汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査

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Systematic Technological Review of General-Purpose Small to Mid-sized Gas Turbines

星野昭史 Akifumi Hoshino■ 要旨
本調査は 1970 年代後半頃から国内において急速に需要を拡大した防災用途の発電装置用をルーツとし、その後各種の非常用発電装置やコージェネレーションシステム等の駆動源として市場を広げてきた国産の小容量陸舶用ガスタービンを対象に実施したものである。
国内の陸舶用ガスタービン生産の現状は、容量ベースで云えば全体需要の 85％は事業用を中心とする “ 大型常用発電用途 ” が占めており、一方台数ベースで見ると全需要の 70％が “ 中小型の非常発電用途 ” となっている。
即ち、国内の陸舶用ガスタービンの生産統計を見ると、それらの用途は上述した二つに大きく二極化されている事が判る。
昨年度調査報告された「産業用大型ガスタービン」はこの二極化した一方の “ 大型常用発電用途 ” を対象としたもので、本年はもう一方の “ 中小型非常用発電用途 ” を中心とした「汎用中小型ガスタービン」について調査報告するものである。
ガスタービンは第二次世界大戦後、航空用として大きく発展しその成果が陸舶用にも波及して地上用途の拡大をもたらした。わが国では敗戦後直ちに施行された「航空禁止令」により航空用エンジンについては 7 年間の完
全空白期間が生じた結果、開発／設計等の先端分野では先進諸国に対して決定的な遅れをとる事となった。一方、陸舶用の場合も戦後暫くは低迷時期が続いたが、1970 年代に入ると日本経済の成長と共に事業用のガスタービン
発電所等の新規需要が活発化して大型部門の市場が徐々に拡大していった。また小型陸舶用ガスタービンについて、1960 年代後半頃から世界的な流れを受けて車両用ガスタービンの研究開発が自動車メーカを中心に活発に行われたほか、航空用ガスタービンの地上用途転用等輸入エンジンによる小型ガスタービンの陸舶用途開拓が国内の各方面で盛んに試みられていた。
このようななか、1974 年に実施された消防法の大改正によりビルや大型店舗等に対する防災用発電設備の設置義務が強化され、此れを契機にして小型ガスタービンを駆動源とする非常用発電装置の評価が急速に高まりその需要が拡大していった。即ち、従来この市場はディーゼルエンジンがほぼ独占していたが、これに対してガスタービンは圧倒的に小型軽量で振動騒音が少なく、しかも冷却設備が不要等の特長を持っており、据付工事及び保守の容易さ等が高く評価されて非常用途に適した新しいタイプの原動機として急速に市場へ浸透していった。
此処で非常用発電市場に新しく登場した小容量のガスタービンは当初純国産品は少なく多くは輸入エンジンであったが、市場が拡大するに連れて品揃えや価格面等で輸入品の限界が目立つようになり、その対策として国産
中小型ガスタービンの開発が各所で活発に行われた。
国産化の動きにはガスタービンメーカのみならず、従来この市場を独占していたディーゼルエンジンメーカも積極的に参加した。これらのディーゼルメーカは元々過給機とは馴染みが深く、構造上これと共通点が多い中小型の非常用ガスタービン開発に取り組み易い環境にあった事から多くのメーカが挙って国産化を推進した。この結果、1970 年代後半頃から国内での陸舶用中小型ガスタービンの生産台数が一気に増加した。
更に 1980 年代の後半に入ると省エネルギー／環境問題等への対応から、小規模なガスタービンコージェネレー
ションシステムが注目されるようになり、これに伴って関連する中小型ガスタービンの更なる高効率化／低公害
化／信頼性向上等が求められ、各社が競って高性能機の開発に取り組んだ。また、ガスタービン本体の高性能化と並行してコージェネレーションシステム全体についても、熱電比可変形をはじめ様々なシステムが新たに開発されて、小規模ガスタービンコージェネレーションシステムの熱効率の向上と低公害化の推進に大いに寄与した。
本編で採り上げた非常用をルーツとする中小型のガスタービンは当初、数百 kW 級の小型機が中心であったが、近年になって非常用／常用共に容量が徐々に大型化する傾向が見られ、その反動で小型機種は市場競争力を失いつつある。これは元来、ガスタービンは “ 大出力に適した原動機 ” であると云う本質に起因した部分も含まれているが、一方では特に非常用の場合は安易に大型化に流されて小型機種の競争力強化を怠った結果とも云え、今一度原点に戻って小型ガスタービンのあり方を見直す時期にあるように思える。

■ Abstract
This study examines small-capacity gas turbines for land and marine applications manufactured in Japan. Demand for the gas turbines asa power generation tool for disaster mitigation purposes grew rapidly in latter half of the 1970s. Afterwards, the market for gas turbines for
emergency power generation and for co-generation systems continued to grow.
If we look at the current state of the domestic manufacture of gas turbines for land and marine use, we find that, by capacity base, 85 percent
of overall demand is made up of large-scale turbines for continuous power generation. On the other hand, by number of units manufactured, 70
percent of overall demand is for small and mid-sized turbines for emergency power generation. In other words, the manufacturing numbers fordomestic land and marine gas turbines show a major bipolarization based on the purpose of use.
Our study of “Industrial Large-scale Gas Turbines,” published last year, examined one pole in the manufacture of gas turbines. This year, our studyof “General-Purpose Small-Scale Gas Turbines” focuses on the other pole of the manufacture of gas turbines.
Gas turbines developed significantly for aircraft use after the Second World War, and as a result, their use expanded to land and marine
applications. Immediately after the war, Japan was forbidden by the terms of its surrender from producing airplanes. As a result, there was complete
inactivity for seven years in the field of aircraft engines, and Japan decisively fell behind advanced nations in the areas requiring sophistication, suchas development and design. Turbines for land and marine applications were also sluggish after the war, but the market for large-scale turbines grew
gradually in the 1970s as the growth of the Japanese economy spurred new demand for industrial gas turbine power generation facilities. As forsmall-scale land and marine gas turbines, R&D of gas turbines for automobiles had been vigorously pursued by auto manufacturers since the latter
half of the 1960s due to the influence of worldwide trends. As well as, pioneering the use of small land and marine gas turbines had been actively
pursued by Japan through the import and conversion of aircraft gas turbines.
In the midst of these developments, major revisions to the Fire Service Act in 1974 strengthened requirements for disaster mitigation power
generation facilities in buildings and large shops. As a result, evaluation of small gas turbines as the drive source for emergency electrical generators
grew rapidly and their demand increased as well. Previously, this market had been dominated by diesel engines. However, because gas turbines
were overwhelmingly more compact and quieter, and furthermore, did not require cooling equipment and were easier to mount and maintain, they
drew praises as a new type of prime-mover for emergency use and rapidly penetrated the market.
Initially, the small-capacity gas turbines introduced in the emergency power generation market were not 100 percent domestically manufactured
products, and many were imported engines. However, as the market grew, imported products hit limitations in terms of selection and price, and in
response, development of domestically produced small and mid-sized gas turbines were energized around the country.
The domestication of manufacturing drew participation from not only gas turbine manufacturers but also manufacturers of diesel engines, which
had previously dominated this market. Diesel manufacturers had deep familiarity with force induction, and this area shared in the construction ofgas turbines allowed them to easily participate in efforts to build small and mid-sized emergency gas turbines. The efforts of many manufacturers
advanced the domestication of manufacturing, and as result, the number of units of small and mid-sized land and marine gas turbines produced inJapan grew in a single leap from the latter half of the 1970s.
Furthermore, in the latter half of the 1980s, attention was drawn to small-scale gas turbine co-generation systems in response to growing energy
and environmental concerns. Demand grew for small and mid-sized gas turbines that were even more efficient, less harmful to the environment, andhad greater reliability, drawing efforts from competing companies in the development of more advanced features. Besides advancements in the gas
turbines themselves, new features were also introduced to co-generation systems, such as variable heat-to-power ratio configuration, contributing
greatly to improvements in the thermal efficiency and environmental friendliness of small-scale gas turbine co-generation systems.
The small and mid-sized gas turbines used as emergency solutions discussed in this study were initially centered on small units that produced
power in the several hundred kW range. In recent years, however, a gradually growing trend can be seen in increased capacity for both emergency
and continuous power use. As a consequence, small-scale models have been steadily losing competitiveness in the market-place. A componentof the trend may be that originally, gas turbines were considered to be “power drives suitable for high outputs”. Also, as they are used only for
emergencies, they can be made larger relatively easier, and as a result, manufacturers neglected to strengthen the competitiveness of smaller-scalemodels. The current situation calls for a review of the origin and competitiveness of small gas turbines.

■ Profile星野■ Contents

昭史 Akifumi Hoshino

国立科学博物館産業技術史資料情報センター主任調査員
1961年
1961年

3月
4月

1996年 6月
2000年 6月
2001年 6月
   同年 同月
2002年 6月
2009年 4月
その他

九州大学工学部航空工学科卒業
川崎重工業株式会社入社
以降、同社明石工場にて主として汎用ガスタービ
ンの開発、設計業務に従事
同社汎用ガスタービン事業部長
同社ガスタービン開発センター長
同社退職
川重明石エンジニアリング入社
同社退職
国立科学博物館産業技術史資料情報センター
主任調査員
日本ガスタービン学会会員

1. はじめに… ……………………………………………319
2. 国内ガスタービン産業の現状… ……………………320
3. 汎用中小型ガスタービンについて… ………………324
4. 黎明期（1945 年〜 1970 年代半ば頃）：汎用中小型ガスタービンの夜明け前…………327
5. 急成長期（1970 年代半ば〜 1990 年頃）：国産化の推進……………………………………337
6. 成熟期（1990 年〜現在）：高性能化への取り組み…………………………348
7. 今後の展望… …………………………………………375
8. おわりに… ……………………………………………377
謝辞………………………………………………………377
登録候補一覧……………………………………………378
技術の系統図……………………………………………379

1 はじめに
ガスタービンは軽量コンパクトで大出力を得易い事

して中小型ガスタービンの需要が飛躍的に拡大した時から航空用として目覚ましい発展を遂げ、航空用途で期で、これを契機に国産化の動きが急速に活発化しは広い範囲でほぼ全面的に市場を独占している。一方、た。本章では関連する各社の動きを紹介するとともに、

陸舶用については事業用等の大型発電分野で順調に需各々の主力機種について開発の背景等を含み解説して要を拡大してきたが、出力の小さな分野では低い熱効いる。また、国産化が一気に進んで防災市場に確固と率や高いコストが足枷となって中々普及が進まなかっした地歩を築いた経緯や技術的な背景についても記述た。併しながら近年、経済性以外に環境適応性等も参した。更にこの時期、移動用電源やポンプ駆動用等の入の重要な要件となるなど市場環境も変化した結果、新しい用途開発も活発に行われており、これらの動き

小型ガスタービンの活躍する場も増えてきている。こについても紹介している。

の調査研究は上記の流れに沿って、1970 年代半ばの消第 6 章では 1990 年以降の成熟期の動きについて解説

防法改正をきっかけに非常用として誕生し、更にコーした。この時期には中小型ガスタービンの新たな用途

ジェネレーションシステム等の常用としても需要を拡として小規模コージェネレーションシステムが注目さげた「汎用中小型ガスタービン」を対象に実施した。

れるようになり、低公害で高効率な新機種の研究開発

本報告書の第 2 章では日本ガスタービン学会の生産統が関連各社を中心に活発に行われた。本章ではこれら

計資料を基に、国内におけるガスタービン産業の現状に

各社の新機種及び関連する新技術を紹介すると同時に、ついて紹介している。この中では特に陸舶用ガスタービ

様々なコージェネレーションシステム関連技術についンについて、用途別／容量別の現状及び生産推移について概説している。更にこの時期活発化したマイクロガて述べると同時に、本研究の対象とする「汎用中小型ガ

スタービンの動向及びセラミックガスタービン（CGT）

スタービン」の位置付けについて解説している。

／アドバンスドコージェネレーションテクノロジー

第 3 章では此処で取り上げた「汎用中小型ガスター（ACT90） ／ ス ー パ ー マ リ ン ガ ス タ ー ビ ン（SMGT） 等

ビン」について、市場参入の背景／現況等についてその小型ガスタービンに関する国家プロジェクトについの概要を解説すると同時に、国内における研究開発動ても紹介している。また近年、成熟化につれて非常用

向について紹介している。また、ガスタービンの一般／常用の両用途共に大型化していく傾向が見られるが、的な特性について他の熱機関と比較しながら説明し、この動きについても私見を交えながら解説した。

特に小型ガスタービンの抱える本質的な課題を採り上げ解説している。

第 7 章では今後の展望について私見を述べている。
コージェネレーションシステムに代表される常用につ第 4 〜 6 章では汎用中小型ガスタービンの発達の歴史

いては小型ガスタービンのアキレス腱とも云うべき軸について、国内を中心にした第二次世界大戦後から現在

端熱効率の改善が必須の課題で、セラミック材の利用

迄の流れを生産推移を基に三分割し、それぞれ黎明期、等ガスタービンの簡潔さを損なわない画期的な方策の急成長期、成熟期として各期毎の動きを紹介している。

開発を進める必要があるとした。また、非常用についこの内、第 4 章では 1945 〜 1970 年代半ば頃の黎明ては特に競争力を失いつつある小型分野を中心に、単期について、戦後間もないこの時期に官主導で開発さ

純／小型／軽量等の特長をさらに追及して一層ブラッれた始動用や消防用の小型ガスタービンを紹介した。

シュアップする努力が必要とした。

また、当時世界の各地で活発化した自動車用等の一般

最後に第 8 章では「おわりに」として、本調査の対産業用中小型ガスタービンの開発及びそれに呼応した

象範囲について説明している。即ち、本調査の対象は国内の車両用ガスタービンに関する開発研究について原則として国産ガスタービンに限定しており、輸入エ

紹介している。更にこの時期の陸舶用を中心とする市

ンジンについては殆ど触れなかった。また、いわゆる場動向についてその動きの概略を記述している。1974「軽構造型」を中心としており、大型陸舶用にルーツ年に行われた消防法の改正は非常用ガスタービンの普を持つ「重構造型」は、容量的に対象になる場合も殆及を促す重要なきっかけとなったが、本章ではこの経ど説明を省略している。

緯についても解説している。
また、第 5 章では 1970 年代半ば〜 1990 年頃の急成長期について紹介した。これは非常発電用途を中心に

また、巻末には本編で取り上げた技術の変遷を、社
会情勢等時代の移り変わりと対比して系統図として掲示した。

汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査319

2 国内ガスタービン産業の現状
社団法人日本ガスタービン学会では例年、前年度の現在、特に大型ガスタービンは高効率化が進むに比国内ガスタービン（ライセンス製造エンジンも含む）

例して単機出力がますます大出力化する傾向にあり、生産統計を集計し学会誌上で公表している。データは事業用等では数百 MW 級のガスタービンが標準的サ

航空用ガスタービンと陸舶用ガスタービンに大別してイズとなっている現状を見ると、現在日本ガスタービ

表示されている。資料提供は毎年、航空用については

ン学会の生産統計で使われている 22,065kW と言う区

3 社、陸舶用については約 15 社程度から受けており、分の数値は小さ過ぎる感もある。しかしながら、現状

これらの各社が現在国内のガスタービン生産に携わるでは本統計が国内ガスタービン生産のほぼ唯一のデー

主要なメーカとなっている。

タであり、データの継続性・利便性等を優先して本文周知のとおり、ガスタービンは第二次世界大戦後航ではそのまま使用する事とした。

空用として大きく発展し、それらの成果が陸舶用ガス
タービンの発達にも大きく貢献して地上用途や需要の2.2 主要製品及びメーカ

拡大に繋がった。すなわち、航空用と陸舶用ではその用途や使用環境・条件等の違いから、外観・構造等に

図 2.1 に示す図表は日本ガスタービン学会編纂の生はしばしば明確な差異が見受けられるが、主要な要素

産統計資料を基に、陸舶用ガスタービン及び航空用ガの設計技術や耐熱材料など基礎技術については共通すスタービンの其々について大まかな用途別に分類される部分が多く、相互の技術交流も盛んである。

ている状況を図示したものである。また、上の枠内に本報告書で取り上げている汎用中小型ガスタービン

は国内の主要なガスタービンメーカを同じく陸舶用及は陸舶用ガスタービンに分類されるものであるが、こび航空用の其々について挙げているが、ここに掲示し

こではこのような観点からまず航空用を含む国内のガたメーカ名は基本的にはその年に（ここでは 2008 年）

スタービン産業全体の現状について概説し、国内市場の規模や動向とともに、欧米のガスタービン先進諸国との関連や世界市場における我が国ガスタービン産業の位置付けを紹介する。

2.1 容量（出力の大きさ）別の分類について
本報告書で使用している日本ガスタービン学会の生産統計データは用途別に分類されていると同時に、其々の出力の大きさに応じて小型・中型・大型の三種類に分けて表示されている。その中で、出力による区分については出力 735kW 以下を小型、736kW 〜
22,064kW を中型、22,065kW 以上を大型と分類して表示している。
この区分に使用されている数値は中途半端なものでやや違和感があるが、これは本統計が始まった頃の年
代に使用されていた出力単位がメートル法に準じたものでなかった事に由来している。すなわち、本統計は昭和 40 年代初頭から開始されているが、当時の出力単位は PS を主流としており、1,000PS 未満を小型、1,000PS 以上 30,000PS 未満を中型、30,000PS 以上を大型として分類していたが、近年のメートル法施行と

注 ：台数は 2002 〜 2008 年迄の 7 年間の累計台数ベースで非常用が陸舶用ガスタービンの 7 割を占める。

共に区分の表示も kW にそのまま直訳的に変更され

図 2.1 国内ガスタービンの主要製品（1）た事による。

320

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.15 2010.March

生産統計資料を日本ガスタービン学会に提供したメー

2.2.2

陸舶用ガスタービン

カで、従ってその内容は年毎に若干の入れ変わりがあ図 2.1 には陸舶用ガスタービンの用途別分類と国内る。但し大方の主要メーカは毎年ほぼコンスタントにの主要メーカ一覧を表示している。陸舶用のガスター生産を継続しており、その意味で主要メーカについて

ビンはその大半（容量ベースでは 95％以上、台数基はほぼ漏れなく表示されていると考えて間違いないと

準でも 85％以上）が発電用で、他はポンプや圧縮機言える。

等の機械駆動用及び護衛艦推進用に使用されている舶
用ガスタービン等が比較的コンスタントな「その他の2.2.1

航空用ガスタービン

国内航空用ガスタービンは図 2.1 に示す通り、大別

用途」として挙げられ、大別すると図 2.1 のように分類して図示することができる。

して防衛省需要及び民間航空用の二つに分類すること

さらに発電用はその用途に応じて事業用と自家用にができる。このうち防衛省需要用の方は 2008 年の生分類できる。事業用は文字通り発電を事業とする電力

産実績をみるとターボジェット / ファンのカテゴリー

会社で火力発電用として使用されるガスタービンで、に属するもので戦闘機用主エンジン 6 台、またターボ

通常はベースロードとして常時連続運転されている。

シャフト / プロップのカテゴリーに属するもので 6 機

事業用のガスタービンは近年の著しい熱効率の向上に

種のヘリコプター駆動用ガスタービン 45 台が生産さ比例する形で、その単機容量（出力）は益々大型化すれている。これらの航空用ガスタービンはいずれも欧る傾向にある。現在、その単機出力が 300MW 近い大米メーカのライセンス製造エンジンで、当年は純国産型機種が段々と主流になってきている。

エンジンの生産実績はなかった。

自家用は基本的には工場とか地域冷暖房などで使用

近年、国内の航空用ガスタービン生産全体の動向されるコージェネレーションシステム等のエネルギーとして、防衛省向けの新規製造需要が減少傾向にあ供給設備の主機として使用される常用用途以外に、停る の に 対 し て、V2500 ／ GE90 ／ CF34 ／ TRENT ／電時や災害発生時の防災用として使用される非常用途

PW4000 と言った民間航空用大型ファンエンジンの国の二種類に大別できる。常用用途のなかには多くの輸際共同開発関連の生産が増加する傾向が顕著に見られ出品が含まれているが、これらの内、特に大型機種はるようになってきた。この国際共同開発関連の製品は国内ではしばしば事業用に近い用途のものが多く含ま

何れもファン／低圧タービン／アクセサリーギアボッ

れており、この点分類がやや曖昧になっている。

クス等のモジュール及び圧縮機ブレードやファンケー

自家用の場合、大型機種が殆どの事業用とは異なり、シング等の部品類で、その生産規模は年々確実に増加

中小型機種が常用用途に於いて比較的多く使用されて傾向にあり、モジュール類の出荷台数を例にとると年いる。これらは近年省エネルギーや環境対策の一環と間の合計では 1,100 台を超える数量が生産されている

してコージェネレーションシステムの普及が広まり、等、生産量は既に相当な額に達している。

数十 MW 級以下の中小規模のコージェネレーション

世界の民間航空輸送は年間 5％の規模で年々拡大を続けており、今後も引き続き将来の発展が見込まれるシステムが工場や地域の省エネルギー設備として導入される例が増えてきている事に起因している。

有望な市場である。航空用ガスタービンの市場はその

陸舶用ガスタービンは用途別及び容量別に縦横に分

創成期から半世紀以上の長きにわたり、GE（General

類すると、現在大きく二極化していることが判る。表Electric），P&W（Pratt ＆ Whitney），R/R（Rolls

2.1 はその分類を表示したものであるが、その内容をRoyce）の三大メーカがほぼ独占している状況が続いみると容量ベースで言えば陸舶用の 85％以上を事業ている。これは航空用エンジンに要求される厳しい技

用等の大型常用発電用ガスタービンが占めており、一術基準／開発に要する多額の投資と長期の回収期間

方台数ベースで言えば全体の 70％近くを防災用など

等、この事業固有の特殊な事情に起因している。現

非常用発電用ガスタービンが占めていることが判る。

在、民間航空用エンジンの開発はこの三大メーカを

このうち、非常用は中小型機種を中心とした用途でOEM（Original Engine Manufacturer） と す る RSP

本文のメインテーマとして取り上げた汎用中小型ガス（Risk&Revenue Share Partner）方式による国際共同

タービンの中核となる用途である。昨年度、産業技術開発が主流であり、従ってパートナーとなる他メーカの系統化調査研究の一環として取り上げられた「事業の参画できる内容は限定的で、この体制は当分の間続用大型ガスタービン」は、国内においても戦後間もなくことが予想される。

い時期より純粋に陸舶用として開発が進められて、順調に改良を進め今日の発展に至っている。

汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査

321

表 2.1 2002 〜 2008 年の陸舶用ガスタービン（1）ペースで細々と続いていた。1960 年代に入ると小型機を中心に徐々に生産台数を増やして年間 2 〜 30 台

小形（～ 735kW）

中形（736 ～
22,064kW）

大形（22,065kW ～）

台数

出力
（kW）

台数

出力
（kW）

台数

出力
（kW）

合計

事業用

ベース
ロード

0

0

11

68,32063

7,317,920

74

7,386,240

その他

0

0

3

15,000280,3105

95,310常用

191

38,135215 1,074,549

非常用 1,033 374,566

965 1,836,540

自家用

台数

出力
（kW）

その他
合計

297

46,198100

144 17,290,360
0581,249

1,521 458,899 1,294 3,575,6581

550 18,403,044

0 1,998
25,000398

2,211,106
652,447

210 24,713,590 3,025 28,748,147程度となるが、やがて 1970 年代後半に入るとさらに急激に台数が増えて年間数百台のペースまで生産規模が拡大してくる。
この間の生産台数及び生産容量（出力）の推移は日本ガスタービン学会の陸舶用ガスタービン生産統計
データとして図 2.2 及び図 2.3 のように纏められている。

注：年度別の生産高は年毎のバラツキが大きいため、2002 〜 2008 年
迄の 7 年間の累計で平準化して表示

これに対して、ここに取り上げた汎用中小型ガス
タービンは 1970 年代の消防法改正を契機に需要を急増させたもので、その構造形式は戦後欧米のガスター
ビン先進諸国で急速に発達した航空用ガスタービンの内、 ヘ リ コ プ タ ー や APU（Auxiliary Power Unit：
補助動力装置）に使用されている小型ガスタービンの流れを汲むもので、大型陸舶用機種の重構造タイプに

図 2.2 陸舶用ガスタービン生産実績（台数の推移）（1）対して一般に軽構造タイプと呼ばれる型式が主体となる。

2.3 陸舶用ガスタービンの生産推移
日本ガスタービン学会がまとめた国内ガスタービ
ンの生産統計には、戦後間もない 1948 年に研究用として鉄道技術研究所に納入された出力 1,640kW の通称「1 号ガスタービン」で知られている東芝製の陸舶用ガスタービンに遡りデータが集計されている。
「1号ガスタービン」については昨年度の産業用大型ガス

図 2.3 陸舶用ガスタービン生産実績（出力の推移）（1）

タービンの「技術系統化調査」の中で詳細に説明されており、ここでの詳しい説明は省略するが、本機の完成が我が国における陸舶用ガスタービンの幕明けとなった事は周知の事実である。

生産台数推移図 2.2 は戦後 60 年間の陸舶用ガスタービン生産台
数推移を出力別に小型、中型、大型の三機種に分類し一方、航空用については戦後直ちに GHQ（Generalて棒グラフ化したものである。このグラフを見ると、Headquarters：連合国総司令部）により発令された「航陸舶用ガスタービンは 1977 年頃を一つの契機として

空禁止令」により、航空に関する一切の研究・生産が生産台数が急激に増加しており、かつその伸びの原動禁止されて、1952 年に再びこれが解除されるまでに 7力が中小型機種にある事が良く判る。さらにこの中身

年間の完全な空白期間が生じた。この間における欧米を用途別に見てみると、この時期にガスタービン駆動の航空用ガスタービンの発達は目覚ましく、軍用機を非常用発電装置の需要が急拡大しており、これがその中心にジェット化が著しく進展した。そしてこの空白後の陸舶用ガスタービン市場拡大の大きな牽引力の一期間がその後の航空産業発展に対する大きな足枷となつとなっている事が判る。

り、今日我が国が欧米の先進諸国に大きく水をあけら

さらにその後十数年経過して 1990 年代に入ると、
この伸びはやや鈍化して国内陸舶用ガスタービンの生れる要因となった。

322

2.3.1

陸舶用ガスタービンの国内生産は 1948 年の「一号産台数は、ほぼ現状のペースに落ち着く傾向が見られガスタービン」以来、1960 年代初頭位までの 10 数年

るようになる。この時期になるとそれまで小型機種が間は教育用や舶用等の用途を中心に年間 1 〜 2 台の中心であった非常用のガスタービン発電装置が徐々に

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.15 2010.March大出力化していくようになり、需要の中心が中型機種

中小型発電用ガスタービンの販売数量が陸舶用全体のに移っていく傾向が見られて、その分台数の伸びが鈍中で圧倒的な割合を示しているのに対して、年間の生化するようになっている。

産容量（出力）の場合は図 2.3 で明白なように、事業

また、この時期になると汎用中小型ガスタービンの用等の大型発電用ガスタービンの販売量が市場を完全

新たな用途として分散型の中小型コージェネレーショに支配しており、台数と容量で市場のリーダが夫々異ンシステムが脚光を浴びるようになり、この方面でのなっている事が要因となっている。

新市場開拓が活発に行われるようになった。

一方、本文の主題とする中小型ガスタービンに限定

一般にガスタービンは排気が清浄で、かつ燃焼温度

してこれらの図を注視すると、近年（2000 年以降）、の低減などによる低 NOx 化が比較的容易な事から、生産容量はほぼ横這いで推移しているのに対して生産

様々なタイプのエネルギー供給設備の中でも環境に優

台数はやや減少気味な様子が見られる。これは需要のしい部類に属する熱機関と言える。また、ガスタービ

中心が従来の小型から徐々によりサイズの大きな中ンは再利用可能な排熱量が多く、ボイラや吸収式冷凍型機種へ移行しつつ有る事を示している。すなわち、機等の排熱回収装置との組み合わせにより様々な形で1970 年代後半〜 1990 年代以前までの初期市場開拓の

熱効率の向上を図ることが出来る。この為、非常用発中心となった既設ビル等の小型防災用電源の需要がほ

電装置の普及により中小型ガスタービンに対する市場

ぼ一巡し、代わって近年になると電話・インターネッの認識度も徐々に深まったこの時期になると、地域冷ト等の情報産業や銀行・証券会社等の金融事業等で停暖房設備や比較的小規模な工場エネルギー供給設備に電対策の重要度が増して、この方面で非常用発電設備

