JPH11117763A - ガスタービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】自動車や発電機等移動や固定の各種産業機械の
原動機として性能、コスト、排気成分でレシプロエンジ
ンに勝り、無振動、構造簡単、維持管理と始動容易なガ
スタービンに関する。 【解決手段】カバー１の吸気溜２とシリンダー４の燃焼
室５を隔壁３で仕切り、爆発圧力が圧縮羽根に及ぼす負
の仕事を防ぐ。燃焼室は吸気孔４７を囲んだ環状とし、
流入吸気と噴射燃料が必ず電熱栓５２に触れ点火爆発さ
せる。爆発ガスは旋回し断熱膨張し、全周で軸流羽根に
吹きつけ軸３０を回し、円筒内の軸流と最後のふく流の
圧縮羽根を回す。隣の羽根は逆転して爆発ガスを整流
し、円筒内の羽根を逆転して吸気を圧縮整流する。吸気
溜２の圧力で吸気弁４８が押開かれ、その動きでポンプ
室３２内の燃料がピストン３４に押され、噴孔から噴射
され、流入吸気と共に電熱栓に触れ点火爆発し、その圧
力で吸気弁が閉じ、その動きでポンプ室内に燃料が吸込
まれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は農業機械、建設機械、
自動車、舶用等の移動及び発電機、コンプレッサー、電
熱併給機等定置の産業機械の原動機として現在支配的で
あるレシプロエンジンに替われる高い性能とコスト、燃
料消費率、維持管理費、振動、排気公害等の低い構造簡
単な取り扱い易い小形ガスタービンに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のガスタービンは軸流又はふく流の
圧縮機で空気を燃焼室に圧送し、燃料を噴射して燃焼さ
せ、高圧燃焼ガスを軸流又はふく流のタービンに吹きつ
けて動力を得る。その為次ぎの欠点を持つ。 （イ） 圧縮と燃焼は連続しており、燃焼室のガス圧は
圧縮機にも及び負の仕事となり、熱効率を下げる。 （ロ） 出力側のタービンは高温の燃焼ガスに連続して
曝されるので、羽根が高温となり羽根の強度から燃焼ガ
スの温度を高く出来ず、熱効率が低くなる。 （ハ） 精密な羽根を多数植え付けた従来の軸流タービ
ンでは高価で小形には成り立たない。以上の点でガスタ
ービンは小形では熱効率が低く、これを補う熱交換装置
等でコストが嵩み、かさ張り、従来のレシプロエンジン
に対抗出来なかつた。レシプロエンジンはシリンダ内の
ピストンで閉ざされた空間内の間欠燃焼をする。したが
つて （イ） 圧縮と燃焼が別の行程で行われるので、燃焼ガ
ス圧が圧縮行程に負の作用をおよぼさない。 （ロ） 冷却されたシリンダ内の燃焼で、高い燃焼温度
が使え、高い熱効率が得られる。しかしレシプロエンジ
ンは （イ） シリンダブロック、ピストン、ロッド、クラン
ク軸、動弁機構、冷却装置等、構成部品が複雑で点数も
多く、コストが嵩む。 （ロ） 往復運動から来る振動が避けられない。 （ハ） シリンダとピストン、クランク軸と、ロッド、
動弁機構等高い圧力を受けて摺動する部分が多く、その
潤滑の為潤滑油が必要で管理に手間が掛かる。 （ニ） 冷却する部分が多く、冷却水等の維持管理に手
間が掛かる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】

（イ） 圧縮と燃焼を仕切つて、別行程の間欠燃焼とす
る。 （ロ） 爆発圧力が圧縮側に及ばぬ様にして、負の仕事
を無くする。 （ハ）異常爆発防止の為空気のみ圧縮し、燃焼室に燃料
を噴射する。 （ニ） 高温ガスが吹きつける衝動羽根と軸流羽根の冷
却。 （ホ） 高温ガスに曝されるケースの冷却。 （ヘ） 点火方法。 （ト） 始動方法。 （チ） 排気タービン過給に依る圧縮比の向上。 （リ） 潤滑油を必要とする摺動部分を少なくする。 （ヌ） 構成部品の点数を少なく且つ簡単にして、製造
に要するエネルギーの消費を最小限にする。大気温暖化
防止の為、今後の原動機は作動中のエネルギー消費を少
なくするだけでなく、その構成部品の製造に要するエネ
ルギーの消費も少なくせねばならない。

