JP2000161016A

JP2000161016A - ハイブリッドガスタ―ビンエンジンおよび推進装置

Info

Publication number: JP2000161016A
Application number: JP10368424A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hatanaka; 武史畑中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-11-19
Filing date: 1998-11-19
Publication date: 2000-06-13

Abstract

(57)【要約】【目的】次世代動力や超低燃費車に利用可能なハイ
ブリッドガスタービンエンジンおよび高効率推進装置を
提供することを目的とする。【構成】この発明のハイブリッドガスタービンエン
ジン推進装置において、１次動力系（１２）と２次動力
系（１４）とによりハイブリッドガスタービンエンジン
を構成し、２次動力系に蓄熱型排熱回収蒸発器（３０）
を設けて低沸点有機溶液から高圧の作動流体を生成し、
これにより２次動力系の膨張タービン（３２）を駆動
し、制御装置（５８）により１次動力系を間欠運転させ
ることにより蓄熱型排熱回収蒸発器を所定の作動温度領
域となるように制御することにより低燃費と高効率化を
実現するようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はハイブリッドガスター
ビンエンジンに関し、とくに、車輌用の高効率推進装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】米国特許第４，１５７，０１１号および
同第４，４１４，８０５号にはエンジンの排気熱を有効
利用して熱効率を向上させた車輌用の推進装置が開示さ
れている。この推進装置において、エンジンでは燃料が
常時消費されるため、燃費が大きく、大量の有害排気物
を排出していた。

【０００３】米国特許第５，５８４，１７４号にはエン
ジンブレーキの回生エネルギーをフライホイールパワー
タービンに蓄積することにより運転効率を改善した車輌
用推進装置が開示されている。この推進装置において
も、エンジンで燃料が連続的に消費されるため、１リッ
トル当たりの走行距離を改善することができない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の車輌用推進装置
では燃費が大きく、有害排出物を大量に排出していた。
とくに、近年、省資源と温暖化対策から次世代動力や超
低燃費車の開発が進められているが、従来のエンジンお
よび推進装置では、超低燃費車の実現が困難であり、新
コンセプトのエンジンおよび推進装置が望まれていた。

【０００５】本発明は次世代動力や超低燃費車に利用可
能なハイブリッドガスタービンエンジンおよび高効率推
進装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【問題を解決するための手段】本願第１発明のハイブリ
ッドガスタービンエンジンは、高温排ガスを放出する１
次動力系と、ランキンサイクルからなる２次動力系と、
１次動力系を間欠運転する制御装置とを備え、２次動力
系が１次動力系の排熱を回収して低沸点有機溶液から高
圧作動流体を生成する蓄熱型排熱回収蒸発器を備え、制
御装置が１次動力系を間欠運転して畜熱型排熱回収蒸発
器の作動温度を予め定められた温度範囲に制御する制御
手段を備えることにより達成される。

【０００７】本願第２発明のハイブリッドガスタービン
エンジンは、圧縮空気を生成するためのコンプレッサ
と、圧縮空気と燃料との燃焼生成物からなる第１作動流
体を生成するコンバスタと、第１作動流体を膨張させて
コンプレッサを駆動するための第１パワー出力を発生さ
せるとともに膨張ガスを排出する第１膨張タービンとを
備えた１次動力系と、膨張ガスの排熱を回収して低沸点
の有機溶液から第２作動流体を生成するとともに排ガス
を放出する蓄熱型排熱回収蒸発器と、第２作動流体を膨
張させて第２パワー出力を発生させるとともに膨張蒸気
を排出する第２膨張タービンと、第２膨張タービンに連
結されたフライホイールと、膨張蒸気を冷却して有機溶
液を生成する凝縮手段と、有機溶液を加圧下で蓄熱型排
熱回収蒸発器に給送するポンプ手段とからなる２次動力
系と、１次動力系と２次動力系との間に配置されたクラ
ッチ手段と、１次動力系を間欠運転して排ガスを蓄熱型
排熱回収蒸発器に間欠供給することにより、これを予め
定められた温度領域に制御する制御手段とを備え、制御
手段が１次動力系の運転時にクラッチを作動させて１次
動力系と２次動力系とを連結させて第１パワー出力の一
部をフライホイールに蓄積させることにより達成され
る。

