(57)【要約】【課題】航空機エンジンにあるガスタービンの始動プロセスを支援することが容易に可能なシステムを提供すること。【解決手段】システムは過熱蒸気を生成するＨ２／Ｏ２蒸気生成機を含み、過熱空気は、燃料でガスタービンを作動させるためにガスタービン内の圧縮空気比が十分な回転速度となるようにガスタービンに直接供給されるか、または圧縮空気生成機（４）に供給されて圧縮空気を生成し、生成された圧縮空気は例えば航空機の圧縮空気システム（７）に供給されるか、ガスタービンまたは他の圧縮空気システムを始動させるのに使用される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン内の圧力比が燃料を用いてガスタービンを作動させるのに十分なものとなる前に、前記ガスタービンを十分に高い回転速度にするためにガスタービンに送られる蒸気を生成する水素／酸素蒸気生成機を有するシステム。
【請求項２】
蒸気を生成する蒸気生成機と、蒸気から圧縮空気を生成する圧縮空気生成機と、を有するシステム。
【請求項３】
前記圧縮空気生成機は蒸気タービンおよびコンプレッサを有する請求項２記載のシステム。
【請求項４】
水および／または空気を送り込むことで前記蒸気を所望の温度に設定する冷却ユニットを備える請求項１から３いずれか記載のシステム。
【請求項５】
生成された前記圧縮空気は、航空機の圧縮空気システムに送られる請求項１から４いずれか記載のシステム。
【請求項６】
前記圧縮空気システムは、氷結防止システム、水圧システム、空調システムの少なくとも１つである請求項６に記載のシステム。
【請求項７】
生成された前記圧縮空気は、ガスタービンを始動させて、エンジン内を、燃料で前記ガスタービンを作動させることができる圧縮空気比にするのに十分な回転速度まで前記ガスタービンを引き上げるために使用される請求項２から６いずれか記載のシステム。
【請求項８】
航空機の補助動力ユニットおよび／またはラムエアタービンの代わりとして、またはこれらを支援するものとして請求項１から７いずれか記載のシステムを使用すること。
【請求項９】
乗り物の補助動力ユニットの代わりとして、またはこれを支援するものとして請求項１から７いずれか記載のシステムを使用すること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００４年８月１１日に出願の米国特許仮出願第６０／６００，５０２号と２００４年８月１１日に出願の独国特許出願第１０  ２００４  ０３９  ０１９．３号との出願日の利益を主張するものであり、これら特許の開示は参照することによって本明細書に組み込むものとする。
【０００２】
本発明は、圧縮空気を生成するシステムに関し、特に、航空機の圧縮空気システムに供給する、また、例えば航空機エンジンのガスタービンを始動させる圧縮空気を過熱蒸気から生成するシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
ガスタービンは、燃料を用いてガスタービンを作動させるのに十分な圧力比となる前に、十分な速度で回転するようになされなければならない。現今では、ガスタービンは主に、例えば、電気スタータモータによって駆動される機械式駆動体で始動されるか、または空気圧によって始動される。
【０００４】
しかしながら、例えば、航空機エンジンのガスタービンを自給で電気的に始動させるには、膨大な電力と重量の重いスタータモータとを必要とする。空気圧始動方式は、可動の装置では得られそうもない非常に高い空気圧の出力を必要とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、例えば航空機エンジンにあるガスタービンの始動プロセスを支援することが容易に可能なシステムを開発することであると言える。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的についての実現できる解決策は請求項１、２、９、１０で開示されるであろう。本発明の有益な実施形態は従属請求項で述べられる。
【０００７】
