(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機で圧縮した圧縮空気と燃料噴射弁から供給される燃料との混合気を該圧縮機の後段の燃焼器で燃焼させ、その燃焼ガスでタービンを回転させる航空機用のジェットエンジンにおいて、上記燃焼器の後段のタービン静翼とタービン動翼の全面、または、タービン静翼とタービン動翼の全面およびタービンのケーシング内側全面に、上記燃焼ガス中のＮＯXやＣＯなどの廃ガス成分を分解・低減すべく、ジルコニアなどの担体にＮＯX用及びＣＯ用の各廃ガス分解触媒をそれぞれ担持させた多孔質触媒粉をプラズマ溶射すると共に、タービンの、上流側にＮＯX用の廃ガス分解触媒層を、下流側にＣＯ用の廃ガス分解触媒層を形成したことを特徴とする触媒付エンジン。
【請求項２】
上記ＮＯXの分解・低減を行う上記廃ガス分解触媒層が、バナジウム、コバルト、鉄、ロジウム、ルテニウムから選択される一種または二種以上の混合物でなる請求項１記載の触媒付エンジン。
【請求項３】
上記ＣＯの分解・低減を行う上記廃ガス分解触媒層が、白金またはパラジウム、あるいはそれらの混合物でなる請求項１記載の触媒付エンジン。
【請求項４】
上記タービンの、燃焼ガスの温度が約６００〜１２００℃の部分に上記ＮＯX用の廃ガス分解触媒層を、燃焼ガスの温度が約４００℃以上の部分に上記ＣＯ用の廃ガス分解触媒層を形成する請求項１乃至請求項３記載の触媒付エンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機用のジェットエンジンに係り、特に、ＮＯXやＣＯなどといった廃ガス成分を低減する触媒付エンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
航空機エンジン（ジェットエンジン）やガスタービンにおいては、排ガス中のＮＯX やＣＯなどの廃ガス成分を低減させるために、圧縮空気と燃料との混合気を燃焼器で燃焼させることによって発生する燃焼ガス中の廃ガス成分自体がなるべく発生しないように稀薄燃料を用いたり、廃ガス成分を含んだ燃焼ガスを別途に設けた触媒処理装置に通したりしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、航空機エンジンでは、軽量であることが必然的に望まれるために触媒処理装置を別途に設けることはできず、燃焼条件を変えることによって燃焼ガス中のＮＯX やＣＯなどの廃ガス成分を低減しているが、最高出力を優先する場合などにおいては、ＮＯX やＣＯなどの廃ガス成分の数値（濃度）制御をすることは難しい。また、地上ガスタービンなどでは、燃焼ガスを触媒処理装置に通すことによって排ガス中のＮＯX やＣＯなどの廃ガス成分を低減しているが、出力低下の原因になったりするため、これを防ぐための後処理が大がかりとなり、コスト上昇の原因となっている。
【０００４】
そこで本発明は、上記課題を解決し、エンジンと別途な触媒処理装置を必要とせず、かつ、最高出力時においても排ガス中のＮＯXやＣＯなどの廃ガス成分の濃度制御が容易な触媒付エンジンを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、圧縮機で圧縮した圧縮空気と燃料噴射弁から供給される燃料との混合気を該圧縮機の後段の燃焼器で燃焼させ、その燃焼ガスでタービンを回転させる航空機用のジェットエンジンにおいて、上記燃焼器の後段のタービン静翼とタービン動翼の全面、または、タービン静翼とタービン動翼の全面およびタービンのケーシング内側全面に、上記燃焼ガス中のＮＯXやＣＯなどの廃ガス成分を分解・低減すべく、ジルコニアなどの担体にＮＯX用及びＣＯ用の各廃ガス分解触媒をそれぞれ担持させた多孔質触媒粉をプラズマ溶射すると共に、タービンの、上流側にＮＯX用の廃ガス分解触媒層を、下流側にＣＯ用の廃ガス分解触媒層を形成したものである。
