(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸線回りに回転可能とされたロータと、
該ロータの全周にわたって取り付けられた複数のタービン動翼で構成されたタービン動翼群と、
内燃機関から排出された排気ガスを前記タービン動翼群に導くように、前記中心軸線回りの全周にわたって取り付けられた複数のタービンノズルで構成されたタービンノズル群と、
を備えた排気タービン装置であって、
前記排気ガスが前記タービンノズル群を通過する流路を、外周側に位置するとともに全周にわたって形成された第１タービンノズル群流路と、該第１タービンノズル群流路の内周側に位置するとともに全周にわたって形成された第２タービンノズル群流路とに仕切る仕切り部材と、
前記排気ガスが前記第１タービンノズル群流路の全周にわたって導かれるように形成された第１排気ガス導入流路と、
前記排気ガスが前記第２タービンノズル群流路の全周にわたって導かれるように形成された第２排気ガス導入流路と、
前記内燃機関からの前記排気ガスを前記第１排気ガス導入流路に導く第１排気ガス入口部と、
前記内燃機関からの前記排気ガスを前記第２排気ガス導入流路に導く第２排気ガス入口部と、
を備え、
前記第１排気ガス入口部及び前記第２排気ガス入口部は、それぞれ、前記内燃機関の異なる気筒または異なる前記内燃機関に接続されていることを特徴とする排気タービン装置。
【請求項２】
前記仕切り部材は、前記第１タービンノズル群流路と前記第２タービンノズル群流路に導かれる前記排気ガスの流量の比と、前記第１タービンノズル群流路に対応する前記タービン動翼群の外周側の第１スロート面積と前記第２タービンノズル群流路に対応する前記タービン動翼群の内周側の第２スロート面積の比とが一致する位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の排気タービン装置。
【請求項３】
前記第２排気ガス導入流路の外周を形成する外周壁部が前記仕切り部材に接続され、
前記外周壁部によって、前記第１排気ガス導入流路の内周が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気タービン装置。
【請求項４】
前記第１排気ガス入口部および前記第２排気ガス入口部は、それぞれ、前記中心軸線に対して屈曲した方向から前記排気ガスを導入するように設けられ、
前記第１排気ガス入口部と前記第２排気ガス入口部は、前記中心軸線側から正面視した場合に、該中心軸線回りに相対位置が変更可能とされていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の排気タービン装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の排気タービン装置と、
該排気タービン装置の前記ロータによって駆動され、前記内燃機関へ供給する空気を圧縮する圧縮機と、
を備えていることを特徴とする過給機。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかに記載の排気タービン装置と、
該排気タービン装置の前記ロータによって駆動される従動機と、
を備えていることを特徴とする排気エネルギー回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気タービン装置、過給機および排気エネルギー回収装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ガスの圧力変動を除去して一定圧とし、その圧力を利用する静圧式の過給機に対して、内燃機関の排気ガスの運動エネルギーを主に用いる動圧式とされた過給機が知られている。このような動圧式過給機では、下記特許文献１に示されているように、排気ガス圧力の干渉による性能低下を避けるため、過給機の排気ガス入口が２つとされた２エントリ過給機なっている。この場合、排気ガス通路は、タービンノズル出口まで周方向において２分割されている。
【０００３】
特許文献２には、２台のディーゼル機関から抽ガスされた排気ガスによって駆動されるパワータービンが開示されている。このパワータービンには、各ディーゼル機関から導かれる排気ガスを導入する排気ガス入口部が２つ設けられている。それぞれの排気ガス入口部から導かれた排気ガスは、タービンノズル出口まで周方向において２分割された排気ガス通路を流れるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１３８７３号公報
