(57)【要約】【課題】  作動媒体に与えられるエネルギー変動に適切に対応できて、発電効率を低下させずに発電が行える熱発電システムを提供する。【解決手段】  熱エネルギーを吸収するコレクタ１によって、直接または間接的に作動媒体３を加熱し、作動媒体３の蒸気をノズル８ａから噴出させ、ノズル８ａからの高圧蒸気によってタービン５を回転駆動させる。タービン５の回転によって、発電機６における発電機ロータ６Ａを回転させ、発電機ロータ６Ａと対向して設けられた発電機ステータ部６Ｂで発電させる。ノズル８ａは、１つ以上のノズル噴出部８ｄに連結される複数の流路１５〜１９を持つ。前記複数の流路１５〜１９をそれぞれ開閉することにより作動媒体の蒸気が噴出されるノズル噴出部８ｄの個数を変更可能な流路開閉手段２５を設ける。この流路開閉手段２５を開閉動作させるアクチュエータ２０〜２４を設ける。【選択図】      図１
2007092685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱エネルギーを吸収するコレクタによって、直接または間接的に作動媒体を加熱し、前記作動媒体の蒸気をノズルから噴出させ、ノズルからの高圧蒸気によってタービンを回転駆動させ、前記タービンの回転によって、発電機における発電機ロータを回転させることにより、前記発電機ロータと対向して設けられた発電機ステータ部で発電させる熱発電システムにおいて、
前記ノズルの流入経路は、１つ以上のノズル噴出部に連結される複数の流路を持ち、前記複数の流路をそれぞれ開閉することにより作動媒体の蒸気が噴出されるノズル噴出部の個数を変更可能な流路開閉手段、およびこの流路開閉手段を開閉動作させるアクチュエータを設けたことを特徴とする熱発電システム。
【請求項２】
請求項１において、前記コレクタと前記ノズルの間の前記作動媒体の圧力、または前記コレクタの温度、または前記コレクタに入力された熱量、または主軸の回転数を測定する測定手段と、この測定手段の測定値である圧力、温度、熱量、または主軸回転数に応じて、前記流路開閉手段のアクチュエータを制御することで、作動媒体の蒸気が噴出するノズル噴出部の個数を制御する収熱状況対応アクチュエータ制御手段とを設けた熱発電システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記タービンの翼車と発電機ロータとを設けた主軸を非接触軸受で支持した熱発電システム。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記熱エネルギーが太陽熱である熱発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、太陽熱等の熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の熱発電システムの従来例として、太陽熱で作動媒体を加熱し、その作動媒体の高圧蒸気でタービンを回転駆動し、タービンの回転で発電機を発電させるようにした太陽熱発電システムが知られている（例えば特許文献１〜３）。
【特許文献１】特開２００２−２４２６９３号公報
【特許文献２】特開２０００−１１０５１５号公報
【特許文献３】特開２００３−２２７３１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した各太陽熱発電システムでは、コレクタ部に入力されるエネルギーの変動が大きいため、入力エネルギーが低い場合には、作動媒体の蒸気圧力を高くする必要があり、そのため別途作動媒体の加熱部が設けられる。しかし、この加熱部で電力が消費されるため、全体としての発電効率が低下する。また、蒸気圧力が上がらない場合は、タービンを回転させることなく、高温の作動媒体がノズルから流れ出てしまうため、エネルギーの損失が大きくなる。この場合、別途弁を設ける必要も生じる。
【０００４】
さらに、太陽熱発電では、いずれも得られる熱エネルギーが小さくエネルギー密度が低いため、作動媒体として、気化し易い有機媒体あるいは沸点の低い有機媒体（例えばアンモニア、代替フロン、アルコール、アセトンなど）が使用される。ところが、このような作動媒体を使用した場合、高熱のためタービンを回転支持する軸受用の潤滑剤保持が難しく、長期回転ができないという問題があった。
