(57)【要約】【課題】  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。【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８から噴出させる。ノズル８からの高圧蒸気によってタービン５を回転駆動させ、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を回転させる。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。前記タービン５の翼車と前記発電機ロータ６Ａとを連結する主軸７を支持する軸受１１として、動圧軸受またはフォイル軸受を用いる。【選択図】      図１
2007071103.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システムにおいて、
前記タービンの翼車と前記発電機ロータとを連結する主軸を動圧軸受またはフォイル軸受によって支持し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、予め設定した主軸回転数域で、別途設けたモータによって、前記タービンを回転駆動させることを特徴とした熱発電システム。
【請求項３】
請求項１において、予め設定した主軸回転数域で、前記発電機によって主軸を回転駆動させることによって、前記タービンを回転駆動させる熱発電システム。
【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、前記作動媒体を加熱する手段を有する熱発電システム。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記発電機の回転部分と静止部分との間の一部に隔壁を有する熱発電システム。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記タービン、発電機、および主軸からなるユニットから前記作動媒体が自重によって排出されるように、前記ユニットの前記主軸を水平面に対して傾けて設置した熱発電システム。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記タービンの翼車が前記作動媒体に侵されないプラスチック材料によって構成された熱発電システム。
【請求項８】
請求項７において、前記プラスチック材料はＰＥＥＫ材である熱発電システム。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記タービンが、高圧蒸気を膨張に伴う冷却作用によって液化させるものである熱発電システム。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記熱エネルギーは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、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。
【０００４】
このため、タービンを回転支持する軸受として非接触軸受を使用することを考えた。非接触軸受としては、磁気軸受など各種のものがあり、それぞれ得失を有している。例えば磁気軸受は回転停止時にも非接触状態を維持できるという利点がある反面、磁力制御が複雑となる。他の非接触軸受として、制御の簡単なものもあるが、回転停止状態で軸受部が機械的に接触しているものでは、回転起動トルクが大きく、回転起動が出来にくいという問題がある。
【０００５】
また、次の各問題がある。
・太陽熱発電では、得られる熱エネルギが小さく、エネルギ密度が低いため、タービン部材の質量および慣性モーメントが大きいと、回転起動が難しい。
・タービンおよび発電機で構成されるユニット内に、作動媒体が残り、有効に作動媒体を利用できない。
・作動媒体として用いられる有機溶媒によって発電機ステータ部のコイルの被覆やこのコイルを保護しているモールド樹脂が劣化し、安定した発電性能に悪影響を与えることがある。
・熱発電システムは、作動媒体の温度差によって発電するシステムであるが、作動媒体を冷却させる専用の機器を用いるとシステムコストが高くなる。
【０００６】
この発明の目的は、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。
この発明の他の目的は、上記各問題を解消することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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システムにおいて、前記タービンの翼車と前記発電機ロータとを連結する主軸を動圧軸受またはフォイル軸受によって支持したことを特徴とする。熱発電システムは、太陽熱を熱エネルギーとする太陽熱発電システムであっても良い。
この構成によると、タービンの翼車と発電機ロータとを連結する主軸を動圧軸受またはフォイル軸受で支持するので、主軸を回転支持する軸受の潤滑剤が高熱の作動媒体で劣化するといった事態が生じる恐れがない。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。
【０００８】
この発明において、予め設定した主軸回転数域で、別途設けたモータによって、前記タービンを回転駆動させても良い。
動圧軸受やフォイル軸受は、磁気軸受と比べて制御が容易であるが、回転停止状態で軸受部が機械的に接触しているものでは、回転起動トルクが大きく、回転起動が出来難い。そのため、回転始動時や低速回転時などの予め設定した主軸回転数域にのみ、別途設けたモータによって回転を補助すれば、スムーズにタービンの回転始動ができる。
【０００９】