【特許文献２】特許第５３３６６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１及び２のいずれも、２つの排気ガス入口部から導かれた排気ガスが周方向において２分割された排気ガス通路を流れてタービンノズルに導かれる構成とされた排気タービンとなっているので、タービンノズル出口には周方向に大きな速度分布が生じることになる。このため、タービン動翼は１回転ごとに大きな変動圧力を受けることになり、タービン動翼に励振力が生じてしまうという問題がある。
【０００６】
タービン動翼に生じる励振力による影響を低減してタービン動翼の信頼性を確保するために、それぞれのタービン動翼同士をダンピングワイヤで綴る対策が考えられる。しかし、ダンピングワイヤは翼周りの流れを乱すのでタービン性能が低下するという問題がある。
さらに、近年ではコード長を増大させたワイドコードタービン動翼が主流となっているが、ワイドコードタービン動翼は、翼ピッチが大きくなり隣り合うタービン動翼間の距離が大きくなるため、ダンピングワイヤが長くなってしまい、ダンピングワイヤそのものが変形したり破断したりするおそれがある。このため、ワイドコードタービン動翼に対してダンピングワイヤを採用することが困難となっている。
【０００７】
また、特許文献２では、２つの排気ガス入口部から導入される排気ガスの圧力を均等にするために、圧力センサ及び制御弁を採用する必要があり、コストの上昇を招くという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、複数の排気ガス入口を有している場合であってもタービン動翼に生じる励振力を可及的に小さくすることができる排気タービン装置、過給機および排気エネルギー回収装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の排気タービン装置、過給機および排気エネルギー回収装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる排気タービン装置は、中心軸線回りに回転可能とされたロータと、該ロータの全周にわたって所定間隔を有して取り付けられた複数のタービン動翼を有するタービン動翼群と、内燃機関から排出された排気ガスを前記タービン動翼群に導くように、前記中心軸線回りの全周にわたって所定間隔を有して取り付けられた複数のタービンノズルを有するタービンノズル群とを備えた排気タービン装置であって、前記排気ガスが前記タービンノズル群を通過する流路を、外周側に位置するとともに全周にわたって形成された第１タービンノズル群流路と、該第１タービンノズル群流路の内周側に位置するとともに全周にわたって形成された第２タービンノズル群流路とに仕切る仕切り部材と、前記排気ガスが前記第１タービンノズル群流路の全周にわたって導かれるように形成された第１排気ガス導入流路と、前記排気ガスが前記第２タービンノズル群流路の全周にわたって導かれるように形成された第２排気ガス導入流路と、前記内燃機関からの前記排気ガスを前記第１排気ガス導入流路に導く第１排気ガス入口部と、前記内燃機関からの前記排気ガスを前記第２排気ガス導入流路に導く第２排気ガス入口部とを備え、前記第１排気ガス入口部及び前記第２排気ガス入口部は、それぞれ、前記内燃機関の異なる気筒または異なる前記内燃機関に接続されていることを特徴とする。
【００１０】
第１排気ガス入口部から流入した排気ガスは、第１排気ガス導入流路を通りタービンノズル群の第１タービンノズル群流路の全周にわたって導かれる。また、第２排気ガス入口部から流入した排気ガスは、第２排気ガス導入流路を通りタービンノズル群の第２タービンノズル群流路の全周にわたって導かれる。第１タービンノズル群流路と第２タービンノズル群流路とは仕切り部材によって仕切られているので、それぞれのタービンノズル群流路を流れた排気ガスは別々にタービン動翼群へと導かれる。
このように、第１排気ガス入口部および第２排気ガス入口部から流入した排気ガスは、それぞれ、第１タービンノズル群流路および第２タービンノズル群流路の全周にわたって導かれるので、それぞれのタービンノズル群流路の出口側すなわちタービン動翼群の入口側の周方向における圧力分布を可及的に小さくすることができる。したがって、タービン動翼が中心軸線回りに回転する際に１周毎に受ける圧力変動を小さくでき、タービン動翼に生じる励振力を可及的に小さくすることができる。これにより、タービン動翼間を接続するダンピングワイヤを採用しなくてもタービン動翼の信頼性を確保することができる。特に、排気ガスの動圧を利用する動圧式の排気タービン装置であっても、周方向における圧力分布を小さくできるので、排気タービン性能を向上させることができる。
