(57)【要約】【課題】航空機などの推進力や揚力を発生させる装置とは別に、空調用に特別な装置や空気源を設ける必要性を低減し、システム全体としての重量、スペースまたはコストの低減を可能とする技術を提供する。【解決手段】ガスタービンエンジン１のコンプレッサ１１によって圧縮された空気の一部を抽気し、ファン装置３を駆動するためのエアタービン２を作動させるために利用するファン駆動タービンシステムにおいて、エアタービン２に導入される圧縮空気を予め熱交換器４で冷却し、エアタービン２の通過後に空調用にも用いる。【選択図】図１
2008094189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジンと、
ガスタービンエンジンから抽気された燃焼前の空気が流通する抽気通路と、
前記抽気通路を流通してきた空気によって作動するエアタービンと、
前記エアタービンによって駆動されるファンと、
前記抽気通路に設けられ、該抽気通路を通過する空気の熱を熱媒体との間で交換させて奪う熱交換器と、
を備え、
前記熱交換器によって熱が奪われた後の前記空気を空調に利用することを特徴とするファン駆動タービンシステム。
【請求項２】
前記抽気通路には、前記熱交換器をバイパスするバイパス路が設けられ、
前記ファンによる出力を増加する場合には前記熱交換器を通過する前記空気の量に対して前記バイパス路を通過する前記空気の量を相対的に増加させることを特徴とする請求項１に記載のファン駆動タービンシステム。
【請求項３】
前記熱交換器は、前記ファンの駆動により生じる空気流との間で前記空気の熱の交換を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のファン駆動タービンシステム。
【請求項４】
前記ファンの周囲にはダクトが設けられ、
前記ファンの下流側における前記ダクトの壁面が、前記熱交換器において前記空気の熱を前記ファンの駆動により生じる空気流に放散する伝熱板として用いられることを特徴とする請求項３に記載のファン駆動タービンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンから抽気された圧縮空気によってエアタービンを作動させ、エアタービンがファンを駆動することによって推進力や揚力を発生するファン駆動タービンのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機などの推進力または揚力を得るために、ガスタービンエンジンのコンプレッサにて発生した圧縮空気が膨張する際のエネルギによりエアタービンを回転駆動し、このエアタービンの回転を利用してファンを回転させるファン駆動タービンのシステムが知られている。
【０００３】
ガスタービンエンジンから抽気された抽出空気を空調に利用する技術としては、タービンから抽気された抽出空気を、推進力または揚力を得るためのタービンとは別に設けられたターボ圧縮機に導入した上で、ターボ圧縮機のタービンを駆動すると共に、該抽出空気を冷却して客室用の空調やリフレッシュのために用いる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかし、上述の技術においては、航空機のための推力及び揚力発生用のシステムと、空調用のシステムとが別に設けられているため、重量、スペースまたはコストの低減の妨げとなる場合があった。
【特許文献１】特許第２５３３９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的とするところは、航空機などの推進力や揚力を発生させる装置とは別に、空調用に特別な装置や空気源を設ける必要性を低減し、重量、スペースまたはコストの低減を可能とする技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明は、ガスタービンエンジンから抽気され、ファン駆動のためのエアタービンを作動させるために導入される空気を熱交換器で冷却し、空調用に用いることを最大の特徴とする。
【０００７】
より詳しくは、ガスタービンエンジンと、
ガスタービンエンジンから抽気された燃焼前の空気が流通する抽気通路と、
前記抽気通路を流通してきた空気によって作動するエアタービンと、
前記エアタービンによって駆動されるファンと、
前記抽気通路に設けられ、該抽気通路を通過する空気の熱を熱媒体との間で交換させて奪う熱交換器と、
を備え、
前記熱交換器によって熱が奪われた後の前記空気を空調に利用することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、ガスタービンエンジンから抽気され、推進力または揚力を得るためのエアタービンでエネルギを奪われた空気をそのまま空調に用いることができ、空調のための特別な装置や空気源を別途確保する必要がない。従って、システム全体としての重量、スペースまたはコストを低減することができる。
【０００９】
また、本発明においては、前記抽気通路には、抽気された空気が前記熱交換器をバイパスすることができるバイパス路を設けることとし、前記ファンによる出力を増加する場合には前記熱交換器を通過する前記空気の量に対して前記バイパス路を通過する前記空気の量を相対的に増加させるようにしてもよい。
