JP2001527618A

JP2001527618A - 強制パージウエーブロータ

Info

Publication number: JP2001527618A
Application number: JP54939598A
Authority: JP
Inventors: スナイダー，フィリップ・エイチ
Original assignee: アリスン・エンジン・カンパニー・インコーポレーテッド
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 2001-12-25
Also published as: CA2289447A1; EP0983429B1; US6351934B2; US5916125A; EP0983429A1; EP0983429A4; US20010015058A1; WO1998051913A1; AU7568998A; DE69840572D1

Abstract

(57)【要約】エンジンのトッピングサイクルを達成するためにウエーブロータ（１４）内で遷移ガス動的プロセスを使用するウエーブロータ装置（１４）及び方法。本発明の１つの形態においては、ウエーブロータは５個のポートを備えた装置である。最大圧力の出口ポート（１８）からの作動流体はコンプレッサ（１１）からの空気を導入する入口ポートに隣接してその前方に位置するポート（１９）へ送られる。本発明の好ましい実施の形態においては、ウエーブロータ装置（１４）の周辺に沿って位置する２つのポート列を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】強制パージウエーブロータ発明の背景本発明は一般にエンジンのトッピング(topping)サイクルを達成するために波ロータ即ちウエーブロータ内で遷移ガス動的プロセスを使用するウエーブロータ装置及び方法に関する。詳細には、本発明の１つの実施の形態において、トッピングサイクルに基づくウエーブロータの最大圧力部分内のガスの一部はコンプレッサからの空気を導入する入口ポートに隣接してこれに先行するポートへ送られる。本発明はガスタービンエンジンと一緒に使用するように開発されたが、この分野以外のある応用も可能である。ウエーブロータは一般に一般的な用語として用いられ、所望の流れプロセスを効率的に達成するために遷移内部流体流れを利用する種類の機械を言う。１９４０年代のウエーブロータは技術者や設計者により研究されてきており、ガスタービンエンジンに使用するのに特に適するものとして認識されている。ガスタービンエンジンの性能レベルはトッピングサイクルに基づくウエーブロータをエンジンと一体化することにより高められる。現在では、ガスタービンエンジンの比動力を改善し、比燃料消費を減少させるために多くの研究がなされている。これらの課題を達成する１つの試みはコンプレッサの圧力比（コンプレッサ出口圧力／コンプレッサ入口圧力）を増大させること及び（又は）燃焼器の温度を増大させることである。しかし、いくつかの制約が、顕著に増大したコンプレッサの圧力比及び（又は）燃焼器の温度を有する航空機のガスタービンエンジンの実現を阻んでいる。圧力比を増大させると、ガスの密度が増大し、一層小さな通路及びブレーディング(blading)がしばしば必要になる。一層小さな通路及びブレーディングを使用すると、表面積が増大し、摩擦損失により素子の効率が減少することがある。また、一層小さな通路及びブレーディングを使用すると、チップ間隙が比例的に大きくなるため、ブレードチップでの漏洩量の増大に伴う損失が発生する。それ故、圧力比の増大に起因するサイクル効率及び理論的な改善のすべて又は一部は素子の効率の減少により実現不能になることがある。航空機のガスタービンエンジンのための現在の材料上の制限及び冷却技術は顕著に増大した作動温度を得るのに不十分であり、従って、ガスタービン内での作動流体の顕著な温度上昇を阻んでいる。適当に設計されたウエーブロータは作動流体を圧縮及び膨張させることにより有用な仕事を引き出すために普通のガスタービンエンジンの主要な部分と同じような機能を果たすことができる。しかし、回転する翼を利用する普通のガスタービンエンジンとは異なり、ウエーブロータ内のエネルギの移送及び引き出しを行うと、不安定な遷移波及び流れプロセスが生じる。サイクルトッピングの役割に使用されるウエーブロータは大きな損失を伴わずにエンジンの圧力比を増大させることができる。同時に、現在の材料技術を使用しながら燃焼器の出口温度を増大させることができる。その理由は、ウエーブロータがその通路内で発生する自己冷却能力を有するからである。自己冷却能力はガス流の温度を交互に増減するためにウエーブロータの間欠的に晒される個々の通路壁を利用し、通路壁の熱容量が材料の平均温度を許容できるレベルに維持できるようにする。従来のウエーブロータ及び遷移ガス流を使用する方法は正しい方向における段階ではあるが、更なる改善の要求が依然として存在する。本発明は、新規で、自明でない態様でこの要求を満たす。発明の概要本発明の１つの実施の形態においては、コンプレッサ及びタービンを有するガスタービンエンジンとウエーブロータとの組み合わせが提供され、この組み合わせは、ガス流のための複数の貫通通路を有するロータと；複数の通路内に存在するガスを受け取るためにロータと流体連通した状態で位置した複数の順々の出口ポートであって、複数の出口ポートの１つが複数の出口ポートの残りのものよりも大きな圧力を有する第１の出口ポートを構成する複数の出口ポートと；複数の通路内へのガスの流入を許容するためにロータと流体連通した状態で位置した複数の順々の入口ポートであって、複数の入口ポートの１つがコンプレッサからガスを受け取るためのコンプレッサ入口ポートを構成する複数の入口ポートと；ガスをロータへ送給するために、第１の出口ポートとコンプレッサ入口ポートに隣接してこれの前方に位置する複数の入口ポートのうちの第２のポートとの間を連結する通路と；を有する。