JP2003120326A

JP2003120326A - ターボシャフトエンジン

Info

Publication number: JP2003120326A
Application number: JP2001322339A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Ueda; 邦彦上田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2001-10-19
Publication date: 2003-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】熱効率が良好なターボシャフトエンジンを提
供するものである。【解決手段】本発明に係るターボシャフトエンジン
は、圧縮機１１からの圧縮空気Ａ２を燃焼器１２に供給
して燃料と共に燃焼させ、その燃焼によって生じた燃焼
ガスＡ３で、圧縮機１１と連結した圧縮機駆動タービン
１３及び出力軸１５と連結したパワータービン１４を駆
動させるターボシャフトエンジンであり、圧縮機１１の
後段に、前方から順にパワータービン１４、圧縮機駆動
タービン１３、及び燃焼器１２を設け、それらの各ター
ビン１４，１３及び燃焼器１２を収容した円筒状のケー
シング１６の外側に、圧縮機１１から吐出された圧縮空
気Ａ２を燃焼器１２へと導く圧縮空気通路２１を同心状
に設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ターボシャフトエ
ンジンに係り、特に、排熱の回収が可能なターボシャフ
トエンジンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一方、図４に示すように、航空用のジェ
ットエンジンの一種であるターボシャフトエンジン４０
は、圧縮機（Ｃｏｍｐ．）４１内に取り込んだ空気Ａ１
を圧縮し、その圧縮空気を燃焼器（Ｃｏｍｂ．）４２で
燃料（図示せず）と共に燃焼させ、その燃焼によって生
じた燃焼ガスで、圧縮機４１と連結した圧縮機駆動ター
ビン（ガスジェネレータタービン（以下、ＧＧＴと示
す））４３及びパワータービン（以下、ＰＴと示す）４
４を駆動させている。このＰＴ４４の吐出側（図４中で
は右側）には出力軸４５ａが連結されており、この出力
軸４５ａが減速装置（図示せず）を介してヘリコプター
のロータなど連結されている。ここで、ターボプロップ
エンジンの、大型のものについては、ＰＴ４４の吸込側
（図４中では左側）に出力軸４５ｂが連結される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、軸出力を得
るガスタービンエンジンは、ガスタービン表面からの放
熱により熱損失が多いと共に、熱回収が困難であるた
め、燃費（熱効率）が悪い。このため、地上用及び船舶
用のガスタービンエンジンについては、一般に熱交換器
が設けられている。この熱交換器を用いて排熱の回収を
行うことで、燃費の向上を図っている。

【０００４】一方、軸出力を得る航空用のガスタービン
エンジンであるターボシャフトエンジンにおいては、燃
費の向上を図るために熱交換器を設けると、エンジン重
量増及び容積増を招いてしまうことから、ターボシャフ
トエンジンに熱交換器は殆ど採用されていない。

【０００５】以上の事情を考慮して創案された本発明の
目的は、熱効率が良好なターボシャフトエンジンを提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく本
発明に係るターボシャフトエンジンは、圧縮機からの圧
縮空気を燃焼器に供給して燃料と共に燃焼させ、その燃
焼によって生じた燃焼ガスで、圧縮機と連結した圧縮機
駆動タービン及び出力軸と連結したパワータービンを駆
動させるターボシャフトエンジンにおいて、圧縮機の後
段に、前方から順にパワータービン、圧縮機駆動タービ
ン、及び燃焼器を設け、それらの各タービン及び燃焼器
を収容した円筒状のケーシングの外側に、圧縮機から吐
出された圧縮空気を燃焼器へと導く圧縮空気通路を同心
状に設けたものである。

【０００７】以上の構成によれば、ケーシングの外側に
圧縮空気通路を配置することで、圧縮空気の層によって
ケーシングからの放熱を低減することができ、熱効率が
良好となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基いて説明する。

【０００９】本発明に係るターボシャフトエンジンの一
形態を示す概略図を図１に、図１の２−２線断面図を図
２に示す。

【００１０】図１，図２に示すように、第１の実施の形
態に係るターボシャフトエンジン１０は、圧縮機（Ｃｏ
ｍｐ．）１１からの圧縮空気Ａ２を燃焼器（Ｃｏｍ
ｂ．）１２に供給して燃料（図示せず）と共に燃焼さ
せ、その燃焼によって生じた燃焼ガスＡ３で、圧縮機１
１と連結したＧＧＴ１３及び出力軸１５と連結したＰＴ
１４を駆動させるものであり、圧縮機１１の後段（図１
中では右側）に、前方（図１中では左方）から順にＰＴ
１４、ＧＧＴ１３、及び燃焼器１２を設け、それらの各
タービン１４，１３及び燃焼器１２を収容した円筒状の
ケーシング１６の外側に、圧縮機１１から吐出される圧
縮空気Ａ２を燃焼器１２へと導くリング状の圧縮空気通
路２１を同心状に設けたものである。ここで、圧縮空気
通路２１の上流側は圧縮機１１の吐出側に、下流側は燃
焼器１２の吸込側に接続されている。

