JPH05256161A - ガスタービンエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガスタービンエンジンの熱交換器と排気ガス
浄化触媒を合理的にレイアウトすることにより、排気ガ
スの浄化効率を向上させる。 【構成】 コンプレッサ９で圧縮された吸入空気は、回
転蓄熱式の熱交換器１３の上半部を通過して加熱された
後、燃焼器１２において燃料と混合して燃焼する。高圧
タービン１０と低圧タービン１１を通過した排気ガスは
コレクタハウジング２９により集合し、前記熱交換器１
３の下半部を通過して該熱交換器１３を加熱する。熱交
換器１３の上流に位置するコレクタハウジング２９には
触媒を担持する触媒担持部４３が設けられ、そこを通過
する排気ガスを浄化する。触媒担持部４３を熱交換器１
３の上流側に設けたことにより、熱交換器１３を通過し
て温度が低下する前の高温の排気ガスを触媒４５に作用
させ、排気ガスの浄化効率を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高温の排気ガスと低温
の吸入空気との間で熱交換を行う熱交換器を備えたガス
タービンエンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にガスタービンエンジンは、コンプ
レッサで圧縮加熱した吸入空気を更に高温に加熱して燃
焼器に供給するための熱交換器を備え、その熱交換器は
燃焼器において発生した燃焼ガスがタービンを通過した
後の高温の排気ガスを利用して前記吸入空気を加熱する
ように構成される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ガスタービ
ンエンジンの燃焼器では極めて高温で燃焼が行われるた
め、レシプロエンジンと同様に排気ガス中に窒素酸化物
（以下、ＮＯｘという）等の有害物質が生成する。した
がって、公害対策上の理由からガスタービンエンジンの
排気ガス通路に排気ガス浄化触媒を設けて前記ＮＯｘ等
の低減を図る必要がある。その際、排気ガス浄化効率の
観点から排気ガス浄化触媒に供給される排気ガスは高温
であることが望ましいため、その排気ガス浄化触媒を設
ける位置を充分に考慮する必要がある。

【０００４】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、熱交換器を備えたガスタービンエンジンにおいて、
排気ガス浄化触媒を適切な位置に設けて排気ガス浄化効
率を向上させることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、高温の排気ガスと低温の吸入空気との間
で熱交換を行う熱交換器を備えたガスタービンエンジン
において、排気ガスを浄化する排気ガス浄化触媒を前記
熱交換器に対して排気ガス流れ方向上流側に設けたこと
を第１の特徴とする。

【０００６】また本発明は前述の第１の特徴に加えて、
前記排気ガス浄化触媒が酸化触媒、還元触媒、三元触媒
の何れかであることを第２の特徴とする。

【０００７】また本発明は前述の第１の特徴に加えて、
前記排気ガス浄化触媒が予熱手段を有することを第３の
特徴とする。

【０００８】また本発明は前述の第１の特徴に加えて、
前記排気ガス浄化触媒が非貴金属系触媒であることを第
４の特徴とする。

【０００９】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。

【００１０】図１〜図３は本発明の一実施例を示すもの
で、図１はガスタービンエンジンの縦断面図、図２は図
１の２−２線断面図、図３は図１の３−３線矢視図であ
る。

【００１１】図１および図２に示すように、２軸式のガ
スタービンエンジンＧは有底円筒状のアウタケーシング
１と、このアウタケーシング１の後部開口に接続される
環状の熱交換器ハウジング２と、この熱交換器ハウジン
グ２の後部を覆うエグゾーストハウジング３とを備え
る。アウタケーシング１の前部にはエアクリーナ４とサ
イレンサ５を備えた吸気通路６が接続され、またエグゾ
ーストハウジング３の中心には減速機ボックス７が配設
されるとともに、そのエグゾーストハウジング３の下部
には排気ダクト８が接続される。

