(57)【要約】      （修正有）【課題】新しく改良された経済的な超小型エネルギー熱電併給システムにおいて、組み立て、保守および修理の容易さを図るよう設計され、また、スケーラブル（拡張可能）な発電技術を提供する。【解決手段】単一シャフトで作動するタービン、コンプレッサおよび発電機を備えたマイクロタービン１００は、組立品をマイクロタービン用エンジン部分組立品１０２、タービン給気ハウジング部分組立品２０２およびコンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品３０２に区分するよう設計されている。マイクロタービン用エンジン部分組立品には、タービン給気ハウジング部分組立品の内部に滑動可能な状態で挿入された単一のユニット内に取り付けた一体型セラミックコンプレッサ・タービン組立品と発電機が含まれている。コンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品は、タービン給気ハウジング部分組立品の各端部に組み立てられる。【選択図】図４
2022001761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下を含むマイクロタービン組立品（100）：
以下を含むマイクロタービン用エンジン部分組立品（102）：
エンジンシャフト組立品（400、500）、コンプレッサシュラウド（120）および発電機の磁気巻線固定子（150）部分；
以下を含むマイクロタービン給気ハウジング部分組立品（202）：
エンジンハウジング（210）および少なくとも1個のタービン吸気スクロール（212）、およびコンプレッサ排気スクロール（214）および
以下を含むコンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品（302）：
コンプレッサ空気供給ハウジング（310）、
コンプレッサ空気供給ハウジング（310）に組み立てられるデジタル信号プロセッサ（320）、
コンプレッサ空気供給ハウジング（310）に組み立てられる平面トランス（330）、および
コンプレッサ空気供給ハウジング（310）に組み立てられるマルチレベルインバータ（340）；
ここでマイクロタービン用エンジン部分組立品（102）は、マイクロタービン給気ハウジング部分組立品（202）の内部（211）に滑動可能な形で挿入できるようにする直径と形状を有する小型部分組み立て品として設計される、
ここでマイクロタービン用エンジン部分組立品（102）は、組み立てられている場合にはマイクロタービン給気ハウジング部分組立品（202）の内部（211）に挿入され、コンプレッサシュラウド（120）はコンプレッサ排気スクロール（214）と流体連結している。
ここでコンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品（302）は、マイクロタービン給気ハウジング部分組立品（102）のコンプレッサ用空気供給端部に組み立てられる。
【請求項２】
デジタル信号プロセッサ（320）がコンプレッサ空気供給ハウジング（310）の外面に組み立てられている、請求項1に記載のマイクロタービン組立品（100）。
ここで平面トランス（330）はコンプレッサ空気供給ハウジング（310）の外面に組み立てられる、
ここでマルチレベルインバータ（340）はコンプレッサ空気供給ハウジング（310）の外面に組み立てられる。
【請求項３】
マイクロタービン給気ハウジング部分組立品（202）にエンジンハウジング（110）、タービン吸気スクロール（212）、コンプレッサ排気スクロール（214）が含まれる、請求項1に記載のマイクロタービン組立品（100）。
【請求項４】
エンジンシャフト組立品（400、500）がさらに以下を含む、請求項1に記載のマイクロタービン組立品（100）：
タービン・コンプレッサシャフト（410、510）；
タービン・コンプレッサシャフト（410、510）に組み立てられるタービン（420、520）；
タービン・コンプレッサシャフト（410、510）に組み立てられるコンプレッサ（430、530）；および
タービン・コンプレッサシャフト（410、510）に組み立てられる発電機の磁気回転子（450、550）部分。
【請求項５】
タービン（420、520）がセラミック材料で製造されている、請求項5に記載のマイクロタービン組立品（100）。
【請求項６】
タービン（420、520）が金属材料で製造されている、請求項5に記載のマイクロタービン組立品（100）。
【請求項７】
エンジンシャフト組立品（400、500）がさらに以下を含む、請求項1に記載のマイクロタービン組立品（100）：
タービン・コンプレッサシャフト（410、510）；
タービン・コンプレッサシャフト（410、510）に組み立てられるタービン（420、520)；
タービン・コンプレッサシャフト（410、510）に組み立てられるコンプレッサ（430、530）；
タービン・コンプレッサシャフト（410、510）に組み立てられる発電機の磁気回転子（450、550）部分、および
第1軸方向対向面（442、542）および軸受の第2軸方向対向面（444、544）、反対方向に面する第1軸方向対向面（442、542）および第2軸方向対向面（444、544）を含むスペーサスラスト軸受（440、540）。
【請求項８】
マイクロタービン用エンジン部分組立品（102）がさらに以下を含む、請求項7に記載のマイクロタービン組立品（100）：
タービン（420、520）とコンプレッサ（430、530）の間に配置されているタービンスペーサ（110）
【請求項９】
マイクロタービン用エンジン部分組立品（102）がさらに以下を含む、請求項7に記載のマイクロタービン組立品（100）：
スペーサスラスト軸受（440、540）と軸方向に整列しているスラストホイル軸受（140）
スペーサスラスト軸受（440、540）のスペーサスラスト軸受第1軸方向対向面（442）と接触するように組み立てられた第1裏板スラスト軸受（142）、および 
スペーサスラスト軸受（440、540）のスペーサスラスト軸受第2軸方向対向面（444）と接触するように組み立てられた第2裏板スラスト軸受（144）。
【請求項１０】
マイクロタービン用エンジン部分組立品（102）がさらに以下を含む、請求項7に記載のマイクロタービン組立品（100）：
磁気巻線固定子（150）と軸方向で整列するように組み立てられた放熱板本体（160）。
【請求項１１】
マイクロタービン組立品（100）の組立方法で、その方法は以下の手順を含む：
マイクロタービン用エンジン部分組立品（102）の組み立て、マイクロタービン用エンジン部分組立品（102）は以下を含む：
エンジンシャフト組立品（400、500）、
コンプレッサシュラウド（120）、および
磁気巻線固定子（150）；
マイクロタービン給気ハウジング部分組立品（202）の組み立て、マイクロタービン給気ハウジング部分組立品（202）は以下を含む：
エンジンハウジング（210）、および
少なくとも1個のタービン吸気スクロール（212）およびコンプレッサ排気スクロール（214）；
以下を含む、コンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品（302）の組み立て：
コンプレッサ空気供給ハウジング（310）、
コンプレッサ空気供給ハウジングに組み立てられるデジタル信号プロセッサ（320）、
コンプレッサ空気供給ハウジングに組み立てられ鵜平面トランス（330）、および
コンプレッサ空気供給ハウジングに組み立てられるマルチレベルインバータ（340）；
マイクロタービン用エンジン部分組立品（102）のマイクロタービン給気ハウジング部分組立品（202）の内部への挿入；および
コンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品（302）のエンジンハウジング（210）のコンプレッサ気流吸気側への組み立て。
【請求項１２】
コンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品（302）の組立手順は以下の手順を含めることにより達成される、請求項11に記載のマイクロタービン組立品（100）の組立方法：
デジタル信号プロセッサ（320）のコンプレッサ空気供給ハウジング（310）の外面への組み立て、および
平面トランス（330）のコンプレッサ空気供給ハウジング（310）の外面への組み立て、および
マルチレベルインバータ（340）のコンプレッサ空気供給ハウジング（310）の外面への組み立て。
【請求項１３】
マイクロタービン給気ハウジング部分組立品（202）の組立手順にはタービン吸気スクロール（212）とコンプレッサ排気スクロール（214）のうちの少なくとも一つのエンジンハウジング（210）の外面への組立手順を含む、請求項11に記載のマイクロタービン組立品（100）の組立方法。
【請求項１４】
マイクロタービン給気ハウジング部分組立品（202）の組立手順には、タービン吸気スクロール（212）とコンプレッサ排気スクロール（214）のそれぞれのエンジンハウジング（210）の外面への組立手順を含む、請求項11に記載のマイクロタービン組立品（100）の組立方法。
【請求項１５】
さらにエンジンシャフト組立品（400、500）の組立手順を含む、請求項11に記載のマイクロタービン組立品（100）の組立方法で、この方法はさらに以下の手順を含む：
発電機の磁気回転子（450、550）部分のタービン・コンプレッサシャフト（410、510）への組み立て；
コンプレッサ（430、530）のタービン・コンプレッサシャフト（410、510）への組み立て、および
タービン（420、520）のタービン・コンプレッサシャフト（410、510）への組み立て。
【請求項１６】
請求項15に記載のマイクロタービン組立品（100）の組立方法で、この方法はさらに以下の手順を含む：
タービン（420、520）を含む端部とは反対側にあるタービン・コンプレッサシャフト（410、510）の端部でのスペーサスラスト軸受（440、540）の提供、
ここでスペーサスラスト軸受（440、540）には第1軸方向対向面（442、542）、軸受第2軸方向対向面（444、544）、反対方向に面する第1軸方向対向面（442、542）および第2軸方向対向面（444、544）を含む。
【請求項１７】
マイクロタービン用エンジン部分組立品（102）の組立手順はさらに以下の手順を含む、請求項16に記載のマイクロタービン組立品（100）の組立方法：
スペーサスラスト軸受（440、540）と軸方向で整列したスラストホイル軸受（140）の位置決め
スペーサスラスト軸受（440、540）のスペーサスラスト軸受第1軸方向対向面（442）と接触した第1裏板スラスト軸受（142）の位置決め、および
スペーサスラスト軸受（440、540）のスペーサスラスト軸受第2軸方向対向面（444）と接触した第2裏板スラスト軸受（144）の位置決め。
【請求項１８】
請求項15に記載のマイクロタービン組立品（100）の組立方法で、この方法はさらに以下の手順を含む：
タービン（420、520）とコンプレッサ（430、530）の間でのタービンスペーサ（110）の配置。
【請求項１９】
タービン（420、520）がセラミック材料および金属材料のいずれか一つで製造されている、請求項15に記載のマイクロタービン組立品（100）の組立方法。
【請求項２０】
さらに以下の手順を含む、請求項11に記載のマイクロタービン組立品（100）の組立方法：
磁気巻線固定子（150）と軸方向で整列した放熱板本体（160）の位置決め。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的にはエネルギー生成システムに関するものである。より具体的には、本発明は、改良された組立方法での設計形状を備えた微小規模エネルギー熱電併給（コジェネレーション）システムに関するものであり、前記微小規模エネルギー熱電併給システムは、従来型の設備電力供給システムを補足または代替するために住宅環境を含む多種多様な用途で使用することができ、さらに、エネルギー供給網の一部として使用することもできる。さらに具体的には、本発明は、分散エネルギー熱電併給法と呼ばれており、これにより電気を生成し水や空気を加熱することができる。同モジュールは、例えば自動車、ドローンなどの電動車両、エネルギーバンクまたはその他の用途に適合させることができる。
【背景技術】
【０００２】
マイクロタービンエンジンは、発電機を駆動又は回転させるのに使用されている。これらの発電システムは、最大稼働時間を維持することが望まれる。こうした発電システムの信頼性は、前記発電システムの用途により一定の電気出力が求められるため、非常に重要である。前記発電システムの整備または修理が必要となる場合には、休止時間を最小限に抑える必要がある。現行のマイクロタービンエンジン設計形状は、組み立て、解体、整備、修理や再組み立てを行うには複雑かつ面倒なものである。組み立て工程や解体工程が発電システムの休止時間の長さに影響を及ぼすため、そのような複雑性は組立品（アセンブリ）の修理工程にも影響を与えている。
【０００３】
マイクロタービンエンジンの一つの重要な要素として、シャフトと付随するブレード組立品がある。各マイクロタービンエンジンには、エンジンシャフトに組み立てられたコンプレッサブレード組立品とタービンブレード組立品が含まれている。ブレード組立品のそれぞれは複雑であり、温度、速度（毎分回転数（RPM））、圧力などの極端な動作条件での信頼性を維持する必要がある。その極端な動作条件によりブレードへの大きな応力や歪みが生じるため、ブレードの品質は動作中のブレードに必要となる信頼性を維持するのに重要である。
【０００４】
熱電併給（コジェネレーション）は、同じエネルギー供給源から同時に熱と電力を生成する非常に効率的な手段である。化石燃料燃焼を発電の過程で通常浪費される熱で代替することで、従来の発電の3倍さらに4倍ともなりうる効率性が達成される。一般に、熱電併給システムは、単一のエネルギー供給源から電気と熱の双方を生成するよう適合されている。そのような熱電併給システムでは、発電操業中にエンジンまたはタービンにより生成された排ガス熱または冷却水の廃熱を回収することができるため、熱電併給システムは、その他の方式と比べエネルギー効率を70〜80%向上させることができる。
【０００５】
そうした利点ゆえに、熱電併給システムは、最近になって、建物用電気・熱供給源として注目の的となっている。特に、熱電併給システムは、回収される廃熱が主に密閉空間の暖房・冷房を行いかつ水を加熱するのに使用されているという点で、非常に効率的なエネルギー利用を発揮している。熱電併給はほぼ一世紀にわたり使用されてきたが、1980年代中頃になって比較的低価格の天然ガスが出現したおかげで、新たな発電への広範囲に及ぶ魅力的な代替手段となった。実際、ガス燃焼熱電併給が主として従来型発電所建設の減少に寄与しており、北米では1980年代に出現している。熱電併給は、1980年代後半および1990年代前半期間の多くで北米において建設された新規発電所容量の大部分を占めていた。
【０００６】
熱電併給設備は、天然ガス以外の燃料で点火させることができる。地域での可用性に応じて、木材、農業廃棄物、ピートモスや多種多様なその他の燃料を用いた設備が稼働している。
【０００７】
熱電併給の環境への影響は、その固有の効率だけでなく、分散的な特性にも由来している。何らかの距離にわたり熱を輸送するのは実用的ではないため、物理的には熱電併給設備をその熱利用者の近くに配置する必要がある。多数の環境に良い影響がこの事実から派生しており、つまり電力はその電力消費者の近くで生成される傾向があり、伝送損失、迷走電流や配電設備の必要性を顕著に低減させている。熱電併給プラントの建設は小規模になり、単一サイクル発電所よりも小規模な地元企業が所有し操業する傾向がある。概して、熱電併給プラントは人口密集地域により近い区域でも建設されており、そのためより高度な環境基準に準拠している。北欧さらにますます北米でも、熱電併給は地域冷暖房システムの中心に位置付けられている。熱電併給と組み合わさった地域暖房は、公共交通機関を除きその他のどの技術よりも人間による温室効果ガスの排出量を削減する可能性を秘めている。
