱効率を高めることが出来るのでエネルギーが節約出来て、第二に従来の大型化されたスチームタービンに比して、小型ながら強力な出力を出すことが出来、第三に小都市の可燃性廃棄物焼却場の廃熱を利用した高効率の小型発電が可能になったこと、第四に施設費が従来のものに比べて低廉で堅固で寿命が長いので、前記のような焼却施設等の廃熱利用可能な施設に発電設備を併設することにより、地域の活性化効果が大きいという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の技術的思想を実施例において、次に記載のように具体化することによりエネルギーの損失をせずに、熱効率を高めることが出来る小型タービンを実現して、これを発電機の動力として使用すれば可燃性廃棄物焼却場の廃熱を利用した高効率の小型発電などに貢献することが出来る産業上の利用が可能である。
【実施例１】
【００１３】
添付図面は、本発明の実施例１及び２について図示している。図１は、本発明の回転反射噴射形タービンを説明するための装置側面より見た縦断面図を図示し、図２は、本発明を説明するための図１Ａ−Ｂ線の切断面図である。図３は、本発明のタービンを発電機の動力源として使用した例において、作動原理を説明するための全体システムライン（Ａｌｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｌｉｎｅ）図である。図４は、高温高圧の水が円盤形タービンに構成されている回転、反射、噴射形ノズル（ｎｏｚｚｌｅ）で爆発するような強力な気化力と圧力で膨張加速、減圧冷却しながらノズルに作用して回転力になる力や、圧力や、運動量を説明するために図２に表示されたタービン切断面図の回転反射噴射形ノズルの一部分を拡大表示した断面図である。図５は、従来のタービンが、高速回転する時、進入する蒸気がタービンに加える運動量を説明するための説明図である。
図面に基づいて、符号を引用して詳細に説明する。
【００１４】
円盤形回転板３の中心から高温高圧の水が爆発するように気化しながら、回転反射噴射するように数個の拡散型ノズル５が構成されている回転反射噴射型タービン３のタービン円板中心に挿入固定されたタービンの回転軸１０がベアリング固定台１７に固定されたベアリング１３、１４、１５に挿入されて回転することができるようになっている。ヲォームギヤ（ｗｏｒｍ  ｇｅａｒ）で、高速回転を減速させて使用先に動力を伝達させるようにするために、タービン回転軸１０と動力軸１６につがいのウォームギヤが挿入され固定されている。高速回転するベアリングとウォームギヤの磨耗を防止するために潤滑のために潤滑装置室９の潤滑油の中にウォームギヤ１１、１２とベアリング１３、１４、１５が漬かっている。そして、タービンの熱効率を高めて、タービンで使ってしまった圧力を失って冷却した水蒸気と温水を再使用するために、図１と図２に表示したようにタービン減圧室７でタービンを取り囲んでいる。そして、高温高圧水注入口１には、（図３符合ｈに表示したように）高温高圧水の加熱装置から加熱して発生した蒸気を高温高圧水と混合するための蒸気パイプライン２が設けられている
【００１５】
高温高圧水の気化力と圧力を利用して動力を得る回転反射噴射形タービンの拡散型ノズル５で、発生するタービンの回転力の根源である原理を、分析して図４に基づいて説明すれば、ノズル入り口４に温度２６０℃、圧力４８ｋｇ／ｃｍ２の高温高圧水の水が注入口1（図１）から圧入されたと仮定すれば、高温高圧の水は拡散型ノズルが、圧力が弱いノズル噴射口の方で圧力４８ｋｇ／ｃｍ２、気化温度約２６０℃の爆発するように力強い気化力と圧力でまるでパンやスポンジが脹れて爆発するように、気化しながら加速減圧冷却しながら、ノズル噴射口に向けて噴射して、ノズルに生じた反作用により反射しながら回転する。この時、回転反射噴射しながらタービンが回転する方向で爆発するように力強い遠心力と圧力をノズルに加える。
【００１６】