本発明の別の実施の形態においては、ガスタービンエンジンのサイクルをトッピングさせるためにウエーブロータを利用する方法が提供される。この方法は、作動流体を通過させるための複数の流体通路を備えた回転可能なロータを有するウエーブロータを提供する工程と；複数のウエーブロータ入口ポート及び複数のウエーブロータ出口ポートが流体を複数の流体通路を順次通過するようにロータを回転させる工程と；複数の流体通路のうちの少なくとも１つの流体通路内の作動流体の部分を複数の出口ポートのうちの少なくとも１つを介して排出させる排出工程であって、当該１つの出口ポートが複数の出口ポートに比べて最大の圧力を有する排出工程と；排出後に作動流体の当該部分の圧力を減少させる工程と；減圧後に作動流体の当該部分を複数の入口ポートのうちの１つへ導入する工程と；を有する。本発明の１つの形態の１つの目的はガスタービンエンジンのための改善されたウエーブロータを提供することである。本発明の関連する目的及び利点は以下の説明から明らかとなろう。図面の簡単な説明第１図は本発明の強制パージウエーブロータを結合したガスタービンエンジンの側立面図、第２図は第１図のガスタービンエンジン及び強制パージウエーブロータを概略的に示す図、第３図は第１図の一部である強制パージウエーブロータの斜視図、第４図は貫通流型式の強制パージウエーブロータのトッピングサイクルのための時間経過（ウエーブ）線図、第５図は逆流型式の強制パージウエーブロータのトッピングサイクルのための時間経過（ウエーブ）線図である。好ましい実施の形態の説明本発明の原理を促進し、理解する目的のために、図面に示す実施の形態を参照し、これを説明するために特定の用語を使用する。しかし、これにより本発明の要旨が限定されることを意図するものではないことを理解すべきであり、図示の装置に対する変形及び更なる修正、並びに、当業者なら、図示のような本発明の原理の更なる応用を普通に行えることを理解すべきである。第１図を参照すると、コンプレッサ１１と、タービン１２と、燃焼器／バーナ１３と、強制パージウエーブロータ１４とを有するガスタービンエンジン１０が示されている。３つの素子は航空機の飛行推進エンジンを形成するように一緒に一体化されている。これらの素子を一緒に結合できる多数の方法を実現することは重要である。タービン間に付加すべきコンプレッサと再加熱燃焼室との間を連結する内側クーラーと共に、付加的なコンプレッサ及びタービンを設けることができる。更に、ガスタービンエンジンは個々の応用に対して同等に使用するのに適する。歴史的には、ガス又は油伝達ライン、電気発生及び海上推進のためのポンプセットの如き産業的なガスタービンエンジンの幅広い応用がなされてきた。第２図を参照すると、結合されたウエーブロータ１４を備えたガスタービンエンジン１０が示されている。ウエーブロータ１４は衝撃波、膨張波及び高温作動流体から低温作動流体へのインターフェイスの使用によりエンジンの基本的なサイクル（従来のブレイトン(Brayton)ガスタービンサイクル）をトッピングさせるために周期的な遷移ガス動的プロセスを利用する。ガスタービンエンジンをトッピングさせるためには、燃焼プロセスの前の従来の圧縮の最後のステージに続く付加的な圧縮及び従来の膨張の最初のステージの前の付加的な膨張を行う。コンプレッサ１１はその中の作動流体流れを受け取るためのコンプレッサ入口ポート１５を有する。コンプレッサ１１はコンプレッサ入口ポート１５とコンプレッサ出口ポート１５ａとの間の作動流体の圧力を増大させるように伝統的な態様で作動する。好ましい実施の形態においては、作動流体がガスであることを理解すべきであり、最も好ましくは、作動流体は空気である。作動流体の圧力の増大は圧力比（コンプレッサ出口ポート１５ａでの圧力／コンプレッサ入口ポート１５での圧力）により表され、加圧された作動流体はダクトを介してウエーブロータの入口ポート１６へ送給される。第２のウエーブロータの入口ポート２０は燃焼器／バーナ１３からウエーブロータ１４への作動流体の導入のための経路を提供する。第３のウエーブロータの入口ポート１９は以下パージ入口ポートと呼び、ウエーブロータ入口ポート１６に隣接してこれの前方に位置する。ウエーブロータ入口ポート２０、１９、１６がウエーブロータのトッピングサイクルのための入口ポートシーケンス即ち順序を形成し、多重サイクルがウエーブロータ装置に使用できることを理解すべきである。好ましい実施の形態においては、ウエーブロータ装置の周辺に沿って位置する２つの入口ポートシーケンスが存在する。ウエーブロータ１４はウエーブロータからの作動流体の排出を容易にする一対のウエーブロータ出口ポート１７、１８を有する。第１のウエーブロータ出口ポート１７はウエーブロータパージ入口ポート１９とほぼ向き合って位置し、ダクトを通して作動流体をウエーブロータから流出させてタービンの入口ポート５０へ流入させることができる。第２のウエーブロータ出口ポート１８は作動流体がウエーブロータから出て、ダクトを介して燃焼器／バーナ１３及びウエーブロータパージ入口ポート１９に流入するのを許容する。出口ポート１８からの作動流体は燃焼器／バーナ１３とウエーブロータパージ入口ポート１９との間で分割される。それ故、装置のポート１９へ流れる流体があるので、ウエーブロータから燃焼器／バーナ１３への作動流体の質量流量は減少する。ウエーブロータ出口ポート１７、１８がウエーブロータのトッピングサイクルのための出口ポートシーケンスを形成し、多重サイクルがウエーブロータ装置に使用できることを理解すべきである。