【０００８】
熱電併給を理解するには、大半の従来型発電が蒸気を生成するための燃料に依拠していることを知る必要がある。実際にタービンを回転させ電力を生成するのは蒸気圧であり、本質的に非効率的なプロセスである。物理学の基本原理ゆえに、元の燃料からのエネルギーの3分の1しか電気を生成する蒸気圧に変換することができない。対照的に、熱電併給では、通常発電用タービンから排出された比較的低温の蒸気という形態で余熱を利用している。そのような蒸気は、広範囲にわたる加熱用途に適切であり、そのすべての環境影響とともに炭素系燃料の燃焼を効果的に代替している。
【０００９】
今日では、既存の発電技術には大型の発電用蒸気タービンが搭載されているが、効率は相対的に低い。大型蒸気タービンは、多くの場合、例えば硫黄酸化物、亜酸化窒素、灰、水銀などの望ましくない副産物を放出している。さらに、これらの大型蒸気タービンは大量の熱を放出し、通常は湖沼に放出され多くの場合環境を攪乱している。
【００１０】
より最近になって、例えば天然ガスを燃料とするマイクロタービンなどの小型タービンは、より効率的に操業できることが判明している。稼働中、マイクロタービンは、大型蒸気タービンや二酸化炭素や水などが放出される代替機器ほどの汚染をもたらさず、窒素酸化物の量はごくわずかである。さらに、マイクロタービンの稼働による熱回収は、水の加熱に役立っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
世界の多くの地方では、電気インフラが不足している。生成電力を消費者に供給する送電・配電線の設置は、特に第三世界の国々では極めて高価である。さらに、多くの国々での電気インフラは、時代遅れで過度に疲労しており、「ブラウンアウト（電圧低下）」や「ブラックアウト（停電）」をもたらしている。その結果、単独方式（スタンドアロンシステム）または既設のシステムに統合できる方式でエネルギーを生産できるエネルギー生成システムが必要となっている。
【００１２】
市場にはいくつかの熱電併給システムがあるが、そのどれも多大な投資を伴っており、自宅の利用者や携帯型用途ではこの技術を利用できなくなっている。また、より大きな需要を満たす供給を行うための複数のタービンの併設や、所定地域内での発電の均衡を図るためのタービン一式の相互接続などこの種のシステムを段階的に拡大するのは非常に高価であり、まだ不可能である。
【００１３】
既存の発電技術の設計形状ゆえに、組み立て、保守および修理費用が極めて高い。現在提供されている発電技術は、製造、維持、修理するには複雑すぎかつ高価である。
【００１４】
したがって、上記の先行技術は市場のエネルギー生成ニーズの一部に対処しているものの、新しく改良された経済的な超小型エネルギー熱電併給システムが依然として望まれている。組み立て、保守および修理の容易さを図るよう設計されている発電技術の提供が望まれている。また、スケーラブル（拡張可能）な発電技術の提供も求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、従来型の設備電力供給システムとは無関係に使用することもでき、また前記システムを補完するまたはネットワーク（送電網）の一部としてエネルギー供給に寄与すべく従来型の電力供給系統に統合することもできるマイクロタービン組立品を対象としている。
【００１６】
ある態様では、マイクロタービン組立品にはタービンエンジンが含まれる。
【００１７】
第2の態様では、タービンエンジンにはエンジンシャフトに固定されたタービンブレード組立品が備わっている。
【００１８】
別の態様では、タービンブレード組立品にはセラミックブレード一式が備わっている。
【００１９】
別の態様では、タービンブレード組立品にはセラミックブレード一式が備わっており、前記タービンブレード組立品は三次元セラミックプリント工程を用いて製造されている。
【００２０】
さらに別の態様では、3Dプリント工程は任意の適切なセラミック3Dプリント工程により達成されている。以下は、適切なセラミック3Dプリント工程の一例である。
特定の3Dプリント用セラミックは、特殊な超微細アルミナシリカセラミック粉体を燃料とすることができる。セラミックプリントを生成するため、工業グレードのプリント（焼付）技術が使用されている。3Dセラミックモデルは、一度に構築される一つの層となっており、底部で開始する。プリンタの回転機構により非常に薄いセラミック粉体層が基板上に広がった後、プリントヘッドにより指定場所に有機質粘結剤が配置される。この工程は、3D設計形状が完全にプリントされるまで繰り返される。
「通常の」セラミックの場合と同じように、ここでこのモデル（型）を「焼き付け」る必要があり、したがってそのモデルは超微細粉体内に浸された後、材料を強化するため乾燥窯内に入れられる。しかしこのモデルはこの工程を経た後でも依然として脆弱なものとなり、後に生じる状態は「未焼結状態（グリーンステート）」と呼ばれている。
乾燥次第、余剰粉体はモデルから除去され、これで窯内にて燃焼できるようになり実際にある程度の強度を獲得する、この時点で、事前艶出し塗膜が塗布され、乾燥させた後別の時点で燃焼させる。最後の手順はさらにもう一回の艶出し・燃焼セッションを伴っており、モデルには多数の可能性のある色で滑らかかつ艶のある塗膜が得られるようになる。
【００２１】
別の態様では、タービンブレード組立品には金属ブレード一式が備わっている。
【００２２】
別の態様では、タービンブレード組立品には金属ブレード一式が備わっており、前記タービンブレード組立品は三次元金属プリント工程を用いて製造されている。
【００２３】
さらに別の態様では、3Dプリント工程は適切な金属3Dプリント工程により達成されている。以下は、適切な金属3Dプリント工程の一例である。
3D金属プリント工程は、その他の形態の3Dプリンティングとまったく同様である多層添加剤手法であり、設計形状を水平面上で極めて微細に薄切りする必要があり、その後に構築を開始できるようになる。3D金属プリンタはコンピュータからの指示を受けて、金属粉体のバット全体にわたりどのような形状をなぞって描き出すのかをレーザーに指示する。次に前記レーザーが鼓動して粉体を加熱し、次に固体形状の物体を生み出す。これが、金属での3Dプリンティングの開始過程である。
この初期基板が設けられたら、3D金属プリント工程が再開され、通常は厚さがわずか0.1 mmである各層が付加される。この極めて漸進的である添加工程により、金属3Dプリンタではレーザーからの熱を用いて最終生成物を生み出すことができ、粉体から固体形状が形成される。この工程は、使用する熱および粉体が完全に溶けるのかそれともただ融合するのに十分な程度に加熱されているだけかに応じて、直接金属レーザー焼結法（DMLS）または選択的レーザー溶融法（SLM）のいずれかとして知られている。
追加後処理を用いて、最終生成物の粒状構造を改良することができる。
【００２４】
別の態様では、タービンブレード組立品には金属ブレード一式が備わっており、前記タービンブレード組立品は三次元プリント工程を用いて製造されている。
【００２５】
さらに別の態様では、タービンエンジンにはエンジンシャフトの第1部分に固定されているタービンブレード組立品が備わっている。
【００２６】
さらに別の態様では、タービンエンジンにはエンジンシャフトの第1端部に固定されているタービンブレード組立品が備わっている。
【００２７】
さらに別の態様では、マイクロタービン組立品はコンプレッサを含んでいる。
【００２８】
さらに別の態様では、タービンエンジンにはエンジンシャフトに固定されているコンプレッサブレード組立品が備わっている。
【００２９】
さらに別の態様では、タービンエンジンにはエンジンシャフト上に設けられているコンプレッサブレード組立品が備わっている。
【００３０】
別の態様では、コンプレッサブレード組立品にはセラミックブレード一式が備わっている。
【００３１】
別の態様では、コンプレッサブレード組立品にはセラミックブレード一式が備わっており、前記コンプレッサブレード組立品は三次元セラミックプリント工程を用いて製造されている。
【００３２】
別の態様では、コンプレッサブレード組立品には、金属ブレード一式が備わっている。
【００３３】
別の態様では、コンプレッサブレード組立品には、金属ブレード一式が備わっており、前記コンプレッサブレード組立品は、三次元金属プリント工程を用いて製造されている。
【００３４】
さらに別の態様では、タービンエンジンにはエンジンシャフトの第2部分に設けられているコンプレッサブレード組立品が備わっている。
【００３５】
さらに別の態様では、タービンエンジンにはエンジンシャフトの第2部分に固定されているコンプレッサブレード組立品が備わっており、その場合にはエンジンシャフトの第1部分と前記エンジンシャフトの第2部分の間に隙間が設けられている。
【００３６】
さらに別の態様では、タービンエンジンにはエンジンシャフトの第3部分に固定されている磁気回転子が備わっている。
【００３７】
さらに別の態様では、タービンエンジンにはエンジンシャフトの第3部分に設けられている磁気回転子が備わっている。
【００３８】
さらに別の態様では、タービンエンジンには磁気回転子とエンジンシャフトの間に配置された磁気回転子シャフトが備わっている。
【００３９】
さらに別の態様では、タービンエンジンにはエンジンシャフトの第3部分に設けられている磁気回転子が備わっており、エンジンシャフトの第2部分と前記エンジンシャフトの第3部分の間に隙間が設けられている。
【００４０】
さらに別の態様では、エンジンシャフトの第2部分はエンジンシャフトの第1部分と前記エンジンシャフトの第3部分の間に配置されている。
【００４１】
さらに別の態様では、スラスト軸受がエンジンシャフトの一機能として一体的に形成されている。
【００４２】
さらに別の態様では、スラスト軸受はエンジンシャフトに組み立てられている。
【００４３】
さらに別の態様では、スラスト軸受には第1軸方向対向面と第2軸方向対向面が含まれる。
【００４４】
さらに別の態様では、スラスト軸受には第1軸方向対向面と第2軸方向対向面が含まれ、前記第1軸軸方向対向面と前記第2軸方向対向面のうち少なくとも一つが平面状であり、その面はエンジンシャフトの回転軸にほぼ垂直である。
【００４５】
さらに別の態様では、スラスト軸受には第1軸方向対向面と第2軸方向対向面が含まれ、前記第1軸方向対向面と第2軸方向対向面のそれぞれが平面状であり、その面はエンジンシャフトの回転軸にほぼ垂直である。
【００４６】
さらに別の態様では、スラスト軸受はエンジンシャフトの第2端部に配置され、シャフトの第1端部と前記シャフトの第2端部は互いに向かい合っている。
【００４７】
さらに別の態様では、スラスト軸受はエンジンシャフトの第4部分に固定されている。
【００４８】
さらに別の態様では、スラスト軸受はエンジンシャフトの第4部分に設けられ、その場合にはエンジンシャフトの第3部分と前記エンジンシャフトの第4部分の間に隙間が設けられている。
【００４９】
さらに別の態様では、エンジンシャフトの第3部分が前記エンジンシャフトの第2部分と前記エンジンシャフトの第4部分の間に配置されている。
【００５０】
さらに別の態様では、タービンブレード組立品は前記タービンブレード組立品を加熱するおよび/またはエンジンシャフトを冷却し、前記タービンブレード組立品を前記エンジンシャフト上に滑動させた後組立品全体を冷却することにより前記エンジンシャフトに組み立てられている。
【００５１】
さらに別の態様では、コンプレッサブレード組立品は、前記コンプレッサブレード組立品を加熱するおよび/またはエンジンシャフトを冷却し、前記コンプレッサブレード組立品を前記エンジンシャフト上に滑動させた後組立品全体を冷却することにより前記エンジンシャフトに組み立てられている。
【００５２】
さらに別の態様では、エンジンシャフトにはさらに前記エンジンシャフトの回転軸に沿って中心方向に延びる中心穴が備わっている。タービンブレード組立品には、前記タービンブレード組立品の回転軸の周りに同心円状に広がる錐台形表面が含まれており、その場合には錐台形または先細形の表面が、前記タービンブレード組立品を通って延びる中心穴と隣接している。シャフトには、タービンブレード組立品の錐台形または先細形の表面とほぼ同じである角度または形状を有する錐台形または先細形の表面が含まれている。タービンブレード組立品の錐台形または先細形の表面は、エンジンシャフトの錐台形または先細形の表面上に滑動可能な状態で組み立てられている。エンドキャップ（端末の蓋）を用いて、タービンブレード組立品をエンジンシャフト上に保持することができる。エンドキャップにより保持力が加えられ、タービンブレード組立品の錐台形または先細形の表面とエンジンシャフトの錐台形または先細形の表面が互いに保持される。エンドキャップは、エンジンシャフト内に形成された穴の中またはエンジンシャフトの遠位端上に挿入された隣接ロッドに組み立てることができる。含まれている場合には、隣接ロッドを組立品固定ボルトによりエンジンシャフトの穴内に固定することができる。
【００５３】
さらに別の態様では、隣接ロッド円周の細長い中央部分に沿って形成された窪みを含むよう前記隣接ロッドを形成することができる。エンジンシャフト内に形成された穴を定める表面と滑動可能な状態で係合する外周形状を有する挿入端が形成される。タービンブレード組立品を通して形成される穴を定める表面と滑動可能な状態で係合する外周形状を有するタービン端部が形成される。前記窪みは、挿入端の外周形状とタービン端部の外周形状の間に延びている。
【００５４】
さらに別の態様では、隣接ロッドには貫通穴が含まれ、組立品固定ボルトが前記隣接ロッドの前記貫通穴を通して挿入されている。
【００５５】
さらに別の態様では、タービンブレード組立品には複数のブレードが含まれ、複数あるブレードのうち少なくとも1個のブレードにはそこを通過する内部光線ポートが含まれている。
【００５６】
さらに別の態様では、タービンブレード組立品には複数のブレードが含まれ、複数あるブレードのうち2個以上のブレードのそれぞれには、そこを通過する内部光線ポートが含まれている。
【００５７】
さらに別の態様では、タービンブレード組立品には複数のブレードが含まれ、複数あるブレードのそれぞれには、そこを通過する内部光線ポートが含まれている。
【００５８】
さらに別の態様では、タービンブレード組立品の複数あるブレードの各ブレードを通過する内部光線ポートには、ブレード組立品の直径が大きい端部に近接する吸気口と、前記ブレード組立品の直径が小さい端部に近接した排気口が備わっており、前記吸気口のサイズは前記排気口のサイズよりも大きい。
【００５９】
さらに別の態様では、タービンブレード組立品の複数あるブレードの各ブレードを通過する内部光線ポートには、ブレード組立品の直径が大きい端部に近接する吸気口と、前記ブレード組立品の直径が小さい端部に近接した排気口が備わっており、前記内部光線ポートの断面積のサイズは、前記内部光線ポートが吸気口から排気口まで伸びるにつれて、徐々に減少する。
【００６０】
さらに別の態様では、タービンブレード組立品の複数あるブレードの各ブレードを通過する内部光線ポートには、ブレード組立品の直径が大きい端部に近接する吸気口と、前記ブレード組立品の直径が小さい端部に近接した排気口が備わっており、吸気口の中心は、排気口の中心の半径方向外側に配置されている。
【００６１】
さらに別の態様では、マイクロタービン組立品には3個の異なる部分組立品（サブアセンブリ）が含まれている。
【００６２】
組立方式の観点から、マイクロタービン組立品には3個の異なる部分組立品が含まれ、以下を含む：マイクロタービン用エンジン部分組立品、マイクロタービン用給気ハウジング部分組立品およびコンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品。
