JPS63186923A - 動力発生装置 - Google Patents

動力発生装置

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JPS63186923A
JPS63186923A JP62313936A JP31393687A JPS63186923A JP S63186923 A JPS63186923 A JP S63186923A JP 62313936 A JP62313936 A JP 62313936A JP 31393687 A JP31393687 A JP 31393687A JP S63186923 A JPS63186923 A JP S63186923A
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JP
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heat
turbine
air
fuel
heat exchanger
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JP62313936A
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ロビン　マツケィ
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/40—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the use of catalytic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/18—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use using the waste heat of gas-turbine plants outside the plants themselves, e.g. gas-turbine power heat plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/08—Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は動力発生装置、特に燃料を用いて機械的並びに
電気的なエネルギ、更に熱を発生する動力発生装置に関
する。
（従来の技術） 小規模の店舗などでは小型、小電力かつ経済的な動力装
置が望まれこの種の装置は例えば１９８２年１月発行の
動カニ学雑誌第１０４巻第５２〜５７頁に［触媒を用い
た小型のガスタービン燃焼器」と題して掲載されており
、対設されたジェット点火器、パッケージ化されたバー
ナ、電気抵抗空気予熱器、アフト−エンドトーチ（ａ　
ｆ　ｔ−ｅｎｄ　　ｔｏｒｃｈ）および水素噴射器が包
有されてなる動力発生装置が開示されている。
（発明が解決しようとする問題点） 上述のガスタービン燃焼器は構成が煩雑である上、触媒
装置において常温始動時に触媒のライトオフが生じ、始
動効率が低下する問題があった。
・しかして本発明は構成が簡潔でｎつ始動性の良好な動
力発生装置を提供することを目的とするものである。
（問題点を解決するための手段） 本発明においては、タービン、コンプレッサおよび発電
機を備え共通のシャフトを介し互いに相連結され、逆流
式熱交換器が採用され、触媒の存在下で燃焼をおこなう
に充分な程度までに圧縮燃料の温度が上昇せしめられる
ように設けられ、燃焼ガスを用いてタービンが駆動され
、タービンからの機械的エネルギにより発電機が駆動さ
れるように構成されることを特徴とすることにより、上
記［Ｉ的が達成される。
また本発明の動力発生装置にあってはタービンの放出部
と熱交換器の高温側の入口部との間にバーナが配設され
、タービン始動時には外部動力源または貯蔵エネルギ源
を用いるように構成される。
（作用） 上述のように構成された本発明の動力発生装置にあって
は、バーナにより低下の燃料ガスが燃焼されて発熱交換
