JP2022544163A - 冷熱電併給型マイクロガスタービン装置 - Google Patents

冷熱電併給型マイクロガスタービン装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、マイクロガスタービンを含む冷熱電併給型マイクロガスタービン装置を提供し、前記マイクロガスタービンは、コンプレッサ、タービン及び燃焼室ユニットを含み、前記燃焼室ユニットは、燃焼室、吸気キャビティ、吸気通路及び排気通路を含み、前記吸気キャビティは、一体となる内部吸気キャビティと外部吸気キャビティを含み、前記外部吸気キャビティの排気端が内部吸気キャビティの吸気端と連通し、前記外部吸気キャビティの吸気端が吸気通路と連通し、前記吸気通路がコンプレッサと連通し、前記燃焼室が内部吸気キャビティと外部吸気キャビティとの間に設けられ、燃焼室の排気口が排気通路と連通し、前記コンプレッサのインペラが前記タービンと回転軸を介して同軸接続され、前記タービンの縁が前記排気通路内に入り込む。本発明は、体積が小さく、メンテナンスフリーで、熱交換効率が高いという利点を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスタービン関連の技術分野、具体的には冷熱電併給型マイクロガスタービン装置である。
マイクロガスタービンは、最近発展した小型熱機関であり、シングルマシンの電力範囲が２５～３００ｋＷであり、基本技術の特徴は、ラジアルインペラ機械及び再生サイクルを用いていることである。マイクロガスタービンは、主にコンプレッサ、燃焼室及びタービンの３つの部品を含む。空気は、コンプレッサに入ると高温高圧の空気に圧縮され、次に燃焼室に供給されて燃料と混合されて燃焼され、それが生じた高温高圧燃料ガスは、タービンにおいて膨張して仕事をする。従来技術のコンパクト燃料ガスタービン装置は、体積が大きく、構造設計がコンパクトではなく、高効率な熱交換効率及び高速下での安定運転を保証するのは難しい。
マイクロガスタービンは、分散型発電に適用でき、中心発電所に比べて、発電所が使用者に近く、信頼性が高い。端末使用者にとっては、他の小型発電装置に比べて、より良好な環境保護型発電装置であり、将来の公共事業の基本構成の１つとなり、将来は中心発電所ととともに運転することができる。しかし、存在する問題は、従来の燃料ガス熱供給装置の体積が大きく、占有空間が大きいことである一方、従来の燃料ガス熱供給装置の動作では、ブロワーユニットを用いて吸気する必要があり、常にメンテナンスを行う必要があり、人的資源を浪費し、また、従来の燃料ガス熱供給装置の機能が単一であることである。
上記技術課題を解決するために、本発明は、体積が小さく、メンテナンスフリーで、熱交換効率が高く、高速下で円滑に運転できるという利点を有し、端末に応じて、熱供給又は給電又は熱電併給のモードを柔軟的に選択できる冷熱電併給型マイクロガスタービン装置を提供することを目的とする。
本発明の技術的解決手段は、以下のとおりである。 冷熱電併給型マイクロガスタービン装置であって、マイクロガスタービンを含み、
前記マイクロガスタービンは、コンプレッサ、タービン及び燃焼室ユニットを含み、
前記燃焼室ユニットは、燃焼室、吸気キャビティ、吸気通路及び排気通路を含み、前記吸気キャビティは、一体となる内部吸気キャビティと外部吸気キャビティを含み、前記外部吸気キャビティの排気端が内部吸気キャビティの吸気端と連通し、前記外部吸気キャビティの吸気端が吸気通路と連通し、前記吸気通路がコンプレッサの排気端と連通し、前記燃焼室が内部吸気キャビティと外部吸気キャビティとの間に設けられ、燃焼室の排気口が排気通路と連通し、
前記コンプレッサのインペラが前記タービンと回転軸を介して同軸接続され、前記タービンの縁が前記排気通路内に入り込み、
前記回転軸が空気軸受内に回転可能に取り付けられる。
さらに、マイクロガスタービン装置は、熱供給装置に接続されて熱供給し、前記熱供給装置は、前記燃焼室ユニットの排気通路の排気端と連通する。
さらに、マイクロガスタービン装置は、冷却装置に接続されて冷却し、前記冷却装置は、前記燃焼室ユニットの排気通路の排気端と連通する。
さらに、マイクロガスタービン装置は、発電装置に接続されて発電し、前記発電装置は、発電インペラを含み、前記発電インペラは、排気通路内に入り込み、排気ガスにより押されて回転し、回転している前記発電インペラは、発電装置の回転子を回転させて発電させる。
さらに、前記発電装置は、発電機であり、前記発電機は、回転子、固定子、コイル、第１軸受、及び第２軸受を含み、前記回転子は、発電インペラ、第１軸受、固定子、コイル、及び第２軸受を順に貫通し、前記第１軸受は、ラジアル・スラスト一体式空気軸受であり、回転子に嵌設された径方向部、及びスラストプレートにおけるスラスト部を含み、前記スラストプレートが回転子に固定され、前記第２軸受は、ラジアル空気軸受である。
さらに、前記内部吸気キャビティと外部吸気キャビティは、いずれも環状であり、前記外部吸気キャビティの末端の排気端は、周回して内部吸気キャビティの吸気端と連通して燃焼室を囲み、
前記燃焼室の径方向内壁と径方向外壁に気孔が配置され、前記径方向内壁と径方向外壁がそれぞれ燃焼室と、内部吸気キャビティ及び外部吸気キャビティとを仕切りし、
前記排気通路は、環状であり、且つ回転軸の軸線を囲んで設けられ、前記燃焼室の排気口は、排気通路の前部であって、タービンの前側に設けられる。
さらに、前記タービンは、縁が排気通路に垂直な軸流タービンである。
さらに、前記吸気通路は、前記回転軸を囲んで設けられ、前記吸気キャビティ、燃焼室及び排気通路は、いずれも前記タービンを囲んで設けられ、
前記燃焼室は、燃焼室の排気口に近いほど、直径が小さくなる。
さらに、前記コンプレッサは、一体となる吸気筒と後端カバーをさらに含み、前記インペラは、回転軸の前端に外嵌されて固定され、前記回転軸におけるインペラに近い箇所には、前固定エンドカバーが嵌設され、前記前固定エンドカバーと後端カバーとの間の隙間がコンプレッサの排気通路を形成し、前記排気通路が吸気筒及び燃焼室ユニットの吸気通路と連通し、
前記燃焼室ユニットの吸気通路の内側壁の前端が前固定エンドカバーのエッジに固定され、外側壁が後端カバーのエッジに固定され、
前記回転軸における、タービンに近い箇所には、後固定エンドカバーが嵌設され、前記燃焼室ユニットの前記後固定エンドカバーに近い接続アムーが後固定エンドカバーに固定して接続される。
さらに、前記タービンの縁と排気通路との間、前記回転軸と前固定エンドカバーとの間、前記回転軸と後固定エンドカバーとの間、前記タービンと後固定エンドカバーとの間には、いずれも、シール部材が設けられて密封される。
さらに、前記回転軸の中部にスラストプレートが設けられ、前記空気軸受は、前記スラストプレートに嵌設されるスラスト軸受、及び回転軸の両端に嵌設されるラジアル軸受を含み、
前記スラスト軸受は、第１軸受本体と第２軸受本体を含み、前記第１軸受本体及び第２軸受本体と、スラストプレートとは、軸方向に対称的に取り付けられ、且つ予め設けられた第１軸方向隙間Ｓ１を有し、前記第１軸受本体と第２軸受本体の外端壁にそれぞれ第１空気槽と第２空気槽が設けられ、第１空気槽及び第２空気槽の底部には貫通する気孔が設けられ、該気孔が各第１空気槽及び第２空気槽と、対応する第１軸方向隙間Ｓ１とを連通させ、第１軸受本体及び第２軸受本体の内輪と回転軸との間に予め設けられた第３径方向隙間Ｓ３を有し、第１軸受本体と第２軸受本体で囲まれて形成されるスラストプレート収容溝の側壁とスラストプレートの側壁との間に予め設けられた第４径方向隙間Ｓ４を有し、