【０００６】
請求項２の発明は、上記ＮＯX の分解・低減を行う上記廃ガス分解触媒層が、バナジウム、コバルト、鉄、ロジウム、ルテニウムから選択される一種または二種以上の混合物でなる請求項１記載の触媒付エンジンである。
【０００７】
請求項３の発明は、上記ＣＯの分解・低減を行う上記廃ガス分解触媒層が、白金またはパラジウム、あるいはそれらの混合物でなる請求項１記載の触媒付エンジンである。
【０００８】
請求項４の発明は、上記タービンの、燃焼ガスの温度が約６００〜１２００℃の部分に上記ＮＯX用の廃ガス分解触媒層を、燃焼ガスの温度が約４００℃以上の部分に上記ＣＯ用の廃ガス分解触媒層を形成する請求項１乃至請求項３記載の触媒付エンジンである。
【００１０】
以上の構成によれば、圧縮機で圧縮した圧縮空気と燃料噴射弁から供給される燃料との混合気を該圧縮機の後段の燃焼器で燃焼させ、その燃焼ガスでタービンを回転させる航空機用のジェットエンジンにおいて、上記燃焼器の後段のタービン静翼とタービン動翼の全面、または、タービン静翼とタービン動翼の全面およびタービンケーシング内側全面に、上記燃焼ガス中のＮＯXやＣＯなどの廃ガス成分を分解・低減すべく、ジルコニアなどの担体にＮＯX用及びＣＯ用の各廃ガス分解触媒をそれぞれ担持させた多孔質触媒粉をプラズマ溶射すると共に、タービンの、上流側にＮＯX用の廃ガス分解触媒層を、下流側にＣＯ用の廃ガス分解触媒層を形成したため、エンジンと別途な触媒処理装置を必要とせず、かつ、最高出力時においても排ガス中のＮＯXやＣＯなどの廃ガス成分の濃度制御が容易な触媒付エンジンを得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
本発明の触媒付エンジンの横断面図の一例を図２に示す。また、図２における要部拡大図を図３に示す。
【００１３】
図２および図３に示すように、本発明の触媒付エンジン１は、入口案内翼７、圧縮機３、燃焼器４、タービン５、軸１５で構成される。入口案内翼７、圧縮機３、タービン５は、軸１５を介して連結されている。
【００１４】
空気Ａ1 を取り入れるためにケーシング３ａの先端部（図中の左端部）に形成された空気取入口８に入口案内翼７を設け、その入口案内翼７に接続して軸１５を設ける。
【００１５】
空気取入口８から導入された空気Ａ1 を圧縮して圧縮空気Ａ2 とする圧縮機３は、ケーシング３ａ、内側ケーシング３ｂ、軸１５、圧縮機動翼９、および圧縮機静翼１０で構成され、入口案内翼７の後流側（図中の右側）に接続されている。
【００１６】
軸１５を囲繞するように内側ケーシング３ｂを設け、その内側ケーシング３ｂを囲繞するようにケーシング３ａを設ける。軸１５に接続して、複数枚の圧縮動翼９を円周方向に沿って放射状に、かつ、長手方向に亘って多段（図中では７段）に設ける。各圧縮動翼９の先端部は、内側ケーシング３ｂを貫通すると共に、回転自在である。ケーシング３ａの内側に、複数枚の圧縮静翼１０を円周方向に沿って放射状に、かつ、長手方向に亘って多段（図中では６段）に設ける。各圧縮動翼９と各圧縮静翼１０とは、圧縮機３の長手方向に沿って交互に配されている。
【００１７】
圧縮機３から供給される圧縮空気Ａ2 に燃料Ｆを噴射して燃焼させる燃焼器４は、軸１５の周囲を囲繞するように設けられ、圧縮機３の後流側（図中の右側）に接続されている。燃焼器４は、燃焼器４内部に燃料Ｆを噴射するための燃料噴射弁１１を備えている。
【００１８】
燃焼器４で発生する燃焼ガスＧ1 でタービン動翼１４を回転させるタービン５は、ケーシング５ａ、内側ケーシング５ｂ、軸１５、タービン静翼１３、タービン動翼１４で構成され、燃焼器４の後流側（図中の右側）に、タービンノズル１２を介して接続されている。