【０００８】本願第３発明の推進装置は、第１出力軸を
有するブレイトンサイクルからなり運転時に高温排ガス
を排出しながら第１パワー出力を発生する１次動力系
と、第２出力軸を有するランキンサイクルからなり、膨
張ガスを排出しながら第２パワー出力を発生する２次動
力系と、第１出力軸と第２出力軸との間に配置されたク
ラッチ手段と、１次動力系を間欠運転すると同時にクラ
ッチ手段を連結する制御手段とを備え、２次動力系が膨
張ガスにより有機溶液を高圧作動流体に変換するととも
に排ガスを排出する蓄熱型排熱回収蒸発器と、蒸発器の
動作温度を検出して温度信号を制御手段に出力する温度
センサとを備え、制御手段が温度信号に応答して１次動
力系を間欠運転することにより蓄熱型排熱回収蒸発器を
予め定められた温度領域に制御することにより達成され
る。

【０００９】

【作用】本発明のハイブリッドガスタービンエンジンお
よび推進装置において、高温排ガスを放出する１次動力
系と、ランキンサイクルからなる２次動力系とを選択的
にクラッチ手段により連結し、２次動力系が低沸点有機
溶液から高圧の作動流体を生成する蓄熱型排熱回収蒸発
器を備え、制御手段により１次動力系を間欠的に運転し
て排ガスを２次動力系の蓄熱型排熱回収蒸発器に間欠的
に導入して排ガスで蒸発器を予め定められた温度領域と
なるように制御し、１次動力系の回転エネルギーをフラ
イホイールに蓄積して２次動力系のパワー出力とともに
駆動エネルギーとして利用することにより、超低燃費を
実現するとともに有害排出物を著しく低減させるように
したものである。

【００１０】

【実施例】以下、本発明について図面を用いて詳細に説
明する。図１は本発明によるハイブリッドガスタービン
エンジンを組み込んだ高効率推進装置１０の系統図を示
す。推進装置１０はブレイトンサイクルからなる１次動
力系１２とランキンサイクルからなる２次動力系１４と
を備える。１次動力系１２は周囲の空気を圧縮するため
のコンプレッサ１６と、圧縮空気と燃料との燃焼生成物
からなる第１作動流体を生成するためのコンバスタ１８
と、第１膨張タービン２０からなる。コンバスタ１８に
はＤＭＥ（ジメチルエーテル）、天然ガス、ＬＰＧ等の
燃料タンク２２が燃料供給弁２４を介して接続される。
コンバスタ１２内で圧縮空気と燃料との混合気は点火プ
ラグ２６により点火される。第１膨張タービン２０は第
１作動流体を膨張させて出力軸２１に第１パワー出力を
発生するとともに高温膨張ガスを生成する。第１パワー
出力の一部はコンプレッサ１６の駆動用に利用され、残
りのエネルギーは２次動力系１４に伝達される。

【００１１】２次動力系１４は高温膨張ガスを切換える
ための電動切換弁２８と、膨張ガスの排熱を回収して低
沸点有機溶液から第２作動流体を生成する蓄熱型排熱回
収蒸発器３０と、第２作動流体を膨張させて出力軸３１
に第２パワー出力を発生させる第２膨張タービン３２
と、第１、第２タービン２０、３２間に設けられた減速
機３４および電磁クラッチ３６と、第２膨張タービン３
２の膨張蒸気を凝縮して有機溶液を得る凝縮器３５と、
有機溶液を加圧下で蒸発器３０に給送するための昇圧ポ
ンプ３７とを備える。出力軸３１にはフライホイール３
８が連結されていて、間欠的に運転される１次動力系１
２の第１パワー出力の一部を貯える。出力軸３１は図示
しないパワートレインを介して推進手段からなる負荷４
０に接続される。負荷４０で生ずる減速時の回生エネル
ギーはフライホイール３８に蓄積されて再度利用される
ように構成しても良い。負荷４０には発電機を接続し
て、出力軸３１によって発電機を駆動し、その出力で電
動機を駆動して推進手段を駆動するようにしても良い。
凝縮器３５は管路４２を経てラジエータ４４に接続さ
れ、冷媒が循環ポンプ４６を介して循環される。ラジエ
ータ４４はモータ駆動ファン４８により冷却される。ラ
ジエータ４４は凝縮器３５に冷媒を３０〜３５℃で供給
するように設計される。

