JP3314168B2 - 水中航走体用ガスタービンの起動方法と装置 - Google Patents
水中航走体用ガスタービンの起動方法と装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、循環する作動ガス
で駆動されるガスタービンで作動ガスを昇圧させるガス
圧縮機を作動させるとともに、外部出力を発生させるよ
うにしたクローズドブレイトンサイクルガスタービン、
特に、小型で高出力が得られるようにした水中航走体用
ガスタービンの起動方法と、その起動装置に関する。
で駆動されるガスタービンで作動ガスを昇圧させるガス
圧縮機を作動させるとともに、外部出力を発生させるよ
うにしたクローズドブレイトンサイクルガスタービン、
特に、小型で高出力が得られるようにした水中航走体用
ガスタービンの起動方法と、その起動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は、従来水中航走体用ガスタービン
として使用されている、クローズドブレイトンサイクル
ガスタービン（Closed Brayton Cycle Gas-Turbine）の
系統図であり、作動ガス１５としては、例えばキセノン
（Ｘｅ）ガス，ヘリューム（Ｈｅ）ガス等が使用されて
いる。
として使用されている、クローズドブレイトンサイクル
ガスタービン（Closed Brayton Cycle Gas-Turbine）の
系統図であり、作動ガス１５としては、例えばキセノン
（Ｘｅ）ガス，ヘリューム（Ｈｅ）ガス等が使用されて
いる。
【０００３】このような、クローズドブレイトンサイク
ルガスタービンは、ガスタービン６の外部出力Ｐを出力
する出力軸１６の途中に取付けられたガス圧縮機７、ガ
スタービン６の排熱でガス圧縮機７で昇圧された作動ガ
ス１５を予熱する再生熱交換器９、この予熱された作動
ガス１５を、金属リチウム（Ｌｉ）と六弗化硫黄（ＳＦ
6 ）との化学反応等による反応熱Ｑを利用して加熱する
加熱器８、作動ガス１５を予熱したガスタービン排ガス
に残留する余熱Ｑ2 を外界の海水等で除去して、冷却す
る冷却器１０、およびガスタービン６の負荷に応じて、
システム内を循環する作動ガス１５の量を調節する貯気
タンク１１によって構成されている。
ルガスタービンは、ガスタービン６の外部出力Ｐを出力
する出力軸１６の途中に取付けられたガス圧縮機７、ガ
スタービン６の排熱でガス圧縮機７で昇圧された作動ガ
ス１５を予熱する再生熱交換器９、この予熱された作動
ガス１５を、金属リチウム（Ｌｉ）と六弗化硫黄（ＳＦ
6 ）との化学反応等による反応熱Ｑを利用して加熱する
加熱器８、作動ガス１５を予熱したガスタービン排ガス
に残留する余熱Ｑ2 を外界の海水等で除去して、冷却す
る冷却器１０、およびガスタービン６の負荷に応じて、
システム内を循環する作動ガス１５の量を調節する貯気
タンク１１によって構成されている。
【０００４】このクローズドブレイトンサイクルガスタ
ービンでは、ガス圧縮機７で加圧された作動ガス１５
は、再生熱交換器９、加熱器８により加熱され、ガスタ
ービン６を駆動してガス圧縮機７の駆動力、および外部
出力Ｐを発生させる。また、ガスタービン６で減温、減
圧されたガスタービン排ガス、すなわち作動ガス１５
は、再生熱交換器９において、低温、高圧側のガス圧縮
機７から吐出された作動ガス１５へ熱を供給して加熱
し、さらに冷却器１０で放熱し、冷却された後、再度ガ
ス圧縮機７で加圧され、前述のようにガスタービン６に
供給されるクローズドサイクルを形成する。
ービンでは、ガス圧縮機７で加圧された作動ガス１５
は、再生熱交換器９、加熱器８により加熱され、ガスタ
ービン６を駆動してガス圧縮機７の駆動力、および外部
出力Ｐを発生させる。また、ガスタービン６で減温、減
圧されたガスタービン排ガス、すなわち作動ガス１５
は、再生熱交換器９において、低温、高圧側のガス圧縮
機７から吐出された作動ガス１５へ熱を供給して加熱
し、さらに冷却器１０で放熱し、冷却された後、再度ガ
ス圧縮機７で加圧され、前述のようにガスタービン６に
供給されるクローズドサイクルを形成する。
【０００５】また、このクローズドブレイトンサイクル
ガスタービンを低出力に切換える際は、排気バルブ２閉
状態で導入バルブ１の開度を調整し、ガス圧縮機７から
吐出される作動ガスの一部を貯気タンク１１内に貯え、
ガスタービン６に流入する作動ガスの重量流量を減少さ
せるとともに、加熱器８の入熱量Ｑも減少させるように
している。さらに、高出力に切換える際は、導入バルブ
１閉状態で排気バルブ２の開度を調整し、貯気タンク１