【００１９】
軸１５を囲繞するように内側ケーシング５ｂを設け、その内側ケーシング５ｂを囲繞するようにケーシング５ａを設ける。軸１５に接続して、複数枚のタービン動翼（例えば、インコネル７１８、ＩＮ６００など）１４を円周方向に沿って放射状に、かつ、長手方向に亘って多段（図中では３段）に設ける。各タービン動翼１４の先端部は、内側ケーシング５ｂを貫通すると共に、回転自在である。ケーシング５ａの内側に、複数枚のタービン静翼（例えば、インコネル７１８、ＩＮ６００など）１３を円周方向に沿って放射状に、かつ、長手方向に亘って多段（図中では２段）に設ける。各タービン動翼１４と各タービン静翼１３とは、タービン５の長手方向に沿って交互に配されている。軸１５の端部（図中の右端部）には、コーン１６が接続されており、タービン５のケーシング５ａの後端部（図中の右端部）には、排ガスＧ2 を排出するためのジェットノズル６が形成されている。
【００２０】
本発明の触媒付きエンジンのタービン部の透視斜視図を図１に示す。
【００２１】
図１に示すように、タービン動翼１４とタービン静翼１３の全面、または、タービン動翼１４とタービン静翼１３の全面およびタービン５のケーシング５ａ内側全面には、燃焼ガスＧ1 中のＮＯX やＣＯなどの廃ガス成分を分解・低減する廃ガス分解触媒層Ｃが形成されている。
【００２２】
ＮＯX の分解・低減を行う廃ガス分解触媒層Ｃは、バナジウム、コバルト、鉄、ロジウム、ルテニウムから選択される一種または二種以上の混合物から構成され、ＣＯの分解・低減を行う上記廃ガス分解触媒層Ｃは、白金またはパラジウム、あるいはそれらの混合物から構成される。
【００２３】
廃ガス分解触媒層Ｃは、空気中の微細粒によるエロージョンによって摩耗する分だけコーティング（付着）されていればよく、定期的に行われるオーバーホールまで存在していれば十分であるため、膜厚は数μｍ〜数十μｍ程度で十分である。
【００２４】
燃焼ガスＧ1中のＮＯXやＣＯなどの廃ガス成分には、それぞれ除去に最適な温度があり、ＮＯXについては約６００〜１，２００℃、ＣＯについては約４００℃以上である。このため、ＮＯX用及びＣＯ用の各廃ガス分解触媒層Ｃの形成の際にはタービン５内部の温度分布を考慮する必要があり、ＮＯX用の廃ガス分解触媒層ＣはＣＯ用の廃ガス分解触媒層Ｃよりもタービン５の上流側（図中の左側）に形成される。
【００２５】
本発明における廃ガス分解触媒層Ｃのコーティング（形成）はプラズマ溶射で行うのが好ましいが、特にこれに限定するものではなく、蒸着、ＰＶＤ、ＣＶＤ、塗布・焼付け（ゾルゲル法）などであってもよいことは言うまでもない。
【００２６】
次に、本発明の作用を説明する。
【００２７】
触媒付エンジン１の前方の入口案内翼７を始動させ、空気取入口８から圧縮機３内部に空気Ａ1 を導入する。入口案内翼７が回転することによって、入口案内翼７に接続された軸１５が回転する。圧縮機３内部に導入された空気Ａ1 は、軸１５と共に回転する圧縮機動翼９と圧縮機静翼１０により圧縮されて圧縮空気Ａ2 となる。
【００２８】
圧縮空気Ａ2 は、燃焼器４内部に送給されると共に、燃料噴射弁１１から供給される燃料Ｆと混合されて混合気（図示せず）となる。この混合気を燃焼させて燃焼ガスＧ1 とし、タービンノズル１２を介してタービン５に送給する。
【００２９】
この燃焼ガスＧ1 をタービン動翼１４に当てることによって軸１５を回転させ、軸１５に接続された入口案内翼７を回転させ、新たな空気Ａ1 を圧縮機３内部に次々に導入する。その後、燃焼ガスＧ1 を、ジェットノズル６から排ガスＧ2 として排出する。
【００３０】