本発明によるシステムの典型的な実施形態は、蒸気生成機、特に、十分に高い蒸気圧および出力を発生させることができる水素／酸素蒸気生成機を使用することを特徴とする。この蒸気あるいは蒸気と供給される空気との高温混合物を、ガスタービン、例えば、航空機タービンを始動させるのに使用することができる。これにより、これまで使用された始動補助装置、例えば、スタータモータなしで始動させることが可能になる。これに代えて、生成された蒸気を圧縮空気システムに直接送ることもできる。
【０００８】
エンジン／ガスタービンを始動させるのにＨ２／Ｏ２蒸気生成機を使用した場合、出力密度が高いために、電気スタータと比較して航空機の重量を低減することができる。
【０００９】
本発明によるシステムの代替の典型的な実施形態によれば、Ｈ２／Ｏ２蒸気生成機によって生成された蒸気は、蒸気タービンとコンプレッサとを有し、静止ガスタービンまたは移動ガスタービンを始動させるのに使用できる十分な量の圧縮空気を生成する圧縮空気生成機に送られるか、あるいは圧縮空気システムに送られる。
【００１０】
Ｈ２／Ｏ２蒸気生成機の原理は単純であり、それらの出力密度は高いので、それらに基づくスタータユニットは、特に、ユニット重量が軽く、経済性が良好で、かつ応答動作が迅速であることが必要とされる領域で使用することができる。
【００１１】
Ｈ２／Ｏ２蒸気生成機で純酸素を使用する代わりに、空気あるいは空気および酸素の混合物を使用することも可能である。しかし、これは、ＮＯｘ排出物が増加するという点で不都合な場合がある。
【００１２】
本発明によれば、ＲＡＴ（ラムエアタービン）は、Ｈ２／Ｏ２蒸気生成機とタービンの組み合わせ体で置き換えることができるので、蒸気駆動のタービンによって、例えば、発電機を駆動し、かつ／または水圧および／または高温圧縮空気を発生させることで、ＲＡＴの代用品とすることも可能である。したがって、本発明によれば、従来型のＲＡＴと比較した場合に、重量の節減と性能上の優位性を得ることができる。
【００１３】
Ｈ２／Ｏ２蒸気生成機は、高い蒸気圧および高出力を発生させることができるので、本発明の別の典型的な実施形態によれば、蒸気タービンを駆動し、次いで前記蒸気タービンを使用して圧縮空気システム用の圧縮空気生成機を駆動するために、Ｈ２／Ｏ２蒸気生成機によって生成された蒸気を使用することができる。例えば、航空機などの乗り物の、例えば、圧縮空気システムに対して利用することができる。本発明によるシステムは、特に、乗り物以外の外部エネルギ源が何ら利用できず、高い性能が必要とされる場合に優位性をもたらすことができる。
【００１４】
本発明による上記のような蒸気発生システムは、航空機において、例えば、氷結防止システム（例えば翼上の）に使用することができる。これまで、上記のような圧縮空気システムは、エンジンの後ろから抽気された高温圧縮空気によって動力を供給されていた。これらのシステムは飛行中全体にわたって使用されることはなく、氷結する危険性がある場合に、高度を上げる段階と下げる段階だけで使用される。しかし、エンジンから圧縮空気を抽出すると、エンジン性能が落ち、燃料消費が増えて、ひいては航空機の離陸重量がより重くなる。エンジンからの圧縮空気で作動する氷結防止システムの効率は低いので、本発明によるシステムでそのシステムの代用とすることおよび／またはそのシステムを支援することが理にかなっている。そうした構成では、圧縮空気は、過熱蒸気で作動する圧縮空気生成機（例えば、コンプレッサを備えた蒸気タービン）によって生成される。さらには選択的に、過熱蒸気に空気を混合することおよび／または過熱蒸気を空気で冷却することと、前記蒸気を直接使用することができる。
【００１５】
本発明によるシステムの効率が高いため、氷結防止ユニットおよび航空機全体の重量を本発明により低減することができる。このように、システムの経済性を改良することができ、排ガスを低減することができる。
【００１６】
本発明によるシステムで生成された圧縮空気は、エンジン抽気を使用する代わりに、例えば、空調システムなどの他の圧縮空気システム用に使用することもできる。この構成では、従来のシステムの完全な代用か、または従来のシステムに対する支援（例えば、急激な減圧などのピーク負荷を担う）が想定できる。本発明によるシステムによれば、圧縮空気は、過熱蒸気で作動する圧縮空気生成機（例えばコンプレッサを備えた蒸気タービン）によって生成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、好ましい実施形態に関して、本発明によるシステムが図１を参照して説明される。