【００１２】アウタケーシング１に形成した中央開口部
の前後には、前記吸気通路６から吸入した空気を圧縮す
る遠心式のコンプレッサ９と、このコンプレッサ９を駆
動する遠心式の高圧タービン１０が配設されるととも
に、その後方には出力を取り出すための軸流式の低圧タ
ービン１１が配設され、更にアウタケーシング１の上部
空間には前記高圧タービン１０と低圧タービン１１を駆
動するための燃焼ガスを発生させる燃焼器１２が配設さ
れる。アウタケーシング１には筒状の燃焼器ハウジング
４１が貫通するように固着され（図２参照）、この燃焼
器ハウジング４１を介してアウタケーシング１の外部か
ら燃焼器１２が着脱自在に装着される。また熱交換器ハ
ウジング２に内部には、前記両タービン１０，１１を通
過した排気ガスの熱エネルギーを回収して吸入空気を加
熱するための回転蓄熱式の熱交換器１３が前記減速機ボ
ックス７を外周を囲繞するように配設され、その減速機
ボックス７の内部には低圧タービン１１の出力を減速し
て外部に取り出す遊星歯車式の減速機１４が配設され
る。

【００１３】アウタケーシング１に設けられたコンプレ
ッサケーシング１５の中央部には高圧タービン軸１６が
回転自在に支持され、その高圧タービン軸１６には外周
に多数のブレードを形成したコンプレッサロータ１７が
固定される。そして、前記吸気通路６からコンプレッサ
ケーシング１５に吸入された空気はコンプレッサロータ
１７で圧縮され、アウタケーシング１とインナケーシン
グ１８との間に形成された放射状の空気通路１９を通っ
て後方に供給される。なお、高圧タービン軸１６の前端
は図示せぬ補器ハウジングに収納された発電機やスター
タ等の補機類に接続される。

【００１４】高圧タービン軸１６の後端には外周に多数
のブレードを形成した高圧タービンロータ２０が固着さ
れ、その高圧タービンロータ２０はバックプレート２１
と高圧タービンシュラウド２２の間に収納される。高圧
タービンシュラウド２２の外側には燃焼器１２にトラン
ジェントダクト２３を介して接続された同じくスクロー
ル２４が配設され、そのスクロール２４の内周と前記高
圧タービンロータ２０の外周との間には複数のノズルベ
ーン２５が設けられる。スクロール２４は複数のサポー
ト機構２６により外周から支持され、トランジェントダ
クト２３は他のサポート機構２７，２８により支持され
る。

【００１５】アウタケーシング１の後部に接続された熱
交換器ハウジング２の前端にはコレクタハウジング２９
が支持され、その中央部には低圧タービン軸３０が支持
される。低圧タービン軸３０の先端には低圧タービンロ
ータ３１が固着され、その外周に形成した多数のブレー
ドは低圧タービンシュラウド３２の内面に嵌合する。低
圧タービンシュラウド３２と前記高圧タービンシュラウ
ド２２の間は、後端に可変静翼３３を有する低圧タービ
ンダクト３４によって接続される。そして低圧タービン
軸３０は前記減速機１４を介して出力軸３５に接続され
る。

【００１６】コレクタハウジング２９の上半部には円弧
状の開口２９₁ が形成され、前記空気通路１９からエグ
ゾーストハウジング３の上部に集合した後に熱交換器１
３の上半部を通過して加熱された空気が、この開口２９
₁ を介してインナケーシング１８の内部に供給される。
一方、コレクタハウジング２９の下半部には、低圧ター
ビンシュラウド３２を通過した排気ガスを熱交換器１３
の下半部に導くための排気ガス通路２９₂ が形成され
る。

【００１７】熱交換器１３の外周には３６０°にわたっ
てリングギヤ３６が装着され、そのリングギヤ３６の前
部に形成された平坦な支持面が熱交換器ハウジング２の
内周に設けた複数のガイドローラ３７により回転自在に
支持される。１個のガイドローラ３７を支持する回転軸
３８には前記リングギヤ３６に噛合するピニオン３９が
固着され、その回転軸３８を熱交換器駆動モータ４０で
回転させることにより熱交換器１３が回転駆動される。