器の高温側が加熱され熱交換器の低温側の温度が次第に
上昇され、混合気の温度が触媒を介し反応を開始する温
度まで、に昇されることになる。導入される混合気の反
応が開始され始めると充分な熱が発生され、従って混合
気の反応は、バーナからの熱を受ける事なく持続され、
外部駆動源と連結されている発電機（またモータとして
も使用され得る）によりタービンが駆動され、このとき
得られた動力は圧縮空気を更に圧縮し、貯えて次の始動
に利用することもできる。
且つまたタービンホイールの下流に予熱燃焼器を配設す
ることにより、別途の燃料若しくは燃料ガス用の圧縮器
を用いて充分にガスを高圧にし予熱燃焼器へ送り、始動
させる必要がな（なる。動力発生装置を電力発生装置と
して併用する場合特に用途が広範になり、例えば発電機
により得られた交流電流が直流電流に整流され、この直
流電流がインバータへ送られて所定の可変周波数の交流
電流に変換されるように構成され得る。
更に窒素酸化物（ＮＯｘ）を含む成分を低く押さえ得（
本発明によれば１−２　Ｐ　Ｐ　Ｍまで低下し得る）、
従来の動力発生装置では水噴射若しくは選択的な接触還
元を行う必要があったが、この必要もない。
（実施例） 第１図を参照するに、本発明による動力発生装置におい
ては燃料と空気との混合気がコンプレッサ１６へ導入さ
れ、混合気の圧力が上昇せしめられて中央熱交換器２０
の低温側に送られる。中央熱交換器２０においては、圧
縮された混合気に更に十分に熱が吸収されて触媒の存在
下で燃焼を維持するに必要な程度の温度に上昇される。
燃焼室２４には高温の混合気を容易に燃焼可能にする好
適な触媒が内包されており、燃急室２４内に使用される
触媒としては、白金、バラディラム、および活性ニッケ
ルとコバルト元素を含んだ金属酸化物触媒等が挙げられ
る。燃焼により生じた高温ガスはタービン２６へ送られ
、燃焼により生じたガスのエネルギと圧力によりタービ
ン２６が駆動される。タービン２６の駆動に寄与した後
高温ガスは中央熱交換器２０の高温側へ還流され、低温
側に導入される混合気を加熱する。第１図においては中
央熱交換機２０からの排ガスが単に中央熱交換Ｗ２０か
ら放出されているように示されているが、排ガスは熱交
換後も使用可能な熱が含まれており、後述の如く更に使
用される。
タービン２６とコンプレッサ１６との間には好ましくは
永久磁石ブラシレス発電機の如き発電機２８が配設され
、好ましくはタービン２６、発電機２８並びにコンプレ
ッサ１６が一体に形成され、動力の入出力が共通のシャ
フト２５を介して行われるように構成されており、当該
発電機２８によって交流電流が発生される。この場合発
電機２８を使用せず、シャフト２５を介して生成かつ伝
達される動力を機械的に駆動される冷却システムの場合
のようなシステムに直接使用し得ることは理解されよう
。
また本発明によれば、望ましくはコンプレッサ１６、発
電機２８およびタービン２６の速度が外部・システムに
課せられるエネルギ要求に応じて変化可能に構成される
。コンプレッサ１６、発電機２８およびタービン２６の
速度変化に伴い、発電機２８において発生される交流電
流の周波数が変化される。この交流電流は整流器２９に
おいて直流電流に整流されインバータ２７により再び所
定の周波数の交流電流に変換される。このとき低い動力
を必要とする場合、制御システムによりタービン２６の
速度が低減される反面、交流電流出力には影響を及ぼさ
ないように設けられる。また装置の速度が減少すると実
質的に一定の温度の、タービンの入口部を離れる空気量
が減少し、負荷の減少に応じて作動効率が高効率に維持
される。且つまた中央熱交換器２０に対しバイアス弁３
２を有シタバイパス路２３を設けることにより熱制御が
行われる。
次に第２図を参照するに、本発明による動力発生装置が
詳示されており。本装置にはガス燃料と液体燃料の両方
が使用され得る。即ち燃料入口部１０に好ましくはメタ
ン若しくは天然ガスのような好適なガス燃料が供給され
る。例えば天然ガスを使用するときは、メタン成分とＢ
ＴＵ値を科学量論的に調節する必要がある。天然ガスに
エタン、プロパン若しくは重い炭化水素化合物の含有比