【００６３】
第2の態様では、マイクロタービン用エンジン部分組立品には、エンジンシャフト組立品、コンプレッサシュラウド、磁気巻線固定子が含まれている。
【００６４】
別の態様では、マイクロタービンエンジン部分組立品には、エンジンシャフト組立品、コンプレッサシュラウド、磁気巻線固定子およびエンジンハウジングが含まれている。
【００６５】
さらに別の態様では、マイクロタービン用エンジン部分組立品には、エンジンシャフト組立品、燃焼室、タービンスペーサ、コンプレッサシュラウドおよび磁気巻線固定子が含まれている。
【００６６】
さらに別の態様では、マイクロタービン用エンジン部分組立品には、エンジンシャフト組立品、燃焼室、タービンスペーサ、コンプレッサシュラウド、磁気巻線固定子およびエンジンハウジングが含まれている。
【００６７】
さらに別の態様では、マイクロタービン用エンジン部分組立品には、エンジンシャフト組立品、燃焼室、タービンスペーサ、コンプレッサシュラウド、第1スラスト軸受裏当て板、第2スラスト軸受裏当て板および磁気巻線固定子が含まれている。
【００６８】
さらに別の態様では、マイクロタービン用エンジン部分組立品には、エンジンシャフト組立品、燃焼室、タービンスペーサ、コンプレッサシュラウド、第1スラスト軸受裏当て板、第2スラスト軸受裏当て板、磁気巻線固定子およびエンジンハウジングが含まれている。
【００６９】
さらに別の態様では、マイクロタービン用エンジン部分組立品には、エンジンシャフト組立品、燃焼室、タービンスペーサ、コンプレッサシュラウド、第1スラスト軸受裏当て板、第2スラスト軸受裏当て板、磁気巻線固定子、モーター固定子スペーサおよび放熱板本体が含まれている。
【００７０】
さらに別の態様では、マイクロタービン用エンジン部分組立品には、エンジンシャフト組立品、燃焼室、タービンスペーサ、コンプレッサシュラウド、第1スラスト軸受裏当て板、第2スラスト軸受裏当て板、磁気巻線固定子、モーター固定子スペーサ、放熱板本体およびエンジンハウジングが含まれている。
【００７１】
さらに別の態様では、マイクロタービン用給気ハウジング部分組立品には、コンプレッサ排気スクロールとエンジンハウジングが含まれている。
【００７２】
さらに別の態様では、マイクロタービン用給気ハウジング部分組立品には、タービン用空気取入口スクロール、コンプレッサ排気スクロールおよびエンジンハウジングが含まれている。
【００７３】
さらに別の態様では、マイクロタービン用給気ハウジング部分組立品には、コンプレッサ排気スクロール、放射状タービンシュラウドおよびエンジンハウジングが含まれている。
【００７４】
さらに別の態様では、マイクロタービン用給気ハウジング部分組立品には、タービン用空気取入口スクロール、コンプレッサ排気スクロール、放射状タービンシュラウドおよびエンジンハウジングが含まれている。
【００７５】
さらに別の態様では、コンプレッサ（圧縮機）用空気供給装置・電子機器部分組立品には、コンプレッサ用空気供給ハウジングが含まれている。
【００７６】
さらに別の態様では、コンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品には、前記コンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品の集合端面でコンプレッサ用空気供給ハウジングに取り付けられたコンプレッサ用空気供給ハウジング組立品接触部材が含まれている。
【００７７】
さらに別の態様では、コンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品には、平面トランスとコンプレッサ用空気供給ハウジングが含まれている。
【００７８】
さらに別の態様では、コンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品には、マルチレベルインバータ、平面トランスおよびコンプレッサ用空気供給ハウジングが含まれている。
【００７９】
さらに別の態様では、コンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品には、マルチレベルインバータ、電力出力ケーブル、平面トランスおよびコンプレッサ用空気供給ハウジングが含まれている。
【００８０】
さらに別の態様では、コンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品には、デジタル信号プロセッサ、マルチレベルインバータ、電力出力ケーブル、平面トランスおよびコンプレッサ用空気供給ハウジングが含まれている。
【００８１】
さらに別の態様では、マイクロタービン組立品は、マイクロタービン用エンジン部分組立品をマイクロタービン用給気ハウジング部分組立品内に挿入し、コンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品を前記マイクロタービン用給気ハウジング部分組立品に組み付けることで組み立てられる。
【００８２】
さらに別の態様では、マイクロタービン組立品は、マイクロタービン用給気ハウジング部分組立品の集合端面で前記マイクロタービン用給気ハウジング部分組立品の放射状タービンシュラウドに向けてマイクロタービン用エンジン部分組立品をマイクロタービン用給気ハウジング部分組立品内に挿入し、コンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品をマイクロタービン用給気ハウジング部分組立品の集合端面に組み付けることで組み立てられる。
【００８３】
さらに別の態様では、マイクロタービン組立品は、コンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品のコンプレッサ用空気供給ハウジング組立品接触部材をマイクロタービン用給気ハウジング部分組立品のエンジンハウジングの集合端面に組み付けることで組み立てられる。
【００８４】
さらに別の態様では、複数のマイクロタービン組立品をネットワーク（回路網）で接続することができ、単一の電気出力をまとめて供給するマトリックスを互いに形成している。
【００８５】
さらに別の態様では、複数のマイクロタービン組立品をネットワークで接続することができ、複数のマイクロタービン組立品を複数のマイクロタービン組立品レセプタクルを備えた筐体内に挿入することで、単一の電気出力をまとめて供給するマトリックスを互いに形成している。
【００８６】
さらに別の態様では、複数のマイクロタービン組立品レセプタクルを有する筐体にはさらに燃料供給マニホールド（多岐管）が備わっており、前記燃料供給マニホールドは、燃料供給源から複数のマイクロタービン組立品レセプタクルの各マイクロタービン組立品レセプタクルに燃料を移送するよう構成されている。
【００８７】
さらに別の態様では、燃料供給マニホールドには、前記燃料供給マニホールドの遠位端に燃料供給カプラー（連結器）またはコネクタ、そして複数のマイクロタービン組立品レセプタクルの各マイクロタービン組立品レセプタクル内部に配置された燃料供給口が含まれている。
【００８８】
さらに別の態様では、複数のマイクロタービン組立品レセプタクルを有する筐体にはさらに排気回収マニホールドが備わっており。前記排気回収マニホールドは、排気口への複数のマイクロタービン組立品レセプタクルの各マイクロタービン組立品レセプタクルからの排気を移送するよう構成されている。
【００８９】
さらに別の態様では、排気回収マニホールドには、前記排気回収マニホールドの遠位端に排気排出用カプラーまたはコネクタ、そして複数のマイクロタービン組立品レセプタクルの各マイクロタービン組立品レセプタクル内部に配置された排気受入口が含まれている。
【００９０】
さらに別の態様では、複数のマイクロタービン組立品レセプタクルを有する筐体にはさらに集電ハーネスが備わっており、前記集電ハーネスは、電動装置への接続性を図るため系統電気出力端子一式への複数のマイクロタービン組立品レセプタクルの各マイクロタービン組立品レセプタクル内部に配置された各マイクロタービン組立品により生成された電力を伝送するよう構成されている。
【００９１】
さらに別の態様では、排気回収マニホールドには、前記排気回収マニホールドの遠位端に排気排出用カプラーまたはコネクタ、そして複数のマイクロタービン組立品レセプタクルの各マイクロタービン組立品レセプタクル内部に配置された排気受入口が含まれている。
【００９２】
さらに別の態様では、発電バンクは車両内に組み込むことができる。
【００９３】
さらに別の態様では、発電バンクは陸上車両に組み込むことができる。
【００９４】
さらに別の態様では、発電バンクは陸上車両に組み込むことができ、前記陸上車両とは、自動車、レーシングカー、トラック、オートバイ、自転車、ゴルフカート、手押し車（ゴーカート）、トラクタ、農業用車両、建設車両、フロントローダ（前方搭載車）、軍用車両、クレーンなどである。
【００９５】
さらに別の態様では、一つ以上のマイクロタービン組立品レセプタクルを備えた発電バンクは、芝刈り機、リーフブロワー、芝生縁刈り機、刈払機などを含む芝生用機器や、高圧洗浄機、屋外照明などのその他の低馬力駆動機器に組み込むことができる。
【００９６】
本発明は、従来型の設備電力供給システムとは無関係に使用できるか、前記システムを補完するまたはネットワーク（送電網）の一部としてエネルギー供給に寄与すべく従来型の電力供給システムに統合できる超小型エネルギー熱電併給システムを対象としている。
【００９７】
本発明の別の形態では、超小型エネルギー熱電併給法には、燃焼室により生成されたエネルギーを力学的エネルギーに変換し、タービンにより生成された力学的エネルギーを電気エネルギーに変換する手順が含まれる。
【００９８】
本発明の重要な態様とは、携帯型のモジュール式ユニットを用いて1 kWhから5 kWhの間、とりわけ1 kWhから3 kWhの間、さらにより具体的には3 kWhを生成するよう設計された超小型エネルギー熱電併給システムである。
【００９９】
高い効率で同時に水道水の加熱と空気の加熱を行える超小型エネルギー熱電併給システムを提供することが、本発明の目的である。
【０１００】
本発明の別の態様では、生成装置は、超小型エネルギー熱電併給システムの稼働中に交流電流を生成する発電機とすることができる。超小型エネルギー熱電併給システム用の燃料は、とりわけ天然ガス、ディーゼル、ガソリン、液化石油ガス（LPG）とすることができる。
【０１０１】
本発明の別の態様によれば、超小型エネルギー熱電併給システムには、さらにマイクロ/ナノタービンからの高温排気を送達するマイクロ/ナノタービン下流部の排出路および熱伝達のため高温排気を受け入れる熱交換器が含まれている。水道水を温水に変換する水加熱装置は、低温排気を放出するための熱交換用排気管と連結することができる。この装置はモジュール方式かつ携帯型であり、85%以上という高い効率で同時に電気、温水や温風を生成することができる。
【０１０２】
本発明のさらに別の態様では、超小型エネルギー熱電併給システムには、自宅の暖房システムに本装置を連結させるための別の熱交換器を含めることができる。
【０１０３】
本発明のさらに別の態様では、超小型エネルギー熱電併給システムは、同じ利用者により多くのエネルギーを供給する、または住宅区域内の各家屋一群のエネルギー需要を均衡させるのに使用することができる相互接続によるマイクロ/ナノタービン一式を形成するよう拡張することができる。
【０１０４】
本発明の別の態様では、超小型エネルギー熱電併給システムは携帯型とすることも、配電系統に電力を供給するための複数のエネルギー系統との統合に対応することもでき、さらに暖房装置、冷房系統および/または水加熱系統に統合させるよう構成することができる。
【０１０５】
本発明の別の態様では、効率的でクリーンな電気エネルギーを生成し、暖房用の熱を生成し、温水を生成し、汚染や振動を生み出さず、何年間にもわたる保守（メンテナンス）を必要としない超小型エネルギー熱電併給システムを実現している。
【０１０６】
また本発明の別の態様では、小型、モジュール方式で携帯型である超小型エネルギー熱電併給システムが備わっており、インターネットにより遠方から管理することができる。
【０１０７】
また本発明の別の態様では、天然ガス、ディーゼル、ガソリン、LPGなどのさまざまな燃料を用いて3 kWh、交流110/220 V、直流12/24 Vの出力を有する超小型エネルギー熱電併給システムが備わっている。
【０１０８】
また本発明の別の態様は、電気、1時間あたり700リットルの温水、建物暖房用の温風を生成する超小型エネルギー熱電併給システムが備わっている。
【０１０９】
要約すると。本発明は、以下のような手順からなる超小型エネルギー熱電併給方法に関連している。
(a) 燃料を力学的エネルギーに変換する少なくとも1基のマイクロ/ナノタービン一式、およびマイクロ/ナノタービンにより生成された力学的エネルギーを１〜5 kWhの範囲内にある電気エネルギーに変換する発電機で、さらにマイクロ/ナノタービンからの高温排気を送達するための前記マイクロ/ナノタービンの下流部にある排出路を備えている、および
(b) 熱伝達のため排出路からの高温空気を受け入れる少なくとも1基の熱交換器で、前記熱交換器は、家屋の水および/または空気を加熱するのに使用することができ、水加熱系統は水道水を温水に変換しおよび/または暖房用空気を温風に冷却するための熱交換器に連結することができる。携帯型マイクロ/ナノタービン一式は、複数のユニットを同時に相互接続するおよび/または異なる利用者の異なるユニットをそうした利用者のエネルギー需要を均衡させるため相互接続することにより拡張することができる。
【０１１０】
また、本発明は、少なくとも1基のマイクロ/ナノタービン一式と発電機一式、マイクロ/ナノタービンからの高温排気を送達する前記マイクロ/ナノタービンの下流部にある排出路および熱伝達のため排出路からの高温排気を受け入れる少なくとも1基の熱交換器を備えた超小型エネルギー熱電併給システムに関するものである。
【０１１１】
また、本発明は、以下の手順からなる超小型分散エネルギー熱電併給方法に関するものである。
(a)  燃料提供機器をマイクロ/ナノタービンに接続
(b)  マイクロ/ナノタービンをマイクロ発電機に接続
(c)  マイクロ発電機を施設の配電網に接続
(d)  熱交換装置をマイクロ/ナノタービンの下流部にある排出路に接続、および
(e) 家屋の暖房装置を熱交換装置に接続
【０１１２】
本発明が有するこれらおよびその他の態様、特徴および利点は、別添図面および以下に記載する好ましい実施形態についての詳細な説明からさらに容易に明らかなものとなる。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
本発明の好ましい実施形態は、これ以降例示のために提供しており本発明を限定するためではない別添図面と併せて説明するが、ここで類似の名称は類似の要素を示し、それには以下のようなものがある。
【０１１４】
図1に、本発明に従った典型的なマイクロ/ナノタービン駆動エネルギー生成装置の正面第1側面等角図を示す。
【０１１５】
図2に、もともと図1で紹介されていた典型的なマイクロ/ナノタービン駆動エネルギー生成装置の正面第1側面等角図を示す。
【０１１６】
図3に、もともと図1で紹介されていた典型的なマイクロ/ナノタービン駆動エネルギー生成装置の正面立面図を示す。
【０１１７】
図4に、もともと図1で紹介されていた典型的なマイクロ/ナノタービン駆動エネルギー生成装置の断面分解組立品側面立面図を示し、この図では3つの異なる部分組立品を示す。
【０１１８】
図5に、もともと図1で紹介されていた典型的なマイクロ/ナノタービン駆動エネルギー生成装置の典型的マイクロタービン給気ハウジング部分組立品の断面側面立面図を示す。
【０１１９】