適した省エネルギー設備としても注目されるようにの需要が増えてきた事が要因の一つとなっている。すなった。

なわち、これらの用途に必要な発電設備の容量は一般

このようにそれ迄非常用発電装置に限定的であったに十数 MW 級の非常用としては比較的大型なものが中小型ガスタービンの用途が、分散型の小規模なコー

多く、従って使用されるガスタービンも中型機種が中ジェネレーションシステムと言う新たな需要を見つけ心となる事による。

て市場を拡大していった。この結果、中小型の汎用ガ

また、前述のように 1990 年代以降になると分散型

スタービンは国内の各種エネルギー供給設備市場で一のコージェネレーションシステムが徐々に普及してく定の評価を獲得し、徐々にその地位は確固としたもの

るようになる。一般にコージェネレーションシステムとなっていく事になる。

の場合、小規模といえども需要の中心は数 MW 級以上であり、従って駆動源となるガスタービンは本文の2.3.2

生産容量（出力）推移

図 2.3 は国内陸舶用ガスタービンの年間生産量を容分類で言えば殆どが中型機種に分類される大きさとなる事もこの要因の一つとして挙げられる。

量（出力）ベースで集計し、年毎の推移をグラフ化して図示したものである。図 2.3 を台数ベースの図 2.2

参考文献と比較すると、両者にはそのトレンドに若干の差異が（1） ガスタービン学会統計作成委員会：「2008 年ガス

見て取れる。
これは台数については図 2.2 より明らかなように、タービン及び過給機生産統計」, 日本ガスタービ
ン学会誌，Vol.37，No.4，PP.250-260 （2009）他

汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査323

3 汎用中小型ガスタービンについて
第二次世界大戦以降の市場動向を見ると、国内陸舶舶用途についても一時期ガスタービンに対する期待が用ガスタービン市場は 1977 年頃から急激に生産台数一気に膨らみ、1950 〜 1970 年代に掛けて欧米のガスを増やし拡大している。第 2 章ではその急拡大の原動

タービン先進諸国において、自動車用を始め鉄道用／力となったのが、この時期に非常用発電装置の駆動源

舶用／ポンプ駆動用／発電用等の様々な一般地上用途として新たに市場へ参入してきた「汎用中小型ガスを目指して各種の陸舶用中小型ガスタービンの開発研

タービン」
である事を示し、本年度はこれをメインテー究が盛んに行われた。併しながら、これらは軍用や石マとして調査研究する事とした。

油／ガス掘削用等の一部特殊な場合を除き、主に燃費

本章ではこの「汎用中小型ガスタービン」について、市場や用途開発動向の概要を紹介しながら、その特性とそれに付随する課題について概説し、「中小型ガス
タービン」の理解を深める為の一助とする。

や製造コスト等の経済的な理由から、本格的な実用化には中々結びつかなかった。
国内においても先進諸国同様、このような新タイプの陸舶用内燃機関の誕生を期待する当時の世界的な風
潮に後押しされる形で、1960 〜 1970 年代後半にかけ

3.1 国内市場の動きて自動車／航空エンジン／運輸機械等の関連メーカを中心に、様々な種類の陸舶用ガスタービンの開発が進国内に於いては近年、防災用等の非常用発電装置のめられた。またこれらの動きと並行して、ユーザ側と主要な駆動源の一つとして中小型の陸舶用ガスタービの共同で各種の用途開発研究や即効性のある航空転用

ンが確実に定着している。すなわち、国内においては型を利用した用途開発研究も活発に行われた。

非常用発電装置が陸舶用中小型ガスタービンの重要な

これらは世界的な動向と同様、直接成果に結び付く用途の一つとなっているが、このような状況は（現在ものは少なく必ずしも満足いくものではなかったが、のところ）国内特有なもので海外の他地域では余り見その後の消防法の改正を契機にした 1970 年代後半以られない現象である。これは特に地震等の自然災害が降の国内に於ける非常用発電及びこれに続く新分野へ

多く非常用途に対する関心が深い事、地価が高くガスの汎用中小型ガスタービンの普及に、形を変えて大いタービンの省スペース性が高評価を得られ易い事等我に貢献している。

が国特有の事情による所が大きい。
いずれにしろ国内においては事業用等の大型機種と3.3 ガスタービンの特性並んで陸舶用の中小型ガスタービンがこの様に非常用途を突破口としてその需要を拡大し、コージェネレー

ガスタービンの様々な構造形式や分類種別等についションシステム等の新たな用途を開拓しながら各種のては、前年度行われた「産業用大型ガスタービン技術

エネルギー供給市場において確かな地位を確保するにの系統化調査」の中で詳しく説明されており、本調査至っているに於いては省略する。代わって此処では往復動機関との作動原理や構造の違いから生じるガスタービンの特3.2

様々な地上用途開発の試み

性について、ディーゼル機関等の往復動内燃機関と比較しながら、特に中小型ガスタービンを中心にその特周知の通りガスタービンは第二次大戦以降、軽量コ徴を説明する。

ンパクトで大出力を得られ易い等の特質をフルに生かして、航空用を中心にして目覚ましい発達を遂げた。

作動原理と構造ディーゼルエンジン等の往復動機関では一個のシリ

業用発電用途等の大型機を中心とする陸舶用市場へもンダー内で吸気／圧縮／加熱（燃焼）／膨張／排気等

徐々に浸透していった。また、航空用の場合はヘリコの各工程を間欠的／断続的に行うのに対して、ガスプターや APU 等の小出力分野においてもガスタービ

タービンは図 3.1 に示すように圧縮機／燃焼器／ターン化が急速に進み、これに伴って小型化に特有な関連

ビン等の各要素が流れに沿って並び、流れ作業的に連技術も目覚ましく発達した。

続して作動流体を処理していく。この為、短時間に大これら航空用の成果に後押しされる事もあって、陸

324

3.3.1

更にその成果は一部の地上用途にも波及拡大して、事

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.15 2010.March

量の作動流体（空気）を処理する能力に優れ、単純で軽量コンパクトな構造ながら大出力を得られる利点が機関に比べて周波数変動が極めて少なく、良質な電気あり、この点が大きく評価されて航空用原動機として特性が得られる利点がある。

市場を独占している。
3.3.2

部分負荷性能について

前述のように、これまでガスタービンは自動車用を始め多種多様な一般産業用途について、新しい市場開拓を目指して種々開発研究が試みられた。併しながら、航空用としては他を圧倒したガスタービンも地上用途では中々普及が進まなかった。この大きな要因の一つはガスタービンの場合、部分負荷時の性能低下が他の熱機関に比べて大きいと言う欠点があり、自動車用など多くの一般産業用途では部分負荷運転が圧倒的に多い事から、これが致命傷となってガスタービンの地上用途への普及を大きく妨げた事は否定できない。
そこで自動車用ガスタービン等ではこの欠点を補うため、各要素部分に可変機構を取入れたり、熱交換器を付けた再生サイクルを採用するなど様々な対策が試
図 3.1 ガスタービンと往復動機関の作動原理の比較みられたが、構造の複雑化や大型化によるデメリット
は大きく現在のところ挽回は中々困難な状況にある。

また、ガスタービンは圧縮機／燃焼器／タービン等の各構成要素が各々個別の専門プラントとして作動す

3.3.3

小型ガスタービンの熱効率る事から、これらをモジュール化して其々独立に取りガスタービンは元来大容量の用途に適した熱機関

扱い、個々の特性に応じた保守／交換作業が出来るな

で、単機出力が大きくしかも常時フルパワーで連続運

どの利点がある。航空用ではこの特性を活用して現地転される場合が多い事業用発電用途はガスタービンにに於いてモジュール単位で保守点検作業を行い、作業最も適した用途の一つであると言える。実際、大型の効率の改善や寿命管理の精度向上に役立てている。

発電用機種については高温化等による熱効率の向上も一方、往復動機関では作動流体の吸気／燃焼／排気

あって急速に大型化が進んでおり、事業用の最新鋭機が同一場所（シリンダー内）で間欠的に交互に行われでは単機出力 300MW 級が一般的な大きさで、熱効率もる事から、燃焼ガスにさらされる高温部材の冷却がガスタービン単独で 40％に達するまでに進化してい比較的容易で、特に高級な耐熱材料が必要となる事もる。

少ない。これに対してガスタービンの場合は燃焼器／

一方、一般ビルや病院・デパート等の防災用途の需タービン等は常時高温の燃焼ガスに晒されており、必要が多い非常用発電装置の場合、出力 300kW 級が主

然的にニッケル／コバルト等高級な耐熱材料を多用す

力機種の一つになっており、前述の大型機種に比べるると同時に、複雑な冷却構造の採用など構成部材の複と 1,000 分の 1 の出力になる。また熱効率は概略 25％

雑化を招きやすくなる欠点がある。

程度で大型に比べるとかなり低くなる。

ガスタービンは圧縮機やタービン等の各翼列内に大ガスタービンはその内部流路に作動流体（多くは空量の作動流体（空気）を高速で流して大出力を発生さ気及びその燃焼ガス）を高速で流し、動翼を持った回せている。翼列内の回転翼（動翼）は高い効率を得や転体を駆動して動力を得ているが、この時発生する流

すくするため強度の許される限り高い周速で運転され体損失の多くは流路表面の境界層生成に起因する損失る。このためこれらの動翼に繋がる高速軸は非常に高と、動翼先端とケーシング間隙間の洩れに起因する損い速度で回転し、結果として大きな慣性モーメントを失で、これらは何れも流路表面の濡れ面積の大きさに持つことになる。発電用として通常多用される一軸式

大きく左右される。

ガスタービンでは、この高速軸は負荷を駆動する出力

相似則によれば、出力（容量）と濡れ面積（流れの軸に直結しており、急負荷投入などの大きな負荷変動損失量）の間は面積とその周長との関係にあり、このがあった場合、この大きな慣性モーメントがこの変動種の損失の相対量は出力の平方根に逆比例して減少すを吸収する為、慣性モーメントが遥かに小さな往復動る。即ち、前述例のように比較する二機種間に 1,000

汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査

325

倍の出力差がある場合は流体の摩擦や漏れに起因する業用等の陸舶用大型機に採用されている重構造型とは損失の部分は 1 ／ 33 迄減少する。逆に非常用の小型対極をなすものである。即ち、重構造型は一般の陸舶機の出力が事業用の大型機の 1 ／ 1,000 迄小さくなる用途で要求される頑丈さと長寿命に対応した構造で、とこの部分の相対的な損失は 33 倍に膨れ上がって熱従来の蒸気タービンと同じく比較的肉厚なケーシング

効率を大きく悪化させる事になる。

を採用して現地サイトの堅固な土台上でがっちりと組

ガスタービンの熱効率はサイクル最高温度、即ちみ上げる方式である。一方、軽構造型は軽量コンパク

タービン入口温度（TIT）に大きく影響される。大型

ト性が最優先される航空用の流れを引き継いだもの

機では翼構造が大きくなる分複雑な冷却構造を採用すで、ヘリコプターや補助動力装置（APU）の動力源とる事が可能となり、また最新鋭機では蒸気冷却を取して使用されている小型航空用ガスタービンの構造にり入れるなど周辺装置の複雑化・高級化により高い

倣い、ガスタービンの軽量コンパクト性を優先した薄TIT を設定する事が出来る。一方、中小型機の場合

肉の構造形式である。

は冷却部のスペースに制限があり余り複雑な構造がと

災害時等に使用される非常用用途に於いては、緊急れない。この為、近年の最新鋭ガスタービンの TIT

時に急速起動や急負荷投入遮断等の急激な熱変動に迅

は事業用等の 300 ＭＷ級大型機で 1,600℃に達するの

速かつ確実に対応できる事が必要不可欠な要件となに対して、その 1 ／ 10 位の大きさの中型機ではせいる。軽構造型のガスタービンは薄肉で各部の熱容量がぜい 1,300℃が上限となる。また、最初の例で取り上

小さく、こう云った急激な熱変動に対して過大な熱応

げた非常用の 300kW 級小型ガスタービンの場合はス力が発生しにくい事から、非常用に好適な原動機であペースの関係で無冷却となる場合が多く、TIT はせる。また、同様な理由で熱疲労にも強い事から、ピー

いぜい 1,000℃が上限となる。

クカット運転等の頻繁に起動停止を繰り返す用途につ

このようにガスタービンは小型化するほど作動流体

いても採用される例が多い。

の摩擦や漏れに起因する損失が増えると同時に、高温据付やオーバーホール等の保守点検作業において現部の冷却が難しくなって高い TIT が採り辛くなる事

地サイトでの組立作業が多い重構造型に対して、一般等の理由で、その軸端熱効率は急速に悪化するようにに小型で生産量の多い軽構造型は部品／装置類の製造なる。図 3.2 はこの出力と熱効率の関係を実際に稼働／組み立てを工場で行い、現地据え付け後の保守点検

中の様々なサイズのガスタービンをサンプルにして作等はモジュール単位で現地にて新品と交換し、交換品成したもので、図示のように両者の間には明確な相関は工場に持ち帰って点検修理する量産方式が一般的でがある事が確認できる。

ある。この方式は航空用と同じで、現地での作業時間を極力短くして減らして設備の稼働率を高めると同時に、作業の信頼性向上にも大いに貢献している。
陸舶用の中小型ガスタービンは前述のように様々な用途開発が試みられたが、燃費やイニシャルコスト等の経済的な要素が優先されるこれまでの市場では中々需要を伸ばす事が出来なかった。近年になって市場を囲む環境も徐々に変化して、かつて絶対的な条件であった経済性以外に環境対応性等も市場参入の重要な要件となってきている。これらの市場環境の変化に伴い、陸舶用途においても中小型ガスタービンの需要が

注：稼働中の様々な陸舶用ガスタービンをサンプルにして作成したもので、出力と熱効率には明確な相関がある。

徐々に増えつつ有り、今後さらに新たな技術開発が加わって市場拡大が進む可能性がある。

図 3.2 陸舶用ガスタービンの出力と熱効率の傾向（1）

参考文献
3.3.4

軽構造型の特徴（1）杉本：「“内燃機関の変遷と将来展望”汎用中小型

非常用発電装置をルーツとする陸舶用の小型ガスタービンは通常軽構造型と呼ばれる形式の構造で、事326

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.15 2010.March

ガスタービンの要素技術」, 第一回日内連主催講
演会資料，P.5（2009）4 黎明期（1945 年〜 1970 年代半ば頃）：汎用中小型ガスタービンの夜明け前

第 2 章では国内における陸舶用ガスタービン生産量

試みは米国等に於いて 1940 年代後半の早い時期から（台数／容量）の年毎の推移を示した図 2.2 及び図 2.3

行われていた。併しながらその用途は軍用を中心としにおいて、戦後間もない時期に始まり現在に至る時代た特殊な範囲に限られることが多く、そのまま民需用の流れを三分割し、各時代にそれぞれ黎明期、急成長として広く市場に普及する事は少なかった。また、航期、成熟期と名付けて図示した。本章では、この内の空用のターボプロップ機用エンジンを一部改造して地黎明期について汎用中小型ガスタービンを取り巻く時上用に転用する試みは 1950 年代の後半には英国にお代背景や市場動向について以下に紹介する。

いてブリストルーシドレの“Proteus”エンジンを搭載した 3MW 級の発電装置を用いて実験的に行われて

4.1 海外の動向おり、その後ヘリコプター用等のターボシャフトエン
ジンを主体に数 MW 級の比較的小規模な発電装置用

ガスタービンは第二次世界大戦を契機に航空機用のとして多くの航転型ガスタービンが登場した。

原動機として急速に発達し、今日ではほぼ完全に市場

さらに、1960 年代に入るとジェットエンジンの発を独占している。これは中小型の分野についても例外

達普及につれて、J79 ／ JT8D 等の大型ジェットエン

ではなく、一部の小型機を除き、APU（補助動力装置）

ジンをガス発生機にして数十 MW 級の発電機駆動用や GPU（地上動力装置）等の補助動力源を含めて比として転用する例が徐々に増えてきた。また中小型の較的早い時期からガスタービン化が進んでいる。

範疇からは少し外れるが、特に 1960 年代に発生した航空分野における中小型ガスタービンの目覚ましい“ニューヨーク大停電”等を一つの契機にして、事業進歩に刺激を受けて、これらの成果を陸舶用途に広く用についても非常用やピークカット用予備電源のニー応用して市場の拡大に繋げようと 1940 年代後半からズが高まり、1970 年代に入るとこれらの対応策とし1970 年代に掛けて世界の各地で様々な試みが行われて CF6 等の大型ファンエンジンをベースとした更にた。これらはいわゆる航転型と呼ばれているような航大容量の発電装置が供給されるようになった。

空用ガスタービンをそのまま陸舶用として使うやり方

石油基地や輸送用パイプライン設備用の発電装置やと、他方それでは既存の競合エンジンに対抗できず、ポンプ・圧縮機等の機械駆動用として中型ガスタービ

航空用で培った技術を生かして新たなガスタービンをンが比較的早い時期から使用されていた。これらの用作るやり方と大別して二つの異なる手法で研究開発が途では殆どが常用で使用条件もかなり厳しい事から、進められた。この内、前者は発電用／舶用／鉄道車両

熱効率等の性能よりも耐久性・保守性等が優先され、用等の比較的航空用と使用条件が似通った用途で、一この用途を主目的として設計された頑丈で長寿命な産方後者については自動車用／機械駆動用等の使用条件

業用ガスタービンが使用される事が多かった。

が航空用とは異なり既存エンジンとの競争が厳しい用途を中心に開発が進められた。
これらの海外における用途開発研究の動きについて、以下に主要な用途別に説明する。

4.1.2

舶用／鉄道車両用

船舶の推進用にガスタービンを使う試みは戦後間もない早い時期から英米や旧ソ連の海軍を中心に活発に行われていた。1947 年には英国海軍所属の魚雷艇用

4.1.1

発電用／機械駆動用ブースターエンジンとして 2MW 級の航転型ガスタービ

発電用の中小型ガスタービンは石油基地関連等の一ンを試用した記録が残されており、更に 1950 年代に部の例外を除き、航転型が使用される場合が多かった。

入ると商船用としても英米の各方面に於いて実際の運すなわち航転型ガスタービンは軽量小型で薄肉構造を用を目指した実用試験が様々な形で行われていた。こ生かして“急速起動”や“DSS（Daily Start Stop）

れらの多くは蒸気タービンやディーゼルエンジン等の運転”に優れた対応能力を持っており、ピークカット

従来型機関との組み合わせで使用される場合が多く、用／非常用／移動用等の常用以外の用途で多く使われ塩害対策等を考慮して重構造タイプの中型産業用ガスてきた。

タービンが試用される例も多々あった。

APU や GPU 用 の ガ ス タ ー ビ ン を 数 十 kW 〜 数 百

併しながら、常用用途でも軽量小型なガスタービン

kW 級の小型地上用一般電源としてそのまま利用するの特性をより顕著に生かした航転型の評価が重構造型

汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査327

を 徐 々 に 上 回 り、 そ の 後 の 海 上 ACV（Air Cushion

も後押しする形でウイリアムス・リサーチ等のベン

Vehicle）や水中翼船等の高速艇の出現がさらに後押チャー企業も巻き込んで各地で活発に研究開発が進めしする形で現在実用されている舶用ガスタービンのられた。特に米国に於いては環境庁等の政府機関主導

多くは航転型が主流となった。図 4.1 及び表 4.1 にはのもとで、ソーラ／エアリサーチ等の小型ガスタービ

1982 年に一番艦が就航した我国海上自衛隊の“はつンメーカや専門メーカが多数参加して自動車用の低ゆき”型護衛艦に搭載されている航転型の“オリンパNOx 燃焼器や熱交換器の開発が強力に進められた。

スＴＭ 3 Ｂ”ガスタービンの断面構造及び主要仕様を

自動車用はイニシャル及び維持コスト等の解決困難
な経済的重要課題が多くあり、せいぜい数百 kW 級

舶用の一例として示しておく。

の自動車用ガスタービンにとってこれらは非常に高いハードルであった。米国では上述の様に政府主導の豊富な資金投入による後押しや各大手自動車メーカも数十台規模の試作車による実用評価テストの実施等の強力な開発促進の動きがあったが、結論的にはそれでも既存の往復動機関を凌駕する事が遂に出来ないまま今日の EV 化の時代を迎えようとしている。
戦車は大型化／高速化するにつれて小型大出力な動
注：護衛艦の主機（駆動用）として搭載された航空転用型ガスタービン

図 4.1 オリンパス TM3B 型ガスタービンの断面図（1）
表 4.1 オリンパス TM3B 型ガスタービンの主要仕様（1）
最
燃

大
料

消

圧

費

力

空
出

出

気
力

流

軸

回

転

力

20,880kW

量12,547kJ/kW・h

力源に対するニーズが高まり、早い時期からガスタービン化が各国で検討されてきた。併しながら、部分負荷時の燃費の悪さ等の重要課題克服が中々困難な為に、今日までに実用化されて実戦配備された例はスウェーデン／ソ連／米国の三国に限られており極めて少ない。このうち米国のＭ 1 戦車用として 1965 年に比10開発着手し 1981 年頃より実戦配備されているＡＧＴ

量106.4kg/s

1500 型ガスタービンの断面図及び主要仕様を各々図

数

5,660rpm

4.2 及び表 4.2 に示しておく。本ガスタービンは出力

圧

縮

機

5A ＋ 7A

燃焼器

8Cannular

発生部の一部に航空用のターボシャフトエンジンを転ン

1A ＋ 1A ＋ 1A

用し、それに固定式の簡易な熱交換器を取り付けて部

タ

ー

ビ

分負荷時の燃費改善を図った再生式ガスタービンで、ガスタービン列車の開発は非電化区間の高速化ニー

既に約 4,000 台が生産されており、量産化され実戦配ズに対応する形で 1960 年代の半ば頃より仏／米／加

備された唯一の本格的な戦車用ガスタービンエンジン／英／独等の各国で相次いで開始され、1970 年代にはである。

実用試験が各所で活発に行われた。ここで使用された
ガスタービンの多くは数百〜数千 kW 級の航転型で、各国の事情に応じて電気推進方式又は機械駆動方式の各々の方式で開発が進められた。一時期営業運転する
例も現れるなど実用化も期待されたが、他の車両用と同様に部分負荷時の熱効率低下等の課題解決が出来な
いまま、今日まで本格的な実用化には至っていない。
4.1.3

自動車用／戦車用

自動車用ガスタービンの開発研究は、1950 年代には既に GM ／クライスラ／ローバ等の米英自動車メー
カ に 於 い て 開 始 さ れ て い た。1960 年 代 の 後 半 か ら1970 年代の前半にはフォード／レーランド／ベンツ
等の他の主力メーカも競ってガスタービンの研究開発を行うようになり、折からの排気清浄化等の環境問題

328

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.15 2010.March

注：元々ヘリコプター用に開発されたガスタービンを転用し、さらに簡易熱交換器により熱効率を改善したガスタービン

図 4.2 AGT1500 型ガスタービンの断面図（2）表 4.2 AGT1500 型ガスタービンの主要仕様（3）
出
出

力

軸

回

転

重

た経験／知識が様々な形で引き継がれ、後々の汎用中力

1,120kW

小型ガスタービンの普及に寄与した事は間違いない。

数3,000rpm

この時期（黎明期）の中小型機種に注目して前述

量

1,000kgの国内陸舶用ガスタービンの生産統計資料を見ると、

長

・

巾

・

高

1.6m × 1.0m × 0.7m

燃

料

消

費

率

190gr/hp・hr

量5.0kg/sec

間数十台ペースになって来ているのが目につく。こ

比

14.5

れ は 前 述 の ジ ェ ッ ト エ ン ジ ン 起 動 用 GPU（Ground

空

気

圧

流
力

タ ー ビ ン 入 口 温 度

1,190℃

熱

器

固定式

他

可変ノズル付そ交換の1960 年頃から小型機種の生産台数が徐々に増えて年Power Unit）がこの時期から量産移行により生産台
数を徐々に伸ばして 1965 年頃をピークに 1970 年代中頃までの間に、多い場合で年間約 30 台弱が生産されて主に防衛庁に納入されていた効果による所が大き4.2 国内の動向

い。また、更にはこれとほぼ同時期に重なった小型消防ポンプ用／教育用ガスタービンの市場投入もこれを国内における陸舶用ガスタービンの本格的な研究開後押ししている。これらの小型ガスタービンは 1965

発は、戦後間もない 1950 年頃から当時の鉄研（運輸年頃をピークにしてその後約 10 年間供給が続いてい

省鉄道技術研究所）主導の下進められたいわゆる「一るが、用途は限定的でこれらがそのままの形で広く一号ガスタービン」に始まる。その後これに引き続き国般市場に拡販する事はなかった。

内重工業各社を中心に舶用や発電用などの陸舶用ガス

これら汎用中小型ガスタービンを中心とした黎明期

タービンの開発研究が盛んに行なわれ、更に続いての国内の動きについて、以下のような主要テーマ毎に1950 年代の半ば頃から活発化した海外先進各社からその概要を紹介する。

の技術導入などを経て、国内の陸舶用大型ガスタービ
ン事業の基盤が徐々に培われていった。

4.2.1

初期の国産小型ガスタービン

黎明期の国内生産量（容量ベース）（図 2.3）の推移

前項で紹介した防衛省需要を主な対象として開発さを見ると、1972 年頃からの生産量増加が目立っていれた初期の国産小型ガスタービン二機種について以下

るが、主にライセンス製造された陸舶用中／大型機種に紹介する。

の中近東／中南米方面への輸出増加によるもので、産（1） GCM1B（4）

油国の大規模な経済発展による電力需要の急激な増加

GCM1B は 1957 年 に 当 時 の 防 衛 庁 が F104 戦 闘 機 のに連動した動きであり、ここでテーマとして取り上げ

ジェットエンジン始動用として国産化を計画し、戦後ている「汎用中小型ガスタービン」に直接関連するもの早い時期に三菱重工業（当時の新三菱重工業）が受のではない。

注して設計開発した軽量小型なガスタービンである。

この時期における汎用中小型ガスタービンの国内動本機はいわゆる抽気式と呼ばれる形式のガスタービ

向は未だ本格的な国産化の動きは見られず、前述の“海ン圧縮機でタービン流量より大きい流量を持った圧縮

外の動向”に倣って、各方面での地上用途開拓の可能

機から高圧空気を抽気してジェットエンジン等の始動

性を模索している状況であった。即ち、1960 年代半に使うもので、1958 年 12 月に試運転を開始して以来

ばから 1970 年代後半に掛けて自動車用を中心とした各種の確認試験を経て 1962 年に防衛庁の正式機材と車両用ガスタービンの研究開発が各方面で活発に行して認可採用された。以来、1978 年までに累計 163

われ、また航空転用型等の輸入エンジンを用いた発電台が生産され、その後もオーバーホールを続けながら用等の陸舶用途への進出が徐々に広がり始めていた。

F4 戦闘機の始動用等としても使用されてきた。

一方、やや特殊な例ではあるが、1950 年代後半から本機の断面図を図 4.3 に、主要仕様を表 4.3 に示す。

1960 年代前半に掛けて航空用の補助動力源や艦艇用

図示の様に構造形式は APU（Auxiliary Power Unit）の可搬式の消防ポンプ等の特殊用途を対象に当時の防やヘリコプター用等の航空用小型ガスタービンのそれ衛庁が相次いで開発を計画し、国内のガスタービンに沿ったもので、軸出力換算で 300 〜 400kW 級の大メーカがこれを受注して国産化した例がある。これら

きさながら重量は 145kg という軽量に納まっている。

は戦後間もないという時期的な問題もあり、その成果三菱重工ではその後本機の主要コンポーネントを用が中小型ガスタービンの一般市場を対象とした本格的

いて各種小型ガスタービンの研究開発が続けられておな普及に直ちに繋がる事は無かったが、そこで得られり、後の国産ヘリコプター用ガスタービンの開発等に汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査

329

繋がっていった。更に又、これらの成果は 1995 年頃

地で盛んに試みられていた。

から同社によって非常用発電装置やポンプ駆動装置等

当時、護衛艦の消防用ポンプ駆動にはガソリンエンの駆動源として市場に投入された各種陸舶用ガスター

ジンが使用されていたが、起動信頼性や高い吸い込み

ビンにも転用されている。

水頭及び使用燃料の低い引火性等が評価されて 1962
年には量産初号機が給油艦「はまな」に搭載され、以後ガスタービンが各護衛艦に採用された。
本ガスタービンの断面図を図 4.4 に、主要仕様を表
4.4 にそれぞれ示す。本機は小型の過給機と同様な構造形式の遠心圧縮機と幅流タービンの組み合わせを採用しており、この高速ロータを二つのころがり軸受でオーバーハング支持する簡潔な構造となっている。
当時は未だ電子計算機のない時代で、手計算や実験併用の trial and error により開発が進められた苦労話が記録されているが、当時の国内先端技術を結集する形で自主開発され直接の関係者はもとより関連業界

注：圧縮機からの抽気をジェットエンジン等の始動に使用する抽気式ガ
スタービンで、その後の自社製小型ガスタービン開発の礎となった。
（4）

図 4.3 GCM1B 型ガスタービンの断面図にも様々な形で影響を与えた貴重なガスタービンの一つである。また本機は前述の消防用以外に教育用教材としても大学や高専に数多くが納入されており、人材育成等を通じても後々のガスタービン普及に大いに貢（4）