率が高いとＢＴＵ値が増大する傾向にあり、逆に天然ガ
スに窒素若しくは二酸化炭素のような不活性物の含有比
率が相対的に高いと、ＢＴｔｌ値が下がる傾向にある。
定常の動作状態下において、ガス燃料は燃料入口部１０
に導入され制御弁１２に案内され、制御弁１２を経てミ
キサ１１へ送入される。一方燃焼用の空気が空気入口部
８からフィルタ９へ案内され、フィルタ９において動力
発生装置内への汚染粒子の侵入を防止するように空気中
の汚染粒子が濾過されて、空気は更にミキサ１１へ送ら
れ、制御弁１２を経て流入されるガス燃料と混合される
。制御弁１２においては、動力発生装置を動作するに必
要な燃料量に装置に課せられた動力条件に応じて調整さ
れる。ミキサ１１によりコンプレッサ１６に導入する燃
料と空気との混合気が作られる。
コンプレッサ１６において混合気が圧縮され、圧力が上
昇せしめられる。次に混合気は入口部１８を経て中央熱
交換器２０へ導入され、中央熱交換器２０内において混
合気の温度が触媒の存在下で燃焼反応可能になるように
上昇される。この混合気は中央熱交換器２０から出口部
１９を経て燃焼室２４へ送られ、好適な触媒の存在下で
燃焼され発熱反応されて極めて高温のガス燃焼生成され
る。この燃焼による高温ガスによってタービン２６が駆
動され、シャフト２５が回転されて発電機２８並びにコ
ンプレッサ１６が駆動される。
一方、液体燃料は中央熱交換器２０の加熱部の出口部１
９と燃焼室２４との間の燃料噴出部１５において噴射導
入され、燃焼室２４に達する前に圧縮空気と混合される
。且つ必要ならば高圧のガス燃料を位置１７で噴射し予
熱して用いてもよい。
液体燃料をコンプレッサ１６の下流で噴射することによ
りコンプレッサ１６内の汚染の生成が防止され得る。
上述の構成においてタービン２６、発電機２８、および
フンブレフサ１６間を中−のシャフト２５を介し相連結
することにより、動力発生装置をコンパクトに構成でき
■つその信頼性をも向上し得る。シャフト２５は自己圧
縮性の空気軸受５８および５９に支承されかつ軸方向に
おいてスラスト空気軸受５７により保持される。これら
空気軸受の採用により動力発生装置の軸受潤滑システム
を個別に設ける必要がなく保守性も向上される。
高温ガスはタービン２６の駆動に寄与した後、予熱バー
ナ３０へ送られる。予熱バーナ３０は始動時に試用され
、定常状態では使用されない。予熱バーナ３０には制御
弁１４を介してガス燃料が供給１能に設けられる。予熱
バーナ３０から離れる高温ガスは、入口部２１から中央
熱交換器２０内に導入される。中央熱交換器２０におい
て熱伝達流路でなる高温側熱吸収流路でなる低温側の混
合気が加熱される。このようにして、燃焼による高温ガ
スの熱の一部が導入される燃料に付与されて高温にされ
、高温ガスは中央熱交換器２０の出口部２２から放出さ
れる。また中央熱交換′ａ２０の熱伝達流路と並列にバ
イパス路２３が設けられており、このバイパス路２３に
よって高温燃焼ガスによる熱交換が適宜に抑制され得、
熱交換により付与される熱量が好適に調整される。例え
ば、高温ガスによって与えられる全熱量が必要でない場
合、バイパス路が開放されて、必要な所定量の熱のみが
熱交換される。バイパス路２３にはバイアス弁３２が具
備されておりバイパス路２３を流れる流体の流量が好適
に制御する。また放出弁３４が中央熱交換器２０の入口
部１８と出口１部２２との間に配設される。
好適な実施態様において、定常状態下で燃焼による高温
ガスの熱が中央熱交換器２０の熱伝達流路に与えられた
後、排熱利用の水ヒータ３６へ送られる。水ヒータ３６
において排ガスの熱が史に吸収されて排ガス放出路１３
を介しシステムの別の好適な処理部に送出される。また
排気バイパス路３１が水ヒータ３６に対し与えられる熱
量を調整するために付設されている。排気バイパス路３
１に内設されたバイパス弁３３により排ガスの水ヒータ
３６への流量が制御され得る。排ガス放出路Ｉ３に連通
される別の処理部としては、別の熱交換部、燃焼生成物
分離部などが挙げられ、しかる後排ガスは大気中に放出
される。
本発明の動力発生装置にはまた、冷却システムと連係さ
れる熱水システムが具備される。即ち冷水入口部４２が