この発明において、予め設定した主軸回転数域で、前記発電機によって主軸を回転駆動させることによって、前記タービンを回転駆動させるようにしても良い。
回転起動時や低速回転時専用にモータを用いると、コストが掛かり過ぎる。このモータの代わりに発電機を流用することで、コスト増を低減できる。
【００１０】
この発明において、前記作動媒体を加熱する手段を有するものとしても良い。コレクタによって加熱された作動媒体を、さらに加熱手段で再加熱することにより、作動媒体の加熱温度をさらに高めて蒸気圧を上げることができ、これによりタービンによるエネルギー変換効率を高めることができる。
【００１１】
この発明において、前記発電機の回転部分と静止部分との間の一部に隔壁を有するものとしても良い。発電機の回転部分と静止部分との間の一部に隔壁を設けることにより、発電機ステータ部におけるコイルの表面の絶縁皮膜やコイルを保護するコイル・モールド樹脂などが、作動媒体である有機溶媒等により侵されて安定した発電が行えなくなるといった事態を回避できる。
【００１２】
この発明において、前記タービン、発電機、および主軸からなるユニットから前記作動媒体が自重によって排出されるように、前記ユニットの前記主軸を水平面に対して傾けて設置しても良い。このように、ユニットの主軸を水平面に対して傾けて設置し、ユニットから作動媒体が自重によって排出されるようにすることで、タービンを通過した作動媒体がユニット内で万一結露した場合でも、その液化した作動媒体が流出し易い。そのため、液化した作動媒体が発電機の部分へ侵入し、あるいは非接触軸受に侵入してエネルギー変換効率が低下するのを防止することができる。
【００１３】
この発明において、前記タービンの翼車は前記作動媒体に侵されないプラスチック材料によって構成しても良い。タービン翼車をプラスチック材料で構成すると、タービン翼車が軽量化されるので、僅かな噴出圧力でも回転できるようになる。タービンにプラスチック材料を用いても、作動媒体に侵されない材質のものであれば支障がない。例えば、前記プラスチック材料はＰＥＥＫ材（ポリエーテルエーテルケトン材）であっても良い。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、タービンの材質として各種の面で優れたものとなる。
【００１４】
この発明において、前記タービンが、高圧蒸気を膨張に伴う冷却作用によって液化させるものであっても良い。このようにタービン内で作動媒体が冷却されるようにした場合、作動媒体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。
【発明の効果】
【００１５】
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システムにおいて、前記タービンの翼車と前記発電機ロータとを連結する主軸を動圧軸受またはフォイル軸受によって支持したため、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図４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、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前記タービン５に噴出させタービン５を回転駆動するノズル８と、タービン５の回転に使用された作動媒体３をコレクタ１に循環供給するポンプ９とを有する。
【００１７】
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とでなり、タービン５と発電機ロータ６Ａとは主軸７で連結されている。具体的には、発電機６はラジアルギャップ発電機であり、発電機ロータ６Ａは主軸７の外周に設けられ、その周囲に発電機ロータ６Ａと対向して発電機ステータ部６Ｂが設けられる。これにより、タービン５のタービン翼車（図１には図示せず）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。
【００１８】
主軸７は軸受１１によって回転自在に支持される。この軸受１１として、非接触軸受である動圧軸受またはフォイル軸受が用いられる。
【００１９】
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（図示せず）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ク材料としては、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５の翼車をプラスチック材料製とした場合は、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。
【００２０】
主軸７を支持する軸受１１は、主軸７を径方向で支持するラジアル軸受部１１Ａと軸方向で支持するスラスト軸受部１１Ｂとでなる。
図２は前記軸受１１として動圧軸受を用いた場合を示し、図２（Ａ）はそのラジアル軸受部１１Ａの断面図を、図２（Ｂ）はそのスラスト軸受部１１Ｂの側面図をそれぞれ示す。この場合、ラジアル軸受部１１Ａは、主軸７と同心に配置され内周面が主軸７の外周面に微小隙間を介して対向するリング体１４からなり、その内周面に周方向に並ぶ複数の動圧溝１４ａが形成されている。
アキシアル軸受部１１Ｂは、主軸７の一端に設けられた円形のスラスト板７ａ（図１）を軸方向に対向して挟むように設けられるリング体１５からなり、主軸スラスト板７ａと対向する側面に周方向に並ぶ複数の動圧溝１５ａが形成されている。これら動圧溝１４ａ，１５ａの形状には種々のものがあるが、ここではヘリングボーン形状とされている。
【００２１】
図３は前記軸受１１としてフォイル軸受を用いた場合を示し、図３（Ａ）はそのラジアル軸受部１１Ａの断面図を、図３（Ｂ）はそのスラスト軸受部１１Ｂの分解斜視図をそれぞれ示す。