【００１８】
図１に示すように、システム１は、以下に説明するように、特に、Ｈ２／Ｏ２蒸気生成機２が過熱蒸気を発生させ、この過熱蒸気が、航空機の圧縮空気システムと、エンジンを始動させるスタータ機構とを支援するように使用されるという点で特徴づけられる。
【００１９】
Ｈ２／Ｏ２蒸気生成機２は一般的に公知のものであり、主に、蒸気殺菌用、バイオリアクタの温度制御用、食料品用、包装材料用、医療機器用、織物材料用、および溶液用に使用され、また製薬産業において純水の生成にも使用されている。
【００２０】
Ｈ２／Ｏ２蒸気生成機２は、水素と酸素（または空気）が制御された形で互いと反応して蒸気になるシステムを含み／そのシステムで構成される。特に、Ｈ２／Ｏ２蒸気生成機２は、ロケット推進の原理に準じた化学量論どおりの水素／酸素混合物を生成し、その化学量論おりの水素／酸素混合物は制御された形で燃焼して蒸気を形成する。
【００２１】
図１に示すように、システムはさらに、生成された蒸気に水または空気を供給するための冷却ユニット３を有する。その結果、純蒸気の状態パラメータの設定を目標に定めたものとすることができる。蒸気パラメータは、冷却ユニット３を用いて非常に短時間のうちに目標どおりに設定することができる。この過熱蒸気生成機２の利点は、その純度の高さ、反応時間の短さ、状態パラメータの調整選択性、および幾何学寸法の小ささにある。
【００２２】
本発明によれば、例えば、冷却するために水が注入されるか、または空気が混合されて、Ｈ２／Ｏ２蒸気生成機２および冷却手段３を用いて例えば、２００℃から３３００℃の蒸気温度に設定することができる。図１に示す好ましい実施形態によれば、そのような方法で温度制御された過熱蒸気は、圧縮空気生成機４に送られる。圧縮空気生成機４は、例えば、コンプレッサ６を備えた蒸気タービン５を含む。蒸気タービン５は、冷却手段３を用いて所定の温度に設定された過熱蒸気で作動する。代替方法として、Ｈ２／Ｏ２蒸気生成機によって生成された高温空気を（冷却することなく）圧縮空気生成機４に直接送ることもできる。このように、圧縮空気生成機４は、蒸気タービン５およびコンプレッサ６を用いて、過熱蒸気から圧縮空気を生成する。
【００２３】
圧縮空気生成機４によって生成された圧縮空気は、本発明によれば、例えば、氷結防止システム７ａ、水圧システム７ｂ、空調システム７ｃなどを有する、例えば圧縮空気システム７に送られる。
【００２４】
図１に示すように、圧縮空気生成機４によって生成された圧縮空気は、エンジン内を、燃料でエンジンを作動させることができる圧縮空気比とするのに十分な回転速度までエンジン８を引き上げるのに使用することもできる。
【００２５】
上記に、航空機に関する好ましい実施形態に関連させて本発明を説明したが、当然ながら、本発明によるシステムは、始動されなければならないガスタービンを有する他の乗り物で使用することもできる。さらに、本発明によるシステムは、ガスタービンを始動させるために静止したガスタービンで使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】航空機で使用する、本発明によるシステムの好ましい実施形態の概略ブロック図を示している。
【符号の説明】
【００２７】
１    システム
２    Ｈ２／Ｏ２蒸気生成機
３    冷却装置
４    圧縮空気生成機
５    蒸気タービン
６    コンプレッサ
７    圧縮空気システム
７ａ  表決防止システム
７ｂ  水圧システム
７ｃ  空調システム
８    ガスタービン／エンジン
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年4月13日(2007.4.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項６】
前記圧縮空気システムは、氷結防止システム、水圧システム、空調システムの少なくとも１つである請求項５に記載のシステム。
【国際調査報告】
2008509341.tif 000004
2008509341.tif 000005
2008509341.tif 000006