【０００４】

【課題を解決する為の手段】

（イ） 圧縮側の吸気溜２と燃焼側の燃焼室５を隔壁３
で仕切る。 （ロ） 隔壁３に設けた吸気孔４７を吸気弁４８で塞
ぐ。 （ハ） 吸気圧に依り吸気弁４８が開く時、ピストン３
４に押された燃料が逆止弁４６を押し開いてキャップ４
９に設けた数個の燃料噴孔５０から燃焼室５内に噴射さ
れ、同時に吸気孔４７から吸気が流入する。 （ニ） 燃焼室５を隔壁３とシリンダー４に囲まれた環
状とし、吸気孔４７を囲んで始まり、一周して吸気孔４
７の手前で終わり、流入した吸気と噴射された燃料が確
実に電熱栓５２の赤熱部に流れ点火爆発させる。 （ホ） 爆発圧力で吸気弁４８は閉じ、その圧力は圧縮
羽根には及ばない。 （ヘ） 吸気弁４８が閉じる時、ポンプ室３２内に逆止
弁４４を押開いて燃料が吸いこまれる。 （ト） 燃料供給孔４３から吸いこまれる燃料はばね４
１で押された針弁４０をレバー３７で操作して増減停止
される。 （チ） 針弁４０の軸芯に空気孔４２を設け、調節ねじ
３８で燃料に混じる空気量を調節する。噴射燃料の量と
ポンプ室３２の容量の差を空気を混ぜて調整する。又空
気を混ぜると噴射時の燃料の霧化が良くなる。 （リ） 隔壁３と円筒１０と１４及び朝顔５６の端は気
体の流れに沿った斜の隙間として、ガス漏れを最小限に
する。 （ヌ） 点火爆発した燃焼ガスは片方が閉ざされた環状
の燃焼室５内で一方向に旋回しつつ断熱膨張し、シリン
ダー４と円筒９と１４の間を流れ、全周で軸駆動軸流羽
根８を回し、円筒９内の軸流圧縮羽根１０を回し、吸気
を圧縮し、中心のボス１１のキー１２を介して軸３０を
回す。 （ル） 軸駆動軸流羽根８は円筒内の軸流圧縮羽根１０
で冷却され、且つ間欠燃焼で燃焼温度が高くても平均ガ
ス温度は低く、軸駆動軸流羽根８の温度は強度を失わな
い範囲に納まる。 （ヲ） 軸駆動軸流羽根８を通過した燃焼ガスは従来の
ガスタービンでは固定案内羽根で整流されるが、本発明
では逆転軸流羽根１３が整流する。しかしベアリング１
７で軸３０に回転自在に支承されるので、整流の抵抗で
逆転し、円筒１４内の逆転圧縮羽根１５を回し、吸気を
圧縮する。軸３０に負荷が掛かり、軸駆動軸流羽根８の
回転が下がると、逆転軸流羽根１３の回転が増し、逆転
圧縮羽根１５の吸気圧縮が増し、出力が増す。排気過給
である。 （ワ） 軸駆動軸流羽根８と逆転軸流羽根１３の対は重
ねる程出力が増す。 （カ） 始動は空気タンク２６に圧入された空気をノブ
１８を引いて針弁２２を開き、空気を軸駆動軸流羽根８
に吹きつけ、回転させる。フライホイール２９等の慣性
力で暫く回転し、その間にマグネット２３とコイル２４
を巻いた鉄心２５で発電された電気で電熱栓５２の先端
が赤熱し、吸気の圧力上昇で吸気弁４８が開き、噴射さ
れた燃料と吸気が赤熱部に触れ、点火爆発し始動する。 （ヨ） 始動後は高圧の燃焼ガスが空気タンク２６に圧
入し蓄えられ、次ぎの始動で使われる。空気の圧入は最
初だけである。 （タ） シリンダー４には冷却ひれ６を設け、カバー５
８で覆い、朝顔５６からの排気ガスの噴出に空気が吸い
だされ冷却される。 （レ） 軸３０をカバー１と朝顔５６に回転自在に支承
する軸受３１と５４及び逆転圧縮羽根１５を軸３０に回
転自在に支承する軸受１７はいずれもグリス密封とし、
潤滑油の使用は全く無い。軸受の周りは吸気圧縮でグリ
スが溶ける温度にはならない。 （ソ） 構成部品は点数も少なくシンプルで、大部分が
アルミダイキャストか精密鋳鉄で出来、製造に要するエ
ネルギー量は同出力の従来のガスタービンやレシプロエ
ンジンより少ない。