前記ラジアル軸受の外壁に空気槽が設けられ、前記ラジアル軸受の内壁と回転軸との間に予め設けられた第２径方向隙間Ｓ２を有し、前記空気槽の底部には貫通する気孔が設けられ、該気孔が空気槽と第２径方向隙間Ｓ２とを連通させる。
さらに、前記スラスト軸受は、第１軸受ハウジング及び第２軸受ハウジングをさらに含み、前記第１軸受ハウジングは、第１軸受本体の外端に取り付けられる端部と、一方のラジアル軸受の外周に密封してカバーされる周方向部とを含み、
前記第２軸受ハウジングは、階段状に配置される円筒状の第１周方向部と第２周方向部を含み、第１周方向部が第１軸受本体と第２軸受本体の外周にカバーされ、第２周方向部が他方のラジアル軸受の外周に密封してカバーされ、
前記第２軸受ハウジングの第１周方向部は、軸方向に第１軸受ハウジングの端部に固定して接続され、第１軸受ハウジング及び／又は第２軸受ハウジングは、静止部材である。
さらに、前記回転軸のタービンに近い一方の端にスラストプレートが設けられ、前記空気軸受は、前記スラストプレートに嵌設されるスラスト軸受、及び回転軸のコンプレッサのインペラに近い他方の端に嵌設されるラジアル軸受を含み、
前記スラスト軸受は、第１軸受本体と第２軸受本体を含み、第１軸受本体及び第２軸受本体と、スラストプレートとは、軸方向に対称的に取り付けられ、且つ予め設けられた第１軸方向隙間Ｓ１を有し、第１軸受本体と第２軸受本体の外端壁にそれぞれ第１空気槽と第２空気槽が設けられ、第１空気槽及び第２空気槽の底部には貫通する気孔が設けられ、該気孔が第１空気槽及び第２空気槽と、対応する第１軸方向隙間Ｓ１とを連通させ、第１軸受本体及び第２軸受本体の内輪と回転軸２４との間に予め設けられた第３径方向隙間Ｓ３を有し、第１軸受本体と第２軸受本体で囲まれて形成されるスラストプレート収容溝の側壁とスラストプレートの側壁との間に予め設けられた第４径方向隙間Ｓ４を有し、
前記ラジアル軸受の外壁に空気槽が設けられ、前記ラジアル軸受の内壁と回転軸との間に予め設けられた第２径方向隙間Ｓ２を有し、前記空気槽の底部には、貫通する気孔が設けられ、該気孔が空気槽と第２径方向隙間Ｓ２とを連通させる。
さらに、前記スラスト軸受は、第１軸受ハウジング及び第２軸受ハウジングをさらに含み、前記第１軸受ハウジングは、第１軸受本体の一端に取り付けられる端部と、ラジアル軸受の外周に密封してカバーされる周方向部とを含み、
前記第２軸受ハウジングは、第１軸受本体と第２軸受本体の外周にカバーされる周方向部と、第２軸受本体の外端に取り付けられる端部とを含み、
前記第２軸受ハウジング周方向部は、軸方向に第１軸受ハウジングの端部に固定して接続され、前記第１軸受ハウジング及び／又は第２軸受ハウジングは、静止部材である。
さらに、前記回転軸の、コンプレッサのインペラに近い一方の端にスラストプレートが設けられ、前記空気軸受は、前記スラストプレートに嵌設されるスラスト軸受、及び回転軸のタービンに近い他方の端に嵌設されるラジアル軸受を含み、
前記スラスト軸受は、第１軸受本体と第２軸受本体を含み、第１軸受本体及び第２軸受本体と、スラストプレートとは、軸方向に対称的に取り付けられ、且つ予め設けられた第１軸方向隙間を有し、第１軸受本体と第２軸受本体の外端壁にそれぞれ第１空気槽と第２空気槽が設けられ、第１空気槽及び第２空気槽の底部には貫通する気孔が設けられ、該気孔が第１空気槽及び第２空気槽と、対応する第１軸方向隙間Ｓ１とを連通させ、第１軸受本体及び第２軸受本体の内輪と回転軸との間に予め設けられた第３径方向隙間Ｓ３を有し、第１軸受本体と第２軸受本体で囲まれて形成されるスラストプレート収容溝の側壁とスラストプレートの側壁との間に予め設けられた第４径方向隙間Ｓ４を有し、
前記ラジアル軸受の外壁に空気槽が設けられ、前記ラジアル軸受の内壁と回転軸との間に予め設けられた第２径方向隙間Ｓ２を有し、前記空気槽の底部には貫通する気孔が設けられ、該気孔が空気槽と第２径方向隙間Ｓ２とを連通させる。
さらに、前記スラスト軸受は、第１軸受ハウジング及び第２軸受ハウジングをさらに含み、前記第１軸受ハウジングは、第１軸受本体の一端に取り付けられる端部を含み、
前記第２軸受ハウジングは、第１軸受本体と第２軸受本体の外周にカバーされる周方向部と、第２軸受本体の外端に取り付けられる端部とを含み、
前記第２軸受ハウジング周方向部は、軸方向に第１軸受ハウジングの端部に固定して接続され、
前記ラジアル軸受は、その外周に嵌設される、第２軸受ハウジング周方向部に固定して接続されるラジアル軸受ハウジングをさらに含み、
前記第１軸受ハウジング及び／又は第２軸受ハウジングは、静止部材である。
さらに、前記空気軸受は、前記回転軸の両端に嵌設されるスラスト軸受及び前記回転軸の中部に嵌設されるラジアル軸受を含み、
前記スラスト軸受は、第１軸受本体と第２軸受本体を含み、前記第１軸受本体とインペラとの間、第２軸受本体とタービンとの間に、いずれも予め設けられた第１軸方向隙間Ｓ１を有し、第１軸受本体と第２軸受本体のラジアル軸受に近い端壁にそれぞれ第１空気槽と第２空気槽が設けられ、第１空気槽及び第２空気槽の底部には貫通する気孔が設けられ、該気孔が第１空気槽及び第２空気槽と、対応する第１軸方向隙間Ｓ１とを連通させ、第１軸受本体及び第２軸受本体の内輪と回転軸との間に予め設けられた第３径方向隙間Ｓ３を有し、
前記ラジアル軸受の外壁に空気槽が設けられ、前記ラジアル軸受の内壁と回転軸との間に予め設けられた第２径方向隙間を有し、前記空気槽の底部には貫通する気孔が設けられ、該気孔が空気槽と第２径方向隙間Ｓ２とを連通させる。
さらに、前記空気軸受の外部には、第１軸受ハウジング、第２軸受ハウジング及びラジアル軸受ハウジングを含む一体式の軸受ハウジングがさらに設けられ、
前記第１軸受ハウジングは、第１軸受本体の一端に取り付けられる端部を含み、
前記第２軸受ハウジングは、第２軸受本体の一端に取り付けられる端部を含み、
前記ラジアル軸受ハウジングは、回転軸の中部に嵌設され、
前記軸受ハウジングは、静止部材である。
さらに、前記熱供給装置は、ボイラを含み、
前記ボイラは、前記排気通路に接続され、排気通路から噴出された燃焼生成物により加熱される。
さらに、前記冷却装置は、臭化リチウム冷却ユニット、アルコール冷却装置又は蒸気冷却装置である。
本発明は、従来技術に比べて、以下の有益な効果を有する。
１、本発明に係る熱供給装置は、小体積、メンテナンスフリーの利点を有し、熱供給端末に応じて、熱供給又は給電又は熱電併給のモードを柔軟的に選択でき、また、本発明は、構造がコンパクトであり、軸長が最小化され、燃焼室に供給された燃料ガスの圧力が回転子ユニットの回転速度と関係せずに、自動的に空気の圧力と一致するようになることを確保できる。
２、本発明の燃焼室の構造配置では、吸気キャビティは、燃焼室巻回する「Ｃ」字状を呈し、環状内部吸気キャビティと環状外部吸気キャビティとは、周回して接続され、吸気ルートが延長される。燃焼室内の高温のため、熱交換により吸気キャビティの各部分のガスを予め加熱でき、反応効率を向上させ、一方、燃焼室壁の各方向に吸気でき、燃焼反応がより十分になり、燃焼室の出口がタービンの前側に設けられ、回転軸の軸長が短く、回転子の回転がより円滑になり、且つ全体体積が小さい。
３、本発明のガスタービン回転子システムの構造設計により、ガスタービンが高速下での円滑運転を確保できる。
４、本発明で設計された熱供給装置は、１００ｋＷの熱供給実験条件において、安定運転を実現でき、ノイズ及び汚染物がいずれも排出要求を満たす。
５、本発明のマイクロガスタービンは、さらに、冷却に用いることができ、夏又は熱い地区で、温度低減に用いることができる。該冷却装置は、直接冷気を吹くことができるほか、媒体（例えば、床冷却、又は、従来の暖気パイプに注入される冷水）により周りの温度を低減させることもできる。