図6に、もともと図1で紹介されていた典型的なマイクロ/ナノタービン駆動エネルギー生成装置の典型的マイクロタービン用エンジン部分組立品の断面側面立面図を示す。
【０１２０】
図7に、もともと図1で紹介されていた典型的なマイクロタービン用エンジン部分組立品の分解側面等角図を示し、この図では3つの異なる部分組立品を示す。
【０１２１】
図8に、もともと図1で紹介されていた典型的なマイクロ/ナノタービン駆動エネルギー生成装置の典型的コンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品の断面側面立面図を示す。
【０１２２】
図9に、もともと図1で紹介されていた典型的なマイクロ/ナノタービン駆動エネルギー生成装置の断面組立品側面立面図を示すが、この図では電子機器の区分を除く。
【０１２３】
図10に、もともと図1で紹介されていた典型的なマイクロ/ナノタービン駆動エネルギー生成装置の断面組立品側面立面図を示し、この図には電子機器の区分を含む。
【０１２４】
図11に、第1の典型的なエンジンシャフト組立品の側面・背面等角図を示し、前記第1の典型的なエンジンシャフト組立品には、セラミック部品が含まれる。
【０１２５】
図12に、もともと図11で紹介されていた第1の典型的なエンジンシャフト組立品の側面立面図を示す。
【０１２６】
図13に、もともと図11で紹介されていた第1の典型的なエンジンシャフト組立品の断面側面立面図を示す。
【０１２７】
図14に、第2の典型的なエンジンシャフト組立品の側面・背面等角図を示し、前記第2の典型的なエンジンシャフト組立品にはセラミック部品が含まれる。
【０１２８】
図15に、もともと図14で紹介されていた第2の典型的なエンジンシャフト組立品の側面立面図を示す。
【０１２９】
図16に、もともと図14で紹介されていた第2の典型的なエンジンシャフト組立品の断面側面立面図を示す。
【０１３０】
図17に、力学的運動を電力出力に変換する典型的な工程を例示する典型的模式図を示す。
【０１３１】
図18に、本発明に従った典型的なマイクロ/ナノタービン駆動エネルギー生成装置の正面・側面斜視図を示す。
【０１３２】
図19に、もともと図18で紹介されていたマイクロ/ナノタービン駆動エネルギー生成装置の側面立面図を示す。
【０１３３】
図20に、もともと図18で紹介されていたマイクロ/ナノタービン駆動エネルギー生成装置の背面立面図を示す。
【０１３４】
図21に、もともと図18で紹介されていたマイクロ/ナノタービン駆動エネルギー生成装置の上面平面図を示す。
【０１３５】
図22に、もともと図18で紹介されていたマイクロ/ナノタービン駆動エネルギー生成装置の正面立面図を示す。
【０１３６】
図23に、家庭用途の枠内で設置され、マイクロ/ナノタービンの排気ガスを用いて水道水および/または空気が加熱される水処理系統と空気加熱装置と組み合わせたマイクロ/ナノタービン駆動エネルギー生成装置の等角図を示す。
【０１３７】
図24に、もともと図18で紹介されていたマイクロ/ナノタービン駆動エネルギー生成装置の等角図を示し、この図ではマイクロ/ナノタービンの機能部品を紹介している。
【０１３８】
図25に、もともと図23で紹介されていた水処理系統の等角図を示し、この図では水処理系統の機能部品を紹介している。
【０１３９】
図26に、もともと図23で紹介されていた空気加熱装置の等角図を示し、この図では空気加熱装置の機能部品を紹介している。
【０１４０】
図27に、もともと図23で紹介されていたエネルギー生成装置の組立方式に従った水処理系統および空気加熱装置と組み合わせたマイクロ/ナノタービン駆動エネルギー生成装置を表す運転模式図を示す。
【０１４１】
図28に、送電網に接続されたエネルギー生成装置の等角図を示すが、その装置により、特定用途でその必要がある場合にはエネルギーを取り入れることで異なるエネルギー生成装置が送電網と相互作用することができ、あるいは当該用途でエネルギーが必要とならない場合には送電網にエネルギーを供給することができる。
【０１４２】
図29に、典型的な電力バンクの等角正面図を示すが、前記の典型的な電力バンクには、一連のマイクロタービン組立品レセプタクルが備わっている。
【０１４３】
図30に、もともと図29で紹介されていた典型的な電力バンクの拡大等角正面図を示すが、この図ではマイクロタービン組立品レセプタクル系列のあるマイクロタービン組立品レセプタクルからのマイクロタービン組立品の挿入または取り外しを明示している。
【０１４４】
図31に、もともと図29で紹介されていた典型的な電力バンクの上面断面図を示すが、図30の断面線31 - - 31に沿って取り入れた断面で、この図ではマイクロタービン組立品レセプタクル系列のあるマイクロタービン組立品レセプタクルからのマイクロタービン組立品の挿入または取り外しとそうしたレセプタクル間での接続性を明示している。
【０１４５】
図32に、少なくとも1基のマイクロタービン組立品を受け入れられるよう適合化された典型的な陸上車両の正面等角図を示し、少なくとも1基のマイクロタービン組立品が陸上車両に電力を供給するよう配置されている、および
【０１４６】
図33に、少なくとも1基のマイクロタービン組立品を受け入れられるよう適合化された典型的な飛行機の背面・側面等角図を示し、少なくとも1基のマイクロタービン組立品が航空機に電力を供給するよう配置されている。
【発明を実施するための形態】
【０１４７】
本発明の詳細な実施形態を本項で開示している。開示する実施形態は本発明に典型的なものに過ぎず、各種の代替形態で具現化できるものと理解されよう。各図は必ずしも原寸に比例しているとは限らず、特定の実施形態、特徴や要素の詳細を示すため、一部の特徴が誇張または最小化されていることがある。本明細書で開示する特定の構造的・機能的詳細、寸法または形状は限定的なものではなく、請求を行うための、および説明・請求している本発明の実施形態の特徴について当業者に指導するための基礎として役立つ。以下の詳細な説明は、本来典型的なものに過ぎず、説明する実施形態または説明する実施形態の用途または使用法を制限する意図はない。本明細書で使用するとおり、「典型的」または「例示的」という言葉は、「例、実例または例解として役立つ」ことを意味する。本項で「典型的」または「例示的」として説明するどの実施も、必ずしもその他の実施例よりも好ましいまたは有利であると解釈すべきではない。以下に説明する実施例のすべては、当業者が本開示の実施形態を作成または使用できるようにするために提供する典型的な実施例であり、本請求により定める本開示の範囲を制限することを目的とするものではない。本明細書の説明目的のため、「上」、「下」、「左」、「後」、「右」、「前」、「縦」、「横」という用語およびその派生語は、図1に示す本発明に関するものとする。さらに、先行技術分野、背景、簡単な要約または以下の詳細な説明に示す明示的または暗示的な理論により限定する意図はない。また、別添の図面に例示し、以下の仕様で説明する特定の装置や工程も、添付の請求項で定める発明概念の典型的な実施形態に過ぎないものと理解すべきである。したがって、本明細書で開示する実施形態に関連する特定の寸法やその他の物理的特性は、各請求項に別段の明示的な記載がない限り、限定的であると見なすべきではない。
【０１４８】
さらに、先行技術分野、背景、簡単な要約または以下の詳細な説明に示す明示的または暗示的な理論により限定する意図はない。また、別添の図面に例示し、以下の仕様で説明する特定の装置や工程も、添付の請求項で定める発明概念の典型的な実施形態に過ぎないものと理解すべきである。したがって、本明細書で開示する実施形態に関連する特定の寸法やその他の物理的特性は、各請求項に別段の明示的な記載がない限り、限定的であると見なすべきではない。
【０１４９】
本発明は、図1〜16に例示するマイクロタービン組立品100と称することができる。マイクロタービン組立品100の詳細を、図1に例示するマイクロタービン組立品100の第1等角図、図2に例示するマイクロタービン組立品100の第2等角図および図3に例示するマイクロタービン組立品100の正面図に示す。追加の詳細事項を示す分解組立図と断面図を、図4〜10に示す。
【０１５０】
典型的なマイクロタービン組立品100には、前記マイクロタービン組立品100を組み立て、前記マイクロタービン組立品100を整備し、前記マイクロタービン組立品100を修理する工程を最適化するよう設計された要素が含まれている。これは、次の三（3）つの部分組立品を含めるようマイクロタービン組立品100を設計することで達成されている。つまり、マイクロタービン用エンジン部分組立品102、マイクロタービン用給気ハウジング部分組立品202およびコンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品302で、図4で最もうまく例示している。この組立品の設計構成により、製造、保守、修理のための迅速な組み立てと迅速な解体が可能となり、主な機能部品は単一の部分組立品つまりマイクロタービン用エンジン部分組立品102として提示されている。マイクロタービン用エンジン部分組立品102を取り外し、別の部分組立品に取り替えることができ、マイクロタービン組立品100の動作を中断することなく取り外したマイクロタービン用エンジン部分組立品102を別途整備しながら最大限の稼働時間を実現できる。これは、機能・摩耗部品の大部分をマイクロタービン用給気ハウジング部分組立品202内に滑動可能な状態で挿入したカートリッジまたは単一の部分組立品内部に収納することで達成される。
【０１５１】
マイクロタービン用エンジン部分組立品102の設計は、マイクロタービン用給気ハウジング部分組立品202の嵌合形体と位置を合わせるようにする。例えば、図9・10に示すように、マイクロタービン用エンジン部分組立品102のコンプレッサ用空気供給通路126（コンプレッサシュラウド120およびコンプレッサ用サイドケースホイル122により定められる）はマイクロタービン用給気ハウジング部分組立品202のコンプレッサ排気スクロール214により定められるコンプレッサ排気スクロール内面215と整列し、気密シールが得られる。一連のマイクロタービン用エンジン部分組立品シール182は、エンジンハウジング内面211に対して密封する要素の溝にはめ込むことができる。エンジンハウジング内面211に対して密封する典型的な図解中の要素には、タービンスペーサ110、コンプレッサシュラウド120、放熱板本体160およびスラストホイルシステムホルダー146が含まれている。マイクロタービン用エンジン部分組立品シール182は、任意の適切な形態および任意の適切な材料とすることができる。一つの典型的なマイクロタービン用エンジン部分組立品シール182とは、高温に耐えられる材料で作られたOリングである。同様に、セラミックタービン420が、マイクロタービン用給気ハウジング部分組立品202のラジアルタービンシュラウド220と整列するよう配置されている。
【０１５２】
マイクロタービン用エンジン部分組立品102には、いくつかの異なる機能要素を単一の部分組立品に組み込んでいる。主要部品には、それぞれセラミックタービン・コンプレッサシャフト410に固定されそれと同時に回転する一体型セラミックコンプレッサ・タービン組立品400、セラミックタービン420および金属コンプレッサ430、互いに半径方向に位置合わせしている少なくとも1個の磁気巻線固定子150と少なくとも1個の磁気回転子450で構成されている発電機、コンプレッサシュラウド120とコンプレッサ用サイドケースホイル122により定められるコンプレッサ用空気供給通路126、およびセラミックタービン・コンプレッサシャフト410のスペーサスラスト軸受用セラミック一体型シャフト440がスラストホイル軸受140により軸方向に保持されている軸方向シャフト保持装置が含まれている。マイクロタービン用エンジン部分組立品102には、さらにセラミックタービン・コンプレッサシャフト410の外面とマイクロタービン用エンジン部分組立品102内にある静止要素の間に配置された滑り軸受またはころ軸受を含めることができる。セラミックタービン・コンプレッサシャフト410は、好ましくはセラミック材料で作られている。セラミックタービン・コンプレッサシャフト410にセラミック材料を使用することで、高速回転で作動するマイクロタービン組立品100に必要な剛性と軽量が得られる。また、セラミックタービン・コンプレッサシャフト410用のセラミック材料により、内部熱伝達が最小限に抑えられる。
【０１５３】
より詳細に言えば、軸方向シャフト保持装置では、第1裏板スラスト軸受142と第2裏板スラスト軸受144の間に収納されたスラストホイル軸受140を採用している。第1裏板スラスト軸受142と第2裏板スラスト軸受144のそれぞれはスラストホイル軸受140の内面から半径方向内側に広がっており、スペーサスラスト軸受用セラミック一体型シャフト440のセラミックスペーサスラスト軸受の第1軸方向対向面に接している第1裏板スラスト軸受142の表面（図11〜13）が第1軸方向で一体型セラミックコンプレッサ・タービン組立品400を保持し、スペーサスラスト軸受用セラミック一体型シャフト440のスペーサスラスト軸受の第2軸方向対向面444に接している第2裏板スラスト軸受144の表面（図11〜13）が第2軸方向で一体型セラミックコンプレッサ・タービン組立品400を保持しており、第1軸方向と第2軸方向は互いに向かい合っている。
【０１５４】
一体型セラミックコンプレッサ・タービン組立品400を図11〜13に詳述している。一体型セラミックコンプレッサ・タービン組立品400にはセラミックタービン420と金属コンプレッサ430が含まれており、前記セラミックタービン420と金属コンプレッサ430の対向面の間に延びているタービン・コンプレッサブレード組立品の軸方向隙間439によりセラミックタービン・コンプレッサシャフト410に組み立てられている。セラミックタービン420には、軸方向ベースセラミックタービン基部421が含まれている。セラミックタービン基部421は軸方向に延びており、セラミックタービン・コンプレッサシャフト410に外接している。図13に示すとおり、取付端でタービンブレード組立品円錐穴428からなる穴427が形成され、セラミックタービン基部421から軸方向に延びている。凹面アーチ状外面を有するセラミックタービン基部421が形成され、凹面アーチ状外面の第1軸端はセラミックタービンブレード組立品隙間424に隣接して配置され、凹面アーチ状外面の第2軸端はセラミックタービン420の遠位端に隣接して配置されている。セラミックタービンブレード組立品隙間またはフランジ424は、セラミックタービン420の対向面で形成することができる。同様に、金属コンプレッサブレード隙間またはフランジ434は、金属コンプレッサ430の対向面で形成することができる。
【０１５５】
少なくとも2個のタービンブレード組立品内部光線ポート426が形成され、セラミックタービン基部421から伸びており、その少なくとも2個のタービンブレード組立品内部光線ポート426のそれぞれは、セラミックタービン420の軸方向に向いており、セラミックタービンブレード組立品隙間424から延びセラミックタービン基部421の遠位端を経て連続しているが、セラミックタービン基部421の取付端とセラミックタービン基部421の遠位端は互いに反対側にある。タービンブレード組立品内部光線ポート426は、セラミックタービンブレード組立品隙間424の露出面での第1断面形状とセラミックタービン基部421の遠位端での第2断面形状を有するよう成形されており、第1断面形状の断面積は第2断面形状の断面積と比べ大きくなっている。タービンブレード組立品内部光線ポート426はセラミックタービン420の全重量を軽減するよう設計されているため、セラミックタービン420を回転させるのに必要なトルクを削減しながら回転速度を増加させている。
【０１５６】