【００１８】図１および図３から明らかなように、前記
コレクタハウジング２９の排気ガス通路２９₂ には円弧
状に形成された触媒担持部４３が配設される。触媒担持
部４３は排気ガスが通過可能であり、かつ排気ガスとの
接触面積を充分に確保できるようにハニカム構造体４４
から構成され、その表面には排気ガスを浄化するための
触媒４５が担持される。ハニカム構造体４４は電気抵抗
の大きい材質で形成されており、その両端部に電源４６
から通電されて発熱する。前記ハニカム構造体４４と電
源４６は触媒４５の予熱手段を構成する。

【００１９】触媒４５としては、排気ガス中の残存酸素
等によってＨＣやＣＯを酸化させる酸化触媒、排気ガス
中のＨＣ，ＣＯ，Ｈ₂ 等によってＮＯｘを還元させる還
元触媒、および理論空燃比の近傍において前記酸化反応
と還元反応を同時に起こさせる三元触媒の何れかを使用
することができる。これら触媒４５には、Ｐｔ，Ｐｄ，
Ｒｗ，Ｒｕ等の貴金属系触媒と、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃ
ｏ，Ｍｎ等の化合物より成る非貴金属系触媒がある。前
記非貴金属系触媒は貴金属系触媒に比べて触媒活性化温
度が高いものの、その価格と耐久性の点では貴金属系触
媒よりも優れている。

【００２０】次に、前述の構成を備えた本発明の実施例
の作用について説明する。

【００２１】ガスタービンエンジンＧが通常運転状態に
あるとき、エアクリーナ４およびサイレンサ５を通過し
て吸気通路６に流入した空気は、コンプレッサケーシン
グ１５内部に配設したコンプレッサロータ１７により高
温高圧に圧縮され、アウタケーシング１とインナケーシ
ング１８間に形成された放射状の空気通路１９を介して
後方に送られる。前記空気通路１９からエグゾーストハ
ウジング３の内部に達した吸入空気は、そのエグゾース
トハウジング３の上部空間に集合した後、前方に向きを
変えて回転式の熱交換器１３のコアの上半部を後から前
に通過する。このように熱交換器１３を通過して更に高
温に加熱された空気は、コレクタハウジング２９の上部
に形成した開口部２９₁ を通ってインナケーシング１８
の内部空間に流入する。

【００２２】インナケーシング１８の内部空間に供給さ
れた吸入空気は燃焼器１２の内部に導入されて燃料と混
合し、その混合気の燃焼により発生した燃焼ガスはトラ
ンジェントダクト２３からスクロール２４に流入し、そ
こから６枚のノズルベーン２５を通って高圧タービンロ
ータ２０に吹き付けられる。

【００２３】このようにして高圧タービンロータ２０が
回転すると、その駆動力により高圧タービン軸１６に設
けた前記コンプレッサロータ１７が回転する。高圧ター
ビンロータ２０を通過した燃焼ガスは、低圧タービンダ
クト３４および可変静翼３３を介して低圧タービンロー
タ３１に吹き付けられ、低圧タービン軸３０を回転駆動
する。そして低圧タービン軸３０の回転は減速機１４に
より減速され、出力軸３５から外部に取り出される。低
圧タービンロータ３１を通過した排気ガスはコレクタハ
ウジング２９の下部に形成した排気ガス通路２９₂ によ
って集められた後、回転式の熱交換器１３のコアの下半
部を前から後ろに通過して該熱交換器１３を加熱し、排
気ダクト８に排出される。このようにして排気ガスで加
熱された熱交換器１３は、熱交換器駆動モータ４０によ
りピニオン３９およびリングギヤ３６を介して回転駆動
され、前記加熱されたコアが順次吸入空気の通路に対向
して吸入空気を加熱する。

【００２４】低圧タービンロータ３１を通過した排気ガ
スはコレクタハウジング２９の排気ガス通路２９₂ によ
り集められ、そこに設けられた触媒担持部４３を通過す
る。その際に排気ガスは触媒４５に接触し、ＮＯ_X やＣ
Ｏ等の有害物質を除去されて浄化された排気ガスが排気
ダクト８から排出される。