【００１２】電動切換弁２８は膨張ガスを管路５０と５
２とに選択的に供給できるように第１、第２の位置で作
動する。管路５０は蓄熱型排熱回収蒸発器３０の入口に
接続され、その出口は排気パイプ５４に接続される。管
路５２は排気パイプ５４に連結される。蓄熱型排熱回収
蒸発器３０には温度センサ５６が設置されていて蒸発器
３０の動作温度を検出した出力を温度信号として制御装
置５８に供給する。蒸発器３０の蒸発管６０には圧力セ
ンサ６２が設けられ、第２作動流体の圧力を検出して圧
力信号を制御装置５８に出力する。このとき、制御回路
５８は第２膨張タービン３２の入口側に配置された調圧
弁６４を制御して第２作動流体を一定圧に制御する。制
御装置５８には温度や圧力等に関する基準データを入力
するための入力装置６６と、ピークパワーデマンド時に
指令信号を出力するためのアクセルペダル等のマニュア
ルオペレータ６８が接続される。制御装置５８は各種信
号に応答して燃料供給弁２４、点火プラグ２６、切換弁
２８および電磁クラッチ３６を後述の如く制御する。

【００１３】２次動力系１４の低沸点有機溶液は５〜２
５重量％のアンモニアと７５〜９５重量％メタノールか
らなり、好ましくは１２重量％のアンモニアを混合した
メタノールの混合溶液からなる。この混合溶液は−８５
℃の融点と約５０℃の沸点を有し、１７５℃、２１５
℃、２８０℃および３００℃でそれぞれ４０、１００、
５００および８００ｂａｒの高圧蒸気となる。このよう
に、この混合溶液は比較的低温のエネルギーで高圧とな
るため、排熱回収効率が高くなる。

【００１４】図２、３は図１の蓄熱型排熱回収蒸発器３
０の具体的構造例を示す。図２、３において、蒸発器３
０は円筒状ハウジング８０と、その内側に収納された断
熱材８２と、蒸発管８４と、蓄熱装置８６とを備える。
ハウジング８０は管路５０に接続されたインレット８４
ａと、排気パイプ５４に連結されたアウトレット８４ｂ
とを備え、第１膨張タービン２０の高温膨張ガスを後述
の如くインレット８４ａからアウトレット８４ｂ間に通
過させることにより蓄熱装置８６を例えば２８°〜２８
５℃の温度範囲に加熱する。蒸発管８４はインレット８
４ａと、温度センサ５６を有するアウトレット８４ｂ
と、コイル状チューブ８４ｃと、蓄熱装置８６の中央部
に延びる中央蒸発部８４ｄから構成され、コイル状チュ
ーブ８４ｃは蓄熱装置８６の外周と接触するように配置
され、中央蒸発部８４ｄは蓄熱装置８６内の蓄熱材８８
と接触するように構成される。蓄熱装置８６は円筒状ケ
ーシング８６ａと、その両端に固定されたエンドプレー
ト８６ｂ、８６ｃと、中心軸に対して同心的に配置され
た複数の高温ガス通路８６ｄとを備える。ケーシング８
６ａの内部には蓄熱材９０が充填される。蓄熱材９０は
固体のマグネシアに液体の硝酸ナトリウムなどの溶融塩
を混ぜたもので、蓄熱量は同サイズの水蓄熱材の６０倍
となる。また、蓄熱材９０はセラミックその他公知の蓄
熱量の大きな材料から構成しても良い。図２、３におい
て、コイル状チューブ８４ｃは円筒状ケーシング８６ａ
の外周に配置されているが、ケーシング８６ａの内部に
配置して蓄熱材９０と直接接触させても良い。

【００１５】図４〜図６には、第２膨張タービン３２の
好ましい１例が示されている。図４において、第２膨張
タービン３２は第２作動流体の圧力エネルギーを速度エ
ネルギーに変換する噴射ノズル１５２ａ、１５２ａ’と
排気ポート１５２ｂを有するタービンハウジング１５２
を備える。タービンハウジング１５２は円筒部材１５２
ｃと、フロントプレート１５２ｄおよびフレーム１５２
ｅを備える。円筒部材１５２ｃには軸方向に間隔をおい
て配置された固定円板からなるステータ１５３、１５４
が固定支持される。円筒部材１５２ｃの内側においてス
テータ１５３、１５４に対向して回転円板からなるター
ビンロータ１５５が回転可能に支持される。タービンロ
ータ１５５は出力軸３１に圧入されたハブ１５５ａと軸
流ファン１５５ｂを備える。ハブ１５５ａの両側にはス
リーブ１５７、１５８が配置され、スリーブ１５７はス
テータ１５４により固定支持され、スリーブ１５８は中
間プレート１５９により固定支持される。出力軸３１は
フロントプレート１５２ｄに支持されたベアリングＢ１
とフレーム１５２ｅに支持されたベアリングＢ２により
回転可能に支持される。中間プレート１５９はフレーム
１５２ｅとステータ１５３の間に固定支持され、排気ポ
ート１５２ｂに連通する連通口１５９ａ、１５９ｂを有
する。