【００１１】
さらに、本発明の排気タービン装置によれば、前記仕切り部材は、前記第１タービンノズル群流路と前記第２タービンノズル群流路に導かれる前記排気ガスの流量の比と、前記第１タービンノズル群流路に対応する前記タービン動翼群の外周側の第１スロート面積と前記第２タービンノズル群流路に対応する前記タービン動翼群の内周側の第２スロート面積の比とが一致する位置に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
第１タービンノズル群流路と第２タービンノズル群流路に導かれる排気ガスの流量の比と、タービン動翼群の外周側の第１スロート面積と内周側の第２スロート面積の比とが一致する位置に仕切り部材を設けることにより、タービン動翼群に対して排気ガスを適切に分配することができるので、排気タービン性能を向上させることができる。
例えば、排気ガス入口部が２つとされ、第１タービンノズル群流路と第２タービンノズル群流路に導かれる排気ガス流量が同等とされている場合には、仕切り部材はタービンノズル群の半径方向における中央位置から外周側よりに配置されることになる。
【００１３】
さらに、本発明の排気タービン装置によれば、前記第２排気ガス導入流路の外周を形成する外周壁部が前記仕切り部材に接続され、前記外周壁部によって、前記第１排気ガス導入流路の内周が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
第２排気ガス導入流路の外周を形成する外周壁部を仕切り部材に接続することとして、第２排気ガス導入流路を通る排気ガスを仕切り部材の内周側に導くこととした。さらに、この外周壁部によって第１排気ガス導入流路の内周を形成するようにした。これにより、簡便な構造を実現することができ、低コスト化を図ることができる。
【００１５】
さらに、本発明の排気タービン装置によれば、前記第１排気ガス入口部および前記第２排気ガス入口部は、それぞれ、前記中心軸線に対して屈曲した方向から前記排気ガスを導入するように設けられ、前記第１排気ガス入口部と前記第２排気ガス入口部は、前記中心軸線側から正面視した場合に、該中心軸線回りに相対位置が変更可能とされていることを特徴とする。
【００１６】
第１排気ガス入口部および第２排気ガス入口部のそれぞれが中心軸線に対して屈曲した方向から排気ガスを導くように設けられている場合には、第１排気ガス入口部と第２排気ガス入口部との相対位置を、中心軸線側から正面視した場合に中心軸線回りに変更可能とした。これにより、これら排気ガス入口部に接続される配管の配置自由度を増大させることができる。例えば、２台の内燃機関から排気ガスを導入する場合には、両内燃機関の間に排気タービン装置を設置し、第１排気ガス入口部と第２排気ガス入口部のそれぞれの延長線をＶ字状に交差させて配置することができる。
【００１７】
また、本発明の過給機は、上記のいずれかに記載の排気タービン装置と、該排気タービン装置の前記ロータによって駆動され、前記内燃機関へ供給する空気を圧縮する圧縮機とを備えていることを特徴とする。
【００１８】
上記のいずれかの排気タービン装置を備えているので、高い排気タービン性能を有する過給機を提供することができる。特に、過給機は、動圧式とされていると好適である。
【００１９】
また、本発明の排気エネルギー回収装置は、上記のいずれかに記載の排気タービン装置と、該排気タービン装置の前記ロータによって駆動される従動機とを備えていることを特徴とする。
【００２０】
排気タービン装置は、いわゆるパワータービンとして用いられ、内燃機関の排気ガスから得られたエネルギーをロータの回転力にて回収する。ロータによって回収された駆動力は、従動機を駆動するために用いられる。上記のいずれかの排気タービン装置を備えているので、高い排気タービン性能を有する排気エネルギー回収装置を提供することができる。従動機は、ロータから駆動力を得て所定の目的に使用される機械装置を意味し、例えば発電機や、化学プラント等に用いられて所定のプロセスガスを圧縮する圧縮機等が挙げられる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、第１排気ガス入口部および第２排気ガス入口部から流入した排気ガスが、それぞれ、第１タービンノズル群流路および第２タービンノズル群流路の全周にわたって導かれるので、それぞれのタービンノズル群流路の出口側すなわちタービン動翼群の入口側の周方向における圧力分布を可及的に小さくすることができる。したがって、タービン動翼が中心軸線回りに回転する際に１周毎に受ける圧力変動を小さくでき、タービン動翼に生じる励振力を可及的に小さくすることができる。これにより、タービン動翼間を接続するダンピングワイヤを採用しなくてもタービン動翼の信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の排気タービン装置を用いた一実施形態である過給機を示した縦断面図である。