本発明の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置の実施例１の構造模式図である。 本発明の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置の実施例２の構造模式図である。 本発明の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置の実施例３の構造模式図である。 本発明の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置の実施例４の構造模式図である。 本発明の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置の実施例５の構造模式図である。 本発明の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置の実施例６の構造模式図である。 本発明の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置の実施例７の構造模式図である。 本発明の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置の実施例８の構造模式図である。 ボイラが熱供給する冷熱電併給型マイクロガスタービン装置の構造模式図である。 ヒーターが熱供給する冷熱電併給型マイクロガスタービン装置の構造模式図である。 ヒーター・ボイラの組み合わせにより熱供給する冷熱電併給型マイクロガスタービン装置の構造模式図である。 ヒーター又は熱電併給方式を用いて熱供給するときのモーター回転子の構造模式図１である。 ヒーター又は熱電併給方式を用いて熱供給するときのモーター回転子の構造模式図２である。 ヒーター又は熱電併給方式を用いて熱供給するときのモーター回転子の構造模式図３である。 ヒーター又は熱電併給方式を用いて熱供給するときのモーター回転子の構造模式図４である。 ヒーター又は熱電併給方式を用いて熱供給するときのモーター回転子の構造模式図５である。 ヒーター又は熱電併給方式を用いて熱供給するときのモーター回転子の構造模式図６である。 冷熱電併給装置の構造模式図である。
本発明の技術的解決手段をよりよく理解するために、以下では具体的な実施形態、明細書の図面を参照しながら本発明をさらに説明する。
本発明に係る冷熱電併給型マイクロガスタービン装置は、主にマイクロガスタービン２及び熱供給装置を含む。
図１～８に示すように、本発明の実施例に係る冷熱電併給型マイクロガスタービン装置構造である。主に、コンプレッサ２０、タービン２１、及び燃焼室ユニットを含む。そのワークフローは、以下のとおりである。先ずガスは、コンプレッサ２０に入り、コンプレッサ２０により増圧された後に燃焼室ユニットの燃焼室２３１内に入って燃焼され、熱い燃焼生成物すなわち高温ガスは、燃焼室２３１の出口から噴出され、熱供給装置に熱源を供給することができ、同時に、高温ガスは、タービン２１を押して回転させ、タービン２１に回転軸２４を介して同軸接続されるコンプレッサ２０を回転させ、このように設けることにより、コンプレッサ２０の運転に、他の装置による駆動が不要となり、装置の運転コストを効果的に低減することができる。
具体的には、燃焼室ユニットは、燃焼室２３１、吸気キャビティ２３２、吸気通路２３４、及び排気通路２３５を含み、
吸気キャビティ２３２は、燃焼室２３１を囲むように設けられており、吸気キャビティ２３２は、一体となる環状内部吸気キャビティ２３２１と環状外部吸気キャビティ２３２２を含み、外部吸気キャビティ２３２２の末端の排気端は、周回して内部吸気キャビティ２３２１の吸気端と連通し、燃焼室２３１を囲み、吸気キャビティ２３２の吸気端は、吸気通路２３４に接続され、吸気通路２３４は、コンプレッサ２０からのガスを受け、
燃焼室２３１は環状であり、内部吸気キャビティ２３２１と外部吸気キャビティ２３２２との間に配置され、内部吸気キャビティ２３２１と外部吸気キャビティ２３２２は、それぞれ燃焼室２３１の径方向の内側と径方向の外側に配置される。燃焼室の排気口２３１１は、排気通路２３５の前部と連通し、排気通路２３５は、環状であり、ガスタービン２の径方向に沿って回転軸２４の軸線を囲んで設けられ、燃焼室の排気口２３１１は、排気通路２３５の前部であって、タービン２１の前側に設けられ、
燃焼室２３１の径方向内壁２３１２と径方向外壁２３１３には、外部吸気キャビティ２３２２と内部吸気キャビティ２３２１のガスが燃焼室２３１内に入るための気孔が配置され、径方向内壁２３１２と径方向外壁２３１３は、それぞれ燃焼室２３１と、内部吸気キャビティ２３２１及び外部吸気キャビティ２３２２とを仕切りする。
好ましくは、燃焼室ユニットの全体強度を向上させるために、燃焼室２３１、吸気キャビティ２３２、排気通路２３５、吸気通路２３４の各壁の間に、支持リブ２７を追加することができる。
好ましくは、燃焼室２３１の各部分は、ステンレス鋼などの耐高温材料で製造される。
本発明のコンプレッサ２０のインペラ２０１とタービン２１が同軸接続されて回転軸２４に取り付けられ、タービン２１の縁がその回転軸２４を囲む排気通路２３５内に入り込む。このようにして、排気通路２３５から噴出された熱い燃焼生成物は、タービン２１を押して高速に回転させることができ、さらにタービン２１を介してコンプレッサを回転させる。
好ましくは、タービン２１の縁が排気通路２３５に垂直であり、該タービン２１が軸流タービンである。
好ましくは、燃焼室ユニットの吸気通路２３４は、回転軸２４の外を囲んで設けられ、吸気通路２３４の末端の吸気キャビティ２３２、燃焼室２３１及び排気通路２３５は、いずれも、タービン２１を囲んで設けられ、タービン２１から延出する。タービン２１の縁は、排気通路２３５内に入り込み、排気ガスに向かって設けられ、燃焼室２３１は、排気端に近いほど、直径が小さくなる。
好ましくは、コンプレッサ２０は、一体となる吸気筒２０２と後端カバー２０３をさらに含み、インペラ２０１は、回転軸２４の前端に嵌設されて固定され、
回転軸２４における、インペラ２０１に近い箇所には、前固定エンドカバー２５が嵌設され、前固定エンドカバー２５と後端カバー２０３との間の隙間がコンプレッサ排気通路２０４を形成する。燃焼室２３１の吸気通路２３４は、前端が前固定エンドカバー２５のエッジに固定される内側壁と、コンプレッサ２０の後端カバー２０３のエッジに固定される外側壁とを含み、
回転軸２４における、タービン２１に近い箇所には、後固定エンドカバー２６が嵌設され、燃焼室ユニット２３における後固定エンドカバー２６に近い壁は、後固定エンドカバー２６に固定される。該構造配置により、コンプレッサ２０と燃焼室ユニットの構造がコンパクトになり、占有空間が小さくなる。
好ましくは、タービン２１の縁と排気通路２３５との間、回転軸２４と前固定エンドカバー２５との間、回転軸２４と後固定エンドカバー２６との間、タービン２１と後固定エンドカバー２６との間には、いずれも、シール部材が設けられて密封されることにより、密封性能が確保される。
本発明の上記マイクロガスタービンは、構造がコンパクトであり、軸長が最小化され、燃焼室２３１に供給された燃料ガスの圧力が回転子ユニットの回転速度と関係せずに、自動的に空気の圧力と一致するようになることを確保できる。また、吸気キャビティ２３２は、燃焼室２３１を巻回する「Ｃ」字状を呈し、環状内部吸気キャビティ２３２１と環状外部吸気キャビティ２３２２とは、周回して接続され、吸気ルートが延長される。燃焼室２３１内の高温のため、熱交換により吸気キャビティ２３２の各部分のガスを予め加熱でき、反応効率を向上させ、一方、燃焼室２３１壁の各方向に吸気でき、燃焼反応がより十分になり、燃焼室の排気口２３１１がタービン２１の前側に設けられ、回転軸２４の軸長が短く、回転子の回転がより円滑になり、且つ全体体積が小さい。
