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JP2010506095A - 反動式ソーラー・タービン - Google Patents

反動式ソーラー・タービン Download PDF

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Abstract

上方に向けて縮小する断面を有し、外部から断熱された縦型シェルの内部に収容された複数の熱交換器と、これらに接続される従来の太陽熱設備とを組み合わせることにより太陽熱エネルギーから機械的エネルギーを得るための設備であって、この縦型シェル内で上流気流が発生し、それがシェルの上部端に位置するタービンの運動を生じさせる。この設備において風をよりうまく利用するために、方向調整および格納の可能な仕切り板が外部から気流がシェル内に吹きこむノズル位置に設けられる。この仕切り板は、センサーによって自動的にその向きが調整され、システム内に自然に気流が導入されるようにすることで、流入空気量を最大にする。

Description

引用した主特許が基本であり、本追加は大幅にその本質を発展させ向上させる。
本発明の目的は、反動式ソーラー・タービンを改良することにあり、これを以下の段落で説明する。
発明の説明として、本追加は、上方に向けて縮小する断面を有し、外部と断熱された縦型シェルの内部に収容された熱交換器と、これに接続される従来の太陽熱設備とを組み合わせることによって太陽熱エネルギーから機械的エネルギーを得るための装置であり、この縦型シェル内で発生する上昇気流が、シェルの上端部に位置するタービンの運動を生じさせるものである。
そのため、提案される熱交換器は、シェル下部から、あるいは軸流圧縮機によって導入される空気の流れに対して熱媒体を向流循環させることによって加熱される。
明らかに、熱交換器には、所望の出力に応じて最適に配置された太陽熱集熱板によって熱が供給され、また当該熱交換器を循環する流体を一定温度に維持し、それによりタービンが一定速度で運動しうるように、アキュムレータおよび混合機が装備されている。
前記装置において、圧縮機を備える場合には、タービンの運動は圧縮機の運動を発生させ、どのような場合でも、あらゆる用途に利用可能な機械的エネルギー、必要な場合には電気的エネルギーをも発生させる。
最後に、１次回路において所定の温度を維持するのに太陽熱エネルギーまたはアキュムレータに蓄積されたエネルギーが十分でない状況では、従来のボイラを使用して同回路を補完することができ、これにより、本発明の装置の最適な運転が保証される。
また本追加は、装置内における風をより有効に利用するための改良を主特許に組み合わせることができる。この改良は、外部気流がシェル内に導入されるノズル部分に取り付けられ、方向調整および格納の可能な仕切り板からなる。センサーを用いることで、この仕切り板の向きを自動的に調整してシステム内へ自然に気流が導入されるようにし、流入空気量を最大にすることができる。
本発明の「反動式ソーラー・タービン」の実施形態は、以下の図によって示される。
タービンのシェルまたは外部構造の主要図。 中心支持構造の主要図。 シェル内に収容されたロータの主要図。 熱交換器および水噴霧リングの主要図。 タービン全体の主要断面図。 アセンブリの機能図。
装置の動作作用は、主特許の書類に全般的に明確に記載されているが、今回追加された図１は、「反動式ソーラー・タービン」の好ましい実施形態の一例を示している。この例は、アセンブリの下端部に位置し、フローバッフルおよびタービンのハウジングまたは器壁（２）によって形成される吸気ノズル（１）を備えるシェルによって実現される。
空気は、図２に示すように、ロータの下端に収納された軸流圧縮機（３）によって圧縮された後、図３の熱交換器および水噴霧リングを通過して上方へ誘導される。
シェルは、気流を加速させるために、その直径が徐々に小さくなっている。
管（５）は、リング（４）の高さに位置するシェルの基部から、直径の拡大するコーン本体（６）の形状をなすシェルの上部まで延びている。原動部（２）の器壁に加え、このコーン本体によって図２に示されているように、反動式タービン（１０）の位置する全体の上端に向かって移動する気流がさらに加速され、その結果トルク出力が得られる。
シェルおよびタービン・アセンブリは、グランド面上に設けられ、これらの下端部の形状に合致した縦方向の支持体を備える下部バンド（４）によって支持されている。
明らかに、前記アセンブリ、つまり管（５）、コーン本体（６）、および複数のラミナーバッフル（laminar baffle）（７）を介したハウジング（２）の下部の堅牢性を保証する必要がある。その一方、管（５）の上端部とコーン本体（６）との内周面との間にはフリクションリング（８）が設けられる。このリングはベアリングを備えることができる。
最後に、シェル全体の外側上端にはリング（９）が設けられ、ロータの振動を防止している。
シェル（２）の外表面には、前記アセンブリからの熱損失を低減するように断熱材が配設されている。
図２は、本発明の反動式タービン（１０）を示している。このタービンは、ベーン（１１）、ハウジングの外表面（１２）、上面（１４）及び下面（１３）で形成され、外部フリクションリング（１５）および内部フリクションリング（１６）によって支持されている。
また図２に示すように、原動部アセンブリと一体とされ、タービンで生じた運動および力を軸流圧縮機（３）や利用者カップリングプレート（１８）に伝達する軸（１７）が設けられている。
外部の太陽熱集熱板は、シェル内部に位置する熱交換器を流れる流体に、また図３に示すように、設備が軸流圧縮機（３）を有する場合には、当該圧縮機の上方を通る流体に熱を伝達することで、エネルギーを供給している。
水噴霧装置が組み込まれている場合、同装置において使用される圧縮水も加熱される。
これらの熱交換器は、直線流型、直交流型、またはその他の型とすることができる。
実施例として、向流直線流型の熱交換器が配置され、その中に、高温側コレクタ（１９）、放熱フィン付きまたは放熱フィン無しのコイル（２０）、および低温側コレクタ（２１）または排水口が示されている。
本発明をより深く理解するために、図５には、シェル、タービン、ロータ、および熱交換器を一体に組み立てた構成を示している。
図６は、全体の機能図を示している。
図６では、タービン装置（２２）、太陽熱集熱板設備（２３）、循環ポンプ（２４）、低温戻り側アキュムレータ（２５）、余剰熱アキュムレータ（２６）、迅速始動させたい場合、あるいは、両アキュムレータ（２５および２６）が、蓄積された熱媒体によって必要な温度を供給しない場合、および／または集熱板（２３）が十分に機能していない場合に使用する始動・非常時ボイラ（２７）、並びに調整弁、逆止め弁、温度センサー、電動弁などの各一式が図示されており、これらにより装置全体の運転を可能にしている。
当業者が本発明の範囲および本発明から生じる利点を理解する上で、これ以上の説明が必要とは考えない。
ここに説明した部品の使用材料、形状、大きさ、数、および配置は、発明の本質に変更を伴わない限り、変更することができる。
前記の図において番号を付されている部品を次に列記する。
（１）吸気ノズル
（２）タービン原動部のハウジングまたは器壁
（３）ロータの軸流圧縮機
（４）下部支持バンド
（５）支柱兼ロータ軸ハウジング
（６）フローバッフルコーン本体
（７）ラミナーバッフル、支柱のセンタリング機能付き
（８）下部フリクションリング
（９）上部フリクション・振れ防止リング
（１０）中央上部閉塞板
（１１）円筒部ベーン
（１２）タービンハウジングの外表面
（１３）タービンハウジングの内表面
（１４）軸支部
（１５）外部フリクションリング
（１６）内部フリクションリング
（１７）主軸
（１８）ユーザー用軸カップリングプレート
（１９）熱交換器の高温側コレクタ
（２０）熱交換器のコイル
（２１）熱交換器の低温側コレクタ
（２２）タービン装置
（２３）太陽熱集熱板（パネル）
（２４）循環ポンプ
（２５）低温戻り側アキュムレータ
（２６）余剰熱アキュムレータ
（２７）起動・非常時ボイラ
（２８）シェル断熱材
（２９）流入気流デフレクタ
（３０）シェル支持脚
（３１）ユーザー・カップリングプレート
（３２）水噴霧リング

