(57)【要約】【課題】小型で軽量且つ大出力の環境に配慮した構成で高いエネルギー効率を持つと共に、極めて安価で秀れた生産性を持つ大量生産に適した実用的で極めて画期的な発電装置を提供すること。【解決手段】排気ガスのガス流で回転するタービン１と、このタービン１と同軸４に設けられタービン１の回転によって回転して吸入空気を圧送するコンプレッサ２とを備えた自動車用ターボチャージャーＡを用いたものであって、前記コンプレッサ２によって吸入圧送される吸入空気と燃料とを混合して点火燃焼させる燃焼器３を設け、この燃焼器３の排気ガスを前記タービン１へ導き、この排気ガスのガス流でタービン１を回転するように構成し、このタービン１によって回転する吸気側の前記コンプレッサ２に出力回転軸５を設け、この出力回転軸５の回転によって発電機６を回転させて発電するように構成した発電装置。【選択図】　　　　図２
2004019617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスのガス流で回転するタービンと、このタービンと同軸に設けられタービンの回転によって回転して吸入空気を圧送するコンプレッサとを備えた自動車用ターボチャージャーを用いたものであって、前記コンプレッサによって吸入圧送される吸入空気と燃料とを混合して点火燃焼させる燃焼器を設け、この燃焼器の排気ガスを前記タービンへ導き、この排気ガスのガス流でタービンを回転するように構成し、このタービンによって回転する吸気側の前記コンプレッサに出力回転軸を設け、この出力回転軸の回転によって発電機を回転させて発電するように構成したことを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記コンプレッサにより吸気圧送される吸気導出部と、前記燃焼器の吸気導入部とを連結し、この燃焼器の排気導出部と前記タービンへの排気導入部とを連結して、前記自動車用ターボチャージャーに前記燃焼器を設け、この燃焼器を設けた自動車用ターボチャージャーの吸気側のコンプレッサに前記出力回転軸を設けたことを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
前記コンプレッサにより吸気圧送される吸気導出部を複数設け、前記タービンへの排気導入部を複数設け、この吸気導出部と前記燃焼器の吸気導入部とを連結し、前記排気導入部と前記燃焼器の排気導出部とを連結して複数の燃焼器を前記自動車用ターボチャージャーに設けたことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばハイブリッド車等に利用するのに最適な発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
小型で高出力のガスタービン発電装置は、高温高圧のガスを回転羽根（タービン）に作用させ、ガスの持つ熱エネルギーを軸回転運動のエネルギーに変換する装置であり、この高温高圧のガスがタービンを回転させる際、このタービンと同軸に設けられた、空気を吸入して圧縮するコンプレッサも回転させることで、エネルギーを有効に利用している。
【０００３】
また、昨今の環境問題、エネルギー枯渇問題等への意識の高まりから、発電所から小型の発電装置に至るまで、更にエネルギー効率が高く且つ環境や燃費に配慮した発電システムが切望されており、ガスタービン発電装置も更なる高効率化を図る必要がある。
【０００４】
しかしながら、ガスタービン発電装置は単一のシステムでは熱効率が悪く、そのため、放熱する熱を二次利用する複合サイクルやコージェネレーションシステム等の総合効率を上昇させるシステムを導入する必要があり、これらを利用する場合には、確かにエネルギー効率は飛躍的に向上するが、導入する際には極めて多くの支出を要し、しかも、装置が大型となってしまうため、小型で大出力であるという利点を失うこととなる。
【０００５】
更に、発電所のような巨大なシステムでは、たとえ一時に支出があっても長期的な観点からすれば、向上した効率からそれ以上の利益を得られるため、コスト対効果で考えると上述のような高価なシステム・装置を採用することができるが、小型で比較的安価なガスタービン発電装置の場合には、エネルギー効率を改善しても得られる利益はわずかであり、コスト対効果の点で極めて劣るため、採用が困難で、高いエネルギー効率を持つ小型の発電装置は、多くの要望があるにもかかわらず、低コスト化を図ることができないために、ほとんど普及していないのが現状である。
【０００６】