１内に貯えた高圧の作動ガス１５をガス圧縮機７の吸込
ラインに戻し、ガスタービン６に流入する作動ガス１５
の重量流量を増大させるとともに、加熱器８の入熱量Ｑ
も増加させるようにしている。
ガスタービンを低出力に切換える際は、排気バルブ２閉
状態で導入バルブ１の開度を調整し、ガス圧縮機７から
吐出される作動ガスの一部を貯気タンク１１内に貯え、
ガスタービン６に流入する作動ガスの重量流量を減少さ
せるとともに、加熱器８の入熱量Ｑも減少させるように
している。さらに、高出力に切換える際は、導入バルブ
１閉状態で排気バルブ２の開度を調整し、貯気タンク１
１内に貯えた高圧の作動ガス１５をガス圧縮機７の吸込
ラインに戻し、ガスタービン６に流入する作動ガス１５
の重量流量を増大させるとともに、加熱器８の入熱量Ｑ
も増加させるようにしている。
【０００６】上述したような、クローズドブレイトンサ
イクルガスタービンにおいては、図５に示すように、ガ
ス圧縮機７の入口側の圧力Ｖは、大気圧程度と低く、ま
た常に一定である。また、ガスタービン６起動時には、
ガスタービン６に付設した、図示しない起動モータを時
点ａで始動し、ガスタービン６、およびガス圧縮機７の
回転数IVを上昇させ、これらの回転数IVの上昇ととも
に、ガスタービン出力II、ガス圧縮機入力（駆動力）II
I を増大させるようにしている。
イクルガスタービンにおいては、図５に示すように、ガ
ス圧縮機７の入口側の圧力Ｖは、大気圧程度と低く、ま
た常に一定である。また、ガスタービン６起動時には、
ガスタービン６に付設した、図示しない起動モータを時
点ａで始動し、ガスタービン６、およびガス圧縮機７の
回転数IVを上昇させ、これらの回転数IVの上昇ととも
に、ガスタービン出力II、ガス圧縮機入力（駆動力）II
I を増大させるようにしている。
【０００７】この、ガスタービン６、ガス圧縮機７の回
転数IV上昇時の時点ｂで、加熱器８に点火することによ
り、ガスタービン出力IIおよび、ガスタービン入口ガス
温度Ｉは、急激に上昇するが、立上り時の作動ガス１５
の温度が低いため、ガスタービン出力IIは、ガス圧縮機
入力（駆動力）III に対し、出力不足αが生じ、不足す
ることとなる。この出力不足αを補うのが起動モータの
出力であるが、ガスタービン６、およびガス圧縮機７の
回転数IVの静定後も、ガスタービン入口ガス温度Ｉがあ
る一定温度ＩT 以上になるまでは、出力不足αの状態が
続き、起動モータを必要とする。しかし、ガスタービン
入口ガス温度Ｉが、ある一定温度ＩT 以上になる時点ｃ
で、ガスタービン出力IIは、ガス圧縮機入力（駆動力）
III と等しくなり、ガスタービン６は起動モータを必要
としない自立可能な状態となる。
転数IV上昇時の時点ｂで、加熱器８に点火することによ
り、ガスタービン出力IIおよび、ガスタービン入口ガス
温度Ｉは、急激に上昇するが、立上り時の作動ガス１５
の温度が低いため、ガスタービン出力IIは、ガス圧縮機
入力（駆動力）III に対し、出力不足αが生じ、不足す
ることとなる。この出力不足αを補うのが起動モータの
出力であるが、ガスタービン６、およびガス圧縮機７の
回転数IVの静定後も、ガスタービン入口ガス温度Ｉがあ
る一定温度ＩT 以上になるまでは、出力不足αの状態が
続き、起動モータを必要とする。しかし、ガスタービン
入口ガス温度Ｉが、ある一定温度ＩT 以上になる時点ｃ
で、ガスタービン出力IIは、ガス圧縮機入力（駆動力）
III と等しくなり、ガスタービン６は起動モータを必要
としない自立可能な状態となる。
【０００８】その後、ガスタービン入口温度Ｉは、設定
温度ＩS に静定するが、自立可能になるガスタービン入
口温度ＩがＩT を越えた後の時点ｄで、起動モータを切
離して、ガスタービン６を自立させるようにしている。
また、ガスタービン入口温度ＩがＩT を越えた後、ガス
タービン出力IIは、ガス圧縮機入力（駆動力）III を上
回ることとなるが、この差がガスタービン６の外部出力
βとなり、他の機器の駆動源となる。
温度ＩS に静定するが、自立可能になるガスタービン入
口温度ＩがＩT を越えた後の時点ｄで、起動モータを切
離して、ガスタービン６を自立させるようにしている。
また、ガスタービン入口温度ＩがＩT を越えた後、ガス
タービン出力IIは、ガス圧縮機入力（駆動力）III を上
回ることとなるが、この差がガスタービン６の外部出力
βとなり、他の機器の駆動源となる。
【０００９】一方、従来使用されているガスタービン
は、そのほとんどがオープンサイクルのオープンブレイ
トンサイクルガスタービンであり、ガス圧縮機入口圧