Claims (6)

  1. 上方に向けて縮小する断面を有し、外部から断熱された縦型シェル内に収容された熱交換器と、これに接続された従来の太陽熱収熱パネルとの組み合わせにより、前記縦型シェルの上端に配置された反動タービンの運動を引き起こす上昇気流をその内部に発生させるようにし、反動式原動部（２２）における燃焼室を太陽熱エネルギーで代用してなることを特徴とする反動式ソーラー・タービン。
  2. 気流誘導アセンブリの上端部に位置し、拡大する断面と縮小するコレクタとを有する２つの同心のコーン本体を用い、これらによって気流を加速するとともに、原動部内でより高いトルクが得られる距離だけ該原動部の軸線から引き離すようにしたことを特徴とする請求項１に記載の反動式ソーラー・タービン。
  3. 図（３）の前記原動部の反動式タービンの構造は、器壁およびベーンがこれらのすべての間で強固に結合されて一体とされ、その内部には拡大する断面と縮小するコレクタとを有し、気流の加速路が形成された前記アセンブリにおける単一の運動体であることを特徴とする請求項１および２に記載の反動式ソーラー・タービン。
  4. 熱交換器の上方にて図４（詳細番号３２）の高温高圧の水を噴霧導入することで、原動部に到達する気流の密度、圧力および速度をその後に上昇させ、その結果原動部の性能を向上させるようにしたことを特徴とする請求項１、２、および３に記載の反動式ソーラー・タービン。
  5. １次回路において所望の温度を維持するのに太陽熱エネルギーまたはアキュムレータに保持されたエネルギーが十分でない状況では、ゴミ捨て場の有機残渣で生産されたメタンを燃料とし、極端な条件でも前記アセンブリの運転を保証する従来のボイラまたは複数のガスバーナーを代替手段として使用して前記回路を補完できるようにしたことを特徴とする請求項１、２、３、および４に記載の反動式ソーラー・タービン。
  6. 代替手段として、設備の設置場所で風をよりうまく利用するために、局所的な風向きとは反対向きにノズルが設置された領域に方向調整および格納が可能な小型の仕切り板が設置され、そのような風が適度に強い場合には絶えず、センサによって空気量を最大にするように自動的に前記仕切り板の向きが調整されるようにしたことを特徴とする請求項１、２、３、４、および５に記載の反動式ソーラー・タービン。
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