この場合、ラジアル軸受部１１Ａは、軸受ハウジングとなるタービンユニット２の円筒状ユニットハウジング２ａの内周面に配置される弾性体２２と、この弾性体２２の内周面に配置される金属薄板の軸受フォイル２３とでなる。弾性体２２は、素線を網状に編成したものを円筒状にプレス成形したものである。軸受フォイル２３は、金属薄板を丸めて前記弾性体２２の内周側に挿入されたものであり、この軸受フォイル２３の表面が弾性軸受面Ｓとなる。
このように構成されたラジアル軸受部１１Ａでは、主軸７の回転により、主軸７と軸受フォイル２３の間のくさび形の隙間２４に空気が引き込まれて圧力が発生し、負荷能力が発生する。主軸７に荷重が作用した場合、弾性体２２および軸受フォイル２３が変形することで、軸受隙間２４の形状が適正化され、安定作動するようになる。
【００２２】
スラスト軸受部１１Ｂは、円環状の弾性体２５と、この弾性体２５を挟み接合具２９で互いに接合されて軸受ハウジング２６を構成する１対のハウジング部材２６ａ，２６ｂと、主軸スラスト板７ａに対面するハウジング部材２６ａの表面に配置される軸受フォイル２７とで構成される。弾性体２５は、軸方向に向く面に円周方向に並ぶ複数の凸部２５ａを有し、これらの凸部２５ａが上記ハウジン部材２６ａに設けられた複数の穴２８に嵌合される。軸受フォイル２７は、ハウジング部材２６ａの各穴２８に対応して溶接等により固定され、主軸スラスト板７ａに対向する。軸受フォイル２７は、ハウジング部材２６ａの穴２８から突出した弾性体２５の凸部２５ａによって弾性的に支持され、弾性軸受面Ｓを構成する。
このように構成されたスラスト軸受部１１Ｂでは、主軸７と共にスラスト板７ａが回転すると、ラジアル軸受部１１Ａと同様の作用により、軸方向の負荷を支持する。
【００２３】
図４は、フォイル軸受を用いたラジアル軸受部１１Ａの他の各例を示す。図４（Ａ）のラジアル軸受部１１Ａは、回転可能な支持ローラ３０を３箇所設け、エンドレス環状のフォイル３１に張力を与えて主軸７が静止しているときは、主軸７の外周３箇所でフォイル３１が接触するようにしたものである。図４（Ｂ）のラジアル軸受部１１Ａは、軸受面が多数の薄板３２からなり、主軸（図示せず）の外周の多数の位置で動圧効果による圧力が発生する。図４（Ｃ）のラジアル軸受部１１Ａは、トップフォイル３３が隙間Ａを介して主軸７の周囲をほぼ一周しており、バンプフォイル３４がユニットハウジング２ａとトップフォイル３３との間にあってトップフォイル３３を支持する。
【００２４】
次にこの太陽熱発電システムの動作を説明する。図１において、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、この高圧蒸気はノズル８を介してタービン５のタービン翼車に噴射される。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が回転し、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。このように、タービン５の回転が電気エネルギに変換される。
【００２５】
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９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９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好ましい。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。
【００２６】
主軸７を回転自在に支持する軸受１１である動圧軸受またはフォイル軸受は、主軸７の回転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、受動的に主軸７を支持する。このため、磁気軸受のような電気的制御が不要となる。
【００２７】
このように、この太陽熱発電システムでは、タービン５のタービン翼車と発電機ロータ６Ａとを連結する主軸７を回転自在に支持する軸受１１として、非接触軸受である動圧軸受またはフォイル軸受を用いているので、軸受の潤滑剤が不要となる。潤滑剤を用いないため、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。また、非接触軸受である動圧軸受またはフォイル軸受で主軸７が支持されていることから、回転トルクロスが少なくなり、エネルギー変換効率低下を極力低減できる。そのため、エネルギー変換効率低下を極力低減したいこのような熱発電システムでは最適となる。
【００２８】
上記実施形態の太陽熱発電システムにおいて、主軸７を支持する軸受１１として用いられる動圧軸受またはフォイル軸受では、主軸７が回転していない状態で、軸受静止側と軸受回転側とが機械的に接触しているため、軸受回転側の回転起動時のトルクが大きい。そこで、主軸７の回転起動時や低速回転時に、発電機６をモータとして利用することで、主軸７の回転駆動を補助するようにしてもよい。この場合、主軸７の回転数を検出する回転センサ（図示せず）を設け、この回転センサの出力から主軸７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、発電機６をモータとして切り替え使用するように制御する。このように回転起動時あるいは低速回転時に主軸７の回転を補助することで、タービン５を円滑に回転させることができる。
【００２９】
このほか、回転起動時あるいは低速回転時の主軸７の回転を補助する手段として、図１に仮想線で示すように、モータ１７を別途設けても良い。この場合も、主軸７の回転数を検出する回転センサ（図示せず）を設け、この回転センサの出力から主軸７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、モータ１７を駆動するように制御する。