【００１１】また、ＰＴ１４から排出される燃焼排ガス
Ａ４を後段側（図１中では右側）へ導くと共に排出する
リング状の排気通路２２を、圧縮空気通路２１の外側に
同心状に設けている。ここで、排気通路２２の上流側は
ＰＴ１４の吐出側に、下流側は排気口に接続されてい
る。また、燃焼排ガスＡ４を排気通路２２から直接排出
する代わりに、排気通路２２に排気ダクト（排気口）２
３を設け、排気ダクト２３を介して燃焼排ガスＡ４を排
出してもよい。

【００１２】圧縮機１１、燃焼器１２、ＧＧＴ１３、及
びＰＴ１４については、特に限定するものではなく、タ
ーボシャフトエンジンに慣用的に用いられるものであれ
ば適用可能である。

【００１３】次に、本実施の形態に係るターボシャフト
エンジン１０の作用を説明する。

【００１４】先ず、圧縮機１１内に取り込んだ空気Ａ１
を圧縮し、その圧縮空気（温度：約４００〜５００℃、
圧力比：１０〜２０）Ａ２を圧縮空気通路２１を介し
て、燃焼器１２の後段側から供給する。

【００１５】燃焼器１２で圧縮空気Ａ２と燃料（図示せ
ず）を共に燃焼させ、その燃焼によって生じた燃焼ガス
（温度：約１２００〜１５００℃）Ａ３で、圧縮機１１
と連結したＧＧＴ１３及びＰＴ１４を駆動させる。この
場合、燃焼ガスＡ３は前段側（図１中では左側）に排出
される。また、ＰＴ１４の駆動による回転は、後段側へ
取り出すことができないため径方向に取り出し、かさ歯
車（ベベルギア）２５を介して出力軸１５に伝達され、
ヘリコプターのロータなどに連結される。

【００１６】ＰＴ１４を駆動させた燃焼ガスＡ３は、Ｐ
Ｔ１４から燃焼排ガス（温度：約６００〜７００℃）Ａ
４として前段側に排出されるが、排気通路２２によって
流れ方向を変え、排気ダクト２３から後段側に排出され
る。

【００１７】ここで、本実施の形態によれば、ケーシン
グ１６の外側に、圧縮空気通路２１を同心状に設けるこ
とで、圧縮空気Ａ２の層によってケーシング１６からの
放熱を低減することができる。その結果、本実施の形態
のターボシャフトエンジン１０は、従来のターボシャフ
トエンジンと比較して、ケーシング１６からの熱損失が
減少（熱効率が向上）する。

【００１８】また、圧縮空気通路２１の外側に、排気通
路２２を同心状に設けることで、燃焼排ガスＡ４の層に
よって圧縮空気通路２１からの放熱を低減することがで
きる。その結果、本実施の形態のターボシャフトエンジ
ン１０は、従来のターボシャフトエンジンと比較して、
ケーシング１６からの熱損失が更に減少（熱効率が更に
向上）する。

【００１９】以上より、本実施の形態のターボシャフト
エンジン１０は、従来のターボシャフトエンジンと比較
して熱損失が少ないため、同じ出力を出すのに少ない燃
料で済む（低燃費である）。

【００２０】また、本実施の形態のターボシャフトエン
ジン１０は、圧縮空気通路２１及び排気通路２２を備え
ていることから、従来のターボシャフトエンジンと比較
して装置重量、即ちエンジン重量が上昇する。しかし、
この時、エンジン重量の上昇分が、燃費向上による搭載
燃料重量の減少分よりも小さければ、結果的に、機体全
体（例えば、ヘリコプター全体）の重量は軽くなること
になる。このことから、本実施の形態のターボシャフト
エンジン１０は、長距離輸送機などへの適用が好まし
い。

【００２１】次に、本発明の他の実施の形態を添付図面
に基いて説明する。

【００２２】前実施の形態のターボシャフトエンジン１
０は、ケーシング１６及び圧縮空気通路２１からの放熱
を、圧縮空気通路２１、即ち圧縮空気Ａ２の層及び排気
通路２２、即ち燃焼排ガスＡ４の層によって低減するも
のであった。