【００１６】図５において、ステータ１５３はそのラジ
アル面において外周から中心部へ延びていて軸方向に開
口する第１段および第２段旋回ジェット流発生手段１５
３ａ、１５３ｂおよび連絡通路１５３ｃを備える。第１
段および第２段旋回ジェット流発生手段１５３ａ、１５
３ｂは同心的な環状通路からなり、第１段環状通路１５
３ａの入口側は噴射ノズル１５２ａに連通し、出口側は
連絡通路１５３ｃを介して第２段環状通路１５３ｂに連
通する。ステータ１５３は中央開口部１５３ｄを備え、
第２段環状通路１５３ｂは連絡通路１５３ｅを介して中
央開口部１５３ｄと連通する。ステータ１５３の背面に
はラジアル通路１５３ｈが形成されていて、中央開口部
１５３ｄと連通口１５９ａ、１５９ｂと連通される。

【００１７】図４において、ステータ１５４のラジアル
面はステータ１５３と同様に同心的に形成された第１段
および第２段環状通路１５４ａ、１５４ｂを有する。第
１段環状通路１５４ａは第２段環状通路１５４ｂと連通
し、第２段環状通路１５４ｂはステータ１５４の中央開
口部１５４ｄと連通する。ステータ１５４のジェット旋
回流方向はステータ１５３のジェット旋回流方向と同一
となるように第１段および第２段環状通路１５４ａ、１
５４ｂは形成される。

【００１８】図４、図６、図７において、タービンロー
タ１５５の両側のラジアル面には同心的な第１段および
第２段の環状案内溝１５５ｃ、１５５ｄを備える。第
１、第２環状案内溝１５５ｃ、１５５ｄにはそれぞれ周
方向に間隔を置いて第１段、および第２段の複数のター
ビン動翼１５５ｅ、１５５ｆが配列されている。第１段
および第２段のタービン動翼１５５ｅ、１５５ｆは互い
に対して位相がずれるように配列されており、このた
め、タービンロータ１５５はスムーズに回転する。図７
に示されるように、各タービン動翼１５５ｅはステータ
の環状通路を通過するジェット流Ａの流入角αに沿って
タービンロータ１５５のラジアル面から軸方向内側に伸
びている入口縁ｂ１と、流体が衝突するための曲面から
なる中間縁ｂ２と、中間縁からラジアル面に向ってジェ
ット流Ａと交差する方向に伸びる出口縁ｂ３から構成さ
れる。各タービン動翼１５５ｅの側面は案内溝１５５ｃ
によって囲まれているため、流体導入用のキャビティを
構成している。ジェット流Ａは環状通路の中で膨張して
入口縁ｂ１に沿ってタービン動翼のキャビティに流入
し、中間縁ｂ２に衝突した後、出口縁ｂ３からタービン
ロータ１５５のラジアル面の外側に飛び出してジェット
流Ａと合流する。このように、ジェット流Ａは第１、第
２環状通路１５３ａ、１５３ｂを高速で通過する間にタ
ービン動翼１５５ｅに次々に衝突してタービンロータ１
５５にＢ方向の大きな回転エネルギーを与える。