【００２５】ところで、触媒４５はその温度が触媒活性
化温度以下である場合には、排気ガスを浄化する能力を
発揮することができない。したがって触媒４５を熱交換
器１３の下流に設けたとすると、触媒４５に接触する排
気ガスの温度が熱交換器１３を通過する際に前記触媒活
性化温度以下に低下してしまい、排気ガスの浄化効率が
低下する可能性がある。しかるに、本発明の如く触媒４
５を熱交換器１３の上流に設ければ、高温の排気ガスを
触媒４５に作用させて該触媒４５の温度を触媒活性化温
度以上に上昇させることが可能となり、触媒４５の排気
ガス浄化能力を充分に発揮させることが可能となる。し
かも、活性化温度が比較的に高い前記非貴金属系触媒を
使用することができるので、触媒４５のコストの削減と
耐久性の向上を図ることが可能となる。

【００２６】また、ガスタービンエンジンＧの始動時に
は触媒４５の温度が低温状態にあり、始動後にも触媒４
５の温度はすぐには上昇しないため、その触媒４５を充
分に機能させることができない。そこで、ガスタービン
エンジンＧの始動前に電源４６から電気抵抗の大きい材
質で形成されたハニカム構造体４４に通電すれば、その
ハニカム構造体４４を発熱させて触媒４５の温度を触媒
活性化温度以上に上昇させ、ＮＯ_X やＣＯ等の有害成分
の発生を防止することができる。ガスタービンエンジン
Ｇが定常運転状態に入れば、排気ガスによって熱交換器
１３が加熱されて触媒４５の温度が触媒活性化温度以上
に保持されるため、前記電源４６からの通電を遮断して
も触媒４５の機能を維持することができる。

【００２７】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は前記実施例に限定されるものでなく、種々の小設計
変更を行うことが可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明の第１の特徴によれ
ば、排気ガスを浄化する排気ガス浄化触媒を熱交換器に
対して排気ガス流れ方向上流側に設けたことにより、熱
交換器を通過して温度低下する前の高温の排気ガスを排
気ガス浄化触媒に供給し、その排気ガス浄化効率を向上
させることができる。

【００２９】また本発明の第２の特徴によれば、前記排
気ガス浄化触媒が酸化触媒、還元触媒、三元触媒の何れ
かであるため、ＮＯｘ等の有害物質を効果的に浄化する
ことができる。

【００３０】また本発明の第３の特徴によれば、前記排
気ガス浄化触媒が予熱手段を有するため、ガスタービン
エンジンの始動直後の低温運転時においても、排気ガス
浄化触媒を有効に作用させてＮＯｘ等の有害物質の発生
を防止することができる。

【００３１】また本発明の第４の特徴によれば、前記排
気ガス浄化触媒が非貴金属系触媒であるため、触媒のコ
ストの節減と耐久性の向上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るガスタービンエンジン
の縦断面図

【図２】図１の２−２線断面図

【図３】図１の３−３線矢視図

【符号の説明】

１３ 熱交換器 ４４ ハニカム構造体（予熱手段） ４５ 触媒 ４６ 電源（予熱手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藁科 直美 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温の排気ガスと低温の吸入空気との間
   で熱交換を行う熱交換器（１３）を備えたガスタービン
   エンジンにおいて、 排気ガスを浄化する排気ガス浄化触媒（４５）を前記熱
   交換器（１３）に対して排気ガス流れ方向上流側に設け
   たことを特徴とするガスタービンエンジン。
2. 【請求項２】 前記排気ガス浄化触媒（４５）が酸化触
   媒、還元触媒、三元触媒の何れかであることを特徴とす
   る、請求項１記載のガスタービンエンジン。
3. 【請求項３】 前記排気ガス浄化触媒（４５）が予熱手
   段（４４，４６）を有することを特徴とする、請求項１
   記載のガスタービンエンジン。
4. 【請求項４】 前記排気ガス浄化触媒（４５）が非貴金
   属系触媒であることを特徴とする、請求項１記載のガス
   タービンエンジン。