表 4.3 GCM1B 型ガスタービンの主要仕様

連続燃焼抽気式
ガスタービンコンプレッサ

1. 型式
2. 型番
（1）

献があった。

GCM1B
条件
大気温度・圧力3.
（2） 出力（抽気）基
本 （3） タービン入口ガス温度

JIS W 0201
15℃・101.3kPa
134kW
820℃

性 （4） 圧縮機 圧縮比
能 （5） 吸気量
諸 （6） 抽気量
元（7） 抽気圧力

1：3.7

0.37MPa abs（8） 抽気温度

195℃

2.9kg/s
0.92kg/s

圧縮機（1） a. 形式
b. 羽根数

単段遠心式
16 枚

燃焼器

4.
a. 形式
設
（2）
計
b. 燃焼筒個数
仕c. 蒸発管個数
様
タービン
（3）

蒸発管型分割式
4個

注 ：護衛艦搭載の消防ポンプ駆動用として開発された小型ガスタービ
ンで、単段遠心圧縮機・単段タービンの簡潔な構造が特徴

図 4.4 IGT60 型ガスタービンの断面図（5）

12 個

a. 形式

軸流 2 段

b. 羽根数（1 段） 29 枚（2 段） 24 枚

表 4.4 IGT60 型ガスタービンの主要仕様（5）型
最（2） IGT60（5）圧

本機は IHI が護衛艦搭載の消防ポンプ駆動用として

出力式

開放一軸式サイクル

力60PS（標準大気状態にて）比

タービン入口温度

約 2.7
800℃（最高）タービン回転数

40,000rpm

1954 年に開発着手した出力 45kW の汎用小型ガスター

出 力 軸 回 転 数

4,560rpm（消防ポンプの場合）ビンである。1950 年代当時はガスタービンの軽量小燃型な特徴を生かして、可搬式や移動式の各種機械装

燃 料 消 費 量

置駆動用を目的としたこの種の小型ガスタービンが米

約 55kg/h

方式

人力クランク方式（または起動電動機による）

潤

滑

方

式

タービン油強制潤滑方式

相次いで開発されており、消防ポンプや発電機と組み

乾Vol.15 2010.March

軽油または灯油動寸

国立科学博物館技術の系統化調査報告

料起Solar や英 Rover などの欧米のガスタービンメーカで合わされて小型汎用ガスタービンの市場開拓が世界各

330

大

燥

重

法

約 L650 × W440 × H690

量

約 65kg（減速装置、補機を含む）

4.2.2

表 4.5 IM1500 型ガスタービンの主要仕様（7）航転型等輸入ガスタービンの活用

1960 年代の後半頃から航空転用型や輸入品の中型

形式

開放サイクル 2 軸式

ガスタービンが舶用や非常発電用の原動機として使用

寸法

L8.0 × W2.8 × H2.9m

販売されるケースが増えてきた。この傾向は 1970 年

重代後半まで暫く続いたが、国産ガスタービンの台頭に伴って徐々にこれと入れ替わっていく事になる。
航転型ガスタービンの本格的な市場投入は 1967 年
頃 に IHI が 米 国 GE よ り 舶 用 と し て 導 入 し た IM100

量

約 16.5t

軸 端 出 力（ 最 大 ）16,500PS

燃率240gr/PS･h

量約 73kg/s

料

空

消

気

圧

費
流

力

排

気

温

比

12

度

約 450℃

圧

縮機

型 及 び IM300 型 に は じ ま る。 こ の 内、1,000kW 級 の

燃

焼

器

IM100 型はヘリコプター用の T58 エンジンの転用型

圧 縮 機 タ ー ビ ン

で三井造船製の PP5 型等のホバークラフト艇の主機

出 力 タ ー ビ ン

7,400rpm

軸流
軸流

3段

1段

7,400rpm
3,000/3,600rpm

条

件

気

温

度

15℃

ボプロップ用 T64 エンジンの転用型で防衛庁の魚雷

大

気

圧

力

101.35kPa

艇用ブースターとして採用されている。ホバークラフ

吸/排 気 圧 損

100/150mmH2O

燃 料 発 熱 量

10,200kcal/kg（LHV）

ト用としてはこの他 1974 年に川崎重工業が米国ライ

転

17 段

キャニューラー形

大として使用され、また 2,200kW 級の IM300 型はター

運

軸流

カミングより導入した 1,800kW 級の KTF25 型も同じ
く三井造船製のより大型な PP15 型艇の主機として採このほか、神戸製鋼では 1972 年にノルウェーのコ用され、折しも沖縄で開催されていた海洋博への海上

ングスベルグとの技術提携により 1,200kW 級の KG2輸送で活躍している。

型ガスタービンの製造販売を開始している。KG2 型

また、これらの航転型は軽量小型や急速起動対応等

ガスタービンの断面図と主要仕様を図 4.6 と表 4.6 にの特性が評価されて、1960 年代の終わり頃より 1970

示すが、航転型ではないが頑丈で単純簡潔な構造で信年代の後半に掛けて旧電電公社や電力会社の移動用や頼性が高く取り扱いが容易な事から特に舶用の発電装

非常用の発電装置としても多くの機種が市場投入され置として多くの実績を有していた。国内に於いても初ている。なかでも IHI では米国 GE の J79 ジェットエ

号機は高速フェリー用の非常用発電装置として納入さン ジ ン を ガ ス 発 生 機 と し て 10MW 級 の IM1500 型 発

れたが、その後電力会社の離島用の発電装置として導電装置を開発し、電力会社や旧電電公社に非常用の発入され、夏場のピークカット用の電源等として活用さ電装置として納入していたが、1977 年頃にはこれをれている。

ベースにして 10MW 級の超大型移動用発電装置を製作しメキシコ石油公社に納入したのに引き続き、リビアやイラクの電力庁に合計 13 台が輸出されているのが目につく。IM1500 型ガスタービンの断面図と主要仕様をそれぞれ図 4.5 と表 4.5 に示す。

注：コングスベルグとの技術提携により製造販売されたガスタービン
で、航転型ではない単純で頑丈な構造が特徴
注：GE 製の J79 ジェットエンジンをガス発生機として開発された航転型ガスタービン

図 4.6 KG2-3C 型ガスタービンの断面図（8）図 4.5 IM1500 型ガスタービンの断面図（6）汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査

331

表 4.6 KG2-3C 型ガスタービンの主要仕様（8）
形

主

一軸式

力（kW）

1,480

動車用ガスタービンは未だ実用化するには至っていな

率
（％）

16.7

いが、これまでに得られた成果を小型ガスタービン

数 （rpm）

18,000

効
軸

回

転

圧

縮

機

遠心 1 段

燃

焼

器

単筒缶形

ン

ラジアル 1 段

ター等も実施した。現在までのところトヨタにおいても自式

出熱

日野自動車製のバスに搭載して一般公道での走行試験

ビ

コージェネレーションシステムや非常用発電装置に転化して、別会社（トヨタタービンアンドシステム）の元で製造販売が続けられている。

また、1976 年頃には新潟鉄工所（現在の新潟原動機）
が英国セントラックスとの技術提携により 750kW 級の非常用発電装置の OEM 販売を開始して市場への参入を図っている。その後 1978 年には米国ソーラと技術提携し 10,000kW 級までの出力範囲に対応できる体制を作った。
その他、神鋼造機に於いても 1976 年頃に米国エアリサーチとの提携により IE831 − 800 型を導入して非常用の発電分野を中心に新たな体制で市場開拓を行っ
ている。
4.2.3

国内の車両用ガスタービン研究

注：トヨタ自動車が開発した 22kW 級の高速発電機駆動のガスタービ
ン。バッテリーとのハイブリッドシステムをトヨタスポーツに搭載して試験を実施

図 4.7 GT24M 型ガスタービンの断面図とトヨタスポー
ツ 800（9）欧米の先進諸国ではかなり早い時期から航空分野で

表 4.7 GT24M 型ガスタービンの主要仕様（9）の目覚ましい発達に誘発される形で中小型ガスタービ
ンの陸舶分野における用途開拓の試みが活発に行われていた。なかでも車両用はディーゼルやガソリンなど

形

式

出

力（kW）

熱

率（％）

22.3

数（rpm）

86,000圧

縮機

遠心 1 段

燃

焼

器

単筒缶形

ン

ラジアル 1 段

主ここで対等以上の評価が得られれば他の用途でも十分対抗できる事から最も注目される分野であった。
海外のこの流れを受けて、我が国においても大手の22転の実績ある従来型エンジンと真っ向勝負する市場で、

タ

効

一軸再生式

軸

回

ー

ビ

自動車メーカを中心にして一時期車両用ガスタービンの開発研究が競って活発に行われた。これらの内主なものについて以下に各社別に記述する。

（11）（2）日産自動車（10）日 産 自 動 車 で は 1963 年 か ら 200kW 級 の 自 動 車 用
YTP 型ガスタービンの研究開発に着手している。最初（9）（1）トヨタ自動車の数年間は要素中心に基礎研究を行い、1968 年に試

トヨタ自動車では 1964 年からガスタービンの研究

作 1 号機を完成させてエンジン実験を開始した。以来を行っている。乗用車の開発については 1970 年代後

約 4 回の改造設計を行い 40 台以上のエンジンを試作

半から出力 22kW の GT24M 型 1 軸式ガスタービンを開して開発研究を進め、1974 年には既存のディーゼル

発して、バッテリーと組み合わせたハイブリッドシス

バスを改造した実験車に搭載して本格的な走行試験をテムとしてガソリン車の走行燃費を超える事を目指し実施している。また、1976 年には白ナンバーを取得た。走行試験ではトヨタスポーツ 800 に本システムをして実際の路上において走行試験を行い様々な実用搭載しテストコースで各種の走行テストを実施した

データを採取した。

が、当時の技術レベルでは遂にガソリン車の走行燃費

これらの試験結果、ガスタービンは振動／騒音／排を超える事が出来なかった。
図 4.7 に GT24M 型ガスター

気等の面では勝るが走行燃費ではディーゼルに劣るとビンの断面図とそれを搭載したトヨタスポーツ 800 の言う結論が得られた。図 4.8 に YTP 型ガスタービン

外観を、表 4.7 に GT24M 型ガスタービンの主要仕様の断面図と走行試験を実施したバスの外観を、表 4.8を示す。その後更に大型のバス用を目指した GT21 型に YTP 型ガスタービンの主要仕様を示す。

（110kW 級）、GT31 型（330kW 級）等を次々と開発し、

332

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.15 2010.March注：日産自動車が開発した 200kW 級の 2 軸式ガスタービン。バスに搭載して走行試験を実施

注 ：日産自動車が車用ガスタービンの技術を転用して開発した 高速発電機駆動の出力 2.6kW の超小型ガスタービン。携帯用発電装
置として製品化された。

図 4.8 YTP12 型ガスタービンの断面図と搭載バス（10）図 4.9 ダイナジェット 2.6 の外観と搭載ガスタービンの断面図（11）

表 4.8 YTP12 型ガスタービンの主要仕様（10）表 4.9 ダイナジェット 2.6 搭載ガスタービンの主要仕様（11）

形

式

二軸再生式

形

式

出

力（kW）

204

出

力（kW）

率（ ％）

18.9

熱

転

数（rpm）

40,000

主圧

縮機

遠心 1 段

燃

焼

器

単筒缶形

ン

軸流（ガスジェネ：1 ＋出力：1）段

タ

熱
主

タ

効
軸

回

ー

ビ

燃費改善には TIT の上昇が不可欠と言う事でセラ

効

一軸再生式
2.6

率（％）

–

転

数（rpm）

100,000

圧

縮機

遠心 1 段

燃

焼

器

単筒缶形

ン

ラジアル 1 段

軸

回

ー

ビ

（3）三菱自動車

ミックガスタービンの研究が始められ、その研究過三菱自動車は 1969 年に三菱重工業と共同でトラッ程で蓄積した技術を応用して 1985 年にはセラミック

ク用ガスタービンの調査研究に着手し、走行試験を実ターボチャージャの実用車販売が開始されている。ま施している。その後、この経験をもとに大型トレーラ

た、日産自動車に於いても他と同様、自動車用として用の二軸再生式ガスタービン E501X 型（300kW 級）の実用に繋がる成果は未だ得られていないが、これらの開発に着手し、1979 年には実車に搭載して走行試験

技術を転用して開発した超小型の携帯用発電装置“ダも行っている。しかしながら実用化には更なる熱効率

イナジェット 2.6（2.6kW）”を 1995 年から販売開始の改善が必要との判断から、三菱自動車ではメタルガしている（現在この事業は“IHI エアロスペース”に

スタービンの開発を一旦中断してセラミック部品の研引き継がれている）。図 4.9 にダイナジェット 2.6 の外究開発に注力するよう方針を変更している。

観とこれに搭載された 1 軸式ガスタービンの断面図を、表 4.9 にガスタービンの主要仕様を示す。

（4）小松製作所（12）小松製作所では従来のディーゼルに代わる建設機械
用の新しい動力源の開発を目指して 1969 年よりガスタービンの研究を開始した。当時はアメリカに於いてマスキー法による排ガス規制が強化され始めた時期
で、GM ／フォード／クライスラを始め欧米の自動車

汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査

333

メーカ各社が競ってガスタービンの研究開発を行って単に触れて置く事とする。

いた。また、建設機械分野ではオフロード用ダンプ

この内、戦車については前述の米国 M1 戦車に搭載トラックのペイロード増加を狙って比出力の大きいガされた AGT1500 型ガスタービンに刺激される形で、スタービンの採用を検討する動きも各所でみられてい1968 年頃から当時の防衛庁第 4 研究所に於いてガスた。

タービン戦車の研究計画が持ち上がり、ヘリコプター

このような状況の中、小松製作所ではそれまで全く用として川崎重工業が国産化していた T53 − 09B 型

未経験なガスタービンの開発に着手し、その開発目

エンジンをそのまま転用して M4 戦車に搭載し 1969

標は積載量 32 トンのオフロード用大型ダンプトラッ〜 1970 年の二年間懸けて走行試験等を行った。このク搭載を念頭に、出力 440kW 級の自動車用としては

結果、ディーゼルに比べて圧倒的に劣る燃費が矢張り

比較的大型なガスタービンを選んで設定した。図 4.10

問題とされて急遽供試ガスタービンを再生式に改造すに コ マ ツ ZW6410 型 ガ ス タ ー ビ ン と 32 ト ン ダ ン プ

る試みもなされたが、当時の技術力では実用に耐えう

トラックの外観を、表 4.10 にコマツ ZW6410 型ガスる熱交換器を短期間で開発する事は至難の技であり計タービンの主要仕様を示す。各種の要素開発研究を経

画は 1971 年に中止となった。

て 1972 年にはエンジン全体のベンチテストを行った。

1960 〜 1970 年頃には欧米の諸国に於いて在来線のその後、実際の建設機械用ダンプトラックに搭載して高速化を目指してガスタービン列車の研究開発が盛ん

様々な評価試験を実施し、排ガス／騒音等の環境評価に行われていた。我国においても 1967 年頃から鉄道では高い評価を得たが、燃費や発進加速性等の性能面

車両工業協会が当時の運輸省から補助金を得て、在来で一段の改善を要する事も判った。この為、セラミッ線の非電化区間の高速化を目標にガスタービン列車のク部材の採用等も検討されたが、折しも石油危機が勃研究に着手した。この研究開発にはガスタービンメー

発し燃費の重要性が一段と高まる中、中々解決に結びカとして IHI 及び川崎重工業の二社が各々 T58 型（GEつく策も直ぐには見つからず遂には実用化に至らない製）及び KTF14 型（ライカミング製）ガスタービン

まま開発研究は終了している。

を駆動源として提案し参加した。図 4.11 に KTF14 型
ガスタービンとガスタービン試験車の外観を、表 4.11に KTF14 型ガスタービンの主要仕様を示す。これらのガスタービンは何れも航転型（ヘリコプター用）で出力も 800 〜 900kW 級と従来のディーゼル動車に比べると大きくなっている。試験は 1970 〜 1973 年に
JR の磐越東線／伯備線／田沢湖線等で行われ、本格

注：小松製作所が建設機械の動力源として開発した 440kW 級ガスター
ビンで、ダンプトラックに搭載して試験を実施

図 4.10 コマツ ZW6410 型ガスタービンと 32 トンダ
ンプトラック（12）表 4.10 コマツ ZW6410 型ガスタービンの主要仕様（12）
形

式

出

力（kW）

熱
主

効
軸

回

圧
燃
タ

441

率
（％）

20.7

転

数（rpm）

31,500

縮機

遠心 1 段

焼
ー

二軸再生式

ビ

器

単筒缶形

ン

軸流（ガスジェネ：1 ＋出力：1）段（5）その他
自 動 車 用 と は 若 干 異 な る が、 こ の 時 期（1960 〜

334

注：ヘリコプター用として定評のあるライカミング製 T53 型ガスター
ビンの航転型で、改造したディーゼル気動車に搭載して走行試験を実施

図 4.11  KTF14 型ガスタービンとガスタービン試験車（13）
表 4.11  KTF14 型ガスタービンの主要仕様（13）
形

式

出

力（kW）

883

率（％）

21.8

熱
主

1980 年頃）に我国において広い意味での車両用とし圧て“ガスタービン戦車”及び“ガスタービン列車”の燃試作研究が独自に行われており、これらについても簡タ

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.15 2010.March

効
軸

回

転

数（rpm）

25,910

縮機

遠心 1 段

焼
ー

二軸式

ビ

器

アニュラー形ン

軸流（ガスジェネ：2 ＋出力：2）段

的な実用化を狙って試作されたガスタービン動車を使約1／4、体積では約1／7と圧倒的に軽量小型で、用して様々なデータが取得されたが、折しも勃発した

従って発電パッケージもコンパクトになる事から石油危機や周辺状況の変化に影響されて 1973 年以降

狭いスペースでも設置可能である。

試験は行われずそのまま計画は中止された。

4.3 消防法の大改正と非常用ガスタービンの普及② 往 復動のディーゼルエンジンと異なり回転運動である事から振動が殆どなく、据付に際して特別な基礎工事や防振工事を必要としない。
③ 冷
 却水が不要で、従って水槽や配管等も不要とな

前述のとおり、1960 年代後半頃より航転型等の輸る事から、冷却水が必要なディーゼルに比べて設入品による中小型ガスタービンの陸舶用途への進出が備全体が大幅に簡素化されて、結果的に信頼性の徐々に増えてきて、発電用としても移動用や非常用を向上に繋がる。

中心に一般市場への普及が少しずつ広まりつつあっ等の数々の特長がある。この為、従来のディーゼルでた。さらに、このような時期の 1974 年に行われた消は難しかった屋上設置が可能となるなど、様々に制限

防法の大改正は防災用機器の市場規模を一気に拡大があった従来の設置条件が大きく緩和されてスペース

し、非常用発電設備についてもそれ迄はほぼディーゼの有効活用が図れると同時に据付が容易になって工事

ルの独壇場であった一角にガスタービンが食い込んで費用の大幅削減に繋がった。図 4.12 に非常用ガスター

行く機会が生まれてきた。

ビン発電装置の構造図例を示す。

4.3.1

消防法の大改正

1972 年 5 月の大阪千日デパートビル火災及び 1973
年 11 月の熊本大洋デパート火災は何れも死者 100 名以上を超す日本のビル火災史上最悪の大惨事となった。これらのビル火災が何れも当時の建築基準法に対して「既存不適格」であった事が大きな問題となり、このような物件を早急になくすために建築基準法及び消防法の大幅な改正が行われた。
この内、消防法については 1974 年の大改正で公共性の高い旅館、ホテル、デパート、病院、地下街などの特定防火対象物について現在の基準に適合する事を

注：共通台盤上にガスタービン、減速機及び発電機を搭載。この上にキュービクル構造の外箱が被せられる。

図 4.12 非常用ガスタービン発電装置の構造例［写真提供：川崎重工業］

義務付ける「遡及適用」の規定が史上初めて設けられた。当時行われた市場調査によると、これによって防この当時、即ち 1970 年代半ば頃は未だこれらの用災用機器全体の市場規模は二兆円以上に拡大し、その途に適した国産ガスタービンは少なく、多くの発電装

うち非常用発電設備は約 7,000 億円程度とかなり大き置メーカは輸入ガスタービンを導入して新たな需要にな需要が期待された。

対応していた。航転型等の実績ある中小型ガスタービ
ンを海外から輸入して、移動用や舶用等の特定な発電

4.3.2

非常用ガスタービンの普及

1974 年の消防法大改正によって不特定多数の人が出入りする建造物には防災用の自家発電設備の設置が分野で用途を開拓していく動きは、1960 年代後半頃
から IHI や神戸製鋼等の重機械メーカを中心に徐々に広がっていた。

義務付けられ、これを契機として中小型の非常用発電

さらに消防法改正以後の 1970 年代後半になると、市場におけるガスタービンの普及が急速に広まってそれまであまりガスタービンとは縁がなかった新潟鉄

いった。この市場はそれまでディーゼルエンジンがほ工（現在の新潟原動機）、神鋼造機等のディーゼルエ

ぼ独占していたが、特にスペースが限られ周辺環境へ

ンジンメーカや日比谷総合等の発電装置パッケージャの制限も多い既設ビルを中心にして、軽量小型で環境が欧米のガスタービンメーカ（新潟鉄工＝英セントに優しいガスタービンの評価が高まり、市場への浸透

ラックス及び米ソーラ、神鋼造機＝エアリサーチ、日が一気に深まっていった。

比谷総合＝エアリサーチ等）と提携して陸舶用の中小

ガスタービンは、①

同クラスのディーゼルエンジンと比べると重量で型ガスタービンを輸入し、自社製の発電装置に組み込
んで防災用として売り出す動きが目立つようになって

汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査335

ガスタービン学会誌，Vol.28，No.4，P.59（2000）

きた。
1970 年代半ば頃のこれらのディーゼルメーカや（6）中杉他：「10,000KW ガスタービン移動発電装置」，

パッケージャの一連の動きは、取りも直さず非常用

日本ガスタービン学会誌，Vol.6, No.22，P.62

発電分野における中小型ガスタービンの評価を高め、（1978）

1970 年代後半から 1980 年代に掛けて活発化する非常（7）「産業技術歴史継承調査

我が国のガスタービン

発電用の中小型ガスタービン国産化の動きを加速させ技術の独創性と創造性に関する調査編」
，新エネ

た。

ルギー・産業技術総合開発機構，PP.18-19（2003）（8）永田：「神鋼・コングスベルグガスタービン - そ

参考文献の応用プラント『ターボイナートシステム』-」，
我が国のガスタービン

日本ガスタービン学会誌，Vol.2，
No.8，
P.42（1975）

技術の独創性と創造性に関する調査編」，新エネ（9）「日本のガスタービンの歩み」，日本ガスタービン（1）「産業技術歴史継承調査

ルギー・産業技術総合開発機構，
PP. 62–63（2003）（2）森下：「2．自動車（車両）用ガスタービンの動向車両用ガスタービン開発の動向」，日本ガス

タービン学会誌，Vo.16，NO.61，P.60（1988）（3）川合他：「特殊車両用ガスタービン -AGT1500 ガ
スタービンの開発まで -」，日本ガスタービン学
会誌，Vol.4，No.16，P.48（1977）（4）「日本のガスタービンの歩み」，日本ガスタービン

国立科学博物館技術の系統化調査報告（10）「日本のガスタービンの歩み」，日本ガスタービ
ン学会，PP. 90–91（2002）（11）「日本のガスタービンの歩み」，日本ガスタービ
ン学会，PP. 74–75（2002）（12）「日本のガスタービンの歩み」，日本ガスタービ
ン学会，PP. 94–95（2002）（13）「産業技術歴史継承調査

我が国のガスタービン

技術の独創性と創造性に関する調査編」，新エネ学会，PP.6-7（2002）（5）荒木：「IGT60 型汎用小型ガスタービン」
，日本

336

学会，PP. 92–93（2002）

Vol.15 2010.March

ルギー・産業技術総合開発機構，PP. 70–71（2003）

5 急成長期（1970 年代半ば〜 1990 年頃）：国産化の推進国内陸舶用ガスタービンは 1978 年頃から急激に需（1） 川崎重工業（1）要が拡大し生産台数を増やしているが、その大きな原

川崎重工業は戦後間もない 1950 年代の半ば頃から動力となったのが 1974 年の消防法改正を機に市場が米軍のジェットエンジンオーバーホール事業に取り組急拡大した非常用発電装置である。ガスタービンは軽んでおり、その後も防衛省需要向け航空用エンジンの量小型で冷却水が不要など従来型の原動機では得られライセンス生産等を通して、1970 年頃にはガスタービない特長を持っており、これが消防法の改正を機に急ン製造についての豊富な知識経験を得ていた。川崎重拡大した非常用発電装置市場で高い評価を得て、急速工業ではこれらを生かしてガスタービン事業を更に拡に普及が進んだ。

大しようと、ライセンス生産していたヘリコプター用

当初、国内には未だこの用途に適した中小型の国産の中型ガスタービンを使用して様々な陸舶用途に対しガスタービンは見当たらず、国内の発電装置メーカはて用途開発を試みたが、種々な点で制限の多い輸入エ

欧米の先進メーカから輸入したガスタービンを使ってンジンの限界もあって、何れも十分な成果は得られな需要に対応していた。然しながら、市場が拡大し多様かった。

化するに連れて、品揃えや価格面で様々に制限の多い

これらの結果から自前の国産エンジンの必要性を痛

輸入エンジンの限界が目立つようになり、その解決策

感した川崎重工業は、1972 年に出力 300kW 級の小型として国産中小型ガスタービンの開発が各所で活発にガスタービンを試作した。本機は試作年度に因んで行われるようになった。

KG72 型と名付けられ、プレジャーボートに搭載し走行テストを行うなど各種試験を実施した。本機はその5.1 非常用ガスタービン国産化の動き
非常用ガスタービンの開発には陸舶用途への市場拡大を目指していたガスタービンメーカのみならず、従来この市場を独占していたディーゼルエンジンメーカも積極的に参加した。ディーゼルエンジンは元来過給機との関わりが深く、これと構造が似通った中小型のガスタービン開発に比較的取り組み易い環境にあり、多くのディーゼルエンジンメーカが競って国産化を推進した。
またこの背景として、この時期に先行して防衛需要を主体にジェットエンジン等の航空用ガスタービンのライセンス生産が活発化しており、関連部品メーカの裾野も広がって必要な素材や部品の国内調達が容易になって来た事も挙げられる。
これらの動きは、従来ややもすれば閉鎖的であった
市場にガスタービンの参入を促す環境整備を更に進める事になり、この結果 70 年代後半頃から非常用途を中心とした陸舶用中小型ガスタービンの生産台数が一

注：川崎重工業が 1972 年に開発した 150kW 級小型ガスタービンで、非常用ガスタービン発電装置として商品化され、その後の小型ガスタービンシリーズ化の礎となった。

図 5.1 S1A-01 型ガスタービンの断面図［資料提供：
川崎重工業］

気に増加することになる。

表 5.1 S1A-01 型ガスタービンの主要仕様（1）
形

5.1.1

主要各社の動向

国産ガスタービンの開発は輸入品の限界を超えるべ
く様々なメーカが競って取り組んだ。それぞれの状況

式

出
熱
主

効
軸

回

圧

は個々に異なっていたが、この内主要な数社の動きに燃ついて以下にその概要を記述する。

タ

力（kW）

150

率（％）

17.6

転

数（rpm）

53,000

縮機

遠心 2 段器

単筒缶形

ン

軸流 2 段

焼
ー

一軸式

ビ

汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査

337

まま試作にとどまりその後ついに日の目を見ることは〜 1990 年の間に 550kW 級の TS-01 型（図 5.2 及び表なかったが、この短期間の自社開発研究を通じ体得し5.2 を参照）を始めとする第二世代のエンジン開発がた経験と自信がのちの自前技術による純国産ガスター進められた。これら新機種開発の主眼は TIT は現状

ビン開発に対する大いなる自信を与えた。

維持のままとし、圧縮機段数を単段から二段に増やKG72 型の成果をベースにして最初に製品化された

して圧力比を 4.2 → 8 〜 9 と高くすると同時に各要素

エ ン ジ ン は 図 5.1 と 表 5.1 に 示 す 150kW 級 の S1A −の効率を改善して燃費率を 25％改善する事であった。

01 型で、其れまでに実施した市場調査に基づき用途

更にはよりコンパクトな構造を目指して第一世代の Gを発電用に絞って一軸式のシンプルな構造とした。こ− 33 型では 25,000rpm であった主軸回転数を同クラのエンジンは初の純国産非常用ガスタービン発電装置

ス の 第 二 世 代 の TS − 01 型 で は 35,000rpm に 上 げ て

PU200 型として、1976 年にその初号機が市場に投入

高速化を図っている。
第二世代のエンジンは上記の TS − 01 型の他に TSされた。
発売当時は消防法改正後間もない頃で、時期的に恵− 02 型 及 び TS − 01B 型 の 二 機 種 が 開 発 さ れ、 こ のまれた事もあって以後順調に販売台数を増やし、その3 機種のエンジンを用いて 300kW から 1,200kW の間