【０００５】
この発明の目的は、作動媒体に与えられるエネルギー変動に適切に対応できて、発電効率を低下させずに発電が行える熱発電システムを提供することである。
この発明の他の目的は、作動媒体の種類に制限を受けることなくタービンの長期回転が可能な熱発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の熱発電システムは、熱エネルギーを吸収するコレクタによって、直接または間接的に作動媒体を加熱し、前記作動媒体の蒸気をノズルから噴出させ、ノズルからの高圧蒸気によってタービンを回転駆動させ、前記タービンの回転によって、発電機における発電機ロータを回転させることにより、前記発電機ロータと対向して設けられた発電機ステータ部で発電させる熱発電システムにおいて、前記ノズルの流入経路は、１つ以上のノズル噴出部に連結される複数の流路を持ち、前記複数の流路をそれぞれ開閉することにより作動媒体の蒸気が噴出されるノズル噴出部の個数を変更可能な流路開閉手段、およびこの流路開閉手段を開閉動作させるアクチュエータを設けたことを特徴とする。
この熱発電システムは、太陽熱を熱エネルギーとする熱発電システムであっても良い。
【０００７】
この構成によると、アクチュエータによって、複数の流路開閉手段を適宜選択あるいは組み合わせ開閉動作させて、作動媒体の蒸気が噴出されるノズル噴出部の個数を変動させることができる。これにより、入力エネルギーに応じてノズル噴出部の総面積を決定することができる。例えば、コレクタにより吸収される作動媒体のエネルギーが小さい場合には、ノズル噴出部の総面積を小さくして噴出前の作動媒体を高温に保つことができる。そのため、作動媒体によるエネルギーの変動に適切に対応できて、発電効率を低下させずに発電することができる。                                                            また、全ての流路を塞げば、弁としての役割も果たす。このため、作動媒体の蒸気圧が上がらない場合に、タービンを回転させることなく作動媒体がノズルから流れ出てエネルギ損失を生じることが、別途に弁を設けることなく回避できる。
さらに、作動媒体の蒸気圧力を高めるための加熱部を別途に設ける場合においても、加熱部の入力エネルギーを削減でき、作動媒体が高温高圧となるように制御することも可能である。
【０００８】
この発明において、前記コレクタとノズルの間の前記作動媒体の圧力、または前記コレクタの温度、または前記コレクタに入力された熱量、または主軸の回転数を測定する測定手段と、この測定手段の測定値である圧力、温度、熱量、または主軸回転数に応じて、前記流路開閉手段のアクチュエータを制御することで、作動媒体の蒸気が噴出するノズル噴出部の個数を制御する収熱状況対応アクチュエータ制御手段とを設けても良い。
【０００９】
熱発電システムが例えば太陽熱発電システムである場合、コレクタが太陽熱を有効な熱エネルギーとして吸収できる時間帯は限られあるいは設置場所の環境や季節によって変動する。そこで、上記したように作動媒体の圧力、またはコレクタの温度、またはコレクタに入力される熱量、あるいは主軸の回転数を測定し、コレクタに入力されるエネルギーの変動に応じて、作動媒体の蒸気が噴出するノズル噴出部の個数を制御することとすれば、入力エネルギーの変動に応じて、エネルギーの無駄なく、作動媒体の高温高圧蒸気を噴出し得る適正なノズル出口総面積を自動的に調整することができる。
【００１０】
この発明において、前記タービンの翼車と発電機ロータとを設けた主軸を非接触軸受で支持するようにしても良い。
