JPH1182061A - ガスタービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】移動用及び固定用の原動機として性能とコスト
と排気成分で往復動機関に勝り、無振動で構造簡単、維
持管理と始動が容易な各種燃料が使えるガスタービンを
提供する。 【解決手段】円板５の片面に圧縮羽根９、他面に衝動羽
根４を設け、ボス２８で軸２３に固着する。圧縮羽根を
囲む吸気溜６４と衝動羽根を囲む燃焼室６２をリング６
で仕切り、吸気孔４０を吸気弁３９で塞ぐ。始動は、空
気タンク３１の圧縮空気を衝動羽根に吹つけマグネット
１９の回転で、発電した電気が電熱栓６１を赤熱する。
吸気溜の圧力が上がり、吸気弁が開かれ、燃料が燃料噴
孔３７から燃焼室に噴射され吸気と共に電熱栓に触れ、
点火爆発する。爆発圧で吸気弁は閉じ、燃焼ガスは燃焼
室で断熱膨張し、衝動羽根に吹きつけ、軸を回す。燃焼
ガスは案内羽根１０で整流され、軸流羽根１３と一体の
圧縮羽根を回し、吸気を過給する。又案内羽根６７で整
流され、軸流羽根６８を回し、軸を回転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は農業機械、建設機械、
自動車、舶用等の移動及び発電機、コンプレッサー、電
熱併給機等定置の産業機械の原動機として現在支配的で
あるレシプロエンジンに替われる高い性能とコスト、燃
料消費率、維持管理費、振動、排気公害等の低い構造簡
単な取り扱い易い小形ガスタービンに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のガスタービンは軸流又はふく流の
圧縮機で空気を燃焼室に圧送し、燃料を噴射して燃焼さ
せ、高圧燃焼ガスを軸流又はふく流のタービンに吹きつ
けて動力を得る。その為次ぎの欠点を持つ。 （イ） 圧縮と燃焼は連続しており、燃焼室のガス圧は
圧縮機にも及び負の仕事となり、熱効率を下げる。 （ロ） 出力側のタービンは高温の燃焼ガスに連続して
曝されるので、羽根が高温となり羽根の強度から燃焼ガ
スの温度を高く出来ず、熱効率が低くなる。 （ハ） 精密な羽根を多数植え付けた従来の軸流タービ
ンでは高価で小形には成り立たない。 以上の点でガスタービンは小形では熱効率が低く、これ
を補う熱交換装置等でコストが嵩み、かさ張り、従来の
レシプロエンジンに対抗出来なかつた。レシプロエンジ
ンはシリンダ内のピストンで閉ざされた空間内の間欠燃
焼をする。したがつて （イ） 圧縮と燃焼が別の行程で行われるので、燃焼ガ
ス圧が圧縮行程に負の作用をおよぼさない。 （ロ） 冷却されたシリンダ内の燃焼で、高い燃焼温度
が使え、高い熱効率が得られる。 しかしレシプロエンジンは （イ） シリンダブロック、ピストン、ロッド、クラン
ク軸、動弁機構、冷却装置等、構成部品が複雑で点数も
多く、コストが嵩む。 （ロ） 往復運動から来る振動が避けられない。 （ハ） シリンダとピストン、クランク軸とロッド、動
弁機構等高い圧力を受けて摺動する部分が多く、その潤
滑の為潤滑油が必要で管理に手間が掛かる。 （ニ） 冷却する部分が多く、冷却水等の維持管理に手
間が掛かる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】

（イ） 圧縮と燃焼を仕切つて、別行程の間欠燃焼とす
る。 （ロ） 爆発圧力が圧縮側に及ばぬ様にして、負の仕事
を無くする。 （ハ） 異常爆発防止の為空気のみ圧縮し、燃焼室に燃
料を噴射する。 （ニ） 高温ガスが吹きつける衝動羽根と軸流羽根の冷
却。 （ホ） 高温ガスに曝されるケースの冷却。 （ヘ） 点火方法。 （ト） 始動方法。 （チ） 排気タービン過給に依る圧縮比の向上。 （リ） 潤滑油を必要とする摺動部分を少なくする。 （ヌ） 構成部品の点数を少なく且つ簡単にして、製造
に要するエネルギーの消費を最小限にする。大気温暖化
防止の為、今後の原動機は作動中のエネルギー消費を少
なくするだけでなく、その構成部品の製造に要するエネ
ルギーの消費も少なくせねばならない。