図4でタービンの回転力になるノズルに加えられる遠心力と圧力を分析すれば、次のようになる。ノズル5にタービン回転力になる遠心力と圧力を加えるノズルの一点ｇで高温高圧の水が、加速度をａ、回転力になる反対面のノズルの一点ｆと言うことにして、ｔ秒後に、ｇ、ｆの水が  点ｇ’と点ｆ’を通るとしよう。そして、回転反射噴射するノズルｇ、ｇ’点の回転半径をＲＲ’であると言って、ｆｆ’の回転半径をｒｒ’であると言って、ｇとｆ点の圧力をＰ、ｇ’とｆ’点の圧力をＰ’と言えば、Ｐ＞Ｐ’になる。そしてｇ、ｆ点の高温高圧水の速度をＶと言い、水の質量をｍと言えば、高温高圧の水がノズル5のｇ点を経ながら加える遠心力と圧力をＦｇと言えば、Ｆｇ＝ｍ（Ｖ2/Ｒ）＋Ｐになって、ｇ’点を経ながら加える遠心力と圧力をＦｇ’と言えば、Ｆｇ’＝ｍ（Ｖ＋ａｔ）2/Ｒ＋Ｐ’であり、実際にタービンの回転力になるｇ’点の力は、Ｆｇ’ｃｏｓΘになる。角Θは、タービンの中心点とノズルのｇ’ｆ’を経ている直線Ｑとｇ’点のノズル接線Ｋがなす角度である。
【００１７】
これとは反対に回転力に逆作用するノズルの一点ｆに加えられるＦｆ＝Ｐ−ｍＶ2/ｒ、ｆ’のＦｆ’＝Ｐ’−ｍ（Ｖ＋ａｔ）2/ｒ’になって、タービンの回転に逆作用するｆ’点に加えられる力はＦｆ’ｃｏｓ∂になる。Ｆｇ’ｃｏｓΘ＞Ｆｆ’ｃｏｓαになるから、ｇ’の力とｆ’の力は、おびただしい差である。すなわち、Ｆｇ’ｃｏｓΘーＦｆ’ｃｏｓαが、直線Ｑ線上のタービンの回転力になる。角αは直線Ｑと、ｆ’点のノズルの接線ｊが会って成す角度である。
【００１８】
特に本発明は、高速回転する時も、タービンに構成されたノズルと一緒に高温高圧の水も高速回転しながら、回転反射噴射するのでロケットのように超高速はだめでも、高速回転が可能であるから用途が多くあるであろうと考えられる。
【００１９】
従来のタービンは、高速回転する時、タービンの翼にぶつかって加える加速蒸気の運動量が、タービンの翼の推進角による速度位減少して、それに因って、従来の多段式タービンは、圧力損失が大きいと言うことを背景技術の項で記述した。本発明のタービンは、高速回転する時も、高温高圧の水と一緒に回転させながら、回転反射噴射するので、従来の多段式タービンに比べて圧力損失が少ない。
【実施例２】
【００２０】
図３に基づいて、本発明のタービンを動力として使用した発電システムの全体システムについて説明する。
本発明のタービンｔを稼動させて発電機ｅを回転することにして説明する。第一、高圧水ポンプｐを作動させて高圧水を循環させて、加熱室（ｈｅａｔｉｎｇ  ｃｈａｍｂｅｒ）ｈのバーナーｂで高圧水パイプラインｚの水を、圧力４８ｋｇ／ｃｍ２で、温度２６０℃まで加熱してタービンｔに圧入なるようにする。タービンｔに圧入される前、高温高圧水はパイプラインｘを経て、水蒸気分離機ｓから加熱によって加熱室ｈで発生した蒸気を高温高圧水と分離して、蒸気パイプラインｙを経てタービン注入口１に圧入させてタービンの振動を緩和させる。水蒸気分離機ｓで分離した高温高圧の水は、図３に表示する圧力調節器ａを経て、本発明のタービンへの高温高圧水の注入口１で圧入される。圧入された高温高圧の水は、前記の第一に記述のように、爆発するような強力な気化力と圧力でタービンに構成された回転反射噴射形ノズルを通じて、膨張加速回転反射噴射しながら、タービンを回転させる。タービン軸１０と動力軸１６に挿入固定されたウォームギヤによって減速された動力は、発電機eを回転させる。タービンに構成したノズルで減圧室に噴射された低温の水蒸気と温水を再使用するために真空ポンプ（ｖａｃｕｕｍ  pump）ｖと連結されたコンデンサー（ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ）ｃで水蒸気は液化されて、温水と一緒に給水タンクｗに注入される。注入された給水タンクの水は、高圧水にして、又循環するようになる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明が解決しようとする問題点は、高温高圧の水を急激に圧縮させる時、爆発するように発生する強力な気化力と圧力を利用してタービンの熱効率を高めて強力な出力を得て小型化を実現することが出来るようにするものであり、本発明のタービンを動力源として発電システムを小型化することが出来る。従って、本発明のタービンを利用して、小都市近郊の焼却設備に発電システムを併設し、地域産業の活性化を可能にするものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の回転反射噴射形タービンを説明するための装置側面より見た縦断面図