本発明の実施例は、マイクロガスタービン回転軸２４用の複数種の支持構造をさらに提供する。その具体的な構造は、以下の実施例１～実施例８に記載される。
（実施例１）
本実施例は、図１を参照し、マイクロガスタービン２の回転軸２４の中部にスラストプレートが設けられ、スラストプレートにスラスト軸受２４１が嵌設され、前記回転軸２４の両端にそれぞれラジアル軸受２４２が嵌設される。
スラスト軸受２４１は、回転軸２４に取り付けられ、対称的に設けられる第１軸受本体２４１１と第２軸受本体２４１２を含み、第１軸受本体２４１１及び第２軸受本体２４１２と、スラストプレートとは、軸方向に対称的に取り付けられ、且つ予め設けられた第１軸方向隙間Ｓ１を有する。第１軸受本体２４１１と第２軸受本体２４１２の外端壁にそれぞれ第１空気槽と第２空気槽が設けられ、第１空気槽及び第２空気槽の底部には貫通する気孔が設けられ、該気孔が各々の空気槽と、対応する第１軸方向隙間Ｓ１とを連通させ、第１軸受本体２４１１及び第２軸受本体２４１２の内輪と、回転軸２４との間に第３径方向隙間Ｓ３が予め設けられる。第１軸受本体２４１１と第２軸受本体２４１２で囲まれたスラストプレート収容溝２４４の側壁とスラストプレートの側壁との間に第４径方向隙間Ｓ４が設けられる。
ラジアル軸受２４２は、回転軸２４に取り付けられ、外壁に空気槽が設けられ、ラジアル軸受２４２の内壁と回転軸２４との間に予め設けられた第２径方向隙間Ｓ２を有し、空気槽の底部には貫通する気孔が設けられ、該気孔が空気槽と第２径方向隙間Ｓ２とを連通させる。
マイクロガスタービン２内に吸気管２４３が設けられ、それぞれ各空気槽に吸気し、空気注入孔に沿ってそれぞれ第１軸方向隙間Ｓ１、第２径方向隙間Ｓ２内に入ってガス膜を形成する。
好ましくは、本実施例のスラスト軸受２４１は、第１軸受ハウジング２８１及び第２軸受ハウジング２８２をさらに含み、第１軸受ハウジング２８１は、第１軸受本体２４１１の外端に取り付けられる端部と、一方のラジアル軸受２４２の外周に密封してカバーされる周方向部とを含む。第２軸受ハウジング２８２は、階段状に配置される円筒状の第１周方向部と第２周方向部を含み、第１周方向部が第１軸受本体２４１１と第２軸受本体２４１２の外周にカバーされ、第２周方向部が他方のラジアル軸受２４２の外周に密封してカバーされる。第２軸受ハウジング２８２の第１周方向部は、軸方向に第１軸受ハウジング２８１の端部に固定される。第１軸受ハウジング２８１及び／又は第２軸受ハウジング２８２は、静止部材である。
第１軸受ハウジング２８１又は／及び第２軸受ハウジング２８２に減圧孔が開設される。
具体的には、本実施例のスラスト軸受２４１とラジアル軸受２４２は、いずれも空気軸受であり、静圧ガス軸受、動圧ガス軸受又は動静圧ハイブリッドガス軸受のいずれであってもよい。
（実施例２）
本実施例は、図２を参照し、実施例１に基づいて、スラスト軸受２４１の軸表面に近い部分とラジアル軸受２４２のスラストプレート端面に近い部分とが一体に接続され、第３径方向隙間Ｓ３は、テーパ隙間であり、且つラジアル軸受２４２の方向に向かって縮小される。
（実施例３）
本実施例は、図３を参照し、マイクロガスタービン２の回転軸２４の、タービン２１に近い一方の端にスラストプレートが設けられ、スラストプレートにスラスト軸受２４１が嵌設され、前記回転軸２４の、コンプレッサ２０のインペラ２０１に近い他方の端にラジアル軸受２４２が嵌設される。
スラスト軸受２４１は、回転軸２４に取り付けられ、第１軸受本体２４１１と第２軸受本体２４１２を含み、第１軸受本体２４１１及び第２軸受本体２４１２と、スラストプレートとは、軸方向に対称的に取り付けられ、且つ予め設けられた第１軸方向隙間Ｓ１を有する。第１軸受本体２４１１と第２軸受本体２４１２の外端壁にそれぞれ第１空気槽と第２空気槽が設けられ、第１空気槽及び第２空気槽の底部には貫通する気孔が設けられ、該気孔が各々の空気槽と、対応する第１軸方向隙間Ｓ１とを連通させる。第１軸受本体２４１１及び第２軸受本体２４１２の内輪と、回転軸２４との間に第３径方向隙間Ｓ３が予め設けられる。第１軸受本体２４１１と第２軸受本体２４１２で囲まれたスラストプレート収容溝２４４の側壁とスラストプレートの側壁との間に第４径方向隙間Ｓ４が設けられる。
ラジアル軸受２４２は、回転軸２４に取り付けられ、外壁に空気槽が設けられ、ラジアル軸受２４２の内壁と回転軸２４との間に予め設けられた第２径方向隙間Ｓ２を有し、空気槽の底部には貫通する気孔が設けられ、該気孔が空気槽と第２径方向隙間Ｓ２とを連通させる。
マイクロガスタービン２内に吸気管２４３が設けられ、それぞれ各空気槽に吸気し、空気注入孔に沿ってそれぞれ第１軸方向隙間Ｓ１、第２径方向隙間Ｓ２内に入ってガス膜を形成する。
好ましくは、本実施例のスラスト軸受２４１は、第１軸受ハウジング２８１及び第２軸受ハウジング２８２をさらに含み、第１軸受ハウジング２８１は、第１軸受本体２４１１の一端に取り付けられる端部と、ラジアル軸受２４２の外周に密封してカバーされる周方向部を含み、第２軸受ハウジング２８２は、第１軸受本体２４１１と第２軸受本体２４１２の外周にカバーされる周方向部と、第２軸受本体２４１２の外端に取り付けられる端部とを含み、第２軸受ハウジング２８２の周方向部は、軸方向に第１軸受ハウジング２８１の端部に固定される。第１軸受ハウジング２８１及び／又は第２軸受ハウジング２８２は、静止部材である。
第１軸受ハウジング２８１又は／及び第２軸受ハウジング２８２に減圧孔が開設される。
具体的には、本実施例のスラスト軸受２４１とラジアル軸受２４２は、いずれも空気軸受であり、静圧ガス軸受、動圧ガス軸受又は動静圧ハイブリッドガス軸受のいずれであってもよい。
（実施例４）
本実施例は、図４を参照し、実施例３に基づいて、スラスト軸受２４１の軸表面に近い部分とラジアル軸受２４２のスラストプレート端面に近い部分とが一体に接続され、第３径方向隙間Ｓ３は、テーパ隙間であり、且つラジアル軸受２４２の方向に向かって縮小される。
（実施例５）
本実施例は、図５を参照し、マイクロガスタービン２の回転軸２４の、コンプレッサ２０のインペラ２０１に近い一方の端にスラストプレートが設けられ、スラストプレートにスラスト軸受２４１が嵌設され、前記回転軸２４のタービン２１に近い他方の端にラジアル軸受２４２が設けられる。
スラスト軸受２４１は、回転軸２４に取り付けられ、第１軸受本体２４１１と第２軸受本体２４１２を含み、第１軸受本体２４１１及び第２軸受本体２４１２と、スラストプレートとは、軸方向に対称的に取り付けられ、且つ予め設けられた第１軸方向隙間Ｓ１を有する。第１軸受本体２４１１と第２軸受本体２４１２の外端壁にそれぞれ第１空気槽と第２空気槽が設けられ、第１空気槽及び第２空気槽の底部には貫通する気孔が設けられ、該気孔が各々の空気槽と、対応する第１軸方向隙間Ｓ１とを連通させる。第１軸受本体２４１１及び第２軸受本体２４１２の内輪と、回転軸２４との間に第３径方向隙間Ｓ３が予め設けられる。第１軸受本体２４１１と第２軸受本体２４１２で囲まれたスラストプレート収容溝２４４の側壁とスラストプレートの側壁との間に第４径方向隙間Ｓ４が設けられる。
ラジアル軸受２４２は、回転軸２４に取り付けられ、外壁に空気槽が設けられ、ラジアル軸受２４２の内壁と回転軸２４との間に予め設けられた第２径方向隙間Ｓ２を有し、空気槽の底部には貫通する気孔が設けられ、該気孔が空気槽と第２径方向隙間Ｓ２とを連通させる。