（サイクルのベース圧）Ｖは必ず大気圧であった。ま
た、数少ないクローズドブレイトンサイクルガスタービ
ンの場合も、従来は上述したようにガス圧縮機入口圧Ｖ
が大気圧レベルか、その数倍のオーダのものが使用され
ている。
は、そのほとんどがオープンサイクルのオープンブレイ
トンサイクルガスタービンであり、ガス圧縮機入口圧
（サイクルのベース圧）Ｖは必ず大気圧であった。ま
た、数少ないクローズドブレイトンサイクルガスタービ
ンの場合も、従来は上述したようにガス圧縮機入口圧Ｖ
が大気圧レベルか、その数倍のオーダのものが使用され
ている。
【００１０】従って、ガスタービン６起動時におけるガ
ス圧縮機入力（駆動力）III は小さく、起動時のガスタ
ービン入口ガス温度Ｉの立上り遅れによる、ガスタービ
ン出力不足αを補う起動モータの必要出力は、小さくて
済んでいた。しかしながら、クローズドブレイトンサイ
クルガスタービンは、その秀れた特性から水中航走体等
を推進させる、小型で大きな外部出力が発生できる小型
の水中航走体用ガスタービンにするための開発が進めら
れている。
ス圧縮機入力（駆動力）III は小さく、起動時のガスタ
ービン入口ガス温度Ｉの立上り遅れによる、ガスタービ
ン出力不足αを補う起動モータの必要出力は、小さくて
済んでいた。しかしながら、クローズドブレイトンサイ
クルガスタービンは、その秀れた特性から水中航走体等
を推進させる、小型で大きな外部出力が発生できる小型
の水中航走体用ガスタービンにするための開発が進めら
れている。
【００１１】このような水中航走体に使用される、小型
クローズドブレイトンサイクルガスタービンにおいて
は、ガスタービン６に導入される作動ガス１５の圧力を
高め、大出力が得られるようにするとともに、サイクル
効率を低下させないため、サイクル効率が最も良くなる
ガス圧縮機７の吐出圧力／入口圧力、すなわち圧力比
を、２．０近傍にした、従来のクローズドサイクルブレ
イトンサイクルガスタービンと同様の低い圧力比にする
ことが必要である。
クローズドブレイトンサイクルガスタービンにおいて
は、ガスタービン６に導入される作動ガス１５の圧力を
高め、大出力が得られるようにするとともに、サイクル
効率を低下させないため、サイクル効率が最も良くなる
ガス圧縮機７の吐出圧力／入口圧力、すなわち圧力比
を、２．０近傍にした、従来のクローズドサイクルブレ
イトンサイクルガスタービンと同様の低い圧力比にする
ことが必要である。
【００１２】従って、従来のクローズドブレイトンサイ
クルガスタービンでは、通常、大気圧レベルに設定され
ていたガス圧縮機７の入口圧力は、このような小型の水
中航走体用ガスタービンでは、ガスタービン６の大出力
化に伴う、ガスタービン６に導入される作動ガス、すな
わち、ガス圧縮機７の吐出圧力の増大に伴い、入口圧力
を大気圧の数倍から十数倍に高める必要がある。
クルガスタービンでは、通常、大気圧レベルに設定され
ていたガス圧縮機７の入口圧力は、このような小型の水
中航走体用ガスタービンでは、ガスタービン６の大出力
化に伴う、ガスタービン６に導入される作動ガス、すな
わち、ガス圧縮機７の吐出圧力の増大に伴い、入口圧力
を大気圧の数倍から十数倍に高める必要がある。
【００１３】このように、ガス圧縮機入口圧力Ｖが増加
すると、図５に示すように、ガス圧縮機入力（駆動力）
III も増大するため、ガスタービン入口ガス温度Ｉの立
上り遅れによるガスタービンの出力不足αは、従来のク
ローズドブレイトンサイクルガスタービンにおけるガス
タービンの出力不足αの数倍から十数倍に増加し、この
出力不足αを補う起動モータの必要出力は、増加して起
動モータおよび起動モータの電源を大型化しなければな
らず、小型化が制約されるという問題があった。
すると、図５に示すように、ガス圧縮機入力（駆動力）
III も増大するため、ガスタービン入口ガス温度Ｉの立
上り遅れによるガスタービンの出力不足αは、従来のク
ローズドブレイトンサイクルガスタービンにおけるガス
タービンの出力不足αの数倍から十数倍に増加し、この
出力不足αを補う起動モータの必要出力は、増加して起
動モータおよび起動モータの電源を大型化しなければな
らず、小型化が制約されるという問題があった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
クローズドブレイトンサイクルガスタービンの小型、大
出力化に当って生じる、起動モータおよびこの駆動源の
大型化の不具合を解消でき、サイクル効率を低下させる
ことなく、ガスタービンを大出力化しても、起動時にお