主軸を非接触軸受で支持すれば、軸受の潤滑剤が不要となる。そのため、作動媒体としてアンモニアや、代替フロン、アルコール、アセトンなどの気化し易い有機溶媒、あるいは沸点の低い有機溶媒を使用しても、軸受の潤滑に問題を生じることがない。その結果、作動媒体の種類に制限を受けることなく、タービンの長期回転が可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の熱発電システムは、熱エネルギーを吸収するコレクタによって、直接または間接的に作動媒体を加熱し、前記作動媒体の蒸気をノズルから噴出させ、ノズルからの高圧蒸気によってタービンを回転駆動させ、前記タービンの回転によって、発電機における発電機ロータを回転させることにより、前記発電機ロータと対向して設けられた発電機ステータ部で発電させる熱発電システムにおいて、前記ノズルの流入経路は、１つ以上のノズル噴出部に連結される複数の流路を持ち、前記複数の流路をそれぞれ開閉することにより作動媒体の蒸気が噴出されるノズル噴出部の個数を変更可能な流路開閉手段、およびこの流路開閉手段を開閉動作させるアクチュエータを設けたため、コレクタへの入力エネルギーの変動があっても、その変動に応じて作動媒体の蒸気を高温高圧に維持することができて、エネルギーの無駄なく安定した発電が可能となり、発電効率を低下させない発電システムとできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図５と共に説明する。この熱発電システムは、熱エネルギーである太陽熱を電気エネルギーに変換して出力する太陽熱発電システムであって、図１に示すように、太陽熱を吸収するコレクタ１と、タービン５および発電機６を有するタービンユニット２と、コレクタ１とタービン５との間で作動媒体３を循環させる作動媒体循環路４とを備える。
作動媒体循環路４は、タービンユニット２の給気ポート２ａおよび排気ポート２ｂに接続されて閉環路を構成し、途中に循環供給ポンプ７を備える。この循環供給ポンプ７を作動させることによって、前記コレクタ１で直接的に加熱された作動媒体３の蒸気を高圧蒸気として、タービンユニット２内に設けられたノズル８ａから前記タービン５に噴出させ、この噴出力によってタービン５が回転駆動する。タービンユニット２と循環供給ポンプ７の間には、作動媒体３を貯蔵もしくは冷却するタンク（図示なし）を設けても構わない。
【００１３】
タービンユニット２の発電機６は、回転部分である発電機ロータ６Ａと静止部分である発電機ステータ部６Ｂとでなる。タービン５の翼車５ａと発電機ロータ６Ａとは主軸９で連結されている。主軸９およびタービン５は、ユニットハウジング２ｃ、ベース盤２ｄおよび天板２ｅによって構成されるタービンユニット２内に、後記する非接触軸受１１，１２，１３によって鉛直軸心周りに回転自在に支持される。具体的には、発電機６はコアレスタイプのアキシアルギャップ発電機であり、主軸９に設けられた円形のフランジ部である上下一対のスラスト板９ａ，９ｂの対向面に発電機ロータ６Ａ，６Ａが設けられ、この発電機ロータ６Ａ，６Ａ間に、ユニットハウジング２ｃに固定された発電機ステータ部６Ｂが、発電機ロータ６Ａ，６Ａと軸方向に所定のギャップを介して配置される。主軸９の下部にはタービン５の翼車５ａが連結される。これにより、タービン翼車５ａの回転が発電機ロータ６Ａの回転となり、発電機ロータ６Ａと対向して設けられた発電機ステータ部６Ｂで発電される。この発電はコントローラ１０によって制御される。
【００１４】
図２は図１におけるタービンユニット２の下面図であり、図３は図１におけるタービンユニット２の拡大断面図であって図２におけるIII −III 矢視断面図に相当する。図３において、主軸９の下部に連結されるタービン翼車５ａの外周には、ユニットハウジング２ｃに固定設置された円筒状のノズル部材８が微小隙間を介して配置され、このノズル部材８には、タービン翼車５ａのタービン翼５ａａに向けて貫通するノズル８ａが周方向に複数分配して設けられている。ノズル部材８の外周部（反ノズル８ａ側部）は、作動媒体循環路４の上流部に繋がりコレクタ１で加熱された作動媒体３を流入させる給気ポート２ａと、後記する環状給気路１４を介して通じる。タービン翼車５ａの中央胴部５ｂは中空とされ、この中央胴部５ｂ内は各タービン翼５ａａ内側の空所５ｃと連通する。ノズル８ａから噴出されてタービン翼車５ａに回転エネルギーを与えた作動媒体３は、この空所５ｃを経て中央胴部５ｂ内に流入し、中央胴部５ｂの下端に設けられた排気ポート２ｂより作動媒体循環路４の下流部に流出される。この排気ポート２ｂは、タービンユニット２のベース盤２ｂを貫通して設けられている。白抜矢印はタービンユニット２に対する作動媒体３の流入および排出方向を示している。
