JPS6147282B2

JPS6147282B2 -

Info

Publication number: JPS6147282B2
Application number: JP55003770A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Araki
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1980-01-17
Filing date: 1980-01-17
Publication date: 1986-10-18
Also published as: JPS56101002A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、熱水または熱水と蒸気との混合物を
エネルギ源とし、このエネルギを効率よく回転動
力に変換できるようにしたトータルフロータービ
ンに関する。地熱プラント等において、熱水または熱水と蒸
気との混合物から回転動力を得る手段としては、
一般に、これらを熱交換器に通して低沸点媒体を
加熱し、この媒体を使つてタービンを駆動する方
式が採用されている。しかしながら、このような方式では、大型の熱
交換器を必要とするばかりか、媒体ループを構成
するうえに問題があり、しかも熱水と蒸気とを分
離する分離機を必要とするためエネルギ変換効率
が悪いなどの不具合があつた。本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、熱交換器等の中
間変換器を介さずに直接的に熱水または熱水と蒸
気との混合物の有しているエネルギを回転動力に
変換でき、しかも変換効率に勝れたトータルフロ
ータービンを提供することにある。以下、本発明を詳細に説明する。具体的な実施
例を説明する前に、まず本発明タービンの駆動原
理を説明することにする。第１図ａに示すように逆円錐筒状あるいは逆角
錐筒状に徐々に拡口する排出部１と、絞り部２
と、この絞り部２へ流体を供給する流体供給部３
とからなるラバールノズル４を用意し、このラバ
ールノズル４の流体供給部３へ熱水５を高圧で送
り込むと、この熱水５は絞り部２から排出部１内
を通過する間に急激に膨張し、その一部がフラツ
シユして高速蒸気流となつて図中矢印６で示すよ
うに流れる。また、残りの熱水は10μ前後の水滴
となり、上述した高速蒸気流に乗つて蒸気流とほ
ぼ等しい速度で流れる。同様に、同図ｂに示すよ
うに流体供給部３に熱水と蒸気との混合物７を高
圧で送り込んだ場合にも、10μ前後の水滴を含ん
だ高速蒸気流に変換できる。このように高速蒸気
流が得られるので、これを一般的な羽根車に当て
ることによつて回転動力を得ることが考えられる
が、含まれている水滴が羽根車にブレーキ作用を
与えるので変換効率が極めて悪くなる。しかし、次のようにすると水滴のブレーキ作用
をほぼ零にすることができる。すなわち、第２図
に示すように、筒状の回転子１１を回転自在に設
け、この回転子１１の内周面に向けて上述したラ
バールノズル４で変換された水滴を含む高速蒸気
流を斜めに吹き付ける。このように吹き付ける
と、含まれている水滴は回転子１１の内周面に押
し付けられるとともに高速の水膜流１２となつて
上記内周面に沿つて流れる。したがつて、上記水
膜の剪断力によつて回転子１１に図中矢印１３で
示す方向の回転力が与えられることになり、回転
子１１が回転する。このとき、蒸気分は水膜流１
２の内側で高速旋回するので、この旋回流によつ
て水膜流１２が加速され、この結果、回転子１１
はさらに高速で回転する。このように、回転子１
１の内周面に向けて単に、水滴を含む高速蒸気流
を斜めに吹き付けるだけでは、水膜流１２の膜厚
が徐々に厚くなつて、回転速度が徐々に抵下す
る。そこで、回転子１１の外面に上記回転子１１
の回転方向とは逆方向に向かつて徐々に拡口する
第２のラバールノズル１４を取り付け、この第２
のラバールノズル１４の絞り部１５をパイプ等の
連通部材１６を介して回転子１１の内周面に通じ
させる。ラバールノズル４からの吹き付けによつ