けるガス圧縮機の入口圧力を大気レベルにでき、ガスタ
ービンを起動する起動モータの必要出力を小さくでき、
起動モータおよび駆動源が大型化せず、小型で大出力の
水中航走体用ガスタービンを実現できる起動方法、およ
び起動装置を提供することを課題とする。
クローズドブレイトンサイクルガスタービンの小型、大
出力化に当って生じる、起動モータおよびこの駆動源の
大型化の不具合を解消でき、サイクル効率を低下させる
ことなく、ガスタービンを大出力化しても、起動時にお
けるガス圧縮機の入口圧力を大気レベルにでき、ガスタ
ービンを起動する起動モータの必要出力を小さくでき、
起動モータおよび駆動源が大型化せず、小型で大出力の
水中航走体用ガスタービンを実現できる起動方法、およ
び起動装置を提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】このため、本発明の水中
航走体用ガスタービンの起動方法は、次の工程を採用し
た。
航走体用ガスタービンの起動方法は、次の工程を採用し
た。
【００１６】（１） ガスタービンから排出される作動
ガスを吸引して、ガスタービンを駆動する作動ガスに昇
圧するガス圧縮機の吸込み圧力を、略大気圧レベル、若
しくは大気圧レベル以下にして、起動モータで、ガス圧
縮機を連結し駆動するようにしたガスタービンを始動さ
せる工程。
ガスを吸引して、ガスタービンを駆動する作動ガスに昇
圧するガス圧縮機の吸込み圧力を、略大気圧レベル、若
しくは大気圧レベル以下にして、起動モータで、ガス圧
縮機を連結し駆動するようにしたガスタービンを始動さ
せる工程。
【００１７】（２） 起動モータの始動によりガスター
ビンの回転数が上昇するとともに、加熱器の点火により
ガスタービン入口の作動ガス温度が上昇して、ガスター
ビンの出力が、ガス圧縮機の入力（駆動力）を上回り、
起動モータの加勢を必要としなくなった時点で、ガス圧
縮機の吸込み圧力を上げて吐出圧力を上げ、ガスタービ
ンに供給する作動ガス圧力の上昇により、外部出力が大
きくなるガスタービンを定格出力まで増大させる工程。
ビンの回転数が上昇するとともに、加熱器の点火により
ガスタービン入口の作動ガス温度が上昇して、ガスター
ビンの出力が、ガス圧縮機の入力（駆動力）を上回り、
起動モータの加勢を必要としなくなった時点で、ガス圧
縮機の吸込み圧力を上げて吐出圧力を上げ、ガスタービ
ンに供給する作動ガス圧力の上昇により、外部出力が大
きくなるガスタービンを定格出力まで増大させる工程。
【００１８】本発明の水中航走体用ガスタービンの起動
方法は、上記（１），（２）の工程の採用により、
（ア） 容量の小さい小型の起動モータで、ガスタービ
ンの出力が、ガス圧縮機の入力以上の出力になるまで起
動できるとともに、ガスタービンの出力がガス圧縮機の
入力以上になった時点で、ガス圧縮機の入口圧力を大き
くして、最高のサイクル効率が得られる圧力比，（吐出
圧力／入口圧力）を維持したまま、ガス圧縮機の吐出圧
力を上げ、高圧の作動ガスをガスタービンに供給するこ
とによって、ガスタービン出力を大きな外部出力が得ら
れる、大容量の定格出力まで上昇させる起動を行うこと
ができる。
方法は、上記（１），（２）の工程の採用により、
（ア） 容量の小さい小型の起動モータで、ガスタービ
ンの出力が、ガス圧縮機の入力以上の出力になるまで起
動できるとともに、ガスタービンの出力がガス圧縮機の
入力以上になった時点で、ガス圧縮機の入口圧力を大き
くして、最高のサイクル効率が得られる圧力比，（吐出
圧力／入口圧力）を維持したまま、ガス圧縮機の吐出圧
力を上げ、高圧の作動ガスをガスタービンに供給するこ
とによって、ガスタービン出力を大きな外部出力が得ら
れる、大容量の定格出力まで上昇させる起動を行うこと
ができる。
【００１９】これにより、起動モータおよび／又は駆動
源を大型化する必要がなく、小型の水中航走体用ガスタ
ービンに出来るとともに、利用できる外部出力も、従来
のものに比べ、飛躍的に大きくなる大出力の水中航走体
用ガスタービンにできる。
源を大型化する必要がなく、小型の水中航走体用ガスタ
ービンに出来るとともに、利用できる外部出力も、従来
のものに比べ、飛躍的に大きくなる大出力の水中航走体
用ガスタービンにできる。
【００２０】また、本発明は、上述した起動方法を実現
する水中航走体用ガスタービンの起動装置として、次の
手段とした。
する水中航走体用ガスタービンの起動装置として、次の
手段とした。
【００２１】（３） 起動モータで始動され、加熱器の
点火によりガスタービン入口の作動ガスの温度が上昇し
て、ガスタービンの出力がガス圧縮機の入力（駆動力）