本発明は、上述のような現状に鑑み、一般に普及している小型且つ安価な自動車用のターボチャージャーに、例えばジェットエンジン等に用いられる燃焼器を設けるという、今までにはない極めて独創的な発想に基づいて、既に普及している自動車用ターボチャージャーを略無加工のまま利用して製作することで、従来の同様の装置に比べ容易且つ極めてコスト安に、ターボチャージャーの排気ガス利用による熱（エネルギー）の再利用からのエネルギー効率の向上と、燃焼器の高い燃焼効率による燃費の向上及び低公害化とを実現することができ、しかも、燃焼器を用いることで軽量化・小型化・大出力を達成できると共に、ケロシン（灯油）等の低品位の燃料を使用できるため、小型で軽量且つ大出力の環境に配慮した構成で高いエネルギー効率を持つと共に、極めて安価で秀れた生産性を持つ大量生産に適した実用的で極めて画期的な発電装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【０００８】
排気ガスのガス流で回転するタービン１と、このタービン１と同軸４に設けられタービン１の回転によって回転して吸入空気を圧送するコンプレッサ２とを備えた自動車用ターボチャージャーＡを用いたものであって、前記コンプレッサ２によって吸入圧送される吸入空気と燃料とを混合して点火燃焼させる燃焼器３を設け、この燃焼器３の排気ガスを前記タービン１へ導き、この排気ガスのガス流でタービン１を回転するように構成し、このタービン１によって回転する吸気側の前記コンプレッサ２に出力回転軸５を設け、この出力回転軸５の回転によって発電機６を回転させて発電するように構成したことを特徴とする発電装置に係るものである。
【０００９】
また、前記コンプレッサ２により吸気圧送される吸気導出部７と、前記燃焼器３の吸気導入部８とを連結し、この燃焼器３の排気導出部９と前記タービン１への排気導入部１０とを連結して、前記自動車用ターボチャージャーＡに前記燃焼器３を設け、この燃焼器３を設けた自動車用ターボチャージャーＡの吸気側のコンプレッサ２に前記出力回転軸５を設けたことを特徴とする請求項１記載の発電装置に係るものである。
【００１０】
また、前記コンプレッサ２により吸気圧送される吸気導出部７を複数設け、前記タービン１への排気導入部１０を複数設け、この吸気導出部７と前記燃焼器３の吸気導入部８とを連結し、前記排気導入部１０と前記燃焼器３の排気導出部９とを連結して複数の燃焼器３を前記自動車用ターボチャージャーＡに設けたことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の発電装置に係るものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
好適と考える本発明の実施の形態（発明をどのように実施するか）を、図面に基づいてその作用効果を示して簡単に説明する。
【００１２】
始動用モーターを兼ねる発電機６を例えば蓄電池に蓄えられた電力で始動し、これにより吸気側のコンプレッサ２を回転させて、空気を吸入する。
【００１３】
吸入された空気は、コンプレッサ２の回転で圧縮され高圧の気体となって、吸気導出部７を通って燃焼器３の吸気導入部８に送られる。
【００１４】
燃焼器の吸気導入部８には、例えば燃料噴射弁と点火栓とが設けられ、コンプレッサ２により圧縮された高圧の気体と、霧化した燃料とを混合して点火することで燃料を燃焼させ、この燃焼されて高エネルギーとなった高温高圧のガスによって排気側のタービン１を回して同軸のコンプレッサ２に設けられた出力回転軸５を回転させることによって、発電機６を回転させて発電させる。
【００１５】
この際、タービン１とコンプレッサ２とは同軸４に設けられているため、排気ガスによって回転したタービン１の回転によって、コンプレッサ２を回転させて空気を吸入圧縮する。
【００１６】
即ち、回転することで空気の吸入圧縮を行うコンプレッサ２を、排気ガスのガス流によって回転するタービン１の回転によって回転させることで、排気ガスを利用することができるから、エネルギー効率が高くなる。
【００１７】
また、このコンプレッサ２で圧送された吸入空気を燃焼器３の吸気導入部８で燃料と混合して、充分に霧化して点火するから、燃料の表面積が大きくなり、燃料の燃焼効率を極めて高くできるため、不完全燃焼を防いで燃費が向上し、しかも、低公害となる。
【００１８】
また、燃焼器３を用いることで小型軽量で大出力となり、ケロシン（灯油）等の低品位の燃料を使用できることから燃料の融通がきき、極めて実用的となる。
【００１９】
また、出力回転軸５を低温側である吸気側のコンプレッサ２に設けることで、出力回転軸５に高温に対する耐性を持たせる必要がないため低コストで且つ信頼性の高いものとなる。
【００２０】
更に、本発明は、大量に生産され安価に入手できる既存の量産構造である自動車用ターボチャージャーＡに、上述の燃焼器３と出力回転軸５とを設けるだけで構成し得る構成であるため、大出力・高効率の発電装置を極めて安価に提供でき、また、量産性に秀れ小型・軽量化を図れる構成である。
【００２１】
即ち、これまで大出力・高効率を目指すとそれだけ高価となり、量産性等はなく、小型で安価な汎用機としては実用不可能であったが、本発明は過給機に燃焼器を設けることで、大出力・高効率を実現でき、しかも、この過給機を自動車用ターボチャージャーＡとすることで、極めて安価にして量産性に秀れた発電装置を実現できるものである。