マイクロガスタービン２内に吸気管２４３が設けられ、それぞれ各空気槽に吸気し、空気注入孔に沿ってそれぞれ第１軸方向隙間Ｓ１、第２径方向隙間Ｓ２内に入ってガス膜を形成する。
好ましくは、本実施例のスラスト軸受２４１は、第１軸受ハウジング２８１及び第２軸受ハウジング２８２をさらに含み、第１軸受ハウジング２８１は、第１軸受本体２４１１の一端に取り付けられる端部を含み、第２軸受ハウジング２８２は、第１軸受本体２４１１と第２軸受本体２４１２の外周にカバーされる周方向部と、第２軸受本体２４１２の外端に取り付けられる端部とを含み、第２軸受ハウジング２８２の周方向部は、軸方向に第１軸受ハウジング２８１の端部に固定される。ラジアル軸受２４２は、その外周に嵌設される、第２軸受ハウジング２８２の周方向部に固定されるラジアル軸受ハウジングをさらに含み、第１軸受ハウジング２８１及び／又は第２軸受ハウジング２８２は、静止部材である。
第１軸受ハウジング２８１又は／及び第２軸受ハウジング２８２に減圧孔が開設される。
具体的には、本実施例のスラスト軸受２４１とラジアル軸受２４２は、いずれも空気軸受であり、静圧ガス軸受、動圧ガス軸受又は動静圧ハイブリッドガス軸受のいずれであってもよい。
（実施例６）
本実施例は、図６を参照し、実施例５に基づいて、スラスト軸受２４１の軸表面に近い部分とラジアル軸受２４２のスラストプレート端面に近い部分とが一体に接続され、第３径方向隙間Ｓ３は、テーパ隙間であり、且つラジアル軸受２４２の方向に向かって縮小される。
（実施例７）
本実施例は、図７を参照し、回転軸２４にスラストプレートが設けられず、回転軸２４の両端にスラスト軸受２４１が嵌設され、中部にラジアル軸受２４２が嵌設される。
スラスト軸受２４１は、第１軸受本体２４１１と第２軸受本体２４１２を含み、第１軸受本体２４１１とインペラ２０１との間、第２軸受本体２４１２とタービン２１との間は、いずれも予め設けられた第１軸方向隙間Ｓ１を有する。第１軸受本体２４１１と第２軸受本体２４１２のラジアル軸受２４２に近い端壁にそれぞれ第１空気槽と第２空気槽が設けられ、第１空気槽及び第２空気槽の底部には貫通する気孔が設けられ、該気孔が各々の空気槽と、対応する第１軸方向隙間Ｓ１とを連通させる。第１軸受本体２４１１及び第２軸受本体２４１２の内輪と回転軸２４との間に第３径方向隙間Ｓ３が残される。
ラジアル軸受２４２は、回転軸２４に取り付けられ、外壁に空気槽が設けられ、ラジアル軸受２４２の内壁と回転軸２４との間に予め設けられた第２径方向隙間Ｓ２を有し、空気槽の底部には貫通する気孔が設けられ、該気孔が空気槽と第２径方向隙間Ｓ２とを連通させる。
マイクロガスタービン２内に吸気管２４３が設けられ、それぞれ各空気槽に吸気し、空気注入孔に沿ってそれぞれ第１軸方向隙間Ｓ１、第２径方向隙間Ｓ２内に入ってガス膜を形成する。
好ましくは、本実施例の軸受の外部に軸受ハウジングがさらに設けられ、軸受ハウジングは、一体式であり、第１軸受ハウジング２８１、第２軸受ハウジング２８２、及びラジアル軸受ハウジングを含み、第１軸受ハウジング２８１は、第１軸受本体２４１１の一端に取り付けられる端部を含み、第２軸受ハウジング２８２は、第２軸受本体２４１２の一端に取り付けられる端部を含み、ラジアル軸受ハウジングは、回転軸２４の中部に嵌設され、軸受ハウジングは、静止部材である。
軸受ハウジングに減圧孔が開設される。
具体的には、本実施例のスラスト軸受２４１とラジアル軸受２４２は、いずれも空気軸受であり、静圧ガス軸受、動圧ガス軸受又は動静圧ハイブリッドガス軸受のいずれであってもよい。
（実施例８）
本実施例は、図８を参照し、実施例７に基づいて、スラスト軸受２４１の軸表面に近い部分とラジアル軸受２４２の端面部分とが一体に接続され、第３径方向隙間Ｓ３は、テーパ隙間であり、且つラジアル軸受２４２の方向に向かって縮小される。
本発明の上記実施例構造では、スラスト軸受とラジアル軸受の合理的な配置により、マイクロガスタービン２の高速での安定した運転を保証することができる。
本発明のマイクロガスタービン２は、熱供給装置に接続されて熱供給することができ、マイクロガスタービン２を介して熱供給装置に必要なエネルギーを供給し、熱供給装置は、ボイラ３又は／及びヒーター４である。
本発明に係る一実施例では、熱供給装置は、ボイラ３である。図９のボイラが熱供給する冷熱電併給型マイクロガスタービン装置の構造模式図を参照すると、先ずガスはコンプレッサ２０に入り、コンプレッサ２０により増圧された後に燃焼室ユニットの燃焼室２３１内に入って燃焼され、熱い燃焼生成物は燃焼室２３１の出口から噴出され、同時に、高温ガスはタービン２１を押して回転させ、タービン２１に回転軸２４を介して同軸接続されるコンプレッサ２０を回転させ、燃焼室２３１の出口から噴出された熱い燃焼生成物は、ボイラ３に熱源を供給し、ボイラ水を加熱することができ、それにより、熱供給の目的を実現する。
本発明に係る他の実施例では、本発明のマイクロガスタービン２は、発電装置に接続されて発電し、ヒーター４を発電装置に接続して加熱熱供給を実現することができる。前記発電装置は、発電機２２であり、前記発電機２２は、回転子、固定子、コイル、第１軸受、及び第２軸受を含み、前記回転子は、順に発電インペラ、第１軸受、固定子、コイル、及び第２軸受を貫通し、前記第１軸受は、ラジアル・スラスト一体式空気軸受であり、回転子に嵌設された径方向部とスラストプレートにおけるスラスト部を含み、前記スラストプレートが回転子に固定され、前記第２軸受がラジアル空気軸受である。図１０のヒーターが熱供給する冷熱電併給型マイクロガスタービン装置の構造模式図を参照すると、先ずガスはコンプレッサ２０に入り、コンプレッサ２０により増圧された後に燃焼室ユニット２３の燃焼室２３１内に入って燃焼され、熱い燃焼生成物は燃焼室２３１の出口から噴出される。排気通路２３５内であって、タービン２１の後側には、発電機２２の発電インペラがさらに設けられ、このとき、高温ガスは、タービン２１を押して回転させ、タービン２１に回転軸２４を介して同軸接続されるコンプレッサ２０を回転させることができるとともに、発電インペラを押して回転させることにより、発電インペラが仕事をして発電することができ、ヒーター４に電源を提供し、ヒーター４が発熱し、それにより、熱供給の目的を実現し、余分の高温ガスが排気通路２３５から排出される。
さらに、図１８を参照すると、余分の高温ガスは、排気通路２３５から排出され、さらに臭化リチウム冷却ユニット、アルコール冷却装置又は蒸気冷却装置などの冷却装置５に回収されて冷却することができる。冷却するとき、いずれも、冷媒が相変して吸熱して冷却し、臭化リチウム冷却ユニット、アルコール冷却装置又は蒸気冷却装置は、いずれも従来技術での冷却装置であるため、本発明では、それらの具体的な動作プロセスについては詳しく説明しない。
本発明に係る他の実施例では、熱供給装置は、ボイラ３、発電機２２、及びヒーター４である。図１１のヒーター・ボイラの組み合わせにより熱供給する冷熱電併給型マイクロガスタービン装置の構造模式図を参照すると、先ずガスはコンプレッサ２０に入り、コンプレッサ２０により増圧された後に燃焼室ユニット２３の燃焼室２３１内に入って燃焼され、熱い燃焼生成物は燃焼室２３１の出口から噴出される。排気通路２３５内であって、タービン２１の後側には、発電機２２の発電インペラがさらに設けられ、このとき、高温ガスは、タービン２１を押して回転させ、タービン２１に回転軸２４を介して同軸接続されるコンプレッサ２０を回転させることができるとともに、発電インペラを押して回転させることができ、それにより、仕事をして発電し、ヒーター４に電源を提供し、ヒーター４が発熱することにより、熱供給の目的を実現し、余分の高温ガスは、排気通路２３５からボイラに排出され、ボイラ３に熱源を提供し、ボイラ水を加熱し、それにより、熱供給の目的を実現し、ヒーター・ボイラ組み合わせにより熱供給する作用を果たす。