外部のスキッド境界部から水を供給するオフスキッド水
供給部に連結され、必要に応じてポンプ４３が使用され
る。熱水出口部４４がオフスキッドの熱水帰り路と連結
されて、冷水入口部４２の圧力が熱水出口部４４の圧力
より充分に大であるときは、ポンプ４３は不要となる。
冷水入口部４２から導入される水（゛よポンプ４３を経
て放熱器３８へ送られ、放熱器３８において水に熱が吸
収され、水ヒータ３６へ送られ、更に排ガスからの熱が
吸収される。これにより本動力発生装置においては高温
水となり熱水出口部４４から放出されることになる。
一方コンプッサ１６．発電機２８、タービン２６を含む
装置から余剰熱が発生される。更に詳述するに、通常発
電機２８は設計効率の良好なものは望めず熱が放出され
る。発電機２８の耐用度を増大し且つ熱を有効利用する
ため、冷却システムを併設する必要がある。この場合熱
交換器４０が発電機２８等から生じる熱を吸収するよう
に配設される。冷却システムに使用する冷却剤としては
周知のものが使用され得る。冷却剤は熱交換器４０内に
通過されて発電機２８、整流器２９及びインバータ２７
から生じた余熱を吸収する。また熱を吸収した冷却剤は
放熱器３８へ送られ、上述したように導入した水に熱が
与えられる。水を加熱する必要がない場合、ファンコイ
ル熱交換器３９を用いて熱を放熱する。冷却剤はファン
コイル熱交換器３９から更にタンク４６へ送られ、タン
ク４６に集められた冷却剤はポンプ４８により再び熱交
換器４０へ送られて。−の冷却サイクルが終了する。
次いで本発明による動力発生装置の動作を説明するに、
動力発生装置が実質的に１（１６）％駆動される場合、
発電機２８は約８０、ＯＯＯｒｐｍで回転されよう。こ
のとき出力周波数は２．６６６ヘルツときわめて高くな
り、２極発電機の場合、１．３３３ヘルツとなる。ター
ビンの出力が異なることに伴い発電機の速度も異なるの
で、発電機２８は可変周波数の交流電流５０を発生する
。交流電流５０は整流器２９へ送られて直流電流５１に
整流される。直流電流５１はインバータ２７へ送られ交
流電力５２に変換される。交流電力５２の周波数は必要
に応じ一定または可変にしうる。
従って例えば可変速モータ駆動には可変周波数の電力を
適用できる。
上述の構成をとる場合、電気適用分野が広くなる。イン
バータ２７の種類は適宜に選択でき、インバータ２７に
より出力される周波数も自由に選択し得る。、またイン
バータ２７のバッテリ容量も発電機の故障複数時間中断
することな（出力可能に選択しうる。高周波数の電力を
直接使用できる場合整流器およびインバータ２７をは除
去できる。高周波数電力を蛍光ランプに使用する場合に
はランプの効率は高くなるが、誘導性の安定器より容量
性の安定器を用いることが望ましい。この場合照明シス
テムに高周波数電圧を直接使用すると効率が２５％高く
なることが判明している。一方インバータ２７を除去す
る反面、整流器２９を用いるときは、直流電流はメッキ
、エレベータの駆動および白熱電球照明に使用できる。
スイッチ・スタータ制御部５４（第２図に示されるよう
にスキッドから離して配設される）は動力発生装置の始
動に用いられる。電力を測定するためメータ５６が付設
され得、このメータ５６は効率測定あるいは電力使用者
等への電力の測定に使用されるが、別設併設しなくとも
よい。
−力木発明の動力発生装置は断続的に作動し得、且つ動
力発生装置は始動が容易になるように構成されているこ
とが理解されよう。いわゆるウオームアツプされてない
冷却状態で動力発生装置を作動する場合、予熱バーナ３
０を用いて動力発生装置を動作可能温度まで加熱する。
このとき制御弁１２が閉鎖され、制御弁１４が開放され
て、燃料が予熱バーナ３０に直接導入される。動力発生
装置の作動に伴い空気がコンプレッサ１６により圧縮さ
れる。予熱バーナ３０はこの空気の酸素を用いて予熱バ
ーナ３０内の燃料を燃焼する。点火にはスパークによる
点火装置等が使用される。中央熱交換器２０の熱伝達流
路の温度が上昇するに応じ、導入される空気の温度も旧
昇される。燃焼室２４に導入される混合気の温度が所定
温度に達し、更にこれを越える場合、第１の制御弁１４