タービンブレード組立品円錐穴428は、セラミックタービン・コンプレッサシャフト410の各端部で形成されているセラミックタービン・コンプレッサシャフトの円錐形端部418ときっちりと係合するような大きさと形状をしている。セラミックタービン・コンプレッサシャフト穴412は、セラミックタービン・コンプレッサシャフト410の各端部からセラミックタービン・コンプレッサシャフト410内に延びるように形成されている。セラミックタービン隣接ロッド460はセラミックタービン・コンプレッサシャフト穴412内に挿入され、セラミックタービン・コンプレッサシャフト組立品固定要素464を用いて固定されている。セラミックタービン・コンプレッサシャフト組立品固定要素464は、ピン、ボルト、偏向ラッチ型ボールなどの形状とすることができる。セラミックタービン・コンプレッサシャフト組立品固定要素464は、セラミックタービン隣接ロッド460をセラミックタービン・コンプレッサシャフト穴412内で軸方向に保持するよう設計されている。セラミックタービン・コンプレッサシャフト組立品固定要素464は、さらにセラミックタービン・コンプレッサシャフト410に対してセラミックタービン隣接ロッド460を回転させながら保持するよう設計することができる。セラミックタービン隣接ロッド460の遠位端は、セラミックタービン基部421のタービンブレード組立品円筒穴427ときっちり係合するような大きさと形状をしている。セラミックタービン隣接ロッド460の取付端とセラミックタービン隣接ロッド460の遠位端の間にあるセラミックタービン隣接ロッド460の軸方向部分に沿って窪みを任意に形成することができ、軽量化されセラミックタービン隣接ロッド460とセラミックタービン・コンプレッサシャフト穴412の間の嵌合長さが制限されるため、組み立てが容易になる。
【０１５７】
セラミックタービン420は、複数のセラミックタービンブレード422で構成されている。セラミックタービンブレード422のそれぞれは、放射状の軸を中心として曲がるアーチ形となっている。セラミックタービンブレードの422のそれぞれには、放射状の軸を中心として曲がる第2のあまり目立たないアーチ型の部品が付いている。セラミックタービンブレード組立品隙間424から遠位にある各セラミックタービンブレード422の端部が、回転方向でセラミックタービンブレード組立品隙間424に隣接する各セラミックタービンブレード422の端部を誘導している。セラミックタービンブレード組立品隙間424に隣接する各セラミックタービンブレード422の端部は隣接しており、セラミックタービンブレード組立品隙間424と近接している。
【０１５８】
セラミックタービン420は、任意の適切な製造工程を用いて、適切なセラミック材料で製造することができる。セラミックタービン420は、燃焼室内部での燃焼から派生する極端な高温、極端な温度域、高い回転力、高い半径方向の力または求心力、高い接線力などによる影響を受けている。一つの典型的な材料としてセラミックがある。セラミックは、広範な温度域や急激な温度変化に耐えることができる。またセラミックは、燃焼室内部での燃焼から派生する高い回転力、高い半径方向の力または求心力、高い接線力などによる影響に耐えて持続する能力もある。タービン420は、ステンレス鋼などの100番の動作条件に適したその他の材料またはセラミックとステンレス鋼などの適切な材料の組み合わせにより製造することができることも理解される。
【０１５９】
セラミックタービン420は、セラミックタービンシャフト組立品エンドキャップ462によりセラミックタービン隣接ロッド460とセラミックタービン・コンプレッサシャフト410上に保持されている。セラミックタービンシャフト組立品エンドキャップ462は、適切な固定形状を用いてセラミックタービン隣接ロッド460の遠位端に組み立てることができる。これには、例えばネジ接触面、接着剤、結合剤、溶接などの材料遷移、圧縮嵌合い、締りばめなどを含めることができる。圧縮嵌合いまたは締りばめは、セラミックタービン・コンプレッサシャフト410および/またはセラミックタービン隣接ロッド460を冷却し（セラミックタービン・コンプレッサシャフト410および/またはセラミックタービン隣接ロッド460を縮合し）、セラミックタービン420の温度を上昇させて（セラミックタービン420を膨張させて）組み立てることができ、穴427をセラミックタービン隣接ロッド460の各端部上に滑動させることができる。セラミックタービン420、セラミックタービン・コンプレッサシャフト410および/またはセラミックタービン隣接ロッド460の各温度が等しくなると、穴427とセラミックタービン隣接ロッド460の各端部との接触面により堅固な機械継手が生み出される。同じ工程を、セラミックタービンシャフト組立品エンドキャップ462をセラミックタービン隣接ロッド460の各端部上に組み立てるのに使用できる。
【０１６０】
スペーサスラスト軸受用セラミック一体型シャフト440は、セラミックタービン・コンプレッサシャフト410の遠位端で形成されている。典型的な実施形態では、スペーサスラスト軸受用セラミック一体型シャフト440は、セラミックタービン420と向かい合ったセラミックタービン・コンプレッサシャフト410の端部で一体的に形成されている。スペーサスラスト軸受用セラミック一体型シャフト440は、セラミックタービン・コンプレッサシャフト410の直径全体から半径方向外向きに広がり、フランジを生み出している。スペーサスラスト軸受用セラミック一体型シャフト440には、外面または遠位面上のセラミックスペーサスラスト軸受用第1軸方向対向面442および内面または前面上のセラミックスペーサスラスト軸受用第2軸方向対向面444が含まれている。セラミックスペーサスラスト軸受用第1軸方向対向面442とセラミックスペーサスラスト軸受用第2軸方向対向面444の各々は、それぞれ第1裏板スラスト軸受142と第2裏板スラスト軸受144と係合する大きさおよび形状をなすものとなる。スペーサスラスト軸受用セラミック一体型シャフト440は、好ましくはSAE 4140クロムモリブデン合金鋼で製造されている。
【０１６１】
磁気回転子450は、金属コンプレッサ430とスペーサスラスト軸受用セラミック一体型シャフト440の間にある場所でセラミックタービン・コンプレッサシャフト410の外面に組み立てられている。磁気タービンシャフト452は、磁気回転子450とセラミックタービン・コンプレッサシャフト410の外面の間に取り付けることができる。図6に示すとおり、磁気回転子450はセラミックタービン・コンプレッサシャフト410に沿って軸方向に配置され、一体型セラミックコンプレッサ・タービン組立品400がマイクロタービン用エンジン部分組立品102内に組み立てられた時点で磁気巻線固定子150と整列する。磁気回転子450は、好ましくはSAE 1010炭素鋼または同等の材料で製造される。磁気タービンシャフト452は、好ましくはセラミック材料で製造される。磁気タービンシャフト452にセラミック材料を使用することで、高い回転速度で機能するマイクロタービン組立品100に必要な剛性と軽量が得られる。また、磁気タービンシャフト452用のセラミック材料により、内部熱伝達が最小限に抑えられる。
【０１６２】
金属コンプレッサ430は、セラミックタービン420と同様である。金属コンプレッサ430には金属コンプレッサ基部431が含まれ、その軸方向に通過する金属コンプレッサブレード用円筒穴437が備わっている。金属コンプレッサ基部431の形状は、金属コンプレッサ430のタービン端部では直径が大きくなっており、金属コンプレッサ430の空気取入口または給気口では直径が小さくなっている。金属コンプレッサブレード隙間434は金属コンプレッサ430の最も幅の広い直径端で形成されている。複数の金属コンプレッサ用大型ブレード432は、金属コンプレッサ基部431の外面から外側に延びている。同様に、複数の金属コンプレッサ用小型ブレード433は、金属コンプレッサ基部431の外面から外側に延びている。金属コンプレッサ用大型ブレード432と金属コンプレッサ用小型ブレード433は、空間的には交互に配置されている。金属コンプレッサ用大型ブレード432のそれぞれの形状はねじれ刃形であり、金属コンプレッサ用大型ブレード432の一部は空気取入口に隣接しているか、金属コンプレッサ用大型ブレード432の供給側はブレード432の後部回転側に配置された湾曲部を中心として屈曲しており、金属コンプレッサ用大型ブレード432の圧縮空気供給側は、ブレード432の反対側にある先行回転部に配置された湾曲部を中心として屈曲している。金属コンプレッサ用小型ブレード433のそれぞれの形状は金属コンプレッサ用大型ブレード432と同じであるが長さはより短くなっている。好みに応じて、金属コンプレッサ用小型ブレード433のそれぞれは、金属コンプレッサ用大型ブレード432と比べて半径寸法や高さを小さくすることもできる。金属コンプレッサ用大型ブレード432および金属コンプレッサ用小型ブレード433のそれぞれは、好ましくは金属コンプレッサブレード隙間434の表面に隣接しており、後方または金属コンプレッサ基部431の小径側に向かって伸びている。金属コンプレッサ用大型ブレード432のそれぞれは、かなり金属コンプレッサ基部431の小径端部に向かって、近接して、または対向する位置で終端させることができる。
【０１６３】
マイクロタービン用エンジン部分組立品102の各要素は、一体型セラミックコンプレッサ・タービン組立品400の周囲に取り付けるように設計することができる。マイクロタービン用エンジン部分組立品102の各要素の内径は、スペーサスラスト軸受用セラミック一体型シャフト440の外径よりも大きくすることができ、スペーサスラスト軸受用セラミック一体型シャフト440は、各要素の穴から挿入できる。逆に、スペーサスラスト軸受用セラミック一体型シャフト440の外径よりも内径が小さい要素は、一般的に、一体型セラミックコンプレッサ・タービン組立品400の周囲に組み立てられている2つ（またはそれ以上）の部分を有するよう設計されている。この例を、図7で例示する典型的な分解組立図に示す。
【０１６４】
マイクロタービン用エンジン部分組立品102には、さらにタービンスペーサ110が備わっている。タービンスペーサ110は、好ましくはステンレス鋼で製造されている。タービンスペーサ110は、セラミックタービン420の大径側に配置されている。燃焼室112は、タービンスペーサ110の内面により定められる。点火器（例示せず）は、前記点火器が燃焼室112内部にある燃料の燃焼を開始する方法でタービンスペーサ110内に組み込むことができる。
【０１６５】
コンプレッサ用サイドケースホイル122およびスラスト側ケースホイル154は、セラミックタービン・コンプレッサシャフト410の各区画に外接するように組み立てられている。コンプレッサシュラウド120、コンプレッサ用サイドケースホイル122およびスラスト側ケースホイル154は、それぞれ、好ましくはSAE 4140クロムモリブデン合金鋼で製造されている。セラミックシャフト軸受170などの軸受は、コンプレッサ用サイドケースホイル122の反対面とセラミックタービン・コンプレッサシャフト410の間に取り付けることができ、同様に、セラミックシャフト軸受170などのように、スラスト側ケースホイル154の反対面とセラミックタービン・コンプレッサシャフト410の間に取り付けることができる。軸受は、好ましくは、高温および一般的には40,000〜120,000毎分回転数（RPM）の間である高い回転速度に対応することができる。モーター固定子スペーサ152は、コンプレッサ用サイドケースホイル122およびスラスト側ケースホイル154の組み立てと併せて組み立てられる。モーター固定子スペーサ152および放熱板本体160がその後に組み立てられ、スラスト側ケースホイル154を密閉する。コンプレッサシュラウド120は、金属コンプレッサ430への損傷を避けるよう慎重に部分組立品に組み立てられる。タービンスペーサ110および/または放熱板本体160あるいは例えばスリーブハウジングなどのその他の要素の機能を使用して、マイクロタービン用エンジン部分組立品102内部での所望の配置でコンプレッサシュラウド120を維持することができる。コンプレッサシュラウド120の設計形状には、好ましくはシュラウド120を軽くするための一連のリブにより強化された中空部124が含まれる。コンプレッサシュラウド120の内面により、コンプレッサ用空気供給通路126の一側面が定められる。
【０１６６】
第1裏板スラスト軸受142、第2裏板スラスト軸受144、スラストホイル軸受140およびホイルスラスト軸受145は、スペーサスラスト軸受用セラミック一体型シャフト440の周囲に組み立てることができる。スラスト軸受組立品は、スラストホイルシステムホルダー146により支持されている。第1裏板スラスト軸受142、第2裏板スラスト軸受144、スラストホイル軸受140およびホイルスラスト軸受145の組み合わせにより、マイクロタービン用エンジン部分組立品102内部の位置で軸方向に一体型セラミックコンプレッサ・タービン組立品400が保持される。その他の構造要素が組み立てられ、マイクロタービン用エンジン部分組立品102の組立工程が完了する。モーターシステムロック180をラジアルタービンシュラウド220に組立て、エンジンハウジング210内にあるタービンモーター部品を保持することができる。
【０１６７】
マイクロタービン用給気ハウジング部分組立品202の詳細を、図5に示す。マイクロタービン用給気ハウジング部分組立品202により、マイクロタービン用エンジン部分組立品102用の筐体と接触部材が得られる。エンジンハウジング210により、マイクロタービン用エンジン部分組立品102用の筐体とマイクロタービン用給気ハウジング部分組立品202の各要素向けの構造用支持材が得られる。マイクロタービン用エンジン部分組立品102が取り付けられ、エンジンハウジング210のエンジンハウジング内面211に対して着座している。タービン吸気導管内面213を実現するタービン吸気スクロール212は、タービン420への空気供給を実現するため一連の気流通路と整列した位置でエンジンハウジング210に組み立てられる。同様に、コンプレッサ排気スクロール内面215を実現するコンプレッサ排気スクロール214は、コンプレッサ430からの排気を受け入れるための一連の気流通路と整列した位置でエンジンハウジング210に組み立てられる。ラジアルタービンシュラウド220は、エンジンハウジング210のタービン端部でエンジンハウジング210の内部に組み立てられる。タービン420からの排気は、ラジアルタービンシュラウド220のラジアルタービンシュラウド内面221により定められた排気口から排出される。適切な場合には、変圧器コンデンサ337などの電気部品を、エンジンハウジング210に組み立てることができる。コンプレッサ空気供給装置・電子機器部分組立品取付接触面218へのマイクロタービン給気ハウジング部分組立品などの追加機能を、エンジンハウジング210に（図示のとおり）組み込むか（提言されているとおりに）組み立てることができ、このような機能は、さらにマイクロタービン用給気ハウジング部分組立品202へのマイクロタービン用エンジン部分組立品102とコンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品302の組み立てに対応している。タービンスクロール・コンプレッサスクロール軸方向隙間239が、タービン吸気スクロール212とコンプレッサ排気スクロール214の対向する端部の間で延びている。エンジンハウジング210は、好ましくはAISI 304ステンレス鋼で製造される。ラジアルタービンシュラウド220は、好ましくはインコネル（Inconel）800HTで製造される。
【０１６８】