【図２】図１の排気タービンノズルを示した側面図である。
【図３】図１の第１排気ガス入口ケーシングから第２排気ガス入口ケーシングを分離させた状態を示した縦断面図である。
【図４】図１の過給機に供給される排気ガス系統を示した概略構成図である。
【図５】図１の排気タービン部と従動機とを組み合わせた排気エネルギー回収装置を示した概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明の排気タービン装置にかかる一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、本発明の排気タービン装置を過給機１に適用した実施形態が示されている。過給機１は、例えば、船舶の主機であるディーゼル機関（内燃機関）や、自動車等の車両のディーゼル機関（内燃機関）に用いられ、ディーゼル機関からの排気ガスによって得られた駆動力で空気を圧縮してディーゼル機関の燃焼室に圧縮空気を供給するものである。本実施形態の過給機１は、ディーゼル機関からの排気ガスの運動エネルギーを主に用いる動圧式とされ、また、２つの排気ガス入口を有するいわゆる２エントリ過給機となっている。
【００２４】
過給機１は、排気タービン装置としての排気タービン部３と、吸入した空気を圧縮するコンプレッサ部（圧縮機）５とを備えている。
コンプレッサ部５は、外部から空気を取り入れる空気吸入口９と、取り入れた空気を導入する空気導入路１１と、空気導入路１１から導かれた空気を圧縮するコンプレッサ羽根車１３と、コンプレッサ羽根車１３の下流側に配置された渦巻き室１５とを備えている。
コンプレッサ羽根車１３は、遠心圧縮機の羽根車とされており、外周に複数のコンプレッサ動翼１３ａが取り付けられている。コンプレッサ羽根車１３は、中心軸線Ｌ回りに回転するロータ軸１７の一端（図１において左端）に固定されている。
【００２５】
ロータ軸１７は、軸受台１９の内部に設けられたスラスト軸受２１によってスラスト方向が支持されているとともに、左右両側のラジアル軸受２３，２５によって回転自由に支持されている。ロータ軸１７の他端（図１において右端）には、排気タービン羽根車２７が固定されている。
なお、コンプレッサ羽根車１３を収容するとともに空気導入路１１を形成する空気案内ケーシング２０は、軸受台１９に対してボルト１８等によって固定されている。
【００２６】
排気タービン部３は、ディーゼル機関からの排気ガスを取り入れる第１排気ガス入口ケーシング３０及び第２排気ガス入口ケーシング３２と、これら排気ガス入口ケーシング３０，３２の下流側に配置された排気タービンノズル３４と、この排気タービンノズル３４の下流側に配置された排気タービン羽根車（ロータ）２７と、排気ガスを排出するための排気ガス出口ケーシング３６とを備えている。
【００２７】
排気ガス出口ケーシング３６は、軸受台１９に対してボルト３７等によって固定され、第１排気ガス入口ケーシング３０は、排気ガス出口ケーシング３６に対してボルト３１等によって固定され、第２排気ガス入口ケーシング３２は、第１排気ガス入口ケーシング３０に対してボルト３３等によって固定されている。
【００２８】
排気タービン羽根車２７は、中心軸線Ｌ回りに回転可能とされた軸流タービンの羽根車とされている。排気タービン羽根車２７の外周には、全周にわたって所定間隔を有して複数の排気タービン動翼２７ａが固定されており、これら排気タービン動翼２７ａによって排気タービン動翼群が構成されている。なお、排気タービン羽根車２７は、軸流式に限定されるものではなく、遠心式としてもよい。
【００２９】
排気タービンノズル３４は、排気タービン動翼２７ａの上流側に配置された静翼とされており、中心軸線Ｌを中心とした円周上に全周にわたって所定間隔を有して固定されている。これら排気タービンノズル３４によって排気タービンノズル群が構成されている。
【００３０】