が開放され第２の制御弁】４が閉鎖される。これにより
混合気が中央熱交換器２０内に連続的に導入されて加熱
され、更に燃焼室２４へ送られ、点火されて燃焼され動
力発生装置の駆動速度が次第に上昇される。次に燃焼に
より生じた高温ガスがタービン２６へ案内されてタービ
ン２６が駆動され、タービン２６から放出された高温ガ
スは中央熱交換器２０へ供給されて中央熱交換器２０へ
導入される圧縮混合気を加熱し、且つ中央熱交換器２０
内を連続して定常状態に保持する。即ち本動力発生装置
はいわば自己加熱、自動連続運転式装置をなすことにな
る。
本発明による動力発生装置にはコントローラ６０が具備
され、コントローラ６０は低圧空気温度センサ６１．高
圧空気温度センサ６２、高温混合気温度センサ６３、温
度センサ６４、冷却剤温度センサ６５冷却剤圧カセンサ
６６、水圧力センサ６７、センサスイッチ６８、および
温度センサ６９と各々接続されている。これらのセンサ
群を用いコントローラ６０によって、動力発生装置が円
滑に始動され、定常動作状態に保持される。例えば予熱
バーナに対する温度センサ６９における検出温度が燃焼
の自動持続に必要な温度より充分高い場合、コントロー
ラ６０により第１の制御弁１２および第２の制御弁１４
が閉鎖される。且つコントローラ６０は他のセンサの総
てを用いて動力発生装置に課せられる要求および最大効
率を得るように動作することが理解されりようコントロ
ーラ６０により、例えばバイアス弁３２および放出弁３
４が制御され得、コントローラ６０により動力発生装置
に対する電力要求が計測され、第１の制御弁１２が調整
されて動力発生装置の出力電力が上昇され得る。またコ
ントローラ６０により、インバータ２７のバフテリにお
けるの直流電流の状態が計測され、し動作を調整して正
味の電荷、ドレイン状態を一定に維持するようにし得る
。
しかして第３図を参照するに、本動力発生装置はスキッ
ド７−ヒに装着され得るように充分にコンパクトな装置
として構成できる。この場合、幅、長さ、高さ寸法は、
用途に応じて変えられる。
この場合本動力発生装置は複数の主要モジュール、例え
ばロータ部、熱交換部、燃焼室部、およびインバータ・
制御部等から構成してもよい。また冷却剤回路を除き流
体路を分断することなく各モジュールを交換可能にし得
る。尚コンプレッサ、発電機およびタービンに対し空気
軸受を用いることにより保守を極めて容易にし得る。−
ヒ述の構成によれば定期的な保守はフィルタ９の交換お
よび触媒をもちいる構成部材の交換程度である。
本動力発生装置の用途は極めて広い。例えばファースト
フード店舗での電気・加熱源として使用出来る。またエ
アコン装置の駆動源としても使用出来る。さらに炭化水
素エネルギは容易に人手できるが電力の入手が難しい油
田専の遠隔地での電気・熱源としても使用出来る。実際
本動力発生装置は甲なる発電機以外の能力を要求する例
えば電気的または機械的エネルギのほかに熱が要求され
るような分野の総てに適用し得る。
（発明の効果） 上述のように構成された本発明の動力発生装置によれば
、構成が簡潔で、始動性が良好である上、コンパクト化
を充分に図り得る等々の顕著な効果を実現できる。
上述の本発明による動力発生装置の実施態様の要旨を以
下に要約して記載する。
（１）圧縮された高温の空気を導入し燃焼させ触媒と反
応させて高エネルギガスを発生させる触媒による燃焼器
と、燃焼器から高エネルギガスを導入し膨張させて回転
されるガスタービンと、ガスタービンと共通のシャフト
を有しガスタービンにより駆動されて導入した空気の圧
力を上昇させるコンプレッサと、コンプレッサからの圧
縮した空気および燃焼器からの高エネルギガスを導入し
空気に対し熱を与える熱交換器と、熱交換器とタービン
の放出ガス路との間に配設され始動時開燃料を導入し燃
焼しコンプレッサからの空気を予熱して燃焼器内での触
媒反応を開始させる温度にせしめ燃焼器から得られる生
成ガスの有する熱により空気の温度を上昇させ触媒反応
を維持させる予熱バーナとを備えてなる動力発生装置。
（２１）入力する空気を濾過するフィルタと、フィルタ
と連結され空気と燃料とを混合する混合器と、混合器と