【００１９】図８、図９はそれぞれ図５、図６のステー
タおよびタービンロータの変形例を示し、類似部品につ
いては図５、図６の符号にシングルまたはダブルアポス
トロフィが付してある。図８の変形例において、ステー
タ１５３’の旋回ジェット流発生手段は円筒ケーシング
１５２ｃ’の渦巻形噴射ノズル１５２ａ’と中央開口部
１５３ｄ’に連通する第１、第２スパイラル旋回通路１
５３ａ’、１５３ａ”からなる。図９の変形例におい
て、タービンロータ１５５’はステータ１５３’のスパ
イラル旋回通路１５３ａ’、１５３ａ”と同一の軌道上
にそれぞれ形成された第１、第２スパイラル案内溝１５
５ｃ’、１５５ｃ”とこれらの中に配置されたタービン
動翼１５５ｅ’、１５５ｅ”を備える。タービン動翼１
５５ｅ’、１５５ｅ”は放射状に形成されたリブ状の形
状を有するが、図７に示されるような形状を備えても良
い。

【００２０】図８、図９において、噴射ノズル１５２
ａ’の蒸気噴流Ｃは第１、第２スパイラル旋回通路１５
３ａ’、１５３ａ”に流入してスパイラル旋回流Ｃ１、
Ｃ２を発生させる。このとき、スパイラル旋回通路１５
３ａ’、１５３ａ”の壁面は案内翼として機能し、スパ
イラル旋回流Ｄ１、Ｄ２の１部は遠心力によりスパイラ
ル旋回通路１５３ａ’、１５３ａ”の壁面により案内さ
れてタービンロータ１５５’のタービン動翼１５５
ｅ’、１５５ｅ”に周方向に衝突する。タービン動翼１
５５ｅ’、１５５ｅ”に衝突した旋回流は隣接した案内
溝１５５ｃ’、１５５ｃ”を経てスパイラル旋回通路１
５３ａ’、１５３ａ”の旋回流と混合もしくは合流す
る。このことが繰り返されて複数のタービン動翼１５５
ｅ’、１５５ｅ”に同時に旋回流が衝突するため、ター
ビンロータ１５５’は大きなトルクで回転される。な
お、タービン動翼１５５ｅ’、１５５ｅ”に衝突すると
きに旋回流はタービン動翼１５５ｅ’、１５５ｅ”に隣
接する案内溝１５５ｃ’、１５５ｃ”の側壁により拘束
されて、蒸気漏れがないため、速度エネルギーの損失が
少なくなり、タービンの流量当たりの出力・効率が飛躍
的に向上する。

【００２１】図１０において、制御装置５８は入力装置
６６に接続された入力インターフェース１７０とＲＡＭ
１７２、ＣＰＵ１７４、ＲＯＭ１７６、出力インターフ
ェース１７８、および比例制御器１８０を備える。入力
装置６６は温度Ｔ１、Ｔ２に相当する基準データと、圧
力設定値に相当する基準データを入力インターフェース
１７０を通じてＲＡＭ１７２に入力する。温度センサ５
６の温度信号と圧カセンサ６２の圧力信号は入力インタ
ーフェース１７０を介してＣＰＵ１７４に供給される。
出力インターフェース１７８にはリレーＲＬ１を駆動す
るためのトランジスタＴＲ１が接続され、リレーＲＬ１
は制御回路１８２の電源１８４に燃料供給弁２４、点火
プラグ２６および電磁クラッチ３６を間欠的に接続す
る。出力インターフェース１７８にはさらにリレーＲＬ
２を駆動するためのトランジスタＴＲ２が接続され、電
動切換弁２８を間欠的に駆動する。さらに、出力インタ
ーフェース１７８には比例積分形の制御器１８０が接続
されており、これは調圧弁６４を制御する。