て回転子１１の内面に形成される水膜流１２は上
記内面に大きな力で押し付けられており、しかも
高温度に保たれているので、上記のように第２の
ラバールノズル１４が存在すると、水膜流１２を
形成している熱水が上記第２のラバールノズル１
４に入り込み、この第２のラバールノズル１４に
よつて細かい水滴を含む高速蒸気流に変換されて
図中矢印１７で示すように噴射される。この噴射
に伴なう反力は図中矢印１８で示すように矢印１
３と同方向となるので、この反力も回転子１１を
回転させる力となつて作用する。そして第２のラ
バールノズル１４からの噴射によつて水膜流１２
の膜厚も常に一定値に抑えられる。したがつてラ
バールノズル４から噴射される高速蒸気流は勿論
のことこれに含まれている細かい水滴もエネルギ
源として積極的に利用することができるので、エ
ネルギ変換効率を大幅に向上させることができ
る。本発明タービンは、このような変換原理に立
脚して構成されている。以下、具体的実施例を説明する。第３図ａ，ｂ
において、図中２１はケーシングであり、このケ
ーシング２１は、筒部２２と、この筒部２２の両
端開口を閉塞する側板２３ａ，２３ｂとで構成さ
れている。そして、上記筒部２２のたとえば対向
する部分には孔２４ａ，２４ｂがそれぞれ設けて
あり、これら孔２４ａ，２４ｂは接続パイプ２５
ａ，２５ｂを介して大気圧に保持された図示しな
いコンデンサに接続されている。しかして、ケーシング２１の前記側板２３ａ，
２３ｂの中央部には、孔２６ａ，２６ｂが同軸的
に設けてあり、これら孔２６ａ，２６ｂには軸受
２７ａ，２７ｂが装着されている。そして、上記
ケーシング２１内には上記軸受２７ａ，２７ｂに
支持されて回転子２８が回転自在に装着されてい
る。回転子２８は、回転子本体２９と、この回転子
本体２９の両端の同軸的に取り付けられた軸３０
ａ，３０ｂとで構成され、上記軸３０ａ，３０ｂ
が前記軸受２７ａ，２７ｂに支持されている。回
転子本体２９は、筒体３１と、この筒体３１の両
端開口を閉塞する端板３２ａ，３２ｂと、筒体３
１の外周面に等間隔にたとえば４個所に亘つて固
定されたラバールノズル３３ａ，３３ｂ，３３
ｃ，３３ｄとで構成されている。各ラバールノズ
ル３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄは、第１図に
示したものと同様に逆円錐筒状あるいは逆角錐筒
状に徐々に拡口する拝出部Ｐと、絞り部Ｑと、流
体供給部Ｒとで構成されており、排出部Ｐが筒体
３１の外周面に沿つて全て同一方向に向かう関係
に固定されるとともに各流体供給部Ｒがそれぞれ
筒体３１の内周面を通じている。なお、前記軸３
０ａは、中空に形成されており、一端側が回転子
本体２９内に通じ、他端側がシール部材３４を介
して蒸気排出管３５に通じている。しかして、回転子本体２９の内部には、流体を
半径方向にたとえば４つに分岐して通流させる十
字状分岐管３６が配置されており、この十字状分
岐管３６の中央部は、一端側が前記蒸気排出管３
５内および軸３０ａ内を通して回転子本体２９内
に挿設された流体案内管３７の上記本体２９内に
位置する端部に連通接続されている。そして、十
字状分岐管３６の各分岐管の先端部には、それぞ
れラバールノズル３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８
ｄが取り付けられている。各ラバールノズル３８
ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄは前記ラバールノズ
ル３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄと同様に徐々
に拡口する排出部Ｐと、絞り部Ｑと、流体供給部
Ｒとで構成されており、流体供給部Ｒが各分岐管
に接続され、また各排出部Ｐが前記ラバールノズ
ル３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄとは逆向きに
筒体３１の内周面に斜めに向かう関係に取り付け
られている。このような構成であると、今、流体案内管３７