【００１５】
複数のタービン翼車５ａは、軸方向に沿って等間隔に維持されるよう長ボルト５ａｂによって相互に結合されている。また、ノズル部材８の各ノズル８ａを形成するノズル隔壁８ｂも、長ボルト８ｃによって相互に結合されている。これら長ボルト５ａｂおよび長ボルト８ｃは、それぞれ複数本が周方向に等間隔で配される。天板２ｅはユニットハウジング２ｃの上端開口部に対して開閉自在に取付けられ、タービンユニット２のメンテナンスや各機構部の組付け等が可能とされている。
【００１６】
タービン５は作動媒体３に侵されないプラスチック材料で構成される。特に、タービン５のタービン翼車５ａが上記プラスチック材料で構成される。この場合のプラスチップ材料としては、例えばＰＥＥＫ材（ポリエーテルエーテルケトン材）等が好適である。タービン翼車５ａをプラスチック材料製とした場合は、軽量化されるため、僅かな噴出力でも回転できるようになる。プラスチック材料を用いても、作動媒体３に侵されない材質のものを使用することで支障が生じない。ＰＥＥＫ材は、耐熱性、難燃性、耐薬品性に優れたエンジニアリングプラスチックであり、タービン５の材質として各種の面で優れたものとなる。
【００１７】
主軸９を支持する非接触軸受１１，１２，１３は、磁気軸受、動圧軸受、フォイル軸受あるいはこれらの組み合わせからなり、回転側（主軸９）と静止側（ユニットハウジング２ｃ、天板２ｅ）との間に同心的に介在する。これによって、主軸９はタービン５と共に鉛直軸心周りに回転可能に支持される。磁気軸受としては、電磁石の単独、あるいは電磁石と永久磁石を組み合わせたものが用いられる。主軸９の支持が非接触軸受１１，１２，１３によってなされることから、潤滑剤が不要となる。そのため、作動媒体にアンモニアや代替フロン、アルコール、アセトンなどの気化し易い有機溶媒、あるいは沸点の低い有機溶媒を使用しても、軸受の潤滑に問題を生じることがない。
【００１８】
図２、図３、図４に示すように、ユニットハウジング２ｃの下面には円環状凹溝が形成され、ベース盤２ｄとの一体状態では、この円環状凹溝が、給気ポート２ａに通じる作動媒体の環状給気路１４を構成する。さらに、ユニットハウジング２ｃの下面には、この環状給気路１４に通じ環状給気路１４の周方向に沿って５つの作用媒体流路１５，１６，１７，１８，１９が等間隔で形成されている。この実施形態ではタービン５が５段のタービン翼車５ａからなり、これらの各タービン翼車５ａに対応して、ノズル部材８もノズル隔壁８ｂによって５段に区画されている。上記作用媒体流路１５，１６，１７，１８，１９は、このノズル部材８の各段に形成された１つ以上のノズル８ａに通じている。
【００１９】
作用媒体流路１５，１６，１７，１８，１９の流路入口部１５ａ（作用媒体流路１６，１７，１８，１９に対応する流路入口部の図示省略）には、アクチュエータ２０，２１，２２，２３，２４によって動作する流路開閉手段２５（アクチュエータ２１，２２，２３，２４に対応する流路開閉手段の図示省略）が設置されている。これら各流路入口部がアクチュエータ２０，２１，２２，２３，２４によって開閉動作される。図３は流路入口部１５ａが閉じられた状態を、図４は開いた状態を示す。各流路開閉手段は、Ｏリングや弾性材によってそれぞれの流路入口部を完全にシールする構造とされている。すなわち、流路開閉手段２５を例に採れば、アクチュエータ２０の伸縮ロッド２０ａの先端に固定された弁棒２５ａに対してボルト２５ｂによって弁体２５ｃが固定され、この弁体２５ｃの上端面に流路入口部１５ａの弁座部に弾性的に押し付け状態に接触する弾性弁材２５ｄが固着されている。
【００２０】
図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）は、ノズル部材８における各段毎のノズル８ａの形成態様と、各ノズル８ａと作用媒体流路１５，１６，１７，１８，１９との対応関係を示す概略構成図である。（Ａ）から（Ｅ）は、ノズル部材８の上記各段の最上段から順に４段、３段、２段および１段であることを示しており、以下これら各段を順に（Ａ）段〜（Ｅ）段と言う。（Ａ）段には５つのノズル８ａが存在し、これら５つのノズル８ａには全ての作用媒体流路１５，１６，１７，１８，１９が連通している。（Ｂ）段には４つのノズル８ａが存在し、これら４つのノズル８ａには作用媒体流路１５，１６，１７，１８が連通している。（Ｃ）段には３つのノズル８ａが存在し、これら３つのノズル８ａには作用媒体流路１５，１６，１８が連通している。また、（Ｄ）段には２つのノズル８ａが存在し、これら２つのノズル８ａには作用媒体流路１５，１８が連通している。さらに、最下段の（Ｅ）段には１つのノズル８ａが存在し、このノズル８ａには作用媒体流路１５のみが連通している。