給気への濾過を行い、本装置のさまざまな電気素子に対応するコンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品302が提供されている。コンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品302は作動中より低温にとどまるため、温度による影響を受けやすい部品をコンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品302に取り付けるのに有利である。コンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品302には、コンプレッサ空気供給ハウジング310が含まれる。コンプレッサ空気供給ハウジング310により、外面・内面311が得られる。コンプレッサ空気供給ハウジング組立品接合部材314は、コンプレッサ空気供給ハウジング310の集合端面に組み立てられる。コンプレッサ空気供給ハウジング組立品接合部材314は、コンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品302とマイクロタービン用給気ハウジング部分組立品202の間で組み立てるのに役立つ。コンプレッサ空気供給ハウジング組立品気流通路319は、コンプレッサ空気供給ハウジング組立品接合部材314から提供され、気流がコンプレッサ空気供給ハウジング310を通過しマイクロタービン用エンジン部分組立品102内に入れるようになる。典型的なマイクロタービン組立品100では、デジタル信号プロセッサ320、平面トランス330、マルチレベルインバータ340および制御装置組立品350（図1）が、コンプレッサ空気供給ハウジング310の外部に組み立てられる。発電機（150、450）により電力が生成され、平面トランス330に伝送される。次に供給された電力は、平面トランス330により利用可能な形態に変換される。平面トランス330は、変換された利用可能な電力を、例えば正の電力出力導体334や地上電力出力導体336などの電力導体により所望の受電者に供給する。
【０１６９】
マイクロタービン組立品100の動作を、図9および10に例示する。燃焼室112は、マイクロタービン用給気ハウジング部分組立品202のタービン吸気スクロール212のタービン吸気導管内面213から供給される気流と流体連結している。セラミックタービン420への気流（図9および10に示すタービン用空気供給290）は、マイクロタービン用給気ハウジング部分組立品202のタービン吸気導管内面213を経てタービン吸気スクロール212により供給される。供給された気流は所望の混合度で燃料と混ざり合い、燃焼室112などの燃焼室で燃焼される。燃焼工程により排気の温度が上昇し、混合気体が膨張する。膨張した混合空気は容積で抑えられるため、膨張気体は高速で流出する。流出した空気はセラミックタービン420全体を通過してセラミックタービン420を駆動し、その結果エンジンシャフト回転軸419を中心として回転する（図12および13）。セラミックタービン420の回転によりセラミックタービン・コンプレッサシャフト410が回転するようになり、それにより金属コンプレッサ430と磁気回転子450が回転する。金属コンプレッサ430の回転により圧縮工程が駆動する。磁気回転子450の回転により電力が生成される。タービンからのタービン排気298はラジアルタービンシュラウド内面221の内部に形成されたトンネルから通気される。
【０１７０】
コンプレッサへの気流（図9・10に例示するコンプレッサ280への空気供給）は、マイクロタービン用エンジン部分組立品102の各要素を通じて供給される。これには、スラストホイルシステムホルダー146を通って放熱板本体160内に通じる気流通路が含まれる。放熱板本体160は、好ましくは5051アルミニウムで製造される。放熱板本体160には、多数の放熱板本体気流通路162が含まれ（図7で例示）、これにより空気がコンプレッサ用空気供給通路126に空気が供給される。放熱板本体160から流れる空気は、磁気巻線固定子150により生成された熱で加熱される。逆に、放熱板本体160を経たこの空気により、磁気巻線固定子150が冷却される。コンプレッサ用空気供給通路126は、コンプレッサシュラウド120とコンプレッサ用サイドケースホイル122の対向面の間で定められる。コンプレッサ用空気供給通路126により、気流は金属コンプレッサ430の小径端に供給される。この気流はコンプレッサ用空気供給通路126の直径の変化と金属コンプレッサ430の回転により圧縮される。給気の圧縮により空気の温度が上昇し、加熱空気288が排気される。圧縮された加熱空気288は、マイクロタービン用給気ハウジング部分組立品202のコンプレッサ排気スクロール214のコンプレッサ排気スクロール内面215を通って所望の目的地に供給される。ある構成では、圧縮空気はタービン用の吸気口に給送することができる。別の構成では、加熱空気を使用して水を沸騰させることができる。加熱空気は、どの適切な用途でも使用できることが理解される。
【０１７１】
セラミックタービン・コンプレッサシャフト410の回転により、エンジンシャフト回転軸419を中心として磁気回転子450が回転する。回転運動により、磁気回転子450が静止している磁気巻線固定子150全体を通過する。一般的な構成では、マイクロタービン用エンジン部分組立品102には、セラミックタービン・コンプレッサシャフト410の円周の周りに空間的に配置された複数の磁気回転子450が含まれるようになる。同様に、マイクロタービン用エンジン部分組立品102には、空間的にはエンジンシャフト回転軸419を中心として空間的に配置された複数の磁気巻線固定子150が含まれる。磁気巻線固定子150のそれぞれは、モーター固定子スペーサ152により支持されている。この遷移は発電機として作動し、電力が生成される。モーター固定子スペーサ152は、好ましくはSAE 4140クロムモリブデン合金鋼で製造される。
【０１７２】
平面トランス330の詳細を、図17に例示する発電概略図600に示す。電力は発電機610から供給される（100の150、450）供給された生の電力は、一次整流器612により初期に処理される。整流された電力は一次フィルタコンデンサ614内に貯蔵され、力率改善回路（PFC）616により処理される。次にその電力はフルブリッジ618に供給され、変圧器620を経て二次整流器622に無線伝送される。二次整流器622により、二次フィルタコンデンサ624を経て電力をさまざまな状態に区分することができる。次に電力は各系列の出力フルブリッジ626により処理され、正弦波電力出力628をもたらす。次に正弦波電力出力628は、例えば商用電源などの所望の受電者に供給することができる。発電概略図600は、前記発電概略図600の一つの典型的な構成である。所望の電気出力を供給するために、どの電力処理回路も利用できることが理解される。
【０１７３】
上記の典型的な実施形態には、一体型セラミックコンプレッサ・タービン組立品400が含まれている。一体型セラミックコンプレッサ・タービン組立品400は、一つの典型的な一体型コンプレッサ・タービン組立品である。第2の典型的なコンプレッサ・タービン組立品が金属タービン・コンプレッサシャフト組立品500として識別されており、図14、15、16に示す。金属タービン・コンプレッサシャフト組立品500と一体型セラミックコンプレッサ・タービン組立品400は、多数の類似要素で構成されている。金属タービン・コンプレッサシャフト組立品500と一体型セラミックコンプレッサ・タービン組立品400の類似要素には同じ番号が付いており、金属タービン・コンプレッサシャフト組立品500の各要素には、前に数字の「5」が付いている。典型的な図解では、金属タービン・コンプレッサシャフト組立品500には、金属タービン・コンプレッサシャフト510の外面に組み立てるための円筒穴527を備えた金属タービンブレード組立品520が含まれている。金属タービンブレード組立品520および金属コンプレッサブレード組立品530は、単一の組立品として製造することができる。金属タービンブレード組立品520と金属コンプレッサブレード組立品530は、一体型セラミックコンプレッサ・タービン組立品400用の上記のものなどの適切な組立技術を用いて金属タービン・コンプレッサシャフト510に組み立てることができる。金属タービンブレード組立品520と金属コンプレッサブレード組立品530の間でのタービンスペーサ110の挿入により、適切な軸方向の位置合わせで金属タービンブレード組立品520と金属コンプレッサブレード組立品530が保持される。金属タービンブレード組立品520と金属コンプレッサブレード組立品530は、好ましくは金属で製造される。金属タービンブレード組立品520と金属コンプレッサブレード組立品530は、広範な温度域と急激な温度変化に付随する応力や歪みに耐えることができ、さらに燃焼室内部での燃焼から派生する高い回転力や高い半径方向の力や求心力、高い接線力などに耐えて持続する能力のある部品を提供する適切な製造工程により製造することができる。
【０１７４】
本発明は、図18〜22および24に例示する典型的な超小型エネルギー熱電併給装置700について記載している。
【０１７５】
超小型エネルギー熱電併給装置700は、好ましくは携帯性を実現し、各場所の間で容易に輸送できる大きさと設計形状を有する。それは一般的に小型かつ軽量であり、その目的では特に有用であるハンドル（取っ手）770を含めることができる。マイクロ/ナノタービン722は、好ましくは携帯でき1時間あたり1〜5キロワットの範囲での、さらに好ましくは2〜4 kWhの範囲内にある出力を有するような寸法とする。また、マイクロ/ナノタービン722は、最低70%、さらに好ましくは80%以上、さらに通常は80%〜86%の範囲内にある効率を有するように構成することができる。
【０１７６】
本超小型エネルギー熱電併給装置700は、以下で説明するとおり、その他のエネルギー方式やエネルギーを必要とするシステムとの統合に対応している。
【０１７７】
ガス熱エネルギーは燃焼器室750からマイクロ/ナノタービン722に供給され、それにより供給されたガス熱エネルギーが力学的エネルギーに変換される。タービン722によりマイクロ発電機724が回転する。マイクロ発電機724の回転運動によりこの力学的エネルギーが変換されて発電電力出力732になる。この生成された発電電力出力732を家庭または家屋の送電網、家屋群の送電網、建物、事業所、事業グループ、ハイブリッド車、ボート、屋外用途またはその他の電力消費団体に供給することができる。
【０１７８】
超小型エネルギー熱電併給装置700には、エネルギー生成装置ハウジング702が含まれている。エネルギー生成装置ハウジング702は、好ましくはアルミニウムなどの材料の押出し中空材の一部で製造される。各種の形体を押出物の区画内に加工することができる。これには、作動部品をエネルギー生成装置ハウジング702に組み立てるための例えばボルト、ねじ、リベット、ブラケットなどの部品取付金具703を受け入れる一連の形体を含めることができる。別の形体として、一連のエネルギー生成装置脚部709を組み立てるための一連の形体を含めることができる。各エネルギー生成装置脚部709は、好ましくは例えばゴムなどの柔らかい素材で製造され、超小型エネルギー熱電併給装置700の動作中に発生する振動を吸収できるようその柔軟性が確保されている。エネルギー生成装置脚部709の各系列を、エネルギー生成装置ハウジング702に個別に組み立てることも支持ブラケットに組み立て、次に支持ブラケットをエネルギー生成装置ハウジング702に組み立てることもできる。エネルギー生成装置脚部709の各系列を、エネルギー生成装置ハウジング702の下部または底部パネル、前面エンドキャップ704の下部または底部、および/または背面エンドキャップ706の下部または底部に直接的または間接的に組み立てるのが好ましい。あるいは、脚部709を、前面エンドキャップ704および背面エンドキャップ706に一体的に形成することができる。
【０１７９】
換気グリル705を備えた前面エンドキャップ704は、好ましくはエネルギー生成装置ハウジング702の前端に固定される。前面エンドキャップ704は、エネルギー生成装置ハウジング702の前端に固定される。前面エンドキャップ704と背面エンドキャップ706のそれぞれは、好ましくはエネルギー生成装置ハウジング702の外面に滑動可能な状態で組み立てられる。次に前面エンドキャップ704と背面エンドキャップ706は、例えば接着剤、1個以上のメカニカルファスナ（機械的締結具）などの適切な方法によりエネルギー生成装置ハウジング702に固定することができる。前面エンドキャップ704と背面エンドキャップ706のうちの少なくとも1つはエネルギー生成装置ハウジング702に取り外し可能な形で組み立てられていることが好ましい。エネルギー生成装置ハウジング702からの前面エンドキャップ704と背面エンドキャップ706のうちの少なくとも1つが取り外し可能になることで、整備および/または修理のために作動部品に到達できるようになる。
【０１８０】
ハンドル770またはハンドル組立品770は、（図示のとおり）エネルギー生成装置ハウジング702、前面エンドキャップ704および/または背面エンドキャップ706に組み立てられる。ハンドル770は、エネルギー生成装置ハウジング702から取り外せることが好ましい。これにより、加熱空気排気口707への到達が容易になる。
【０１８１】
エネルギー生成装置ハウジング702は、加熱空気排気口707を導入するよう変更することができる。加熱空気排気口707は熱を伝達するよう設計されているため、加熱空気排気口707は好ましくはエネルギー生成装置ハウジング702の上部パネルから形成され、熱が自然に上昇するためその最適な位置はエネルギー生成装置ハウジング702の上部パネル沿いとなる。排気移送要素708はエネルギー生成装置ハウジング702の上部パネルに組み立てることができ、排気移送要素708を通って別のユニットに通過する加熱ガスへの導管がもたらされる。排気移送要素708は、ハンドル770を収納できるよう着脱式とすることができる。
【０１８２】
超小型エネルギー熱電併給装置700の作動部品を図24に示す等角概略図および図27に示す回路図に例示している。作動部品には、コンプレッサ720、マイクロ/ナノタービン722、マイクロ発電機724、熱交換器740および燃焼器室750が含まれている。生成電力の電気的管理を行うためのインバータ中央処理装置（CPU）730と有線または無線通信回路731および別に興味のある、サポートシステム、修理要員、第三者またはその他の所望の受益者に情報を提供するための通信リンクを含めることができる。
【０１８３】
マイクロ/ナノタービン722により本装置が駆動する。マイクロ/ナノタービン722は、タービンシャフト726によりコンプレッサ720に回転しながら連結している。マイクロ発電機724は、発電機シャフト727によりコンプレッサ720および/またはマイクロ/ナノタービン722のいずれかに回転しながら連結している。タービンシャフト726と発電機シャフト727は、連続シャフト、分離シャフト、自在継手で連結された分離シャフトセグメントなどとすることができる。回転速度やトルクを変更するまたはその他の設計要素を適合させるために、ギア、変速機またはその他の回転変換要素（図示せず）を、3つの回転要素720、722、724のうちの2つまたはそれぞれの間に組み込むことができる。これらの要素それぞれの支持材は、ブラケット、軸受、ブッシュ、メカニカルファスナ、調整可能な機能などを含む既知の適切な作動部品支持材設計形状に従って提供される。コンプレッサ720、マイクロ/ナノタービン722、マイクロ発電機724の特定詳細事項は、本発明の一部を構成しないため、記載していない。市販されている任意の適切なコンプレッサ720、任意の適切なマイクロ/ナノタービン722、および任意の適切なマイクロ発電機724を、超小型エネルギー熱電併給装置700で使用できる。
【０１８４】