【００１０】
すなわち、ファンによる推進力や揚力を急速に増加させたい場合には、ガスタービンエンジンから抽出された空気に熱交換器をバイパスさせ、高温のままエアタービンに供給する。そうすることによってエアタービンに供給されるエネルギを増加させ、ファンの出力を急速に増加させることができる。
【００１１】
この場合、熱交換器を通過する空気の量に対してバイパス路を通過する空気の量を相対的に増加させることで、ファンの出力を急増させることができるが、熱交換器を通過する空気の量を略零とし、抽気通路を通過する空気の略全量にバイパス通路を通過させてもよい。
【００１２】
また、本発明においては、前記熱交換器は、前記ファンの駆動による空気流との間で前記空気の熱の交換を行うようにしてもよい。すなわち、前記熱交換器を通過する空気の熱を前記ファンの駆動により発生した空気流に放散することにより、前記空気を冷却してもよい。そうすれば、前記ガスタービンエンジンから抽出された空気の熱を交換すべき熱媒体を流すための装置が不要となる。具体的には、熱媒体を熱交換器に供給するファン、モータ、ポンプなどを省略することができる。
【００１３】
この場合、熱交換器は、前記ファンの下流側におけるダクトの壁面を、前記空気の熱を放散する伝熱板として用いるようにしてもよい。そうすれば、熱交換器において新規に伝熱板を設ける必要がなくなり、システム全体としての重量、スペースまたはコストをさらに低減することができる。
【００１４】
なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明にあっては、航空機などの推進力や揚力を発生させる装置とは別に、空調用に特別な装置や空気源を設ける必要性を低減し、重量、スペースまたはコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１には、本実施例におけるガスタービンエンジン１及びエアタービン２を含めたシステム全体の概略構成を示す。本実施例におけるガスタービンエンジン（以下、単に「エンジン」という場合もある。）１は、コンプレッサ１１、燃焼器１２、タービン１３を備えている。そして、コンプレッサ１１に吸入された空気（吸気）はコンプレッサ１１にて圧縮され、燃焼器１２において、燃料噴射装置（図示省略）により供給される燃料と混合されて燃焼し、その燃焼ガスはコンプレッサ１１と回転軸１４で直結されたタービン１３を駆動させた後に機関外部へ排出される。
【００１８】
また、コンプレッサ１１には、抽気流路１５が接続されており、コンプレッサ１１にて発生した圧縮空気の一部が抽気流路１５へ排出されるようになっている。そして、抽気流
路１５には、抽気流路１５を通過する圧縮空気の熱を外気に放散し（換言すると、熱媒体としての空気との間で熱交換し、）、圧縮空気の温度を低下させる熱交換器４が設けられている。
【００１９】
また、抽気流路１５における熱交換器４の下流には、抽気流路１５を通過する圧縮空気によって作動するエアタービン２が備えられている。このエアタービン２が作動してファン装置３を駆動し、推進力または揚力を発生させる。
【００２０】
図２には、エアタービン２及びファン装置３付近の概略構成を示す。抽気流路１５から流入した圧縮空気が膨張する際のエネルギによりエアタービン２が回転駆動される。この回転運動が、減速機２０により減速させられた上でファン装置３に伝達される。そして、ファン装置３が駆動され空気流を生み出すことで、本システムが搭載された機体の推進力または揚力を発生する。
【００２１】
ここで、図１の説明に戻る。図１において、ガスタービンエンジン１のコンプレッサ１１によって圧縮された圧縮空気は例えば３００℃程度の高温まで温度が上昇している。
【００２２】
そして、この圧縮空気の熱は、熱交換器４において外気に奪われる。従って、熱交換器４を通過した後の圧縮空気の温度は例えば１５０℃程度まで低下し、さらにエアタービン２を回転させる際に膨張してエネルギを奪われ、エアタービン２から排出される際には、例えば５℃程度の冷気となっている。
【００２３】
本実施例においては、このエアタービン２を回転させた後の冷気を空調に用いることとした。この空調とは、例えば、本システムが航空機に用いられている場合には、客席の冷房に用いられるものでも良いし、荷物室や計器類を冷却するためのものでもよい。
【００２４】
このように本実施例においては、推進力または揚力を得るためのエアタービン２を駆動した後の空気をそのまま空調に利用するため、空調のためのシステムを別途設ける必要がなく、システム全体の重量、スペースまたはコストを低減することができる。
【実施例２】
【００２５】
次に、本発明における実施例２について説明する。本実施例においては、抽気流路１５を通過する圧縮空気に熱交換器４をバイパスさせるバイパス流路１６が備えられた例について説明する。
【００２６】