を上回ったときに、ガス圧縮機の吸込圧を上昇させる高
圧の作動ガスを収容するアキュームレータタンクを設け
た。
点火によりガスタービン入口の作動ガスの温度が上昇し
て、ガスタービンの出力がガス圧縮機の入力（駆動力）
を上回ったときに、ガス圧縮機の吸込圧を上昇させる高
圧の作動ガスを収容するアキュームレータタンクを設け
た。
【００２２】（４） ガス圧縮機の吸込圧を上昇させる
ときに開放して、アキュームレータタンクの作動ガスを
吸込みラインに供給するシャットオフバルブを途中に設
け、アキュームレータタンクとガス圧縮機の吸込みライ
ンとを連結する管路を設けた。
ときに開放して、アキュームレータタンクの作動ガスを
吸込みラインに供給するシャットオフバルブを途中に設
け、アキュームレータタンクとガス圧縮機の吸込みライ
ンとを連結する管路を設けた。
【００２３】本発明の水中航走体用ガスタービンの起動
装置は、上述（３），（４）の手段により、（イ） 容
量の小さい小型の起動モータで起動されたガスタービン
の出力が、ガスタービンで駆動され、ガスタービンを駆
動する作動ガスを昇圧するガス圧縮機の入力（駆動力）
より大きくなったとき、シャットオフバルブを開放する
ことにより、アキュームレータ内の高圧の作動ガスをガ
ス圧縮機の吸込みラインに供給し、ガス圧縮機の吸込み
圧力を大きくすることができる。
装置は、上述（３），（４）の手段により、（イ） 容
量の小さい小型の起動モータで起動されたガスタービン
の出力が、ガスタービンで駆動され、ガスタービンを駆
動する作動ガスを昇圧するガス圧縮機の入力（駆動力）
より大きくなったとき、シャットオフバルブを開放する
ことにより、アキュームレータ内の高圧の作動ガスをガ
ス圧縮機の吸込みラインに供給し、ガス圧縮機の吸込み
圧力を大きくすることができる。
【００２４】これにより、ガス圧縮機は、吸込み圧力の
上昇に対応して、サイクル効率の良好な圧力比を保持し
たまま、吐出圧力を上昇させることができ、ガスタービ
ンには高圧の作動ガスが供給され、ガスタービンは、外
部出力を飛躍的に増加できる大出力の定格出力に起動で
きる。
上昇に対応して、サイクル効率の良好な圧力比を保持し
たまま、吐出圧力を上昇させることができ、ガスタービ
ンには高圧の作動ガスが供給され、ガスタービンは、外
部出力を飛躍的に増加できる大出力の定格出力に起動で
きる。
【００２５】また、ガスタービンの始動を行う起動モー
タおよび／又は、駆動源を大型化することなく、ガスタ
ービンを定格出力まで起動できるので、小型でコンパク
トな水中航走体用ガスタービンとすることができる。
タおよび／又は、駆動源を大型化することなく、ガスタ
ービンを定格出力まで起動できるので、小型でコンパク
トな水中航走体用ガスタービンとすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の水中航走体用ガス
タービンの起動方法の実施の態様、および起動装置の実
施の一形態を図面にもとづき説明する。なお、以下の図
面において、図３に示した従来の水中航走体用ガスター
ビンとして使用されているクローズドブレイトンサイク
ルガスタービンの構成と同じ部分には、説明を簡単にす
るため同一の符号を付してあり、それらについての重複
する説明は省略する。
タービンの起動方法の実施の態様、および起動装置の実
施の一形態を図面にもとづき説明する。なお、以下の図
面において、図３に示した従来の水中航走体用ガスター
ビンとして使用されているクローズドブレイトンサイク
ルガスタービンの構成と同じ部分には、説明を簡単にす
るため同一の符号を付してあり、それらについての重複
する説明は省略する。
【００２７】まず、図２によって、本発明の実施の第１
形態による起動装置を備えた水中航走体用ガスタービン
の構成について説明する。図２に示す水中航走体用ガス
タービンでは、図３の従来例とは違い、ガス圧縮機７の
吸込みライン１２には、ガス圧縮機７の吸込み圧力を昇
圧する、高圧の作動ガス１５を収容するアキュームレー
タタンク３をシャットオフバルブ４を途中に介装した管
路５で連結させている。また、加熱器８で加熱された高
圧の作動ガス１５で駆動されるガスタービン６には、起
動モータ１３および起動モータ１３に電力を供給する電
源１４が設けられている。
形態による起動装置を備えた水中航走体用ガスタービン
の構成について説明する。図２に示す水中航走体用ガス
タービンでは、図３の従来例とは違い、ガス圧縮機７の
吸込みライン１２には、ガス圧縮機７の吸込み圧力を昇
圧する、高圧の作動ガス１５を収容するアキュームレー