【００２２】図１、図１０、図１１において、時間ｔ_０
において、ドライブ信号Ｄ１によりリレーＲＬ１がクロ
ーズされると、制御回路１８２により燃料供給弁２４、
点火プラグ２６、電磁クラッチ３６および電動切換弁２
８がオンにされ、１次動力系１２の高温排ガスが切換弁
２８を介して、蒸発器３０に供給され、蓄熱装置８４
（図２参照）をＴ０からＴ２まで加熱する。このとき、
蒸発器３０内の作動流体は５０℃以上にて気化されて高
圧蒸気が発生し、この高圧蒸気は調圧弁６４を経て膨張
タービン３２に供給され、タービン３２を駆動する。こ
のとき１次動力系１２と２次動力系１４が電磁クラッチ
３６により連結されているため、フライホイール３８は
第１、第２パワー出力を貯える。タービン３２の膨張蒸
気は凝縮器３５で凝縮液化され、有機溶液は昇圧ポンプ
３７で昇圧されて蒸発器３０で高圧蒸気に変換される。
時間ｔ_１において、蓄熱装置８４の温度がＴ２に達する
と、ＲＡＭ１７２に入力された基準温度値と温度センサ
５６からの温度信号の偏差値はゼロとなるため、ＣＰＵ
１７４はオフ指令信号を出力し、出力インターフェース
１７８を介してトランジスタＴＲ１をオフにする。この
とき、燃料供給弁２４、点火プラグ２６、電動切換弁２
８および電磁クラッチ３６はオフにされるため、オフ期
間中に燃料は消費されない。時間ｔ_１からｔ_２の期間中
に蒸発器３０は蓄熱材の蓄熱エネルギーにより有機溶液
を加熱蒸発させて高圧の作動流体をタービン３２に供給
するため、タービン３２は連続的に負荷４０を駆動す
る。時間ｔ_２において、蒸発器３０の蓄熱材の温度がＴ
１に達すると、出力インターフェース１７８からドライ
ブ信号Ｄ２が出力され、蓄熱材は再びＴ２まで加熱され
る。図１１において、時間ｔ_４、ｔ_５の期間において、
ドライブ信号Ｄ３が出力される。このように、１次動力
系１２は蒸発器３０の蓄熱材の温度を予め定められたＴ
１およびＴ２の範囲内になるように間欠運転される。圧
力センサ６２からの圧力検出値は入力インターフェース
１７０を介してＣＰＵ１７４に供給され、圧力偏差値が
プラスのときは制御器１８０を介して調圧弁６４の開度
を絞るように制御し、偏差値がマイナスのときは調圧弁
６４の開度を大きくする方向に操作する。このように、
調圧弁６４は温度Ｔ１およびＴ２の期間内において、第
２膨張タービン３２へ供給される高圧作動流体の圧力を
常に一定になるように調整する。つぎに、マニュアルオ
ペレータ６８が操作されてピークパワーデマンド時に指
令信号が入力インターフェース１７０に出力されると、
出力インターフェース１７８がトランジスタＴＲ１およ
びＴＲ２を介して燃料供給弁２４、点火プラグ２６、電
磁クラッチ３６および電動切換弁２８をオンにする。こ
のとき、１次動力系１２と２次動力系１４が同時に駆動
され、第１、第２パワー出力の合計出力によって負荷４
０は最大パワーで駆動される。この状態において、蒸発
器３０の蓄熱材が温度Ｔ２に達すると、出力インターフ
ェース１７８によりトランジスタＴＲ２がオフにされ、
電動切換弁２８は第２位置となって第１膨張タービン２
０の排ガスを排ガスパイプ５４を介して大気へ放出す
る。蓄熱材の温度がＴ１になると、トランジスタＴＲ２
がオンにされ、電動切換弁２８は第１位置となり、排ガ
スを蒸発器３０に供給し、再度蓄熱材を加熱する。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のハイブリ
ッドガスタービンエンジンおよび推進装置では第１およ
び第２動力系のうち第１動力系を間欠運転して第２動力
系を連続運転可能としたため、小型軽量、低コスト、低
騒音ならびに低燃費を実現可能とし、実用上の効果は大
きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるハイブリッドガスタービンエンジ
ンを組み込んだ高効率推進装置の系統図である。

【図２】図１の蓄熱型排熱回収蒸発器の１例を示す断面
図である。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。