タービン５内部において、タービン５の回転効率を向上させるために、燃焼ガスＧ1 はタービン動翼１４およびタービン静翼１３によって整流されている。すなわち、燃焼ガスＧ1 は、タービン動翼１４とタービン静翼１３とで形成される流路（図示せず）に沿って流れるように制御されており、燃焼ガスＧ1 とタービン動翼１４およびタービン静翼１３との接触はもともと良好である。
【００３１】
この燃焼ガスＧ1 とタービン動翼１４およびタービン静翼１３との良好な接触性を活かすべく、タービン動翼１４とタービン静翼１３の全面、または、タービン動翼１４とタービン静翼１３の全面およびタービン５のケーシング５ａ内側全面に廃ガス分解触媒層Ｃを形成し、これによって燃焼ガスＧ1 中のＮＯX やＣＯなどの廃ガス成分を分解・低減する。
【００３２】
すなわち、遮熱コーティング材の担体（例えば、ジルコニアなど）に、バナジウム、コバルト、鉄、ロジウム、ルテニウムなどのＮＯX用の廃ガス分解触媒、白金またはパラジウムなどのＣＯ用の廃ガス分解触媒をそれぞれ担持させて多孔質の触媒粉を形成し、これらの多孔質触媒粉を、組立て前のタービン動翼１４とタービン静翼１３の全面、または、タービン動翼１４とタービン静翼１３の全面およびタービン５のケーシング５ａ内側全面にプラズマ溶射し、タービンの上流側にＮＯX用の廃ガス分解触媒層Ｃを、下流側にＣＯ用の廃ガス分解触媒層Ｃを形成する。これによって、遮熱と燃焼ガスＧ1中のＮＯXやＣＯなどの廃ガス成分の除去とを同時に行うことができる。
【００３３】
ここで、空気Ａ1 を効率的に導入すべく表面滑らかにコーティングされた圧縮機動翼９および圧縮機静翼１０と異なり、タービン静翼１３とタービン動翼１４との表面全面には、膜厚約１００〜２００μｍの遮熱コーティング（Ｚｒ、Ｍ−ＣｒＡｌＹ（Ｍ−クラリ）など）が施されており、タービン静翼１３およびタービン動翼１４の表面状態は粗くなっている。このため、タービン静翼１３およびタービン動翼１４の表面状態（平滑性）はあまりシビアでなく、廃ガス分解触媒層Ｃが燃焼ガスＧ1 の流れに影響を与えるということは殆どない。
【００３４】
次に、本発明の他の実施の形態を説明する。
【００３５】
本発明においては、ＮＯX用及びＣＯ用の各廃ガス分解触媒層Ｃをタービン静翼１３とタービン動翼１４の全面およびタービン５のケーシング５ａ内側全面に形成したものについて述べたが、各廃ガス分解触媒層Ｃの形成がタービン静翼１３とタービン動翼１４のみであってもよいことは言うまでもなく、これによって、ＮＯX用及びＣＯ用の各廃ガス分解触媒の使用量を抑えることができると共に、製造コストを抑えることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、エンジンの内側表面で、タービンの、上流側にＮＯX用の廃ガス分解触媒層を、下流側にＣＯ用の廃ガス分解触媒層を形成しているため、エンジンと別途な触媒処理装置を必要とせず、最高出力時においても排ガス中のＮＯXやＣＯなどの廃ガス成分の濃度制御が容易であり、かつ、燃焼ガス中の廃ガス成分の分解・低減を行うことができると共に、高温の燃焼ガスの遮熱を行うことができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の触媒付きエンジンのタービン部の透視斜視図である。
【図２】本発明の触媒付エンジンの横断面の一例を示す図である。
【図３】図２における要部拡大図である。
【符号の説明】
１  触媒付エンジン
３  圧縮機
４  燃焼器
５  タービン
５ａ  ケーシング
１１  燃料噴射弁
１３  タービン静翼
１４  タービン動翼
Ａ1   空気
Ａ2   圧縮空気
Ｆ  燃料
Ｇ1   燃焼ガス
Ｇ2   排ガス
Ｃ  廃ガス分解触媒層
【図１】
0003924826.tif 000002
【図２】
0003924826.tif 000003
【図３】
0003924826.tif 000004