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JP3030689B2 - ガスタービンエンジン - Google Patents

ガスタービンエンジン

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JP3030689B2
JP3030689B2 JP8043567A JP4356796A JP3030689B2 JP 3030689 B2 JP3030689 B2 JP 3030689B2 JP 8043567 A JP8043567 A JP 8043567A JP 4356796 A JP4356796 A JP 4356796A JP 3030689 B2 JP3030689 B2 JP 3030689B2
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heat transfer
wheel
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恒雄 遠藤
征彦 泉
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Honda Motor Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、タービンホイール
により駆動されるコンプレッサホイールで圧縮されて熱
交換器で加熱された空気を燃料と混合して燃焼器で燃焼
させ、発生した燃焼ガスを前記タービンホイールの駆動
と前記熱交換器における熱交換とに供するガスタービン
エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】かかるガスタービンエンジンは、例えば
特公昭５８−４１７２号公報、特公昭５８−５５３３１
号公報、特開昭４６−３７５２０号公報により既に知ら
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
ガスタービンエンジンは、熱交換器が軸回りに非対称形
状に配置されていたり回転型であったりするため、或い
は燃焼器が軸回りに非対称形状に配置されているため、
圧縮空気や燃焼ガスの流れが円周方向に不均一となって
圧損が発生し易い問題がある。またケーシングの内部に
燃焼ガスに接触する高温部分と圧縮空気に接触する低温
部分とが非対称に現れるため、エンジン各部の熱膨張量
の差によって熱的な歪みが発生し、回転軸が撓んでコン
プレッサホイールやタービンホイールのスムーズな回転
が阻害されたり、脆弱なセラミック製部品が損傷する等
の不具合が発生する可能性がある。
【０００４】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、ガスタービンエンジンの内部における圧損や熱的歪
みの発生を最小限に抑えることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載された発明は、単缶型燃焼器と、単
缶型燃焼器に圧縮空気を供給するコンプレッサホイール
と、単缶型燃焼器で発生した燃焼ガスにより駆動されて
コンプレッサホイールを駆動するタービンホイールと、
タービンホイールから排出される燃焼ガスと単缶型燃焼
器に供給される圧縮空気との間で熱交換を行う円環状の
伝熱型熱交換器と、その伝熱型熱交換器と単缶型燃焼器
とを接続する空気通路に介装した円環状の予熱手段とを
備えたガスタービンエンジンであって、 概略円筒状に形
成したエンジンケーシングの中心部に単缶型燃焼器を配
置すると共に、そのエンジンケーシングの外周に、コン
プレッサホイールから伝熱型熱交換器に圧縮空気を導く
圧縮空気通路を形成し、この圧縮空気通路の半径方向内
側に、コンプレッサホイール、タービンホイール、単缶
型燃焼器、予熱手段及び伝熱型熱交換器を同軸に配置す
るとともに、単缶型燃焼器の半径方向外側であってコン