【００３０】
さらに、回転起動時あるいは低速回転時の主軸７の回転を補助する他の手段として、図５の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１３を設けても良い。ヒータ１３には電気ヒータ等を使用する。なお、ヒータ１３はコレクタ１に設けても良い。この場合、主軸７の回転数を検出する回転センサ（図示せず）を設け、この回転センサの出力から主軸７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１３に作動指令を与える。
これにより、主軸７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１３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、上記ヒータ１３は、主軸７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】
図６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とを設けると共に、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１２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８およびポンプ９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。
【００３２】
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。
【００３３】
図７は、この発明のさらに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ラジアルギャップ型の発電機６に代えて、アキシアルギャップ型の発電機１６を用いたものである。すなわち、この実施形態では、主軸７にフランジ状に形成されたスラスト板７ａの外周部に発電機ロータ１６Ａを設け、この発電機ロータ１６Ａに対して、軸方向に所定のギャップを介して１対の発電機ステータ部１６Ｂ，１６Ｂを対向配置してアキシアルギャップ発電機１６が構成される。
【００３４】
図８は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この熱発電システムは、図６の実施形態におけるラジアルギャップ発電機６に代えて、アキシアルギャップ発電機１６を用いたものである。すなわち、この実施形態では、主軸スラスト板７ａの外周部に設けられた発電機ロータ１６Ａに対して、軸方向に所定のギャップを介して１対の発電機ステータ部１６Ｂ，１６Ｂを対向配置してアキシアルギャップ発電機１６が構成される。
【００３５】
図９は図７および図８の実施形態におけるタービンユニット２の拡大断面図を示し、図１０は図９におけるＸ−Ｘ矢視断面図を示す。図９において、タービン５の翼車５ａの内周には、一端を開放した円筒状のノズル部材１８が微小隙間を介して固定設置され、このノズル部材１８にタービン翼車５ａのタービン翼５ａａに向けて貫通するノズル８が、周方向に複数分配して設けられている。ノズル部材１８の開放端は、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１９とされる。タービン翼車５ａの外周側には、タービン翼車５ａに回転エネルギーを与えた作動媒体３を作動媒体循環路４の下流部に流出させる排気ポート２０が、タービンユニット２のユニットハウジング２ａを貫通して設けられている。主軸７を支持する軸受１１として、動圧軸受またはフォイル軸受が用いられることなど、その他の構成は第１の実施形態の場合と同じである。
このように構成されたタービンユニット２では、給気ポート１９から流入した作動媒体３の蒸気が、タービン５の内周側のノズル８からタービン翼車５ａに噴射されることで、タービン翼車５ａが回転駆動される。タービン翼車５ａを通過した作動媒体３は、タービン５の外周側の排気ポート２０からタービンユニット２の外側に排出される。
【００３６】
図１１は、タービンユニット２の他の例を示す拡大断面図である。このタービンユニット２の例では、図９のタービンユニット２において、発電機１６の回転部分と静止部分との間の一部に隔壁２１を設けたものである。具体的には、発電機１６の静止部分である発電機ステータ部１６Ｂ，１６Ｂの表面を隔壁２１で被覆保護している。その他の構成は図９の例と同じである。
このように発電機ステータ部１６Ｂを隔壁２１で被覆保護することにより、発電機ステータ部１６Ｂにおけるコイル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が行えなくなるのを回避できる。
【００３７】
図１２はタービンユニット２のさらに他の例を示す拡大断面図、図１３は図１２におけるXIII−XIII矢視断面図である。このタービンユニット２の例では、タービン５の翼車５ａの外周に円筒状のノズル部材１８が微小隙間を介して固定設置され、このノズル部材１８にタービン翼車５ａのタービン翼５ａａに向けて貫通するノズル８が、周方向に複数分配して設けられている。ノズル部材１８の外周側には、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１９が、タービンユニット２のユニットハウジング２ａを貫通して設けられている。タービン５の一端の回転中心部には、タービン翼車５ａに回転エネルギーを与えた作動媒体３を作動循環路４の下流部に流出させる排気ポート２０が開口させてある。また、このタービンユニット２の場合も、図９の例のように発電機ステータ部１６Ｂの表面を隔壁２１で被覆保護している。主軸７を支持する軸受１１として、動圧軸受またはフォイル軸受が用いられることなど、その他の構成は第１の実施形態の場合と同じである。