好ましい実施の形態においては、ウエーブロータ装置の周辺に沿って位置する２つの出口ポートシーケンスが存在する。入口ポートシーケンス及び出口ポートシーケンスは回転可能なロータと組合わさって、トッピングサイクルを形成する。更に、出口ポート１８から燃焼器／バーナ１３及びパージ入口ポート１９への作動流体の送りでは、流体の圧力及び速度を増大させ、ウエーブロータからタービンへの高温作動流体を一層完全にパージし、送給するために、作動流体のエネルギを利用する。本発明の１つの形態においては、出口ポート１８から出てパージ入口ポート１９へ送られる作動流体の部分はある圧力とされねばならず、出口ポート１８において存在する状態以下の温度にするとよい。出口ポート１８から出たこの作動流体の圧力を減少させる１つの方法は摩擦損失を生じさせるようにオリフィス又はダクトを通して作動流体を流通させることである。作動流体の温度減少は普通の中間冷却により達成できる。更に、本発明の１つの形態では、パージ入口ポート１９へ流入する作動流体の圧力及び温度を減少させるためにガス駆動タービン装置１００を利用する。第３図には、ウエーブロータ装置２１の１つの実施の形態を示す。ウエーブロータ装置２１は好ましくは、端板２８、２９に形成された複数の入口ポート１６、１９、２０及び出口ポート１７、１８が複数の流体通路２３を通過するように中心線Ｘのまわりで回転できる円筒状のロータ４０を有する。端板はウエーブロータ２１と第２図に示すような他のエンジン素子との間で静止のダクト通路に結合される。複数の流体通路２３はウエーブロータ装置２１の周辺のまわりに位置する。１つの実施の形態においては、ロータ４０の回転が当業者の誰もが考慮できる範囲内での普通の回転装置により達成されることを理解すべきである。ガス駆動タービン１００はまたウエーブロータ４０の回転を生じさせる回転手段として使用できる。更に、別の実施の形態においては、ロータは自己回転式のフリーホイール構成のものであり、フリーホイールは独立の駆動手段でないことを示す。この型式の回転手段はこれに制限されることを意図するものではなく、当業者の誰もが考慮できる範囲内でのロータ４０を回転させるための他の手段を含む。本発明の１つの形態では、毎分約１，０００ないし５０，０００回転の範囲内の回転速度を利用し、一層好ましくは毎分約１７，０００回転とする。回転する通路２３内の遷移ガス動的プロセスは、それぞれの入口及び出口位置において存在する環境状態に対して複数の通路２３の端部を急激に晒し、閉じることにより設定される。遷移プロセスが複数の各通路２３内で周期的に行われるので、遷移ガス動的プロセスはウエーブロータ１４と一緒に使用される定常流装置と両立できるように設計され、複数の隣接する通路２３の使用が隣接する通路内での時間差位相で同一の遷移プロセスを生じさせることを可能にする。ウエーブロータ４０は一対の軸受（図示ぜず）上で回転できるシャフト２２に固定的に結合される。本発明の１つの形態においては、ウエーブロータ４０は中心線Ｘのまわりで矢印Ｚの方向に回転する。方向Ｚはガスタービンエンジンのロータの回転方向と同方向又は反対方向とすることができる。複数の円周方向で離間した通路２３は中心線Ｘに平行なウエーブロータ装置２１の長さに沿って延び、外壁部材２５と内壁部材２６との間に形成される。複数の通路２３は周辺環状体２４として配列され、隣接する通路は各通路内の流体流れを隔離するように外壁部材２５と内壁部材２６との間を連結する共通の壁部材４１を共有する。一対のウエーブロータ端板２８、２９はロータ４０に極めて近接して固定状態で位置し、ロータ４０が中心線Ｘのまわりで回転するときに、複数の通路２３に対して出入りする作動流体の通過を制御する。ウエーブロータ端板２８、２９は複数の通路２３からの流体の漏洩を阻止するようにロータ４０に対してシール関係にて位置する。本発明の１つの形態においては、シール効果を有効に増大させるために付加的な補助のシール（図示せず）を設ける。ラビリンスグランド（パッキン押え）や摺動シール（これらに限定されない）の如き型式のシールを使用できる。しかし、ウエーブロータへのシールの適用は当業者にとって既知である。ウエーブロータ端板２９は入口端板であり、複数の円周方向で離間したウエーブロータ入口ポートを有する。好ましい実施の形態においては、一対の入口ポート列２０、１９、１６が端板に貫通形成される。反対側の他方のウエーブロータ端板２８は貫通形成された複数のウエーブロータ出口ポート１７、１８を有する出口端板である。好ましい実施の形態においては、一対の出口ポート列１７、１８が端板に貫通形成される。本発明の１つの形態においては、ウエーブロータ出口ポート１８からパージ入口ポート１９への作動流体移送ダクトはウエーブロータ装置２１と一体になっており、ロータ４０の中心、一層詳しくはシャフト２２の中心を通る。本発明の別の形態においては、移送ダクトはウエーブロータ４０の外部に位置する。入口及び出口ポートのそれぞれの位置及び寸法は第４、５図に関連して説明するガス特性により決定される。第４図には、本発明の強制パージウエーブロータの限定的な特徴を強調する、貫通流型式のパージウエーブロータのトッピングサイクルのためのウエーブ線図を示す。上述の説明から、ロータ４０の回転時に、複数の各通路２３が順々に入口及び出口ポートと整合せしめられ、作動流体の典型的なチャージの経路がそれぞれの通路２３に沿っていることが分かる。説明の目的のための貫通流型式のパージウエーブロータのトッピングサイクルは任意の時点で開始することができる。比較的高温で高圧の作動流体はバーナ／燃焼器１３から入口ポート２０を通して通路２３内へ導入される。好ましくは、作動流体は提供された作動流体を加熱する機能を果たす普通の構成のバーナ／燃焼器１３から提供される。