タタンク３をシャットオフバルブ４を途中に介装した管
路５で連結させている。また、加熱器８で加熱された高
圧の作動ガス１５で駆動されるガスタービン６には、起
動モータ１３および起動モータ１３に電力を供給する電
源１４が設けられている。
【００２８】本実施形態の水中航走体用ガスタービンで
は、上述、および図３に示す構成により、ガスタービン
６の起動初期においては、図１に示すように、ガス圧縮
機７の入口圧力（サイクルのベース圧）Ｖを大気圧吸込
みとし、起動モータ１３を時点ａで始動して、ガスター
ビン６、ガス圧縮機７の回転数IVを上昇させ、回転数IV
の上昇とともに、ガスタービン出力II，およびガス圧縮
機入力（駆動力）IIIは増大する。
は、上述、および図３に示す構成により、ガスタービン
６の起動初期においては、図１に示すように、ガス圧縮
機７の入口圧力（サイクルのベース圧）Ｖを大気圧吸込
みとし、起動モータ１３を時点ａで始動して、ガスター
ビン６、ガス圧縮機７の回転数IVを上昇させ、回転数IV
の上昇とともに、ガスタービン出力II，およびガス圧縮
機入力（駆動力）IIIは増大する。
【００２９】回転数IVがある程度上昇した時点ｂで、加
熱器（燃焼器）８の点火を行うと、ガスタービン入口ガ
ス温度Ｉは、急激に上昇するが、立上り時の温度が低い
ため、ガスタービン出力IIを急激に、立上げることは出
来ず、ガスタービン出力IIは、ガス圧縮機入力（駆動
力）III に対し，αだけ不足する。この出力不足αは、
ガス圧縮機７の吸込み圧力が大気圧レベルのものとなっ
ているため、小さく、小型の起動モータ１３の出力で補
うことができる。
熱器（燃焼器）８の点火を行うと、ガスタービン入口ガ
ス温度Ｉは、急激に上昇するが、立上り時の温度が低い
ため、ガスタービン出力IIを急激に、立上げることは出
来ず、ガスタービン出力IIは、ガス圧縮機入力（駆動
力）III に対し，αだけ不足する。この出力不足αは、
ガス圧縮機７の吸込み圧力が大気圧レベルのものとなっ
ているため、小さく、小型の起動モータ１３の出力で補
うことができる。
【００３０】ガスタービン６およびこれに同軸状に配置
されたガス圧縮機７の回転数IVの静定後、ガスタービン
入口ガス温度Ｉが、ある一定温度ＩT になった時点ｃ
で、ガスタービン出力IIは、ガス圧縮機コンプレッサ入
力（駆動力）III と等しくなり、ガスタービン６は自立
可能となる。このガスタービン入口ガス温度Ｉが一定温
度ＩT 以上になった時点ｄで、起動モータ１１は、ガス
タービン６から切離され、ガスタービン６は、自立運転
状態になる。
されたガス圧縮機７の回転数IVの静定後、ガスタービン
入口ガス温度Ｉが、ある一定温度ＩT になった時点ｃ
で、ガスタービン出力IIは、ガス圧縮機コンプレッサ入
力（駆動力）III と等しくなり、ガスタービン６は自立
可能となる。このガスタービン入口ガス温度Ｉが一定温
度ＩT 以上になった時点ｄで、起動モータ１１は、ガス
タービン６から切離され、ガスタービン６は、自立運転
状態になる。
【００３１】このように、ガス圧縮機入口圧Ｖを大気圧
吸込みで起動することで、以下に説明するように、小型
かつ大出力を狙った水中航走体用ガスタービンにおいて
も、従来のクローズドブレイトンサイクルガスタービン
と同様に、起動モータ１１の必要出力の増大を防ぐこと
ができる。
吸込みで起動することで、以下に説明するように、小型
かつ大出力を狙った水中航走体用ガスタービンにおいて
も、従来のクローズドブレイトンサイクルガスタービン
と同様に、起動モータ１１の必要出力の増大を防ぐこと
ができる。
【００３２】ガスタービン６が自立運転状態になった時
点ｅで、図２に示すガス圧縮機７の吸込みライン１２と
連結する管路５に介装したシャットオフバルブ４を徐々
に開くことにより、アキュームレータタンク３内の高圧
の作動ガス１５は、管路５を介して吸込みライン１２に
導かれ、ガス圧縮機入口圧力（サイクルのベース圧）
Ｖ′は、図１に示すように徐々に昇圧する。このガス圧
縮機入口圧力Ｖ′昇圧に連動して、ガス圧縮機入力（駆
動力） III′も徐々に上昇するが、ガスタービン出力I
I′は、それ以上に上昇することから、ガスタービン６
で発生する外部出力はβであったものが、定格出力に到
達する時点ｆでは、β′にまで増大し、大出力である定
格出力まで、起動モータ１３を使用することなく、ガス
タービン６を立上げることができる。
点ｅで、図２に示すガス圧縮機７の吸込みライン１２と
連結する管路５に介装したシャットオフバルブ４を徐々
に開くことにより、アキュームレータタンク３内の高圧
の作動ガス１５は、管路５を介して吸込みライン１２に