本発明で設計される熱供給装置は、１００ｋＷの熱供給実験条件において、安定に運転することを実現できる。実測された実験室操作室のノイズが７０ｄｂであり、実測されたＮＯｘ排出が１０ｐｐｍであり、発電所の排出基準の１／５であり、ボイラの排出基準の１／１０であり、実測されたＨＣ排出が０であり、燃焼効率が約９９．８％である。同時に実験結果によれば、本発明の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置は、燃焼効率が非常に高く、ノイズ排出が基準に達し、汚染物排出が基準に達し、業界内の他の熱供給システムの排出基準要求をはるかに上回っていることが示されている。
本発明の実施例は、発電機回転子システムの関連構造をさらに提供する。
本発明に係る一実施例では、
発電機２２の回転子システムは、発電インペラ２２２を取り付けるためのタービンシャフト、及びモーター本体２２１を取り付けるためのモーター軸を含み、インペラ軸とモーター軸とが継手を介して接続され、発電インペラ２２２と継手との間に第１軸受２２３、第２軸受２２４が設けられ、モーター軸とモーター本体２２１とが第３軸受２２５、第４軸受２２６を介して回転接続される。
発電インペラ２２２は、長い軸間隔を有し、且つ発電インペラ２２２とモーター軸とが継手を介して接続され、このようにすることにより、発電インペラ２２２端の熱量を遮断でき、発電インペラ２２２端における大きい軸方向推力を受けることができ、また、発電インペラ２２２端の煙道空間を設けやすい。軸構造は、１本の一体軸を介して発電インペラ２２２とモーター本体２２１とを接続することに比べて、より高い安定性を有し、また、該接続方式により、軸受部品の交換と修理が容易になる。
本実施例の構造では、第１ケーシングと第２ケーシングが設けられてもよく、第１ケーシングと第２ケーシングとが継手を介して接続され、第１軸受２２３、第２軸受２２４、発電インペラ２２２が第１ケーシング内に設けられ、モーター本体２２１、第３軸受２２５及び第４軸受２２６が第２ケーシング内に設けられる。
本実施例に係る具体的な構造では、図１２に示すように、発電機２２の回転子システムは、順に設けられるスラスト軸受、第１ラジアル軸受、第２ラジアル軸受及び第３ラジアル軸受を含み、スラスト軸受は、発電インペラ２２２と継手との間における、発電インペラ２２２に近い位置に設けられ、第１ラジアル軸受は、発電インペラ２２２と継手との間における、継手に近い位置に設けられ、第２ラジアル軸受は、モーター本体２２１の発電インペラ２２２に近い一側に設けられ、第３ラジアル軸受は、モーター本体２２１の発電インペラ２２２から離れる他側に設けられる。
本実施例に係る他の具体的な構造では、図１３に示すように、発電機２２の回転子システムは、順に設けられる第１ラジアル軸受、スラスト軸受、第２ラジアル軸受及び第３ラジアル軸受を含み、第１ラジアル軸受は、発電インペラ２２２と継手との間における、発電インペラ２２２に近い位置に設けられ、スラスト軸受は、発電インペラ２２２と継手との間における、継手に近い位置に設けられ、第２ラジアル軸受は、モーター本体２２１の発電インペラ２２２に近い一側に設けられ、第３ラジアル軸受は、モーター本体２２１の発電インペラ２２２から離れる他側に設けられる。
また、本実施例では、さらに、第３、第４軸受がスラスト軸受として設けられ、対応する軸受種類が設けられてもよく、ここで繰り返し説明しない。
さらに、スラスト軸受は、ガス磁気ハイブリッドスラスト軸受又は空気スラスト軸受又は磁気軸受を用い、第１ラジアル軸受は、ガス動静圧ハイブリッドラジアル軸受又はガス磁気ハイブリッドラジアル軸受を用い、第２ラジアル軸受と第３ラジアル軸受は、いずれもガス動静圧ハイブリッドラジアル軸受又はガス磁気ハイブリッドラジアル軸受又はボール軸受を用いてもよい。
発電インペラ２２２が排気通路２３５内に設けられるため、インペラ軸に非接触軸受を設ける必要があり、排気通路２３５内の熱量を効果的に遮断し、熱量がモーター軸に伝導されるためモーターが破損されることを防止し、ガスタービン発電システムの信頼性と安全性を向上させ、インペラ軸とモーター軸がそれぞれ動力を伝達し、継手を介して接続されることにより、発電機２２の着脱とメンテナンスを容易にするとともに、各軸の負荷力を効果的に分解し、軸間隔が長すぎることに起因する回転軸変形を防止することができる。
上記構造の好適なものとして、スラスト軸受と第１ラジアル軸受は、径方向の支持作用を有するとともに、軸方向の支持作用も有する一体式軸受として設けられてもよい。
本実施例に係る他の具体的な構造では、図１４に示すように、発電機２２の回転子システムは、順に設けられる第１ラジアル軸受、第２ラジアル軸受、第３ラジアル軸受及び第４ラジアル軸受を含み、第１ラジアル軸受は、発電インペラ２２２と継手との間における、発電インペラ２２２に近い側に設けられ、第２ラジアル軸受は、発電インペラ２２２と継手との間における、継手に近い位置に設けられ、第３ラジアル軸受は、モーター本体２２１の発電インペラ２２２に近い一側に設けられ、第４ラジアル軸受は、モーター本体２２１の発電インペラ２２２から離れる他側に設けられる。
さらに、第１ラジアル軸受、第２ラジアル軸受は、ボール軸受又は空気軸受を用い、第３ラジアル軸受と第４ラジアル軸受は、いずれもガス動静圧ハイブリッドラジアル軸受又はガス磁気ハイブリッドラジアル軸受又はボール軸受、第１ラジアル軸受を用い、第２ラジアル軸受は、ボール軸受を用いることにより、軸方向力を相殺できるとともに、ラジアル軸受とスラスト軸受の作用を果たすことができ、
また、本構造では、さらに第３、第４軸受がスラスト軸受として設けられ、対応する軸受種類が設けられてもよく、ここで繰り返し説明しない。
本発明に係る他の実施例では、
発電機２２の回転子システムは、モーター回転軸を含み、モーター回転軸は、一体式回転軸であり、モーター回転軸に発電インペラ２２２とモーター本体２２１が設けられ、発電インペラ２２２とモーター本体２２１との間に第１軸受２２３、第２軸受２２４が設けられ、モーター本体２２１の発電インペラ２２２から離れる側に第３軸受２２５が設けられる。
本実施例に係る他の具体的な構造では、図１５に示すように、発電機２２の回転子システムは、順にモーター回転軸に設けられるスラスト軸受、第１ラジアル軸受、第２ラジアル軸受を含む。
本実施例に係る他の具体的な構造では、図１６を参照すると、回転子システムは、順にモーター回転軸に設けられる第１ラジアル軸受、スラスト軸受、第２ラジアル軸受を含む。
好ましくは、スラスト軸受、第１ラジアル軸受は、非接触式軸受であり、第２ラジアル軸受は、非接触式軸受又は接触式軸受である。
さらに、スラスト軸受は、ガス磁気ハイブリッドスラスト軸受又は空気スラスト軸受又は磁気軸受を用い、第１ラジアル軸受は、ガス動静圧ハイブリッドラジアル軸受又はガス磁気ハイブリッドラジアル軸受を用い、第２ラジアル軸受は、ガス動静圧ハイブリッドラジアル軸受又はガス磁気ハイブリッドラジアル軸受又はボール軸受を用いてもよい。
本実施例に係る他の具体的な構造では、図１７を参照すると、発電機２２の回転子システムは、順にモーター回転軸に設けられる第１ラジアル軸受、第２ラジアル軸受、第３ラジアル軸受を含む。
さらに、第１ラジアル軸受、第２ラジアル軸受は、ボール軸受又は空気軸受を用い、第３ラジアル軸受は、ガス動静圧ハイブリッドラジアル軸受又はガス磁気ハイブリッドラジアル軸受又はボール軸受を用い、第１ラジアル軸受、第２ラジアル軸受は、ボール軸受を用いることにより軸方向力を相殺できるとともに、ラジアル軸受とスラスト軸受の作用を果たすことができる。