結果従来ディーゼルエンジンの独壇場であった非常用で 6 機種の発電装置を作り非常用発電装置 TX シリー

発電分野にガスタービンの市場を新たに創造する役

ズとして市場に投入した。

割を果たした。以降、このエンジンをベースに類似の 形 態 を と り な が ら 600kW 級 の S2A、1,000kW 級 の
M1A 等の大型機種を次々と開発して、これらのパワー
アップタイプやツインタイプを含め 2,400kW 級まで
短期間で一気にシリーズ化して品揃えを行った。
（2）ダイハツディーゼル（2）ダイハツディーゼルでは 1975 年頃から独自の自社技術により中小型汎用ガスタービンの開発を進めてきた。これらのガスタービン開発の歴史は大略三世代に分割できるが、この内、1975 〜 1981 年間の第一世
代当時は未だ電子計算機も発展途上で数値流体力学（CFD）等の設計ツールも揃っておらず、手探り状態での出発であった。
メカニカルな部分にはディーゼルエンジンで培った技術が役に立ったが、空力設計に関しては未知な分野が多く要素試験による基礎データの取得から始める必要があった。一方、実機を通じての知識／経験の体得

注 ：ダイハツディーゼルが第一世代ガスタービンをベースに、TIT は
現状維持のまま圧縮機段数増加などで効率アップを図った第二世
代ガスタービン

図 5.2 TS-01 型ガスタービンの断面図［資料提供：ダイハツディーゼル］

も必要不可欠な事から、要素試験と併せて実機試験も
表 5.2 TS-01 型ガスタービンの主要仕様（2）並行して進められた。また、要素研究は手作りの風洞や燃焼装置を使用して翼列試験や燃焼実験を行い、必要な各種設計データの取得蓄積に努めた。
実機開発は当初より非常用発電装置をターゲットとし、シンプルで低コストなエンジンを早く開発する事

形

式

出

力（kW）

550

率（％）

21.3

熱
主

効
軸

回

圧

に重点を置いて進めた。こうして開発された第一世代

燃のエンジンが G − 33 型ガスタービンで、1981 年にそタ

転数（rpm）

35,000

縮機

遠心 2 段器

単筒缶形

ン

軸流 3 段

焼
ー

一軸式

ビ

の初号機が 500kW 級の非常用発電装置に組み込まれて初めて市場に投入された。このエンジンは圧力比4.2、タービン入口温度（TIT）900℃で燃料消費率は400g ／ ps・ｈレベルであった。
この第一世代のガスタービンをベースにして 1982

338

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.15 2010.March（3）神戸製鋼（3）神戸製鋼では軸流式や遠心式の圧縮機を始めとする
各種回転機械の製造技術基盤をベースにして 1972 年にノルウェーのコングスベルグと技術提携し、同社

の KG2 − 3 型産業用ガスタービンの製造販売ライセン
スを取得してガスタービン事業を開始した。このガ
スタービンは発電端出力 1,200kW 級で全ラジアル型のロータを片持支持した単純簡潔な構造をしており、主に舶用や離島用の電源として国内の各所で使用されていた。
一方、国内においては 1974 年の消防法改正を一つの大きな契機として、非常用発電分野での中小型ガスタービンの活躍が目立つようになってきた。神戸製鋼
ではこの分野への本格的な参入を目指してより幅広い
顧客ニーズに対応すべく、1980 年から新たに 800kW
級の GT1 型ガスタービンの自社開発に着手し、1983
年 3 月には初号機を市場に投入した。

注：神戸製鋼が低コストと高信頼性を目標に開発したガスタービン。
圧縮機・タービン共に単段ラジアル形式で部品点数が少ない簡潔な構造を採用この GT1 型の開発に際しては目標とする非常用発図 5.3 GT1 型ガスタービンの断面図（3）

電市場において最大のライバルとなるディーゼルエン
表 5.3 GT1 型ガスタービンの主要仕様（3）

ジンを意識して、これに十分対抗可能な低コストと高信頼性の達成を二大目標に設定した。この為、

形式

吸気量を極力少なくして全体寸法を小さくする。

出

力（kW）

925

②

部品点数の低減に努める。

熱

率（％）

18.5

③

鋳造品を多用する。

31,280（50Hz）/31,150（60Hz）

④
⑤

①

主

効
軸

回

一軸式

転

数（rpm）

圧

縮機

異物の吸込に強い構造とする。

燃

焼

器

単筒缶形

高温側の軸受を排気通路側に配置しない。

タン

ラジアル 1 段

ービ

遠心 1 段等を念頭に開発を進めた。
この結果開発された GT1 型ガスタービンは図 5.3に示す断面構造、表 5.3 に示す主要仕様であり、①②（4）新潟原動機（4）新潟原動機（旧新潟鐵工所）では終戦前（1944 年頃）

圧縮機／タービン共に単段ラジアル形式のシンプ


から当時進められていた軍用のジェットエンジン開発

ルな構造。

プロジェクトに参加して、「ネ− 20」等の試作を担当

エンジン本体の部品点数は約150点と従来に比べ
する等ガスタービンとの関わり合いは古くからあって大幅に低減。

た。

③

ロータ類等を含み各所で精密鋳造部品を多用。

戦後になって 1956 年に英国ナピアとディーゼルエ

④

軸受は高温側も遠心圧縮機とラジアルタービンの

ンジン用過給機の技術提携を行っているが、ガスター

間に配置されており、高温の排気ガスに晒される

ビンについては 1976 年に英国セントラックスと技術事はない為、潤滑油は低温側と同じ鉱物油が使用

提 携 し、 出 力 600kW 級 の OEM ガ ス タ ー ビ ン を 組 みできる。

込んだ非常用発電装置を製造して初めて市場に参入し等の多くの特長を持っている。

た。

なかでも従来 200kW 級以下の小型機で使用される

当時、非常用発電市場ではガスタービンの評価が急事が多かったラジアルインフロータービン（以下 RIT

速に高まり、関連する多くの発電装置メーカは海外のと呼称）を本エンジンのような 800kW 級のガスター

実績あるガスタービンメーカから既成エンジンを輸ビンに採用している例はごく稀であったが、この RIT

入してこの新たな需要に競って対応していた。更にの採用により比較的大型な機種にも関わらず部品点数

1978 年には米国のソーラと提携し、同社の豊富な機の少ない簡潔な構造をとる事が出来た。

種揃えをベースに 8,000kW 迄対応できる体制を構築

神戸製鋼が行ったこの GT1 型ガスタービンの自社開発は日本ガスタービン学会においても高い評価を得て、「発電用 800kW ガスタービンの開発」のタイト
ルで 1984 年度の技術賞を獲得している。

して、拡大を続ける中小型ガスタービン発電市場に備えた。
新潟原動機では旧くからディーゼルエンジンの製造販売に携わってきたが、前述のように 1950 年代半
ば頃からは過給機の開発製造も積極的に推進してき汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査

339

た。以来長期にわたって蓄積されたこれらの高速回転（5）ヤンマー（5）機械に関する技術をベースにして、ガスタービンの自ヤンマーでは創業以来一貫してディーゼルエンジン

社開発が計画され、1988 年には発電出力 300kW 級のを中心とする各種内燃機関の開発／製造／販売に取り

NGT1 型ガスタービンを完成させて市場に投入した。

組み、此れまでに市場からの要求に応じて多種多様

更に引き続き 1989 年には出力 1,000kW 迄をカバーすな商品を提供し続けてきた。ガスタービンについてる事が出来る NGT2 型ガスタービンが完成し、これは 1972 年頃から 500kW 級の小型機種を対象に、設計をベースに更なる大型化とツイン化によって 2000 年

技術の習得を目指して航空宇宙技術研究所（当時）の

迄には 3,600kW 以下の出力範囲を隙間なくシリーズ

指導の下で細々と研修を進めていたが、その後の消防化した。

法改正（1974 年）や宮城沖地震（1978 年）を契機に
ガスタービン非常用発電装置の需要が急速に高まっていった。この市場の要求を受けてヤンマーでは自社ガ
スタービンの早期開発を推進する為の部門を新設した。
1979 年当時、未だガスタービンの開発技術力に乏しかったヤンマーは英国の研究開発会社であるノエル
ペニイ

タービン（以下 NPT）に最新技術を適用した 450kW 級のガスタービン開発を委託した。この間、ヤンマーでは NPT に交代で技術者を派遣して駐在させ、ガスタービンの設計／製造／試験等に係る一切の技術習得に努めた。
開発を請け負った NPT に対するヤンマー側からの要求は、
注：旧新潟鐵工所が過給機等の高速回転機に関する技術をベースに自社開発した 1,000kW 級ガスタービン

図 5.4 NGT2 型ガスタービンの断面図（4）表 5.4 NGT2 型ガスタービンの主要仕様（4）
形

式

一軸式

出

力（kW）

1,320

①

ヤンマーの製造能力で対応可能な構造。

②

ディーゼルエンジン並みの製造コスト。

の二点であった。
NPT はこの要求に対して、当時の産業用小型ガスタービンとしては世界最高の効率 79％、圧力比 8 の単段遠心圧縮機、単筒缶型燃焼器、軸流二段タービン

率（ ％）

24.2

の構造で TIT ＝ 1,027℃の仕様提案し、1980 〜 1981

転数（rpm）

22,000

年の二年間で完成させたプロトタイプ P169 型ガス

圧

縮

機

遠心 2 段タービンの試験性能はこれを満足するものであった。

燃

焼

器

単筒缶形

ン

軸流 3 段

熱
主

タ

効
軸

回

ー

ビ

ヤンマーではこの英国での開発と並行して、国産化の準備と前記の P169 型を原型モデルとする非常用

この NGT シリーズのガスタービンは図 5.4 のよう

ガスタービン“AT シリーズ”の自社開発を推進し、に 2 段の遠心圧縮機と 3 段タービンで構成されたロー

1983 年 に は P169 型 と ほ ぼ 同 じ AT600S 型（450kW、タを持ち、燃焼器は単筒缶型を採用している（表 5.4

図 5.5 と表 5.5 を参照）とその 2 基 1 軸式の AT1200に NGT2 型ガスタービンの主要仕様を示す）。新潟原

型（883kW）をシリーズ初号機として揃って初出荷

動機では更に多様化する市場ニーズに対応して、新たした。納入当初は日本独特の A 重油使用で黒煙や失に 出 力 800kW 以 下 の 範 囲 を カ バ ー す る RGT シ リ ー

火等のトラブルに見舞われたが、燃焼器／燃料弁等のズの開発に着手し、1990 年代の後半にはこのシリー改善で解決する事が出来た。

ズ化を完成させる事が出来た。この RGT シリーズは

そ の 後、1983 年 末 に は AT900S（700kW）、1984 年

単段遠心圧縮機と単段ラジアルタービンの組合せによに そ の 2 基 1 軸 式 で あ る AT1800S（1,400kW）、1985

る 簡 潔 な 構 造 を 特 徴 と し て お り、 こ の RGT と NGT

年に AT360S（268kW）を完成させて相次いで市場にとの両シリーズの組合せによって非常用ガスタービン投入した。更に 1988 年には小型の AT270S 型（202kW）

発電市場での揺るぎない地位を築くことが出来た。

を開発したが、このエンジンは当時最高レベルの周
速 680m ／ s のラジアルタービンを採用し部品点数340

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.15 2010.March心圧縮機／単筒缶型燃焼器／ 2 段軸流タービンの主要素で構成されており、1989 年〜 2000 年頃までの約 12年間、主として非常用発電装置の駆動源として広く一般市場で販売されている。
また同社にはこの他、航空エンジン部門が自社開発したジェットエンジンを転用し、1995 年頃より主に非常用発電装置に組み込んで販売されている 400kW
注：ヤンマーが NPT で開発した 450kW 級ガスタービンをベースに自社開発した 450kW 級ガスタービン

級の小型ガスタービンがある。この MTG400 型ガスタービン（400kW，図 5.6 及び表 5.6 を参照）は同社

図 5.5 AT600S 型ガスタービンの断面図［資料提供：
ヤンマー（株）］が開発したジェットエンジンの設計をベースに一軸式の発電用ガスタービンを開発したものである。即ち、航空用の実績を生かした薄肉／単純で信頼性の高い構

表 5.5 AT600S 型ガスタービンの主要仕様（5）
形

式

出

力（kW）

熱

449

率（％）

18.9

転

数（rpm）

39,783（50Hz）/39,913（60Hz）

圧

縮

機

遠心 1 段

燃

焼

器

単筒缶形

ン

軸流 2 段

主

タ

効

一軸式

軸

回

ー

ビ

造に加えて遠心噴霧方式のアニュラ型燃焼器を採用す
る等、部品点数を極力減らしており、軽量小型で低コストな汎用小型ガスタービンとなっている。

を大幅に削減している。また 1986 年には銀行のオンライン化等に伴う非常用発電装置の大型化に対応する た め、AT900S 型 の 3 基 1 軸 式 で あ る AT2700 型（1,986kW）を開発した。
更に当時の建設省やポンプ協会からの要望を受けて、1988 年 に は 2 軸 式 の AT9T 型（603kW） を 開 発し、 加 え て 1991 年 に は AT3T 型（221kW） と AT6T
型（368kW）を追加した。この結果、1 軸式の発電用AT シ リ ー ズ に 加 え て 2 軸 式 ポ ン プ 用 ATT シ リ ー ズのラインアップ充実が図られて、その後の需要拡大に

注：三菱重工業が航空用のジェットエンジンを発電用一軸ガスタービ
ンに改造したもの。遠心噴霧式アニュラ型燃焼器を採用した小型
軽量な 400kW 級ガスタービン

図 5.6 MTG400 型ガスタービンの断面図（6）大きく寄与する事が出来た。
（6）三菱重工業
三菱重工業は戦後間もない時期から陸舶用のガス
タービンの自社開発を行い、その後も事業用等の大型

表 5.6 MTG400 型ガスタービンの主要仕様（6）
出
使
燃

用
料

燃
消

費

力

400kW

料

灯油、軽油、A 重油

量

255L ／ Hr（40℃）

気

吸気：310m3/min 排気：690m3/min，420℃（エジェクター型）

式

単純開放サイクル一軸形

発電分野を主な対象として順調にその業容を拡大し、

吸現在では大型陸舶用ガスタービンについては世界でも形有数の企業として各地で活躍している。

圧

縮

比

5

回

転

数

約 43,000rpm

これらのガスタービンはいわゆる重構造型である

気

／

排

が、一方、汎用用途を対象とする中小型ガスタービン
についても新製品を開発し、1989 年頃より非常用発

この他、この系列には MTG400 型をツイン化した電等の市場に参入している。これらのガスタービンはMTG800T 型やポンプ駆動用に二軸化して縦型にした

500 〜 1,000kW 級 程 度 の 出 力 で、 前 述 の 数 100MW 級

MTM500 型（316kW）が揃えられている。

の大型機種を担当する原動機部門とは異なり、産業用

現在これらの自社開発した軽構造型の汎用中小型ガの圧縮機／蒸気タービン等を担当する機械事業部門でスタービンは 2005 年以降は販売されていない。また、開発し製品化されている。このガスタービンは単段遠

同社では海外の提携先から導入した航転型の中型ガス

汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査

341

タービンを使用してコージェネレーションシステムや成／育成であるが、当時は適当なサンプルも少なく系

ポンプ駆動等の需要に対応している。

統化立った参考資料も殆どなかった。国産化に取り組んだ関係各社の多くは中小型ガスタービン開発の経

5.2

輸入ガスタービンについて験が無かったが、そのような中で夫々が独自に自社開発に取り組み出来上がった製品が市場で活躍できたの1970 年代の半ば頃から 1980 年代後半に掛けて活発は、下記に挙げるような当時の幾つかの特有な事情が化した中小型ガスタービン国産化の動きは何れも防災後押しした結果と云える。

用途の非常用発電装置を目標としていた。従来、この① 開 発目標が防災用の発電装置に限定されていた事。

市場は小型の汎用ディーゼルエンジンがほぼ独占して目標が明確で単純化されており、かつ性能／耐久

おり、舶用や産業用のディーゼルエンジンを製造して性よりもコスト／機能／信頼性等がより重視されいる多数のメーカが豊富な品揃えで市場を席捲している等から幅広い部分で各社が既に保有している技

た。

術を有効に活用する事が出来た。特に、多くの

このような中で、輸入品を導入したガスタービン発

ディーゼルエンジンメーカにとって馴染み深い過電装置の非常用途における優位性が市場において注目

給機の技術は小型ガスタービンと共通する部分がされるようになり、ディーゼル主体であった既成の発多く大いに役立った。

電装置メーカも挙ってガスタービンの導入に積極的に②

消防法改正を切掛けとする防災市場の活性化なった。この時期、この用途に適した国産ガスタービ

市場に新規参入してきたガスタービンに対する既ンは見当たらず、欧米の先進メーカからの輸入エンジ

存メーカの危機感と大きな拡大が見込まれる新たンで対応していたが、市場が拡大するに連れて輸入品な需要に対する期待感から、ガスタービンの自社の不便さが徐々に目立つようになってきた。

開発に必要な社内資源の投入を積極的に行う環境

これらの問題点は概ね下記のようなものであった。
①②

コスト：一般に中小型のガスタービンはディーゼ

が整っていた。
③

多種多量な生産量

ルエンジンに比べると製造コストが高い。特に輸品揃えが必要な事もあって、事業用等の大型機種

入品の場合、これらは通常汎用性の高い仕様とに比べると圧倒的に数多い機種／生産量であったなっており非常用としてはオーバースペックでから、その分市場から得られる情報量も豊富になあった事からコスト高と成り易かった。

り、比較的短期間で経験の蓄積が出来た事も要因

品揃え：客先の要求仕様は様々で、容量面でも数の一つと云える。

100kW〜数MW級迄の幅広い需要に対応する必要があった。従来のディーゼルエンジンの場合は5.4 自社開発への取り組み方

これらに対して各々が豊富に機種を揃えて小まめ③に対応していたが、特に小型領域で機種が少ない

上記のような事柄は関係各社に共通する部分である

輸入ガスタービンではこの様な自由で柔軟な対応

が、各社の自社開発への取り組み方は基本的には夫々が困難であった。

の事情によって異なっている。ここではこの時期に国アフターサービス：自社製品でない事から特にト

内各所で活発に行われた非常用小型ガスタービン開発

ラブル時の技術的な対応や部品供給に問題が生じに特徴的な具体例の一つとして川崎重工業の場合を採

易く、客先との信頼関係に傷が付く事も多くあっ

り上げ、その開発手法や設計技術育成の一端を以下にた。また海外メーカとのやり取りは国内同志と異紹介しておく。また併せて、国産に必要な製造技術のなる商習慣や考え方の違いもあって、無用な手間

当時の状況について概説しておく。

暇がかかる不便さがあった。

5.3 国産化推進の背景

5.4.1

開発手法

先に述べたように川崎重工業では防衛省需要向けのライセンス生産等を通じて 1970 年頃には航空用ガス342

国産化の推進は上記のような輸入エンジンの問題点

タービン製造についてのかなりな知識／経験を得ていの解決策として関係各社がそれぞれ独自に発想し、別た。更にこれを生かしてガスタービン事業を拡大しよ個に取り組んでいった。ベースとなるのは防災用途にうと、航空用ガスタービンの様々な地上用途への転用

適した中小型ガスタービン開発に必要な自社技術の醸を試みた（1969 〜 1973 年）が、前述のような輸入エ

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.15 2010.Marchンジンの限界から、これを諦めて自社技術による国産

このような初期段階での開発手法は、オートバイや化へと方針を転換した（1971 年末）。併しながら、其小型エンジン等の量産型製品に対して馴染み易いやりれまでに社内で培われた技術はライセンス製造に基づ方で、その特徴は概ね下記のようなものであった。

く生産／製造技術であって、ジェットエンジン部門に① 全
 てに対して自社開発を優先し、差別化やノウハ

設計／開発経験者は殆ど皆無であった。
この為、急きょ
社内のオートバイ部門からレシプロエンジンの設計／
開発技術者 5 〜 6 名が呼び集められ、これらが核となって採用したばかりの新入生を集中的にこれに投入する等の処置によって設計／開発チームの充実を図り国産化への取り組みを開始した（1971 年〜）。

ウ習得に力点を置いた。
② ス
 ピードを重視して敢えて拙速を厭わず、豊富な品揃えを迅速に行った。
③ 試
 験による確認を最も重要視して、設備及び供試品の充実に力を入れた。
これらの手法はこの時期急速に需要を拡大した国内

ガスタービン開発チームの幹部の多くはオートバイの中小型非常用ガスタービンに特有なもので、仕様や出身者であったから、開発手法も通常とは異なるオー市場の状況が大きく異なる航空用や事業用等の従来ガ

トバイ流のユニークなやり方でスタートした。通常ガ

スタービンでは殆ど見られないやり方であった。需要スタービンの開発は圧縮機／燃焼器／タービン等の各が急拡大した成長期を経て市場が徐々に成熟期に移行

要素別の開発を重視し、本体開発に先行或いは並行しして新製品が増えていくに連れて、こう云った取り組てこれを進めるのが普通のやり方である。これに対しみ姿勢も徐々に変化してきているが、基本的な部分にて川崎重工業ではこれらの要素開発を省略し、代わり

ついてはこのような量産型製品の開発手法を確実に引に様々に形状／様式が異なる供試部品をあらかじめ多

き継いでいく事も中小型ガスタービンの将来にとって数準備して頻繁に交換しながら、いきなり本体で試験重要な事柄であると思われる。

／確認していくやり方で開発を進めた。この方法はその後品揃えが進み、製品が大型化していくに連れて要
素開発重視へと徐々に移行していったが、あくまでも本体での確認試験を中心とする開発手法は現在も其のまま引き継がれている。
また、本体はもとより減速機／制御装置／各種電装品
等の付属品一切についても、原則として出来るだけ自社開発するやり方で取り組んだ。この為、手間暇が掛かり
苦労も多かったが、開発目標にピッタリの仕様／性能／
コストの製品が得られるメリットと同時に、えてしてブ
ラックボックス部分が多い買物では得られない知識経験が得られた事は大きな成果であったと云える。
300kW 級 の KG72 型 ガ ス タ ー ビ ン に よ る 試 作 研 究（1971 〜 1973 年）を経て、製品化された最初のエン

注：最初に開発したS1A型をベースに、ほぼ類似の形態をとりながら、短期間で多種の非常用ガスタービンの開発を行った。1980年
代後半からは常用ガスタービンの開発も実施

図 5.7 川崎重工業の中小型ガスタービン開発の経過（7）

ジ ン は 150kW 級 の S1A − 01 型 で、 初 の 本 格 的 な 純
国産非常用ガスタービン発電装置 PU200 型として、

5.4.2

設計技術

1977 年にその初号機が市場に投入された。以降、こ防災用ガスタービンの自社開発にチャレンジしたダのエンジンをベースにほぼ類似の形態をとりながらス

イハツ／新潟原動機／ヤンマー等の各社は元来ガス

ケールアップした S2A 型（600kW 級）や M1A 型（1MW

タービンとは無縁のディーゼルエンジンメーカで、ガ級）等の大型機種を次々と開発し、これらのツインタ

スタービンそのものの開発・設計経験は全く無かった。

イプも含めて短期間（1977 〜 1985 年）で一気に 8 機

一方、ほぼ同時期に国産化を目指した川崎重工業や神種を揃え、150 〜 2,400kW をカバーする PU シリーズ

戸製鋼等は海外先進メーカとの技術提携により航空用として非常用発電装置の市場へ順次投入していったや小型陸舶用ガスタービンのライセンス生産／販売等（図 5.7 参照）。またこれと並行して移動用の MPU シ

を通じて、中小型ガスタービンの製造／サービス関連

リーズや防衛省需要等の特殊用途を目指した超小型機

技術は限定的ながら持っていたが、開発／設計経験に種等の新製品開発も積極的に推進し、新たな市場開拓

ついては同様に殆ど無かった。

による一層の需要拡大を狙った。

この様にガスタービン開発の経験が無い各社が、汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査343

ベースとなる“設計技術の醸成／育成”について具体入した設計ソフトを使用して圧縮機を作り直すと、其的にどの様に取り組んだのか、他社に先んじていち早

れまでの苦労が嘘のように性能が改善されて、関係者

く自社開発に着手し市場参入を果たした川崎重工業の一同大いに安堵すると同時に改めてその威力に驚いた

場合を例に採り上げて具体的に紹介する。

経験がある。これらの設計ソフトはまた、加工用の川崎重工業が小型ガスタービンの自社開発に着手したのは 1971 年の事で、技術導入等は一切考えず全くNC テープ作成用としても使用出来た為、関連作業の大幅な生産性向上にも寄与した。

の自力による開発を目指していた。開発チームのメン

開発当初は大型計算機の導入が漸く始まったばかり

バはガスタービン設計に関しては未経験者ばかりで、で、適切な設計ソフトも少なく研究開発作業はどちら

当時唯一の纏まった設計資料であった ASME（米国

かと云えば実験偏重で進めていた。併し乍ら、その後

機械学会）のガスタービンハンドブックを頼りに、当量産段階に入って大型計算機が急速に発達し、これに時は未だ管理が緩やかでガスタービン関連の新しい情呼応して空力や強度の設計ソフトが充実してくると、

報 が 比 較 的 容 易 に 入 手 出 来 た NACA（ 現 在 の NASA）

開発作業の内容も徐々に計算機内でのシミュレーショ

のレポート等を読みながらの設計作業であった。そのンに重点が移っていった。その結果、試験内容の整理

頃は丁度大型の電子計算機が普及し始めた時期で、入選択も進み開発期間の短縮と同時にコストの低減がで社して間もない新人達が文献片手に自らプログラムをきるなど開発作業の生産性が向上して、短期間での機作り、複雑な空力や強度計算を進めていく様子は殆ど

種揃え等に大いに貢献した。

が勘と経験を頼りに育ってきた旧人達には非常に新鮮で、半信半疑ながら興味深く感じていた。ガスタービ

344

5.4.3

製造技術

ン開発に関してはこの様に全員が未経験であり、なか

この時期、各社が競って自社開発を目指した非常用でも空力設計等のガスタービン固有の技術については

ガスタービンは一般に「軽構造型」と呼ばれる形式で新旧の区別なく皆がほぼ横並びで、頼る人も少なかっ

航空用の小型ガスタービンに類似した構造を採用してた事が若い人たちの実力養成に反って好結果をもたらいる。これは非常用途の使用条件が航空用途の場合としたとも云える。

同様に急速起動／急負荷投入／急負荷遮断等の熱サイ

1971 年に開発着手してからの最初の 2 年間は初め

クル変動が激しく起動停止回数が多い事から、これにて 自 力 で 設 計 開 発 し た 出 力 220kW の KG72 型 ガ ス

対応できるように必然的に薄肉で熱容量の小さい構造

タービンによる試作研究期間で、試作／試験したエンとなる事に由来している。

ジンをプレジャーボートに搭載して海上走行試験を実また、ディーゼルエンジンに多用されている過給機施するなど、実用性を含めて小型ガスタービンの実機のロータ（回転体）はこの非常用小型ガスタービンの経験取得に力を入れた。完全に自力によって短期間

ロータ部分と共通点も多く、その構造形式は相互によで試作エンジンを開発して自信をつけた後、1973 年

く類似している。これらの事から、部品の加工／製造

4 月から本格的な製品開発に着手した。事前の市場調については自社開発を目指した各社が以前から保有し査により、開発目標を非常発電用に絞り、シンプルて馴染み深い加工機械／生産技術で対応可能な部分がで頑丈な 150kW 級の S1A 型ガスタービンを開発して多くあった。更に 1960 年代半ば頃から防衛庁（現防1977 年に初号機を市場に投入した。

衛省）向けの航空用ガスタービンの国産化が活発化し試作エンジンの KG72 型を開発した 1970 年代初めて、関連する各メーカのガスタービン部品製造設備がの頃は大型計算機が導入され始めた時期で、適当な設急速に整備されるようになり、この結果材質や形状面計ソフトは中々見当たらず、必要なものは自分達で作から加工が中々難しいガスタービン部材の加工技術の成していた。その後数年を経て量産型の S1A 型エン向上／普及に大きく貢献した（図 5.8 参照）。

ジンを開発した 1970 年代半ば以降になると、欧米のまた、これらはガスタービン部品製造に不可欠なソフト開発会社が圧縮機やタービン等のガスタービン

Ni ／ Co 等の超合金耐熱材や Al ／ Ti 等の高比強度要素を対象にした空力設計プログラムを開発して販売材を素材とした精密鋳造／鍛造／薄板材等の特殊金属するようになり、質の良い設計ソフトを比較的容易に材料メーカ、及び高温／高周速等の過酷な運転条件下手に入れる事が出来るようになった。川崎重工業でもで高い信頼性が求められる精密軸受メーカ等の部品関

量産型の S1A 型ガスタービンを開発する際に従来の連企業の技術力／製造能力アップにも大きく寄与し設計法で試作した圧縮機では中々性能が上がらず対応た。これは当時、主に航空機の機体やエンジン関連のに苦慮していたが、急遽米国のソフト開発会社から購

特殊な分野で高度な部品製造の技術を確立した素材／

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.15 2010.March

部品関連メーカが、更なる需要拡大を狙って地上用のて道内の各地で活躍した。これらの反応を受けて、そ

一般機械製品への応用を模索していた時期で、この様の後順次開発された新しい国産ガスタービンに対応しな時代背景もあってこれらの航空用から陸舶用への技てラインアップ化が進められ、定置式に倣って 160 〜