更に、ウエーブロータ１４内でのウエーブ即ち波の速度は音速又はそれ以上であり、作動流体の速度は亜音速ないし近音速である。領域Ｆ内の比較的低温で低圧の作動流体は衝撃波１００、１０６により圧縮され、出口ポート１８を介してウエーブロータから強制排出される。領域Ａ内の作動流体は、通路２３が出口ポート１８と整合している間にその出口ポートを通して流出することができる。出口ポート１８を出た作動流体は任意の出口ポートのうちの最大圧力を有する。出口ポート１８から出たとき、領域Ａからの作動流体は燃焼器／バーナ１３とパージ入口ポート１９との間で分割される。破線１０５は高温作動流体領域Ｂと領域Ａ内の低温作動流体との間の高温作動流体から低温作動流体へのインターフェイスを表す。ロータ４０の回転が通路２３を入口ポート２０と整合させ、バーナ／燃焼器１３からの高圧高温作動流体の導入を許容する。通路２３及び出口ポート１８内の圧力及び温度状態が、通路２３と出口１８との整合時に領域Ａ内の低温作動流体の流出を可能にする。衝撃波１００は入口ポート２０の先端縁２０ａから出て、通路２３を通って横断し、反対側の端板２８に至り、出口ポート１８の先端縁１８ａを画定する。第２の衝撃波１０６は出口ポート１８の先端縁１８ａで設定され、通路２３を下って逆流し、高温作動流体領域Ｂ及び低温作動流体領域Ａ内の作動流体の圧力を上昇させる。第２の衝撃波１０６は通路２３を通り続け、端板２９に至り、入口ポート２０の後端縁２０ｂを画定する。ロータ４０の回転が続行すると、入口ポート２０が閉じられ、複数の膨張波（図示の目的で３つのみを示す）１０２ｉ、１０２ｊ、１０２ｋが入口ポート２０の後端縁２０ｂにおいて発生し、複数の膨張波は通路２３を通って横断し、端板２８に至る。複数の膨張波１０２ｉ、１０２ｊ、１０２ｋはすべて入口ポート２０の後端縁２０ｂから同時に出発し、通路２３を通り、出口ポート１８の後端縁１８ｂの位置を画定する。後端縁１８ｂでの高温作動流体／低温作動流体インターフェイス１０５の同時の到着が更に、出口ポート１８の後端緑１８ｂの位置を画定する。本発明の別の形態においては、出口ポート１９は最初は閉じており、表面１５０に沿っての低温作動流体の流通を許容する。低温作動流体の流通はこれらの構造体の冷却を補助する。通路２３内の領域Ｃは実質的に静止状態の作動流体を含む。ロータ４０の回転が続行すると、通路２３が出口ポート１７と整合する。複数の強力な膨張波（図示の目的で３つのみを示す）１０３ｉ、１０３ｊ、１０３ｋが出口ポート１７の先端縁１７ａから通路２３を通って反対側の端板２９まで延びる。複数の膨張波１０３ｉ、１０３ｊ、１０３ｋのための接触場所はパージ入口ポート１９の先端縁１９ａのための適当な位置の範囲を画定する。先端縁１９ａの位置及びこれに関連する圧力は衝撃波が領域Ｄを通ってこの地点から出現するか否かを決定する。本発明の１つの形態においては、膨張波１０３ｉ、１０３ｊ、１０３ｋの反射が端板２９において生じ、反射した波は領域Ｄ内で通路を通って横断する。先端縁１９ａにおける圧力は膨張波１０３ｉ、１０３ｊ、１０３ｋの到着により減少される圧力の度合いに依存する。本発明の１つの形態においては、通路２３がパージ入口ポート１９と整合しているときに、（先端縁１９ａから出て地点１１１へ向かう）衝撃波は通路２３を通って横断し、領域Ｄ内の反射した膨張波１０３ｉ、１０３ｊ、１０３ｋにより少なくとも部分的に相殺される。本発明の別の形態においては、先端縁１９ａにおける圧力はこの地点からの衝撃波の発生を許容するような値に減少されない。波１０２、１０３により達成される膨張は、流れがポート２０から入った後に生じる作業交換(work exchange) と一緒に、出口ポート１７から出る作動流体の温度を減少させる。高温作動流体から低温作動流体へのインターフェイスは破線１１０により表され、作動流体を高温作動流体領域Ｄと冷却作動流体領域Ｅとに分離する。パージ作動流体はパージ入口ポート１９から導入され、パージ入口ポート１９の閉鎖時には、複数の膨張波（図示の目的で４つのみを示す）１０４ｉ、１０４ｊ、１０４ｋ、１０４１がポートの後端縁１９ｂから出現する。複数の膨張波１０４ｉ、１０４ｊ、１０４ｋ、１０４１は通路２３を通って横断し、高温作動流体／低温作動流体インターフェイスが地点１７ｂに到達するまで、領域Ｄ内の高温作動流体は通路から追い出される。更に、出口ポート１７の後端縁１７ｂの位置は、膨張波１０４及びインターフェイス１１０の双方が端板２８と接触する場所により画定される。本発明の代わりの形態においては、表面１５１の冷却は出口ポート１７の閉鎖を遅らせることにより達成される。ロータ４０の続行する回転により出口ポート１７が閉じると、衝撃波１１２が通路２３を通って横断し、領域Ｅから出て領域Ｆ内へ移動する作動流体を圧縮する。更に、衝撃波１１２が端板２９と接触する位置は入口ポートの後端縁１６ｂを画定する。上述の波及びガスインターフェイスの運動のシーケンス即ち順序は、これらの順序を設定する上述のポート位置と共働して、ポート２０から進入して燃焼器／バーナ１３を通過するガスを最終的にポート１７内へ実質上追い出す。ポート１９を省略した従来の装置はポート２０から進入するガスの大半の部分をポート１７を介して追い出さずに領域Ｆ内へ移動できるようにしていた。このガスは上述の自己冷却特性を部分的に損失させ、燃焼器１３への循環流れとしてこの高温流体を含むようにポート１８から追い出されていた。本発明においては、燃焼器／バーナ１３とウエーブロータ１４との間での作動流体の循環を実質的に排除することにより、出口ポート１８での温度を減少させる。本発明の代わりの形態においては、ポート状態のある変更により、地点１７ｂでの高温又は低温流体の接触１１０の到達を遅らせることができ、燃焼器／バーナ１３へ戻る作動流体の循環を生じさせる。