代替フロン蒸気により駆動する遠心タービン発電機の設計例が次図です。
遠心タービン羽根と発電機ローターが同軸上にあるため、毎分２万回転以上の高速型タービン発電機となります。
軸受はフロン蒸気内に存在しているのですべり軸受の自己動圧型を採用しています。
つまり密閉型タービン発電機なので、タービン主軸からのフロン漏えいなどはありません。
排熱エネルギー回収発電やバイオマスボイラ蒸気発電などに最適な、小型高速型１００ＫＷ蒸気タービンの設計製作例です。
蒸気タービン回転数が毎分数万回転なので回転数でエネルギーを稼ぐため、非常に小型の蒸気タービン発電機となっています。
工場での廃蒸気や排熱ボイラの蒸気、バイオマスボイラからの蒸気などを使って１００ＫＷほどの発電を行います。
工場において連続して電気を消費するブロワは省エネの余地がかなりあります。
流量を変化して省エネを行う場合に有効なのが、インレットガイドベーン機構による入口流量制御です。
出口で流量制御を行うと圧損の比率が大きくなりますが、入口で流量制御すれば圧損はなくなり、しかもインペラ入口での回転方向予旋回流を作ることとなり、インペラにかかるトルク値も小さくなって消費電力の低下となります。
インレットガイドベーン付ブロワの設計例が次です。
次の図はインレットガイドベーン部を分解図にしてみたものです。
ガイドベーンの数は組立可能なように奇数となり、サーボモーターにより駆動させられるガイドリングとボールリンクモーション部により、ガイドベーン群が一斉に動きます。
捨てられているエネルギーの有効利用としては、エンジン排気のエネルギーはぜひ回収して使いたい資源です。
そこで、バイクの排気系を使ってエンジン排気ガスエネルギー回収の実験を始めることとしました。
バイクとしては次の写真のように４００CCで４気筒のタイプを使います。
今日はまず排気系の寸法や構造を調査開始しました。
エネルギー回収を目的とした縦軸の小型蒸気タービン発電機が次の装置です。
本体などが全てステンレス製の部分が縦軸蒸気タービンとなります。
発電出力は１０KWほどの小型機です。
蒸気の圧力は１０気圧以下の入口圧力となりますが、回転動翼の直径は２００ｍｍ以下となるため速度複式蒸気タービンとして最適回転数の低回転化を図っていますが、その回転数は毎分１万回転以上となり高速型ベルト伝動で減速して２極の発電機を回しています。
熱エネルギーを回収するシステムであるバイナリー発電装置のパッケージが弊社実験室にある次の写真の装置です。
この装置は温泉熱エネルギーを回収して発電を行いますが、その電力を電力会社に売電出来る装置も内蔵されています。
来月には現場での準備工事を行い年内の発電開始に向けてプロジェクトを進めていきます。
今後の進展にご期待ください。
プラント配管内エネルギー回収用、減圧弁機能付きタービン発電機を紹介します。
プラント配管内で圧力を減圧する調整をしながら同時に減圧エネルギーを利用して発電が可能なタービン発電機であり、液体・気体どちらでも減圧エネルギー回収が可能です。
配管内流体の減圧量と流量により発電量が決まりますが、数百ワットの出力から、過去に設計製作した最も大きなものは３５０KWと広い範囲の減圧タービン発電機が設計可能です。
工場で出る廃蒸気を利用した蒸気タービンの力でポンプを駆動する蒸気タービン駆動ポンプです。
蒸気タービンは単段衝動型であり、ポンプは遠心型ですが、タービンの回転数が高速回転であるためポンプは高圧のポンプとなり、流量も多くなります。
捨てているエネルギーを上手に利用する方法として、廃蒸気使用蒸気タービンによる流体機械の駆動は省エネに大きく貢献します。
これからは益々省エネを進めなければならないような情勢になりつつありますが、実は色々なプラント内にもまだ多数のエネルギー回収が出来る場所があり、これからはそれらも利用して電力消費量の絶対値を下げる必要が有りそうです。
プラント内の液体や気体の流れから無駄に捨てられているエネルギー分をタービンを使って回転動力として回収し発電機により電気とすることとなります。
次の図のようなイメージがプラント内流体配管にエネルギー回収タービン発電機を取り付けたものです。
エネルギー回収タービンが停止した時にもプラント内流体流れを止めなくて済むようにバイパス回路を作るのが通常です。
配管内残圧などをエネルギー回収する用途に使うと最適な型式となる、円筒型ケーシングフランシス水車発電機が次の写真です。
残圧エネルギー回収量を細かく制御するために、次の写真のように入口ガイドベーンは可変出来るように手動式となっています。
とにかく水力発電機には、その流量を制御できる機構部がないと、かなり操いにくい発電機となってしまいます。
というのも必須の制御として上流側圧力制御がありますので、例えば可変ガイドベーン群による流量制御であるとか、回転数制御による流量制御もあります。
ただ回転数制御による流量制御では、小流量側制御が出来ないので可変ガイドベーン制御には制御性で負けてしまいます。
可変ガイドベーン制御部は高価になりがちですが、やっぱり付けるべき機構であると考えています。