各排気タービンノズル３４には、排気ガスの流路を外周側と内周側に仕切る仕切り部材４０が設けられている。仕切り部材４０は、中心軸線Ｌと平行に排気タービンノズル３４の前縁から後縁にかけて翼弦長全体にわたって延在する板状体とされている。仕切り部材４０の外周面は、図２に示されているように、外周側から内周側に向かって傾斜する傾斜面４０ａを有しており、下流端（図２において左端）が薄肉となる先細形状となっている。仕切り部材４０に傾斜面４０ａを設けた先細形状とし、排気タービン動翼２７ａ全体に排気ガスを導くことで、タービン効率を向上させることができる。なお、傾斜面４０ａは外周側から内周側に向かって傾斜しているが、傾斜する方向はこれに限定されるものではなく、内周側から外周側に傾斜させたり、両側から傾斜させてもよい。
仕切り部材４０は、隣り合う排気タービンノズル３４間にわたって設けられており、これにより、排気タービンノズル群を中心軸線Ｌ側から正面視した場合には、仕切り部材４０が円周方向に連なったリング形状となっている。このようにリング形状に連なる仕切り部材４０によって、排気ガスがタービンノズル群を通過する流路は、外周側に位置するとともに全周にわたって形成された第１排気タービンノズル群流路Ｆ１（図２参照）と、第１排気タービンノズル群流路Ｆ１の内周側に位置するとともに全周にわたって形成された第２排気タービンノズル群流路Ｆ２（図２参照）とに仕切られている。
【００３１】
第１排気タービンノズル群流路Ｆ１の上流側には、第１排気ガス導入流路Ｆ１’が接続され、第２排気タービンノズル群流路Ｆ２の上流側には、第２排気ガス導入流路Ｆ２’が接続されている。
【００３２】
図１に示されているように、第１排気ガス導入流路Ｆ１’は、第１排気ガス入口ケーシング３０によって外周面が形成され、第２排気ガス入口ケーシング３２の外周壁部３２ｂによって内周面が形成されている。第１排気ガス入口ケーシング３０には、１つの排気ガス入口部として第１排気ガス入口部３０ａが設けられている。第１排気ガス入口部３０ａは、中心軸線Ｌに対して屈曲した方向、具体的には中心軸線Ｌに対して直交する方向から排気ガスを導入するように設けられている。
【００３３】
第２排気ガス導入流路Ｆ２’は、第２排気ガス入口ケーシング３２によって形成されている。第２排気ガス入口ケーシング３２には、１つの排気ガス入口として第２排気ガス入口部３２ａが設けられている。第２排気ガス入口部３２ａは、中心軸線Ｌに対して屈曲した方向、具体的には中心軸線Ｌに対して直交する方向から排気ガスを導入するように設けられている。
第２排気ガス入口ケーシング３２は、第２排気ガス入口部３２ａの下流側に、外周壁部３２ｂと、内周壁部３２ｃとを有している。外周壁部３２ｂと内周壁部３２ｃとは、複数の支持部材３２ｄによって互いに固定されている。支持部材３２ｄは、中心軸線Ｌを中心とする円周方向に所定間隔を有して複数設けられており、半径方向に延在する板状体とされている。
内周壁部３２ｃは、第２排気ガス導入流路Ｆ２’の内周面を形成し、排気ガス流れの上流側が閉じた円錐台形状とされている。内周壁部３２ｃの下流端部は、ノズル３４の翼根側の内周面に排気ガスの流路が連続的に連なるように接続されている。
外周壁部３２ｂは、上述した第１排気ガス導入流路Ｆ１’の内周面を形成するだけでなく、第２排気ガス導入流路Ｆ２’の外周面をも形成する。外周壁部３２ｂの下流端部は、仕切り部材４０の内周面及び外周面に排気ガスの流路が連続的に連なるように接続されている。
【００３４】
図３には、第１排気ガス入口ケーシング３０に対して第２排気ガス入口ケーシング３２が分離された状態が示されている。同図に示されているように、第１排気ガス入口ケーシング３０に対してボルト３３を用いて第２排気ガス入口ケーシング３２が固定されるようになっているので、周方向に設けられた複数のボルト３３のピッチ間隔で第２排気ガス入口ケーシング３２を第１排気ガス入口ケーシング３０に対して中心軸線Ｌ回りに所定角度回転させて取り付けることができるようになっている。これにより、第１排気ガス入口部３０ａと第２排気ガス入口部３２ａとの相対角度位置を、中心軸線Ｌ側から正面視した場合に中心軸線Ｌ回りに適宜変更できるので、これら排気ガス入口部３０ａ，３２ａに接続される配管の配置自由度を増大させることができる。
【００３５】