【００２１】
上記のような各段毎のノズル８ａの形成態様と、各ノズル８ａと作用媒体流路１５，１６，１７，１８，１９との対応関係においては、ノズル部材８は１５個のノズル８ａを有し、作用媒体流路１５は５つのノズル８ａに、作用媒体流路１６は３つのノズル８ａに、作用媒体流路１７は２つのノズル８ａに、作用媒体流路１８は４つのノズル８ａに、作用媒体流路１９は１つのノズル８ａに連結されることになる。したがって、全ての流路開閉手段が開とされると１５個の各ノズル８ａのノズル噴出部８ｄから作用媒体が噴出する。この状態からアクチュエータ２０により流路開閉手段２５を動作させて作用媒体流路１５の流路入口部１５ａを閉じると、１０個のノズル８ａのノズル噴出部８ｄから作用媒体が噴出する。さらに、アクチュエータ２４により作用媒体流路１９の流路入口部を閉じると９個のノズル８ａのノズル噴出部８ｄから作用媒体が噴出する。
このように、各アクチュエータ２０〜２４を動作させることによって各流路入口部を開閉し、これによって、作用媒体が噴出されるノズル噴出部８ｄの個数を自由に変更でき、入力エネルギーに応じてノズル噴出部８ｄの総面積を決定することができる。各アクチュエータ２０〜２４の動作制御は、コントローラ１０によってなされる。
【００２２】
次に、この構成の太陽熱発電システムの動作を説明する。作動媒体循環路４内の作動媒体３は、太陽熱を吸収するコレクタ１によって直接的に加熱され高圧蒸気となり、この高圧蒸気は給気ポート２ａから環状給気路１４に流入する。環状給気路１４に流入した高圧蒸気は、コントローラ１０によって動作制御された各アクチュエータ２０〜２４に対応してその流路入口部が開とされた作用媒体流路１５，１６，１７，１８，１９のいずれかに流入し、ノズル部材８の対応する各段（Ａ）〜（Ｅ）のノズル噴出部８ｄよりタービン５のタービン翼車５ａに噴射される。これにより、タービン５が回転駆動される。タービン５の回転によって発電機ロータ６Ａ，６Ａが回転し、発電機ロータ６Ａ，６Ａと対向して設けられた発電機ステータ部６Ｂで発電される。このようにタービン５の回転が電気エネルギーに変換される。そしてタービン５の回転は、入力エネルギーに応じて決定されたノズル噴出部８ｄの総面積に基づく高圧蒸気の噴出エネルギーによってなされる。
【００２３】
タービン５に回転エネルギーを与えた作動媒体３は、ポンプ７によってコレクタ１まで輸送されるが、タービン５からポンプ７までに冷却され、完全に液体に戻る。このとき、タービン５は作動媒体３の高圧蒸気を断熱膨張に伴う冷却作用によって液化させるようにすることが望ましい。これにより、作動媒体３を冷却させる専用の機器が不要となり、それだけコスト低減が可能となる。
【００２４】
上記のように、ノズル８ａのノズル噴出部８ｄから噴出される作動媒体３の高圧蒸気の作用によってタービン５が回転し、これに伴って主軸９も軸回転するが、主軸９は非接触軸受１１，１２，１３によって回転支持されているから、回転始動時のトルクが小さい。これら非接触軸受１１，１２，１３によって、主軸９は円滑な回転が維持され、この主軸９の円滑な回転に伴う発電機ロータ６Ａ，６Ａの回転によって、発電機ステータ部６Ｂで発電され、安定した電気の供給がなされる。
【００２５】
このように、この太陽熱発電システムでは、主軸９を非接触状態で回転自在に支持するので、軸受の潤滑剤が不要となる。そのため、作動媒体３としてアンモニアや、代替フロン、アルコール、アセトンなどの気化し易い有機溶媒、あるいは沸点の低い有機溶媒を使用しても、軸受の潤滑に問題が生じることはない。その結果、作動媒体３の種類に制限を受けることなく、タービン５の長期回転が可能となる。
【００２６】