術移転も比較的スムースに行われた。

1,600kW 間をきめ細かく機種揃えされている。これら
は「カワサキ MPU シリーズ」として国内各地の電力会社や通信会社等を主な顧客としながら新たな需要を開拓していった。これらの移動電源車は輸出でも活躍
して 1982 年には中近東向けに 10 台の 160kW 級移動電源車を納入し、更に同じく 1982 年にエンジンのみの供給であったが、独 KHD の大型トレーラ式移動電
源車向けに 32 台の 2,650kW 級ガスタービンを納入している。
現在、国産ガスタービンを搭載した移動電源車（図5.9 を参照）はこの他トヨタタービンアンドシステム

注：小型ガスタービンの圧縮機用インペラの、加工中と完成品の写真

図 5.8 加工中及び完成品の鍛造インペラの例［写真提供：川崎重工業］の 300kW 級 TPM375 型（50 ／ 60Hz 切 替 え 方 式 他 ）が市販されている。

5.5 新たな用途の開拓
国内では消防法の改正を契機に 1977 年頃から中小型
ガスタービンの需要が急速に拡大し、国産化の動きも加速していったが、この中心は防災用の定置式発電装置であった。一方、この動きは移動用／舶用／ポンプ
駆動用／コージェネレーション用等の様々な方面にも波及して、次々と中小型汎用ガスタービンの新しい用途が開拓されて陸舶用として広く普及していった。本章ではこれらの新しい用途について、主に国産の中小型汎用ガスタービンの状況を中心にその概要を紹介する。
5.5.1

移動用電源

軽量小型で大出力が得られるガスタービンを駆動源とする移動用電源車の歴史は比較的古く、1970 年代

注：トラックの荷台にガスタービン、発電機、制御盤及び燃料小出槽を搭載し、移動可能な電源車の例。工事用や非常用の電源として利用される。

図 5.9 移動電源車の例［資料提供：トヨタタービンア
ンドシステム］に入ると航空用ガスタービンメーカの IHI 等が、輸入した航転型ガスタービンを駆動源として 1 〜 10MW 級

これらのガスタービン電源車は主として各地の電力の移動電源車を製造し、当時の電電公社や各地の電力会社や通信関連会社に納入され、多くは工事停電時の会社に納入すると同時に中南米や中近東等方面にも数電源として使用されていた。これらの要求品質基準の多く輸出しながら、工事用や非常用の電源として各方

厳しい顧客の下で、複雑な電力系統にスムースな連系面で活躍していた。

が出来るガスタービン発電装置の良質な電気特性とそ

国産ガスタービンベースの移動電源車の本格的な生の制御技術は高く評価されたが、この技術は後にコー

産は、小型非常用ガスタービンの国産化で先行していジェネレーション等の常用発電設備で必須となった電た 川 崎 重 工 業 が 1979 年に 200kW 級電源車を北 海 道

力網との系統連系技術に繋がっていく事になり、その電力に納入した事に始まる。この電源車は主として工後の技術向上に大きく貢献した。

事停電時の電源として使用され、街中でも運転可能な

また移動用の分野ではこの他、防衛省需要で使用さ静粛性やガスタービン特有の低温起動性に優れた点がれる例が多い携帯用の超小型ガスタービン発電機（IHI

高く評価されて、以後引き続き 20 台以上が納入されエアロスペース製ダイナジェット 2.6：2kW 級、図 4.9汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査

345

及び表 4.9 を参照）や各地の山上に点在する無人の無

ここで使用されるガスタービンは従来の発電機駆動

線中継基地において遠隔操作で運用されている可搬式用と同じ一軸式を流体継ぎ手等を使って使用する事も小型発電装置など、ガスタービンの軽量コンパクト性あったが、建設コストの削減要求から排水機場のコンを生かした機動性ある電力支援システムの供給に広範

パクト化／省スペース化が更に進められて、これに囲で活躍している。

呼応する形でポンプ駆動を主目的とする二軸式のガスタービンが開発された。ここではそれらのガスタービ

5.5.2

舶用

ンの内、代表的な二機種を紹介しておく。

ガスタービンの陸舶用途の中で舶用は発電用に次いで需要の多い分野であるが、推進用もしくは発電用のAT9T 型二軸ガスタービン（8）（1）ヤンマー製

何れの場合においても航転型などの輸入ガスタービンを使用する例が多く、本文の主題とする国産の汎用中小型ガスタービンの使用例は少なく限定的である。
その中で 1979 年には防衛省の護衛艦搭載の主発電装置として川崎重工業製の「GP1250 型」（1,000kW 級）
ガスタービン発電装置が初めて採用され、以後搭載される電子機器の増加に併せて徐々に大容量化する等の動きを交えながら、護衛艦の建造に合わせてほぼ毎年
コンスタントな台数が出荷されていた。
護衛艦の主発電機に要求される仕様は此れまで扱ってきた非常用発電装置とは比較にならない厳しさで、多量の塩分を含む吸気条件や艦艇特有の耐衝撃性等に

注 ：非常用発電装置用 AT 型ガスタービンをそのままガス発生機として使用し、出力タービンを排気出口横側に追加設置した二軸ガスタービン。排水ポンプ場の機械駆動用として活躍した。

ついて、過酷な試験／体験を重ねるうちに次々と不適

図 5.10  AT9T 型二軸ガスタービンの断面図（8）格な部分が明らかになり、エンジン本体には数度にわたり大改造が加えられた。これらの改良結果は艦艇用のみならず常用等の一般用途に対しても有用で、その表 5.7 AT9T 型二軸ガスタービンの主要仕様（8）形式

後用途が多様化していく中で極めて信頼性の高いエン

出

力（kW）

603

ジンに成長していく大きな要因の一つとなった。

熱

率
（％）

18.4

主

5.5.3

ポンプ駆動用（機械駆動用）

天然ガスや石油のパイプラインで多用されている圧

効
軸

回

圧
燃
タ

転

数（rpm）

31,200

縮機

遠心 1 段

焼
ー

二軸式

ビ

器

単筒缶形

ン

軸流（ガスジェネ：2 ＋出力：1）段

送用圧縮機／ポンプ等はその駆動源としてガスタービ
ンが使用される例が多い。国内においてもこの種の圧排水ポンプ場向けとしてヤンマーが開発した出力

縮機／ポンプ関連の装置が毎年数基製造され、中近東600kW 級の二軸式ガスタービンで 1993 年に初号機が始め世界各地に輸出されているが、ここで駆動源とし市場に投入されている。断面構造を図 5.10 に、主要て採用されるガスタービンは何よりも先ず実績が優先

仕様を表 5.7 に示すが、簡潔な構造で、非常用発電装されて、注文主より使い慣れた海外の機種を指名され置用の AT シリーズガスタービンのパワーモジュー

ることが多く、現時点では国産ガスタービンが割り込

ル部分をガス発生部分としてそのまま使用し、出力発む余地は未だ少ない。

生部に単段の軸流タービンを設けて従来のディーゼル

一方、国内においては 1980 年代の終わり頃から大並みの価格を実現している。

型河川周辺の排水機場においてポンプ駆動用として国産のガスタービンを使用する例が増えてきた。従来これらのポンプ場においては主としてディーゼル機関が346（2）ダ イハツディーゼル製 DFL − 4 型立軸 L 型ガ
スタービン（9）多く使用されてきたが、場内の各装置について長期放

ダイハツディーゼルでは以前より非常発電用の一軸置による不具合が発生しやすい冷却水系の簡素化或い式ガスタービン（DT シリーズ）や機械駆動用としては無水化が進められて、その一環としてガスタービン

開発した二軸式ガスタービン（DF シリーズ）を使用が注目されて採用される機会が増えた。

しながらポンプ市場で活動していたが、これらの横軸

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.15 2010.March縦型に配置したガスタービンで、図 5.11 に示すような L 型の構造をしており、主要仕様を表 5.8 に示す。
図のようにガスタービン本体の吸排気装置は上方に位置する事に成り、更にポンプ部は出力軸の延長に其の侭真直ぐ下方に配置する事から、必要な機場のス
ペースが少なくなって目標とする建設コスト削減に有効な構造であった。本ガスタービンは 1998 年に開発完了し、同年に先端建設技術センターにおいて実機実証試験を終了した後市場に投入されている。

注：非常用発電装置用 DT 型ガスタービンをそのままガス発生機として使用し、出力タービンを縦軸に追加配置した二軸ガスタービン。
ポンプ出力軸の直ぐ上にガスタービンを設置でき、設置スペースの削減が可能参考文献（1）「日本のガスタービンの歩み」，日本ガスタービン
学会，PP. 44–45，P. 133（2002）（2）「日本のガスタービンの歩み」，日本ガスタービン

図 5.11 DFL − 4 型立軸 L 型二軸ガスタービンの断面図（9）

学会，PP. 50–51，P. 135（2002）（3）永田他：「発電用ガスタービン GT1 の開発」，神戸製鋼技報，Vol. 34，No.1，PP. 43–47（1984）（9）

表 5.8 DFL − 4 型立軸 L 型二軸ガスタービンの主要仕様
形

式

出

力（kW）

367

率（％）

16.6

熱
主

効
軸

回

圧
燃
タ

転

数（rpm）

41,000

縮機

遠心 1 段

焼
ー

二軸式

ビ

器

単筒缶形

ン

軸流（ガスジェネ：2 ＋出力：1）段（4）「日本のガスタービンの歩み」，日本ガスタービン
学会，PP. 72–73，P. 137（2002）（5）「産業技術歴史継承調査

我が国のガスタービン

技術の独創性と創造性に関する調査編」，新エネ
ルギー・産業技術総合開発機構，PP. 48–49（2003）（6） 大 橋：「三菱

ガ ス タ ー ビ ン MGUN500 形 非 常 用発電装置」，日本ガスタービン学会誌，Vol.23，
No. 89，PP. 111–112 （1995）

式ガスタービンに比べて更に排水機場の建設コスト削（7）星野：「“内燃機関の技術変遷と将来展望”汎用中減に有効な立軸式ガスタービンを開発すべく本機を開

小型ガスタービン」，第一回日内連主催講演会資発した。

料，P. 10（2009）

このユニークな構造の DFL − 4 型立軸 L 型ガスター
ビンは出力 370kW 級で、既存の二軸式ガスタービン
をベースに開発された。本機はこのクラスの排水機場で多く採用されている縦型ポンプに対応して出力軸を（8）「日本のガスタービンの歩み」，日本ガスタービン
学会，PP. 110–111，P. 143（2002）（9）「日本のガスタービンの歩み」，日本ガスタービン
学会，PP. 108–109，P. 135（2002）

汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査347

6 成熟期（1990 年〜現在）：高性能化への取り組み

国 内 に お け る汎用中小型ガスタービンの 需 要 は1970 年代の後半以降急激な伸びを見せて、陸舶用ガ
スタービン市場拡大の大きな要因となった。これは国内特有の事情もあって、防災用発電市場においてガスタービンの評価が急速に高まり、国産化の動きが活発化してコストダウンや機種揃えが促進され、非常用ガ
スタービン発電装置の需要が急速に増大した事が大き
注：ガスタービンの軸力で発電し、排気の有する熱量を排熱ボイラでな要因である。

回収し、電気と熱（蒸気）を同時に発生するシステム

前章ではこの間の 10 数年間を急成長期として位置
付け、主として国産の汎用中小型ガスタービンを中心にその誕生／発達過程等について紹介してきた。この

図 6.1 ガスタービンコージェネレーションシステムのシステムフロー例［原図：川崎重工業カタログ］

中でも述べたとおり、成長期の 10 数年間は国産の汎用中小型ガスタービンが定置式の防災用発電装置を中心に移動電源車やポンプ駆動等のさまざまな用途で経験を積み重ねて、ディーゼル等の既成エンジンに対して十分対抗できる実力を養成した期間であった。
1990 年代に入ると成長期に示した伸びはやや鈍化
して横ばい状況になってくるが、この時期以降から現在までの間を成熟期として引き続き国産ガスタービン
を中心に汎用中小型ガスタービン関連技術の動向について紹介する。

6.1 小型コージェネレーションシステムの誕生
1979 年に第二次石油ショックが発生し、これを一

注：コージェネレーションシステムと従来システム（電気は商用電源
で、熱（蒸気）は重油焚きボイラで供給）との、燃料消費量とCO2 排出量の比較例。この例では、コージェネレーションシステ
ムの従来システムに対する燃料消費量削減率は約 30%、CO2 排出量削減率は約 49%

図 6.2 ガスタービンコージェネレーションシステムと既存システムの省エネルギー性能 / 環境負荷比
較例［原図：川崎重工業カタログ］

つの契機として世の中に省エネルギー志向が広まって348

いった。国内では大型の事務所ビルや病院等の冷暖房

これらのガスタービンを駆動源とするコージェネ

設備用及び各種工場内のプロセス蒸気用の熱源としてレーションシステムの考え方は従来からあったが、需ボイラが多く使用されているが、これらの熱の需要

要 側 の 熱 量 の 規 模 か ら 云 え ば 数 MW 〜 数 十 MW 程 度が多い用途に対してガスタービンを駆動源とするコーのガスタービンとしては中型以下の比較的小規模なサジェネレーションシステムを検討する動きが 1980 年

イトが多く、適切なガスタービンが国内では見当た代後半になると活発化してきた。

らなかった事から中々普及しなかった。併しながら、

ガスタービンは元来、従来のディーゼル機関等に比1970 年代後半より非常用発電市場で急速に力をつけべると排気ガスの量が格段に多く、且つ排気中の NOx

た中小型ガスタービンが容量的にはこれらの用途に適も少なくて非常に清浄な事から、其のまま冷暖房設備

したサイズが多く、且つ機種も豊富な事から 1980 年やプロセス蒸気生成用の熱源として十分使用できる利代後半頃になるとこれらを利用して国内各所で実験的点がある。この為、ガスタービンの軸力で発電し、そな取り組みが始まり、1990 年代に入ると様々な用途の残りの排気が持っている熱量を上記のような方法でで徐々に本格的な普及が進んでいった。

有効活用すればトータルの熱効率は 80％以上となり、この頃のガスタービンを駆動源とする小規模コー

大幅な省エネルギー効果が期待できる事になる。図 6.1

ジェネレーションシステムは燃料供給の関係から東京にガスタービンコージェネレーションシステムの基本

ガス／大阪ガス／東邦ガス等の大手ガス会社が積極的

システムフロー図を、図 6.2 には同システムと既存シスに推進した。従来の都市ガスから天然ガスへの切り替

テムとの省エネルギー性能／環境負荷の比較例を示す。

えも進んで電力供給にも積極的に関わり始めていたガ

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.15 2010.March

ス会社にとって、環境にやさしく省エネルギー効果も取り組み、非常用に次ぐ新たな用途として登場した期待できるガスタービンコージェネレーションシステ

コージェネレーションシステム市場での中小型国産ガ

ムは自社ガスの拡販に格好の商品であった事から、シスタービンの販売拡大を目指した。

ステムの製造メーカとタッグを組む形で新規需要の開拓に取り組んだ。

また、これらのコージェネレーションシステムの採否決定は殆どが経済性で決定されており、地域や使用

客 先 は 大 都 市 内の地域冷暖房供給設備／大 規 模

条件によって複雑に変わる電力や燃料等の料金体系を

ショッピングセンタ／大学病院等の大型集客設備や化考慮しながら、客先に最適なシステムを提案する作業

学／薬品／食品／ゴム等の各種工場で、コージェネはかなり高度な作業を要した為、多くの場合は従来かレーションシステムはこれらの設備運用に必要な電気らの営業部門に加えて専門的な推進チームを設けて拡及び蒸気等の熱の供給に活用された。図 6.3 には 1984

販に当たった。この他、コージェネレーションの普及

年に東京ガス浜松町ビル殿に納めた 1,000kW × 2 基はアフターサービス部門の強化の他、エンジンのオーのガスタービンコージェネレーションの事例を、
図 6.4

バーホールや補用品の供給等の分野で従来に増して累には 1989 年に納入した某ゴム工場納めの 1,500kW 級積的に事業が拡大していく大きな要因となった。

コージェネレーションシステムの事例を示す。

中小型ガスタービンコージェネレーションシステムの需要は国内同様、オイルショックを一つの契機にして海外においても活発化していた。非常用ガスタービ
ンの国産化で他社に先行していた川崎重工業では、比較的早くから自社製ガスタービンの輸出にも積極的に取り組み、1980 年代半ば頃迄には世界の主要な各地に販売代理店を設けてガスタービン単体（エンジンOEM）やガスタービン発電装置の販売促進を図っていた。当初は国内同様、非常用／ピークカット用／移動用等のやや特殊な用途が中心で、海外の中小型自家用発電装置の市場全般で云えばディーゼルエンジンが圧倒的に強く、国内と環境がよく似た韓国や香港等の

注：手前がガスタービン発電装置、奥側が煙管式排熱ボイラ

図 6.3 東京ガス浜松町ビル殿納め 1,000kW × 2 基屋内ガ
スタービンコージェネレーションシステム（1）

一部を除いては、ニッチな需要に留まっていた。しかしながら、前述の通り 1980 年代後半になって小型コー
ジェネレーションシステム市場が活性化してコージェ
ネレーションシステムに適した新鋭機が次々と登場してくると海外ユーザからも注目されるようになり、
1990 年代に入ると海外の各地から活発に引き合いが来るようになった。

6.2 高性能機開発の動き
注 ：右側がガスタービン発電装置、ダンパを挟んで左側が水管式排熱ボイラ

図 6.4 某ゴム工場納め 1,500kW 級屋外ガスタービンコー
ジェネレーションシステム［写真提供：川崎重工業］

1980 年代半ば頃より省エネルギー／環境問題等への対応から、小規模なガスタービンコージェネレー
ションシステムが注目を浴びるようになってきた。これに伴い市場からガスタービンエンジンの更なる高効率化／低公害化／信頼性向上等が求められるようにな

この様に中小型ガスタービンを駆動源とする比較的り、関係する各社が競って高性能機の開発に取り組ん

小規模なコージェネレーションシステムが急速に脚光だ。本章ではこれらの動きの代表例について各社別にを浴びるようになるに従って、市場からはガスタービ

以下に紹介するものとする。

ンに対して更に高効率／低公害／高信頼性を求める声が高まり、国内の関連する各メーカは各々がそれ迄に蓄積した新技術を積極的に取り入れた新鋭機の開発に

汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査349

（1）三井造船製 SB5 型ガスタービン（1MW 級、図 6.5（2）及び表 6.1 参照）の運転が開始され、その後各方面においてコージェネ
レーションシステム用のガスタービンとして採用されて数多くの運用実績を重ねている。なお、本ガスター
ビンはその優秀な性能が認められて 1990 年には日本
ガスタービン学会賞を受賞した。
SB5 型ガスタービンはコージェネレーションシステ
ム用として開発されたが、その特徴は概ね下記の通りである。
① 常 用仕様において、1MW機としては初めて発電
端効率25％を達成。
② こ の種の小型ガスタービンとしては初めて1, 2段タービン動静翼に空冷翼を採用。
③ 中
 間冷却器の採用により、圧縮機の性能向上、比出力の増加、ボイラ給水予熱によるボイラの小型化等に効果があった。
④ 鉱
 物油仕様のティルティングパッド軸受を採用し

注：三井造船が都市ガス 3 社と共同開発した高効率ガスタービン。この後、低 NOx 燃焼器の開発や蒸気注入仕様機の開発が行われた。

図 6.5 SB-5 型ガスタービンの断面図（2）表 6.1 SB-5 型ガスタービンの主要仕様（2）
型
圧
タ

縮
ー

燃

焼

減
定
回
燃

ビ

速
格

出
転

て常用に対応した軸受の長寿命化を図った。
⑤ ロ
 ータとケーシングとの間隙管理にアブレダブル
シールを採用して性能向上に役立てた。
このガスタービンを組み込んで初の都市ガス焚き式

SB5

コージェネレーションパッケージとして纏められたの機

遠心型 2 段が SB5 型ガスタービンコージェネレーションシステ

ン

軸流 4 段器

単缶式機

遊星 2 段式

力

1,184kW（1,610PS）

数

26,600rpm

料

13A/LPG/ 灯油 /A 重油

ムパッケージであるが、燃料ガス圧縮機を発電機軸直結で駆動する方式を採用する等、大幅な省スペース化も図られた。
その後さらに以下の改良が施された。
1）低 NOx 燃焼器の開発
当初、燃焼器は拡散型燃焼方式で蒸気噴射／水噴

第二次石油ショックを経て省エネルギーへの取り組射にて低 NOx 化を図っていたが、環境対応性の改みが活発化し、小型の都市型コージェネレーションの善が求められる中で、より低 NOx で且つドライ方

導入機運が高まった。併し乍ら、1980 年代半ば頃の式による技術開発が実施された。その結果、1993

当時は 2MW 位以下の小容量ガスタービンの軸端熱効

年に三井スーパープレミックス燃焼システムの開率は 23％以下程度であり、また総合熱効率の面から発が完了し、150ppm（O2 ＝ 0％）仕様のドライ低も排気ガス温度が低く満足のいく状況には無かった。

NOx 燃焼器が完成し、その後のガス焚き機の標準

この為、三井造船と都市ガス 3 社（東京ガス、大阪ガ仕様となった。この低 NOx 燃焼器をベースに、更ス、東邦ガス）は 1MW 級のガスタービンにおいて発にアドバンスド型燃焼器の開発が行われ、1997 年

電端熱効率 25％（軸端熱効率 27％以上）、総合熱効率に 84ppm（O2 ＝ 0％）仕様機が完成した。

75％を目標にして常用連続使用の小型ガスタービンの2）蒸気注入仕様機開発開発を行った。

1999 年 に SB5 エ ン ジ ン の 低 圧 段 圧 縮 機 デ ィ

1986 年に開発に着手し、1987 年に 1 号ガスタービ

フューザの改良を行うことにより、圧縮機出口にンを完成させて工場試験で詳細なデータ収集を行い、

蒸 気 を 噴 射 し て 熱 電 可 変 の 出 来 る 仕 様（SB5 −1988 年に東京ガスの豊洲工場において廃熱ボイラ及COPRA）を追加した。この結果、夏季などに送気

びガス圧縮機と組み合わせたコージェネレーションシ

蒸気量を 2 ／ 3 にし、発電出力を春秋季と同じ出力

ステムのフィールドテストを実施して、性能の確認及が得られるように運用する事が可能となった。

び実証試験を行った。また、同年半ばには商用 1 号機

350

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.15 2010.March（2）川崎重工業製 M1A–13 型ガスタービン（1.5MW 級、（3）

図 6.6 及び表 6.2 参照）

み込み市場に投入した。更にこれに引き続き 1991 年にはこのエンジンのチェンサイクルバージョンである
M1A − 13CC 型（ 熱 電 可 変 型：1.5 〜 2.4MW 級 ） を駆動源とする「PUC15CC 型」を初納入した。このシステムは客先の負荷変動に応じて熱電比を自由に変えられる特長を持っており、時間帯に応じて電気や熱の需要が大きく変動する用途に対して最適なシステムであった。また、同年にはこのエンジンをベースに出力
向 上 を 図 っ た M1A − 23 型（2MW 級 ） ガ ス タ ー ビ ンを開発し、これを組込んだ「PUC20 型」コージェネ
レーションシステムを市場へ送り出しており、更には1993 年 に M1A − 23 型 を ツ イ ン 化 し た M1T − 23 型（4,注：川崎重工業が 1,000kW 級非常用ガスタービンをベースに開発した高効率ガスタービン。この後、低 NOx 燃焼器の開発や蒸気注入仕様機の開発が行われた。

図 6.6 M1A-13 型ガスタービンの断面図（3）000kW 級 ） を 使 っ た「PUC40 型 」 の 初 号 機 を 出 荷 する等、M1A − 13 型ガスタービンを起源とするコージェ
ネレーションシステム用高性能機の機種揃えが急ピッ
チで進んだ（図 6.7 参照）。

（3）

表 6.2 M1A-13 型ガスタービンの主要仕様
形
圧

縮

タ

ー

ビ

式

開放単純サイクル 1 軸式機

2 段遠心式

ン

3 段軸流式

燃

焼

器

単筒缶形

減

速

機

2 段遊星歯車式

燃
減

料
端

1,570

減 速 機 端 熱 効 率

％

26

流

出

多種対応可

kW

気

機

ガス、液体

力

空

速

量

k g / s排 気 ガ ス 温 度
圧
主

力
軸

回

転

数

℃

8
520

比

9

rpm

22,000

M1A − 13 型ガスタービンはコージェネレーション
システム市場の本格的な開拓を目指す為に、在来機である M1A-03 型をベースにして圧縮機／タービン等の主要要素に大幅な改良を加え、此れまでに比べて熱効率を 25％以上改善したエンジンである。

注：ベースエンジンの改良やツイン化（二機一軸化）により急ピッチ
で機種揃えを図った例。各機種に出力 / 熱効率を参考記載

図 6.7 高性能コージェネレーションシステム用ガスタービンの機種揃えの例（4）

開発リスクを抑えるために圧力比やタービン入口温度は従来の延長程度の小幅な変更に留め、主として各

また、これら 1990 年代のコージェネレーションシ

部の要素効率改善によって熱効率の向上を図った。圧ステムに関連して従来の水や蒸気を使った「Wet 方

縮機インペラは従来のステンレス系に換えてチタン材式」に代わって希薄燃焼による「ドライ低エミッショを使用して周速を上げる事により高効率を達成した。

ン（DLE）燃焼器」の開発が着々と進み、1995 年にタービンについては翼形状の改善の他、翼先端や翼間はこれを組込んだ「GP1500D」型コージェネレーショのシール機能を強化する事及び新しい冷却技術によるンシステムの初号機が納入された。その後、この方空冷翼の冷却効率向上に注力した。この他、燃焼器に式は他機種にも次々と応用され従来方式（Wet 方式）

ついては先端的な積層板構造や高級材料を積極的に採の複雑な構造／制御システムが排除されて、コージェ用して、低 NOx 達成に必要な燃焼温度の低減を実現

ネレーションシステムの信頼性向上とコストダウンにした。

著しく貢献した。

このエンジンは 1987 年から開発に着手し、1989 年

更に 1993 年には米国の某ベンチャー企業より移動に「PUC15 型」コージェネレーションシステムに組式コージェネレーションシステム用として 1.5MW 級

汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査

351

のガスタービンを 112 台一括受注する等の大型商談もIM270 型ガスタービンはガスタービンコージェネ

あった。この商談には引き続き当該ガスタービンの製レーションシステムの普及拡大に対応する目的で、造技術供与契約も結ばれて、ガスタービン先進国であIHI が自社の航空用ガスタービン技術を適用して開発る米国企業に国産ガスタービンの製造ライセンスを供した中小型分散発電向けの低公害／高効率なガスター

与したという画期的な意味合いから注目された。

ビンである。このエンジン及びこれを組込んだコー

この他、川崎重工業では米国 CESI（Catalytica

ジェネレーションシステムは東京ガスとの共同開発にEnergy Systems Inc．
）と共同で同社の触媒燃焼シス

より、同社の有する都市ガス焚き燃焼技術や都市ガス

テ ム「Xonon」 を 組 込 ん だ「M1A − 13X」 型 を 世 界

利用機器のノウハウが適用されている。

に先駆けて商品化した。触媒燃焼は混合気中の燃料とIM270 エンジンの設計点はエンジン単体の高性能酸素が触媒表面に吸着されて化学結合が分断され原子化だけではなく、排熱ボイラの作動温度、エンジンコに分解される為、低い活性化エネルギー（低温）下でストに影響の大きいタービン段数及び冷却タービンのの化学反応（燃焼）が可能になる。これによって、低濃

段数、さらには燃料の供給圧力等を考慮して決定され度の混合気でも低温で完全燃焼する事が出来るようにて、このクラスでは最高レベルの発電端効率 25.5％、なり、高温燃焼で生成するサーマル NOx がほとんど発コージェネレーションシステム総合効率 80％を両立

生しない利点がある。この触媒燃焼ガスタービンを組させた。

込んだコージェネレーションシステムの初号機は 2002
年に米国カリフォルニアの病院に納入されている。

このエンジンは発電機駆動に適した一軸式の単純開放サイクルガスタービンで、二段遠心圧縮機及び三段軸流タービンで構成されており、部品点数を削減して（3）IHI 製 IM270 型ガスタービン（2MW 級、図 6.8 及（5）

び表 6.3 を参照）

低コスト／高信頼性の実現に注力した。また、タービ
ンは第一段の動静翼のみ空冷翼としている。軸系は圧縮機及びタービンの各ロータをカービックカップリン
グで結合し、軸芯を通るタイボルトで締め上げた。このロータ全体は前側のボールベアリングと後側のロー
ラベアリングによりソフトマウント支持されて、構造の単純化／部品点数削減と熱膨張による偏芯／振動の防止等を両立させて信頼性の確保に努めた。
また、燃焼器は低公害化に対応する為に単缶式のDLE 燃 焼 器 を 開 発 し た。IHI が 開 発 し た 灯 油 ／ LPG
焚き用のマルチプル型と東京ガスと共同開発したダブ
ルスワール型の二種類を開発した。都市ガス焚きダブ
ルスワール燃焼器は超希薄予混合燃焼と冷却空気が不要な伝熱促進冷却ライナ、ステージング燃焼制御等の

注：IHI が自社の航空用ガスタービン技術を適用して開発した 2,000kW
級高効率ガスタービン。ガス焚き DLE 燃焼器はガス会社との共同開発。この後、液体燃料システムや、熱電可変型の開発が行われた。