【０００５】

【作用】本発明の作用を述べる。 （イ） ノブ１８を引くと、空気タンク２６内の圧縮空
気が軸駆動軸流羽根８に吹きつけ、軸３０を回す。空気
圧力が不足の時は、空気圧入孔１９から空気ポンプで空
気を圧入し圧力を補う。軸３０はフライホイール２９や
キー止めされた各羽根車の慣性で暫く回り続ける。 （ロ） 軸流圧縮羽根１０やふく流圧縮羽根７の回転
で、吸気溜２の圧力が上り吸気弁４８が押開かれ、燃焼
室５に吸気が流入する。 （ハ） 吸気弁４８が開く時、ポンプ室３２内の燃料が
ピストン３４で押され横孔３６から弁軸の芯を通る細孔
３５を通って、逆止弁４６を押開き、キャップ４９の燃
料噴孔５０から燃焼室５に噴射される。 （ニ） 燃焼室５は吸気孔４７を囲んで始まり、隔壁３
とシリンダー４に囲まれた環状をなし一周して吸気孔４
７の手前で終わるので、流入吸気と噴射燃料は一方向に
流れ、すぐ川下に突きでた電熱栓５２の赤熱部に触れ点
火爆発する。 （ホ） 爆発した燃焼ガスの圧力に押され、吸気弁４８
は閉じ、ガス圧はふく流圧縮羽根７や軸流圧縮羽根１０
には及ばない。 （ヘ） 吸気弁４８が閉じる時、ポンプ室３２に燃料が
ピストン３４の作用で逆止弁４４を押開いて吸いこまれ
る。 （ト） 燃料供給孔４３からの燃料はばね４１で押され
た針弁４０をレバー３７を操作して増減停止される。 （チ） 針弁４０の軸芯の空気孔４２から空気が吸いこ
まれ、燃料に混じる。空気量はねじ３８で調整される。
この空気で燃料の噴射量とポンプ室３２の容量の差を埋
め、又噴射時の燃料の霧化を助ける。 （リ） 点火爆発した燃焼ガスは吸気孔４７を囲む壁の
為、環状の燃焼室５を一方向に旋回し、断熱膨張しなが
ら、全周で軸駆動軸流羽根８に吹きつけ、これと軸流圧
縮羽根１０と軸３０を回す。 （ヌ） 軸駆動軸流羽根８を通過した燃焼ガスは逆転軸
流羽根１３の迎え角が逆の為、これで整流されると共
に、これと逆転圧縮羽根１５を逆転させ、吸気圧縮と整
流を行う。軸３０に負荷がかかり、軸駆動軸流羽根８の
回転が下がると、逆転軸流羽根１３と逆転圧縮羽根１５
の回転が増し、吸気の圧送が増え出力の低下を防ぐ。こ
の対は図示の例では２段であるが、３段４段とすれば出
力が増し、熱効率が向上する。 （ル） 始動で軸３０が回ると、このフランジにねじ止
めされたマグネット２３が回り、カバー１にねじ止めさ
れた鉄心２５に巻かれたコイル２４に発電されコイルの
一端が繋がれた電熱栓５２の先端を赤熱させる。赤熱が
不十分な時は空気圧入孔１９から空気を圧入補充して再
度ノブ１８を引く。 （ヲ） 最後に排気ガスは朝顔５６から排出され、隣接
するカバー５８で覆はれたシリンダー３の冷却ひれ６の
間から空気を吸いだし冷却する。

【０００６】

【実施例】

（イ） 始動時の電熱栓５２の赤熱には、電池を使え
ば、コストは下がるが、電池の管理に手間とコストが掛
かる。 （ロ） 始動を電池とセルモーターでするには、軸３０
を高速で回す増速装置が必要。電動コンプレッサーで高
圧空気を羽根に吹きつけるのが有利である。 （ハ） 燃料は灯油であるが、軽油やガソリンも使え
る。 （ニ） 動力はフライホイール２９と軸３０先端の両方
から取り出せる。