【０００４】

【課題を解決する為の手段】

（イ） 圧縮側の吸気溜６４と燃焼側の燃焼室６２をリ
ング６で仕切る。 （ロ） リング６に設けた吸気孔４０を吸気弁３９で塞
ぐ。 （ハ） 吸気圧により吸気弁３９が開く時、ポンプ室５
１内の燃料が逆止弁４１を押開いてキャップ３６に設け
た数個の燃料噴孔３７から燃焼室６２内に噴射され、同
時に吸気孔４０から吸気が流入する。 （ニ） 燃焼室６２は吸気孔４０を囲んで始まり、衝動
羽根４の外周を一周して吸気孔４０の手前で終わるの
で、流入した吸気と噴射された燃料は電熱栓６１の赤熱
部の方へ流れ、点火爆発する。 （ホ） 爆発圧力で吸気弁３９は閉じ、その圧力は圧縮
羽根９に及ばない。 （ハ） 吸気弁３９が閉じる時、ポンプ室５１内に逆止
弁４５を押開いて燃料が吸いこまれる。 （ト） 燃料供給孔４８から吸いこまれる燃料はばね４
９で押された針弁５０をレバー４６で操作して、増減停
止される。 （チ） 針弁５０の軸芯に絹孔を設け、調節ねじ４７で
燃料に混る空気量を調節する。必要な噴射燃料の量とポ
ンプ室５１の容量の差が大きいので、空気を混て容量の
調整を計る。又空気を混る事で噴射時の燃料の霧化を助
ける。 （リ） 円板５の外周とリング６の内周は段形ラビリン
ス７で両者の熱膨張に依る接触を避けて、ガス漏れを最
小限にする。 （ヌ） 高圧燃焼ガスは環状の燃焼室６２内を矢印の時
計方向に回り、全周で衝動羽根４に吹きつけ、更に円板
５の筒内の軸流羽根に作用して円板５を回し、中心部の
テーパーボス２８の内面のテーパーで固着された軸２３
を回す。 （ル） 衝動羽根４は他面に設けた圧縮羽根９で冷却さ
れ且つ燃焼室６２に閉込めての間欠燃焼で、燃焼温度が
高くても平均ガス温度は低く、衝動羽根４の温度は低く
抑えられる。 （ヲ） 燃焼ガスは円板５の中心部の円筒を通り、ケー
ス８の中心部の排気筒６５と中心のボスを繋ぐ案内羽根
１０で整流される。又ボス内面は中空で軸２３には接触
しない。 （ワ） 整流された排気ガスは軸流羽根１３を回し、こ
れと一体の圧縮羽根１２が回転し、吸気を過給し、圧縮
比を上げて熱効率を上げる。この排気過給は更に段数を
重ね圧縮比を上げる事が出来る。 （カ） 始動は空気タンク３１に空気圧入孔３４より圧
入した空気をノブ３２を引いて針弁３０を開き、圧縮空
気を衝動羽根４に吹きつけ回転させる。 （ト） フライホイール２０の外周にねじ止めされたマ
グネット１９に近くコイル１７を巻いた鉄心１８をねじ
止めする。コイル１７の一端は抵抗を介し電熱栓６１に
繋ぎ他端はケース３にアースする。回転しだした軸２３
はフライホイール２０や円板５等の慣性力で暫く回り続
け、発電された電気で電熱栓６１の先端は赤熱し、是に
触れて燃焼室６２に流入噴射された吸気と燃料は点火爆
発始動する。 （チ） 始動後は高圧の燃焼ガスが空気タンク３１に圧
入し畜えられ、次ぎの始動で使われる。空気の圧入は最
初だけである。 （リ） ケース３には冷却ひれ２を設け、カバー１で覆
い、フライホイール２０に設けた冷却フアン２１で空気
を吸いだして冷却する。 （ヌ） 軸２３をケース３に保持するボールベアリング
２５の前後をオイルシール２５と２６で油密に保つ。こ
れ以外に潤滑油は必要無い。 （ル） 軸２３の他端を支持するケース１６の中心のボ
スと圧縮羽根１２を支持する中心のボスの内面に圧入し
た乾式平メタル１５と５７は黒鉛系の耐熱性のもので、
面荷重が低いので、高速回転に耐えられる。 （ヲ） 構成品は点数も少なく大部分が簡単なアルミダ
イキャストか精密鋳鉄でその製造に要するエネルギー量
は同出力の従来のガスタービンやレシプロエンジンより
少ない。