図 6.8 IM270 型ガスタービンの断面図（5）表 6.3 IM270 型ガスタービンの主要仕様（5）
型
圧
タ

ー

ビ

内の最も厳しい NOx 規制値をクリアする事が出来た。
IM270 コ ー ジ ェ ネ レ ー シ ョ ン シ ス テ ム の 開 発 は1994 年に先ず IHI 社内でエンジンの開発に着手し、灯油焚きシステムが 1996 年より IHI 呉第 2 工場において、都市ガスシステムが 1997 年より東京ガス根岸式

単純一軸開放サイクル機

遠心 2 段ン

軸流 3 段単缶 DLE 燃焼器

ジェネレーションシステムの販売を開始し、1999 年

燃

焼

器

減

速

機

工場において各々実証テストを開始した。これらの実証試験を経て、1998 年より灯油／都市ガス焚きコー

2 段並行歯車

からは LPG 焚きも加えて市場で活躍中である。更に

主 軸 回 転 数

20,300/20,295rpm

蒸気注入による熱電可変型も 2002 年より発売してお出 力 軸 回 転 数

1,800/1,500rpm

燃

352

縮

組合せによりドライで 50％以上の広い作動範囲で国料

都市ガス / 灯油 /LPG

N O x（ O 2 ＝ 16 % ）20ppm（都市ガス焚き）

ガスタービン寸法

全長 1.3 ｍ×全幅 1.0 ｍ×全高 1.5 ｍ

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.15 2010.March

り、低カロリーガス焚きなども交えて商品ライアップの強化にも注力している。

表 6.5 TG312 型ガスタービンの主要仕様（6）（4）トヨタタービンアンドシステム製 TG051 型（50kW級，
図 6.9 及び表 6.4 を参照）
及び TG312 型（300kW形級，図 6.10 及び表 6.5 を参照）ガスタービン（6）
構

造

回転数

式

単純開放サイクル 2 軸式

圧

縮

機

遠心式 1 段

燃

焼

器

単筒缶式

タ ー ビ ン

軸流式 1 段 / 軸流式 1 段

起 動 方 式

電気式

潤

滑

油

合成油

出

力

軸

49,000rpm/35,000rpm

減 速 機 端1,500/1,800/3,600rpm

軸

出

力

圧

力

比

315kW
6.0

空

気

流

量

1.98kg/sec

燃

料

種

別

灯油／都市ガス／ LSA ／ LPG

TG051 型及び TG312 型ガスタービンは何れもトヨタ
自動車が 1960 年代半ば頃から試作研究を進めてきた自動車用ガスタービンをベースにして、コージェネ
注：トヨタ自動車がハイブリッド自動車用に開発した一軸式の超小型ガスタービンをベースに、トヨタタービンアンドシステムがコー
ジェネレーション用に開発した唯一の国産マイクロガスタービ
ン。高速発電機直結の 50kW 級。

図 6.9 TG051 型ガスタービンの断面図（6）表 6.4 TG051 型ガスタービンの主要仕様（6）
形

構

造

回転数

式

単純開放サイクル 1 軸式
遠心式 1 段

圧

縮

機

燃

焼

器

レーションシステム等の一般産業用として転用する目的で新たに開発された小型ガスタービンである。
トヨタ自動車では長年の研究開発で得られた自動車用ガスタービン技術の一般産業用途への転用促進を図る為に、1998 年に「トヨタタービンアンドシステム（以下 TTS）」 を 設 立 し た。TTS で は 2000 年 に 300kW
級のコージェネレーションシステムを一般向けとして初出荷しており、以来発電機駆動を中心とする各種小単筒缶式型ガスタービン及びこれを組込んだ様々なコージェネ

タ ー ビ ン

ラジアル式 1 段

レーションシステムや非常用発電設備を製造して広く起 動 方 式

電気式

潤

滑

油

合成油

出

力

軸

減 速 機 端販売を拡大している。
TG051 型 は 元 来 GT ／ Battery ハ イ ブ リ ッ ド シ ス テ

80,000rpm
無し（発電機）3,040rpm（冷凍機）

ム用を目指した 1 軸式の超小型ガスタービンをベースにしており、単段遠心圧縮機／単筒缶式燃焼器／単段

軸

出

力

58kW

圧

力

比

4.6

幅流タービン等のコア部分については基本的に自動車

空

気

流

量

0.45kg/sec

燃

料

種

別

灯油／都市ガス／ LPG

用をそのまま流用している。この場合、燃費が決定的に重視される自動車用では回転蓄熱式の熱交換器を装備して再生サイクルとして軸端熱効率の向上を図っているが、コージェネレーション用の場合は単純サイクルとしてボイラで直接排熱を回収して総合熱効率を高くする方が採算性向上に繋がるケースが多く、基本形
は熱交換器を取り除いた単純サイクル式としている。
但し熱利用の少ない用途の場合も考慮して、（回転蓄熱式に比べると）より簡易なプレートフィン型熱交換器を装備し発電端効率を向上させた再生式の TG051R 型も併せて製品化し用途の拡大を目指している。また、
NOx 低減対策として予混合燃焼器も準備されており、

注：トヨタ自動車が大型バス用に開発した 2 軸式ガスタービンをベースにトヨタタービンアンドシステムがコージェネレーション用に開発した軽量コンパクトな 300kW 級ガスタービン（6）

図 6.10 TG312 型ガスタービンの断面図

コージェネレーション用等の常用用途に対応している。
TG051 型については 6.5.3 項に於いても一部紹介しているが、当時新たな市場開拓を目指して国内に参入してきた多くの海外製マイクロガスタービン（以汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査353

下 MGT）に伍して殆ど唯一の国産 MGT として拡販を競っている。本機は他の MGT と同様、主軸回転数は
80,000rpm と非常に高く、駆動する発電機はこれに直結する同速の高速発電機を採用して減速機を排除する事により構造の簡素化と信頼性の向上を図っている。
TG312 型はトヨタ自動車が大型バス用として開発を進めていた 300kW 級の二軸式ガスタービンをベースにしている。主要素は基本的には大型バス用をそのまま引き継いで単段遠心圧縮機／単筒缶型燃焼器／単段軸流タービン（圧縮機駆動用）／同（出力用）の構

注：新潟電動機が実績のある防災用ガスタービンをベースにコージェ成となっており、TG051 型の場合と同様にバス用でネレーション用として開発した 300kW 級高効率再生サイクルガ

装備されていた熱交換器は取り外して単純サイクルのスタービンを搭載した発電装置

図 6.11 RGT3R 発電装置の構造図（7）二軸式ガスタービンとして 2000 年に発売された。更に 2004 年には此れを一軸式に改修して更に高効率化

表 6.6 RGT3R 発電装置の主要仕様（7）／コンパクト化を図った TG311 型を新たに開発し市場に投入している。TG311 型の主要素は単段遠心圧
縮機／単筒缶式燃焼器／二段軸流式タービンで構成さ

形

式

発

電

空

機
気

出
流

再生サイクル 1 軸式

力

300kW

量

2.5kg/s

れており、二軸式から一軸式に改修する際にタービ

圧

力

比

4.02

ン部分に加えて遠心圧縮機の圧力比を増加（6 → 6.4）

回

転

数

37,000rpm

する等による性能改善が施されている。また、常用仕

圧

縮

タ

ー

ビ

機

遠心 1 段ン

ラジアル 1 段器

単筒缶型乾式低公害型（DLE）

様に対しては NOx 対策として蒸気噴射式の拡散燃焼

燃

器とガス燃料を対象とした予混合燃焼器の二種類が準

熱

効

率（

発

端

）

32.5％

備されている。

排気ガ

ス NOx 濃度

20ppm（O2 ＝ 16％）

焼電

此 処 で 紹 介 し た TG051 ／ 051R 型 及 び TG312 ／311 型ガスタービンは主として工場、店舗、病院等で気事業法が改正され、300kW 未満のガスタービン設備

使用される小規模な民生用コージェネレーションシス

については主任技術者の選任が不要となる等、MGT にテムの主機として多くは使用されているが、溶融炭酸

対する規制緩和が進んだ。

塩型燃料電池（MCFC）とこれらの小型ガスタービン

こ の 時 期 市 場 に 投 入 さ れ た MGT の 多 く は 100kW

を 組 合 せ た 加 圧 型 MCFC ／ MGT ハ イ ブ リ ッ ド シ ス

未満が殆どで、超小型に起因するコスト面や性能面でテムや近年大気汚染防止の観点から規制が厳しくなっの課題を克服するのが中々困難な事から、市場ではている揮発性有機化合物（VOC）の処理システム等

中々普及が進まず苦戦していた。この為、新潟原動機の新しい用途での需要も活発化してきている。この他、では 300kW と云う規制上限の大きさを目標に設定し、防災用や移動用等の非常用発電設備として活用される

低コストで高効率な小型ガスタービンの開発を目指し例も多く、その用途は常用／非常用を問わず多方面にた。

拡大している。

RGT3R 型 は 防 災 用 と し て 実 績 あ る RGT3 型 を ベ ー
スにしており、遠心圧縮機等の主要構成要素の効率改（5）新潟原動機製  RGT3R 型ガスタービン（300kW 級、（7）

図 6.11 及び表 6.6 を参照）

本ガスタービンは新潟原動機（株）が防災用として開発し、1997 年から市場投入を開始した RGT3 型をベー

354

善をはかると同時に廃熱回収用のプレートフィン型熱交換器を導入して再生サイクルに変更し、発電端の熱効率が 32.5％と云う 300kW 級としては最高レベルの熱効率を達成している。

スにしたもので、軸端熱効率及び耐久性の向上を図る

さらに RGT3R 型では液体燃料（灯油）で都市部のと同時に低公害化を推進して常用用途での拡販を目指

厳 し い 排 ガ ス 規 制 値 を ク リ ア で き る DLE（Dry Low

して 2005 年に発売された新鋭機である。

Emission）燃焼器を新たに開発した。本燃焼器は宇

国内では後述する 6.5.3 項に記載したように、1990

宙航空研究開発機構から技術移転を受けて実用化した

年代後半頃よりマイクロガスタービン（MGT）の開発

もので、予蒸発予混合二段ステージング希薄燃焼方式

及び市場開拓が活発化した。これを受けて国内でも電に よ り 50 〜 100 ％ の 負 荷 範 囲 で NOx 値 が 20ppm（O2

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.15 2010.March

＝ 16％）以下と云う液体燃料焚きとしては世界でも最高レベルの値を達成している。
本ガスタービンは従来の一般的なコージェネレー
シ ョ ン 用 途 に 留 ま ら ず、 揮 発 性 有 機 化 合 物（VOC）
処理等を目的とした新システムの開発研究も積極的に進められた。本システムは工場などから排出される
VOC ガスをガスタービンの吸気に導き、そのままエンジン内部で燃焼させて無公害化すると同時に VOC
廃液についても燃料の一部としてガスタービンに投入
し無公害化するもので、元来公害源であったものを電力エネルギーに変換して有効活用する事により「見なし熱効率」は大幅に向上する事が出来るようになる。
因 み に RGT3R 型 ガスタービンの初号機は 2005 年 に発 電 出 力 290kW の VOC 処 理 シ ス テ ム と し て 初 出 荷

注：タービンの所定の出力を得るように各段落の流路形状や動翼の外形形状を求める。次に使用材の耐熱温度を考慮して中空翼内部の冷却構造を定め、その性能を評価したのち、翼に作用する各種励振源との共振回避しながら、各種荷重に対する強度耐久性を満足するように翼植込部やシュラウドなどの周辺構造を定めていく。

図 6.12 総合設計システムの基本構成（8）されている。

6.3 関連技術の動向
1980 年代後半以降の中小型ガスタービンコージェ
ネレーションシステムの開発では、市場参入を目指す
各社が競って高性能ガスタービンの開発に取り組んだ。これらの高効率で且つ低公害なエンジンの開発には、中小型ガスタービン市場の活性化に伴って急速に進化した設計／材料／加工等に関する新技術が積極的に採り入れられている。本項ではこれらについて特に中小型ガスタービンに特徴的な代表的な例を幾つか採り上げて以下に紹介する。なお、高温化に関連する冷却技術や材料技術等については前年度の「産業用大型
ガスタービンの技術系統化調査」と重なる部分が多く、

注：設計手順に従って流路形状および翼形の空力設計を行い、併せて
空力性能の推定をおこなう。

此処では重複を避けて省略している。
6.3.1

図 6.13 空力設計サブシステムの例（8）統合設計システム

1970 年代から急速に活発化した中小型国産ガス

この結果生まれたのが統合設計システム（図 6.12、タービンの開発には、大型電子計算機の発達と関連ソ

図 6.13 を参照）で、個別の具体的な内容はシステム

フトの充実が大いに貢献した。ガスタービンの主要コを開発した夫々の企業毎に大きく異なるが、基本的なンポーネントである圧縮機／タービン等の設計では、目的や方針は共通する部分が多い。即ち、前述のよう

空力／伝熱（冷却）／強度／振動等の各検討要素が相に各々の専門技術者が個別に行っていた空力／伝熱互に複雑に関連し合って作業を難しく長時間掛かるも（冷却）／構造／強度／振動／寿命評価等の各検討作のにしていた。

業を共通のデータファイルを使って一人でも行えるよ

当初、これらの設計計算は各検討要素別に夫々の専うに改善すると同時に、設計基準や材料データ等の必門技術者が独立した個別の設計プログラムを各々並列

要な最新情報を電子データとして簡単に参照できるよ的に使用して行っていた。この為、入出力データの作

うにして、設計作業の簡素化／迅速化／正確化を図っ

成／整理／検討等に多大な労力と時間を要していたている。因みに、統合設計システムの誕生により従前が、1980 年代に入ると電算機の大型化や多様化等のに比べて設計工数が 1 ／ 10 に低減したという報告も進展に合わせてこれらを改善し設計作業の効率化を図

ある（9）。

る動きが関連する各企業で活発化した。

これらの設計作業は一般に設計基準を満たす迄、設汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査355

計者の判断を入れて試行錯誤を繰り返しながら進めらの減速状況が可視化されて判り易く確認出来るようにれるのが通常のやり方で、最適設計を行う為の完全ななった。更に、図 6.16（遠心圧縮機段性能特性）は計

自動化は中々困難であり且つ必ずしも効率的とは云え算で得られた遠心圧縮機の段性能特性を実験結果と比ない。この為、大方のプログラムは対話方式となって較したもので、両方のグラフ形状がよく一致している

おり、設計者の判断／意志を採り入れつつ設計を進め事が判る。

ていくのが一般的となっている。
6.3.2 C F D （ C o m p u t a t i o n a l F l u i d D y n a m i c s ）技術
ガスタービンの製品競争力を維持していく為には、圧縮機やタービン等の主要コンポーネントに対する不断の効率改善努力が不可欠である。この為、関係各社
は計算機能力の向上に合わせた設計解析法の高度化に力を入れており、冷却翼等の複雑な形状や多段圧縮機の全段を一括して対象とする大規模な CFD 解析等を積極的に進めている。

注：遠心圧縮機の CFD 一体解析によって得られた相対マッハ数分布
であり、通路内での流れの減速過程が確認できる。

図 6.15 相対マッハ数分布の例（遠心圧縮機内部）（11）

図 6.14 に示す「ガスタービン用 CFD の進歩」はこれらの動きを模式化したもので、図示のように計算速度の向上に伴って動静翼間の非定常流れや、冷却翼における流体からの熱伝達と翼内部の熱伝導との連成解析等が出来るようになり、実際により近い動きを計算機上で再現し確認する事が出来るようになって来ている。

注：圧力比・断熱効率の流量特性について各々設計値で無次元化して示している。解析結果と試験結果を比較すると流量変化に対する変化傾向がよく一致していることがわかる。

図 6.16 遠心圧縮機段性能無次元化流量特性例（11）図 6.14 ガスタービン用 CFD の進歩（10）また、図 6.17（（a）冷却翼の翼外面冷却空気流れ，（b）翼面温度分布） は前述の冷却翼についての CFD

356

例えば、遠心圧縮機は動翼であるインペラと後置静解析の新しい適用例を示したもので、主流ガスや冷翼となるディフューザの各々の要素が一対となって段却空気の流れと翼表面熱伝達および翼内部の固体熱伝を構成しており、従来はこの流れの解析は要素毎に導を同時に連成解析して、翼表面の温度分布の確認を別々に設計し要素間のマッチング等の全体性能につい行った例である。この例では図 6.17 （a）に示す流れては試験で確認していた。併し乍ら、計算容量の増大の軌跡から、上流側冷却孔からの冷却空気が下流側にに伴って事前に計算機上でこれらの現象を確認する事

流れるに従って徐々に偏り、全面を均一にカバーしてが出来るようになり、必要な時間／費用／人員等が削いない事が判る。また、この結果として、図 6.17（b）

減されて開発の効率向上に大いに寄与出来るようにに示す翼表面温度分布から判るとおり、当該部分の温なってきている。

度が高くなっている事が判っている。また当然ながら、

図 6.15（相対マッハ数分布）は或る遠心圧縮機内をこの様な計算で得られた解析結果とサーモペイント

CFD で一体解析する事により得られた相対マッハ数（示温塗料）やパイロメータ（放射温度計）等の実機の分布結果を例示したもので、各通路内における流れ計測等で得られたデータは相互に照合／検証されて、

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.15 2010.March新しい解析技術のレベルアップを図っている。

て厳しい規制値が設定されている。

CFD 解析技術はこの他、吸気コレクタ／メインハ

このように国内外において益々厳しくなる排ガス規

ウジング／燃焼器／排気ディフューザ等の形状が複雑制に対して、従来は水・蒸気噴射や排ガス脱硝によりな要素の設計についても採り入れられており、構造上対処してきたが、陸舶用では天然ガス焚き仕様が多くの制限から実機での計測が中々難しい様なこれらの部なってきたのが幸いし、最近では水や蒸気を用いない

位の流れを計算で確認して性能改善を図る等、高性能

DLE（Dry Low Emission）燃焼器が増えてきた。図 6.18

化に大きな役割を果たすようになってきている。

に各種燃焼方式の比較を示す。

以上のように、電算機の発達と共に CFD 解析技術
は近年目覚ましい発展を遂げており、大規模／複雑な解析対象に対して精度の高い予測結果が得られるようになってきた。この結果、ガスタービンの高性能化や信頼性向上に不可欠な技術となってきており、様々な構成要素について設計段階で最適化を図る等に対する有力な武器として、今後益々活躍する場が広がっていく事が予想される。

注：燃焼様式による燃焼温度や NOx 発生域の違い

図 6.18 各種燃焼方式の比較（12）（2）陸舶用ガスタービンの低 NOx 化技術
ガスタービン燃焼器で生成する NOx を低減させる方法として最も効果があるのは火炎温度を下げる事で、その方式としては湿式法（Wet 方式）と乾式法（Dry注：（a）に示す流れ軌跡から、翼表面の上流側の冷却孔から出た冷却空気が、下流に進むに従って偏った流れとなり、翼全面をカバーできていないことがわかる。（b）の翼表面温度分布からは、その部分の翼表面温度が高いことがわかる。

図 6.17 冷却翼の温度分布例（11）方式）がある。
水または蒸気を燃焼器内に噴射する Wet 方式は比較的簡単で、且つ確実に NOx 低減が出来るため従来から多く使用されているが、純水装置等の設備費用及びそのランニングコスト増加のほか熱効率の低下や

6.3.3

低公害燃焼技術

タービンの劣化等の問題がある。ただし、灯油や A（1）排ガス規制の動向

重油等の液体燃料を専焼とするガスタービンでは後述

国内のガスタービン排ガス規制は 1987 年にガスター

する Dry 方式の DLE 燃焼技術が未だ十分に確立されビン及びディーゼルエンジンがばい煙発生装置としてておらず、現時点では Wet 方式が中心となっている。

大気汚染防止法に追加されたことに始まっている。

一 方、Dry 方 式 は 燃 焼 そ の も の の 改 善 に よ っ て

この大気汚染防止法では NOx とばいじんを対象とNOx 低減を図る方法で、天然ガスを燃料とするガスしており、その規制値は此れまで年を追って段階的にタービンでは燃焼する前に予め燃料と空気を火炎温度強化されてきた。また、大都市を抱える自治体は独自が低くなるよう薄い比率で混合した希薄混合気を燃焼に規制値を上乗せしており、更には総量規制を設けて器内に導き燃焼させる希薄予混合燃焼法が主流となっいる処もある。

ている。この方法では燃料濃度が均一な為、局所的に

海外では米国や欧州を中心に NOx 以外に CO についても基準が設けられている事が多い。また、米国で火炎温度が高温となる領域が存在せず、従ってサーマ
ル NOx の発生を抑制する事が出来る。

は州毎に独自の規制値を決めており、カリフォルニア

希薄予混合燃焼方式は NOx の発生を抑制しながら州やマサチューセッツ等の東海岸沿岸州では飛び抜け

安定的に燃焼を継続できる混合比の範囲が狭く、不完

汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査357

全燃焼や逆火／振動燃焼等の不安定燃焼を発生しやすいと云う本質的な課題もある。併しこの様な欠点が有るにもかかわらず、この方式は NOx 低減効果が高
く且つ経済性／信頼性／耐久性の向上等についてもメリットが多い事から、急速に普及が進んだコージェネ
レーションシステム等で積極的に開発が行われ実用化が進んでいる。

注：負荷率の増加にともない、使用するバーナを変化させる。

図 6.21 マルチバーナの燃焼制御例（13）（3）DLE 燃焼器の開発動向（13）現在国内の陸舶用ガスタービン用として実用されている DLE 燃焼器は希薄予混合燃焼法が主流となっており、その具体的な方法は①マルチバーナ方式と②シリーズ燃焼方式の二つに大別される。
①

マルチバーナ方式
マルチバーナ方式は多数の予混合メインバーナを負荷の増減に合わせて切り替え、広い空燃比範囲において希薄予混合燃焼を実現し NOx 排出を抑制するやり方である。図 6.19、図 6.20 にその一例としてカワサ
キ M1A-13D 型 ガ ス タ ー ビ ン（1, 500kW 級 ） の DLE
注：図 6.20 で示されたバーナ使用時の NOx、CO 値の例

燃焼器構造を示す。

図 6.22 マルチバーナの燃焼特性例（13）本ガスタービンは図 6.20 に示すような断面構造の缶型燃焼器を 1 個備えており、図 6.19 に示すような 8本の予混合メインバーナを図 6.21 のように負荷に合②シリーズ燃焼方式

わせて順次切り替える事によって、広い作動範囲で中小型で多缶式の燃焼器を採用しているガスタービ

NOx の排出を抑制している。図 6.22 はこの排ガス特ンでは燃焼器単体が小さくなり、マルチバーナ方式で性を図示したもので、この方式では一般に図のようなは構造上の制約から適用が難しくなる場合が多い。こノコギリ状の特性を示し高負荷領域で特に低い NOxの為、この様な例では構造が比較的簡単なシリーズ燃排出が得られる特徴がある。

焼方式が採用されている。
この方式の DLE 燃焼器ではマルチバーナ方式のよ
うな本数制御による負荷変動対応が行えない為、燃焼器ライナの頂部に大型のラジアルスワラを備えて
低 NOx 運転範囲の拡大を行っているのが特徴である。
この方式を採用した例として図 6.23 及び図 6.24 にカ
ワサキ L20A-DLE 燃焼器の予混合ノズルモジュール
及び断面図を例示する。
L20A 型 ガ ス タ ー ビ ン（18MW 級 ） は 図 6.24 の 様（13）

図 6.19 1,500kW 級マルチバーナ方式予混合バーナ外観例

な缶型燃焼器を 8 個備えており、各々の燃焼器は図6.23、図 6.24 に示すように中央に位置する起動／低負荷時用の拡散パイロットバーナと予混合バーナ及び更にこれらの下流側に位置する追い焚きバーナを持っている。図 6.25 はこの方式の排ガス特性を示したもの
で 50％以上の広い負荷範囲で低 NOx が達成できている。

図 6.20 マルチバーナ方式燃焼器断面図例（13）358

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.15 2010.March

等へ輸出している。
この触媒燃焼器の断面図を図 6.26 に示す。燃焼器
は予燃焼部、予混合部、触媒部、気相燃焼部及び空気流量制御部から構成されている。予燃焼部では少量の燃料を燃焼させ、燃料と空気の混合気温度を触媒の活性化に必要な温度まで上昇させる。主燃料は予燃焼部出口に設けたスワラの入口部に噴射され、予混合部内で予燃焼部から排出される燃焼排ガスと均一に混合さ（13）

図 6.23 シリーズ方式予混合ノズルモジュール外観例

れる。部分負荷時は予燃焼部に供給される空気の一部を空気流量制御部にバイパスさせ、触媒入口での予混
合気の温度を一定に保っている。この触媒燃焼方式では図 6.27 に示すように、世界でもトップレベルの極
低 NOx 排出を達成している。

図 6.24 シリーズ方式燃焼器断面図例（13）図 6.25 シリーズ燃焼方式の排ガス特性例（13）図 6.26 触媒燃焼器断面図例（13）（4）触媒燃焼について（13）世界的な環境規制強化の流れの中、米国では NOx の規制値が 3 〜 5ppm 以下（O2 ＝ 15％）でないとガスター
ビン発電設備の設置許可が得られにくい地域が広がってきている。この様な厳しい規制値をクリアする為には現状では脱硝装置に頼らざるを得ないが、そのために必要なコスト増に加えてアンモニアのリーク問題がガスタービンの普及を阻害する大きな要因となっている。触媒燃焼方式はこの様な市場環境に対応して極低NOx 排出（3ppm 以下）を実現すべく開発されたもので、

図 6.27 触媒燃焼器燃焼特性例（13）加熱によって活性化された触媒の表面反応で安定化された気相希薄燃焼により、通常の火炎燃焼では不可能

6.4 様々な国家プロジェクトな低い温度で燃焼させて極低 NOx を実現している。
川 崎 重 工 業 で は 米 国 の Catalytica

Energy1980 年代後半以降、中小型の陸舶用ガスタービン

Systems 開発の触媒燃焼器を搭載した M1A-13X 型ガを対象とする様々な国家プロジェクトが立ち上げられスタービンを製品化して米国カリフォルニア州の病院た。当時、我国を取り巻くエネルギー事情は 1970 年代

汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査

359

の二度にわたる石油ショックなど、石油需給の動向に

表 6.7 セラミックガスタービン開発スケジュール（14）
平成

平成９

平成８

3. 設計試作運転研究

基本設計、基本形金属製ガスタービン
試作・運転及び基本形 CGT 試作・運転

4. 社会適合性研究

環境保全性、負荷形態の解析、経済性、運転管理等の研究

最終評価

要素技術の試作研究および性能向上（圧縮機、燃焼器、タービン、熱交換器等）
中間評価

2. 要素技術の研究開発

天然ガス等の多種燃料への対応が可能である事から石10

セラミック部材の研究および部品化技術の研究

振動等の特性を持った低公害型熱機関であり、石油や油代替エネルギーに適応出来る熱機関として、更には

平成７

平成６

ガスタービンは小型軽量で、低 NOx ／低騒音／低

平成５

ていた。

平成４

研究開発

平成３

並んでエネルギー政策の重要な柱として位置付けられ

63
1. 耐熱セラミック部材の

平成２石油代替エネルギーの開発及び石油の安定供給確保と

平成１

昭和

ついては不透明な部分が多く、省エネルギーの推進はパイロット CGT
試作・運転

省エネルギーの観点から積極的な普及推進が唱えられ始めたコージェネレーションシステムの駆動源として期待されていた。しかしながら、出力の小さい小型ガ
スタービンはタービン翼等の高温部分に十分な冷却構造が採れず、タービン入口温度（TIT）が上げられない為熱効率が低くなって小型ガスタービン普及の阻害

注：CGT はセラミックガスタービン

表 6.8 セラミックガスタービン研究開発体制（14）要因の一つとなっていた。
こ の 時 期 行 わ れ た セ ラ ミ ッ ク ガ ス タ ー ビ ン，
ACT90，スーパーマリンガスタービン等の研究開発
は上記のような背景の下で、何れも従来に比べて格段に高効率で低公害な中小型ガスタービン開発を目標としたもので、以下にそれら各プロジェクトの概要を紹
介する。
6.4.1

300kW 級セラミックガスタービンの研究（14）（1988 〜 1998 年）

セラミックスは高温強度に優れた構造材料である
為、ガスタービン内の高温にさらされる金属製部品をプロジェクトの技術開発は NEDO からの委託によセラミック部品に置換し、無冷却で高いタービン入口

りガスタービンメーカとセラミックメーカ及び関係

温度を達成できれば大幅な熱効率の向上を図る事が出する公的な研究機関が表 6.8 に示すような体制で進め来る。
このアイディア自体は以前より存在していたが、られた。表示のようにプロジェクトの主目標である

当時の国内のセラミック材料はエンジン側の要求を満300kW 級のセラミックガスタービン開発は、その特足しておらず、高精度な部品の製造技術についても未徴 別 に“CGT301” 型 及 び“CGT302” 型 の 二 機 種 をだ十分に確立されてはいなかった。一方、米国におい設定し、各々の機種毎に分かれたメーカグループがこては 1970 年代からいち早く自動車用の小型セラミッの二機種を同時並行で開発する方式で進められた。な