【０００７】

【発明の効果】

（イ） 本発明は吸気溜２と燃焼室５が隔壁３で仕切ら
れ、燃焼室５に流入した吸気と噴射された燃料が電熱栓
５２の赤熱部に触れ、点火爆発するとその圧力で吸気弁
４８は閉じ、爆発圧力がふく流圧縮羽根７や軸流圧縮羽
根１０に及ばぬので、負の仕事は生じず、熱効率が高く
なる。 （ロ） 逆転軸流羽根１３で爆発ガスを整流し、逆転圧
縮羽根１５を逆転し、吸気を整流圧縮する。従来の固定
案内羽根は整流のみで抵抗になる。 （ハ） 軸３０に負荷がかかり回転が下がると、逆転軸
流羽根１３と逆転圧縮羽根１５の回転が増し、出力の低
下を補う。 （ニ） 吸気弁３９が開く時だけ燃料が噴射されるの
で、燃料の無駄が無く、燃料消費率が良くなる。 （ホ） 燃料は空気を混ぜて噴射されるので霧化が良
い。着火は電気火花でなく電熱栓５２の赤熱部に依るの
で、灯油、軽油、ガソリンが使える。 （ヘ） 各羽根は円筒で仕切られ外を爆発ガスが流れ内
を吸気が流れるので、内の圧縮羽根が冷却ひれとなつて
外の軸流羽根を冷やすので、燃焼温度を高く出来熱効率
が高くなる。 （ト） 高温ガスに曝されるシリンダー４は冷却ひれ６
を設け、カバー５８で覆い、朝顔５６から噴出する排気
に空気を吸いださせて冷却する。 （チ） 軸受はすべて吸気内にあるので、グリス密封ベ
アリングを用いるが、グリスは溶けださない。潤滑油は
一切使用しない。 （リ） 燃焼室５内の点火爆発の圧力で吸気弁４８が閉
じ、燃焼ガスは環状の燃焼室５内を旋回しながら断熱膨
張し、全周で軸流羽根に吹きつけ、温度と圧力が下が
り、吸気溜２内の吸気圧が高くなり、吸気弁４８を押開
き、点火爆発を繰返す。この間欠燃焼の為、燃焼温度を
充分高く出来、熱効率が高くなる。 （ヌ） 燃焼の間隔はゆつくりだが、軸３０は毎分数万
回転で回り、小形で高出力が得られる。 （ル） 回転運動のみからなり、振動が無くコンパクト
で、従来のレシプロエンジンに替わつて安価で維持管理
容易な原動機を提供出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の横断面図

【図２】本発明の正面部分断面図

【符号の説明】

１ カバー ２１ ばね ４１ ば
ね ２ 吸気溜 ２２ 針弁 ４２ 空
気孔 ３ 隔壁 ２３ マグネット ４３ 燃
料供給孔 ４ シリンダー ２４ コイル ４４ 逆
止弁 ５ 燃焼室 ２５ 鉄心 ４５ ば
ね ６ 冷却ひれ ２６ 空気タンク ４６ 逆
止弁 ７ ふく流圧縮羽根 ２７ 通気孔 ４７ 吸
気孔 ８ 軸駆動軸流羽根 ２８ ボルト ４８ 吸
気弁 ９ 円筒 ２９ フライホイール ４９ キ
ャップ １０ 軸流圧縮羽根 ３０ 軸 ５０
燃料噴孔 １１ ボス ３１ 軸受 ５１
Ｏリング １２ キー ３２ ポンプ室 ５２
電熱栓 １３ 逆転軸流羽根 ３３ ねじ ５３
細隙 １４ 円筒 ３４ ピストン ５４
軸受 １５ 逆転圧縮羽根 ３５ 細孔 ５５
ボス １６ ボス ３６ 横孔 ５６
朝顔 １７ 軸受 ３７ レバー ５７
ねじ １８ ノブ ３８ ねじ ５８
カバー １９ 空気圧入孔 ３９ 横孔 ６９
ろ材 ２０ むしゴム ４０ 針弁