このように構成されたタービンユニット２では、給気ポート１９から流入した作動媒体３の蒸気が、タービン翼車５ａの外周側のノズル８からタービン翼車５ａに噴射されることで、タービン５が回転駆動される。タービン翼車５ａを通過した作動媒体３は、タービン５の内周側の排気ポート２０からタービンユニット２の外側に排出される。
【００３８】
図１４はタービンユニット２のさらに他の例を示す拡大断面図である。このタービンユニット２の例では、図１２のタービンユニット２において、ユニット２の主軸７を排気ポート２０側の端部が下向きとなるように水平面に対して傾けて設置し、タービンユニット２内から作動媒体３が自重によって排気ポート２０から排出されるようにしたものである。なお、排気ポート２０は、上記傾斜姿勢において、主軸７の軸心から下方に偏った位置に設けられている。
このように、タービンユニット２を、その主軸７が水平面に対して傾くように設置し、タービンユニット２内の作動媒体３が自重によって排気ポート２０から排出されるようにすることにより、タービン翼車５ａを通過した作動媒体３がタービンユニット２内で万一結露した場合でも、その液化した作動媒体３が発電機６の部分へ侵入し、あるいは液化した作動媒体３が軸受１１に接触して、エネルギー変換効率が低下するのを防止することができる。
【００３９】
図１５はタービンユニット２のさらに他の例を示す拡大断面図である。このタービンユニット２の例では、図９のタービンユニット２において、給気ポート１９側の端部が下向きとなるように、タービンユニット２の主軸７を水平面に対して傾けて設置すると共に、排気ポート２０を主軸７の軸心から下方に偏った位置に設けることで、タービンユニット２内から液化した作動媒体３が自重によって排気ポート２０から排出されるようにしたものである。その他の構成は図９のタービンユニット２の場合と同じである。
この場合も、タービンユニット２を、その主軸７が水平面に対して傾けて設置し、タービンユニット２内の作動媒体３が自重によって排気ポート２０から排出されるようにしているので、発電機６の部分へ液化した作動媒体３が侵入し、あるいは液化した作動媒体３が軸受１１に浸入して、エネルギー変換効率が低下するのを防止するすることができる。  
【００４０】
なお、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、同様の効果を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【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】（Ａ）は同熱発電システムにおけるラジアル軸受部の一例の断面図、（Ｂ）は同熱発電システムにおけるスラスト軸受部の一例の側面図である。
【図３】（Ａ）は同熱発電システムにおけるラジアル軸受部の他の例の断面図、（Ｂ）は同熱発電システムにおけるスラスト軸受部の他の例の分解斜視図である。
【図４】同熱発電システムにおけるラジアル軸受部のさらに他の各例の断面図である。
【図５】この発明の他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６】この発明のさらに他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７】この発明のさらに他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８】この発明のさらに他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９】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る。
【図１０】図９におけるＸ−Ｘ矢視断面図である。
【図１１】タービンユニットの他の例を示す拡大断面図である。
【図１２】タービンユニットのさらに他の例を示す拡大断面図である。
【図１３】図１２におけるXIII−XIII矢視断面図である。
【図１４】タービンユニットのさらに他の例を示す拡大断面図である。
【図１５】タービンユニットのさらに他の例を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
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
６，１６…発電機
６Ａ，１６Ａ…発電機ロータ
６Ｂ，１６Ｂ…発電機ステータ部
７…主軸
８…ノズル
１１…軸受（動圧軸受またはフォイル軸受）
１３…ヒータ（加熱手段）
１６…発電機
１６Ａ…発電機ロータ
１６Ｂ…発電機ステータ部
１７…モータ
２１…隔壁
【図１】
2007071103.tif 000003
【図２】
2007071103.tif 000004
【図３】
2007071103.tif 000005
【図４】
2007071103.tif 000006
【図５】
2007071103.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007071103.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007071103.tif 000011
【図１０】
2007071103.tif 000012
【図１１】
2007071103.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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