燃料供給装置729が燃焼器室750に用意され、燃料はマイクロ/ナノタービン722の回転運動を引き起こす回転力を生成するのに利用される。燃料729は、天然ガス,ディーゼル、ガソリン、液化石油ガス（LPG）などとすることができる。マイクロ/ナノタービン722の回転運動によりコンプレッサ720の回転が推進される。マイクロ/ナノタービン722の回転運動により、マイクロ発電機724の回転も推進される。次にコンプレッサ720により供給される圧縮空気は熱交換器740の熱交換器（低温側）742に曝され、圧縮空気を冷却する。冷却圧縮空気は燃焼器室750に移送される。燃料729と組み合わさった冷却圧縮空気を使用することで、マイクロ/ナノタービン722を駆動するのに使用する燃焼工程の効率が向上する。タービンから排出された加熱空気は、熱交換器740の熱交換器（高温側）744に向かう。
【０１８５】
コンプレッサ720、マイクロ/ナノタービン722、マイクロ発電機724の間での配置を、本装置の技師および/または設計者に適合させるべく変更することができる。
【０１８６】
通常のマイクロ発電機724には、回転ロータと固定子を含めることができる。ロータ（回転子）は固定子内部に回転可能な状態で配置された永久磁石とすることができ、マイクロ/ナノタービン722の作動中に固定子に対して回転する。力学的エネルギーをマイクロ/ナノタービン722から発電機シャフト727さらに回転子に伝達することができるため、発電機シャフト727、マイクロ/ナノタービン722とマイクロ発電機724の回転子が例えば最大700,000 RPMまたはそれ以上という各速度で一斉に回転する。
【０１８７】
マイクロ発電機724の回転運動により、電力出力が生成される。電力出力は発電電力出力732として直接送電線に送電するか、発電電力出力732としての出力になる前に発電電力出力732を通過することができる。逆電力を使用して、有線または無線通信回路731を作動させることができる。有線または無線通信回路731により通信リンクが得られ、超小型エネルギー熱電併給装置700に関するデータを第三者、監視用コンピュータ、修理要員などに提供できるようになる。そのデータには、例えば電力出力732、燃料729の消費、マイクロ/ナノタービン722、コンプレッサ720および/またはマイクロ発電機724の回転速度、動作温度、振動、潤滑状態などの運転データを含めることができる。有線通信回路731は、ユニバーサルシリアルバス（USB）、シリアル通信、パラレル通信、イーサネットなどの適切な有線通信プロトコルに従って作動させることができる。無線通信回路731は、Wi-Fi、Bluetooth、Zigbee、任意の無線周波数（RF）、近距離無線通信（NFC）、無線自動識別（RFID）などの適切な無線通信プロトコルに従って作動させることができる。
【０１８８】
発電電力出力732は、即座に使用することも、後で使用するために貯蔵することも、例えば電力会社の送電網（グリッド）などのネットワーク内で配電するためネットワークに供給することもできる。発電電力出力732の貯蔵は、バッテリまたはその他の適切な貯蔵媒体により行うことができる。
【０１８９】
空気はナノタービン760への入力空気により超小型エネルギー熱電併給装置700内に供給される。ナノタービン760への入力空気は、前面エンドキャップ704の換気グリル705を経て進入する。マイクロ/ナノタービン722からの高温出力ガスが熱交換器740の熱交換器（低温側）742内に供給され、その後加熱空気排気口707に給送され高温排気（燃焼器）762が排出される。マイクロ/ナノタービン722からの高温出力ガスは熱交換器740の熱交換器（高温側）744に向かい、熱交換器740の熱交換器（低温側）742からの熱を奪うのに使用される。
【０１９０】
本装置第1の任意要素は、水処理装置800である。水処理装置800の作動部品を図25に示す等角概略図および図27に示す回路図に例示している。水処理装置800と超小型エネルギー熱電併給装置700には、多数の類似要素が含まれている。類似要素には類似の方法で付番され、水処理装置800の参照文字の前に数字の「2」が付いている点を除き、水処理装置800と超小型エネルギー熱電併給装置700の類似要素には同じ番号が付いている。水処理装置800のハウジングは、超小型エネルギー熱電併給装置700のハウジングと同様である。高温排気（燃焼器）762は、排気移送要素708により超小型エネルギー熱電併給装置700から水処理装置800に移送される。高温排気（燃焼器）762は、エネルギー生成装置ハウジング802の内部に配置されている熱交換器840の熱交換器（高温側）842に向かう。水871は給湯器またはボイラ870により熱交換器840に供給されている。給湯器またはボイラ870は、復水器872内に移行する。復水器872は、熱交換器840の熱交換器（低温側）844を通過する。水871は給湯器またはボイラ870を通過し、復水器872まで続き、水処理装置800からの出力は飲料水873である。高温排気（燃焼器）762からの熱のごく一部しか熱交換器840により吸収されないため、残留加熱ガスは高温排気862として水処理装置800の排気移送要素808を通過する。
【０１９１】
給水系統に加熱空気を供給するため、水処理装置800を変更することができる。例えば、給水系統により、室内または外部給湯器または湯沸し器870に高温空気を供給することができる。次に水を別の復水器に給送して、飲料水873を生産することができる。給湯装置は、暖房装置970の暖房ダクト976と類似の熱交換器からの排気熱導管に接続される（図23に表示）。
【０１９２】
超小型エネルギー熱電併給装置700を、さらに空気加熱装置を支えるのに使用することができる。本装置の別の任意要素として、空気加熱装置900がある。空気加熱装置900の作動部品を、図26に示す等角概略図および図27に示す回路図で例示している。空気加熱装置900と超小型エネルギー熱電併給装置700には、多数の類似要素が含まれている。類似要素は類似の方法で付番され、空気加熱装置900と超小型エネルギー熱電併給装置700の類似要素には、空気加熱装置900の各要素の参照文字の前に番号「3」が付いている点を除き、同じ番号が付いている。空気加熱装置900のハウジングは、空気加熱装置900のハウジングと同様である。高温排気（燃焼器）762または高温排気862は、それぞれの排気移送要素708または排気移送要素808により超小型エネルギー熱電併給装置700または水処理装置800から空気加熱装置900に移送される。高温排気（燃焼器）762と862は、エネルギー生成装置ハウジング902の内部に配置されている熱交換器940の熱交換器（高温側）942に向かう。入力空気960は、熱交換器940に向かう。熱交換器への入力空気960は熱交換器940を通過するため、空気の温度が上昇する。空気は出力空気（高温側）964として排出される。出力空気（高温側）964に変換される熱交換器への入力空気960はダクト（図示せず）内に格納することができ、熱交換器940を通過する。逆に、高温排気（燃焼器）762と862は、排気移送要素808を経て高温排気962として排出される残留加熱空気とともに、熱交換器を通過するおよび/またはその周囲を通る。
【０１９３】
暖房装置970は、排気熱を利用して特定場所または建物用の排気熱および/または出力熱978を供給することができる。図23に例示するとおり、暖房装置970は、出力空気（高温側）764（説明により理解される構成、ただし図示せず）を受け入れるため超小型エネルギー熱電併給装置700の排気口に、または暖房ダクト976により出力空気（高温側）964を受け入れるため空気加熱装置900の排気口に接続することができる。暖房装置970は、マイクロ/ナノタービン722または水処理装置800の下流部にある排気通路から高温排気762、862を受け入れて熱伝達を行う。この方法では、超小型エネルギー熱電併給装置が特定場所または建物での暖房要件を満たすのに役立つ可能性がある。
【０１９４】
典型的な実施形態に示すとおり、出力空気（高温側）964は、熱交換器972に向かって流れる。空気はファン装置974により暖房装置970内に引き込まれ、熱交換器972を通過する。空気が熱交換器972を通過すると、空気が温められる。この空気は出力空気（高温側）964とも組み合わさって、排気および/または出力熱978として排出される空気の温度全体がさらに上昇する。
【０１９５】
図28は、電力網1200に接続された超小型エネルギー熱電併給装置700の回路図である。
【０１９６】
図28に示すとおり、本超小型エネルギー熱電併給装置700は、送電線1210により配電盤制御装置・メーター7220に取り付けることができる。配電盤制御装置・メーターは、電力の建物または特定場所への配電に役立つ。全般的に、超小型エネルギー熱電併給装置700からの瞬時負荷は、標準的な家庭用電気ボックスの制御装置に準拠している。本ナノタービン超小型エネルギー熱電併給装置700は、電気ボックス制御装置のすべての標準構成と容易に両立できる。
【０１９７】
本装置は、伝送制御プロトコル/インターネットプロトコル（TCP/IP）ネットワーク1000を用いて制御センター1700により制御することもできる。それに応じて、超小型エネルギー熱電併給装置700は、必要な場合送電網1200からエネルギーを取り入れるか、地域の系統の電力消費量が本装置で生産されたエネルギーよりも低い場合には、送電網1200にエネルギーを供給することができる。本装置の主な特徴として、同じ利用者への複数のユニットを接続して拡張するその能力が挙げられ、つまり特定集団の利用者が持つエネルギー需要の均衡を図るため複数のユニットを一つの送電網に相互接続することができる。
【０１９８】
上記で概説しているとおり、ナノタービン超小型エネルギー熱電併給装置700を家屋内に統合し、既存のエネルギー系統を補完または代替することができる。このエネルギー系統は、エネルギーを必要としているあらゆる種類や規模の建物や構造物さらに特定場所内に統合できる点に留意すべきである。当然のことながら、系統700に含める部品や装置を少なくするか、追加部品・装置を含めるかのいずれかを行うことができる。
【０１９９】
エネルギー系統700には、任意の一つ以上の暖房、冷房、水加熱、電気系統を可搬・携帯型ユニットに統合することができる。上記の説明から理解されるとおり、エネルギー系統700は、さまざまな種類の燃料で作動する。ナノ/超小型エネルギー熱電併給装置700を用いて、このエネルギー系統は、特定場所、建物または構造物での電力、暖房、冷房および/または温水および/または飲料水の需要を満たすことができる。同系統は、ハイブリッド車、漕艇出力、屋外用途および家庭用途にも使用できる。
【０２００】
家庭用エネルギー系統700は、単一の特定場所、構造物または家屋などの建物の電力需要のすべてではなくとも少なくともその一部を充足することができる。エネルギー系統700は、特定場所での電力負荷を分散するため、接続箱または配電盤制御装置・メーターで送電網1200と統合される。エネルギー系統または送電網1200は、補助または支保系統として役立つその他の系統とともに主要系統とすることができる。エネルギー系統により必要な分以上の電力が生産された場合には、電力負荷は例えばある種のバッテリなどの貯蔵装置内に貯蔵するか、送電網1200に戻すことができる。遠隔場所に配置されている系統機構などの電力会社には接続されていない系統では、余剰電力負荷は地域の送電網1200上にある特定場所に伝送できる。あるいは、余剰電力負荷が送電網1200に戻される場合には、余剰電力を抱える家屋は電力会社の送電網を通じて電力負荷を受け入れる特定の家屋または場所を指定することができる。この電力負荷共有により、2か所において電力会社から購入するよりも低いコストで電力負荷を交換できるようになる。
【０２０１】
本装置には、以下を含むがそれらには限定されない複数の用途がある。
(a)  電気自動車のハイブリッド化
(b)  電力および熱の国内生産
(c)  スマート・グリッド（次世代送電網）
(d)  想定出力・熱供給
(e)  屋外用途
【０２０２】
いくつかの用途の例を、図29〜33に示す。マイクロタービン組立品100の出力は、拡張可能である。図29〜31に提示する図解に示すとおり、拡張可能性を調節するため、マイクロタービン組立品1310として構成の中で識別されている複数のマイクロタービン組立品100が発電バンク1300内に取り付けられている。各マイクロタービン組立品1310にはマイクロタービン組立品ハウジング1312が含まれており、前記マイクロタービン組立品ハウジング1312にはマイクロタービン組立品100が入っている。ハンドル1314は、マイクロタービン組立品ハウジング1312に組み込むことができる。ハンドル1314には、マイクロタービン組立品1310をマイクロタービン組立品レセプタクル1331内に固定し、マイクロタービン組立品1310をマイクロタービン組立品レセプタクル1331から解除するための機能を含めることができる。典型的な実施形態では、このハンドル1314により、ハンドル1314が下向き位置である場合には、マイクロタービン組立品レセプタクル1331内のマイクロタービン組立品1310が固定され、ハンドル1314が上向き位置である場合には、ハンドル1314によりマイクロタービン組立品1310がマイクロタービン組立品レセプタクル1331から解除される。マイクロタービン組立品1310には、動作状態を利用者または運転者に伝えるための情報表示器1316を含めることができる。マイクロタービン組立品1310には、接続要素1320、1322、1324が適切に整列し、発電バンク1300のそれぞれの嵌合・接続要素1360、1362、1364に接続されるようにする挿入位置合わせ機能1319を含めることができる。
【０２０３】
発電バンク1300は、発電バンクハウジング1330という形態で提供することができる。発電バンクハウジング1330には、発電バンクハウジング前面パネル1332、一対の発電バンクハウジング側面パネル1334で、各発電バンクハウジング側面パネル1334は発電バンクハウジング前面パネル1332のそれぞれ左端または右端から後方に延びているもの、発電バンクハウジング前面パネル1332の下端から後方に延びており、左側発電バンクハウジング側面パネル1334と右側発電バンクハウジング側面パネル1334のそれぞれの各下端に沿って延びている発電バンクハウジング底部パネル1336、発電バンクハウジング前面パネル1332の上端から後方に延びており、左側発電バンクハウジング側面パネル1334と右側発電バンクハウジング側面パネル1334のそれぞれの各上端に沿って延びている発電バンクハウジング上部パネル1338、および左側発電バンクハウジング側面パネル1334、右側発電バンクハウジング側面パネル1334、発電バンクハウジング底部パネル1336および発電バンクハウジング上部パネル1338のぞれぞれの後端に沿って延びている発電バンクハウジング背面パネル1339が含まれている。合わせて、パネル1332、1334、1336、1338、1339が筐体を形成している。
【０２０４】
発電バンク1300には、複数のマイクロタービン組立品レセプタクル1331が含まれている。発電バンクハウジング1330は、好ましくは発電バンクハウジング前面パネル1332から到達できるマイクロタービン組立品レセプタクル1331のそれぞれを有するように設計される。より具体的には、各マイクロタービン組立品レセプタクル1331は、マイクロタービン組立品1310が発電バンクハウジング前面パネル1332を経て挿入または取り外しできる位置に配置する。複数のマイクロタービン組立品レセプタクル1331を、好ましくは一行内に一連のマイクロタービン組立品レセプタクル1331を備え、一列内に一連のマイクロタービン組立品レセプタクル1331を備え、複数行内に一連のマイクロタービン組立品レセプタクル1331を備え、複数列内に一連のマイクロタービン組立品レセプタクル1331を備えるように配置するか、または複数行内に一連のマイクロタービン組立品レセプタクル1331を有するように配置し、行の配置により一連のマイクロタービン組立品レセプタクル1331の列も形成されるように配置する。
【０２０５】