本実施形態の過給機１は、上述のように２エントリ過給機とされており、第１排気ガス入口部３０ａ及び第２排気ガス入口部３２ａとされた独立した２つの排気ガス入口を有している。１つのディーゼル機関の各気筒からの排気ガスは、２つの排気ガス導入配管にまとめられ、一方の排気ガス導入配管から一方の排気ガス入口へ排気ガスが導かれ、他方の排気ガス導入配管から他方の排気ガス入口へ排気ガスが導かれるようになっている。例えば、ディーゼル機関が図４のように６気筒とされている場合には、第１シリンダ＃１、第３シリンダ＃３及び第５シリンダ＃５からの排気ガスが第１排気ガス導入配管４２にまとめられた後に第１排気ガス入口部３０ａに導かれ、第２シリンダ＃２、第４シリンダ＃４及び第６シリンダ＃６からの排気ガスが第２排気ガス導入配管４４にまとめられた後に第２排気ガス入口部３２ａに導かれる。
【００３６】
排気タービンノズル３４に固定された仕切り部材４０の取り付け位置は、第１タービンノズル群流路Ｆ１と第２タービンノズル群流路Ｆ２に導かれる排気ガスの流量の比と、第１タービンノズル群流路Ｆ１に対応する排気タービン動翼群の外周側の第１スロート面積と第２タービンノズル群流路Ｆ２に対応するタービン動翼群の内周側の第２スロート面積の比とが一致する位置とされている。したがって、図４に示されたように、排気ガスの流量が２等分される場合には、仕切り部材４０は排気タービンノズル群の半径方向における中央位置から外周側よりに配置されることになる。
【００３７】
上記構成の過給機１は、以下のように動作する。
ディーゼル機関から排出される排気ガスは、図４のように複数のシリンダを２等分して、第１排気ガス導入配管４２と第２排気ガス導入配管４４の２つにまとめられる。第１排気ガス導入配管４２にまとめられた排気ガスは、図１に示すように、第１排気ガス入口部３０ａへと導かれ、第２排気ガス導入配管４４にまとめられた排気ガスは、第２排気ガス入口部３２ａへと導かれる。
【００３８】
第１排気ガス入口部３０ａへと導かれた排気ガスは、中心軸線Ｌを中心とする周方向の全周に設けられた第１排気ガス導入流路Ｆ１’を通り、仕切り部材４０によって仕切られた外周側の第１排気タービンノズル群流路Ｆ１（図２参照）へと導かれる。
第２排気ガス入口部３２ａへと導かれた排気ガスは、中心軸線Ｌを中心とする周方向の全周に設けられた第２排気ガス導入流路Ｆ２’を通り、仕切り部材４０によって仕切られた内周側の第２排気タービンノズル群流路Ｆ２（図２参照）へと導かれる。
第１排気タービンノズル群流路Ｆ１及び第２排気タービンノズル群流路Ｆ２にて増速された排気ガスは、それぞれ、排気タービン動翼２７ａの対応する外周側及び内周側に導かれる。排気タービン動翼２７ａは、排気ガスの流体エネルギーを得て排気タービン羽根車２７を回転させる。排気タービン動翼２７ａを通過した排気ガスは、排気ガス出口ケーシング３６を通り、過給機１の外部へと排出される。
【００３９】
排気ガスによって駆動された排気タービン羽根車２７の回転力は、ロータ軸１７を介してコンプレッサ羽根車１３へと伝達され、コンプレッサ羽根車１３を中心軸線Ｌ回りに回転させる。これにより、空気吸入口９から吸い込まれた空気がコンプレッサ動翼１３ａによって圧縮され、圧縮された空気は、渦巻き室１５を通りディーゼル機関の燃焼空間へと送られ、燃焼用空気として用いられる。
【００４０】
本実施形態の過給機１によれば、以下の作用効果を奏する。
第１排気ガス入口部３０ａから流入した排気ガスは、第１排気ガス導入流路Ｆ１’を通り排気タービンノズル群の第１排気タービンノズル群流路Ｆ１の全周にわたって導かれる。また、第２排気ガス入口部３２ａから流入した排気ガスは、第２排気ガス導入流路Ｆ２’を通り排気タービンノズル群の第２排気タービンノズル群流路Ｆ２の全周にわたって導かれる。第１排気タービンノズル群流路Ｆ１と第２排気タービンノズル群流路Ｆ２とは仕切り部材４０によって仕切られているので、それぞれのタービンノズル群流路Ｆ１，Ｆ２を流れた排気ガスは別々に排気タービン動翼群へと導かれる。
このように、第１排気ガス入口部３０ａおよび第２排気ガス入口部３２ａから流入した排気ガスは、それぞれ、第１排気タービンノズル群流路Ｆ１および第２排気タービンノズル群流路Ｆ２の全周にわたって導かれるので、それぞれのタービンノズル群流路Ｆ１，Ｆ２の出口側すなわちタービン動翼群の入口側の周方向における圧力分布を可及的に小さくすることができる。したがって、排気タービン動翼２７ａが中心軸線Ｌ回りに回転する際に１周毎に受ける圧力変動を小さくでき、排気タービン動翼２７ａに生じる励振力を可及的に小さくすることができる。これにより、排気タービン動翼間を接続するダンピングワイヤを採用しなくても排気タービン動翼の信頼性を確保することができる。特に、本実施形態のように排気ガスの動圧を利用する動圧式の過給機１であっても、周方向における圧力分布を小さくできるので、排気タービン性能ひいては過給機性能を向上させることができる。