本実施例の回転子システムでは、発電インペラ２２２は、回転数が低く、回転軸の径方向負荷、軸方向推力が通常の一体式高速マイクロガスタービンに比べていずれも大幅に減少し、回転軸の強度要求も低減し、従って、一体式回転軸を用いて発電インペラ２２２とモーター本体２２１とを接続でき、部品の数を減少させ、設計信頼性を向上させる。
以上の説明は本願の好ましい実施例及び適用される技術原理についての説明に過ぎない。当業者であれば理解されるように、本願に係る発明の範囲は、上記技術的特徴の特定の組み合わせにより形成される技術的解決手段に限定されるものではなく、また、前記発明の構想から逸脱することなく、上記技術的特徴又はその同等の特徴を任意に組み合わせて形成された他の技術的解決手段をカバーすべきである。例えば、上述した特徴は、本願において開示されているもの（但し、これに限定されるものではない）と同様な機能を有するものである。

Claims (20)

  1. 冷熱電併給型マイクロガスタービン装置であって、
    マイクロガスタービンを含み、
    前記マイクロガスタービンは、コンプレッサ、タービン及び燃焼室ユニットを含み、
    前記燃焼室ユニットは、燃焼室、吸気キャビティ、吸気通路及び排気通路を含み、前記吸気キャビティは、一体となる内部吸気キャビティと外部吸気キャビティを含み、前記外部吸気キャビティの排気端が内部吸気キャビティの吸気端と連通し、前記外部吸気キャビティの吸気端が吸気通路と連通し、前記吸気通路がコンプレッサの排気端と連通し、前記燃焼室が内部吸気キャビティと外部吸気キャビティとの間に設けられ、燃焼室の排気口が排気通路と連通し、
    前記コンプレッサのインペラが前記タービンと回転軸を介して同軸接続され、前記タービンの縁が前記排気通路内に入り込み、
    前記回転軸が空気軸受内に回転可能に取り付けられる、ことを特徴とする冷熱電併給型マイクロガスタービン装置。
  2. マイクロガスタービン装置は、熱供給装置に接続されて熱供給し、前記熱供給装置は、前記燃焼室ユニットの排気通路の排気端と連通することを特徴とする請求項１に記載の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置。
  3. マイクロガスタービン装置は、冷却装置に接続されて冷却し、前記冷却装置は、前記燃焼室ユニットの排気通路の排気端と連通することを特徴とする請求項１に記載の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置。
  4. マイクロガスタービン装置は、発電装置に接続されて発電し、
    前記発電装置は、発電インペラを含み、前記発電インペラは、排気通路内に入り込み、排気ガスにより押されて回転し、回転している前記発電インペラは、発電装置の回転子を回転させて発電させる、ことを特徴とする請求項１に記載の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置。
  5. 前記発電装置は、発電機であり、
    前記発電機は、回転子、固定子、コイル、第１軸受、及び第２軸受を含み、前記回転子は、発電インペラ、第１軸受、固定子、コイル、及び第２軸受を順に貫通し、
    前記第１軸受は、ラジアル・スラスト一体式空気軸受であり、回転子に嵌設された径方向部、及びスラストプレートにおけるスラスト部を含み、前記スラストプレートが回転子に固定され、
    前記第２軸受は、ラジアル空気軸受である、ことを特徴とする請求項４に記載の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置。
  6. 前記内部吸気キャビティと外部吸気キャビティは、いずれも環状であり、前記外部吸気キャビティの末端の排気端は、周回して内部吸気キャビティの吸気端と連通して燃焼室を囲み、
    前記燃焼室の径方向内壁と径方向外壁に気孔が配置され、前記径方向内壁と径方向外壁がそれぞれ燃焼室と、内部吸気キャビティ及び外部吸気キャビティとを仕切りし、
    前記排気通路は、環状であり、且つ回転軸の軸線を囲んで設けられ、前記燃焼室の排気口は、排気通路の前部であって、タービンの前側に設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置。
  7. 前記タービンは、縁が排気通路に垂直な軸流タービンである、ことを特徴とする請求項１に記載の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置。
  8. 前記吸気通路は、前記回転軸を囲んで設けられ、前記吸気キャビティ、燃焼室及び排気通路は、いずれも前記タービンを囲んで設けられ、
    前記燃焼室は、燃焼室の排気口に近いほど、直径が小さくなる、ことを特徴とする請求項１に記載の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置。
  9. 前記コンプレッサは、一体となる吸気筒と後端カバーをさらに含み、前記インペラは、回転軸の前端に外嵌されて固定され、
    前記回転軸におけるインペラに近い箇所には、前固定エンドカバーが嵌設され、前記前固定エンドカバーと後端カバーとの間の隙間がコンプレッサの排気通路を形成し、前記排気通路が吸気筒及び燃焼室ユニットの吸気通路と連通し、
    前記燃焼室ユニットの吸気通路の内側壁の前端が前固定エンドカバーのエッジに固定され、外側壁が後端カバーのエッジに固定され、
    前記回転軸におけるタービンに近い箇所には、後固定エンドカバーが嵌設され、前記燃焼室ユニットの前記後固定エンドカバーに近い接続アムーが後固定エンドカバーに固定して接続される、ことを特徴とする請求項１に記載の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置。
  10. 前記タービンの縁と排気通路との間、前記回転軸と前固定エンドカバーとの間、前記回転軸と後固定エンドカバーとの間、前記タービンと後固定エンドカバーとの間には、いずれも、シール部材が設けられて密封される、ことを特徴とする請求項９に記載の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置。
  11. 前記回転軸の中部にスラストプレートが設けられ、前記空気軸受は、前記スラストプレートに嵌設されるスラスト軸受、及び回転軸の両端に嵌設されるラジアル軸受を含み、
    前記スラスト軸受は、第１軸受本体と第２軸受本体を含み、前記第１軸受本体及び第２軸受本体と、スラストプレートとは、軸方向に対称的に取り付けられ、且つ予め設けられた第１軸方向隙間Ｓ１を有し、前記第１軸受本体と第２軸受本体の外端壁にそれぞれ第１空気槽と第２空気槽が設けられ、第１空気槽及び第２空気槽の底部には貫通する気孔が設けられ、該気孔が各第１空気槽及び第２空気槽と、対応する第１軸方向隙間Ｓ１とを連通させ、第１軸受本体及び第２軸受本体の内輪と回転軸との間に予め設けられた第３径方向隙間Ｓ３を有し、第１軸受本体と第２軸受本体で囲まれて形成されるスラストプレート収容溝の側壁とスラストプレートの側壁との間に予め設けられた第４径方向隙間Ｓ４を有し、
    前記ラジアル軸受の外壁に空気槽が設けられ、前記ラジアル軸受の内壁と回転軸との間に予め設けられた第２径方向隙間Ｓ２を有し、前記空気槽の底部には貫通する気孔が設けられ、該気孔が空気槽と第２径方向隙間Ｓ２とを連通させる、ことを特徴とする請求項１に記載の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置。