【図２】本発明を説明するための図１Ａ−Ｂ線の切断面図
【図３】本発明の作動原理を説明するための全体システムライン（Ａｌｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｌｉｎｅ）図
【図４】高温高圧の水が円盤形タービンに構成されている回転、反射、噴射形ノズル（ｎｏｚｚｌｅ）で爆発するような強力な気化力と圧力で膨張加速、減圧冷却しながらノズルに作用して回転力になる力や、圧力や、運動量を説明するために図２に表示されたタービン切断面図の回転反射噴射形ノズルの一部分を拡大し表示した断面図
【図５】従来のタービンが、高速回転する時、進入する蒸気がタービンに加える運動量を説明するための説明図
【符号の説明】
【００２３】
１．．高温高圧の水注入口
２．．高温高圧の水に混合した加熱蒸気が蒸気と水分離器で分離して高温高圧の水注入口の中の高温高圧水と混合させる蒸気パイプライン（ｓｔｅａｍ  ｐｉｐｅ  ｌｉｎｅ）
３．． 円盤形タービン
４．．ノズル入り口
５．．ノズル(回転反射噴射形ノズル)
６．．タービンの熱効率を高めてタービンで動力に使ってしまたった結果、減圧されて冷却した水蒸気と温水を回収して再使用するためのタービン減圧室外被
７．．タービン減圧室
８．．減圧室排出口
９．．潤滑装置室（ｔｕｒｂｉｎｅ  ｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ  ｃｈａｍｂｅｒ）
１０．．タービン軸
１１，１２．．ウォームギヤ（ｗｏｒｍ  ｇｅａｒ）
１３，１４．．ベアリング
１５．．スロストベリング（ｔｈｒｕｓｔ  ｂｅａｒｉｎｇ）
１６．．動力主軸
１７．．ベアリング固定台
図３の符号
ｂ．．バーナー
ｈ．．加熱室（ｈｅａｔｉｎｇ  ｃｈａｍｂｅｒ）
ｚ．．高圧水パイプライン
ｘ．．高温高圧水パイプライン
ｓ．．高温高圧水の中に混合した水蒸気分離機
ａ．．圧力調節器
ｙ．．水蒸気分離機で分離したタービンに圧送される水蒸気パイプライン
ｔ．．本発明のタービン
ｅ．．発電機
ｃ．．コンデンサー（ｓｔｅａｍ  ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ）
ｖ．．真空ポンプ
ｗ．．給水タンク
図４の符号
ｇ．．高温高圧の水がノズルで加速膨張しながら通過するノズルの一点でタービンに回転力になる遠心力と圧力を加える面の一点
ｇ’．．高温高圧の水がｇ点でｔ秒通過した一点でタービンに回転力を加えるノズルの面の一点
ｆ．．高温高圧の水が加速膨張しながら通過するノズルの一点でタービンに回転力を加える反対面の一点
ｆ’．．高温高圧の水がｆ点でｔ秒通過したノズルの一点でタービンに回転力を加える反対面の一点      
Ｑ．．タービンの円盤の中心点とノズルの２点ｇ’ｆ’を経る直線
ｋ．．ノズルの一点ｇ’でのノズル曲線との接線
ｊ．．ノズルの一点ｆ’でのノズル曲線との接線
θ．．直線Ｑと接線ｋが成す角度
α．．直線Ｑと接線ｊが成す角度
図５の符号
∠Ｂ．．タービン翼の推進角度
Ｔ．．従来タービン翼
Ｖ１．．タービンの回転速度
Ｖ０．．蒸気の初速度
ａ．．蒸気の圧力による蒸気の加速度
ｔ．．秒
ｍ．．蒸気の質量
ｐ．．蒸気がタービンに加える運動量
ＰｃｏｓΘ’．．タービンの回転力になる運動量
【図１】
2005076564.tif 000003
【図２】
2005076564.tif 000004
【図３】
2005076564.tif 000005
【図４】
2005076564.tif 000006
【図５】
2005076564.tif 000007