プレッサホイール及びタービンホイールから軸方向に偏
倚した位置に、内部を圧縮空気及び燃焼ガスが相互に逆
方向に流れる伝熱型熱交換器を配置し、その伝熱型熱交
換器の半径方向内側で且つ単缶型燃焼器の半径方向外側
に予熱手段を配置し、更にコンプレッサホイール及びタ
ービンホイールの半径方向外側で且つ圧縮空気通路の半
径方向内側に、タービンホイールから伝熱型熱交換器に
燃焼ガスを導く燃焼ガス通路を配置したことを特徴とす
る。
【０００６】
【０００７】
【０００８】また請求項２に記載された発明は、請求項
１の構成に加えて、単缶型燃焼器が予混合部と触媒燃焼
部と気相燃焼部とを備えたことを特徴とする。
【０００９】また請求項３に記載された発明は、請求項
１の構成に加えて、単缶型燃焼器が予混合部と保炎器部
と気相燃焼部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１２】図１〜図７は本発明の第１実施例を示すも
ので、図１はガスタービンエンジンの縦断面図、図２は
図１の２−２線拡大断面図、図３は図４〜図６の表示部
分を示すマップ、図４は図３のＡ部拡大図、図５は図３
のＢ部拡大図、図６は図３のＣ部拡大図、図７は図５の
要部拡大図である。
【００１３】先ず、図１及び図２に基づいてガスタービ
ンエンジンＥの構造の概略を説明する。
【００１４】図１に示すように、ガスタービンエンジン
Ｅは概略円筒状に形成されたエンジンケーシング１を備
える。エンジンケーシング１の外周には第１圧縮空気通
路４が形成されており、この第１圧縮空気通路４の上流
側には図示せぬエアクリーナ及びサイレンサに連なる吸
気通路５が接続される。
【００１５】吸気通路５の中央を貫通して一対のベアリ
ング６，７で支持された回転軸８には、遠心式のコンプ
レッサホイール９と遠心式のタービンホイール１０とが
隣接して同軸に固定される。後方側のベアリング７をコ
ンプレッサホイール９とタービンホイール１０との間に
配置したので、このベアリング７をコンプレッサホイー
ル９の前方に配置する場合に比べて、該ベアリング７か
らのタービンホイール１０の後方張出量を減少させて振
動を軽減することができる。コンプレッサホイール９の
外周に放射状に形成された複数のコンプレッサブレード
９1 …は前記吸気通路５に臨んでおり、これらコンプレ
ッサブレード９1 …の直下流に位置する第１圧縮空気通
路４に複数のコンプレッサディフューザ１１1 …が設け
られる。回転軸８の前端にはタービンホイール１０によ
り駆動される発電機２が設けられる。
【００１６】エンジンケーシング１の後端には円環状の
伝熱型熱交換器１２が配置される。伝熱型熱交換器１２
は後端外周寄りの位置に圧縮空気入口１３を備えるとと
もに前端内周寄りの位置に圧縮空気出口１４を備え、前
端外周寄りの位置に燃焼ガス入口１５を備えるとともに
後端内周寄りの位置に燃焼ガス出口１６を備える。
【００１７】図２から明らかなように、伝熱型熱交換器
１２は大径円筒状のアウタハウジング２８と小径円筒状
のインナハウジング２９とを、金属板をつづら折り状に
折り曲げてなる伝熱板３０で結合したもので、その伝熱
板３０を挟んで圧縮空気流路３１…と燃焼ガス流路３２
…とが交互に形成される。
【００１８】図１に示すように、実線で示す比較的に低
温の圧縮空気と、破線で示す比較的に高温の燃焼ガスと
を相互に逆方向に流すことにより、その流路の前長に亘
って圧縮空気及び燃焼ガス間の温度差を大きく保ち、熱
交換効率を向上させることができる。
【００１９】伝熱型熱交換器１２の半径方向内側には円
環状のプリヒータ１７が同軸に配置され、更にその半径
方向内側には触媒式の単缶型燃焼器１８が同軸に配置さ
れる。単缶型燃焼器１８は上流側から下流側に向けて予
混合部３３と触媒燃焼部１９と気相燃焼部２０とを順次
備えている。伝熱型熱交換器１２の圧縮空気出口１４と
プリヒータ１７とは第２圧縮空気通路２１で接続され、
プリヒータ１７と予混合部３３とは第３圧縮空気通路２