【０００５】

【作用】本発明の作用を述べる。 （イ） ノブ３２を引くと、空気タンク３１内の圧縮空
気が衝動羽根４に吹きつけ、円板５を回す。空気圧力が
不足の時は空気圧入孔３１から空気ポンプで空気を圧送
し圧力を補う。 （ロ） 円板５が回ると圧縮羽根９に依り吸気溜６４の
圧力が上がり吸気弁３９が押開かれ、燃焼室６２に吸気
が流入する。 （ハ） 吸気弁３９が開く時ポンプ室５１の燃料がピス
トン５３に押されて燃料孔５２から弁軸の芯を通る細孔
６６を通って、逆止弁４１を押開き、キャップ３６の燃
料噴孔３７から燃焼室６２に噴射される。 （ニ） 燃焼室６２は吸気孔４０を囲んで始まり、圧縮
羽根４の外周を一周して吸気孔４０の手前で終わるの
で、流入吸気と噴射された燃料は矢印の時計方向に流
れ、電熱栓６１の赤熱部に触れ点火爆発する。 （ホ） 爆発した燃焼ガスの圧力に押されて、吸気弁３
９は閉じ、ガス圧力は圧縮羽根９に及ばない。 （ヘ） 吸気弁３９が閉じる時、ポンプ室５１に燃料が
逆止弁４５を押開いて吸い込まれる。 （ト） 燃料供給孔４８からの燃料はばね４９で押され
た針弁５０をレバー４６で操作して増減停止される。 （チ） 針弁５０の軸芯の細孔６６から、調節ねじ４７
で流量を調節された空気が燃料に混じて吸いこまれる。
これにより燃料の噴射量とポンプ室５１の容量の差を埋
めると共に、噴射時の燃料の霧化を助ける。 （リ） 点火爆発した燃焼ガスは時計方向に回りながら
全周で衝動羽根４に吹きつけ、更に中心部の軸流羽根を
回転させ、矢印の方向へ流れる。 （ヌ） 燃焼ガスはケース８の中心部の案内羽根１０で
整流され、軸流羽根１３を回し、これと一体の圧縮羽根
１２を回し、吸気を圧縮羽根９に圧送し、両方で空気溜
６４の圧縮比を高め、熱効率を高める。この軸流羽根１
３と圧縮羽根１２を案内羽根を挟んで重ねると過給を更
に増す事が出来る。 （ヲ） 始動時円板５の回転で、フライホイール２０に
ねじ止めされたマグネット１９が回り、近くにねじ止め
された鉄心１８に巻かれたコイル１７に発電しコイルの
一端が繋がれた電熱栓６１の先端を赤熱させる。電熱栓
６１の赤熱が不充分の時は更に空気圧入孔３４から空気
を圧入する。 （ワ） 軸流羽根１３を回した排気は案内羽根６７で整
流され、軸流羽根６８を回し、固着された軸２３を回転
させる。

【０００６】

【実施例】

（イ） 始動時の電熱栓６１の赤熱には、電池を使え
ば、マグネット１９とコイル１７を巻いた鉄心１８が不
要となり、イニシヤルコストは下がるが、電池の管理に
手間とコストが掛かる。 （ロ） 始動は電池とセルモーターで軸２３を回して出
来るが、軸２３を高速で回す為の増速装置が必要で、コ
ストが掛かる。それで電動コンプレッサーで高圧空気を
圧縮羽根４に吹きつけ回した方が有利である。 （ハ） ボールベアリング２５はグリス密封ベアリング
を使えばオイルシール２４と２６及び潤滑油が不要とな
るが、許容軸回転が下がり出力が下がる。