これは作動を向上させるために使用することができるが、作動流体の循環度合いは移送ダクト又はバーナ入口における高温作動流体により生じる制限を回避するようにポート１９の流れを介して制御できる。第５図には、第４図のウエーブ線図と実質上同様の逆流型式のパージウエーブロータのトッピングサイクルのためのウエーブ線図を示す。逆流型式のパージウエーブロータ装置は上述した貫通流型式のパージウエーブロータと実質上同様である。ウエーブロータ装置に対する変更は、バーナ２０から端板２８への入口ポートの再位置決め、並びに、端板２９に対するパージ及びバーナ／燃焼器への出口ポート１８の再位置決めを含む。残りのポート１９、１６、１７は貫通流型式の強制パージウエーブロータと同じ相対位置に維持される。逆流型式のパージウエーブロータのトッピングサイクルのための通路２３を通る波及び作動流体流の説明は第４図により提供されたものと実質上同様である。図面及び前述の説明において本発明を詳細に図示し、説明したが、これらは単なる例示であって、限定を意図するものではなく、好ましい実施の形態を図示し、説明したこと、並びに、本発明の要旨内でのすべての変更及び修正を保護すべきであることを理解すべきである。

【手続補正書】特許法第１８４条の４第４項【提出日】平成１０年１２月２１日（１９９８．１２．２１）【補正内容】請求の範囲１．組み合わせにおいて、コンプレッサ、タービン及び燃焼器を有するガスタービンエンジンと；ウエーブロータと；を有し、上記ウエーブロータが、ガス流のための複数の貫通通路を有するロータ；上記複数の通路から出るガスを受け取るために上記ロータと流体連通するように位置した複数の順々の出口ポートであって、当該複数の出口ポートの１つが同複数の出口ポートの残りのポートよりも大きな圧力を有する第１の出口ポートを構成し、当該複数の出口ポートの別の出口ポートがタービンへのポートを画定するようになった複数の出口ポート；上記複数の通路内へのガスの流入を許容するために上記ロータと流体連通するように位置した複数の順々の入口ポートであって、当該複数の入口ポートの１つが上記コンプレッサからガスを受け取るためのコンプレッサ入口ポートを構成するようになった複数の入口ポート；及び上記第１の出口ポートと、上記コンプレッサ入口ポートに隣接してその前方に位置する、上記複数の入口ポートのうちの第２の入口ポートとの間で上記燃焼器へガスを再導入することなく、ガスを上記ロータへ送給するために、当該第１の出口ポートと上記第２の入口ポートとの間で結合された通路であって、当該複数の入口ポートのうちの当該第２の入口ポートの少なくとも一部が上記タービンへのポートに対向しこれと整合して位置するようになった通路；を有することを特徴とする組み合わせ。２．ガスタービンエンジンのサイクルをトッピングさせるためにウエーブロータを利用する方法において、作動流体を通過させるための複数の流体通路を備えた回転可能なロータを有するウエーブロータを提供する工程と；複数のウエーブロータ入口ポート及び複数のウエーブロータ出口ポートが上記複数の流体通路を順々に通過するように上記ロータを回転させる回転工程と；上記複数の流体通路のうちの少なくとも１つの通路内の作動流体の部分を、上記複数の出口ポートのうちの最大圧力を有する１つの出口ポートを通して排出させる排出工程と；排出後に作動流体の当該部分の圧力を減少させる工程と；減圧後に作動流体の当該部分を上記複数の入口ポートのうちの１つの入口ポート内へ導入する導入工程と；を有することを特徴とする方法。３．ガスタービンエンジンのサイクルをトッピングさせるためにウエーブロータを利用する方法において、作動流体を通過させるための複数の流体通路を備えた回転可能なロータを有するウエーブロータを提供する提供工程であって、上記ウエーブロータが当該ウエーブロータからの流体の排出を許容する複数の出口ポートと該ウエーブロータへの流体の流入を許容する複数の入口ポートとを有し、上記出口ポートがタービンへのポートとパージ及びバーナへのポートとを有し、上記複数の入口ポートがバーナからのポートと、パージ入口ポートと、コンプレッサからのポートとを有するような提供工程；上記複数のウエーブロータポートが上記複数の流体通路を順々に通過するように上記ロータを回転させる工程；及び上記複数の流体通路内の作動流体の実質的な部分を上記タービンへのポート内へ強制流入させるように上記複数の出口ポートのうちの１つからの作動流体の部分を上記パージ入口ポート内へ導入する工程；を有することを特徴とする方法。４．ガスタービンエンジンのサイクルをトッピングさせるためにウエーブロータを利用する方法において、作動流体を通過させるための複数の流体通路を備えた回転可能なロータを有するウエーブロータを提供する提供工程と；複数のウエーブロータ入口ポート及び複数のウエーブロータ出口ポートが上記複数の流体通路を順々に通過するように上記ロータを回転させる工程と；上記複数の流体通路のうちの少なくとも１つの通路内の作動流体の少なくとも一部を、上記複数の出口ポートのうちの最大圧力を有する１つの出口ポートを通して排出させる工程と；作動流体の少なくとも一部を作動流体第１部分と作動流体第２部分とに分割する工程と；上記複数の通路の少なくとも１つが上記複数の出口ポートと流体連通している間に上記作動流体第１部分を上記複数の入口ポートの１つ内へ導入する導入工程と；を有することを特徴とする方法。５．請求の範囲第１項に記載の組み合わせにおいて、一対の端板を更に有し、上記複数のポートが上記一対の端板により画定され、当該複数のポートが上記複数の通路を通過するように当該一対の端板間で上記ロータを回転させる手段を更に有することを特徴とする組み合わせ。６．