通気孔1340、1342は発電バンクハウジング1330に含めることができ、各マイクロタービン組立品1310への空気の供給およびそこからの排気の除去に役立つ。典型的な実施形態では、マルチレベルインバータ340により各マイクロタービン組立品1310に空気が供給され、排気孔1342により、各マイクロタービン組立品1310からの排気が除去される。
【０２０６】
発電バンク1300の運転整理図を、図31に例示する断面図に示す。上記のとおり、発電バンク1300のそれぞれの嵌合・接続要素1360、1362、1364と係合するため接続要素1320、1322、1324が構成されている。発電バンク1300には、燃料供給マニホールド（多岐管）1350、排気回収マニホールド1352および電力回収ハーネス1354が含まれている。燃料供給マニホールド1350には、供給端部での燃料供給源コネクタ1370および一連の燃料供給口1360が含まれるが、各燃料供給口1360は、それぞれの稼働中のマイクロタービン組立品1310に燃料を供給するためマイクロタービン組立品1310のそれぞれの燃料入口1320と係合し連結するよう配置される。排気回収マニホールド1352には、吐出部での排気排出コネクタ1372および一連の排気受け口1362が含まれ、各排気受け口1362は、それぞれの稼働中のマイクロタービン組立品1310からの排気を回収するためマイクロタービン組立品1310のそれぞれの排気排出口1322と係合・連結するよう配置される。電力回収ハーネス1354には、供給端部での系統電気出力端子1374の集合体および一連の受電端子1364が含まれ、受電端子1364集合体は、稼働中のマイクロタービン組立品1310から生成電力を回収するためマイクロタービン組立品1310の電気出力端子1324のそれぞれの集合体と係合し連結するよう配置される。接続部のそれぞれは、マイクロタービン組立品1310をマイクロタービン組立品レセプタクル1331内に挿入する工程の間に係合し、マイクロタービン組立品1310をマイクロタービン組立品レセプタクル1331から取り外す工程の間に連結を解除するよう設計することが望まれる。
【０２０７】
発電バンクハウジング1330と燃料供給マニホールド1350、排気回収マニホールド1352および電力回収ハーネス1354のそれぞれの動作支持部品は、図32および33で例示する典型的な実施例で提示する実施をサポートするよう適合させることができる。
【０２０８】
典型的な電動車両1400を、図32に例示している。典型的な電動車両1400には、電源ベイ141に組み込まれる電源アレイハウジング1430が含まれている。電源ベイ1410は、セラミックタービン・コンプレッサシャフト穴412により保護されまた到達できるようになる。典型的な電源アレイハウジング1430には、行・列双方に配置された六（6）個のマイクロタービン組立品レセプタクル1431が含まれ、マイクロタービン組立品レセプタクル1431にはマイクロタービン組立品1310が格納されている。燃料供給マニホールド1350は、燃料タンクに接続される。排気回収マニホールド1352は、電動車両1400の排気系統に組み込まれる。電力回収ハーネス1354は、電動車両1400の電気系統に組み込まれる。電動車両1400は、あくまで典型的なものに過ぎず、ここで電動車両1400は、任意の電動車またはハイブリッド動力車を表している。例として以下が挙げられる：自動車、レーシングカー、トラック、オートバイ、自転車、ゴルフカート、ゴーカート、トラクタ、農業用車両、建設車両、フロントローダ（前方搭載車）、軍用車両、クレーンなど。同じ概念を、遊覧船、レースボート、モーター補助帆船、ヨット、貨物船、軍用船、水中船、クルーズ客船、重頭船などの水上船舶に応用することができる。
【０２０９】
典型的な電動飛行機1500を図33に例示している。典型的な電動飛行機1500とは垂直離着陸（VTOL）航空機で、エアタクシーとして設計された垂直方向に停空飛翔、離陸、着陸できるものである。電動飛行機1500は、あくまで典型的なものに過ぎず、ここで電動飛行機1500は、任意の電動またはハイブリッド動力飛行体を表している。典型的な電動飛行機1500を垂直離着陸（VTOL）航空機の形態で例示しているが、電動飛行機1500は、飛行機、ドローン、ヘリコプターなどの任意の電動またはハイブリッド動力航空機とすることができるのが理解される。
【０２１０】
電動飛行機1500には、航空機胴体1510が含まれる。揚力と推進力は、飛行機械推進モーター組立品1512により動力供給される航空機リフティングブレード1514により供給される。各飛行機械推進モーター組立品支持アーム1518は、航空機胴体1510から片持ちされた飛行機械推進モーター組立品支持アーム1518により支持されている。一対の飛行機着陸装置1516が、航空機胴体1510の底部から下方に延びている。典型的な飛行機着陸装置1516は、スキッド（滑り材）の形態となる。飛行機着陸装置1516は、車輪、浮遊物または固定式または格納式いずれかの構成でのその他の適切な形態での着陸装置とすることができるのが理解される。
【０２１１】
典型的な電動飛行機1500には、航空機胴体1510に組み込まれる電源アレイハウジング1530が含まれる。典型的な電源アレイハウジング1530には、一列に配置された三（3）個のマイクロタービン組立品レセプタクル1531が含まれ、それぞれのマイクロタービン組立品レセプタクル1531にはマイクロタービン組立品1310が格納されている。燃料供給マニホールド1350は、燃料タンクに接続される。排気回収マニホールド1352は、電動飛行機1500の排気系統に組み込まれる。電力回収ハーネス1354は、電動飛行機1500の電気系統に組み込まれる。
【０２１２】
【０２１３】
図面に示し上記で説明する実施形態はあくまで例示目的に過ぎず、請求項で定める本発明の範囲を制限するためのものではなく、その範囲は、均等の原則を含め特許法の諸原則の下で解釈されているとおりに従っている。
【符号の説明】
【０２１４】
100 マイクロタービン組立品
102 マイクロタービン用エンジン部分組立品
110 タービンスペーサ
112 燃焼室
120 コンプレッサシュラウド
122 コンプレッサ用サイドケースホイル
124 中空部
126 コンプレッサ用空気供給通路
140 スラストホイル軸受
142 第1裏板スラスト軸受
144 第2裏板スラスト軸受
145 ホイルスラスト軸受
146 スラストホイルシステムホルダー
150 磁気巻線固定子
152 モーター固定子スペーサ
154 スラスト側ケースホイル
160 放熱板本体
162 放熱板本体気流通路
170 セラミックシャフト軸受
180 モーターシステムロック
182 マイクロタービン用エンジン部分組立品シール
202 マイクロタービン給気ハウジング部分組立品
210 エンジンハウジング
211 エンジンハウジング内面
212 タービン吸気スクロール
213 タービン吸気導管内面
214 コンプレッサ排気スクロール
215 コンプレッサ排気スクロール内面
218 コンプレッサ空気供給装置・電子機器部分組立品取付接触面へのマイクロタービン給気ハウジング部分組立品
220 ラジアルタービンシュラウド
221 ラジアルタービンシュラウド内面
239 タービンスクロール・コンプレッサスクロール軸方向隙間
280 コンプレッサ用空気供給
288 コンプレッサ排気
290 タービン用空気供給
298 タービン排気
302 コンプレッサ用空気供給装置・電子機器部分組立品
310 コンプレッサ空気供給ハウジング
311 コンプレッサ空気供給ハウジング内面
314 コンプレッサ空気供給ハウジング組立品接合部材
319 コンプレッサ空気供給ハウジング組立品気流通路
320 デジタル信号プロセッサ
330 平面トランス
332 変圧器
334 正の電力出力導体
336 地上電力出力導体
337 変圧器コンデンサ
338 変圧器コンデンサ
340 マルチレベルインバータ
350 制御装置組立品
400 一体型セラミックコンプレッサ・タービン組立品
410 セラミックタービン・コンプレッサシャフト
412 セラミックタービン・コンプレッサシャフト穴
418 セラミックタービン・コンプレッサシャフトの円錐形端部
419 エンジンシャフト回転軸
420 セラミックタービン
421 セラミックタービン基部
422 セラミックタービンブレード
424 セラミックタービンブレード組立品隙間
426 タービンブレード組立品内部光線ポート
427 タービンブレード組立品円筒穴
428 タービンブレード組立品円錐穴
430 金属コンプレッサ
431 金属コンプレッサ基部
432 金属コンプレッサ用大型ブレード
433 金属コンプレッサ用小型ブレード
434 金属コンプレッサブレード隙間
437 金属コンプレッサブレード用円筒穴
439 タービン・コンプレッサブレード組立品の軸方向隙間
440 スペーサスラスト軸受用セラミック一体型シャフト
442 セラミックスペーサスラスト軸受用第1軸方向対向面
444 セラミックスペーサスラスト軸受用第2軸方向対向面
450 磁気回転子
452 磁気タービンシャフト
460 セラミックタービン隣接ロッド
462 セラミックタービンシャフト組立品エンドキャップ
464 セラミックタービン・コンプレッサシャフト組立品固定要素
500 金属タービン・コンプレッサシャフト組立品
510 金属タービン・コンプレッサシャフト
519 シャフト回転軸
520 金属タービンブレード組立品
522 金属タービンブレード
524 金属タービンブレード組立品フランジ
527 金属タービンブレード組立品円筒穴
530 金属コンプレッサブレード組立品
532 金属コンプレッサブレード
534 金属コンプレッサブレード組立品隙間
539 タービン・コンプレッサブレード組立品の軸方向隙間
540 金属スペーサスラスト軸受の金属一体型シャフト
542 金属スペーサスラスト軸受の第1軸方向対向面
544 金属スペーサスラスト軸受の第2軸方向対向面
550 磁気回転子
600 発電概略図
610 発電機
612 一次整流器
614 一次フィルタコンデンサ
616 力率改善回路（PFC）
618 フルブリッジ
620 変圧器
622 二次整流器
624 二次フィルタコンデンサ
626 出力フルブリッジ
628 正弦波電力出力
700 超小型エネルギー熱電併給装置
702 エネルギー生成装置ハウジング
703 部品取付金具
704 前面エンドキャップ
705 換気グリル
706 背面エンドキャップ
707 加熱空気排気口
708 排気移送要素
709 エネルギー生成装置脚部
720 コンプレッサ
722 マイクロ/ナノタービン
724 マイクロ発電機
726 タービンシャフト
727 発電機シャフト
729 燃料供給装置
730 インバータ中央処理装置（CPU）
731 有線または無線通信回路
732 発電電力出力
740 熱交換器
742 熱交換器（低温側）
744 熱交換器（高温側）
750 燃焼器室
760 ナノタービンへの入力空気
762 高温排気（燃焼器）
764 出力空気（高温側）
770 ハンドル
800 水処理装置
802 エネルギー生成装置ハウジング
803 部品取付金具
804 前面エンドキャップ
805 換気グリル
806 背面エンドキャップ
807 加熱空気排気口
808 排気移送要素
809 エネルギー生成装置脚部
840 熱交換器
842 熱交換器（高温側）
844 熱交換器（低温側）
860 ナノタービンへの入力空気
862 高温排気
864 出力空気（高温側）
870 給湯器またはボイラ
871 水
872 復水器
873 飲料水
900 空気加熱装置
902 エネルギー生成装置ハウジング
903 部品取付金具
904 前面エンドキャップ
905 換気グリル
906 背面エンドキャップ
907 加熱空気排気口
908 排気移送要素
909 エネルギー生成装置脚部
940 熱交換器
942 熱交換器（高温側）
944 熱交換器（低温側）
960 熱交換器への入力空気
962 高温排気
964 出力空気（高温側）
970 暖房装置
972 熱交換器
974 ファン装置
976 暖房ダクト
978 排気および/または出力熱
1000 伝送制御プロトコル/インターネットプロトコル（TCP/IP）ネットワーク
1100 制御センター
1200 送電網
1210 送電線
1220 配電盤制御装置・メーター
1300 発電バンク
1310 マイクロタービン組立品
1312 マイクロタービン組立品ハウジング
1314 ハンドル
1316 情報表示器
1319 挿入位置合わせ機能
1320 燃料入口
1322 排気排出口
1324 電気出力端子
1330 発電バンクハウジング
1331 マイクロタービン組立品レセプタクル
1332 発電バンクハウジング前面パネル
1334 発電バンクハウジング側面パネル
1336 発電バンクハウジング底部パネル
1338 発電バンクハウジング上部パネル
1339 発電バンクハウジング背面パネル
1340 空気取入口
1342 排気孔
1350 燃料供給マニホールド
1352 排気回収マニホールド
1354 電力回収ハーネス
1360 燃料供給口
1362 排気受け口
1364 受電端子
1370 燃料供給源コネクタ
1372 排気排出コネクタ
1374 システム電気出力端子
1400 電動車両
1410 電源ベイ
1412 電源ベイフード
1430 電源アレイハウジング
1431 マイクロタービン組立品レセプタクル
1500 電動飛行機
1510 航空機胴体
1512 飛行機械推進モーター組立品
1514 航空機リフティングブレード
1516 飛行機着陸装置
1518 飛行機械推進モーター組立品支持アーム
1530 電源アレイハウジング
1531 マイクロタービン組立品レセプタクル
【図１】
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【図２】
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【図３】
2022001761.tif 000005
【図４】
2022001761.tif 000006
【図５】
2022001761.tif 000007
【図６】
2022001761.tif 000008
【図７】
2022001761.tif 000009
【図８】
2022001761.tif 000010
【図９】
2022001761.tif 000011
【図１０】
2022001761.tif 000012
【図１１】
2022001761.tif 000013
【図１２】
2022001761.tif 000014
【図１３】
2022001761.tif 000015
【図１４】
2022001761.tif 000016
【図１５】
2022001761.tif 000017
【図１６】
2022001761.tif 000018
【図１７】
2022001761.tif 000019
【図１８】
2022001761.tif 000020
【図１９】
2022001761.tif 000021
【図２０】
2022001761.tif 000022
【図２１】
2022001761.tif 000023
【図２２】
2022001761.tif 000024
【図２３】
2022001761.tif 000025
【図２４】
2022001761.tif 000026
【図２５】
2022001761.tif 000027
【図２６】
2022001761.tif 000028
【図２７】
2022001761.tif 000029
【図２８】
2022001761.tif 000030
【図２９】
2022001761.tif 000031
【図３０】
2022001761.tif 000032
【図３１】
2022001761.tif 000033
【図３２】
2022001761.tif 000034
【図３３】
2022001761.tif 000035
【外国語明細書】
2022001761000001.pdf