【００４１】
第１排気タービンノズル群流路Ｆ１と第２排気タービンノズル群流路Ｆ２に導かれる排気ガスの流量の比と、排気タービン動翼群の外周側の第１スロート面積と内周側の第２スロート面積の比とが一致する位置に仕切り部材４０を設けることとしたので、排気タービン動翼群に対して排気ガスを適切に分配することができ、排気タービン性能ひいては過給機性能を向上させることができる。
【００４２】
第２排気ガス導入流路Ｆ２’の外周を形成する外周壁部３２ｂを仕切り部材４０に接続することとして、第２排気ガス導入流路Ｆ２’を通る排気ガスを仕切り部材４０の内周側に導くこととした。さらに、この外周壁部３２ｂによって第１排気ガス導入流路Ｆ１’の内周を形成するようにした。これにより、簡便な構造を実現することができ、低コスト化を図ることができる。
【００４３】
第１排気ガス入口部３０ａおよび第２排気ガス入口部３２ａのそれぞれが中心軸線Ｌに対して屈曲した方向から排気ガスを導くように設けられており、第１排気ガス入口部３０ａと第２排気ガス入口部３２ａとの相対位置を、中心軸線Ｌ側から正面視した場合に中心軸線Ｌ回りに変更可能としたので、これら排気ガス入口部３０ａ，３２ａに接続される配管の配置自由度を増大させることができる。
【００４４】
なお、上記実施形態では、動圧式の過給機１として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、静圧式の過給機に用いることもできる。
また、上記実施形態では２つの排気ガス入口を有する排気タービン部３としたが、３つ以上の排気ガス入口を有する排気タービン部としてもよい。この場合には、仕切り部材が２以上となり、排気タービンノズル群流路が同心円状に３つ以上設けられることになる。
【００４５】
また、上記実施形態では、排気タービン装置の適用例として過給機１を用いて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１に示した過給機のように排気タービン部３に過給用のコンプレッサ部５を組み合わせるのではなく、図５に示したように、排気タービン部３に対して他の従動機を組み合わせて、排気エネルギー回収装置としてもよい。従動機としては、例えば、発電機や、化学プラント等に用いられて所定のプロセスガスを圧縮する圧縮機等が挙げられる。
【００４６】
また、本発明の排気タービン装置は、上記実施形態のように１つの内燃機関に接続されるものに限定されるわけではなく、２つ以上の内燃機関に接続されるものであってもよい。例えば、特許文献２に示したように２つの内燃機関から排気ガスを得て発電機を駆動するパワータービンにも本発明の排気タービン装置を適用することができる。このように、２台の内燃機関から排気ガスを導入する場合には、図３で示したように、第１排気ガス入口部３０ａと第２排気ガス入口部３２ａとの相対位置を中心軸線Ｌ回りに変更可能としておけば、２台の内燃機関の間に排気タービン装置を設置し、第１排気ガス入口部と第２排気ガス入口部のそれぞれの延長線をＶ字状に交差させて配置することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  過給機
３  排気タービン部（排気タービン装置）
５  コンプレッサ部（圧縮機）
９  空気吸入口
１１  空気導入路
１３  コンプレッサ羽根車
１３ａ  コンプレッサ動翼
１５  渦巻き室
１７  ロータ軸
１８  ボルト
１９  軸受台
２０  空気案内ケーシング
２１  スラスト軸受
２３，２５  ラジアル軸受
２７  排気タービン羽根車（ロータ）
２７ａ  排気タービン動翼
３０  第１排気ガス入口ケーシング
３０ａ  第１排気ガス入口部
３１  ボルト
３２  第２排気ガス入口ケーシング
３２ａ  第２排気ガス入口部
３２ｂ  外周壁部
３２ｃ  内周壁部
３３  ボルト
３４  排気タービンノズル
３６  排気ガス出口ケーシング
３７  ボルト
４０  仕切り部材
４２  第１排気ガス導入配管
４４  第２排気ガス導入配管
Ｌ  中心軸線
Ｆ１  第１排気タービンノズル群流路
Ｆ２  第２排気タービンノズル群流路
Ｆ１’  第１排気ガス導入流路
Ｆ２’  第２排気ガス導入流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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