【０００７】

【発明の効果】

（イ） 本発明は吸気溜６４と燃焼室６２がリング６で
仕切られ、燃焼室６２に流入した吸気と噴射された燃料
が電熱栓６１の赤熱部に触れ、点火爆発してその圧力で
吸気弁３９は閉じ、爆発圧力が圧縮羽根９に及ばぬの
で、負の仕事は生じず、熱効率が高くなる。 （ロ） 排気タービン過給に依り従来捨てていた排気エ
ネルギーで過給して吸気の圧縮比が上がり、熱効率が良
くなる。 （ハ） 吸気弁３９が開く時だけ燃料が噴射されるの
で、燃料の無駄が無く、燃料消費率が良くなる。 （ニ） 燃料は空気を混ぜて噴射されるので霧化が良
く、電熱栓６１の赤熱部に触れて点火されるので、使用
燃料は軽油、灯油、ガソリンと幅が広い。 （ホ） 衝動羽根４の他面に圧縮羽根９を設け、圧縮羽
根９が冷却ひれとなつて衝動羽根９を冷却するので、燃
焼温度を高く出来、熱効率が高くなる。 （ヘ） 円板５と圧縮羽根９と衝動羽根４を一体の熱伝
導性の良いアルミダイキャスト造れば、衝動羽根４の冷
却も良くなり重量も軽くなる。 （ト） 高温ガスに曝されるケース３は冷却ひれ２を設
け、カバー１で覆いフライホイール２０に設けた冷却フ
アン２１で空気を吸い出し冷却するので、冷却水の面倒
は無い。 （チ） 軸受はいずれも自重を支える程度で、レシプロ
エンジンの様な高圧を受けて摺動する部分が無く、潤滑
油の使用も一箇所で損失も少ない。 （リ） 燃焼室６２内の流入吸気と噴射燃料の点火爆発
の圧力で吸気弁３９は閉じ、燃焼ガスは断熱膨張して衝
動羽根４に吹きつけ、温度と圧力が下がり、吸気圧が相
対的に高くなり、吸気弁３９を押開き点火爆発を繰り返
す。この間欠燃焼の為、平均温度を低くして燃焼温度を
高く出来、熱効率が高くなる。 （ヌ） 燃焼の間隔はゆっくりだが、軸２３は毎分数万
回転で回り、小形で高出力が得られる。 （ル） 回転運動のみからなり、振動が無くコンパクト
で、従来のレシプロエンジンに替わって安価で維持費の
掛からぬ原動機を提供出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の横断面図

【図２】本発明の正面部分断面図

【符号の説明】

１はカバー ２４はオイルシール ４
７は調節ねじ ２は冷却ひれ ２５はボールベアリング ４
８は燃料供給口 ３はケース ２６はオイルシール ４
９はばね ４は衝動羽根 ２７は防熱カラー ５
０は針弁 ５は円板 ２８はテーパーボス ５
１はボンプ室 ６はリング ２９は通気孔 ５
２は燃料孔 ７は段形ラビリンス ３０は針弁 ５
３はピストン ８はケース ３１は空気タンク ５
４はねじ ９は圧縮羽根 ３２はノブ ５
５は丸ナット １０は案内羽根 ３３はばね
５６は平ワッシャー １１は円板 ３４は空気圧入孔
５７は乾式平メタル １２は圧縮羽根 ３５は虫ゴム
５８は平ワッシャー １３は軸流羽根 ３６はキャップ
５９は平ワッシャー １４はケース ３７は燃料噴孔
６０はロールピン １５は乾式平メタル ３８はばね
６１は電熱栓 １６は排気筒 ３９は吸気弁
６２は燃焼室 １７はコイル ４０は吸気孔
６３は空気通路 １８は鉄心 ４１は逆止弁
６４は吸気溜 １９はマグネット ４２はＯリング
６５は排気筒 ２０はフライホイール ４３はばね
６６は細孔 ２１は冷却フアン ４４はばね
６７は案内羽根 ２２はボルト ４５は逆止弁
６８は軸流羽根 ２３は軸 ４６はレバー