クガスタービン（CGT）の研究開発が開始されており、

お、当初このプロジェクトには移動式を特徴とする

セラミックスを用いた高効率小型ガスタービンへの期“CGT303 型”グループも参加していたが、計画した待が高まりつつあった。

回転蓄熱式熱交換器の開発が困難との理由で中間評価

この様な中、国内においてもコージェネレーション

360の時点で中断されている。

用を目的にニューサンシャイン計画の一環として表記

CGT301 型及び CGT302 型の各々の構造の特徴を表の小型セラミックガスタービンプロジェクトが計画さ6.9 に、またその断面構造を図 6.28 及び図 6.29 に各々れ、1988 年から研究開発がスタートした。開発スケ示す。

ジュールの概要を表 6.7 に示す。
本プロジェクトはター

CGT301 型は定格運転時の熱効率に重点を置いて一ビン入口温度 1, 350℃で軸出力 300kW、軸端熱効率軸式を採用している。大型化も想定してタービンロー

は金属製ガスタービンの二倍以上の 42％を主要な達タも翼部のみをセラミックスとする等、金属との組み成目標としたもので、表 6.7 に示すような内容と開発

合わせによるハイブリッド構造を全体的に採用していスケジュールに沿って進められた。

る。また、熱交換器はシェル＆チューブ形式のブロッ

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.15 2010.Marchクを三段に組重ねた三回流方式を採用しており、最高スの特性を考慮した新技術を開発し積極的に適用し温側の一段の直線部にのみセラミック製の伝熱管を配た。また、放熱損失を低減する為、エンジン本体に断置した構造となっている。

熱三重構造を採用しているのも本セラミックガスター
ビンの特徴の一つである。

表 6.9 セラミックガスタービン各型式の特徴（14）本プロジェクトに関しては評価報告書が公開されてCGT301

CGT302

エンジンタイプ

再生 1 軸式

再生 2 軸式

圧

軸流＋遠心式

単段遠心式

2 段軸流式

GGT：軸流式
PT：軸流式

セラミックブレード /金属ディスク

GGT：セラミック一体型
PT：セラミック一体型

度＝ 1, 396℃）において、出力 322kW、熱効率 42.1％

シェル＆チューブ型（セラミック＋金属製）

プレートフィン型（金属製）という従来の金属製ガスタービンでは達成不可能な世

タ

熱

縮

ー

交

機

ビ

換

ン

器

おり、この中で中核となる設計試作運転研究については代表的な一例として CGT302 型を採り上げ、その具体的な成果を図 6.30 として纏めて示してある。評価報告書では「CGT302 型は TIT ＝ 1, 344℃（修正温界最高水準の成果を得ている。
耐久性については目標外であり、今回の研究開発
では十分検証されたとは云えないものの、実温度 1,
200℃で 783 時間を超える長時間運転を行い実際に使える技術である事を立証した。さらに関連技術を洗練させて実用化を進めれば、民生分野におけるエネ
ルギーや環境関連分野で極めて大きなインパクトが期待される。
」と述べられている。但し一方で、実用化については同じ報告書内に「実用化までには非常に
注：定格時の性能を重視した 1 軸式で、大型化も想定して、タービン
ロータはセラミック翼と金属ディスクの組み合わせによるハイブ
リッド構造を採用（14）

図 6.28 CGT301 の断面図

多くの課題が有り、信頼性／耐久性の確保とコストパ
フォーマンスの立証が最も重要である」とも述べられており、どの位の大きさのガスタービンが最適か等を含め実用化の道筋は必ずしも明確になっていない。結論的には実用化に必要な技術の確立には更に多くの人的資源と開発資金が必要であるとされている。
6.4.2

（15）
ACT90（1987 〜 1992 年）

都市ガス等のエネルギー源から電気及び熱の両エネ
ルギーを同時に発生させ、高いエネルギー効率が得られるコージェネレーションシステムは我国においても産業用分野では比較的古くから採り入れられていた。
注：部分負荷の性能を重視した 2 軸式で、タービンロータは（翼とディ
スクを一体形成した）セラミックス一体型を採用

図 6.29 CGT302 の断面図（14）一方、民生用としては 1980 年代に入って都市部の再開発等により、業務用施設の集中／インテリジェント
化／空調等の高度化等の影響で電力と共に熱の需要が増大し、都市部における新しい民生用の分散型エネル

CGT302 型は電力及び熱の需要が変動する用途を想定して、定格点を外れた部分負荷でも出来るだけ高い

ギー供給システムとしてコージェネレーションシステ
ムが急速にクローズアップされてきた。

効率が保持できるように比較的高圧力比の二軸式を採この様な状況の中、1987 年に通産省（当時）の下用している。構造自体は再生式ガスタービンとして実で大手のガス三社及び電力三社を中心にアドバンス・

績ある形態を採用し、研究開発の主眼を部材のセラ

コージェネレーションシステム技術研究組合（略称

ミックス化に置いている。すなわち、セラミックスのACT90）が設立され、関連する各企業の参加を求め

加工性の悪さを十分考慮して構造／形状の簡素化／単て都市のエネルギー需要にマッチした高効率な新シス純化に注力すると同時に、セラミックス− FRC（Fiber

テムの開発を目指した 6 年間のプロジェクトとしてス

Reinforced Carbon）の組合せによる複合締結部材やタートした。

セラミックバネを使用した弾性支持構造他セラミック

本プロジェクトはガスエンジン及びガスタービンを汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査

361

注

現号機：最終テストエンジン
総運転時間：金属製ガスタービンを含む総運転時間

図 6.30 CGT302 の達成成果（14）表 6.10 ACT90 研究開発グループ（15）原動機とするコージェネレーションシステムを夫々二機種ずつ計 4 機種を同時並行して開発するやり方で、各機種毎にグループ分けし、各々に電力／ガスの事業者及び原動機／発電機／廃熱回収等の製造会社が参加
して進められた。

システム

主なる対象
需要家先

研究開発
グループ

が多く日／季節間で熱電比が一定なパターン、②事務所など電力需要が多く日／季節間で熱電比が大きく変動するパターン）に分かれて目標を設定し開発を進めた。夫々の開発目標を表 6.11 に一覧にして示す。また、
特にガスタービンを原動機とする GT-1 及び GT-2 についてそのシステム系統図を図 6.31 及び図 6.32 に示しておく。
本研究開発は表 6.12 に示すスケジュールで進められ、1992 年に 6 年間の補助事業を無事に終了した。
それらの成果の概要は表 6.13 に一覧して示す通りである。また、これらの研究は 1993 年以降 5 年間の企業化努力義務期間における追加研究を経て 4 商品（ガスエンジン／ガスタービンが各 1 機種ずつ及び吸収式冷凍機が 2 機種）が企業化されている。

362

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.15 2010.March

究室

ガスエンジン（1）ホテル、病院、
コージェネ
レストラン
レーション
（2）事務所ビル一般
システム

GE–1
GE–2

関西電力、大阪ガス、
三菱重工業、三菱電機、
三洋電機

ガスタービン（1）ホテル、病院、
コージェネ
レストラン
レーション
（2）事務所ビル一般
システム

GT–1

中部電力、東邦ガス、三井造船、明電舎、
日立製作所

GT–2

東京ガス、川崎重工業、富士電機

各グループは表 6.10 の様に民生用需要において大別される二つのパターン（①ホテル／病院など熱需要

研

東京電力、小松製作所、
東芝、矢崎総業

表 6.11 ACT90 基本設計の概要（15）
電
出力

熱

気

GE–1

GE–2

GT–1

GT–2

135 kW

160 kW

500 ～ 485 kW

630 ～ 860 kW

1,158 ～ 730 Mcal/h

1,299 ～ 546 Mcal/h

冷房

98.4 Mcal/h

152 Mcal/h

暖房

131.3 Mcal/h

152 Mcal/h

蒸気

総 合 熱 効 率

80％以上

共 通 課 題

原動機軸端効率40％以上（高圧縮比，高稀薄燃焼）

30％以上（タービン入り口温度の引上げ 1,200℃程度）

環境適合性（NOx）（O2 ＝ 0％）300 ppm 以下

150 ppm 以下

設

置

方

式

ビルディング・ブロック方式

運

転

方

式

自動運転（運転モード選択，故障診断機能付き）

設

置

面

積

0.3 ～ 0.5m3 ／ kW

系統連系保護リレー特徴ディジタル化，一体化
・部分負荷効率向上（アトキンソンサイクル）
・排熱回収量の極大化
・ガスエンジンフライホイ
ール組込み発電機
・一重効用吸収冷凍機（成績係数 0.7）・熱電比制御（ターボコンバウンド）
・排熱温度の高温化（140℃高温冷却）・ヒートパイプによる発電機の排熱回収・二重効用吸収冷凍機（成績係数 1.0）

・再生器バイパス制御方式
による熱電比制御（2.6 ～ 1.7）
・ハイブリッド触媒燃焼方式による低 NOx 化
・誘導型高速発電機（30,000rpm）

・蒸気注入による熱電比制御（2.4 ～ 0.7）
・可変予混合稀薄燃焼による低 NOx 化
・同期型高速発電機（15,000rpm）

図 6.31 GT-1 ガスタービンコージェネレーションのシステムフロー（再生器付きの場合）（15）汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査363

図 6.32 GT-2 ガスタービンコージェネレーションのシステムフロー（スチームインジェクションの場合）（15）

表 6.12 ACT90 の研究開発スケジュール（15）364

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.15 2010.March表 6.13 ACT90 の開発結果（15）GE － 2GT － 1GT － 280. 0％［80％］

82. 5％［80％］

79. 1％［80％］

最高出力（385PS） 39. 8％［40％］

40. 0％［40％］

26. 0％［30％］

28. 6％［30％］

NOx 値（フィールドテスト性能）

250ppm［300ppm 以下］

250ppm［300ppm 以下］

150ppm［150ppm 以下］

130ppm［150ppm 以下］

省スペース性

0. 3m2 ／ kW 以下

0. 3m2 ／ kW 以下

0. 3m2 ／ kW 程度

0. 3m2 ／ kW 程度

発電機 発電機効率

93. 6％［94. 0％］95. 2％［95. 0％］87. 8％［86. 5％］

95. 7％［93. 5％］

高周波電力
変換効率

──────

──────

94. 0％［90. 0％］91. 7％［90. 0％］──────

──────

原動機・システム

GE － 1
79. 5％
［80％］

変換

システム
総合熱効率
（フィールドテスト性能）
軸端効率（単体性能）

冷凍機 成績係数

冷凍
加熱

0. 7
［0. 7］
0. 97 ［0. 97］

冷凍
加熱

1. 1
1. 0

［1. 0］［1. 0］

注）［

6.4.3

］は目標値

スーパーマリンガスタービンの開発（16）（1997 〜 2004 年度）

スーパーマリンガスタービンは国内のメーカ 5 社（IHI，川崎重工業、ダイハツディーゼル , 新潟原
動機ヤンマー）によって設立されたスーパーマリン
ガスタービン技術研究組合が開発した次世代型の 2,500kW 級舶用ガスタービンである。
地球規模の環境問題がクローズアップされる中、海上における大気汚染防止等の環境対策や海上輸送シス
テムの効率化が世界的な関心を集めている。ガスター
ビンは元来、軽量小型／低騒音／低振動及び良好な排注：主要素の構成は，圧縮機＝ 4 段軸流＋単段遠心，燃焼器＝ 4 缶式，タービン＝ 2 段軸流（ガスジェネレータ側）＋ 2 段軸流（パワータービン側），熱交換器＝プレートフィンタイプ

ガス特性と云った優れた特徴を備えているが、舶用と図 6.33 スーパーマリンガスタービンの断面図（16）しては熱効率の低さ等主として経済的な理由によって艦艇や高速艇など一部の特殊な用途に限られていた。

①

舶用燃料として入手性の良いA重油が使用可能

スーパーマリンガスタービンはこの様な現状を打破し②

モジュール構造による良好な整備性て従来のディーゼル機関に代わる低環境負荷の高効率③ 海 水雰囲気に対応した防食性に優れた材質／コー
ティングの採用

な次世代型の舶用機関を目指して開発された。
スーパーマリンガスタービンの開発スケジュールを④

傾斜／動揺に対する強度・排油特性の強化

表 6.14 に示す。図 6.33 は本ガスタービンの断面を示⑤

急激な負荷変動に対応可能な制御機構したもので、船舶への搭載を考慮して下記のような特徴を備えている。

フェーズ1では基本計画、各要素技術の研究、実験機の開発及びその性能試験を実施し、主な開発目標（出力2,500kW、熱効率38％、NOx排出量1g／kW・

表 6.14 スーパーマリンガスタービンの開発スケジュール（16）h以下）の達成を確認している。フェーズ2では実船搭載に必要な信頼性を確保する為に、フェーズ1で得られた知見を基に改良を加えた実船搭載型スーパーマ
リンガスタービンを開発し、連続運転試験や繰返し負荷投入試験を行って耐久性を確認した。
実船搭載型スーパーマリンガスタービンの主要目を
表 6.15 に示す。ガスタービン他機種との熱効率の比較を図 6.34 に示したが、再生熱交換器を使用する事で同クラスのガスタービンと比較して高い熱効率が得られている。また、図 6.35 は舶用ディーゼルエンジ
ンとの NOx 排出量の比較を示す。

汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査

365

表 6.15 実船搭載型スーパーマリンガスタービンの
（16）

主要仕様

SES に搭載された発電装置の外観を図 6.36 に、またその構造を図 6.37 に示す。海上試験では速力／旋

形式

再生開放 2 軸式

回／ Z（ジグザグ航行）／離着桟／連続航行／全速前出

力2,400kW

後進（クラッシュアスターン）等の各種試験を実施

率

36%

量

1.7g ／ kW・h

数21,000rpm（GG）/12,500rpm（PT）

び 32 回であった。この間スーパーマリンガスタービ

量9.5kg ／ s

ンに不具合等は無く動作は良好で、性能及び信頼性／

比

8

熱

効

Ｎ Ｏ ｘ 排
回
空
圧

出
転

気

流
力

※ ISO 条件 , A 重油

し、この間の運転時間及び起動回数は夫々 180 時間及安全性について検証が得られた。また、特にスーパー
マリンガスタービンの低振動／低騒音による SES 船内の快適性は非常に好評であった。今後の展開としては更に長期間の運用実績の積み重ねや電気推進以外の推進方式（プロペラ駆動等）への適用検討等が考えられる。

図 6.34 スーパーマリンガスタービンの熱効率比較（16）図 6.35 スーパーマリンガスタービンと舶用ディーゼ
ルエンジンとの NOx 排出量の比較（16）実船搭載型スーパーマリンガスタービンは国土交通省が開発を推進している次世代内航船スーパーエコ
シップ（通称 SES）に搭載され、2007 年 2 月〜 6 月

366

図 6.36 スーパーマリンガスタービン発電装置の外観（16）図 6.37 スーパーマリンガスタービン発電装置の構造（16）多様なコージェネレーションシステム

6.5 と運用方式の期間に新潟沖で海上公試（船舶機能試験）及び実海

1980 年代半ば頃より比較的小規模なガスタービン域実証実験が実施された。SES は船舶による環境負コージェネレーションシステムが注目を浴びるように荷低減及び船内の省力化を目指した次世代内航船の実なり、省エネルギーや環境負荷の低減を目指して様々験船で、スーパーマリンガスタービンを駆動源とするな用途／方式が開発され実用化されている。また、こ発電装置や電動式二重反転ポッドプロペラ等で構成されらのコージェネレーションシステムは小規模ながられる電気推進システムと、航海／荷役／離着桟／係船常用設備として安定したエネルギー供給が求められ、支援等の各システムを具備して省力化を図った制御シ

遠隔監視システムのようなユーザに密着した保守管理

ステムを搭載している。

サービスが普及する等、新しい形式の運用システムが

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構築されてきた。本章ではこれらの概要を以下に紹介
する。
6.5.1

様々な小型コージェネレーションシステム

中小型ガスタービンを駆動源とするコージェネレー
ションシステムは熱効率の向上を目指して、各々の用途に対して特に排気ガスの熱を出来る限り有効に活用する為の様々な方式が開発され実用化されている。こ図 6.39 非常用兼用システム［資料提供：川崎重工業］

こでは其の内の幾つかの典型的な方式について参考例として紹介する。

（3）熱電比可変形システム
発生蒸気を過熱器に通して過熱蒸気を造り、それを（1）標準システム

ガスタービンの燃焼器内に注入してタービンを駆動す

図 6.38 に示すシステムは最も標準的な小規模ガスる流量を増加させて発電出力と発電効率の大幅な向上

タービンコージェネレーションシステムの模式図で、を図る事が出来る。本システムは主として夏冬等の季

この場合ガスタービンは軸出力で発電機を駆動し、排節や昼夜等の時間帯によって熱と電力の需要の比率が気ガスを排熱ボイラに送ってプロセス蒸気を生成し供大幅に変動する用途で使われるもので、注入蒸気量を給している。

変える事により需要に応じた最適な熱電比で運転する

プロセス蒸気は工場内で製品の加熱／加湿等様々な事が出来る利点がある。

工程に使用されるほか、地域冷暖房設備等においては注入する蒸気は過熱器を用いずに単に飽和蒸気の状吸収式冷凍機に供給する冷暖房装置の熱源としても利態でも可能であるが、何れにせよエンジン内に注入す用されている。

るには純水装置で精製された水が必要となる。また、蒸気注入によって発電端効率は向上するが総合効率は逆に低下する欠点もある。この為、熱電比可変によりコージェネレーションシステムの効率的な運用が期待できる半面コスト高や効率低下となる欠点もあり、本システムの採否は電気／ガスの料金や使用条件を考慮して十分な採算計算を行ってから決定される事になる。
図 6.40 はこの熱電比可変形システムの系統図を模図 6.38 標準システム［資料提供：川崎重工業］

式的に示したものである。

（2）非常用兼用システム
本システムは、通常のガスタービンコージェネレー
ションシステムが運用されているサイトにおいて何らかの理由により停電が発生した場合にコージェネレー
ションシステムを非常用の電源として流用するシステ
ムで、新たに別の非常用発電設備を設置する必要が無
くなり、システムの簡素化及びコスト低減が可能となるなど多くの利点が期待できる。
図 6.39 は本システムの典型例を模式的に示したもので、通常ガス燃料を使用するコージェネレーション

図 6.40 熱電可変形システム［資料提供：川崎重工業］（4）コンバインドシステム

システムの場合は停電時に燃料の供給遮断が想定され発生蒸気で蒸気タービンを回して発電機を駆動し、る事から、非常時にはタンクに貯蔵した液体燃料を使

ガスタービン主軸駆動の発電に加えて新たに別の電力うようになっているのが特徴である。また、停電時にを得る方式のコージェネレーションシステムである。

はダンパを用いて排気を大気に直接放散し、発電のみ

本システムは復水器や脱気器等の機器を含む蒸気ターの運転を行う。

ビン運転システムが別途必要な事から、通常は数十MW 級の中規模クラス以上のコージェネレーションシ

汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査367

ステムで使用される事が多い（図 6.41 参照）。

（6）その他

また、数 MW 級以下の小規模なコージェネレーショ

発電機の代わりにガスタービンでコンプレッサを駆ンシステムでは蒸気タービンに代わって、より簡易な動し、工場用の空気源として利用している小規模コー

スチームエキスパンダを用いて補助動力を得る方式もジェネレーションシステムもある（図 6.44 参照）。ましばしば採用されている（図 6.42 参照）。

た、プロセス蒸気を一部利用して吸収冷凍機を駆動し、ガスタービンの吸気を冷却して夏場の出力低下を防止する方式（図 6.45 参照）もしばしば採用されている。
また、ガスタービン排気中の豊富な残存酸素を利用して追焚きを行い蒸気量を増やす助燃方式を採用している例もある（図 6.46 参照）。

図 6.41 コンバインドシステム［資料提供：川崎重工業］

図 6.44 機械駆動システム［資料提供：川崎重工業］

図 6.42 スチームエキスパンダを用いた補助動力利用システム［資料提供：川崎重工業］（5）排気ガス直接利用システム

図 6.45 吸気冷却システム［資料提供：川崎重工業］

ボイラの代わりに乾燥炉を置いて排気の熱で直接製品等の乾燥作業に使用するシステムで、飼料／ゴム／
化学／ラウンドリ関連等の熱をそのまま使用する工場で多く使われている（図 6.43 参照）。
本システムはボイラ関連の設備が無くなり簡素な機器配置となる為、設備／保守関連の大幅なコスト低減が可能な事から、小規模なコージェネレーションシス
テムに適した方式と云える。
図 6.46 助燃システム［資料提供：川崎重工業］

こ の 他、6.2 章 の（4）、（5） 項 で 紹 介 し た VOC 処理システムや燃料電池／ガスタービンハイブリッドシ
ステム等の需要も増えてきており、新しい用途として今後の発展が期待できる分野である。
6.5.2

遠隔監視システム

中小型ガスタービンを駆動源とする比較的小規模な
図 6.43 排気ガス直接利用システム［資料提供：川崎重工業］

368

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コージェネレーションシステムについては運用上高い

稼働率が求められるが、一方でこれらは一般に多数の集／送信装置及びメーカ側に設置された各種サーバ

台数が広い地域に分散して運用されており、ユーザ及（データ蓄積装置）／クライアント（サーバよりデー

びメーカ双方にとってシステム保全作業の省力化が重タを受け取るコンピュータ）より構築されている。

要な課題となる。この為、最近ではこれらのコージェ

この遠隔監視システムの一つの特徴は社内ＬＡＮシ

ネレーションシステムには遠隔監視システムが取り付

ステムを利用する事により、保守サービス担当のみなけられて販売設置される例が増えてきており、各ユー

らず設計技術部門においても権限ある場合は同時進行

ザの個別なサイトにおける運転状況がメーカ側の監視でデータを閲覧できる事で、これによってより幅広い

装置上でも把握できるようになってきた。

見地から状況を判断してアフターサービスの充実を図これによって、故障等の不具合発生時に早急に原因る事が出来るようになった。

を把握して適切な処置を施し早期に復旧する事が出来

通信は当初、公衆電話回線を通じて行われていたる。また最近では此れ迄の豊富な運転データの蓄積をが、現在はインターネット回線の利用も可能となって解析する事により予知診断が可能になって、予防保全

おり、顧客の希望に応じて何れの選択にも対応できる。

に主眼を置いたシステムに徐々に移行してきている。

また、本システムは国内のみならず海外の顧客につい

現在、中小型ガスタービンコージェネレーションシても同じサービスが提供されており、現在 200 ヵ所以

ステムメーカの多くは顧客と連携しながらこのような上のコージェネレーションシステムサイトを結んで運遠隔監視システムを配備運用しているが、それらは各用されている。

社が各々独自の方式で作り上げており具体的な内容は当然ながら夫々に異なっている。併しながら、基本的な考え方等は共通する部分も多くあり、本項ではその代表例の一つとして川崎重工業が運用している中小型
ガスタービンコージェネレーションシステム用の遠隔監視システム“Kawasaki Techno Net”を採り上げ、その概要を以下に紹介する。
＜ “Kawasaki  Techno  Net” の概要＞（17）川崎重工業では 1984 年頃から中小型ガスタービン
コージェネレーションシステムの製造販売を開始したが、1988 年頃よりこれらの顧客サイトにおける安定した運用を目的として遠隔監視システムを開発し運用を開始している。
当初、このシステムは顧客側のコージェネレーションシステムに取り付けたコンピュータから採取した故障データ（故障警報発生時前後の運転データ）や毎正時の運転データ等を公衆電話回線を通じてメーカ側のサーバに送り、故障が発生した時にその内容を速やか

図 6.47 遠隔監視システムの構成例（17）に把握して迅速に復旧に当たる事を目的に使用されていた。その後、コンピュータ関連技術の目覚ましい発達により遠隔監視システムは年々大容量化してより緻（2）遠隔監視機能
本システムでは各サイト毎に下記のような種類の

密で多量なデータの送受信が可能となると同時に、運データを採取して伝送する事が出来る。

転実績データの蓄積や解析技術も進んでソフト面にお① 故 障データ：軽故障発生時は警報発令前26秒からいても監視に加えて故障予知の役割が増えてくるなど

発令後5秒間の運転データを1秒毎に、また重故障

徐々に進化を遂げてきた。

発生時は警報発令前50分から発生後5秒間、0.1秒
間隔でデータを採取して記録している。

（1）システム構成
現在、運用されているシステムの構成を図 6.47 に示す。システムは顧客プラントに装備されたデータ収② 運 転データ：毎正時毎に運転データ／ステータス
データ（機器類の動作信号）を1日単位で採取している。

汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査

369

③

起 動データ：起動時の運転データを回転数5％④

6.5.3 マ イクロガスタービンコージェネレーションシ
ステム（18）rpm間隔で採取している。
停 止データ：停止時の運転データを回転数5％rpm間隔で採取している。

1990 年代の終わり頃、国内においても分散型エネ
ルギーシステムの一つとして、マイクロガスタービン
コージェネレーションシステムが注目を浴びるように（3）予知診断機能なった。

運転データを自動的に解析し、異常が把握できた場

マイクロガスタービンとは、明確に定義が有る訳で合は顧客と連携して事前の点検等により設備の不意なはないが、一般には出力 100kW 以下程度の超小型な停止を予防すると同時に、設備熱効率や負荷率等の性がら再生器を採用する等の方法により大幅に熱効率を能変化を周囲条件の変動等を加味して自動的に判定改善した高性能ガスタービンで、主として店舗／ホテ

し、設備の劣化状況を把握して適切な対処が出来るよ

ル／レストラン／病院等の小規模な一般民生用を対象うになってきている。

にした超小型コージェネレーションシステムの駆動源

これらの予知診断作業はかなりの長い経験と専門知等を主目的に開発されたものである。

識を必要としていたが、自動診断機能の充実により大幅に改善されてきている。これらの診断に使用されている評価事項は主に下記のような内容のものである。
①

②

③
④
⑤

（1）マイクロガスタービンの出現
マイクロガスタービンは最初に米国において開発さ起動時間評価：起動指令から95％rpm到達までの

れ、順次欧州／日本等へと伝播していった。マイクロ時間を評価する事により、調速機等の不具合判定

ガスタービンの実現を促進する大きな切掛けとなったに供する。

のは 1990 年に米国カリフォルニア州で制定された自起動時振動値評価：起動時の主軸や減速機振動の動車の排ガスを厳しく規制する法律に有ると言われ最大値の変化を評価し、車室との接触等の不具合ている。この法律は自動車の新車販売台数の 10％以の判定に使用する。

上（後に徐々に緩和されている）をゼロエミッション

起動時排気温度評価：起動時の排気温度最大値を車とする事を自動車メーカに義務付けしたものであっ評価して、燃料供給装置の不具合判定等を行う。

た。米国ではこの対策としてハイブリッド車の開発が

停 止時間評価：停止指令発令から5％rpm到達まで検討され、そのエンジンとして NOx 排出量の低いマイの時間を評価し、回転軸系の不具合判定に供する。

クロガスタービンの研究開発が活発に行われてその成停止時振動評価：停止時の主軸及び減速機振動の最果が今日のマイクロガスタービン出現に繋がったと言大値を評価して、回転体の不具合判定に供する。

われている。

⑥

主 軸振動評価：運転中の主軸振動変化を評価して、軸系の異常兆候予知に供する。

タービンの研究開発が行われたが、此処ではどちらか⑦

吸気フィルタ汚れ評価：長期にわたる吸気フィルと云えば車載用よりもコージェネレーションシステム

タの圧力損失のトレンドを評価して、その交換時用を目標とした研究開発が先行しており、これには伝期を予測し顧客に事前に提案する。

統的にコージェネレーションシステムの利用普及が盛性能劣化評価：実出力から操作量／外気条件等のんな欧州の風土環境が大きく影響していると思われる。

影響を取り除いて標準出力を計算し、定格値と比

国内では 1990 年代の終わり頃に省エネルギー／環⑧

較する事により設備の劣化状況を判定する。

欧州においても米国にやや遅れる形でマイクロガス

境対策の一環として新たな民生用コージェネレーションシステムの開発を模索していた大手の電力／ガス各

近年のコンピュータ技術の目覚ましい発達により、社が欧米の先進メーカからマイクロガスタービンを輸

従来の単なるデータの監視システムから、それらの解入し、数年間の運転試験等を行ってその実用性を評価

析によって不具合の発生を事前に予知する診断システしている。また、同時期にこれと並行して国内のガスムへと移行しつつある。本システムは今のところ未だタービンメーカ数社が独自技術によるマイクロガス