【図４】図１の膨張タービンの断面図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ線の断面図である。

【図６】図４のＶＩ−ＶＩ線の断面図である。

【図７】図４のステータとタービンロータとの相対位置
を示す概略図である。

【図８】図５のステータの変形例を示す平面図である。

【図９】図６のタービンロータの変形例を示す平面図で
ある。

【図１０】図１の制御装置の内部構成を示すブロック図
である。

【図１１】図１の蒸発器の温度制御範囲とドライブ信号
との関係を示す図である。

【符号の説明】

１０推進装置３２第２膨張
タービン１２１次動力系３４減速機１４２次動力系３５凝縮器１６コンプレッサ３６電磁クラ
ッチ１８コンバスタ３７昇圧ポン
プ２０第１膨張タービン３８フライホ
イール２２燃料タンク４０負荷２４燃料供給弁４２管路２６点火プラグ４４ラジエー
タ２８電動切換弁４６循環ポン
プ３０蓄熱型排熱回収蒸発器４８電動冷却
ファン５６温度センサ１５２タービン
ハウジング５８制御装置１５３ステータ６０アウトレット１５４ステータ６２圧力センサ１５５タービン
ロータ６４調圧弁１７０入力イン
ターフェース６６入力装置１７２ＲＡＭ６８マニュアルオペレータ１７４ＣＰＯ８０ハウジング１７６ＲＯＭ８４蒸発管１７８出力イン
ターフェース８６蓄熱装置１８０制御器９０蓄熱材１８４電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０１Ｋ 25/10 Ｆ０１Ｋ 25/10 ＤＦ０３Ｇ 3/08 Ｆ０３Ｇ 3/08 ＤＦ２８Ｄ 17/00 Ｆ２８Ｄ 17/00 20/02 20/00 Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高温排ガスを放出する１次動力系と、ラン
キンサイクルからなる２次動力系と、１次動力系を間欠
運転する制御装置とを備え、２次動力系が１次動力系の
排熱を回収して低沸点有機溶液から高圧作動流体を生成
する蓄熱型排熱回収蒸発器を備え、制御装置が１次動力
系を間欠運転して畜熱型排熱回収蒸発器の作動温度を予
め定められた温度範囲に制御する制御手段を備えるハイ
ブリッドガスタービンエンジン。
【請求項２】請求項１において、さらに、２次動力系が
フライホイールとクラッチ手段とを備え、制御回路が１
次動力系の運転時にクラッチ手段を作動させて１次動力
系と２次動力系を連結し、回転エネルギーをフライホイ
ールに蓄積させるハイブリッドガスタービンエンジン。
【請求項３】請求項１または２において、さらに、１次
動力系の排ガスを蓄熱型排熱回収蒸発器に選択的に供給
するための切換弁手段を備えるハイブリッドガスタービ
ンエンジン。
【請求項４】請求項１または２において、蓄熱型排熱回
収蒸発器が蓄熱材を有する蓄熱装置と、蓄熱装置により
加熱されて有機溶液を蒸発させる蒸発管と、蓄熱装置を
加熱するための排ガスを接触させる通路手段とを備える
ハイブリッドガスタービンエンジン。
【請求項５】請求項３において、さらに、蓄熱型排熱回
収蒸発器の温度を検出して温度信号を出力するための温
度センサを備え、制御手段が温度信号に応答して１次動
力系を間欠的に運転制御するハイブリッドガスタービン
エンジン。
【請求項６】請求項５において、制御手段が温度信号に
応答して切換弁手段を作動させるハイブリッドガスター
ビンエンジン。
【請求項７】請求項１または２において、２次動力系が
膨張タービンを備え、膨張タービンが高圧作動流体を高
速ジェット流に変換するためのノズル手段と、ノズル手
段に連通するステータ手段と、ステータ手段に対向して
配置されたタービンロータとを備え、ステータ手段がラ
ジアル面に形成された旋回ジェット流発生手段を備え、
タービンロータがラジアル面に形成された複数のタービ
ン動翼を備え、タービン動翼が旋回ジェット流発生手段
に対面しているハイブリッドガスタービンエンジン。
【請求項８】請求項１または２において、有機溶液が５
〜２５重量％のアンモニアと、７５〜９５重量％のメタ
ノールとの混合溶媒からなるハイブリッドガスタービン
エンジン。
【請求項９】圧縮空気を生成するためのコンプレッサ
と、圧縮空気と燃料との燃焼生成物からなる第１作動流
体を生成するコンバスタと、第１作動流体を膨張させて
コンプレッサを駆動するための第１パワー出力を発生さ
せるとともに膨張ガスを排出する第１膨張タービンとを
備えた１次動力系と、膨張ガスの排熱を回収して低沸点