請求の範囲第５項に記載の組み合わせにおいて、上記複数の出口ポートが上記タービンへのポート及び上記第１の出口ポートを含む第１の列を画定し、上記複数の入口ポートがバーナからのポート、当該複数の入口ポートの上記第２の入口ポート及び上記コンプレッサ入口ポートを含む第２の列を画定することを特徴とする組み合わせ。７．請求の範囲第６項に記載の組み合わせにおいて、上記複数の入口ポートの上記第２の入口ポートへ入るガスが上記第１の出口ポートでの圧力以下に減少された圧力を有していることを特徴とする組み合わせ。８．請求の範囲第７項に記載の組み合わせにおいて、上記複数の入口ポートの上記第２の入口ポートへ入るガスが上記第１の出口ポートでの温度以下に減少された温度を有していることを特徴とする組み合わせ。９．請求の範囲第７項に記載の組み合わせにおいて、上記の圧力減少が摩擦損失により達成され、上記の温度減少が中間冷却により達成されることを特徴とする組み合わせ。１０．請求の範囲第６項に記載の組み合わせにおいて、上記複数の入口ポートの上記第２の入口ポートへ入るガスが、当該複数の入口ポートの当該第２の入口ポート内へ流入するガスの圧力及び温度を減少させるために仕事引き出しを提供するガス駆動タービン装置を通過してしまっていることを特徴とする組み合わせ。１１．請求の範囲第１項に記載の組み合わせにおいて、上記通路を通って上記複数の入口ポートの上記第２の入口ポートへ送給されるガスが一層完全にパージされ、ガスを上記タービンへのポートへ送給することを特徴とする組み合わせ。１２．請求の範囲第１１項に記載の組み合わせにおいて、上記複数の通路内のガスの速度が亜音速であり、上記ガス内の波の速度が少なくとも音速であることを特徴とする組み合わせ。１３．請求の範囲第１項に記載の組み合わせにおいて、上記通路が上記ウエーブロータと一体化していることを特徴とする組み台わせ。１４．請求の範囲第１項に記載の組み合わせにおいて、一対の端板を更に有し、上記ロータが上記一対の端板間で回転し；上記複数の出口ポートが上記タービンへのポート及び上記第１の出口ポートを含む第１の列を画定し、上記複数の入口ポートがバーナからのポート、当該複数の入口ポートの上記第２の入口ポート及び上記コンプレッサ入口ポートを含む第２の列を画定し；上記複数の入口ポートの上記第２の入口ポートへ入るガスが上記第１の出口ポートでの圧力以下に減少された圧力を有しており；上記通路を通って上記複数の入口ポートの上記第２の入口ポートへ送給されるガスが一層完全にパージされ、ガスを上記タービンへのポートへ送給し；上記複数の通路内のガスの速度が亜音速であり、上記ガス内の波の速度が少なくとも音速である；ことを特徴とする組み合わせ。１５．請求の範囲第１４項に記載の組み合わせにおいて、一対の上記第１の列を上記ウエーブロータの周辺に沿って配置し、一対の上記第２の列を当該ウエーブロータの周辺に沿って配置したことを特徴とする組み合わせ。１６．請求の範囲第２項に記載の方法において、上記排出工程後に作動流体の上記部分の温度を減少させる工程を更に有することを特徴とする方法。１７．請求の範囲第２項に記載の方法において、上記回転工程が毎分約１７，０００回転で行われることを特徴とする方法。１８．請求の範囲第２項に記載の方法において、上記導入工程が、上記複数の流体通路の上記１つが上記複数の出口ポートの１つと実質上整合している間に行われることを特徴とする方法。１９．請求の範囲第２項に記載の方法において、上記排出工程後の作動流体の部分を第１の部分と第２の部分とに分割する工程を更に有し、上記部分の一方が上記導入工程時に上記複数の入口ポートの１つ内へ導入されることを特徴とする方法。２０．請求の範囲第３項に記載の方法において、上記導入工程後に、上記複数の通路の１つ内のガスを上記ロータから強制排出させる工程を更に有することを特徴とする方法。２１．請求の範囲第２項に記載の方法において、上記ポートで存在する環境状態に対して上記流体通路の端部を急激に晒し、次いで閉じる工程を更に有することを特徴とする方法。２２．請求の範囲第４項に記載の方法において、上記提供工程がコンプレッサ入口ポートとパージ入口ポートとバーナからの入口ポートとを有するウエーブロータを提供し、上記パージ入口ポートが上記コンプレッサ入口ポートに隣接してそれに続いてその前方に位置し、上記複数の入口ポートの上記１つが当該パージ入口ポートにより画定されることを特徴とする方法。２３．請求の範囲第４項に記載の方法において、上記導入工程の前に上記作動流体第１部分の圧力を減少させる工程を更に有することを特徴とする方法。２４．請求の範囲第２２項に記載の方法において、上記導入工程が上記流体通路内の高温ガスの実質的な部分を通路から上記タービンへ強制送給する工程を有することを特徴とする方法。２５．請求の範囲第２４項に記載の方法において、上記提供工程が互いに隣接する複数の流体通路を提供し、上記通路内で生じる遷移プロセスが隣接する通路に関して時間差位相関係にあることを特徴とする方法。【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１１年５月１４日（１９９９．５．１４）【補正内容】請求の範囲１．