２で接続される。第３圧縮空気通路２２には燃料噴射ノ
ズル２３が設けられる。燃料噴射ノズル２３から噴射さ
れた燃料は、予混合部３３において圧縮空気と均一に混
合して有害排出物の少ない燃焼が行われる。このように
単缶型燃焼器１８を採用したことにより、アニュラ型燃
焼器では困難な触媒燃焼が可能になるばかりか、燃料噴
射ノズル２３等の個数を削減して構造の簡略化を図るこ
とができる。
【００２０】気相燃焼部２０と伝熱型熱交換器１２の燃
焼ガス入口１５とを接続する燃焼ガス通路２４の上流部
分には、タービンホイール１０の外周に放射状に形成さ
れた複数のタービンブレード１０1 …が臨むとともに、
その更に上流には気相燃焼部２０からの燃焼ガスを導く
遮熱板２５及びタービンノズル２６1 …が設けられる。
また燃焼ガス通路２４の下流部分には、燃焼ガス中の有
害成分を除去するための円環状の酸化触媒２７が配置さ
れる。
【００２１】次に、図３〜図７を併せて参照しながらガ
スタービンエンジンＥの構造を更に詳細に説明する。
【００２２】エンジンケーシング１は、ガスタービンエ
ンジンＥの前方から後方に向かって順次結合されたフロ
ントカバー４１、フロントベアリングケーシング４２、
発電機ハウジング４３、フロントケーシング４４、アウ
タケーシング４５、リヤケーシング４６及びリヤカバー
４７から構成される。フロントカバー４１とフロントベ
アリングケーシング４２とはボルト４８…で結合され、
フロントベアリングケーシング４２と発電機ハウジング
４３とはボルト４９…で結合され、発電機ハウジング４
３とフロントケーシング４４とはボルト５０…で結合さ
れる。
【００２３】フロントケーシング４４とアウタケーシン
グ４５とは、それぞれの端面に形成したフランジ４
４1 ，４５1 を弾性シール５１を介して突き合わせた状
態で、ボルト５２…により結合される。またアウタケー
シング４５とリヤケーシング４６とは、それぞれの端面
に形成したフランジ４５2 ，４６1 間に、伝熱型熱交換
器１２の外周に固定した環状の取付ブラケット５３を挟
持した状態で、ボルト５４…によって結合される。この
とき、アウタケーシング４５のフランジ４５2 及び伝熱
型熱交換器１２の取付ブラケット５３間に弾性シール５
５が介装される。
【００２４】リヤケーシング４６の後端面とリヤカバー
４７の前端面に形成したフランジ４７1 とが、相互に突
き合わされてボルト５６…により結合される。このと
き、高圧空気の排気ダクトへの洩れを防ぐべく伝熱型熱
交換器１２に取り付く部材５７のフランジ５７1 が前記
ボルト５６…により共締めされるとともに、プリヒータ
１７に一体に形成したフランジ１７1 がリヤカバー４７
のフランジ４７1 にボルト５８…で結合される。高圧空
気の排気ダクトへの洩れを防ぐべく伝熱型熱交換器１２
に取り付く部材５７は蛇腹状の襞５７2 …を備えてお
り、これらの襞５７ 2 …の変形により伝熱型熱交換器１
２の軸方向の熱膨張が許容される。
【００２５】リヤカバー４７の後端面に形成したフラン
ジ４７2 に、単缶型燃焼器１８の円筒状のミキシングダ
クト５９の後端がボルト６０…で結合されるとともに、
燃料噴射ノズル２３がボルト６１…で結合される。
【００２６】図４から明らかなように、発電機ハウジン
グ４３の後部に一体に形成した前記吸気通路５は、発電
機ハウジング４３にボルト６２…で結合したコンプレッ
サシュラウド６３の内部と、フロントケーシング４４の
内面にボルト６４…で結合したコンプレッサディフュー
ザハウジング１１の内部を経て、フロントケーシング４
４の外周に形成した前記第１圧縮空気通路４に連通す
る。図５及び図６から明らかなように、フロントケーシ
ング４４の第１圧縮空気通路４は、アウタケーシング４
５及びリヤケーシング４６の外周に形成した第１圧縮空
気通路４を経て伝熱型熱交換器１２の圧縮空気入口１３
に連通する。アウタケーシング４５の第１圧縮空気通路
４の内周には、耐座屈強度を高めるための環状の補強部
材６５，６５が装着される。またリヤケーシング４６に