の有機溶液から第２作動流体を生成するとともに排ガス
を放出する蓄熱型排熱回収蒸発器と、第２作動流体を膨
張させて第２パワー出力を発生させるとともに膨張蒸気
を排出する第２膨張タービンと、第２膨張タービンに連
結されたフライホイールと、膨張蒸気を冷却して有機溶
液を生成する凝縮手段と、有機溶液を加圧下で蓄熱型排
熱回収蒸発器に給送するポンプ手段とからなる２次動力
系と、１次動力系と２次動力系との間に配置されたクラ
ッチ手段と、１次動力系を間欠運転して排ガスを蓄熱型
排熱回収蒸発器に間欠供給することにより、これを予め
定められた温度領域に制御する制御手段とを備え、制御
手段が１次動力系の運転時にクラッチを作動させて１次
動力系と２次動力系とを連結させて第１パワー出力の一
部をフライホイールに蓄積させるハイブリッドガスター
ビンエンジン。
【請求項１０】請求項９において、さらに、蓄熱型排熱
回収蒸発器の作動温度を検出して温度信号を出力する温
度センサと、第１膨張タービンの排気側と、蓄熱型排熱
回収蒸発器の入口側との間に配置された切換弁手段とを
備え、制御手段が温度信号に応答して切換弁手段を第１
および第２弁位置に切換えるハイブリッドガスタービン
エンジン。
【請求項１１】請求項１０において、さらに、ピークパ
ワーデマンド時に出力信号を制御手段に供給するマニュ
アルオペレータを備え、制御手段が出力信号の期間中１
次動力系を作動させると同時にクラッチ手段を連結して
２次動力系の出力側に第１および第２パワー出力の合計
エネルギーを伝達するハイブリッドガスタービンエンジ
ン。
【請求項１２】請求項９または１０において、有機溶液
が５〜２５重量％のアンモニアと、７５〜９５重量％の
メタノールとの混合溶媒からなるハイブリッドガスター
ビンエンジン。
【請求項１３】請求項９において、第２膨張タービンが
第２作動流体を高速流に変換するためのノズル手段と、
ノズル手段に連通するステータ手段と、ステータ手段に
対向して配置されたタービンロータとを備え、ステータ
手段がラジアル面に形成された旋回ジェット流発生手段
を備え、タービンロータがラジアル面に形成された複数
のタービン動翼を備え、タービン動翼が旋回ジェット流
発生手段に対面しているハイブリッドガスタービンエン
ジン。
【請求項１４】請求項９または１０において、蓄熱型排
熱回収蒸発器が内部に蓄熱材を収納した蓄熱装置と、ポ
ンプ手段に連通するインレットおよび第２膨張タービン
に連通するアウトレットを備えていて蓄熱装置により加
熱されて有機溶液を蒸発させる蒸発管と、蓄熱装置内に
形成されていて排ガスを通過させるための通路手段とを
備えるハイブリッドガスタービンエンジン。
【請求項１５】第１出力軸を有するブレイトンサイクル
からなり運転時に高温排ガスを排出しながら第１パワー
出力を発生する１次動力系と、第２出力軸を有するラン
キンサイクルからなり、膨張ガスを排出しながら第２パ
ワー出力を発生する２次動力系と、第１出力軸と第２出
力軸との間に配置されたクラッチ手段と、１次動力系を
間欠運転すると同時にクラッチ手段を連結する制御手段
とを備え、２次動力系が膨張ガスにより有機溶液を高圧
作動流体に変換するとともに排ガスを排出する蓄熱型排
熱回収蒸発器と、蒸発器の動作温度を検出して温度信号
を制御手段に出力する温度センサとを備え、制御手段が
温度信号に応答して１次動力系を間欠運転することによ
り蓄熱型排熱回収蒸発器を予め定められた温度領域に制
御する推進装置。
【請求項１６】請求項１５において、２次動力系が第２
出力軸に支持されたフライホイールを備え、フライホイ
ールが第１パワー出力の一部を蓄積する推進装置。
【請求項１７】請求項１５または１６において、２次動
力系がさらに高圧作動流体を膨張させて第２パワー出力
を発生させる膨張タービンと、膨張タービンの排気を凝
縮して有機溶液に変換する凝縮器と、有機溶液を加圧下
で蓄熱型排熱回収蒸発器に給送するポンプ手段とを備え
る推進装置。
【請求項１８】請求項１７において、膨張タービンが高
圧作動流体を高速流に変換するためのノズル手段と、ノ
ズル手段に連通するステータ手段と、ステータ手段に対
向して配置されたタービンロータとを備え、ステータ手
段がラジアル面に形成された旋回ジェット流発生手段を
備え、タービンロータがラジアル面に形成された複数の
タービン動翼を備え、タービン動翼が旋回ジェット流発
生手段に対面している推進装置。
【請求項１９】請求項１５において、有機溶液が５〜２
５重量％のアンモニアと、７５〜９５重量％のメタノー
ルとの混合溶媒からなる推進装置。