組み合わせにおいて、コンプレッサ、タービン及び燃焼器を有するガスタービンエンジンと；ウェーブロータと；を有し、上記ウエーブロータが、ガス流のための複数の貫通通路を有するロータ；上記複数の通路から出るガスを受け取るために上記ロータと流体連通するように位置した複数の順々の出口ポートであって、当該複数の出口ポートの１つが同複数の出口ポートの残りのポートよりも大きな圧力を有する第１の出口ポートを構成し、当該複数の出口ポートの別の出口ポートがタービンへのポートを画定するようになった複数の出口ポート；上記複数の通路内へのガスの流入を許容するために上記ロータと流体連通するように位置した複数の順々の入口ポートであって、当該複数の入口ポートの１つが上記コンプレッサからガスを受け取るためのコンプレッサ入口ポートを構成するようになった複数の入口ポート；及び上記第１の出口ポートと、上記コンプレッサ入口ポートに隣接してその前方に位置する、上記複数の入口ポートのうちの第２の入口ポートとの間で上記燃焼器へガスを再導入することなく、ガスを上記ロータへ送給するために、当該第１の出口ポートと上記第２の入口ポートとの間で結合された通路であって、当該複数の入口ポートのうちの当該第２の入口ポートの少なくとも一部が上記タービンへのポートに対向しこれと整合して位置するようになった通路；を有することを特徴とする組み合わせ。２．ガスタービンエンジンのサイクルをトッピングさせるためにウエーブロータを利用する方法において、作動流体を通過させるための複数の流体通路を備えた回転可能なロータを有するウエーブロータを提供する工程と；複数のウエーブロータ入口ポート及び複数のウエーブロータ出口ポートが上記複数の流体通路を順々に通過するように上記ロータを回転させる回転工程と；上記複数の流体通路のうちの少なくとも１つの通路内の作動流体の部分を、上記複数の出口ポートのうちの最大圧力を有する１つの出口ポートを通して排出させる排出工程と；排出後に作動流体の当該部分の圧力を減少させる工程と；減圧後に作動流体の当該部分を上記複数の入口ポートのうちの１つの入口ポート内へ導入する導入工程と；を有することを特徴とする方法。３．ガスタービンエンジンのサイクルをトッピングさせるためにウエーブロータを利用する方法において、作動流体を通過させるための複数の流体通路を備えた回転可能なロータを有するウエーブロータを提供する提供工程であって、上記ウエーブロータが当該ウエーブロータからの流体の排出を許容する複数の出口ポートと該ウエーブロータへの流体の流入を許容する複数の入口ポートとを有し、上記出口ポートがタービンへのポートとパージ及びバーナへのポートとを有し、上記複数の入口ポートがバーナからのポートと、パージ入口ポートと、コンプレッサからのポートとを有するような提供工程；上記複数のウエーブロータポートが上記複数の流体通路を順々に通過するように上記ロータを回転させる工程；及び上記複数の流体通路内の作動流体の実質的な部分を上記タービンへのポート内へ強制流入させるように上記複数の出口ポートのうちの１つからの作動流体の部分を上記パージ入口ポート内へ導入する工程；を有することを特徴とする方法。４．ガスタービンエンジンのサイクルをトッピングさせるためにウエーブロータを利用する方法において、作動流体を通過させるための複数の流体通路を備えた回転可能なロータを有するウエーブロータを提供する提供工程と；複数のウエーブロータ入口ポート及び複数のウエーブロータ出口ポートが上記複数の流体通路を順々に通過するように上記ロータを回転させる工程と；上記複数の流体通路のうちの少なくとも１つの通路内の作動流体の少なくとも一部を、上記複数の出口ポートのうちの最大圧力を有する１つの出口ポートを通して排出させる工程と；作動流体の少なくとも一部を作動流体第１部分と作動流体第２部分とに分割する工程と；上記複数の通路の少なくとも１つが上記複数の出口ポートと流体連通している間に上記作動流体第１部分を上記複数の入口ポートの１つ内へ導入する導入工程と；を有することを特徴とする方法。５．請求の範囲第１項に記載の組み合わせにおいて、一対の端板を更に有し、上記複数のポートが上記一対の端板により画定され、当該複数のポートが上記複数の通路を通過するように当該一対の端板間で上記ロータを回転させる手段を更に有することを特徴とする組み合わせ。６．請求の範囲第５項に記載の組み合わせにおいて、上記複数の出口ポートが上記タービンへのポート及び上記第１の出口ポートを含む第１の列を画定し、上記複数の入口ポートがバーナからのポート、当該複数の入口ポートの上記第２の入口ポート及び上記コンプレッサ入口ポートを含む第２の列を画定することを特徴とする組み合わせ。７．請求の範囲第６項に記載の組み合わせにおいて、上記複数の入口ポートの上記第２の入口ポートへ入るガスが上記第１の出口ポートでの圧力以下に減少された圧力を有していることを特徴とする組み合わせ。８．請求の範囲第７項に記載の組み合わせにおいて、上記複数の入口ポートの上記第２の入口ポートへ入るガスが上記第１の出口ポートでの温度以下に減少された温度を有していることを特徴とする組み合わせ。９．請求の範囲第７項に記載の組み合わせにおいて、上記の圧力減少が摩擦損失により達成され、上記の温度減少が中間冷却により達成されることを特徴とする組み合わせ。１０．請求の範囲第６項に記載の組み合わせにおいて、上記複数の入口ポートの上記第２の入口ポートへ入るガスが、当該複数の入口ポートの当該第２の入口ポート内へ流入するガスの圧力及び温度を減少させるために仕事引き出しを提供するガス駆動タービン装置を通過してしまっていることを特徴とする組み合わせ。１１．請求の範囲第１項に記載の組み合わせにおいて、上記通路を通って上記複数の入口ポートの上記第２の入口ポートへ送給されるガスが一層完全にパージされ、ガスを上記タービンへのポートへ送給することを特徴とする組み合わせ。１２．請求の範囲第１１項に記載の組み合わせにおいて、上記複数の通路内のガスの速度が亜音速であり、上記ガス内の波の速度が少なくとも音速であることを特徴とする組み合わせ。１３．請求の範囲第１項に記載の組み合わせにおいて、上記通路が上記ウエーブロータと一体化していることを特徴とする組み合わせ。１４．