は排気ダクト６６が設けられる。
【００２７】図５から明らかなように、伝熱型熱交換器
１２の圧縮空気出口１４に連なる第２圧縮空気通路２１
は前後に分岐しており、大部分の圧縮空気は後方に分岐
してプリヒータ１７に供給され、一部の圧縮空気は前方
に分岐して単缶型燃焼器１８の気相燃焼部２０の外壁を
構成する燃焼器ダクト６７に形成した通孔６７1 …を経
て、希釈空気として気相燃焼部２０に供給される。
【００２８】図７から明らかなように、フロントケーシ
ング４４の内面にコンプレッサディフューザハウジング
１１を結合するボルト６４…により、リヤベアリングハ
ウジング６８の外周が共締めされる。リヤベアリングハ
ウジング６８の後端にはタービンシュラウド６９が当接
し、ボルト７０でリヤベアリングハウジング６８に締結
した固定部材７１で固定される。前記タービンノズル２
６1 …を一体に備えたタービンバックシュラウド２６か
ら前方に延びる取付脚部２６2 が、前記タービンシュラ
ウド２６の後面にクリップ７２で結合される。
【００２９】タービンホイール１０の後方を覆う遮熱板
２５は、タービンバックシュラウド２６の後面に固定さ
れた皿状の第１遮熱板７３と、第１遮熱板７３を覆うよ
うにタービンバックシュラウド２６の後面に固定された
皿状の第２遮熱板７４と、第２遮熱板７４の後面に所定
の隙間を介して配置され、その円周上の複数カ所におい
て第２遮熱板７４に固定７５1 …された第３遮熱板７５
とから構成される。伝熱型熱交換器１２の圧縮空気出口
１４から前方に分岐した第２圧縮空気通路２１は、ター
ビンバックシュラウド２６に形成したタービンノズル２
６1 …の内部を貫通する通孔２６3 …を介して、第１遮
熱板７３及び第２遮熱板７４間に形成された第１冷却空
間７６に連通する。この第１冷却空間７６は、第１遮熱
板７３に形成した通孔７３1 を介して該第１遮熱板７３
とタービンホイール１０との間に形成された第２冷却空
間７７に連通するとともに、第２遮熱板７４に形成した
通孔７４1 を介して該第２遮熱板７４と第３遮熱板７５
との間に形成された第３冷却空間７８に連通する。
【００３０】ガスタービンエンジンＥの運転中、気相燃
焼部２０に対向する遮熱板２５は高温に曝されるが、伝
熱型熱交換器１２を通過した比較的に低温の圧縮空気が
第２圧縮空気通路２１を前方に分岐し、図７においてタ
ービンバックシュラウド２６の通孔２６3 …から第１冷
却空間７６に流入し、そこから第２遮熱板７４の通孔７
４1 、第３冷却空間７８及び開口部７５2 …を経て気相
燃焼部２０に流入するとともに、第１冷却空間７６から
第１遮熱板７３の通孔７３1 及び第２冷却空間７７を経
てタービンホイール１０に流入する。このようにして、
比較的に低温の圧縮空気との接触により、第１〜第３遮
熱板７３，７４，７５を効果的に冷却することができ
る。
【００３１】図７から明らかなように、タービンバック
シュラウド２６と燃焼器ダクト６７とはシール部７９に
おいて摺動自在に当接しており、シール部７９における
両者の摺動により軸方向の熱膨張が吸収される。またタ
ービンシュラウド６９の外周に装着された２個のシール
リング８０，８０が、第２圧縮空気通路２１を画成しる
第２圧縮空気通路ダクト８１の前端に摺動自在に当接し
ており、シールリング８０，８０により圧縮空気の漏れ
を防止しながら両者の軸方向の熱膨張を吸収することが
できる。前記各シールリング８０は１個の合口を有して
拡径方向に張りが与えられたもので、ガソリンエンジン
のピストンリングと類似の構造を備えている。
【００３２】図６から明らかなように、プリヒータ１７
を通過した圧縮空気を単缶型燃焼器１８の予混合部３３
に導く際に、その圧縮空気にスワールを発生させて燃料
との混合を促進させるためのミキサー５９1 …が、ミキ
シングダクト５９の入口に形成される。単缶型燃焼器１
８の触媒燃焼部１９の出口には、混合気にスワールを発
生させる保炎器部３４と、始動用の着火ヒータ８２とが
設けられる。着火ヒータ８２への給電はリヤカバー４７