に高圧の熱水または熱水と蒸気との高圧混合物を
供給すると、このたとえば熱水は、十字状分岐管
３６を介して各ラバールノズル３８ａ，３８ｂ，
３８ｃ，３８ｄによつて細かい水滴を含む、高速
の蒸気流に変換されて筒体３１の内周面に斜めに
吹き付けられる。この結果、前述の如く筒体３１
の内周面上に高速の水膜流１２が形成され、この
水膜流１２の剪断力によつて回転子２８に矢印３
９で示す方向の回転力が与えられる。そして旋回
流によつて水膜流１２を加速した蒸気分は軸３０
ａ内および蒸気排出管３５を介して排出される。
また水膜流１２を形成する熱水はラバールノズル
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを介して細かい
水滴を含む高速蒸気流に変換されて噴射され、こ
の噴射に伴なう反力が前述の如く回転子２８を回
転させる力に加算される。また、ラバールノズル
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄから噴射された
細かい水滴を含む蒸気は、最終的にパイプ２５
ａ，２５ｂを介して外部へ排出される。そして、この場合には、前述の如く細かい水滴
が有しているエネルギをも回転動力に変換して回
収できるので、エネルギ変換効率の極めて高いも
のが得られる。また、回転子２８の内周面上に水
膜流１２が形成されるように上記回転子２８の内
周面に向けてラバールノズル３８ａ，３８ｂ，３
８ｃ，３８ｄで水滴を含む高速蒸気を吹き付け、
上記水膜流１２の剪断力によつて上記回転子２８
に回転力を与えるようにしているので、各ラバー
ルノズルから噴射された高速蒸気流は結果的に圧
力の高い水膜流１２の内周面に斜めに衝突するこ
とになり、回転子２８の内周面には直接的に衝突
しない。したがつて、高速蒸気流中に水滴が含ま
れていても、この高速水滴によつて回転子２８の
構成材が浸蝕されるようなことがないので、長期
に亙つて安定した機能を発揮させることができ
る。また、熱交換器のように中間変換器を必要と
しないので、変換系全体の小形化を図ることがで
きる。さらに、このタービンにあつては、熱水の
多くが蒸気に変換されて排出されるので、この蒸
気を他の用途に使用することができ、エネルギ有
効利用の面からより好ましいものが得られる。なお、上述した実施例においては、回転子の内
周面に向けて水滴を含む高速蒸気流を吹き付ける
いわゆる第１のラバールノズルと、回転子の外周
面に取り付けられるいわゆる第２のラバールノズ
ルとをそれぞれ４個ずつ設けているが、この数に
限定されるものではない。また、ケーシングに設
けられる蒸気排出用の孔の数も限定されるもので
はない。以上詳述したように、本発明によれば、熱水ま
たは熱水と蒸気との混合物が有しているエネルギ
を高効率に回転動力に変換できる構成簡単で、か
つ長寿命なトータルフロータービンを提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂおよび第２図は本発明タービンの
駆動原理を説明するための図、第３図ａは本発明
の一実施例に係るトータルフロータービンの縦断
面図、第３図ｂは同図ａにおけるＡ―Ａ線切断矢
視図である。１２……水膜流、２１……ケーシング、２８…
…回転子、２９……回転子本体３３ａ，３３ｂ，
３３ｃ，３３ｄ，３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８
ｄ……ラバールノズル。

Claims

【特許請求の範囲】

１軸心線を中心にして回転自在に設けられた円
筒状の回転子と、高圧の熱水または熱水と蒸気と
の高圧混合物を水滴を含む高速蒸気流に変換し、
この高速蒸気流を前記回転子の内周面に斜めに吹
き付けて上記回転子の内周面上に水膜流を形成
し、上記水膜流の剪断力で上記回転子に回転力を
与える第１のラバールノズルと、前記回転子の外
面に設けられ上記回転子の内周面上に前記水膜流
を形成している熱水を導き高速蒸気流を変換して
上記回転子の回転方向とは逆方向へ噴射する第２
のラバールノズルとを具備してなることを特徴と
するトータルフロータービン。