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（イ） カバー１と隔壁３とシリンダー４
   をねじで止め、空気溜２と燃焼室５を形成し、両方を繋
   ぐ吸気孔１７を燃料噴射機構を持つ吸気弁４８で塞ぐ。
   又燃焼室５に赤熱部を突きだし、吸気弁４８の近くに電
   熱栓５２をシリンダー４にねじ込む。 （ロ） カバー１とボス５５に保持された軸受３１と５
   ４で軸３０を回転自在に支持する。 （ハ） 軸３０にふく流圧縮羽根７をキー１２で固着
   し、隔壁３で覆う。 （ニ） 円筒９の外側に軸駆動軸流羽根８を、内側に軸
   流圧縮羽根１０を設け中心のボス１１をキー１２で軸３
   ０に固着する。 （ホ） 円筒１４の外側に逆転軸流羽根１３を、内側に
   逆転圧縮羽根１５を設け、中心のボス１６を軸受１７を
   介して軸３０に回転自在に取り付ける。 （ヘ） 各羽根の迎え角は円筒９と１４の内と外で逆、
   隣接する羽根とも逆とし、円筒の外を流れる燃焼ガスに
   依り互いに逆に回転し、円筒内では互いに逆に回転して
   吸気を圧縮し、最後にふく流圧縮羽根７で吸気溜２に圧
   縮される。 （ト） 隔壁３の端、円筒９と１４の両端、朝顔５６の
   端の各隙間５３は気体の流れに沿った斜めにする。 （チ） シリンダー４の外側に冷却ひれ６を設け、カバ
   ー５８で覆い、朝顔５６から吹きだす排気ガスに空気が
   吸いだされて冷却する。以上のごとく構成されたガスタ
   ービン。
2. 【請求項２】（イ） 空気溜２はカバー１と隔壁３に囲
   まれた環状で、吸気孔４７の手前で始まりそれを囲んで
   終わる。それでふく流圧縮羽根７で圧縮旋回させられた
   吸気は吸気孔４７を取り囲む壁に衝突して更に圧縮され
   る。 （ロ） 燃焼室５は隔壁３とシリンダー４に囲まれた環
   状で、吸気孔４７を囲んで始まりその手前で終わる。そ
   れで吸気孔４７より流入する吸気と燃料噴射孔５０から
   噴射された燃料は必ず一方向に旋回し、すぐ川下の電熱
   栓５２の赤熱部に触れ、確実に点火爆発し、その爆風は
   強い旋回流となつて軸駆動軸流羽根８の回転方向に沿つ
   て回転力を与える。以上のごとく構成された燃焼装置を
   備えたガスタービン。
3. 【請求項３】（イ） 隔壁３に設けた吸気孔４７をばね
   ４５で引かれた吸気弁４８で塞ぐ。この軸芯に細孔３５
   を設け、傘側の端はばねで押された逆止弁４６で塞ぎ、
   数個の燃料噴孔５０を持つキャップ４９をねじ込む。絹
   孔３５の他端はピストン３４をねじ３３で取り付け塞
   ぐ。横孔３６で細孔３５とポンプ室３２を繋ぐ。ポンプ
   室３２はＯリング５１で油密に保つ。ポンプ室３２には
   ばね４５を納めピストン３４を押して、吸気弁４８を隔
   壁３に密着させる。ポンプ室３２にはばねで押された逆
   市弁４４を介して燃料が供給される。 （ロ） 燃料供給孔４３からの燃料はばね４１で押され
   た針弁４０をレバー３７で操作して加減停止される。 （ハ） 針弁４０の軸芯に空気孔４２を設け、燃料には
   空気を混ぜる。混ぜる空気量はねじ３８で調節する。 （ニ） 吸気圧で吸気弁４８が押開かれると、ポンプ室
   ３２内の燃料は逆止弁４６を押開いて燃料噴孔５０から
   燃焼室２に噴出し、流入吸気と共に電熱栓５２の赤熱部
   に触れて点火爆発する。その圧力で吸気弁４８は閉じ、
   ピストン３２内に逆止弁４４を押開いて燃料が入る。以
   上のごとく構成された燃料供給噴射装置を備えたガスタ
   ービン。
4. 【請求項４】（イ） 軸３０のフランジにマグネット２
   ３をフライホイール２９とねじ２８で共締めする。 （ロ） マグネット２３を囲んでコイル２４を巻いた鉄
   心２５をカバー１にねじ止めする。コイル２４の一端は
   電熱栓５２に繋ぎ、他端はカバー１にアースする。回線
   には抵抗を挟む。 （ハ） 空気タンク２６に空気圧入孔１９から空気を圧
   入する。空気は虫ゴム２０を押開いて圧入される。始動
   後は高圧燃焼ガスがばね２１で押された針弁２２を押開
   いて蓄えられ、次ぎの始動に備える。 （ニ） ノブ３２を引くと、圧縮空気が通気孔２７を通
   り、軸駆動軸流羽根８に吹きつけ、軸３０を回す。 （ホ） 軸３０はフライホイール２９や円筒９等の慣性
   力で暫く回り、その間に発電された電気で電熱栓５２の
   先端は赤熱する。 （ヘ） 軸３０が回ると軸流圧縮羽根１０とふく流圧縮
   羽根７の回転で空気溜２の圧力が上がり、吸気弁４８が
   押開かれ、ピストン３４に押され、燃料噴孔５０から燃
   料が燃焼室５に噴射され、流入吸気と共に電熱栓５２の
   赤熱部に触れ、点火爆発する。その圧力で吸気弁４８は
   閉じ、高圧燃焼ガスは閉じられた環状の燃焼室５内で断
   熱膨張し、旋回しながら全周で軸駆動軸流羽根８に吹き
   つけ、キーで固着された軸３０を回す。以上のごとく構
   成された始動と点火装置を持つガスタービン。