【００２２】
また、出力回転軸５はタービン１側の高温側ではなく、コンプレッサ２側（吸気側）の低温側に設けるため、信頼性が向上すると共に、一層簡易な構成で実現できるため、一層の低コスト化を図れる。
【００２３】
また、自動車用ターボチャージャーＡに燃焼器３並びに出力回転軸５を設けることは、実際に極めて容易であり、従って、極めて簡単に製作可能で、しかも、自動車用ターボチャージャーＡは略無加工のまま既存の量産品をそのまま利用可能であるため、自動車用ターボチャージャーＡに燃焼器３と出力回転軸５とを設ける構成とすることで、大出力・高効率な発電装置でありながら、これまで想像もできないほど安価で量産性に秀れた発電装置を容易に実現でき、しかも、大出力でありながら、小型・軽量化も図れる発電装置となる。
【００２４】
従って、本発明は小型で軽量且つ大出力の環境に配慮した構成で高いエネルギー効率を持つと共に、極めて安価で秀れた生産性を持つ大量生産に適した実用的で極めて画期的な発電装置を提供できることとなる。
【００２５】
例えば、本発明をハイブリッド車用の原動機として用いた場合、極めて低コストに小型軽量・低公害・低燃費・大出力のハイブリッド車を製作できるため、小型で大出力な発電装置として一般的なマイクロガスタービン発電装置より、極めて安価にしかも同程度の出力を達成できるため、従来のハイブリッド車にはない、大出力でしかも安価である点をセールスポイントとすることが可能となり、従来より広い範囲での普及を見込めるようになるため、本発明はハイブリッド車の原動機として最適なものとなる。
【００２６】
【実施例】
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
【００２７】
本実施例は図１〜３に示すように、排気ガスのガス流で回転するタービン１と、このタービン１と同軸４に設けられタービン１の回転によって回転して吸入空気を圧送するコンプレッサ２とを備えた自動車用ターボチャージャーＡを用いたものであって、前記コンプレッサ２によって吸入圧送される吸入空気と燃料とを混合して点火燃焼させる燃焼器３を設け、この燃焼器３の排気ガスを前記タービン１へ導き、この排気ガスのガス流でタービン１を回転するように構成し、このタービン１によって回転する吸気側の前記コンプレッサ２に出力回転軸５を設け、この出力回転軸５の回転によって発電機６を回転させて発電するように構成されている。
【００２８】
各部を具体的に説明すると、一般に広く普及している自動車用ターボチャージャーＡは、排気ガスでタービン１を回し、このタービン１がコンプレッサ２を駆動して正規の量以上の空気をエンジンに供給し、それに応じて多量の燃料を燃やしてパワーを上げるという機能を持ち、この自動車用ターボチャージャーＡには、タービン１にエンジンからの排気ガスを導く排気導入部１０と、コンプレッサ２によって圧縮された吸入空気をエンジンに供給するための吸気導出部７とが設けられている。
【００２９】
タービン１、コンプレッサ２、軸４はこの自動車用ターボチャージャーＡに備え付けられているものがそのまま採用されている。
【００３０】
燃焼器３は、筒状で内部を開口したものが採用され、この燃焼器３の開口部の一端部は吸気導入部８に設定され、他端部は排気導出部９に設定されて、この吸気導入部８には圧送された吸入空気と霧化した燃料とを混合して燃焼するための、燃料噴射弁１７と点火栓１８とが設けられている。
【００３１】
また、この燃焼器３は、自動車用ターボチャージャーＡの吸気導出部７と燃焼器３の吸気導入部８とを連結し、自動車用ターボチャージャーＡの排気導入部１０と燃焼器３の排気導出部９とを連結することで自動車用ターボチャージャーＡに取り付けることができるから、自動車用ターボチャージャーＡは既存のものとすることで加工が不要であるのに加え、この自動車用ターボチャージャーＡに燃焼器３を取り付ける取付加工も極めて容易であるため製作容易であり、本実施例は極めて量産性に秀れた構成となる。
【００３２】
また、本実施例では、この燃焼器３は二つを対称に設けるように構成しているが、この燃焼器３を複数自動車用ターボチャージャーＡの周囲に環状に設ける構成としてもよく、その場合には一層コンパクトな構造とすることができる。
【００３３】
また、燃焼器３を複数設けるためには、自動車用ターボチャージャーＡの吸気導出部７と排気導入部１０とを複数設けた構成とする必要があり、本実施例においては、自動車用ターボチャージャーＡに夫々一つずつ設けられた吸気導出部７と排気導入部１０とを途中で分岐させる構成とすることで、燃焼器３を複数設けているが、他の構成、例えば、自動車用ターボチャージャーＡに複数の吸気導出部７及び排気導入部１０を設けることで、燃焼器３を複数設けられるような構成としてもよい。
【００３４】