連結され混合気を圧縮するコンプレッサと、高温部およ
び低温部をなす入口部および出口部を有しコンプレ・／
すと連結されている主熱交換器と、主熱交換器の低温側
出口部と連結される触媒による燃焼器と、燃焼器と連結
された入口部と出口部とを有するタービンと、タービン
の出口部と連結され始動時に熱を供給して始動に寄与し
、主熱交換器の高温側入口部と連結された予熱バーナと
、主熱交換器の高温側出口部と連結され熱を吸収して利
用する吸収熱交換器と、タービンと機械的に連結されタ
ービンにより機械的に駆動されて電気的エネルギを発生
する発電機とを備えてなる動力発生装置。
（■　発電機と連結され発電機からの電気的エネルギを
導入し整流して直流電流に変換する整流器と、整流器か
らの直流電流を入力し所定周波数の交流電流に変換する
インバータとを備えてなる上記第２項記載の動力発生装
置。
（４）燃料と空気との混合気を形成する工程と、混合気
を圧縮する工程と、圧縮した混合気を加熱する混合気加
熱工程と、混合気を触媒の存在の下で燃焼する工程と、
タービン内で燃焼ガスを膨張させ機械的エネルギをえる
工程と、膨張した燃焼ガスの熱を混合気加熱工程で利用
する工程と、始動時圧縮混合気を別個に加熱する工程と
を包有してなる電気および熱を燃料から得る動力発生方
法。
■　機械的エネルギを用いて電気を発生する電気発生工
程を包有してなる上記第４項記載の動力発生方法。
（印　機械的エネルギを用いて冷却装置を作動させてな
る上記第４項記載の動力発生方法。
■　燃焼により得られ混合気加熱工程で使用されない熱
を熱源として利用する工程を包有してなる一ヒ記第４項
記載の動力発生方法。
（８）電気発生工程には、交流発電機を駆動して周波数
が発電機の回転速度に応じて変化する交流電流を発生す
る工程と、可変周波数の交流電流を整流し直流電流をえ
る工程と、直流電流を変換して所定周波数の交流電流を
える工程とが包有されてなることを特徴とする上記第４
項記載の動力発生方法。
【図面の簡単な説明】

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）空気入口部および燃料入口部を有し空気と燃料と
    を混合する混合装置と、混合装置に連結され空気と燃料
    との混合気に対し熱を与える熱交換器と、熱交換器と連
    結され加熱された圧縮混合気を燃焼する燃焼装置と、燃
    焼装置と連結され燃焼により生じたエネルギを機械的エ
    ネルギに変換し熱交換器と連結されていて熱を圧縮混合
    気に与えるタービン装置と、タービン装置と熱交換器と
    の間に配設され始動時に熱を与える熱付加装置とを備え
    てなる動力発生装置。
  2. （２）燃焼装置は触媒による燃焼器である特許請求の範
    囲第１項記載の動力発生装置。
  3. （３）圧縮装置を作動するに必要なエネルギがタービン
    装置により与えられるように設けられてなる特許請求の
    範囲第２項記載の動力発生装置。
  4. （４）タービン装置により得られる機械的なエネルギを
    電気的なエネルギに変換する変換装置を備えてなる特許
    請求の範囲第１項記載の動力発生装置。
  5. （５）圧縮装置とタービン装置とを連結し両者間の機械
    的なエネルギの伝達を行うシャフトを備えてなる特許請
    求の範囲第２項記載の動力発生装置。
  6. （６）圧縮装置とタービン装置と変換装置とを連結しタ
    ービン装置からえられる機械的なエネルギを変換装置お
    よび圧縮装置に伝達するシャフトを備えてなる特許請求
    の範囲第４項記載の動力発生装置。
  7. （７）変換装置は、タービンからの機械的なエネルギに
    より駆動され交流電流を発生する発電機と、発電機から
    の交流電流を整流し直流電流に変換する整流器と、直流
    電流を入力し所定周波数の交流電流に変換するインバー
    タとを包有してなる特許請求の範囲第４項記載の動力発
    生装置。
  8. （８）発電機は永久磁石ブラシレス発電機である特許請
    求の範囲第７項記載の動力発生装置。