警報を発生する前に全ての不具合を完全に把握する迄

タービンの自社開発に着手している。

には至っていないが、更に多くのデータを蓄積し同時に解析技術の向上を図る事により一層の診断技術の進化が期待できる。

（2）マイクロガスタービンの特徴
マイクロガスタービンは一般に出力数十 kW 級の超小型再生式ガスタービンとこれに直結して 10 万 rpm

370

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.15 2010.March

程度で高速回転する永久磁石型の高速発電機及び商電との連携を担うインバータ装置で構成されている。本体となるガスタービン部分は基本的には航空用の APU（補助電源）や過給機に通じる構造形式を採用している。即ち、ロータは遠心圧縮機と幅流タービンを背中合わせに組み合わせた簡潔な構造で空気軸受等の無潤滑でメンテナンスフリーな軸受方式で支持されている。また、燃焼器は予混合希薄燃焼方式により NOx 低減を図っており、ガス燃料の場合は NOx 濃度が 10ppm（O2 = 15％）以下を達成している。ガスタービンのサ
イクル圧力比や TIT（タービン入口温度）は使用材料のコスト／耐久性等を考慮して比較的低い値を採用しているが、固定式の熱交換器と組み合わせて再生式ガ
スタービンとして軸端熱効率の大幅な向上を図ってい注：キャプストンが開発した 30kW 級マイクロガスタービン。空気軸
受採用で無潤滑、メンテナンスフリーとし、リキュプレータ（熱交換器）がガスタービン本体を取り囲むように配置し、高速発電機を採用することで、高効率化と超小型化を図っている。

図 6.49 キャプストン製マイクロガスタービンの構造［原図：タクマ カタログ］

るのが特徴である。
ガスタービンの軸端における熱効率は一般に小型化（3）マイクロガスタービンの開発状況とその評価するに従って急激に低下する。図 6.48 はその傾向を図1990 年代から 2000 年代前半にかけて欧米及び国内示したもので、従来の延長のままで推移すればマイクの各メーカでマイクロガスタービンの開発が活発に行

ロガスタービンクラスの小型機の軸端熱効率はせいぜわれた。表 6.16 にこの時期に開発されたマイクロガ

い 15％前後の低いレベルに留まる事を示唆している。

スタービンの仕様を一覧して示しておく。この時期、多くのマイクロガスタービンが小規模な自家発電設備
や予備或いは可搬式電源等の発電専用機または超小型ガスタービンコージェネレーションシステムの駆動源を目的として開発され、世界の各地で市場開拓が盛んに進められた。

国内においても、マイクロガスター

ビンは省エネルギー／環境対策に有力な新しい手段の一つとして各方面から期待された。特に電力／ガス等のエネルギー供給関連の会社やコージェネレーション
注：MGT：マイクロガスタービン、CGT：セラミックガスタービン。
CGT301、CGT302 については 6.4.1 項を参照のこと

図 6.48 ガスタービンの出力と熱効率（18）システム関連のメーカが中心となって、先行する欧米の有力メーカからマイクロガスタービンを輸入して販売したり、長期にわたる試験を実施してその実用性を評価する等の活発な動きが見られた。また、国内のガこれに対してマイクロガスタービンは上記のような

スタービンメーカにおいてはこれらの動きに合わせて様々な新しい工夫を積極的に採り入れて、30％近い軸

独自のマイクロガスタービン開発を模索する等、一時端熱効率や非常に低い NOx 排出レベルを達成すると期業界内ではブーム的な盛り上がりでマイクロガス

同時にコンパクトで安価な小型の分散型電源を目標にタービンへの期待感が膨らんだ。

多くのメーカが競って開発を進めた。図 6.49 はそれ併しながら、2000 年代の前半には新しいエネルギー

らを代表する一例として米国のキャプストンが開発し供給システムの一つとして大いに期待されたマイクロ

た 30kW 級のマイクロガスタービンの断面構造を示

ガスタービンであったが、現状をみると必ずしもそのしたもので、従来型のガスタービンとは全く異なる斬期待通りに普及が進んでいるとは云えない。前述のよ新な構造を採用している事が目につく。

うにマイクロガスタービンについては大手の電力／ガス会社や各地の大学／研究機関が夫々独自に試験を行い、その実用性を評価している。これらのレポートによれば、現時点におけるマイクロガスタービンの問題
点は大凡以下の通りである。

汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査371

表 6.16 各社マイクロガスタービンの概要（18）
メーカー名

Capstone

Honeywell

NREC

BowmanTurbecトヨタタービンアンドシステム

日産自動車

Elliott（荏原）

システムの呼 称

Model 330

parallon 75

Power Works

TG50CG

T100

TG051

Dynajet 2.6x

TA45, TA60, TA80

タービン形式

1 軸再生式 GT

1 軸再生式 GT

2 軸再生式 GT

1 軸再生式 GT

1 軸再生式 GT

1 軸単純解放式 GT

1 軸再生式 GT

1 軸再生式 GT

定格発電出力

28kW

75kW

70kW

50kW

100kW

50kW

2.6kW

45, 60, 80kW

発電効率
（再生器 on）

26％（LHV）

28.5％（LHV）

33％（LHV）

22.5％（LHV）

30%

8 ～ 10％25 ～ 30％60 ～ 80％

88%（HHV）

69 ～ 82％

発電効率（再生器 off）

13.5％（LHV）

総合効率

13.1%（LHV）
80%

排ガス温度

270℃

250℃

200℃

300℃、 615℃

245℃

650℃

250℃

260 ～ 280℃

タービン回転数

96,000rpm

65,000rpm

60,000rpm

99,750rpm

90,000rpm

80,000rpm

100,000rpm

110,000～ 68,000rpm

タービン
入口温度

840℃

930℃

870℃

850℃

930℃

690℃

640 ～ 690℃

タービン
出口温度

950℃

650℃

680℃

圧縮機圧力比

3.2

3.7

3.3

4.3

4.5

軸 受

空気軸受

空気軸受

油潤滑

油潤滑

油潤滑

天然ガス、
灯油

天然ガス
（メタノール）

17.3Nm3/h,

29Nm3/h,

燃料種別

燃料消費率

天然ガス、灯油、 天然ガス、灯油、 天然ガス、プロパン、
ディーゼル燃料
プロパン
軽油
9.3Nm3/h

22.2Nm3/h,

18.4Nm3/h,（13A 天然ガス換算） 26.8l/h,25.7l/h （13A 天然ガス換算） （13A 天然ガス換算）
重量

パッケージ寸法
（mm3）
騒

音
NOx
CO

寿

①

1,540kg（含ガスコン他）

1,360kg

1,100kg

714 × 1,345 × 1,899

2,334 × 1,219
× 2,163890 × 1,420
× 2,260

804 × 2,129
× 2,342650（W）
× 1,200（H）
× 950（L）

2,000kg

65dB ＠ 10 ｍ

65dB ＠ 10 ｍ

75dB ＠ 1 ｍ

70dB ＠ 1 ｍ

9ppmv

25ppmv（保証値）
9ppmv（オプション）

9ppmv

25ppmv（O2 ＝ 15％）

15ppmv

25ppmv

50ppmv（O2 ＝ 15％）

15ppmv

命40,000hrs.

40,000hrs.

電気出力400-480V,
50/60Hz（三相交流）

120-208V, etc.
50/60Hz（三相交流）

発電器形式

永久磁石式

永久磁石式

80,000hrs.

誘導発電機

2.8

4

転がり軸受

油潤滑

A 重油、
灯油、
都市ガス 13A

灯油、軽油

天然ガス、
プロパン、灯油

38l/h, 41l/h,

4.5l/h15.6 ～ 23.1
Nm3/h

33Nm3/h

489kg（含ガスコン）

9ppmv

4.6

（13A 天然ガス換算）

120kg

62kg

900 ～ 1,500kg～ 500 × 400 ×
800

782 × 424 × 440

1,800 × 900 ×
1,90085dB ＠ 1 ｍ

55dB ＠ 7 ｍ

65dB ＠ 1 ｍ
15 ～ 25ppm

54,000hrs（TBO）

60,000hrs.
400-480V,
50/60Hz（三相交流）

400V, 50Hz
（三相交流）

100V,
50/60Hz400/440/480V,
50/60Hz

永久磁石式

永久磁石式
同期型

永久磁石式
同期型

永久磁石式

熱効率が低い：現状では商電や他の内燃機関に比してきている。また、これらの外部要因に加えて上記

較して発電端効率が未だ低く、此れが決定的に不に述べたようなマイクロガスタービンの本質的な課題

利な材料となっている。この為、コージェネレーも残されており、当初の期待値を実現する為にはこれションシステムとして総合効率を高める努力がらの課題解決、即ちマイクロガスタービンの効率改善

色々と為されているが、設備／保守コストの上昇／コスト低減に対する新たな努力が求められている。

と相殺して現段階では未だ決定的な解決策とはなっていない。また、近年の激しい燃料価格の変6.6 大容量化への動き

動も大きく影響していると思われる。
②

設備コストが高い：マイクロガスタービンの概念

1990 年代以降の成熟期に入って目立つようになっは元来大量生産を基にしているが、現状では未だた汎用中小型ガスタービンに関する特徴的な動きの量産効果が得られる状況には至っていない。特に一つとして“設備の大容量化”が挙げられる。即ち、

コージェネレーションシステムの場合、吸収式冷1970 年代半ばに防災用として誕生して以来急速に発凍機等の周辺機器に適切なものが少なく、設備コ

展した非常用及び 1990 年代に入って普及が進んだ

スト高の大きな要因となっている。また、現状はコージェネレーション用を主体とする常用の両用途に高圧線との系統連系費用が高額となっており、コ

おいて、従来の小容量設備から徐々に大型化していく

スト低減のためには規模に即した一段の規制緩和傾向が見られるようになってきた。これは市場を取りが必要と考えられる。

巻く環境が時間の経過と共に少しずつ変化して、需要動向に影響していった結果で有るが、その根底には「ガ

372

マイクロガスタービンの現状は、特に燃料費の高騰

スタービンは元来大容量に適したエンジンである」とや世界的な大不況等の急激な環境変化による販売不振いう事実が中小型ガスタービンの大きな課題として永もあって、2000 年代前半の勢いはややトーンダウン

続的に影響している事も否定できない。

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本章ではこれらの動きについて非常用及び常用の夫々について以下に紹介する。

目標とするエネルギー政策の推進を目指す国の後押し等をも一部に受けながら、新たな市場開拓を積極的に進めていった。その結果、これらは主にガスタービン

6.6.1

非常用発電設備の大型化のクリーンなイメージや豊富な排熱量を売りにして、

1970 年代半ば頃に主として地震や火災発生時の防病院や大型の事務所ビル等の都市における分散型エネ

災用電源として誕生した小型ガスタービン発電装置

ルギー供給システムとして、或いは化学やゴム関連等

は、時代の進展と共に停電対策やピークカット的な一の比較的熱需要が多い中小規模工場用の省エネルギー

般非常用途についても需要を拡大していった。更に型動力源等を中心として普及していった。

1990 年代に入ると 3 〜 4MW クラスの大型機種を複数一方、非常用の場合と異なり、これらのコージェネ台設置する案件が急速に増えていった。これは銀行やレーション用のガスタービンは研究開発や機種揃えに保険会社等の大手金融関連企業が IT 化を急速に進め、伴う開発資源の負担増もあって全てを国産で対応する

グローバルレベルの 24 時間運用と大量データ処理のメーカは限られており、多くは英米仏等の先進メーカ

オンライン化計画に基づき、相次いで大型の電算センとの提携によってガスタービン本体を輸入し、それらタを各地に新設した。その結果、大電力を要するこれを自社製のコージェネレーションシステムに組み込ん

ら設備の非常用電源として、総容量が 1 万 kW を超えで市場に供給した。これらの輸入エンジンは機種揃える大型の非常用発電設備が次々と導入された事が大きも豊富で実績もある事から国産ガスタービンにとってく影響している。

は強力な競合相手として市場の活性化に大きな影響をまた、これに引き続き 1990 年代半ばから 2000 年代与えた。

に掛けて、大型化は通信／電話関連の業界においても非常用をルーツとする初期の小型ガスタービンコー

活発になり、総容量が 6 〜 13MW 級の大容量非常用発ジェネレーションシステムは上記のように都市型の電設備が相次いで納入されている。即ち、インターネッ

コージェネレーションシステム等、比較的小規模な設トや携帯電話の急速な普及により、大手の情報通信関備をターゲットにして市場開拓を行ってきたが、徐々連企業が大型のデータセンタを相次いで各所に開設し、に拡大傾向にあったコージェネレーション市場は工場

そのバックアップ電源として容量の大きな非常用ガス

等の産業用途を中心にした高効率な大型の機種を求めタービン発電設備が各々に複数台設置されている。

る方向にシフトしていった。更に 2000 年以降になる

この様な大型の非常用発電設備の場合は大容量に適と、急激な原油価格の高騰が大型に比べて発電効率のしたガスタービンの特性が際立って高く評価されて、低い小型のガスタービンコージェネレーションシステ

ディーゼル等の他の熱機関の追従を許さぬ場面が多くムの採算性を徐々に圧迫するようになり、より高効率みられた。

な大容量機種へと需要が少しずつ移っていった。また、
この時期になると新しいガスエンジンの台頭が目覚ま6.6.2 コ ージェネレーション用中型ガスタービンの市場参入
1970 年代の二度にわたる石油ショックを契機にししく、熱需要が比較的少ない小規模コージェネレー
ションシステムではこれに市場を奪われる例も増えてきた事も一因としてあげられる。

て 1980 年代の後半になると省エネルギー／環境問題

非常用をルーツとする初期の小規模なコージェネへの対応から小規模なガスタービンコージェネレー

レーション用のガスタービンは先にも述べたように発ションシステムへの関心が急速に高まった。
その結果、電端出力は概ね 3MW 級以下で、遠心式の圧縮機と軸其れまでに培った非常用ガスタービンの技術をベース

流式のタービンを組み合わせた簡潔な構造を特徴としにしたコージェネレーション用の高効率／低公害な小ていた。これに対して大容量化により更なる高効率化

型ガスタービン及びこれに関連した周辺技術の開発がを目指す機種はメーカ毎で異なるが、概ね 6 〜 20MW

各方面で活発に行われ、これが国内の小型ガスタービ級の中型機が中心となっている。これらは軸流式の圧ン技術の飛躍的な進歩に大きく貢献した事は既に述べ

縮機を使用しているのが大きな特徴で、先端的な翼型た通りである。

や可変静翼機構等を駆使して広い作動範囲で安定した

これら 1980 年代後半から 1990 年代初め頃に開発さ高性能を達成している。また、タービン翼は大型化にれた初期の小型ガスタービンコージェネレーションシ

よってより高度な空冷構造を採用する事が可能とな

ステムは何れも単機では 3MW 級以下程度の小規模なり、高いタービン入口温度を採用して熱効率の向上をもので、省エネルギー／環境負荷の低減／脱石油等を図っている。

汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査373

関連する国内の各メーカは上記のような新しい中型

クノロジー，Vol. 4, No. 1, PP. 25–29（2002）

機種の自社開発や欧米の先進メーカとの提携による中（7） 柴田他：「超低公害型再生サイクルマイクロガ型ガスタービンの輸入によって、より大型化したガス

ス タ ー ビ ン RGT3R の 開 発 」， 石 川 島 播 磨 技 報，

タービンコージェネレーションシステム市場の新たなVol. 43, No. 6, PP. 206–210（2003）

開発を目指していった。図 6.50 に、この時期に国内（8） 蔦 他：
「対話型ガスタービン翼設計システムで開発された高効率な中型機種の代表例として川崎重"KAIT" の開発」，川崎重工技報，No. 97, PP. 1–9

工業が 2004 年に市場に投入した発電出力が 20MW 級（1997）の「L20A 型」ガスタービンの断面構造図を参考に示（9） 青 木 他：
「ガスタービン統合設計システム
TDSYS の高度化」」，三菱重工技報，Vol. 34, No.

しておく。

4, PP. 234–237（1997）（10）杉本：「“内燃機関の技術変遷と将来展望”汎用
中小型ガスタービンの要素技術」，第一回日内連
主催講演会資料 , P. 24（2009）（11）須賀他：「高性能ガスタービン要素の開発 –CFD
技術を活用した高性能化 –」，川崎重工技報，No.
161, PP. 36–39（2006）（12）木村：「発電用ガスタービン燃焼技術」, 日本ガ
注：軸流圧縮機、多缶型燃焼器、軸流ガスタービンで 構成される
20MW 級中型ガスタービンの構造例

スタービン学会ガスタービンセミナー第 33 回資図 6.50 中型ガスタービンの断面図例［資料提供：川崎重工業］（13）緒方他：「ガスタービン用低 NOx 燃焼器の開発」，

料集，PP. 49–58（2005）
川崎重工技報，No. 161, PP. 44–47（2006）

参考文献

（14）
「ニューサンシャイン計画 『セラミックガスター（1） 「日本のガスタービンの歩み」，日本ガスタービ
ン学会，PP. 54–55, P. 133（2002）（2） 「日本のガスタービンの歩み」，日本ガスタービ
ン学会，PP. 66–67, P. 141（2002）（3） 細 川：「 カ ワ サ キ ガ ス タ ー ビ ン M1A–13 シ リ ーズの開発・技術仕様、運転実績等の紹介」, 日本

議会評価部会セラミックガスタービン技術開発
評価委員会（1999）（15）「ACT90 のあゆみ」，アドバンス・コージェネレー
ションシステム技術研究組合（1998）（16）中山他：「スーパーマリンガスタービンの海上試

ガスタービン学会誌, Vol. 34, No. 1, PP. 31–36

験結果」，日本ガスタービン学会第 36 回定期講

（2006）

演会（2008）（4） 星野：「“内燃機関の技術変遷と将来展望”汎用（17）高橋他：「遠隔監視システムの変遷並びに予知

中小型ガスタービン」，第一回日内連主催講演会

診断機能について」，日本ガスタービン学会誌，

資料 , P. 21（2009）Vol. 35，No. 6, PP. 15–20（2007）（5）「日本のガスタービンの歩み」，日本ガスタービ
ン学会，PP. 70–71, P. 131（2002）（6） 樋口：「発電用小型ガスタービン」，エンジンテ374

ビン技術開発』 最終評価報告書」，産業技術審

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.15 2010.March（18）「新エネルギーの展望

マイクロガスタービン」,（財）エネルギー総合工学研究所（2001）

7 今後の展望
汎用中小型ガスタービンの用途の多くは現在も非常

7.1 現状認識用発電装置が中心で、2008 年の統計では生産台数の約 8 割がこの用途で使用されている。10 年前に比べ国内の汎用中小型ガスタービンは 1970 年代の後半

ると非常用の台数も約 25％減少しているが、出力で頃より、消防法の改正を機に防災用電源設備の駆動源比較すると出荷量は約 35％増となっており、ここでとして需要を伸ばしてきた。更にその後 10 数年経過

も「大型化の傾向」がはっきりと出てきている。

して 1990 年代に入ると都市型の小規模なコージェネ
レーションシステム等の新しい用途を見つけて市場を

7.2 汎用中小型ガスタービンの将来動向

広げてきた。
図 7.1 は汎用中小型ガスタービンのこの十年間（1999

ガスタービンの将来展望については此れまでに日本〜 2008 年）における国内における生産状況を示し

ガスタービン学会誌上等で、様々な分野毎に色々な角たもので、日本ガスタービン学会が定期的に作成し度から論じられている。此処ではこれらを参考にしなている集計データを基にしたものである。図は出力

がら、本文のメインテーマである汎用中小型ガスター

22MW 以下の汎用中小型ガスタービンについて、各ビンについて、出来るだけ事柄を単純化してその将来

年毎の生産台数と合計出力（容量）の推移を図示して動向を考えてみる。

いる。また、同図には汎用中小型ガスタービンの用途の多くを占める非常用発電設備の出荷台数／合計出力も併記しており、それらの推移を同時に見る事が出来
る。

7.2.1

熱効率の改善ディーゼルやガスエンジン等の競合する他の熱機関と比較する時、小型になるほど軸端熱効率が極端に低くなる事がガスタービンの大きな欠点として指摘される。自動車用やマイクロガスタービン等では熱交換器等と組み合わせて軸端熱効率の改善を図っているが、ガスタービンの大きな特徴である単純簡潔な構造が損なわれる等の欠点が大きく、広く実用化に至った例は未だ見当たらない。
コージェネレーションシステム等による廃熱の回収
は総合熱効率の改善には有効な手段で、小型ガスター
ビンについても省エネルギー／低公害な都市型の分散

図 7.1 1999 〜 2008 年における汎用中小型ガスタービ
ンの国内における生産状況（1）型エネルギーシステムの動力源として需要を伸ばしてきた。併しながら、近年の急激な燃料コストの高騰の影響を受けて熱需要の大きな用途に適したガスタービ

汎用中小型ガスタービンの多くは非常用発電設備やンでは採算が合わないケースが増えてきた。その為、小型コージェネレーションシステム用等の駆動源とし特に規模の小さなガスタービンコージェネレーションて使用されており、この十年間の需要は世の中の動き

システムの普及に少しずつブレーキが掛かり、コンバに影響を受け易い設備産業の例に洩れず、景気動向

インドシステム等を採用して発電効率を高める事が出にほぼ連動した形で推移している。この間、国内で生来る中規模クラスへと徐々に需要が大型化して来てい産した中小型ガスタービンの出力（容量）合計は波打る。

ちながらも横這い傾向に見受けられるが、台数はやや

ガスタービンの熱効率を高める最も有効な方法は下降傾向を示しているのが目に付く。これは前節のタービン入口温度の高温化であり、冷却が困難な小型

6．6 項で採り上げた「大型化の傾向」を示すもので、

ガスタービンにとってセラミックガスタービンは最も1999 年当時約 1,200kW であった平均単機出力（合計

理想的な解決策と思える。セラミックスの利用につい出力／合計台数）が 2008 年には約 2,000kW と約 1.6てはこれまで幾度も試みられたが、何れも実用化迄は倍迄大型化している。

到達しないままで終わっている。その中で、先般行わ汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査375

れた「300kW 級セラミックガスタービンの開発」プ

電装置の果たす役割も大きくなってくると思われる。

ロジェクトでは軸端熱効率 42％と云う世界最高レベ

非常用のガスタービン発電装置も前述のように大型

ルの高効率を達成し耐久性についても一定の確認が得化する傾向にあり、その反動として小型部門では徐々られている。勿論、実用化迄にはコストや信頼性等のに競争力を失ってきているように見える。非常用につ解決すべき課題が未だ多く残されているが、道筋が見いては常用用途における熱効率の改善の様な際立った

えてきた段階で其の侭中断された事は如何にも勿体な

課題が見当たらず、特に小型機種については改良や進く、近い将来の早い段階で実用化に向けた動きが出て化を促す開発研究が疎かに成り勝ちである。併しながくる事が期待される。

ら、非常用は汎用の中小型ガスタービンにとって最も重要な用途の一つであり、現状の市場を維持し更に拡

7.2.2

非常用発電設備について大していく為にコスト／機能等の各方面でガスタービ

7．1 項でも述べたように、現在でも台数で云えばンの特長に一層の磨きをかける努力が必要と考える。

汎用中小型ガスタービンの約 7 〜 8 割が非常用途の発例えば、特に小型機種ではマイクロガスタービン等で電設備用として使用されている。軽量小型で大出力が試みられた高速発電機を採用して減速機を無くし、ガ得られ、冷却水が不要で据付が簡単等のガスタービン

スタービンの最大の特長である単純簡潔さを徹底的にの特徴が非常用途において特に高く評価された結果と追及する等の一段のブラッシュアップが求められてい

云える。

る。

近年、情報関連の事業が活発で大型の電算設備やデータセンターが各地に設置され、それらのバック
アップ用電源として大容量のガスタービン発電設備が（1）ガスタービン学会統計作成委員会：「2008 年ガス

多く採用されている。IT 関連の設備等、電気を必要

タービン及び過給機生産統計」, 日本ガスタービとする重要な設備は世の中の発展と共に今後益々増え

ン学会誌，Vol.37,No.4,PP.250-260（2009）他

る事が予想され、これに伴ってガスタービン非常用発

376

参考文献

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.15 2010.March8 おわりに
本調査は 1970 年代の後半以降、急激に需要を拡大て直接ご指導やご意見を多数頂いたが、諸般の事情かした非常用ガスタービンにルーツを持ち、更にコーら全てを十分カバーしきれていない点はあしからずご

ジェネレーション用等の一般用途に於いても一定の評了承頂きたい。

価を獲得するようになった比較的小容量の「汎用中小型ガスタービン」を対象として実施した。

＜謝辞＞

国内では 1970 年代以降、多数の汎用中小型ガスター

本調査を行うに際し、多数の方々にご協力をいただ

ビンが開発され市場に投入されており、本文ではこれき感謝に堪えません。お世話になった主な方々の氏名

らの国産ガスタービンを中心に、その主要な機種につを下記に揚げておりますが、このほか多くの方々において関連技術や市場の動向を交えながら紹介してい世話になり深くお礼申しあげます。資料提供、ご助言る。なお、同じ市場には有力な海外先進メーカから導をいただいた下記の方に（敬称、肩書き略）厚く御礼入された実績あるガスタービンも数多く参入して活躍を申し上げる。

しているが、本調査研究の主旨からこれらについては殆ど触れておらず、あくまで主体は国産ガスタービン㈱トヨタタービンアンドシステム

斎藤正俊氏

として調査した。

		

新井啓介氏

此処で取り上げた小容量の汎用ガスタービンは一般

川崎重工業株式会社

井上俊彦氏に遠心圧縮機を装備した軽構造型と呼ばれる形式を採

		

小島恒夫氏

用している。併しながら、時代の流れと共に徐々に大神鋼テクノ株式会社

石田悦郎氏

容量化が進み、特にコージェネレーション用途等に於

		

石上久之氏

いては性能面から軸流圧縮機の採用が必然的になるに

ダイハツディーゼル株式会社

早田陽一氏

つれて大型陸舶用ガスタービンの系統に属する重構造

		

徳永啓純氏

型と構造的／技術的に重なる部分が多くなってくる。

永田技術コンサルタント事務所

永田有世氏

一方、「産業用大型ガスタービン」については昨年度

新潟原動機株式会社冨田真澄氏（2008 年度）に詳細な調査研究が行われており、従っ

日本ガスタービン学会

伊藤高根氏て此れと重なるものについては容量的に中小型の範疇

三井造船株式会社

岡芳彦氏に入る場合も一部の紹介に留め詳細な説明は省いてい

		

楠

房雄氏

る。

		

八幡清正氏

国内における「汎用中小型ガスタービン」の歴史は三菱重工業株式会社

大橋義仁氏

未だ浅いが、新機種開発や新用途開拓に関わる研究開

ヤンマー株式会社

大橋一生氏

発は多方面で活発に行われており、その内容は多種多

		

中島史雄氏

様に亙っている。本調査を行うに際し、各種資料等を

元ヤンマー株式会社

西原昭義氏

通じて情報の収集に努めると共に各関係先にお願いし汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査

377

378

国立科学博物館技術の系統化調査報告

複製

試作

実機

実機

AT900 型ガスタービン

セラミックガスタービン
CGT302 型

マイクロガスタービン
TG051 型

コージェネレーションシステム
SB5-COPRA 型

3

4

5

6

実機

実機

資料
形態

NGT1-S 型ガスタービン

S1A-01 型ガスタービン
（初号機）

名称

2

1

番号

Vol.15 2010.March

トヨタタービンアンドシステム
元町工場

三井造船

トヨタタービンアンドシステム

川崎重工業
明石工場

京葉ユーティリティ
（千葉県船橋市）

1999

川崎重工業
京セラ
住友精密工業

1999

1999

1984

ヤンマー

ヤンマー
尼崎工場

1983

1975

製作年

新潟原動機

川崎重工業

製作者

新潟原動機
新潟ガスタービン工場

川崎重工業
明石工場

所在地

登録候補一覧

蒸気注入式のガスタービンを搭載し、需要に合わせて熱電比を最適化し採算性を向上した 1MW 級コージェネレーションシステム。蒸気注入ガスタービンとしては世界で初めて希薄
予混合燃焼器を装備。

ハイブリッド自動車用として試作された超小型ガスタービン
をベースにした 50kW 級の一軸再生式ガスタービン。高速発電機と組合せてシンプルな構造のマイクロガスタービンコー
ジェネレーションシステムを実現した。

ニューサンシャイン計画で三社共同により開発された
300kW 級コージェネレーション用セラミックガスタービン。
軸端熱効率 42.1％の世界最高水準性能を達成し、実現の可能性を示唆した。

圧縮機に単段遠心式を採用した単純な構造の 700kW 級非常用ガスタービン。特に、本圧縮機は圧力比 8.2、断熱効率
78.2％と当時としては世界最高レベルの性能を達成している。

新潟原動機が独自に設計開発した出力 360kW の単純開放一軸式ガスタービン。非常用を始め後の機械駆動用、コージェ
ネレーション用等の各種自社開発エンジンシリーズのベースとなった。

1970 年代半ば以降、急速に普及が進んだ国産非常用ガスター
ビンの先駆け的役割を果たした 150kW 級一軸式ガスタービ
ン。

選定理由

汎用中小型ガスタービン技術の系統図

汎用中小型ガスタービンの技術系統化調査

379

主要汎用中小型ガスタービンの機種展開

380

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.15 2010.March

国立科学博物館
技術の系統化調査報告 第 15 集
平成22（2010）
年3月30日■編集

独立行政法人

国立科学博物館

産業技術史資料情報センター（担当：コーディネイト・エディット 永田 宇征、エディット 大倉敏彦・久保田稔男）■発行

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