なお、定常回転時での主軸９の支持を、動圧軸受もしくはフォイル軸受によって支持するようにすれば、主軸９が回転するのに伴い軸受静止側と軸受回転側の間の流体圧が高まることで、非接触軸受として受動的に主軸９を支持できるので、回転トルクロスが少なく、エネルギーロスを極力低減したいこのような発電システムでは好適である。しかし、動圧軸受もしくはフォイル軸受の場合、主軸９が回転していない状態では、軸受静止側と軸受回転側が機械的に接触しているため、回転起動時のトルクが大きくなり回転起動が難しくなる。また、その回転起動時に、軸受静止側と軸受回転側との相対滑りによって摩擦が生じるなど、長期耐久性にも問題が有る。
【００２７】
また、磁気軸受で支持する場合、電磁石のみを使用して主軸９を非接触状態で支持することも可能であるが、その場合には、主軸９を浮上させるために５軸制御が必要になり、電磁石の個数が増えると同時に、コントローラ１０の構成も複雑になり、コストアップを招く。これに対して、永久磁石と電磁石を組み合わせて用いる構成とすることにより、コスト低減が可能となる。
【００２８】
また、この実施形態において、発電機６の回転部分と静止部分との間の一部に隔壁２６を設けている。具体的には、発電機６の静止部分である発電機ステータ部６Ｂの表面を隔壁２６で被覆保護している。このように発電機６の回転部分と静止部分との間に隔壁２６を設けることにより、発電機ステータ部６Ｂの表面の絶縁皮膜が、作動媒体３である有機溶媒等により侵されて安定した発電や主軸支持が行えなくなるのを回避できる。
【００２９】
図６は、上記太陽熱発電システムにおいて、作動媒体循環路４のコレクタ１からタービン５に至る経路の途中に作動媒体３を加熱する手段としてヒータ２７を設け、コントローラ１０には、収熱状況対応アクチュエータ制御手段１０Ａを設けた例を示す。その他の構成は図１の例と同じである。
収熱状況対応アクチュエータ制御手段１０Ａは、作動媒体循環路４におけるコレクタ１とノズル８ａの間の作動媒体３の圧力、またはコレクタ１の温度、またはコレクタ１に入力される熱量、または主軸９の回転数を測定する測定手段２８を設けると共に、測定される前記圧力または温度または熱量または主軸回転数の測定値の変動に応じて、各アクチュエータ２０〜２４の作動をしてノズル８ａへ蒸気を流す流路の個数を決定制御するものである。なお、図では上記測定手段２８をタービンユニット２における作動媒体３の給気ポート２ａ付近に設けているが、測定対象に応じて適宜箇所に設けられるものである。
【００３０】
ヒータ２７には電気ヒータ等を使用する。なお、ヒータ２７はコレクタ１に設けても良い。この場合、主軸９の回転数を測定する測定手段２８の出力から主軸９が回転起動時あるいは低速回転時にあることをコントローラ１０で確認して、コントローラ１０からヒータ２７に作動指令を与えるようにすることができる。これにより、主軸９の回転起動時あるいは低速回転時には、コレクタ１によって加熱された作動媒体３が、さらにヒータ２７で加熱されることで、作動媒体３の加熱温度がさらに高められて蒸気圧が上がる。そのため、タービン５への作動媒体３の噴射エネルギーを高めることができ、タービン５を円滑に回転させることができる。また、ヒータ２７の作動とノズル８ａへ蒸気を流す流路の個数の決定制御とを関連付け、より適正なタービン５の回転制御を行うことができる。
また、上記ヒータ２７は、主軸９の回転起動時あるいは低速回転時に限らず、常時作動させても良い。これにより、発電機６からの発電を高めることができる。
【００３１】
上記実施形態の熱発電システムは太陽熱発電システムであり、コレクタ１が太陽熱を有効な熱エネルギーとして吸収できる時間帯は限られ、あるいは設置場所の環境や季節に応じてコレクタ１からの出力エネルギーが変動する。そこで、上記したように作動媒体３の圧力、またはコレクタ１の温度、またはコレクタ１に入力される熱量、または主軸９の回転数を測定手段２８で測定し、測定される前記圧力または温度または熱量または回転数の測定値の変動に応じて、作動媒体３の高圧蒸気が噴射されるノズル噴出部８ｄの個数（流路の個数）を決定できるものとしている。例えば、回転始動時には全ての流路１５〜１９を塞ぎ、作動媒体３が高温高圧になると、作動媒体が噴出されるノズル噴出部８ｄの個数を増やしていき、タービン５を回転させる。回転中でも、作動媒体３の圧力、温度、コレクタ１の入力エネルギー、主軸９の回転数などの変動をみて、作動媒体が噴出されるノズル噴出部８ｄの個数を調整することができる。蒸気圧力が上がらない場合は、タービン５を回転させることなく、高温の作動媒体がノズルから流れ出てしまうため、エネルギーの損失が大きくなる。この場合、上記全ての流路１５〜１９を塞ぐようにすれば、エネルギーの損失が小さくなり、別途弁を設ける必要もなくなる。このような調整制御は、収熱状況対応アクチュエータ制御手段１０Ａによってなされる。