出力回転軸５は、吸気側のコンプレッサ２に設けられており、この吸気側は、極めて高温となる排気側と異なり低温で安定であるため信頼性が高く、また、出力回転軸５を熱に強い特定の素材で形成したり、高温に耐性を持たせるような加工を施す必要がないため容易な構成でよく、低コストで製作できる。
【００３５】
また、この出力回転軸５を、コンプレッサ２に取り付ける際、このコンプレッサ２の周囲は、吸気の効率を上げるため、障害物となり得るものが略全て排除されており、取り付ける際の障害となるものが全くなく、加工の必要がないため、取り付けは極めて容易である。
【００３６】
また、本実施例では、出力回転軸５は吸気側であるコンプレッサ２と直結されているが、図３に示すように減速装置１１（遊量歯車式、多段歯車式、フリクション・ドライブ式等）を介してもよい。
【００３７】
また、本実施例では、発電機６から発生される電力を制御器１２によって、発電量が走行に必要な量よりも多ければ蓄電池１３に電気エネルギーを蓄え、走行に必要な発電量より不足している場合には、蓄電池１３から車輪１６を駆動するモーター１５への電力の供給を制御する制御器１４によって、蓄電池１３から電気エネルギーを車輪１６を駆動するモーター１５に伝えるように構成することで、ハイブリッド車用原動機として使用できるように構成した。
【００３８】
本実施例を上述のように、ハイブリッド車用原動機として構成した場合の作動の一例を以下に示す。
【００３９】
実際に走行する自動車は原動機の回転数比６０％前後及び負荷率５０％前後が多く、これに該当する出力に自動車用ターボチャージャー利用による自動車用原動機の出力帯を設定し（デザイン・ポイント）、本実施例はこのデザイン・ポイントで略常時作動させる。
【００４０】
デザイン・ポイントより負荷の大きい場合は、本実施例の出力では不足するので蓄電池の出力を同時使用する。
【００４１】
デザイン・ポイント付近の負荷の場合は、本実施例の出力のみを使用する。
【００４２】
デザイン・ポイントより負荷の小さい場合は、本実施例の出力が走行に使用される電力より大きくなり、その余剰分で蓄電池に充電する。
【００４３】
従って、本実施例は自動車が要求する最高出力より小さく設定ができ、たえず一定負荷及び回転数で作動するので燃費改善が図れる。
【００４４】
本実施例は上述のように構成したから、以下に示すような作用効果を得る。
【００４５】
ガソリン、ディーゼル機関に用いられている冷却装置（冷却水ポンプ、ラジエータ、冷却ファン等）を廃止でき信頼性を向上させ得る。
【００４６】
ターボチャージャーを潤滑するオイルは、現在エンジンのオイルと併用しているため、エンジンのブローバイガス等による汚れたオイルを使わなくてすみ、ターボージャーの寿命を延ばすことができる。
【００４７】
エンジンにターボ過給する場合、性能、排ガス処理のため吸気系中間に空気冷却器を用いる場合があるが、それを廃止できる。
【００４８】
ターボチャージャーをその設計点（高効率点）で作動ができ燃料消費を低減できる。
【００４９】
ターボチャージャーは量産されており、低価格で装置を作ることができる。
【００５０】
ターボチャージャーの生産ラインの稼働率の向上が図れる。
【００５１】
ターボチャージャーは多種類の燃料に対応でき、燃料融通性の向上が図れる。
【００５２】
このシステムは、従来のガソリン・ディーゼル機関に比し軽量小型化が図れるので、自動車に装着する場合、自由にレイアウトができて、特に自動車の前部形状は主にエンジン搭載スペースにより制限されるが、この装置を使用することにより自動車デザインの自由度が増す。
【００５３】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成したから、小型で軽量且つ大出力の環境に配慮した構成で高いエネルギー効率を持つと共に、極めて安価で秀れた生産性を持つ大量生産に適した実用的で極めて画期的な発電装置となる。
【００５４】
例えば、本発明をハイブリッド車用の原動機として用いた場合、極めて低コストに小型軽量・低公害・低燃費・大出力のハイブリッド車を製作できるため、小型で大出力な発電装置として一般的なマイクロガスタービン発電装置より、極めて安価にしかも同程度の出力を達成できるため、従来のハイブリッド車にはない、大出力でしかも安価である点をセールスポイントとすることが可能となり、従来より広い範囲での普及を見込めるようになるため、本発明はハイブリッド車の原動機として最適なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の概略説明図である。
【図２】本実施例の拡大説明図である。
【図３】本実施例の概略説明図である。
【符号の説明】
１　タービン
２　コンプレッサ
３　燃焼器
４　軸
５　出力回転軸
６　発電機
７　吸気導出部
８　吸気導入部
９　排気導出部
１０　排気導入部
Ａ　自動車用ターボチャージャー
【図１】
2004019617.tif 000003
【図２】
2004019617.tif 000004
【図３】
2004019617.tif 000005