  9. （９）電気的エネルギが交流電流であり交流電流の周波
    数がタービンの速度に応じて変化可能である特許請求の
    範囲第４項記載の動力発生装置。
  10. （１０）始動時に圧縮装置、タービン装置および熱交換
    器を作始動させる装置を備えてなる特許請求の範囲第１
    項記載の動力発生装置。
  11. （１１）燃料にガス燃料を用いてなる特許請求の範囲第
    １項記載の動力発生装置。
  12. （１２）燃料入口部、空気入口部、混合装置、圧縮装置
    、熱交換装置、燃焼装置、タービン装置、発電機、およ
    びインバータを含み一体ユニットとして構成される支承
    装置を備えてなる特許請求の範囲第１０項記載の動力発
    生装置。
  13. （１３）圧縮され高温の燃料と空気との混合気を導入し
    燃焼させ触媒と反応させて高エネルギガスを発生させる
    触媒による燃焼器と、燃焼器から高エネルギガスを導入
    し膨張させて回転されるガスタービンと、ガスタービン
    と共通のシャフトを有しガスタービンにより駆動されて
    導入する混合気の圧力を上昇させるコンプレッサと、コ
    ンプレッサからの圧縮した混合気および燃焼器からの高
    エネルギガスを導入し混合気に対し熱を与える熱交換器
    と、熱交換器とタービンの放出ガス路との間に配設され
    始動時に燃料を導入し燃焼しコンプレッサからの混合気
    を予熱して燃焼器内での触媒反応を開始させる温度にせ
    しめ、燃焼器から得られる生成ガスの有する熱により混
    合気の温度を上昇させ触媒反応を維持させる予熱バーナ
    と、ガスタービンと連係駆動されて電気的エネルギを発
    生する電気的発生装置とを備えてなる動力発生装置。
  14. （１４）燃料を導入する燃料導入装置と、空気を導入す
    る空気導入装置と、空気および燃料を混合し混合気をえ
    る混合器と、混合気を圧縮する圧縮装置と、低温入口部
    および低温出口部且つ高温入口部および高温出口部を有
    し、低温入口部は低温出口部と、且つ高温入口部は高温
    出口部と各々連通され低温入口部から圧縮された混合気
    を導入し熱を与えて混合気の温度を上昇させるよう構成
    された主熱交換器と、低温入口部とその下流で連結され
    混合気を燃焼させる燃焼装置と、燃焼装置と連結され機
    械的エネルギを得且つ主熱交換器の高温入口部と連通さ
    れるタービン装置と、タービン装置および主熱交換器の
    高温入口部の間に連結され始動時に熱を与えるバーナ装
    置とを備え、主熱交換器を通過する燃焼ガスがその熱を
    混合気に与えて主熱交換器の高温出口部へ通過されてな
    る動力発生装置。
  15. （１５）燃料に天然ガスを用いてなる特許請求の範囲第
    １４項記載の動力発生装置。
  16. （１６）タービン装置が圧縮装置と機械的に連結され、
    燃焼装置からのエネルギを機械的エネルギに変換して圧
    縮装置を駆動するのに使用されてなる特許請求の範囲第
    １４項記載の動力発生装置。
  17. （１７）タービン装置から得られた機械的エネルギを電
    気的エネルギに変換し始動時に際圧縮装置およびタービ
    ン装置を駆動させる変換装置を備えてなる特許請求の範
    囲第１４項記載の動力発生装置。
  18. （１８）変換装置には、燃焼エネルギをタービン装置に
    より変換させた機械的エネルギにより駆動され交流電流
    を発生する発電機と、発電機からの交流電流を整流し直
    流電流に変換する整流器と、直流電流を入力し所定の一
    定周波数を有する交流電流に変換するインバータとを備
    えてなる特許請求の範囲第１７項記載の動力発生装置。
  19. （１９）主熱交換器の高温出口部と連結され燃焼可能な
    混合気を主熱交換器を介して混合気から更に熱を吸収す
    る第２の熱交換装置を備えてなる特許請求の範囲第１４
    項記載の動力発生装置。
  20. （２０）タービン装置、圧縮装置および変換装置を機械
    的に連結しタービン装置から得た機械的エネルギを変換