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（イ） 片面に圧縮羽根９を、他面に衝動
   羽根４を設けた円板５の中央部は円筒を形成し、衝動羽
   根４は円筒内でねじれて軸流羽根となり、円筒の中心の
   テーパーボス２８につながる。テーパーボス２８は軸２
   ３のテーパーに丸ナット５５と軸２３のねじで締め付け
   固着される。 （ロ） 円板５の円周は段形ラビリンス７を介して、熱
   膨張しても接触せぬよう気密にリング６で囲まれる。 （ハ） ケース３はガスの流れに沿う曲面で衝動羽根４
   を包む。衝動羽根４を囲んで環状の燃焼室６２を形成
   し、リング６に設けた吸気孔４０を囲んで始まり一周し
   て吸気孔４０の手前で終わる。この燃焼室６２に赤熱部
   を突出して電熱栓６１をケース３にねじ込む。 （ニ） ケース３の外側に冷却ひれ２を設け、カバー１
   で覆い、フライホイール２０に設けた冷却フアン２１で
   空気を吸いだし冷却する。 （ホ） ケース３の中心に軸２３に固着されたボールベ
   アリング２５を保持する。ボールベアリング２５の前後
   をオイルシール２４と２６で油密に保つ。オイルシール
   ２６は防熱カラー２７で保護する。 （ヘ） ケース８は圧縮羽根９を覆って設け、圧縮羽根
   ９を囲んで環状の空気溜６４を形成し、リング６に設け
   た吸気孔４０の近くから始まり、一周して吸気孔４０を
   囲んで終わる。 （ト） ケース８には空気通路６３を設け、中心部の排
   気筒６５と中心のボスを案内羽根１０で繋ぐ。ボスの内
   側は中空で軸２３には接触しない。ケース８はリング６
   と共にケース３にねじ止めする。 以上の様に構成されたガスタービン。
2. 【請求項２】（イ） リング６に設けた吸気孔４０をば
   ね４３で押した吸気弁３９で塞ぐ。吸気弁３９の軸芯に
   細孔６６を設け、傘側の端はばね３８で押した逆止弁４
   １で塞ぎ、数個の燃料噴孔３７を持つキャップ３６をね
   じ込む。細孔６６の他端はピストン５３をねじ５４で取
   り付け、細孔６６を塞ぐ。燃料孔５２で細孔６６とポン
   プ室５１をつなぐ。ポンプ室５１はＯリング４２で油密
   に保たれる。ポンプ室５１にはばね４３を納める。ポン
   プ室５１にはばね４４で押した逆止弁４５を介して燃料
   が供給される。 （ロ） 燃料供給孔４８からの燃料はばね４９で押した
   針弁５０をレバー４６で操作して加減停止される。 （ハ） 針弁５０の軸芯に細孔を設け、燃料に空気を混
   合する。混合される空気量は調節ねじ４７で調節する。 （ニ） 吸気圧で吸気弁３９が押開かれると、ポンプ室
   ５１内の燃料は逆止弁４１を押開いて燃料噴孔３７から
   燃焼室６２に噴出し、流入吸気と共に電熱栓６１の赤熱
   部に触れて点火爆発する。その圧力で吸気弁３９は閉じ
   る。閉じる時ポンプ室５１内に逆止弁４５を押開いて燃
   料が入る。 以上のごとく構成された燃料供給噴射装置を備えたガス
   タービン。
3. 【請求項３】（イ） 片面に圧縮羽根１２を設けた円板
   １１の中心部は円筒を形成し、軸流羽根１３で中心のボ
   スにつながる。ボスの内面に乾式平メタル１５を圧入し
   軸２３に支承され自在に回転する。 （ロ） ケース１４を圧縮羽根１２を覆って設けケース
   ８にねじ止めする。ケース１４は吸気通路を設け、中心
   部は円筒１６を形成する。 （ハ） ケース１４と圧縮羽根１２の組み合わせは、案
   内羽根を挟んで、数段重ねて吸気の圧縮比を高める事が
   出来る。 以上のごとく構成された排気タービンで吸気を過給され
   たガスタービン。
4. 【請求項４】（イ） フライホイール２０の外周にマグ
   ネット１９をねじ止めする。 （ロ） マグネット１９に近くにコイル１７を巻いた鉄
   心１８をねじ止めし、コイル１７の一端は電熱栓６１に
   繋ぎ、他端はケース３にアースする。回線には抵抗を挟
   む。 （ハ） 空気タンク３１に空気圧入孔３４から空気を圧
   入する。空気は虫ゴム３５を押開いて空気タンク３１に
   畜えられる。始動後は高圧燃焼ガスが針弁３０を押開い
   て畜えられ、次ぎの始動に備えられる。 （ニ） ばね３３で押した針弁３０のノブ３２を引く
   と、圧縮空気が通気孔２９を通って衝動羽根４に吹きつ
   け、軸２３が回転する。 （ホ） 軸２３はフライホイール２０や円板５等の慣性
   力でしばらく回転し、その間発電された電気で電熱栓６
   １は赤熱する。 （ヘ） 圧縮羽根９の回転で空気溜６４の圧力が上が
   り、吸気弁３９が押開かれ、燃料噴孔３７から燃料が燃
   焼室６２に噴射され、流入吸気と共に赤熱した電熱栓６
   １に触れ、点火爆発する。その圧力で吸気弁３９は閉
   じ、高圧燃焼ガスは閉じられた燃焼室６２内で断熱膨張
   し、回転しながら全周で吹きつけ、衝動羽根４と軸流羽
   根１３を回転させ排出される。以上のごとく構成された
   始動及び点火装置を持つガスタービン。
5. 【請求項５】（イ） 円筒１６と中心のボスを案内羽根
   ６７で繋ぐ。 （ロ） ボスの内面に乾式平メタル５７を圧入し軸２３
   を回転自在に支える。 （ハ） 軸流羽根６８のボスに軸２３の端を差し込み、
   ロールピン６０で固着する。案内羽根６７で整流された
   排気ガスは軸流羽根６８を回し、軸２３を回転させる。 以上のごとく構成されたガスタービン。