導かれ、ガス圧縮機入口圧力（サイクルのベース圧）
Ｖ′は、図１に示すように徐々に昇圧する。このガス圧
縮機入口圧力Ｖ′昇圧に連動して、ガス圧縮機入力（駆
動力） III′も徐々に上昇するが、ガスタービン出力I
I′は、それ以上に上昇することから、ガスタービン６
で発生する外部出力はβであったものが、定格出力に到
達する時点ｆでは、β′にまで増大し、大出力である定
格出力まで、起動モータ１３を使用することなく、ガス
タービン６を立上げることができる。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ガス圧縮機入口圧力を大気圧の数倍から十数倍に高め、
小型で大出力を狙った水中航走体用ガスタービンにおい
て、起動の初期は、ガス圧縮機の入口圧力を大気圧レベ
ル、若しくは大気圧レベル以下の吸込み圧力として、ガ
ス圧縮機入力（駆動力）を低く抑え、ガスタービン出力
の不足分を補うために設置する起動モータの出力の増大
を防ぐことができる。また、ガスタービンが自立運転に
入った後、ガス圧縮機の吸込み口に連通する吸込みライ
ンと連結する管路に介装されたシャットオフバルブを徐
々に開くことにより、管路を介してアキュームレータタ
ンク内の高圧の作動ガスが、吸込みライン内に導かれ、
ガス圧縮機入口圧力（サイクルのべース圧）を徐々に昇
圧することにより、ガスタービンを定格出力の大出力ま
で上げることができる。
ガス圧縮機入口圧力を大気圧の数倍から十数倍に高め、
小型で大出力を狙った水中航走体用ガスタービンにおい
て、起動の初期は、ガス圧縮機の入口圧力を大気圧レベ
ル、若しくは大気圧レベル以下の吸込み圧力として、ガ
ス圧縮機入力（駆動力）を低く抑え、ガスタービン出力
の不足分を補うために設置する起動モータの出力の増大
を防ぐことができる。また、ガスタービンが自立運転に
入った後、ガス圧縮機の吸込み口に連通する吸込みライ
ンと連結する管路に介装されたシャットオフバルブを徐
々に開くことにより、管路を介してアキュームレータタ
ンク内の高圧の作動ガスが、吸込みライン内に導かれ、
ガス圧縮機入口圧力（サイクルのべース圧）を徐々に昇
圧することにより、ガスタービンを定格出力の大出力ま
で上げることができる。
【００３４】このような起動方法、および起動装置を用
いることにより、小型，大出力の水中航走体用ガスター
ビンにおいても、起動モータ及びその駆動源である電源
を大型化することなく、起動でき、大出力の定格出力ま
で立上げることができる小型のブレイトンサイクルガス
タービンを容易に実現できる。
いることにより、小型，大出力の水中航走体用ガスター
ビンにおいても、起動モータ及びその駆動源である電源
を大型化することなく、起動でき、大出力の定格出力ま
で立上げることができる小型のブレイトンサイクルガス
タービンを容易に実現できる。
【図１】本発明の水中航走体用ガスタービンの実施の第
１形態による起動状態を示す線図，
１形態による起動状態を示す線図，
【図２】本発明の水中航走体用ガスタービン実施の第１
形態を示すブロック図，
形態を示すブロック図，
【図３】従来の水中航走体用ガスタービンとして使用さ
れている、クローズドブレイトンサイクルガスタービン
の１例を示すブロック図，
れている、クローズドブレイトンサイクルガスタービン
の１例を示すブロック図，
【図４】ガス圧縮機入口圧力とガス圧縮入力（駆動力）
の関係を示す図，
の関係を示す図，
【図５】図３に示す，従来のクローズドブレイトンサイ
クルガスタービンの起動状態を示す線図である。
クルガスタービンの起動状態を示す線図である。
１ 導入バルブ ２ 排気バルブ ３ アキュームレータタンク ４ シャットオフバルブ ５ 管路 ６ ガスタービン ７ ガス圧縮機 ８ 加熱器 ９ 熱交換器 １０ 冷却器 １１ 貯気タンク １２ 吸込みライン １３ 起動モータ １４ 電源 １５ 作動ガス １６ 出力軸 Ｉ ガスタービン入口ガス温度 II，II′ ガスタービン出力 III, III′ ガス圧縮機入力（駆動力） IV ガスタービンおよびガス圧縮機回転数 Ｖ，Ｖ′ ガス圧縮機吸込み圧 α ガスタービン出力不足 β，β′ 外部出力