請求の範囲第１項に記載の組み合わせにおいて、一対の端板を更に有し、上記ロータが上記一対の端板間で回転し；上記複数の出口ポートが上記タービンへのポート及び上記第１の出口ポートを含む第１の列を画定し、上記複数の入口ポートがバーナからのポート、当該複数の入口ポートの上記第２の入口ポート及び上記コンプレッサ入口ポートを含む第２の列を画定し；上記複数の入口ポートの上記第２の入口ポートへ入るガスが上記第１の出口ポートでの圧力以下に減少された圧力を有しており；上記通路を通って上記複数の入口ポートの上記第２の入口ポートへ送給されるガスが一層完全にパージされ、ガスを上記タービンへのポートへ送給し；上記複数の通路内のガスの速度が亜音速であり、上記ガス内の波の速度が少なくとも音速である；ことを特徴とする組み合わせ。１５．請求の範囲第１４項に記載の組み合わせにおいて、一対の上記第１の列を上記ウエーブロータの周辺に沿って配置し、一対の上記第２の列を当該ウエーブロータの周辺に沿って配置したことを特徴とする組み合わせ。１６．請求の範囲第２項に記載の方法において、上記排出工程後に作動流体の上記部分の温度を減少させる工程を更に有することを特徴とする方法。１７．請求の範囲第２項に記載の方法において、上記回転工程が毎分約１７，０００回転で行われることを特徴とする方法。１８．請求の範囲第２項に記載の方法において、上記導入工程が、上記複数の流体通路の上記１つが上記複数の出口ポートの１つと実質上整合している間に行われることを特徴とする方法。１９．請求の範囲第２項に記載の方法において、上記排出工程後の作動流体の部分を第１の部分と第２の部分とに分割する工程を更に有し、上記部分の一方が上記導入工程時に上記複数の入口ポートの１つ内へ導入されることを特徴とする方法。２０．請求の範囲第３項に記載の方法において、上記導入工程後に、上記複数の通路の１つ内のガスを上記ロータから強制排出させる工程を更に有することを特徴とする方法。２１．請求の範囲第２項に記載の方法において、上記ポートで存在する環境状態に対して上記流体通路の端部を急激に晒し、次いで閉じる工程を更に有することを特徴とする方法。２２．請求の範囲第４項に記載の方法において、上記提供工程がコンプレッサ入口ポートとパージ入口ポートとバーナからの入口ポートとを有するウエーブロータを提供し、上記パージ入口ポートが上記コンプレッサ入口ポートに隣接してそれに続いてその前方に位置し、上記複数の入口ポートの上記１つが当該パージ入口ポートにより画定されることを特徴とする方法。２３．請求の範囲第４項に記載の方法において、上記導入工程の前に上記作動流体第１部分の圧力を減少させる工程を更に有することを特徴とする方法。２４．請求の範囲第２２項に記載の方法において、上記導入工程が上記流体通路内の高温ガスの実質的な部分を通路から上記タービンへ強制送給する工程を有することを特徴とする方法。２５．請求の範囲第２４項に記載の方法において、上記提供工程が互いに隣接する複数の流体通路を提供し、上記通路内で生じる遷移プロセスが隣接する通路に関して時間差位相関係にあることを特徴とする方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】１．組み合わせにおいて、コンプレッサ及びタービンを有するガスタービンエンジンと；ウエーブロータと；を有し、上記ウエーブロータが、ガス流のための複数の貫通通路を有するロータ；上記複数の通路から出るガスを受け取るために上記ロータと流体連通するように位置した複数の順々の出口ポートであって、当該複数の出口ポートの１つが同複数の出口ポートの残りのポートよりも大きな圧力を有する第１の出口ポートを構成するようになった複数の出口ポート；上記複数の通路内へのガスの流入を許容するために上記ロータと流体連通するように位置した複数の順々の入口ポートであって、当該複数の入口ポートの１つが上記コンプレッサからガスを受け取るためのコンプレッサ入口ポートを構成するようになった複数の入口ポート；及び上記第１の出口ポートと、ガスを上記ロータへ送給するために上記コンプレッサ入口ポートに隣接してその前方に位置する、上記複数の入口ポートのうちの第２の入口ポートとの間で結合された通路；を有することを特徴とする組み合わせ。２．ガスタービンエンジンのサイクルをトッピングさせるためにウエーブロータを利用する方法において、作動流体を通過させるための複数の流体通路を備えた回転可能なロータを有するウエーブロータを提供する工程と；複数のウエーブロータ入口ポート及び複数のウエーブロータ出口ポートが上記複数の流体通路を順々に通過するように上記ロータを回転させる工程と；上記複数の流体通路のうちの少なくとも１つの通路内の作動流体の部分を、上記複数の出口ポートのうちの最大圧力を有する１つの出口ポートを通して排出させる工程と；排出後に作動流体の当該部分の圧力を減少させる工程と；減圧後に作動流体の当該部分を上記複数の入口ポートのうちの１つの入口ポート内へ導入する工程と；を有することを特徴とする方法。３．ガスタービンエンジンのサイクルをトッピングさせるためにウエーブロータを利用する方法において、作動流体を通過させるための複数の流体通路を備えた回転可能なロータを有するウエーブロータを提供する提供工程であって、上記ウエーブロータが当該ウエーブロータからの流体の排出を許容する複数の出口ポートと該ウエーブロータへの流体の流入を許容する複数の入口ポートとを有し、上記出口ポートがタービンへのポートとパージ及びバーナへのポートとを有し、上記複数の入口ポートがバーナからのポートと、パージ入口ポートと、コンプレッサからのポートとを有するような提供工程；上記複数のウエーブロータポートが上記複数の流体通路を順々に通過するように上記ロータを回転させる工程；及び上記複数の流体通路内の作動流体の実質的な部分を上記タービンへのポート内へ強制流入させるように上記複数の出口ポートのうちの１つからの作動流体の部分を上記パージ入口ポート内へ導入する工程；を有することを特徴とする方法。