側からミキサー５９1 …及びミキシングダクト５９の内
部に延びるケーブル８３を介して行われる。またプリヒ
ータ１７への給電は、リヤカバー４７側から取付部材５
７の内面に沿って延びるケーブル８４を介して行われ
る。前記ケーブル８３，８４は絶縁フィッティング８
５，８６を介してリヤカバー４７の外部に接続される。
【００３３】図７から明らかなように、リヤベアリング
ハウジング６８の内周に、ベアリングホルダー８７の外
周と後部潤滑室カバー８８の外周とが嵌合保持される。
回転軸８の後端はタービンホイール１０の前端の結合部
１０2 に同軸に螺合するとともに、更にその外周にコン
プレッサホイール９の後端の結合部９2 が同軸に螺合し
ており、これにより回転軸８にタービンホイール１０及
びコンプレッサホイール９が結合される。ベアリング７
のインナレースの前端はコンプレッサホイール９の結合
部９2 の段部に当接し、後端はカラー８９を介してター
ビンホイール１０の結合部１０2 の段部に当接して支持
される。一方、ベアリング７のアウタレースの前端はカ
ラー９０及びクリップ９１を介してベアリングホルダー
８７に支持され、後端はベアリングホルダー８７の段部
に支持される。このベアリング７は振動を減衰させる目
的で若干の隙間を有してフローティング支持される。リ
ヤベアリングハウジング６８の前面のボルト９２で固定
した前部潤滑室カバー９３と前記後部潤滑室カバー８８
とにより潤滑油室３５が画成される。
【００３４】而して、リヤベアリングハウジング６８及
びベアリングホルダー８７の内部に形成した油路６
８1 ，８７1 から供給された潤滑油は、油路８７2 を介
してベアリング７のアウタレースを半径方向内側に付勢
することにより、フローティング支持された前記ベアリ
ング７に振動減衰機能を持たせる。また油路８７1 から
分岐する油路８７3 は前記カラー９０に形成したジェッ
ト９０1 に連通するとともに、油路８７1 にはジェット
８７4 が形成される。前記ジェット９０1 ，８７4はベ
アリング７を指向しており、そこから噴出する潤滑油に
よりベアリング７が潤滑される。
【００３５】図４から明らかなように、発電機ハウジン
グ４３の内部に収納された発電機２は、鉄心９４にコイ
ル９５を巻回してなるステータ９７と、磁石ホルダー９
８の内部に複数の永久磁石９９…を埋め込んでなるロー
タ１００とを備える。コンプレッサホイール９及びロー
タ１００の内部を前方に延びる回転軸８はテンションボ
ルトで構成されており、その前端にナット１０１を螺着
することにより回転軸８とロータ１００とが結合され
る。即ち、ナット１０１の締結力はベアリング６のイン
ナレース、カラー１０２及びロータ１００の磁石ホルダ
ー９８を後方に押圧し、この磁石ホルダー９８の後端を
コンプレッサホイール９の前端に圧接して固定する。回
転軸８の中間に形成した膨大部８1 を磁石ホルダー９８
の内面に当接させることにより、回転軸８が振れ止めさ
れる。
【００３６】回転軸８の前端を支持するベアリング６は
フロントカバー４１及びベアリングケーシング４２によ
り画成された潤滑油室１０４内に配置されており、ベア
リングケーシング４２及びベアリングホルダー１０５に
形成した油路４２1 ，１０５ 1 を介して潤滑される。
【００３７】而して、吸気通路５から吸い込まれてコン
プレッサホイール９により圧縮された空気は第１圧縮空
気通路４を経て伝熱型熱交換器１２に送られ、そこで高
温の燃焼ガスとの間で熱交換することにより加熱され
る。伝熱型熱交換器１２を通過した圧縮空気は第２圧縮
空気通路２１及び第３圧縮空気通路２２を経て予混合部
３３に達し、そこで燃料噴射ノズル２３から噴射された
燃料と混合する。尚、ガスタービンエンジンＥの始動時
には、燃焼ガスが流れないために伝熱型熱交換器１２が
充分に機能しない。従って、始動時には第２、第３圧縮
空気通路２１，２２間に設けたプリヒータ１７に通電し
て圧縮空気を電気的に加熱し、その温度を触媒活性化温
度以上に上昇させる必要がある。