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江口 誠治 長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工業株 式会社長崎造船所内 (56)参考文献 特開 平３−149321（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−133300（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−44424（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−144558（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−124432（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−242562（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02C 1/10 B63G 8/10 F02C 7/26 F02C 7/268 F01K 25/08
Claims (2)
- 【請求項１】 ガスタービンから排出される作動ガス
を、前記ガスタービンで駆動されるガス圧縮機で昇圧
し、加熱器で加熱して、前記ガスタービンを駆動し、外
部出力を発生させる水中航走体用ガスタービンの起動方
法において、前記ガス圧縮機の吸込み圧力を大気圧レベ
ル、若しくは大気圧レベル以下にして、起動モータで前
記ガスタービンを始動させる工程と、始動後前記ガスタ
ービン入口の作動ガス温度が上昇し、前記ガスタービン
の出力が前記ガス圧縮機の駆動力を上回ったとき、前記
ガス圧縮機の吸込み圧力を昇圧して、前記ガスタービン
の出力を定格出力まで増大させる工程とからなることを
特徴とする水中航走体用ガスタービンの起動方法。 - 【請求項２】 ガスタービンから排出される大気圧レベ
ル、若しくは大気圧レベル以下の作動ガスを、前記ガス
タービンで駆動されるガス圧縮機で昇圧し、加熱器で加
熱して、前記ガスタービンを駆動して外部出力を発生さ
せる水中航走体用ガスタービンの起動装置において、起
動モータで起動させた前記ガスタービンの出力が前記ガ
ス圧縮機の駆動力を上回ったとき、前記ガス圧縮機の吸
込み圧を昇圧させる高圧の作動ガスを収容するアキュー
ムレータタンクと、途中にシャットオフバルブが介装さ
れ、前記アキュームレータタンクと前記ガス圧縮機の吸
込ラインとを連結する管路とを設けたことを特徴とする
水中航走体用ガスタービンの起動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19201096A JP3314168B2 (ja) | 1996-07-22 | 1996-07-22 | 水中航走体用ガスタービンの起動方法と装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19201096A JP3314168B2 (ja) | 1996-07-22 | 1996-07-22 | 水中航走体用ガスタービンの起動方法と装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1037761A JPH1037761A (ja) | 1998-02-10 |
| JP3314168B2 true JP3314168B2 (ja) | 2002-08-12 |
Family
ID=16284111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19201096A Expired - Lifetime JP3314168B2 (ja) | 1996-07-22 | 1996-07-22 | 水中航走体用ガスタービンの起動方法と装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3314168B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5644239B2 (ja) * | 2010-08-02 | 2014-12-24 | 東京電力株式会社 | 産業用加熱システム |
| CN110030088B (zh) * | 2019-04-04 | 2020-06-23 | 中国航发湖南动力机械研究所 | Mw功率级别超临界流体闭式循环发动机的起动方法 |
-
1996
- 1996-07-22 JP JP19201096A patent/JP3314168B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1037761A (ja) | 1998-02-10 |
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