  12. 前記スラスト軸受は、第１軸受ハウジング及び第２軸受ハウジングをさらに含み、前記第１軸受ハウジングは、第１軸受本体の外端に取り付けられる端部と、一方のラジアル軸受の外周に密封してカバーされる周方向部とを含み、
    前記第２軸受ハウジングは、階段状に配置される円筒状の第１周方向部と第２周方向部を含み、第１周方向部が第１軸受本体と第２軸受本体の外周にカバーされ、第２周方向部が他方のラジアル軸受の外周に密封してカバーされ、
    前記第２軸受ハウジングの第１周方向部は、軸方向に第１軸受ハウジングの端部に固定して接続され、第１軸受ハウジング及び／又は第２軸受ハウジングは、静止部材である、ことを特徴とする請求項１１に記載の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置。
  13. 前記回転軸のタービンに近い一方の端にスラストプレートが設けられ、前記空気軸受は、前記スラストプレートに嵌設されるスラスト軸受、及び回転軸のコンプレッサのインペラに近い他方の端に嵌設されるラジアル軸受を含み、
    前記スラスト軸受は、第１軸受本体と第２軸受本体を含み、第１軸受本体及び第２軸受本体と、スラストプレートとは、軸方向に対称的に取り付けられ、且つ予め設けられた第１軸方向隙間Ｓ１を有し、第１軸受本体と第２軸受本体の外端壁にそれぞれ第１空気槽と第２空気槽が設けられ、第１空気槽及び第２空気槽の底部には貫通する気孔が設けられ、該気孔が第１空気槽及び第２空気槽と、対応する第１軸方向隙間Ｓ１とを連通させ、第１軸受本体及び第２軸受本体の内輪と回転軸２４との間に予め設けられた第３径方向隙間Ｓ３を有し、第１軸受本体と第２軸受本体で囲まれて形成されるスラストプレート収容溝の側壁とスラストプレートの側壁との間に予め設けられた第４径方向隙間Ｓ４を有し、
    前記ラジアル軸受の外壁に空気槽が設けられ、前記ラジアル軸受の内壁と回転軸との間に予め設けられた第２径方向隙間Ｓ２を有し、前記空気槽の底部には、貫通する気孔が設けられ、該気孔が空気槽と第２径方向隙間Ｓ２とを連通させる、ことを特徴とする請求項１に記載の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置。
  14. 前記スラスト軸受は、第１軸受ハウジング及び第２軸受ハウジングをさらに含み、前記第１軸受ハウジングは、第１軸受本体の一端に取り付けられる端部と、ラジアル軸受の外周に密封してカバーされる周方向部とを含み、
    前記第２軸受ハウジングは、第１軸受本体と第２軸受本体の外周にカバーされる周方向部と、第２軸受本体の外端に取り付けられる端部とを含み、
    前記第２軸受ハウジング周方向部は、軸方向に第１軸受ハウジングの端部に固定して接続され、前記第１軸受ハウジング及び／又は第２軸受ハウジングは、静止部材である、ことを特徴とする請求項１３に記載の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置。
  15. 前記回転軸の、コンプレッサのインペラに近い一方の端にスラストプレートが設けられ、前記空気軸受は、前記スラストプレートに嵌設されるスラスト軸受、及び回転軸のタービンに近い他方の端に嵌設されるラジアル軸受を含み、
    前記スラスト軸受は、第１軸受本体と第２軸受本体を含み、第１軸受本体及び第２軸受本体と、スラストプレートとは、軸方向に対称的に取り付けられ、且つ予め設けられた第１軸方向隙間を有し、第１軸受本体と第２軸受本体の外端壁にそれぞれ第１空気槽と第２空気槽が設けられ、第１空気槽及び第２空気槽の底部には貫通する気孔が設けられ、該気孔が第１空気槽及び第２空気槽と、対応する第１軸方向隙間Ｓ１とを連通させ、第１軸受本体及び第２軸受本体の内輪と回転軸との間に予め設けられた第３径方向隙間Ｓ３を有し、第１軸受本体と第２軸受本体で囲まれて形成されるスラストプレート収容溝の側壁とスラストプレートの側壁との間に予め設けられた第４径方向隙間Ｓ４を有し、
    前記ラジアル軸受の外壁に空気槽が設けられ、前記ラジアル軸受の内壁と回転軸との間に予め設けられた第２径方向隙間Ｓ２を有し、前記空気槽の底部には貫通する気孔が設けられ、該気孔が空気槽と第２径方向隙間Ｓ２とを連通させる、ことを特徴とする請求項１に記載の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置。
  16. 前記スラスト軸受は、第１軸受ハウジング及び第２軸受ハウジングをさらに含み、前記第１軸受ハウジングは、第１軸受本体の一端に取り付けられる端部を含み、
    前記第２軸受ハウジングは、第１軸受本体と第２軸受本体の外周にカバーされる周方向部と、第２軸受本体の外端に取り付けられる端部とを含み、
    前記第２軸受ハウジング周方向部は、軸方向に第１軸受ハウジングの端部に固定して接続され、
    前記ラジアル軸受は、その外周に嵌設される、第２軸受ハウジング周方向部に固定して接続されるラジアル軸受ハウジングをさらに含み、
    前記第１軸受ハウジング及び／又は第２軸受ハウジングは、静止部材である、ことを特徴とする請求項１５に記載の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置。
  17. 前記空気軸受は、前記回転軸の両端に嵌設されるスラスト軸受及び前記回転軸の中部に嵌設されるラジアル軸受を含み、
    前記スラスト軸受は、第１軸受本体と第２軸受本体を含み、前記第１軸受本体とインペラとの間、第２軸受本体とタービンとの間に、いずれも予め設けられた第１軸方向隙間Ｓ１を有し、第１軸受本体と第２軸受本体のラジアル軸受に近い端壁にそれぞれ第１空気槽と第２空気槽が設けられ、第１空気槽及び第２空気槽の底部には貫通する気孔が設けられ、該気孔が第１空気槽及び第２空気槽と、対応する第１軸方向隙間Ｓ１とを連通させ、第１軸受本体及び第２軸受本体の内輪と回転軸との間に予め設けられた第３径方向隙間Ｓ３を有し、
    前記ラジアル軸受の外壁に空気槽が設けられ、前記ラジアル軸受の内壁と回転軸との間に予め設けられた第２径方向隙間を有し、前記空気槽の底部には貫通する気孔が設けられ、該気孔が空気槽と第２径方向隙間Ｓ２とを連通させる、ことを特徴とする請求項１に記載の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置。
  18. 前記空気軸受の外部には、第１軸受ハウジング、第２軸受ハウジング及びラジアル軸受ハウジングを含む一体式の軸受ハウジングがさらに設けられ、
    前記第１軸受ハウジングは、第１軸受本体の一端に取り付けられる端部を含み、
    前記第２軸受ハウジングは、第２軸受本体の一端に取り付けられる端部を含み、
    前記ラジアル軸受ハウジングは、回転軸の中部に嵌設され、
    前記軸受ハウジングは、静止部材である、ことを特徴とする請求項１７に記載の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置。
  19. 前記熱供給装置は、ボイラを含み、
    前記ボイラは、前記排気通路に接続され、排気通路から噴出された燃焼生成物により加熱される、ことを特徴とする請求項２に記載の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置。
  20. 前記冷却装置は、臭化リチウム冷却ユニット、アルコール冷却装置又は蒸気冷却装置である、ことを特徴とする請求項３に記載の冷熱電併給型マイクロガスタービン装置。
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