【００３８】単缶型燃焼器１８に流入した混合気の一部
は触媒燃焼部１９に担持した触媒に接触して触媒反応に
より燃焼し、その燃焼ガスの熱によって混合気の残部が
気相燃焼部２０において気相燃焼する。燃焼ガスは燃焼
ガス通路２４に流入してタービンホイール１０を駆動
し、更に酸化触媒２７を通過して有害成分を除去された
状態で前記伝熱型熱交換器１２に供給される。このよう
にしてタービンホイール１０が回転すると、その回転ト
ルクは回転軸８を介してコンプレッサホイール９及び発
電機２に伝達される。
【００３９】さて、図１から明らかなように、回転軸８
の中心を通る軸線Ｌに対して、コンプレッサホイール
９、タービンホイール１０、伝熱型熱交換器１２、単缶
型燃焼器１８を含む各部材が軸対称に配置されている。
その結果、ガスタービンエンジンＥ内部の圧縮空気や燃
焼ガスの流れが軸対称になって円周方向に均一化される
ため、圧損が減少して出力の増加及び燃費の低減が可能
となる。また、ガスタービンエンジンＥ内部の温度分布
も軸対称になって各部材の熱的な歪みが最小限に抑えら
れ、コンプレッサホイール９やタービンホイール１０の
スムーズな回転が確保されるとともに、熱応力によるセ
ラミック製部品の損傷等が効果的に防止される。更に、
ケーシングやダクトも軸対称化することができるので、
それらを板金等の薄肉材料で製作することが可能となっ
て軽量化が達成されるばかりか、ヒートマスの減少によ
って冷間始動時の熱損失を減少させて更なる燃費の低減
が可能となる。
【００４０】また、触媒燃焼部１９の入口における空燃
比の均一化や流速の均一化は燃焼ガス中の有害成分の低
減に対して重要であるが、前記軸対称配置により予混合
部３３に流入する混合気の流れを軸対称化して前記目標
を短い予混合部３３長で達成することができる。更に、
伝熱型熱交換器１２の圧縮空気入口１３及び燃焼ガス入
口１５における流速の均一化は熱交換効率の向上や圧損
の低減を図る上で重要であるが、前記軸対称配置により
伝熱型熱交換器１２に流入する圧縮空気や燃焼ガスの流
れを軸対称化して前記目標を達成することができる。
【００４１】また、ガスタービンエンジンＥの中心部に
高温の単缶型燃焼器１８を配置し、その外側に中温の伝
熱型熱交換器１２、第２圧縮空気通路２１、第３圧縮空
気通路２２、タービンホイール１０及び燃焼ガス通路２
４を配置し、更にその外側に低温のコンプレッサホイー
ル９及び第１圧縮空気通路４を配置したので、セラミッ
ク等の断熱部材を使用しなくとも、外部放熱を減少させ
て燃費の低減を図ることができる。
【００４２】また、軸線Ｌに沿って前方から後方にコン
プレッサホイール９、タービンホイール１０及び単缶型
燃焼器１８が順次配置されており、その単缶型燃焼器１
８の半径方向外側を覆うように円環状の伝熱型熱交換器
１２が配置されている。従って、コンプレッサホイール
９及びタービンホイール１０の半径方向外側には空間が
形成されることになり、この空間を利用して第１圧縮空
気通路４、燃焼ガス通路２４及び酸化触媒２７を配置す
ることができる。而して、伝熱型熱交換器１２の半径方
向内側に前記第１圧縮空気通路４、燃焼ガス通路２４及
び酸化触媒２７を配置する場合に比べて、ガスタービン
エンジンＥの半径方向寸法をコンパクト化することがで
きる。
【００４３】図８及び図９は本発明の第２実施例を示す
もので、この第２実施例はプリヒータ１７を備えていな
い点と、単缶型燃焼器１８の構造とにおいて第１実施例
と異なっており、その他の構成は第１実施例と同一であ
る。
【００４４】第２実施例の単缶型燃焼器１８は、予混合
部３３と、混合気に渦流を発生させるスワラー等の保炎
器部３４と、気相燃焼部２０とから構成されており、第
１実施例の触媒燃焼部１９を廃止したものに相当する。
この第２実施例によれば、混合気の火炎が保炎器部３４
において保持されることによりガスタービンエンジンＥ
の運転が継続される。
【００４５】而して、この第２実施例によっても、回転
軸８の中心を通る軸線Ｌに対して、コンプレッサホイー