    装置および圧縮装置へ伝達して駆動するシャフト装置を
    備えてなる特許請求の範囲第１７項記載の動力発生装置
    。
  21. （２１）変換装置には、燃焼熱をタービン装置により変
    換された機械的エネルギにより駆動され交流電流を発生
    する発電機と、発電機から得られた交流電流を整流し直
    流電流に変換する整流器と、直流電流を入力し所定一定
    周波数の交流電流に変換するインバータとが包有されて
    なる特許請求の範囲第２０項記載の動力発生装置。
  22. （２２）燃料入口部と、フィルタを有し空気を導入し空
    気中に含まれる汚染粒子を濾過する空気入口部と、燃料
    入口部と連結され燃料入口部に導入される燃料量を調整
    する第１の燃料制御弁と、一方が第１の燃料制御弁と連
    結され他方が空気入口部と連結された２個の入口部と出
    口部を有する混合器と、混合器の出口部と連結され空気
    と燃料との混合気を導入し圧縮する入口部および出口部
    を有するコンプレッサと、コンプレッサの出口部と連結
    され混合気に熱を与える熱導入流路および熱伝達流路を
    有する中央熱交換機と、中央熱交換機の熱交換機入力流
    路と連結され主熱交換機で熱を与えた後の混合気を導入
    する入口部と出口部と混合気を所定温度で燃焼し燃焼ガ
    スを発生させる触媒とを有する燃焼室と、燃焼室の出口
    部と連結され燃焼室で生成された燃焼ガスにより駆動さ
    れる入力部と出力部と燃焼ガスにより得られた機械的エ
    ネルギを伝達させるシャフトとを有したタービンと、タ
    ービンの出力部と連結され始動時に開始温度まで熱を与
    え始動後滅勢される入口部と出口部とを有し、中央熱交
    換器の熱伝達流路と連結され燃焼により得られた熱の一
    部を混合気に与え混合気の温度を触媒の存在の下で燃焼
    可能に上昇させる予熱バーナと、中央熱交換器の熱伝達
    流路からの燃焼ガスを導入するよう連結される熱伝達流
    路と熱導入流路とを有した排熱水ヒータと、水ヒータの
    熱伝達流路と連結され燃焼排ガスを所定の場所に送る排
    ガス導管と、水入口部、水ヒータの熱導入流路と連結さ
    れる水出口部、および水入口部と連結され冷却水を導入
    且つ水しまたヒータの熱導入流路と連結され水ヒータに
    水を送る、熱導入流路と熱伝達流路とを有した冷却剤に
    よる放熱器と、タービンのシャフトと連結されタービン
    を介して機械的エネルギから電気エネルギを発生させる
    、回転可能なシャフトを有した発電機装置と、タービン
    、コンプレッサおよび発電機装置から摩擦による熱を放
    出させる熱伝達面と流体冷却剤を導入し熱を与える熱伝
    達流路を有し且つまた放熱器の熱伝達流路と連結され冷
    却剤を放熱器へ送る装置熱交換器と、放熱器の熱伝達流
    路と連結され冷却剤を導入する導入部と装置熱交換器の
    熱導入流路と連結され冷却剤流路の終端となる送出部と
    を有したポンプとを備えてなる、動力発生装置。
  23. （２３）動作状態を検出し第１および第２の燃料制御弁
    を制御するコントローラを備えてなる特許請求の範囲第
    ２２項記載の動力発生装置。
  24. （２４）主熱交換器の熱伝達流路と並列に接続される熱
    バイパス弁とコンプレッサの出力部とヒータの熱伝達回
    路との間に配設される放出弁とを備えてなる特許請求の
    範囲第２３項記載の動力発生装置。
  25. （２５）コントローラにはコンプレッサの出口部、燃焼
    室の入口部、タービンの出口部、バーナの出口部、さら
    にポンプの出口部に各々配設される温度センサが包有さ
    れ、コントローラを介して熱バイパス弁および第１と第
    ２の燃料制御弁が制御されるように設けられてなる特許
    請求の範囲第２４項記載の動力発生装置。
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