【００２３】そこで、第２の実施の形態のターボシャフ
トエンジン２０は、前実施の形態のターボシャフトエン
ジン１０の熱効率を更に向上させるべく、圧縮空気通路
２１（又は排気通路２２）に熱交換手段２４を設けたも
のである。

【００２４】具体的には、熱交換手段２４は、図３に示
すように、リング状の圧縮空気通路２１内を周方向に仕
切る多数のストラット３１で構成される。ストラット３
１は、その一端が圧縮空気通路２１の内側ケーシング３
２に、他端が圧縮空気通路２１の外側ケーシング３３に
接続されており、その内部が空洞になっている。また、
ＰＴ１４の吐出側と圧縮空気通路２１の内側ケーシング
３２が接続ダクト３４で接続され、圧縮空気通路２１の
外側ケーシング３３と排気通路２２の上流側が接続され
る。

【００２５】ここで、熱交換手段２４としては特に限定
するものではなく、慣用の熱交換手段であれば全て適用
可能であるが、熱交換手段２４による重量増及び容量増
を防ぐために、軽量、かつ、コンパクトであるものが好
ましい。

【００２６】熱交換手段２４を設けたことで、ＰＴ１４
から排出された熱交換前の燃焼排ガスＡ４は、接続ダク
ト３４を介して各ストラット３１の内部を通る。この
時、圧縮空気通路２１内を流れる圧縮空気Ａ２と、各ス
トラット３１の内部を通る燃焼排ガスＡ４の熱交換が行
われる。熱交換後の圧縮空気Ａ２は燃焼器１２に供給さ
れ、熱交換後のは排気通路２２に導かれる。

【００２７】本実施の形態のターボシャフトエンジン２
０によれば、圧縮空気通路２１に熱交換手段２４を設け
て圧縮空気Ａ２と燃焼排ガスＡ４の熱交換を行うこと
で、燃焼排ガスＡ４の顕熱を用いて圧縮空気Ａ２を積極
的に予熱することができ、前実施の形態のターボシャフ
トエンジン１０と比較して、熱効率がより一層向上す
る。

【００２８】以上、本発明の実施の形態は、上述した実
施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のもの
が想定されることは言うまでもない。

【００２９】また、本発明の実施の形態においては、タ
ーボシャフトエンジンについて説明を行ってきたが、本
発明の適用はターボシャフトエンジンに限定されるもの
ではなく、ターボプロップエンジンやターボファンエン
ジン等にも適用可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。（１）ケーシングの外側に圧縮空気通路を配置するこ
とで、圧縮空気の層によってケーシングからの放熱を低
減することができ、熱効率が向上する。（２）圧縮空気通路の外側に燃焼排ガスの排気通路を
配置することで、燃焼排ガスの層によって圧縮空気通路
からの放熱を低減することができ、熱効率が更に向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るターボシャフトエンジンの一形態
を示す概略図である。

【図２】図１の２−２線断面図である。

【図３】図１の３−３線断面図である。

【図４】従来のターボシャフトエンジンの概略図であ
る。

【符号の説明】

１０，２０ターボシャフトエンジン１１圧縮機１２燃焼器１３ＧＧＴ（圧縮機駆動タービン）１４ＰＴ（パワータービン）１５出力軸１６ケーシング２１圧縮空気通路２２排気通路２３排気ダクト（排気口）２４熱交換手段Ａ２圧縮空気Ａ３燃焼ガスＡ４燃焼排ガス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機からの圧縮空気を燃焼器に供給し
て燃料と共に燃焼させ、その燃焼によって生じた燃焼ガ
スで、圧縮機と連結した圧縮機駆動タービン及び出力軸
と連結したパワータービンを駆動させるターボシャフト
エンジンにおいて、圧縮機の後段に、前方から順にパワ
ータービン、圧縮機駆動タービン、及び燃焼器を設け、
それらの各タービン及び燃焼器を収容した円筒状のケー
シングの外側に、圧縮機から吐出された圧縮空気を燃焼
器へと導く圧縮空気通路を同心状に設けたことを特徴と
するターボシャフトエンジン。
【請求項２】パワータービンから吐出された燃焼排ガ
スを排気口へと導く排気通路を、圧縮空気通路の外側に
同心状に設けた請求項１記載のターボシャフトエンジ
ン。
【請求項３】圧縮機から吐出された圧縮空気とパワー
タービンから吐出された燃焼排ガスの熱交換を行うべ
く、圧縮空気通路又は排気通路に熱交換手段を設けた請
求項１又は２に記載のターボシャフトエンジン。