ル９、タービンホイール１０、伝熱型熱交換器１２、単
缶型燃焼器１８を含む各部材が軸対称に配置されている
ため、圧縮空気の流れ、燃焼ガスの流れ、或いは温度分
布を軸対称化して第１実施例と同様の作用効果を奏する
ことができる。
【００４６】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行う
ことが可能である。
【００４７】
【発明の効果】以上のように、請求項１に記載された発
明によれば、概略円筒状に形成したエンジンケーシング
の中心部に単缶型燃焼器を配置すると共に、そのエンジ
ンケーシングの外周に、コンプレッサホイールから伝熱
型熱交換器に圧縮空気を導く圧縮空気通路を形成し、こ
の圧縮空気通路の半径方向内側に、コンプレッサホイー
ル、タービンホイール、単缶型燃焼器、円環状の予熱手
段及び円環状の伝熱型熱交換器を同軸に配置したので、
エンジン内部の圧縮空気や燃焼ガスの流れを軸対称化し
て圧損を減少させ、出力の増加及び燃費の低減を達成す
ることができる。またエンジン内部の温度分布を軸対称
にして熱的な歪みの発生を最小限に抑え、コンプレッサ
ホイールやタービンホイールのスムーズな回転を確保す
るとともに、不均一な熱膨張による部品の損傷を回避す
ることができ、しかもケーシングやダクトを軸対称化し
て薄肉材料で製作することが可能となって軽量化が達成
されるばかりか、ヒートマスの減少によって冷間始動時
の熱損失を減少させて更なる燃費の低減が可能となる。
更にガスタービンエンジンの中心部に高温の単缶型燃焼
器を配置し、その外側に中温の伝熱型熱交換器を配置
し、更にその外側に圧縮空気通路を配置したので、セラ
ミック等の断熱部材を使用しなくとも、外部放熱を減少
させて燃費の低減を図ることができる。 また単缶型燃焼
器の半径方向外側であってコンプレッサホイール及びタ
ービンホイールから軸方向に偏倚した位置に、内部を圧
縮空気及び燃焼ガスが相互に逆方向に流れる伝熱型熱交
換器を配置し、その伝熱型熱交換器の半径方向内側で且
つ単缶型燃焼器の半径方向外側には予熱手段を配置し、
更にコンプレッサホイール及びタービンホイールの半径
方向外側で且つ圧縮空気通路の半径方向内側に、タービ
ンホイールから伝熱型熱交換器に燃焼ガスを導く燃焼ガ
ス通路を配置したので、圧縮空気及び燃焼ガスが相互に
逆方向に流れる伝熱型熱交換器と、タービンホイールか
ら伝熱型熱交換器に燃焼ガスを導く燃焼ガス通路とを軸
方向に合理的にレイアウトし、エンジンの半径方向寸法
をコンパクト化することができる。
【００４８】
【００４９】また伝熱型熱交換器の内部を圧縮空気及び
燃焼ガスが相互に逆方向に流れるので、伝熱型熱交換器
の熱交換効率を向上させることができる。また伝熱型熱
交換器と単缶型燃焼器とを接続する圧縮空気通路に予熱
手段を介装したので、始動時に圧縮空気を予熱して始動
性を向上させることができる。
【００５０】また請求項２に記載された発明によれば、
単缶型燃焼器が予混合部と触媒燃焼部と気相燃焼部とを
備えているので、予混合部で燃料と圧縮空気とを均一に
混合した混合気を触媒によって低温燃焼させ、燃焼ガス
中の有害成分を減少させることができる。
【００５１】また請求項３に記載された発明によれば、
単缶型燃焼器が予混合部と保炎器部と気相燃焼部とを備
えているので、予混合部で燃料と圧縮空気とを均一に混
合し、燃焼ガス中の有害成分を減少させることができ
る。
【００５２】
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスタービンエンジンの縦断面図
【図２】図１の２−２線拡大断面図
【図３】図４〜図６の表示部分を示すマップ
【図４】図３のＡ部拡大図
【図５】図３のＢ部拡大図
【図６】図３のＣ部拡大図
【図７】図５の要部拡大図
【図８】第２実施例に係るガスタービンエンジンの縦断
面図
【図９】第２実施例に係る、前記図６に対応する図
【符号の説明】