図３には、本実施例におけるガスタービンエンジン１及びエアタービン２を含めたシステム全体の概略図を示す。本実施例に係るシステムと実施例１に示したものとの相違点は、抽気流路１５には、抽気流路１５における熱交換器４の上流側と下流側を連通し、抽気流路１５を通過する圧縮空気に熱交換器４をバイパスさせるバイパス流路１６が設けられている点である。また、本実施例においては、バイパス流路１６によってバイパスされている抽気流路１５及び、バイパス流路１６には、それぞれの流路を通過する圧縮空気の量を制御する抽気流路弁５及びバイパス流路弁６が設けられている。
【００２７】
そして、ファン装置３による推進力または揚力を急速に増加させる場合には、抽気流路弁５を閉弁側に作動させるとともにバイパス流路弁６を開弁側に作動させる。これにより、エアタービン２に導入される圧縮空気の温度をより高くして、エアタービン２に供給されるエネルギを急速に増加させることができる。
【００２８】
以上、説明したように、本実施例によれば、ファン装置３による推進力または揚力の要求に応じて熱交換器４を通過する圧縮空気とバイパス流路１６を通過する圧縮空気の量を
調整できるので、ファン装置３に要求される推進力または揚力の変化に迅速に対応することができる。
【実施例３】
【００２９】
次に、本発明における実施例３について説明する。本実施例においては、ファン装置３から排出されて推進力または揚力を生む空気を、熱交換器４において圧縮空気の熱を奪う熱媒体として用いる例について説明する。
【００３０】
図４には、本実施例におけるガスタービンエンジン１及びエアタービン２を含めたシステム全体の概略構成について示す。本実施例においては、熱交換器４がファン装置３の下流に配置しており、抽気流路１５を通過する圧縮空気の熱をファン装置３から排出される空気流によって奪う。
【００３１】
そうすれば、より確実に熱交換器４に熱媒体としての空気を供給することができ、より効率的に抽気流路１５を流通する圧縮空気の温度を低下させることができる。また、本実施例によれば、熱交換器４に熱媒体としての空気を供給する装置を新たに準備する必要がないので、重量、スペースまたはコストの点でより有利である。
【００３２】
なお、この際、バイパス流路１６はファン装置３の下流に配置されないことが望ましい。そうすることにより、バイパス流路１６を通過する圧縮空気の温度をより高温に維持することができる。その結果、ファン装置３による推進力または揚力を急速に増加させる場合に、より効率よくエアタービン２に供給されるエネルギを増加させることができる。
【００３３】
図５には、本実施例における熱交換器４の具体的な配置の例について示す。図５（ａ）には、熱交換器４の伝熱板４０がファン装置３におけるファン３０の下流側のダクト３１に直接設けられた例について示す。この場合、伝熱板４０としてのダクト３１の表面において、抽気の通路４１は、熱媒体としての空気流への圧縮空気の接触面積が多くなるように蛇行して設けられている。またこの例では、抽気の通路４１が設けられた伝熱板４０を別途形成してダクト３１の表面に貼り付ける構成としてもよい。
【００３４】
次に図５（ｂ）に示すのは、ファン３０の下流側に配置される静翼３２の内部に圧縮空気を通過させることで、ファン３０から排出される空気流との間で熱交換させる例である。図においては、静翼３２の内部を上流部分と下流部分に分割し、上流部分から圧縮空気を流入させて下流部分から排出させる例を示している。
【００３５】
また、図５（ｃ）に示すのは、ファン３０の下流側のダクト３１に圧縮空気の熱交換用のフィン４２を設けた例である。この例では、圧縮空気がフィン４２の内部を蛇行して通過し、その間にファン３０から排出される空気流に放熱する構造となっている。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例１におけるガスタービンエンジン及びエアタービンを含めたシステム全体の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１におけるエアタービン及びファン装置付近の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例２におけるガスタービンエンジン及びエアタービンを含めたシステム全体の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の実施例３におけるガスタービンエンジン及びエアタービンを含めたシステム全体の概略構成を示す図である。
【図５】本発明の実施例３における熱交換器の配置の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１・・・ガスタービンエンジン
２・・・エアタービン
３・・・ファン装置
４・・・熱交換器
５・・・抽気流路弁
６・・・バイパス流路弁
１１・・・コンプレッサ
１２・・・燃焼器
１３・・・タービン
１４・・・回転軸
１５・・・抽気流路
１６・・・バイパス流路
３０・・・ファン
３１・・・ダクト
３２・・・静翼
４０・・・伝熱板
４１・・・抽気の通路
４２・・・フィン
【図１】
2008094189.tif 000003
【図２】
2008094189.tif 000004
【図３】
2008094189.tif 000005
【図４】
2008094189.tif 000006
【図５】
2008094189.tif 000007