【００３２】
図７は、この発明の他の実施形態を示す。この熱発電システムは、図１の実施形態における作動媒体循環路４に代えて、コレクタ１に第１の作動媒体３Ａを循環させる第１の作動媒体循環路４Ａと、タービン５に第２の作動媒体３Ｂを循環させる第２の作動媒体循環路４Ｂを設けると共に、コレクタ１によって加熱された第１の作動媒体３Ａの熱量を、熱交換器２９を介して第２の作動媒体３Ｂに与えることにより、第２の作動媒体３Ｂを間接的に加熱するようにしたものである。ノズル８ａおよびポンプ７は第２の作動媒体循環路４Ｂに設けられる。その他の構成は第１の実施形態の場合と同じである。
【００３３】
このように、コレクタ１から熱エネルギーを獲得するための作動媒体３Ａと、タービン５を駆動する作動媒体３Ｂとを分離することにより、それぞれの役目に適した作動媒体を個別に選択でき、作動媒体の選択自由度を拡大できる。
【００３４】
なお、上記の各実施形態では、主軸９にタービン翼車５ａを設置し、その外側にノズル８ａを設けて外側から内側へ蒸気を噴射する構造が採用されているが、タービン翼車５ａの内側にノズルを設けて内側から外側へ蒸気を噴射する構造としても良い。また、上記各実施形態では太陽熱を熱エネルギーとする太陽熱発電システムの場合を例示して説明したが、他の熱源を熱エネルギーとする熱発電システムについて適用しても、上記と同様の効果を上げることができる。また、ノズル部材８の前記段数、ノズル８ａおよびノズル噴出部８ｄの総個数およびその形成態様、作用媒体流路１５〜１９の個数、アクチュエータ２０〜２４の個数等は、実施形態のものに限らず適宜変更されるものである。さらに、非接触軸受１１，１２，１３の設置場所は様々なパターンが考えられ、実施形態の構成に限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかる熱発電システムの概略構成を示す断面図である。
【図２】同熱発電システムにおけるタービンユニットの下面図である。
【図３】同熱発電システムにおけるタービンユニットの拡大断面図であり、図２におけるIII −III 矢視断面図である。
【図４】図３における動作状態を示す同様図である。
【図５】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）はノズル部材における各段毎のノズルの形成態様と、各ノズルと作用媒体流路との対応関係を示す概略構成図である。
【図６】熱発電システムの他の例を示す図１と同様図である。
【図７】熱発電システムのさらに他の例を示す図１と同様図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…コレクタ
２…タービンユニット
３，３Ａ，３Ｂ…作動媒体
５…タービン
５ａ…タービン翼車
６…発電機
６Ａ…発電機ロータ
６Ｂ…発電機ステータ部
８ａ…ノズル
８ｄ…ノズル噴出部
９…主軸
１０…コントローラ
１０Ａ…収熱状況対応アクチュエータ制御手段
１１，１２，１３…非接触軸受
１５，１６，１７，１８，１９…作用媒体流路
２０，２１，２２，２３，２４…アクチュエータ
２５…流路開閉手段
２８…測定手段
【図１】
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【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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【図７】
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