４ 第１圧縮空気通路（圧縮空気通路） ９ コンプレッサホイール １０ タービンホイール １２ 伝熱型熱交換器 １７ プリヒータ（予熱手段） １８ 単缶型燃焼器 １９ 触媒燃焼部 ２０ 気相燃焼部 ２１ 第２圧縮空気通路（圧縮空気通路） ２２ 第３圧縮空気通路（圧縮空気通路） ２４ 燃焼ガス通路 ２７ 酸化触媒 ３３ 予混合部 ３４ 保炎器部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大屋 建 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭54−60608（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−256162（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−82019（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−229622（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−190373（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02C 7/32 F02C 7/08

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 単缶型燃焼器（１８）と、 単缶型燃焼器（１８）に圧縮空気を供給するコンプレッ
    サホイール（９）と、 単缶型燃焼器（１８）で発生した燃焼ガスにより駆動さ
    れてコンプレッサホイール（９）を駆動するタービンホ
    イール（１０）と、 タービンホイール（１０）から排出される燃焼ガスと単
    缶型燃焼器（１８）に供給される圧縮空気との間で熱交
    換を行う円環状の伝熱型熱交換器（１２）と、その伝熱型熱交換器（１２）と単缶型燃焼器（１８）と
    を接続する空気通路（２１，２２）に介装した円環状の
    予熱手段（１７）と を備えたガスタービンエンジンであ
    って、 概略円筒状に形成したエンジンケーシング（１）の中心
    部に単缶型燃焼器（１８）を配置すると共に、そのエン
    ジンケーシング（１）の外周に、コンプレッサホイール
    （９）から伝熱型熱交換器（１２）に圧縮空気を導く圧
    縮空気通路（４）を形成し、 この圧縮空気通路（４）の半径方向内側に、 コンプレッ
    サホイール（９）、タービンホイール（１０）、単缶型
    燃焼器（１８）、予熱手段（１７）及び伝熱型熱交換器
    （１２）を同軸に配置するとともに、単缶型燃焼器（１
    ８）の半径方向外側であってコンプレッサホイール
    （９）及びタービンホイール（１０）から軸方向に偏倚
    した位置に、内部を圧縮空気及び燃焼ガスが相互に逆方
    向に流れる伝熱型熱交換器（１２）を配置し、その伝熱型熱交換器（１２）の半径方向内側で且つ単缶
    型燃焼器（１８）の半径方向外側に予熱手段（１７）を
    配置し、 更にコンプレッサホイール（９）及びタービンホイール
    （１０）の半径方向外側で且つ圧縮空気通路（４）の半
    径方向内側に、タービンホイール（１０）から伝熱型熱
    交換器（１２）に燃焼ガスを導く燃焼ガス通路（２４）
    を配置したことを特徴とするガスタービンエンジン。
  2. 【請求項２】 単缶型燃焼器（１８）が予混合部（３
    ３）と触媒燃焼部（１９）と気相燃焼部（２０）とを備
    えたことを特徴とする、請求項１記載のガスタービンエ
    ンジン。
  3. 【請求項３】 単缶型燃焼器（１８）が予混合部（３
    ３）と保炎器部（３４）と気相燃焼部（２０）とを備え
    たことを特徴とする、請求項１記載のガスタービンエン
    ジン。
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